Fotovoltaik Santraller Yazı Dizisi-16

Fotovoltaik Santraller Yazı Dizisi-16
Tercüme: Alper Çelebi

5 Topraklama ve doğrudan temasa karşı korunma

5.1 Topraklama

Fotovoltaik (FV) sisteme uygulanan topraklama sistemi hem açıktaki iletken bölümler (ör: panellerin metal çerçeveleri) hem de üretim güç sistemi (FV sistemin gerilim altında bulunan bölümleri , ör: hücreler) içerebilir.

Bir FV sistem, ancak bir transformatör aracılığıyla elektrik şebekesinden galvanik olarak ayrıysa topraklanabilir. FV yalıtımlı  bir sistem, açıktaki bir iletken bölüme  dokunan insanlar için görünürde daha güvenli olabilir; nitekim, gerilim altındaki bölümlerin  toprağa karşı yalıtım dirençleri sonsuz değildir ve bir kişi böylesi bir dirençten geri dönen akıma maruz kalabilir.

Bu akım, santralin toprağına giden gerilim ve santral boyutu arttığında toprağa karşı yalıtım direnci azalacağından yükselir.

Ayrıca zamanla ve nem yüzünden yalıtkanların fizyolojik bozulması, yalıtım direncini de düşürür.

Dolayısıyla, çok büyük santrallerde, gerilim altındaki bir bölüme  dokunan kişinin içinden geçen akım elektrik çarpmasına neden olabilir ve bu nedenle yalıtımlı sistemlerin topraklı sistemlere göre avantajı sadece küçük santrallerde mevcuttur.

5.2 Transformatörlü santraller

Transformatörlü santrallerde, yalıtımlı veya topraklı FV sisteminin analizine ek olarak, dolaylı temasa karşı  korunmak için transformatörün kaynak veya yük yönündeki açıktaki (dış)  iletken bölümler arasında bir fark yaratmak gereklidir(1).

5.2.1 Transformatörün yük tarafındaki açıktaki (dış) iletken parçalar

5.2.1.1 IT sistemli santral

Bu tip santrallerde gerilim altındaki bölümler topraktan yaltılmış iken,  açıktaki(dış) iletken bölümler topraklıdır(2 ) (Şekil 5.1).

(1) Bu durumda kaynak yönü ve akış yönü, FV santrali tarafından üretilen elektrik gücünün yönünden bahseder.
(2) Güvenlik sebebiyle, FV santralin topraklama sistemi tüketici santrali ile ortak olur. Ancak inverterin yalıtım kontrol cihazının düzgün ve çalışmasını sağlamak ve FV jeneratörü izlemek için modüllerin çerçevelerinin ve/veya destek yapılarının (sınıf II olsalar dahi) topraklanması gerekir.

Bu durumda, açıktaki (dış) iletken bölümlerin Re topraklama direnci (IEC 60364) koşulunu sağlamalıdır:

[5.1]
Burada Id ilk toprak hatası akımıdır; önceden bilinmez ancak küçük santrallerde genelde oldukça düşüktür. Sonuç olarak, şebekedeki bir arıza için tanımlanan tüketici santralinin Re topraklama direnci genellikle [5.1] ilişkisini
sağlar. Çift toprak hatası durumunda, FV jeneratör bir akım jeneratörü olduğunda, birbirine bağlı açıktaki(dış) iletken bölümlerin gerilimi aşağıdakinden düşük olacaktır:

[5.2]
Burada Isc dâhil olan hücrelerin kısa devre akımıyken Reqp arıza tarafından etkilenen açıktaki iletken bölümleri birbirine bağlayan iletkenin direncidir.

Örneğin, eğer Reqp = 1Ω (değer fazlalık ile yaklaştırılmış) ise 120A’yı aşmayan Isc için [5.2] ilişkisi geçerli olur ve genellikle küçük santrallerde görülür; dolayısıyla ikinci bir toprak arızası durumundaki geçerli olan temas gerilimi
tehlikeli olmaz. Bunun aksine büyük santrallerde, yalıtım kontrol cihazı (inverter içinde veya harici) tarafından algılanan ilk toprak arızasını ortadan kaldırarak ikinci toprak hatasının oluşma şansını kabul edilebilir sınırlara
düşürmek gereklidir.

5.2.1.2 TN sistemli santral

Bu tip santralde, gerilim altındaki bölümler ve açıktaki (dış) iletken bölümler aynı topraklama sistemine bağlıdır (tüketici santralinin topraklama sistemi).

Böylece DC tarafında bir TN sistemi elde edilir (Şekil 5.2).

Bir topraklama arızası durumunda, sıradan TN sistemlerdeki gibi bir kısa devre meydana gelir ancak böylesi bir akım maksimum akım cihazları tarafından tespit edilemez. Çünkü FV santralleri, karakterleri nominal akımdan çok
daha yüksek olmayan değerlere sahip arıza akımlarını üretir.

Dolayısıyla bu arızanın tehlikeliliği ile ilgili olarak bir IT sistemindeki ikinci arıza hakkında bir önceki paragrafta(3) dikkate alınan şeyler geçerlidir.

(3) IEC 60364-7 standardı önermektedir ki DC tarafındaki tüm sistem (panolar, kablolar ve terminal kartları dâhil) sınıf II cihazlar veya eşdeğer yalıtım kullanılarak kurulmalıdır. Ancak inverterin yalıtım kontrol cihazının düzgün ve çalışmasını sağlamak ve FV jeneratörü izlemek için modüllerin çerçevelerinin ve/veya destek yapılarının (sınıf II olsalar dahi) topraklanması gerekir.

5.2.2 Transformatörün yük tarafındaki açıktaki iletken parçalar

TT tipi şebeke-tüketici sistemi ele alalım. Tüketicinin santralinin başlangıcında bulunan kaçak akım devre kesicisi tarafından korunan tüketicinin santraline ait açıktaki yalıtkan parçalar (Şekil 5.3) hem şebeke boyunca hem de
FV jeneratör boyunca korunur.

A-B paralel noktası ile şebeke arasında açıkta herhangi bir iletken parça bulunmamalıdır; çünkü böylesi bir durumda, bir TT sistemindeki tüketici santralinin tüm açıkta kalan (dış) iletken bölümlerin bir kaçak akım devre kesici ile korunmasına ilişkin normatif gereksinim geçersiz olur.

A-B paralel noktasının kaynak yönündeki açıkta kalan iletken bölümler ile ilgili olarak (örneğin transformatör dâhil edildiğinde transformatörün veya inverterin açıktaki iletken bölümü ), bir kaçak akım cihazı4 Şekil 5.4’teki gibi
araya konulmalıdır; bu kaçak akım, hem şebekeden hem de FV jeneratörden gelen kaçak akımları tespit eder.

Kaçak akım cihazı bir toprak arıza akımı nedeniyle açma yaptığında, şebeke geriliminin olmaması nedeniyle inverter stand by’a girer.

Öte yandan, eğer şebeke-tüketici sistemi TN tipindeyse, şebekeden veya FV jeneratörden her iki besleme seçeneği için kaçak akım devre kesicilere ihtiyaç duyulmaz; bunun için AC tarafındaki arıza akımının Standartta belirlenen
sürelerle aşırı akım cihazına açma yaptırmasının sağlanması şarttır (Şekil 5.5).

5.3 Transformatörsüz santraller

FV sistem ve şebeke arasındaki ayırıcı transformatörün yokluğunda, FV tesisatının kendisi genelde toprağa bağlı bir nokta yardımı ile (TT veya TN sistemi) besleme şebekesinin bir uzantısı haline gelen aktif bölümleri
topraktan yalıtılmalıdır.

Tüketici santralinin açıktaki iletken parçaları ve A-B paralel noktasının kaynak yönü ile ilgili olarak kavramsal bir bakış açısıyla 5.2.2 maddesinde açıklananlar halen geçerlidir.

DC tarafında, açıktaki iletken bölümler  üzerindeki bir topraklama arızası inverterin yük yönünde konumlandırılmış kaçak akım devre kesicinin açma yapmasını belirler (Şekil 5.6). Kaçak akım cihazının açma yapmasından sonra
şebeke geriliminin olmaması nedeniyle inverter stand by’a girer ancak arıza FV jeneratörü tarafından beslenir.
FV sistem IT tipinde olduğundan, 5.2.1.1 maddesindeki hususlar geçerlidir.

DC tarafındaki ve A-B paralel noktasının yük  yönündeki açıktaki iletken bölümlerdeki  topraklama arızaları için, inverterin yük tarafında bulunan kaçak akım devre kesiciden alternatif olmayan bir kaçak akım geçer. Dolayısıyla,
inverter DC toprak arıza akımlarını yapısal olarak enjekte etmediği sürece böylesi bir cihaz Tip B olmalıdır (IEC 60364-7) ( 6) .

(5)  B tipi kaçak akım cihazı aşağıdaki tiplerde toprak arıza akımlarını tespit eder:-

• alternatif (ayrıca, şebeke frekansını aşan bir frekansta 1000 Hz’e kadar)
• tek yönlü titreşimli
• doğru.

(6 )EN 62040-1 standardı gereğince, UPS tasarımına göre DC bileşenlerine sahip bir toprak arızası olasılığı olduğunda, UPS’in toprak arızalarına karşı korunması (inverter dâhil olmak üzere) B tipi kaçak (üç fazlı UPS için) ve A tipi (tek fazlı UPS için) kaçak akım cihazları kullanılarak gerçekleştirilir.