Ayırıcılar primer teçhizattır ve kesicilerin akım yolu üzerinde bulunarak kesiciden önce ve sonra yerleştirilir. Kesici bakım ve onarımı için kesici açıldıktan sonra ayırıcılar açılır ve önce ayırıcılar kapatılarak kesici kapanması sağlanır. Akım geçen devrede ayırıcı açıldığında meydana gelen ark söndürülemediğinden ayırıcı teçhizatının yanmasında sebep olur.
Gerilimsiz devrelerde ayırıcılar toprak irtibatını sağlar. Toprak ayırıcısı adı verilen ayırıcılar ile kesici ve ayırıcı açılıp kapatılması güvenli hale gelir. Hat ayırıcısı hat çıkışına bara ayırıcısı ise kesici ile bara arasına yerleştirilir. Ana bara - transfer bara düzeninde ise by-pass ayırıcısı kullanılır.
Gerilim seviyesi, 66 kV, 154 kV, 220 kV, 400 kV ve 800 kV olan yüksek gerilim şalt sahalarında veya trafo merkezlerinde döner izolatörlü ayırıcılar kullanılır. Ayırıcı manuel veya basınçlı hava, hidrolik veya elektrik motoru ile açmak için kumanda edilebilir ve uzaktan açma yapılabilir. Ayırıcı üzerindeki izolatör belirlenen bir açıyla döner ve kontaklar ayrılır.
Orta ya da küçük ölçekli reaktör olan Small Modular Reactor - SMR, esnek enerji üretimi ve elektrik üretimi harici, elektrik dışı ve kojenerasyon uygulamaları için ve altyapının daha az olduğu kırsal bölgelerde kullanım için de düşünülmektedir. Tek ünite, çoklu ünite ve yenilenebilir kaynaklarla birlikte SMR kullanılabilmektedir. Özellikle eskimekte olan fosil yakıtlı üretimin yerini almasına yönelik de kurulumu olabilmektedir. Kendiliğinden ya da doğası gereği güvenli ve pasif özelliklerin ( elektriğe ihtiyaç duymayan ve operator müdahalesi gerektirmeyen) gelmesi ile güvenliklerinin arttığı belirtilmektedir. Sistem basitleştirilmesi ile yatırım maliyeti de azalmaktadır. Normal santrallere göre ebat küçüldüğünden inşaat maliyeti daha yönetilebilir olmakta ve fabrikasyon ile önceden yapılmaları inşaat süresini kısaltmaktadır.
Özellikle SMR'ın satışı ile ilgili belirtilen noktalardan biri mevcut reaktör tasarımlarına göre daha güvenli olmalarıdır. Güvenlikle (Safety) ilgili olarak aşağıdaki durumların DOE tarafından göz önüne alınması istenmiştir.
Nükleer sektör ağırlıklı olarak ingilizce doküman üzerine kurulu olduğundan kullanılan terim ve kavramlar konuşma esnasında türkçe ifade ederken bile sanırım kolaylık sağladığından ingilizceye dönülmektedir. Türkçe bir rapor hazırlarken de ingilizce ifadelerle türkçe kelimeler anlaşılabilirliği artırmak için birlikte kullanılmaktadır.
Türkiye'de gelişmekte olan nükleer sektörde aşağıda bazı temel nükleer ekipman ve kavramlara yönelik bulabildiğim çeviriler ve önerilerim yer almaktadır.
Aralarında iletim hattının indüktif reaktansı bulunan iki generatörlü, iki baralı bir sistem olsun.
Şekilde bara gerilimleri kutupsal olarak, görünür güç ve generatörler arası akım karmaşık sayı olarak gösterilmektedir.
Reaktif güç ve gerilim ilişkisi için basitleştirme adına kısa iletim hattı göz önüne alınmıştır. Kısa iletim hattı modelinde, hat empedansı, kaynak gerilimleri ve hat akımı yer alır. Anlaşılır olması ve formüllerden kopmama açısından formüller arası geçişlerde uzun işlem yapılmıştır.
Şekil 1'de kısa iletim hattı modeli, reaktif güç ve gerilim ilişkisi için verilmektedir.
 |
| Şekil 1. Kısa iletim hattı modeli |
 |
| Şekil 2. Kısa iletim hattı indüktif vektörel gösterim |
\[\Delta \tilde u = (R + j{X_L})({I_x} - j{I_y})\]
\[\Delta \tilde u = (R{I_x} - jR{I_y} + j{X_L}{I_x} - {j^2}{X_L}{I_y})\]
\[{j^2} = - 1\]
yazılarak
\[\Delta \tilde u = {I_x}R + {I_y}{X_L} + j({I_x}{X_L} - {I_y}R)\]
olduğundan,
\[\Delta {u_x} = {I_x}R + {I_y}{X_L}\]
\[\Delta {u_y} = {I_x}{X_L} - {I_y}R\]
Görünür güç hesaba katılırsa;
\[\tilde S = \tilde U\tilde I*\]
genel formülünden
\[\tilde I = {I_x} - j{I_y}\]
ifadesinin eşleniği alınıp
\[\tilde I = {I_x} + j{I_y}\]
yazılmalıdır.
\[{S_2} = {E_2}({I_x} + j{I_y}) = {P_2} + j{Q_2}\]
olur.
Akımları çekip üstteki
\[\Delta {u_x}\]
\[ \Delta {u_y}\]
denkleminde yerleştirilirse;
\[{I_x} = \frac{{{P_2}}}{{{E_2}}}\]
\[{I_y} = \frac{{{Q_2}}}{{{E_2}}}\]
\[\Delta {u_x} = \frac{{{P_2}R}}{{{E_2}}} + \frac{{{Q_2}{X_L}}}{{{E_2}}} = \frac{{{P_2}R + {Q_2}{X_L}}}{{{E_2}}}\]
\[\Delta {u_y} = \frac{{{P_2}{X_L}}}{{{E_2}}} - \frac{{{Q_2}R}}{{{E_2}}} = \frac{{{P_2}{X_L} - {Q_2}R}}{{{E_2}}}\]
olur.
İletim hattında indüktif reaktans dirence göre çok büyük olduğundan direnç ihmal edildiğinde;
\[\Delta {u_x} \approx \frac{{{Q_2}{X_L}}}{{{E_2}}}\]
\[\Delta {u_y} \approx \frac{{{P_2}{X_L}}}{{{E_2}}}\]
formülleri elde edilebilir.
Yorumlandığında, hattaki
\[\Delta {u_x}\]
gerilim düşümü iletim hattındaki reaktif güç akışı ile belirlenmektedir.
Reaktif güç akışı artarsa gerilim düşümü artar. Diğer bir ifade ile yük tarafından talep edilen reaktif güç artarsa hat sonu gerilim düşer.
Gerilim düşümünü önlemek için hattaki reaktif güç azaltılmalıdır. Kısa hat kullandığımızdan tüketim tarafında kompanzasyon yapılarak gerilim enjekte edilebilir.
Aktif güç, gerilimleri ifade eden
\[{{E_1}}\]
ve
\[{{E_2}}\]
arasındaki faz farkını
\[δ\]
oluşturmaktadır zaten Şekil 2'de vektörel olarak da görülmektedir.
İkinci tarafta kısa devre gücü, giriş çıkış gerilimlerin eşitliği durumunda
\[\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = 1\]
göz önüne alınabilir.
\[{S_{KD}} = \frac{{{V^2}}}{X}\]
genel formülü ile kısa devre gücünü elde etmek için gerilim düşümü formülünde paydalar gerilime bölündüğünde;
\[\frac{{\Delta {u_x}}}{{{E_2}}} = \frac{{\Delta {u_x}}}{{{E_1}}} = \frac{{{Q_2}{X_L}}}{{{E_1}^2}}\]
elde edilir.
\[{S_{2KD}} = \frac{{{E_1}^2}}{{{X_L}}}\]
\[\frac{{{Q_2}{X_L}}}{{{E_1}^2}} = \frac{{{Q_2}}}{{{S_{2KD}}}} = \frac{{\Delta {u_x}}}{{{E_2}}} = \frac{{\Delta {u_x}}}{{{E_1}}}\]
olacaktır.
\[\Delta {u_x} = {E_1} - {E_2} = {E_1}\frac{{{Q_2}}}{{{S_{2KD}}}}\]
kısa devre durumu ele alındığından,
\[{E_2} = {E_1} - {E_1}\frac{{{Q_2}}}{{{S_{2KD}}}} = {E_1}\left[ {1 - \frac{{{Q_2}}}{{{S_{2KD}}}}} \right]\]
2.taraftaki gerilim büyüklüğü ya da çıkış gerilimi reaktif güç akışı ile belirlenmektedir.
Hattaki reaktif güç akışı giriş-çıkış veya 1. ve 2. taraftaki gerilimler arasındaki farkı artırmaktadır.
İkinci barada kısa devre gücü yüksekse hattaki reaktif güç akışı, çıkış bara gerilimini birinci bara baz alındığında daha az düşürür.
Termik santral ve nükleer santralde sistemin devamlılığı ve güvenirliliği açısından baraların enerjili kalması gerekmektedir.
Bara transfer konfigürasyonu endüstriyel gereksinim ve sahadaki elektrik beslemesinin çeşitliliğine göre değişir. Örneğin termik ve nükleer santralde santralin çalışabilmesi veya nükleer santrale özgü olarak güvenli devreden çıkarmayı (safe shutdown) sağlamak için gerekli olan iç ihtiyacı besleyebilen en az iki adet şebeke beslemesi olmaktadır. Şebeke beslemeleri arasında enerjinin sürekliliği açısından bara transferi gereklidir.
 |
| Şekil 1. Nükleer Santral Elektrik Sistemi |
Nükleer santralin elektrik sistemi tasarımına bağlı olarak normal işletme koşullarında santral iç tüketimi, senkron generatör yani ünite çıkışından ya da Amerika'daki nükleer santral örneklerinde olduğu gibi devreye alma/çıkarmada bara transferine ihtiyaç duyulmadığından santral şaltı ile şebekeden de karşılanabilir. Ünite senkron generatörü genelde 3 adet tek fazlı ya da 3 fazlı yükseltici trafo ile iletim şaltına dolayısıyla ana şebekeye bağlanır.
Şekil 1'de santral güvenlik fonksiyonlarını yerine getirecek sistemlerin beslenmesi amacıyla güvenlik baralarının bağlantılarını IEEE 765 standartı baz alınarak örnek olarak gösterilmektedir. Santral teknolojisi ve elektriksel tasarıma göre tek hat değişecektir.
 |
| Şekil 2. İletim sistemi güvenlik baralarının beslemesi |
Nükleer santral normal işletme sırasında iletim şebekesine yani ana şebekeye enerji vermekte, devreye alma ve devreden çıkma durumunda şebekeden enerji çekebilmektedir.
Şekil 2'de santralin devreye alınması ve devreden çıkarılması durumunda generatör kesicisinin açılması ile çift yönlü ana trafo sayesinde santral iletim şebekesinden ünite trafolarını besleyerek gerekli fonksiyonları gerçekleştirir. Ana şebekeden besleme olarak ifade edilen bu besleme biçiminde, ana şebekenin kaybı durumunda yedek besleme sistemi santral iç tüketim baralarına ayrı bir hat ya da hatlarla indirici trafolar (yedek şebeke trafosu) vasıtası ile bağlanmaktadır. Yedek şebeke ağırlıklı olarak santrali güvenli şekilde devreden çıkarmaya yarar.
Güvenlik fonksiyonu için besleme sağlayan güvenlik baraları ve güvenlikle ilgili olmayan bara sayısı santrale göre değişir. Güvenlikle ilgili olmayan baralar, güvenlik baralarını besleyen ünite trafosu hattı ile beslenebildiği gibi ayrı bir trafo veya trafolar ile de beslenebilir. Güvenlik barası sayısında N+1 kriteri, hatta yeni tip reaktörlerde N+2 kriteri dikkate alınmaktadır. Bu kriterlerle birlikte güvenlik fonksiyonu yapacak ekipmanı besleyecek bara sayısı yedeklilik ve nükleerde yer alan kısıtlı işletme şartını ortadan kaldırmak adına 3 adet ( biri arızalı iken ikisi birbirini yedekleyecek şekilde devrede olmalı) ve online bakım göz önüne alındığında 4 adet ( bakım+ arıza + 2 yedekli çalışma) olmaktadır.
Yedek şebeke, ana şebeke ile aynı gerilim seviyesinde olabilir. Bu durum, nükleer güvenlik için yeterli olmakla birlikte farklı gerilim seviyesi ile bağlantı ile güvenlik artırılmaktadır. Nükleer güvenlikte en az iki adet bağımsız iletim sistemi ile bağlantı gerekmekte ve kaza durumunda santrali güvenli duruma getirecek, birbirinden fiziksel olarak bağımsız ve aynı kabiliyete bu iki iletim sistemi kullanılmaktadır. Türkiye'de bu durumda ana şebeke olarak 400 kV ve yedek şebeke olarak 154 kV iletim sistemi örnek olarak verilebilir.
Isı çevrimine bağlı olarak elektrik üretmesi ile bir termik santral olmasına rağmen nükleer santrali termik santralden ayıran en önemli özelliklerden biri, kaza durumunda sonuçlarının ağır olması nedeniyle göz önüne alınması gereken nükleer güvenlik (safety) kavramıdır. Nükleer güvenliği sağlamak adına santralde gerçekleştirilmesi gereken temelde 3 adet güvenlik fonksiyonu vardır.
1. Reaktivitenin kontrolü (reactivity control)
2. Bozunum ısının bertaraf edilmesi (decay heat removal)
3. Radyoaktif maddenin sınırlandırılması
Literatürde ve düzenleyici kuruluşların dokümanlarında bu üç fonksiyon farklı ifadelerde aynı anlamda verilebilmektedir.
