Güneş Enerjisi Sistemleri için Aşırı Gerilim Koruma Cihazı Seçimi – Aşırı Gerilim Koruma Cihazı Çeşitleri
Fotovoltaik (PV) enerji üretimi, yenilenebilir enerjinin önemli bir kaynağıdır ve geleneksel enerji üretimine kıyasla ekonomik olarak oldukça rekabetçidir. Çatı üstü güneş panelleri gibi küçük dağıtılmış PV sistemleri giderek daha popüler hale gelmektedir. Çatı üstü PV sistemleri, 1500V'a kadar ulaşan voltajlarla hem AC hem de DC dağıtımını içerir. Özellikle PV panelleri olmak üzere DC tarafı, yüksek riskli bölgelerde doğrudan yıldırım çarpmasına maruz kalabilir ve bu da onları yıldırım hasarına karşı savunmasız hale getirir.
Binalar için yıldırımdan korunma, yıldırım riskine bağlı olarak dış koruma (Yıldırım Koruma Sistemi, YPS) ve iç koruma (Aşırı Gerilim Koruma Önlemleri, SPM) olmak üzere ikiye ayrılır. İç korumanın bir parçası olan Aşırı Gerilim Koruma Cihazları (SPD'ler), atmosferik yıldırım veya anahtarlama işlemleri nedeniyle oluşan geçici aşırı gerilimlere karşı koruma sağlar. SPD'ler korunan ekipmanın dışına monte edilir ve temel olarak şu şekilde çalışır: Güç sisteminde aşırı gerilim olmadığında, SPD koruduğu sistemin normal çalışmasını önemli ölçüde etkilemez. Aşırı gerilim oluştuğunda, SPD düşük empedans sunarak aşırı gerilim akımını kendi üzerinden yönlendirir ve gerilimi güvenli bir seviyeye sınırlar. Aşırı gerilim geçtikten ve kalan akım söndükten sonra, SPD yüksek empedans durumuna geri döner.
1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının (SPD) Kurulum Yeri
Aşırı gerilim koruma cihazlarının (SPD) kurulum yeri, yıldırım tehdidinin derecesine ve IEC 62305'teki Yıldırım Koruma Bölgeleri (LPZ) kavramına göre belirlenir. Geçici aşırı gerilimler, korunan ekipmanın dayanım geriliminin altında olması gereken güvenli bir seviyeye kademeli olarak düşürülür. Şekilde gösterildiği gibi, SPD'ler bu bölgelerin sınırlarına kurulur ve bu da düşük voltajlı sistemlerde kullanılan çok seviyeli aşırı gerilim koruma kavramını ortaya çıkarır. Fotovoltaik (PV) sistemler için odak noktası, yıldırım darbelerinin AC ve DC taraflarından girmesini önlemek ve böylece invertörler gibi kritik bileşenleri korumaktır.
2. Aşırı Gerilim Koruma Cihazları (SPD) Test Sınıfları
IEC 61643-11'e göre, aşırı gerilim koruma cihazları (SPD'ler), dayanacak şekilde tasarlandıkları yıldırım akımı darbesinin türüne bağlı olarak üç test kategorisine ayrılır. Tip I testleri (T1 olarak işaretlenmiştir), bir binaya iletilebilecek kısmi yıldırım akımlarını simüle etmek için tasarlanmıştır. Bunlar, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi 10/350 µs'lik bir dalga formu kullanır ve tipik olarak LPZ0 ve LPZ1 arasındaki sınırda -örneğin ana dağıtım panolarında veya alçak gerilim transformatör girişlerinde- uygulanır. Bu seviye için SPD'ler genellikle gaz deşarj tüpleri veya kıvılcım aralıkları (örneğin, korna aralıkları veya grafit aralıkları) gibi bileşenlere sahip voltaj anahtarlamalı tiptedir.
Tip II (T2) ve Tip III (T3) testleri daha kısa süreli darbeler kullanır. Tip II aşırı gerilim koruma cihazları genellikle metal oksit varistörler (MOV) gibi bileşenler kullanan gerilim sınırlayıcı cihazlardır. 8/20 µs'lik bir akım dalga formu kullanılarak nominal deşarj akımı ile test edilirler (aşağıdaki şekle bakınız) ve yukarı akış koruma cihazından gelen artık aşırı gerilimi daha da sınırlamaktan sorumludurlar. Tip III testleri, son kullanım ekipmanına daha yakın aşırı gerilimleri simüle eden 1,2/50 µs gerilim ve 8/20 µs akım darbesi içeren bir kombinasyon dalga üreteci kullanır (aşağıdaki şekle bakınız).
3. Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının (SPD) Bağlantı Tipi
Geçici aşırı gerilimlere karşı iki ana koruma yöntemi vardır. Birincisi, canlı iletkenler ve PE (koruyucu toprak) arasındaki gerilim dalgalanmalarına karşı koruma sağlamak üzere tasarlanmış ortak mod korumasıdır (CT1). Örneğin, yıldırım düşmeleri, bir sisteme toprağa göre yüksek gerilimler getirebilir. Ortak mod koruması, aşağıda gösterildiği gibi, yıldırım gibi bu tür dış etkenlerin etkisini azaltmaya yardımcı olur.
İkincisi, hat iletkeni (L) ve nötr iletken (N) arasındaki aşırı gerilimlere karşı koruma sağlayan diferansiyel mod korumasıdır (CT2). Bu koruma türü, aşağıdaki şemada gösterildiği gibi, sistemin kendi içinde oluşan elektriksel gürültü veya parazit gibi içsel bozulmaları gidermek için özellikle önemlidir.
Bu koruma modlarından birini veya her ikisini uygulayarak, elektrik sistemleri potansiyel aşırı gerilim kaynaklarından daha iyi korunabilir ve sonuç olarak bağlı ekipmanların ömrü ve güvenilirliği artırılabilir.
SPD koruma modlarının seçiminin, mevcut topraklama sistemiyle uyumlu olması önemlidir. TN sistemlerinde hem CT1 hem de CT2 koruma modları kullanılabilir. Ancak, TT sistemlerinde CT1 yalnızca RCD'nin aşağısında uygulanabilir. IT sistemlerinde—özellikle nötr iletkeni olmayanlarda—CT2 koruması uygulanamaz. Bu, IT topraklama konfigürasyonlarını kullanan DC dağıtım sistemlerinde kritik bir husustur. Ayrıntılar aşağıdaki tabloda bulunabilir.
4. Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının (SPD) Temel Parametreleri
Uluslararası IEC 61643-11 standardına göre, düşük voltajlı güç dağıtım sistemlerine bağlı aşırı gerilim koruma cihazlarının (SPD) özellikleri ve testleri Şekil 7'de gösterildiği gibi tanımlanmıştır.
(1) Gerilim Koruma Seviyesi (Yukarı)
Bir aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) seçerken en önemli husus, terminaller arasındaki gerilimi sınırlama performansını karakterize eden gerilim koruma seviyesidir (Up). Bu değer, maksimum sıkıştırma geriliminden daha yüksek olmalıdır. Bu değere, SPD'den geçen akım nominal deşarj akımı In'ye eşit olduğunda ulaşılır. Seçilen gerilim koruma seviyesi, yükün darbe dayanım gerilimi Uw'den daha düşük olmalıdır. Yıldırım düşmesi durumunda, SPD terminalleri arasındaki gerilim genellikle Up'nin altında tutulur. PV DC sistemlerinde yük genellikle PV modülleri ve invertörleri ifade eder.
(2) Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi (Uc)
Uc, aşırı gerilim koruma cihazının (SPD) koruma moduna sürekli olarak uygulanabilen maksimum DC voltajıdır. Nominal voltaj ve sistemin topraklama konfigürasyonuna göre seçilir ve SPD'nin aktivasyon eşiği olarak görev yapar. PV sistemlerinin DC tarafı için Uc, PV dizisinin Uoc Max değerinden büyük veya ona eşit olmalıdır. Uoc Max, PV dizisinin belirlenmiş noktasında canlı terminaller arasında ve canlı terminal ile toprak arasında en yüksek açık devre voltajını ifade eder.
(3) Nominal Deşarj Akımı (In)
Bu, Tip II testlerinde ve Tip I ve Tip II testlerinde ön koşullandırma testlerinde kullanılan, SPD'den geçen 8/20 μs dalga biçimli akımın tepe değeridir. Tip IIIEC standardı, aşırı gerilim koruma cihazının (SPD) en az 19 adet 8/20 μs dalga boylu akım deşarjına dayanabilmesini şart koşmaktadır. In değeri ne kadar yüksek olursa, SPD'nin kullanım ömrü o kadar uzun olur, ancak maliyeti de artar.
(4) Darbe Akımı (Iimp)
Akım tepe noktası (Ipeak), yük (Q) ve özgül enerji (W/R) olmak üzere üç parametre ile tanımlanan bu akım, aşağıdaki alanlarda kullanılır: Tip I testler. Tipik dalga biçimi 10/350 μs'dir.