Güneş Paneli PV Birleştirici Kutusu DC Dalgalanma Koruyucu Cihaz
Hava terminalleri, uygun aşağı iletkenler, tüm akım taşıyan bileşenler için eş potansiyel bağlanma ve uygun topraklama ilkeleri gibi temel elemanları içeren yıldırımdan korunma sistemi, doğrudan darbelere karşı koruma sağlar. PV sitenizde yıldırım riski ile ilgili herhangi bir endişe varsa, bir risk değerlendirme çalışması ve gerekirse bir koruma sistemi tasarımı sağlamak için bu alanda uzman bir profesyonel elektrik mühendisi almanızı tavsiye ederim.
Yıldırımdan korunma sistemleri ve SPD‘ler arasındaki farkı anlamak önemlidir. Bir yıldırımdan korunma sisteminin amacı, önemli miktarda akım taşıyan iletkenler vasıtasıyla doğrudan bir yıldırım düşmesini kanalize etmek, böylece yapıların ve ekipmanın bu deşarj yolunda veya doğrudan vurulmaktan kurtarmasıdır. Bu sistemlerin bileşenlerinin, yıldırım veya güç sistemi anomalilerinin doğrudan veya dolaylı etkilerinden kaynaklanan yüksek voltaj geçişlerine maruz kalmasını önlemek için toprağa deşarj yolu sağlamak amacıyla SPD’ler elektrik sistemlerine uygulanır. Harici bir yıldırım koruma sistemi mevcut olsa bile, SPD’ler olmadan yıldırım etkisi hala bileşenlerde büyük hasara neden olabilir.
Bu makalenin amaçları doğrultusunda, bir tür yıldırımdan korunma formunun bulunduğunu ve uygun SPD’lerin ek kullanımının türlerini, işlevlerini ve faydalarını incelediğini varsayıyorum. Doğru tasarlanmış bir yıldırım koruma sistemi ile birlikte, temel sistem lokasyonlarında SPD’lerin kullanılması, inverterler, modüller, birleşik kutulardaki ekipman ve ölçüm, kontrol ve haberleşme sistemleri gibi ana bileşenleri korur.
SPD’lerin Önemi
Doğrudan yıldırım çarpmalarının dizilere olan sonuçlarının yanı sıra, birbirine bağlanan güç kablolarının elektromanyetik olarak indüklenen geçici olaylara karşı çok hassastır. Yıldırımın doğrudan veya dolaylı olarak meydana geldiği geçici olaylar ve ayrıca şebeke değiştirme fonksiyonları tarafından üretilen geçici durumlar elektriksel ve elektronik ekipmanı çok kısa süren çok yüksek aşırı gerilimlere maruz bırakır (onlarca ila yüzlerce mikrosaniye). Bu geçici gerilimlere maruz kalmak, mekanik hasar ve karbon takibi ile farkedilebilecek veya farkedilmeyecek ancak yine de ekipman veya sistem arızasına neden olabilecek yıkıcı bir bileşen arızasına neden olabilir.
Düşük büyüklükteki geçici olaylara uzun süre maruz kalma, PV sistem ekipmanındaki dielektrik ve yalıtım malzemesini son bir arıza oluşana kadar bozar. Ayrıca, voltaj, geçici ölçüm, kontrol ve iletişim devrelerinde görünebilir. Bu geçici olaylar hatalı sinyaller veya bilgi olarak görünebilir ve bu da ekipmanın arızalanmasına veya kapanmasına neden olabilir. SPD’lerin stratejik olarak yerleştirilmesi bu sorunları hafiflettiği için kısa veya sıkma tertibatı işlevi görüyor.
SPD’lerin Teknik Özellikleri
PV uygulamalarında en yaygın kullanılan SPD teknolojisi, voltaj kapama cihazı olarak işlev gören metal oksit varistörüdür (MOV). Diğer SPD teknolojileri arasında silikon çığ diyodu, kontrollü kıvılcım boşlukları ve gaz boşaltma tüpleri bulunur. Son iki kısa devre veya levye gibi görünen anahtarlama cihazları. Her teknolojinin kendine has özellikleri vardır, bu da onu belirli bir uygulama için daha az ya da çok uygun kılar. Bu cihazların kombinasyonları, bireysel olarak sunduklarından daha optimum özellikler sağlamak için koordine edilebilir. Tablo 1, PV sistemlerinde kullanılan başlıca SPD tiplerini listeler ve genel çalışma özelliklerini detaylandırır.
Bir SPD, bir geçici var olan kısa bir süre için durumları yeterince hızlı bir şekilde değiştirebilmeli ve geçici akımın büyüklüğünü bozulmadan boşaltabilmelidir. Cihaz, bağlı olduğu ekipmanı korumak için SPD devresindeki voltaj düşüşünü de minimize etmelidir. Son olarak, SPD işlevi bu devrenin normal işlevine müdahale etmemelidir.
SPD’nin çalışma özellikleri, SPD’lerin seçimini yapanların anlaması gereken çeşitli parametrelerle tanımlanır. Bu konu burada ele alınabilecek daha fazla ayrıntıya ihtiyaç duyar, ancak aşağıdakiler dikkate alınması gereken bazı parametrelerdir: maksimum sürekli çalışma voltajı, ac veya dc uygulaması, nominal deşarj akımı (büyüklük ve dalga şekli ile tanımlanır), voltaj koruma seviyesi ( SPD belirli bir akımı boşalttığında mevcut olan terminal voltajı) ve geçici aşırı voltaj (SPD’ye zarar vermeden belirli bir süre için uygulanabilen sürekli bir aşırı voltaj).
Farklı bileşen teknolojilerini kullanan SPD’ler aynı devrelere yerleştirilebilir. Ancak, aralarında enerji koordinasyonu sağlamak için özenle seçilmeleri gerekir. Yüksek deşarj oranına sahip olan bileşen teknolojisi, mevcut geçici akımın en büyük büyüklüğünü boşaltırken, diğer bileşen teknolojisi artık geçici gerilimi daha düşük bir akımı boşalttıkça daha düşük bir büyüklüğe düşürür.
SPD, cihazın arızalanması durumunda devre ile bağlantısını kesen, entegre bir kendini koruma cihazına sahip olmalıdır. Bu bağlantı kesilmeyi görünür yapmak için, birçok SPD bağlantı kesme durumunu belirten bir bayrak görüntüler. SPD’nin durumunu bir bütünleşik yardımcı kontaklar seti ile belirtmek, uzak bir yere bir sinyal verebilen gelişmiş bir özelliktir. Dikkate alınması gereken bir diğer önemli özellik ise, SPD’nin arızalı bir modülün alet kullanmadan kolayca değiştirilebilmesini sağlayan veya devreyi enerjilendirmeye ihtiyaç duymayan, parmak emniyetli, çıkarılabilir bir modül kullanıp kullanmadığıdır.
PV Tesisatlarında Dikkat Edilecek AC Dalgalanma Koruma Cihazları
Yıldırım, bulutlardan yıldırımdan korunma sistemine, PV yapısına veya yakındaki bir zemine yanıp sönüyorsa, uzak yer referanslarına göre yerel bir toprak potansiyeli yükselmesine neden oluyor. Bu mesafeleri kapsayan iletkenler, ekipmanı önemli gerilimlere maruz bırakır. Toprak potansiyeli artışlarının etkileri, öncelikle şebekeye bağlı bir PV sistemi ile servis girişindeki yardımcı tesis arasındaki bağlantı noktasında – yerel toprağın uzak bir referanslı toprağa elektriksel olarak bağlandığı noktada yaşanır.
Eviricinin hizmet tarafının zarar veren geçici olaylardan korunması için servis girişine aşırı gerilim koruması yerleştirilmelidir. Bu yerde görülen geçici durumlar yüksek bir büyüklük ve süreye sahiptir ve bu nedenle uygun şekilde yüksek deşarj akımı değerlerine sahip dalgalanma koruması ile yönetilmelidir. MOV ile koordineli olarak kullanılan kontrollü kıvılcım aralıkları bu amaç için idealdir. Kıvılcım aralığı teknolojisi, yıldırım geçişi sırasında eş potansiyel bir bağlama işlevi sağlayarak yüksek yıldırım akımlarını boşaltabilir. Koordine edilmiş MOV, artık gerilimi kabul edilebilir bir seviyeye bağlama yeteneğine sahiptir.
Toprak potansiyeli yükselmesinin etkilerine ek olarak, eviricinin ac tarafı, servis girişinde de görülen yıldırım kaynaklı ve yardımcı anahtarlama geçici durumlarından etkilenebilir. Potansiyel ekipman hasarını en aza indirmek için, uygun şekilde derecelendirilmiş AC dalgalanma koruması, sürücünün ac terminallerine mümkün olan en yakın ve yeterli kesit alanı iletkenleri için en kısa ve en düz yolla uygulanmalıdır. Bu tasarım kriterinin uygulanmaması deşarj sırasında SPD devresinde gereğinden fazla voltaj düşmesine neden olur ve korumalı ekipmanı gerektiğinden daha yüksek geçici voltajlara maruz bırakır.
PV Tesisatı için DC Dalgalanma Koruma Cihazları ile İlgili Hususlar
Yakındaki topraklanmış yapılara (yıldırım koruma sistemi dahil) doğrudan çarpmalar ve 100 kA büyüklüğünde olabilecek bulut içi ve bulut içi flaşlar, geçici akımları PV sistemi dc kablosuna ileten ilgili manyetik alanlara neden olabilir. Bu geçici voltajlar ekipman terminallerinde görülür ve ana bileşenlerin izolasyonuna ve dielektrik arızalarına neden olur.
SPD’leri belirtilen konumlara yerleştirmek, bu endüklenen ve kısmi yıldırım akımlarının etkisini azaltır. SPD, enerjilendirilmiş iletkenler ile toprak arasına paralel olarak yerleştirilir. Aşırı gerilim meydana geldiğinde yüksek empedanslı bir cihazdan düşük empedanslı bir cihaza durum değiştirir. Bu konfigürasyonda SPD, ilişkili geçici akımı boşaltır, aksi takdirde ekipman terminallerinde mevcut olacak aşırı gerilimi en aza indirir. Bu paralel cihaz herhangi bir yük akımı taşımaz. Seçilen SPD, DC PV gerilimlerindeki uygulamalar için özel olarak tasarlanmış, derecelendirilmiş ve onaylanmış olmalıdır. İntegral SPD bağlantı kesme, AC uygulamalarında bulunmayan daha ciddi dc arkını kesebilmelidir.
Bir Y konfigürasyonunda MOV modüllerinin bağlanması, maksimum 600 veya 1.000 Vdc açık devre voltajında çalışan büyük ticari ve faydalı ölçekli PV sistemlerinde yaygın olarak kullanılan bir SPD konfigürasyonudur. Y’nin her ayağı, her bir direğe ve toprağa bağlı bir MOV modülü içerir. Topraklanmamış bir sistemde, her bir kutup arasında ve hem kutup hem de toprak arasında iki modül vardır. Bu konfigürasyonda, her modül sistem voltajının yarısı için derecelendirilmiştir, dolayısıyla bir kutup-toprak arızası meydana gelse bile, MOV modülleri nominal değerlerini aşmaz.
Güç Dışı Sistem Dalgalanma Koruması ile İlgili Hususlar
Tıpkı güç sistemi ekipmanı ve bileşenleri yıldırım etkilerine karşı duyarlı olduğu gibi, ölçüm, kontrol, enstrümantasyon, SCADA ve bu tesislerle ilgili haberleşme sistemlerinde bulunan ekipman da öyle. Bu durumlarda, aşırı gerilim korumanın temel konsepti güç devrelerinde olduğu gibidir. Bununla birlikte, bu ekipman genellikle aşırı gerilim darbelerine daha az toleranslı ve hatalı sinyallere daha duyarlı olduğundan ve devrelere seri veya paralel bileşenlerin eklenmesinden olumsuz yönde etkilendiğinden, eklenen her bir SPD’nin özelliklerine daha fazla özen gösterilmelidir. Spesifik SPD’ler, bu bileşenlerin bükümlü çift, CAT 6 Ethernet veya koaksiyel RF aracılığıyla iletişim halinde olup olmadığına göre çağrılır. Ek olarak,
SPD’lerin Yaygın Yanlış Uygulamaları
SPD’ler güç devrelerine uzun yıllardır uygulanmaktadır. Çağdaş elektrik devrelerinin çoğu alternatif akım sistemleridir. Bu nedenle, çoğu aşırı gerilim koruma cihazı ac sistemlerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Nispeten yeni olan büyük ticari ve fayda ölçekli PV sistemlerinin tanıtılması ve kullanılan sistemlerin sayısının artması maalesef, ac sistemleri için tasarlanan SPD’lerin dc tarafının yanlış uygulanmasına neden olmuştur. Bu durumlarda, SPD’ler, özellikle DC PV sistemlerinin özelliklerinden dolayı, arıza modunda, uygun olmayan şekilde performans gösterir.
MOV’lar SPD’ler için mükemmel özellikler sunar. Düzgün olarak derecelendirilirler ve doğru uygulanırsa, bu işlev için kaliteli bir şekilde çalışırlar. Ancak, tüm elektrikli ürünler gibi, bunlar da başarısız olabilir. Başarısızlık, ortam ısınmasından, cihazın daha büyük olan boşaltma akımlarını boşaltmak, çok fazla boşaltmak veya sürekli aşırı voltaj koşullarına maruz kalmasından kaynaklanabilir.
Bu nedenle, SPD’ler, gerekli olması durumunda, enerjilendirilmiş dc devresine paralel bağlantıdan onları ayıran termal olarak çalışan bir ayırma anahtarıyla tasarlanmıştır. SPD arıza moduna girerken bazı akımlar aktığından, termal bağlantı kesme düğmesi çalışırken hafif bir yay görünür. Bir ac devresine uygulandığında, jeneratör tarafından sağlanan akımın ilk sıfır geçişi bu yayı söndürür ve SPD devreden güvenli bir şekilde çıkarılır. Aynı AC SPD, bir PV sisteminin dc tarafına, özellikle de yüksek voltajlara uygulanırsa, akımın bir dc dalga formunda sıfır geçişi olmaz. Normal olarak çalışan normal anahtar ark akımını söndüremez ve cihaz arıza yapar.
Paralel sigortalı bir baypas devresini MOV etrafına yerleştirmek, DC arıza arkının söndürülmesinin üstesinden gelmek için bir yöntemdir. Termik bağlantı kesme işlemi çalışıyorsa, açılış temas noktalarında hala bir yay belirir; ancak bu ark akımı, arkın söndüğü bir sigortayı içeren paralel bir yola yönlendirilir ve sigorta, hata akımını keser.
AC sistemlerde uygulanabileceği gibi, SPD’den önce gelen sigorta bağlantısı dc sistemlerinde uygun değildir. Sigortayı çalıştırmak için mevcut kısa devre akımı (aşırı akım koruma cihazında olduğu gibi), jeneratör düşük güç çıkışındayken yeterli olmayabilir. Sonuç olarak, bazı SPD üreticileri tasarımlarında bunu dikkate almıştır. UL, eski standardını en son aşırı gerilim koruma standardı olan UL 1449 ile değiştirerek değiştirmiştir. Bu üçüncü sürüm PV sistemleri için özel olarak geçerlidir.
Birçok PV kurulumunun maruz kaldığı yüksek yıldırım riskine rağmen, SPD’ler ve uygun şekilde tasarlanmış bir yıldırım koruma sistemi uygulanarak korunabilirler. Etkili SPD uygulaması aşağıdaki hususları içermelidir:
- Sistemde doğru yerleştirme
- Fesih gereklilikleri
- Ekipman topraklama sisteminin doğru topraklanması ve yapıştırılması
- Deşarj değerlendirmesi
- Gerilim koruma seviyesi
- Dc ve ac uygulamaları da dahil olmak üzere söz konusu sistem için uygunluk
- Hata modu
- Yerel ve uzak durum göstergesi
- Kolayca değiştirilebilen modüller
- Normal sistem işlevi, özellikle güçsüz sistemlerde etkilenmemelidir