Geri Dön

Mobil trafo merkezi tasarımı ve kısa devre analizi

Designing and short circuit analysis of mobilesubstation

PDF İndir

  1. Tez No: 553871
  2. Yazar: ÇAĞIN ÖZÇİVİT
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN ZOBİ KARATEKİN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 135

Özet

Ülkemizde artan nüfusla birlikte elektrik enerjisine olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Elektrik enerjisi enerji santrallerinde üretilir, yükseltici trafo merkezleri ile gerilim yükseltilir, enerji iletim hatları vasıtasıyla uzun mesafelerce taşınır ve indirici trafo merkezleri ile alçak gerilim seviyesine indirilerek son kullanıcıya ulaştırılır. Enterkonnekte sistemde trafo merkezleri çok kritik öneme sahip yapılardır. Enerji ihtiyacının artışı, trafo merkezlerinin artışına sebep olur. Trafo merkezleri elektrik enerjisinin üretildiği noktadan enterkonnekte sisteme, iletim sisteminden dağıtım sistemine bağlandığı kritik noktalarda yer almaktadır. Ayrıca trafo merkezleri sadece gerilim değiştirilmesine sağlamaz, aynı zamanda enerji dağıtımının da bu merkezlerden yapılmasına olanak sağlar. Bu noktalarda meydana gelebilecek bir arıza, tüm sistemi enerjisiz bırakabilir. Sadece bağlı olduğu tüketim noktasını değil, diğer tüketim noktalarını da enerjisiz bırakabilir. Trafo merkezleri herhangi bir nedenden dolayı devre dışı kalabilir. Bu nedenlerden bazıları; trafonun patlaması, orta gerilim modüler hücrelerdeki ekipmanların zarar görmesi, doğal afetler, savaş durumları vb. durumlar olabilir. Böyle bir durumda ya mevcut sistemdeki arıza çabuk bir şekilde giderilmeli ya da dağıtım sistemine ek enerji takviyesi yapılmalıdır. Bu enerji takviyesi jeneratör sistemleri, mobil trafo merkezleri vb. yöntemler olabilmektedir. Bazı arıza durumlarında mevcut durumdaki arıza hemen giderilemeyebilir. Bu durumda jeneratör sistemleri bir çözüm olabilmektedir. Enerji kesintisi uzun süre olacaksa bu yöntem maliyetli olabilir. Jeneratörler yerine mobil trafo merkezleri kullanılabilir. Elektrik enerjisini tedarik eden kurum veya kuruluşlarda yedekte hazır mobil trafo merkezleri varsa hızlı bir süre içerisinde sistem devreye alınır ve son kullanıcıya enerji verilir. Mobil trafo merkezleri sadece enerji kesintisi nedeniyle kullanılmaz. Aynı zamanda bir bölgeye geçici enerji tedariki durumunda da kullanılabilir. Ayrıca büyük ve uzun mesafeler içeren büyük inşaat projelerinde enerji iletimi yüksek maliyet sebebiyle alçak gerilimden ziyade orta gerilimde yapılır. Bu durumlarda mobil trafo merkezleri kullanıcının tam ihtiyacına yönelik yapılar olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında gerilimi 34.5 kV'dan 400 V'a indiren 1600 kVA anma gücünde indirici tip bir mobil trafo merkezi tasarımı yapılmıştır. Tasarımda mobil trafo merkezinin orta gerilim ve alçak gerilim elektrik dağıtım tek hat şemaları oluşturulmuştur. Orta gerilim devresindeki kesicilerin, ayırıcıların, ölçü transformatörlerinin, dağıtım transformatörün, koruma rölesinin, parafudrların ve modüler hücrelerin seçimi yapılmıştır. Kablo kesitleri hesaplanmıştır. Alçak gerilim devresindeki kesicinin seçimi ve akü redresör grubu hesabı yapılmıştır. Mobil trafo merkezinin metal köşk mimari çizimleri ve ekipmanların köşk içerisindeki yerleşimi yapılmıştır. Daha sonra ise mobil trafo merkezinin topraklama sistemi ile ilgili bilgiler verilmiştir. Elektrik dağıtım şebekelerindeki en önemli problemlerin başında kısa devre arızaları gelmektedir. Kısa devre arızası her an meydana gelebilir. Dolayısıyla sisteme bağlı tüm ekipmanlar daima kısa devre arızasından korunması gerekmektedir. Eğer koruma yapılamazsa can ve mal kayıpları meydana gelebilir. Mobil trafo merkezi tasarımında seçilen koruma ekipmanları en yüksek kısa devre arıza şartlarına göre seçilmiştir. Tez çalışmasında mobil trafo merkezi tasarımında seçilen ekipmanların en kötü kısa devre şartlarına göre sistemi koruyup korumadığı incelenmiştir. Kısa devre arızaları simetrik ve asimetrik olarak iki farkı tipte incelenir. Simetrik arıza, dengeli üç fazlı kısa devre arızasının meydana geldiği durumdur. Genelde en yüksek kısa devre akımları bu durumda oluşur. Asimetrik (simetrik olmayan) kısa devre arızaları ise faz-toprak, fazfaz ve iki faz-toprak kısa devre arızası olmak üzere üç tipte incelenir. Genelde dağıtım şebekelerinde en çok tek faz-toprak kısa devre arızaları meydana gelir.Tez çalışmasında MATLAB/Simulink programında bulunan elektrik şebekesi modelleri kullanılarak mobil trafo merkezinin modeli oluşturulmuştur. Mobil trafo merkezinin orta gerilim baralarında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızaları meydana geldiği varsayılmıştır. Çalışmada iki farklı simülasyon yapılmıştır. Birincisi, mobil trafo merkezi direkt 100 MVA kısa devre gücündeki bir gerilim kaynağına (sonsuz güçlü dağıtım şebekesine) bağlı olduğu durum için simülasyon yapılmıştır. Bu simülasyonda önce tam yükte normal çalışma durumundaki osilografik akım ve gerilim grafikleri elde edilmiş, daha sonrasında 34.5 kV orta gerilim barasında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızaları meydana gelmesi durumunda kısa devre akımı hesaplanmış ve osilografik akım ve gerilim grafikleri oluşturulmuştur. İkinci simülasyonda ise tasarlanan mobil trafo merkezinin, İstanbul'un Beykoz ilçesindeki 9 adet trafo merkezinin bulunduğu bir mahallenin dağıtım şebekesine bağlandığı durum incelenmiştir. Bu trafo merkezleri kısa devre gücü 16500 MVA olan, 100 MVA anma gücünde 380/34.5 kV'luk Beykoz GIS indirici merkezden beslenmektedir. Dokuz adet trafo merkezlerinden biri 1600 kVA anma gücündedir. Senaryo olarak bu şebekede işletmede olan 1600 kVA trafo merkezinin arıza yaptığı ve yerine çalışmada tasarımı yapılan 1600 kVA gücündeki mobil trafo merkezinin devre alındığı düşünülmüştür. Gerçek tabanlı bu dağıtım şebekesi MATLAB programının Simulink alt programındaki elektrik şebekesi modelleri kullanılarak modeli oluşturulmuştur. Her bir trafo merkezi bir alt sistem olarak kutucuklar halinde modellenmiştir. Sistemin genel modeli ve her bir trafo merkezinin modelleri gösterilmiştir. Mobil trafo merkezinin bağlı durumda tüm trafo merkezleri tam yükteyken önce mobil trafo merkezinin, arızanın olmadığı normal çalışma durumundaki osilografik akım ve gerilim grafikleri elde edilmiş, daha sonrasında 34.5 kV orta gerilim barasında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızası meydana gelmesi durumunda kısa devre akımı hesaplanmış ve osilografik akım ve gerilim görünümleri elde edilmiştir. Sonuç olarak elde edilen her iki simülasyon senaryosunda, elde edilen tüm akım ve gerilim değerleri bir tablo haline getirilip sunulmuştur. İki simülasyonda kendi içerlerinde hem normal çalışma simülasyonlarına hem de kısa devre arıza simülasyonlarına bakılarak, tasarımda seçilen ekipmanların normal ve kısa devre çalışma koşullarına uygun olup olmadığı kontrol edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Need of electrical energy gradually increases owing to population increase. Electrical energy is produced in power plants and the voltage of power is converted to high voltage by step-up substations, then it is transferred long distance by transmission line and finally is converted to distribution network voltage level which end user can use. Substations are very important in this process. Increase of energy need causes increase the number of substations. Substations play an important role during from the point of producing to interconnected, transmission and distribution system of electricity. It makes possible to distribute the electricity as well as converting the voltage. Any fault that may be occured in substations may cause power outage or black out on not only the places they supply, also for a town, city or a country depending on protection selectivity. There may be a fault for some reason. For instance, some of them can be exploding of transformers, fault in modular switchgears, natural disasters or state of war etc. If there is a fault in substations, it must be troubleshot as soon as possible. Otherwise, power is needed to supply to end-users by emergency systems such as diesel generators or mobile substations. In some cases, faults may not be troubleshot in a short time. Diesel generator systems can supply the power if it is short time cut. However, cost of fuel consumption can be higher than using mobile substation if the fault is serious and troubleshooting takes a long time. Mobile substations can be used for kind of these situations as emergency or temporary power supply. If there is a mobile substation which belongs to electricity distribution companies that supply the energy to related area and waits for emergency or temporary supply, it can be sent and commissioned. Then it supplies power to the end-users in a short time. It is not only used during the energy cut, also used for temporary supply as an example of transmitting the power on medium voltage instead of low voltage for a long distance in some kind of big road construction sites, industrial projects because transmission of power on low voltage has higher cost than medium voltage. Mobile substations are the answer for those kinds of problems. It provides steady and stable energy to end-users. It can be produced according to related need. It saves cost of makeshift power installation. In this study, 1600 kVA 34,5/0,4 kV a mobile substation which is in accordance with Turkey electricity distribution network standards has been designed. Short circuit analyze has been determined and simulated at MATLAB/Simulink program. First, medium and low voltage single line diagram of the mobile substation have been created and then selected the devices used in substation such as SF6 gases circuit breakers, load breaks, measurement transformers, distribution transformer, protection relay, surge arrester and modular medium voltage switchgears. Cable section and battery charger unit have been calculated for the substation. Thereafter, architectural, layout and view drawing in the metal kiosk have been made. In addition, earthing system of the mobile substation have been explained. Short circuit fault is the most important fact because short circuit causes energy cut, it damages electrical equipment at the point where it occurs. Thereby, equipment connected on the network must be protected from it. It may cause loss of life and property if it is not taken precaution. Protection equipment in mobile substation are selected according to short circuit analyze. In this study, selected devices in the design have been determined in the worst-case short circuit fault on medium voltage side of mobile substation. Short circuit faults are classified as two groups as symmetrical and unsymmetrical faults. Symmetrical fault is a balanced three phase short circuit fault. Its short circuit currents are highest if compared with the others. Because of that, circuit breaker short circuit breaking capacity is determined according to this fault. Unsymmetrical fault types are single line-to-ground, line-to-line and double line-toground fault. In this study, after modelling the mobile substation, two different simulation have been done. One of them is that mobile substation has been supposed to be connected to only mains which has 100 MVA short circuit capacity. In that simulation, current and voltage oscillographic graphs have been obtained when there is no fault as a first case. In the second case, three phase, single line to ground and line to line fault have been carried out on medium voltage busbars of mobile substation and values of the short circuit currents and oscillographic graphs have been obtained from results of simulations. In second simulation, current and voltage of mobile substation have been examined in case of connected to a real distribution network including 9 pieces substations which are located in a street in Beykoz, Istanbul. Short circuit power of 380/34,5 kV Beykoz GIS network is 16500 MVA and rated power of it is 100 MVA. 9 pieces substation are in operating in that network which are supplied from Beykoz GIS. One of the operating substations has 1600 kVA rated power. It is supposed that operating 1600 kVA substation had a fault, it was out of operation and designed mobile substation in this study have been connected to that network for temporary power supply as a case. This real network distribution system has been used for simulation of designed mobile substation by modelling at MATLAB/Simulink program. Each substation has been modelled and formed as a subsystem in the study. In the first case, Current and voltage oscillographic graphs have been obtained from results of the simulation when there was no fault which means operating under normal conditions. Then as a second case, three phase, single line to ground and line to line fault have been carried out on medium voltage busbars of mobile substation and values of the short circuit currents and oscillographic graphs have been obtained from results of simulations for this network.As a result, obtained all simulation of current, voltage and fault currents have been submitted as a chart. Selected protection equipment in the designed mobile substation have been check and compared whether they are suitable under the fault cases or not, according to results from the simulations if it is connected to a network in Turkey.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    442605

    Akıllı şebekeler altyapısına uygun bir orta gerilim trafo merkezinin tasarımı ve ekonomik analizi

    Smart grid infrastructure suitable for a medium voltage transformer center design and economic analysis

    YAKUP BERKAY TİRYAKİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA BAYSAL

  2. Tez No

    198295

    Gaz izoleli sistemlerin teknik ve ekonomik açıdan incelenmesi

    Technical and economical examination of the gas insulated systems

    MEHMET SELİM TURAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. ADNAN KAKİLLİ

  3. Tez No

    578170

    Uzaktan akıllı kesici kontrolü için yeni bir yaklaşım

    A new approach to remote intelligent circuit breaker control

    MALİK SAĞLAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ÖZTÜRK

  4. Tez No

    341019

    Multi resolution spatial database for mobile applications

    Çok çözünürlüklü konumsal veritabanları ve mobil uygulamaları

    KAMİL İNAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVDA ZUHAL AKYÜREK

  5. Tez No

    863464

    High impedance fault detection in medium voltage distribution systems using wavelet transform

    Dalgacık dönüşümü kullanılarak orta gerilim dağıtım sistemlerinde yüksek empedanslı arıza tespiti

    BARAA MAKKAWI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER USTA

Geri Dön