Elektrik dağıtım sistemlerinde ark arızalarının tespiti, analizi ve azaltılması

Abstract

Günümüzde elektrik enerjisine duyulan talep giderek artmaktadır. Artan talep ile beraber büyük güç sistemlerine ve enerjinin sürekliliğine duyulan ihtiyaç yükselmektedir. Artan güç ihtiyacı ve büyüyen sistemler ile beraber kısa devre güçleri yükselmekte ve arıza akımı seviyeleri artmaktadır. Bu nedenle, arızaların etkileri ve zararları da daha yıkıcı olmaktadır. Elektrik enerjisine ve sürekliliğine duyulan bu ihtiyacın giderek artması, elektrik güç sistemlerinin işletilmesinde ve bakımında olası tehlikelerin analiz edilip, azaltılması ve gerekli önlemlerin alınması ihtiyacını da beraberinde getirmiştir. Elektrik güç sistemlerinde enerji kesintilerine sebep olan, koruma ekipmanlarına zarar veren, can ve mal kayıplarına neden olan en önemli arızalardan biri de ark arızalarıdır. Ark, hava veya gaz gibi izolasyon malzemesi içerisinde iki iletken arasında meydana gelen bir elektriksel boşalma olarak tanımlanabilir. Elektrik güç sistemlerinde çeşitli sebeplerden dolayı kısa devre sonucu meydana gelen ark arızaları esnasında kontrol edilemeyen bir enerji, basınç, ısı ve ışık ortaya çıkar. Oluşan bu olaylar dolayısıyla ark flaş patlamaları olarak da adlandırılmaktadırlar. Ark flaş patlamaları esnasında açığa çıkan ısı ve enerjiden dolayı anahtarlama elemanları zarar görmekte, can ve mal kayıpları görülebilmektedir. Bu yüzden elektrik güç sistemlerinde ark flaş arıza akım ve enerji hesaplamaları yapılmalı, ilgili standartlara göre tehlike analizleri gerçekleştirilmeli ve ark flaş arızaları esnasında çıkan enerji azaltılmaya çalışılmalıdır. Bu çalışmada, ark flaş arızaları hakkında literatür incelemesi yapılmış, ark olayı ve potansiyel oluşma sebepleri açıklanmış, ark arızası hesaplama yöntemleri belirtilmiş ve ark flaş enerjisi azaltma yöntemleri incelenmiştir. Ayrıca, örnek sistemler üzerinde ark flaş hesaplamaları ve risk analizleri Electrical Power System Analysis & Operation Software (ETAP) programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Nowadays, the demand of electrical energy has increased, so it has brought more high-power systems and more need for electrical energy continuity. With increased power demand and growing systems, short circuit powers and short circuit current levels are also increasing. For that reasons, faults effects and damages get more destructive. The increasing need for electrical energy and continuity has led to the analysis, reduction and take necessary precaution for potential hazards in electrical power systems operation and maintenance. One of the important faults which cause power failure, equipment damage, loss of life and property in electrical power systems is arc faults. The arc can be defined as an electrical discharge that is happened between two electrodes in insulation materials like air, gas, ex. In electrical power systems, during arc faults the short circuits which is happened due to various reasons arise uncontrollable energy, heat, pressure and light. Then it's also called arc flash faults. Because of this incident energy and heat which appear in arc faults can damage switching equipments, can cause loss of life and economic damage. Therefore, in electrical power systems arc fault current and incident energy calculations shall be done, hazard analysis must be considered and arc incident energy should be reduced with taking related precaution. In this work, literature review about arc flash faults are presented, arc and potential causes are explained, arc flash calculations methods are shown and arc incident energy reduction methods are examined. Additionally, in sample power systems arc flash calculation and risk analyses done with using Electrical Power System Analysis & Operation Software (ETAP).