Elektrik güç sistemlerinin koruma felsefesinde "Seçicilik" (Selectivity) sistemin sürekliliği için hayati öneme sahiptir. Bir arıza meydana geldiğinde, sadece arızalı bölgenin izole edilmesi ve sistemin geri kalanının enerjili kalması gerekir. Bunu sağlamanın en temel yolu ise röleler arasında zaman kademelendirme (Time Grading) ya da zaman farkı belirleme yöntemidir. 


Temel Kavram: CTI (Coordination Time Interval) Nedir?

ANSI/IEEE standartlarında CTI (Coordination Time Interval), IEC standartlarında ise Grading Time olarak adlandırılan bu kavram; arızaya yakın olan koruma elemanı (Downstream) ile bir üstteki koruma elemanı (Upstream) arasındaki minimum zaman farkıdır.

Kesici Açma Süresi ( Break Time)

Röle "AÇ" (Trip) sinyalini gönderdiği anda akım kesilmez. Bu süreç mekanik ve fiziksel adımlardan oluşur:
  • Bobin Enerjilenmesi: Açma bobininin (Shunt Trip) harekete geçmesi.
  • Mekanik Ayrılma: Kesici kontaklarının fiziksel olarak birbirinden ayrılması.
  • Ark Sönümlenmesi (Arc Extinction): Kontakların ayrılmasıyla oluşan arkın, vakum veya SF6 gazı içinde tamamen söndürülmesi.
t_cb= kesici açma süresi

Kesicinin açma bobininin enerjilenmesi ile arkın tamamen sönmesi arasındaki fiziksel süre kesme süresidir. Örnek OG kesicilerinde (0,5s-1s). Modern OG kesicilerde (örneğin Siemens 3AF serisi) bu süre genellikle 50 ms ile 80 ms arasındadır (yaklaşık 3-5 periyot). 

Upstream röle, Downstream kesicinin bu işlemi tamamlamasını beklemek zorundadır

Not: ETAP kesici modellemede Break Time,  Min. Delay ve buna bağlı "Relay Delay" ifadesini kapsar. Relay Delay ( Röle İç Gecikmesi) , kesicinin kendi kendini açtıramayacağı baz alınarak atanan bir değerdir. Röle İç Gecikmesi (Internal Latency), röle işlemcisinin arızayı görüp çıkış rölesini (kuru kontak) kapatması için geçen zorunlu donanım süresidir (yaklaşık 20-30 ms veya daha az bir süredir).  Röle gecikmesi burada rölenin arızayı algılaması, karar vermesi ve çıkış kontağını kapatıp kesiciye "aç" sinyali göndermesi için geçen süredir.  Modern nümerik yani mikroişlemcili dijital rölelerde bu genellikle 10-20 ms (0,01 - 0,02 sn) arasındadır. ETAP  simulasyonunda varsayım şudur: 

Bu kesici sahada bir röle ile birlikte çalışacak. Kesicinin kendi mekanik süresi (Break Time) 50 ms olabilir. Ama dünyadaki en hızlı röle bile en az 10-20 ms gecikmeye sahiptir. O zaman ben simülasyon güvenliği için Min. Delay değerini sadece mekanik süre (50 ms) olarak alırsam hata yaparım; bunu röle payıyla birlikte (örneğin 70-80 ms) girmeliyim.

Röle Overshoot (Aşma) Süresi

Üst kademedeki (upstream) rölenin, arıza akımı kesildikten sonra arızanın bittiğini teyit edip "izlemeyi durdurma" süresidir. Downstream kesici arızayı temizleyip akımı kesse bile, Upstream röle akım kesildiğini o "milisaniye" içinde algılayamaz.

Sayısal rölelerde bu süre oldukça kısadır (20-30 ms). Bu pay bırakılmazsa, alt kademe kesici (downstream) işini bitirse bile üst kademe röle arıza devam ediyor sanıp gereksiz açma (trip) yapabilir.

Elektromekanik rölelerde dönen diskin ataleti (momentum) nedeniyle disk bir süre daha dönmeye devam eder (yaklaşık 100 ms). Sayısal (Nümerik) rölelerde işlemci çevrim süreleri ve filtre algoritmaları nedeniyle çok kısa bir gecikme yaşanır (yaklaşık 20-30 ms).

Bu pay CTI ya da time grading içine dahil edilmezse, arıza alt tarafta temizlense bile üstteki röle "aşma" yaparak gereksiz yere açma yapabilir.

t_overshoot: Röle Aşma Süresi

Hata ve Emniyet Payları

Hiçbir ölçüm %100 kusursuz değildir. Akım trafoları, özellikle yüksek kısa devre akımlarında doyuma (saturation) yaklaşabilir ve oran hatası oluşturabilir. Rölenin kendi iç saati %5-%10 civarında sapma gösterebilir.

Toleranslar: Akım trafolarının (CT) ölçüm hataları ve rölenin zamanlama paylarını kapsar (Genellikle toplam süreni  %5-10'u veya ~60 ms).

Emniyet Payı (Safety Margin): Beklenmedik mekanik yavaşlamalar için eklenen ek güvenlik marjıdır.

t_error: Toleranslar ve Hatalar

Bu belirsizlikleri yönetmek için genellikle 100 ms - 150 ms civarında ekstra bir "Emniyet Payı" eklenir.

t_safety: Emniyet Payı


CTI = t_cbi+ t_overshoot+t_error+t_safety

Bileşen

Süre (ms)

Açıklama

Kesici Açma Süresi

80 ms

Alt kesicinin arkı söndürme süresi (Max).

Röle Overshoot

30 ms

Üst rölenin durma gecikmesi.

Hata Payı (%10)

60 ms

CT ve röle toleransları.

Emniyet Marjı

130 ms

Ekstra güvenlik bölgesi.

CTI

300 ms

(0.3 Saniye)

Elektromekanik rölede, 0.3 saniye yetersiz kalabilir; bu durumda CTI değerini 0.4 s veya 0.5 s seviyesine çekmek gerekebilir.


Röle Ayar Süresi

Koordinasyon yaparken röle ayar süresi dikkate alınır. Röle ayar süresi TMS (Time Mulplying Setting) değeri girildikten sonra eğri karakteristiği denklemine göre hesaplanan açma süresidir. Bu durumda toplam süre:

Toplam Süre = Röle Ayar Süresi + Röle İç Gecikmesi + Kesici Kesme Zamanı ( Break Time)

Örnek olarak, röle ayar süresi yani arıza akımında açma süresi 150 ms, Röle İç Gecikmesi = 30ms, Kesici Kesme Zamanı = 80 ms alınırsa toplam süre = 260 ms olur. 

Bu değer 300ms alınan CTI değeri ile karıştırılmamalıdır. CTI değeri; burada 80ms + 30ms olan 110ms değerini de kapsayan iki röle arası zaman farkı 300ms değeridir. Toplam süre iki röleli durumda 150ms+300ms(CTI) =450 ms olacaktır.


300 ms içinde kesici kesme süresi (Breaking) ve Relay Delay röle gecikmesi mevcuttur. Benzer şekilde arıza akımı değerinde downstream rölenin karakteristik eğrisi üzerine denk gelen zaman değeri ile upstream rölenin karakteristik eğrisi üzerine denk gelen zaman değeri arasında fark CTI ya da time grading 300ms'dir.

Arızanın sistemde fiziksel temizlenme süresi = 260ms

Upstream röle = 450 ms'de açar.

Arada güvenlik payı= 190 ms olur.

Röle Overshoot (Aşma): 30ms
Hata Payları (CT/Röle) : 60ms
Emniyet Payı                 : 100ms 

NOT: Hesaplamalar IEC 60255 standartları ve genel kabul görmüş mühendislik pratiklerine (IEEE 242 Buff Book) dayanmaktadır.