Dinamik ark modelleri ve devre kesicilerin bilgisayar simülasyonu

Abstract

Bu tezin amacı yüksek ve orta gerilimde kullanılan kesicilerin açma-kapama işlemisırasında meydana gelen arkların modellenmesi ve bilgisayar simülasyonları ileincelenmesidir.Güç sistemlerinde kısa devre arızalarının meydana gelmesi durumunda enerjininsorunsuz bir biçimde kesilmesi ve gerekli korumanın sağlanması büyük önem taşımaktadır.Güç sistemlerinde kısa devre olaylarının büyük bir bölümü ark şeklinde meydanagelmektedir. Ayrıca kısa devre durumları veya normal şartlar altında kesici açma işleminigerçekleştirdiğinde kontaklar arasında yine bir elektrik arkı oluşabilmektedir. Bu gibidurumlarda sistemden geçen akımın ve gerilim dalgasının biçiminde meydana gelendeğişimin bilinmesi gerek koruma açısından, gerekse devre kesicilerinin tasarımı açısındanbüyük önem taşımaktadır. Elektrik arkı sabit bir direnç olarak modellenmekle birlikte, doğrubir analiz için daha detaylı modellere gerek bulunmaktadır. Bu amaç için, sabit direnç yerinekarakteristiği zamanla değişkenlik gösteren dinamik ark modelleri kullanılmaktadır. Ancak bugibi detaylı modellerin simülasyonunda zorluklar çekilmektedir. Son zamanlarda geliştirilenbir durum uzayı tekniği ile doğrusal olmayan ve zamana bağlı değişkenlik gösterenelemanların kolaylıkla modellenebileceği görülmüştür.Bu çalışmanın ilk aşamasında güç sistemlerinde kullanılacak devre kesicilerininçeşitleri ve yapısı incelenerek elektrik arkının oluşumu ve çeşitleri hakkında gerekli bilgilerverilmiştir. Güç sistemi MATLAB bilgisayar programı ve durum uzayı tekniği kullanılarakmodellenmiş ve simülasyon yoluyla kesici kontaklarının maruz kaldığı gerilim ile akımeğrileri elde edilmiştir.

The purpose of this thesis is to investigate the dynamic models of the electric arcs andsimulation of medium and high voltages circuit breakers.In power systems, it is very important to switch the load and source without anyproblem and to provide a reliable protection in the case of short circuit faults. Most of theshort circuit faults are in the form of electrical arcs. Also, electrical arcs occur between thecontacts of the circuit breakers. Determination of current flowing in the system and changes inthe voltage under these conditions is important for the protection process and for the design ofthe circuit breakers. Although an electrical arc can be modeled as a constant resistor, moreaccurate models are needed for a detailed analysis. To achieve this, dynamic arc modelswhose characteristics varying with time are used instead of constant resistance models.However, there are some difficulties in simulation of these models. With a recently developedstate-space technique, it has been shown that non-linear and time-variant circuit elements canbe modeled easily.In this thesis, the structure and the types of the circuit breakers are investigated, anduseful knowledge about the occurrence and the types of the electrical arcs is given. Variousarc models are simulated using a benchmark power system in MATLAB and the state-spacetechnique is also used for transient simulation of fault arcs. Arc current and voltage areobtained.