Sigortalar İçin El Kitabı Bölüm-11

Sigortalar İçin El Kitabı
Bölüm-11
Alçak ve Yüksek Gerilim Sigortaları İçin Kullanıcının El Kitabı

Dr. Müh. Herbert Bessei

10.9 Fotovoltaik modüllerin korunması

PV (fotovoltaik) generatörleri (Resim 10.19) hem işletme akımları hem de kısa devre akımları yönünden standart generatörlerden tamamen farklı bir davranış sergiler. Sigorta seçimiyle ilgili bilinen kurallar bu nedenle burada uygulanamaz.

Resim 10.19 PV generatörleri içindeki koruma tertibatları

PV modülleri akım sınırlayıcı elemanlardır ve anma kısa devre akımları I_{SC_STC} ’ye kadar tüm yük akımlarının yanında anma değerlerinin üzerindeki bazı aşırı akımları da ışınım yoluyla geçirebilirler Kuvvetli bir ışınım, hakikaten de işletme akımını I_{SC_STC} ‘nin 1) 1,4 veya 1,6 katına kadar çıkarabilir.

Tüm işletme koşullarına göre doğru boyutlandırılmış olan PV generatörleri hatasız bir durumda aşırı akım korumasına gerek duymazlar.

Ancak bir hata durumunda oluşan ters akımlar PV modüllerinin kataloglarındaki ters akım dayanımı IMOD_REVERSE ’ü aşarsa modüller zarar görebilir. Oluşan hatanın sonuçları modüllerde performans kayıpları gibi kalıcı hasarlardan başlayıp, ark oluşması neticesinde hattın kesilmesine ve yangın çıkmasına kadar varabilir.

Not: Ters akımları önlemeye yarayan blokaj diyotları (Resim 10.19), kiriş sigortaları tarafından sağlanan ters akım koruması için bir alternatif değildir (aşağıya bakınız)

Bir PV generatörünün içinde bulunan bağlantılar genelde düşük mertebedeki bir gerilim düşümü için boyutlandırılır ve bu nedenle her zaman yeterli bir akım taşıma kapasitesine sahiptir.

Dolayısıyla kiriş sigortalarının esas görevi pahalı PV modüllerini, bir hata durumundaki ters akımların sebep olabileceği ısınmaya karşı korumaktır.

Tehlikeli hata akımları daima dış kaynaklardan gelir. Bu kaynak hatanın olduğu kirişe paralel bağlı modüller veya kirişler, PV sistemindeki yedek aküler veya şebekeye akuple bir dönüştürücüden gelen geri besleme olabilir.

1) STC (standart test şartları): Hücre sıcaklığı: 25 °C, Işınım: 1.000 W/m2, havanın bağıl kütle numarası: AM 1,5

Doğru tasarlanmış PV kiriş sigortaları modülleri, kirişleri ve bunlara ait bağlantıları tehlikeli ters akımlara karşı korur.

PV kiriş sigortalarının seçimine dair aşağıdaki öneriler öncelikle, yedek aküsü olmayan veya şebekeden geri beslemeye müsaade etmeyen invertörleri olan PV generatörleriyle ilgilidir. Aküler için kendilerine özel akü sigortaları kullanılmalıdır (bkz. Bölüm 10.7). Büyük PV tesislerinde toplama sigortalarının (generatör sigortaları veya kısmi generatör sigortaları) kullanılması faydalı olabilir.

Not: PV generatörlerindeki hata akımları anlık ışınım tarafından belirlenir ve ISC_STC ‘den çok daha küçük olabilir. Bundan dolayı hiçbir aşırı akım koruma elemanını açtırmayacak akımlara sahip arklar oluşabilir. Doğru akım arkları, alternatif akım arklarından farklı olarak küçük akımlarda bile kendiliğinden sönmez.

PV kirişindeki hücrelerin kısmi gölgelendirmesi bölgesel aşırı ısınmaya (Hotspot) sebep olabilir ve modüllerde ağır hasarlar meydana getirebilir. Bu hasarlar normal işletme akımları esnasındaki gerilim yükselmelerinden kaynaklandığından, sigortalar bunlara karşı herhangi bir koruma sağlayamamaktadır. Hotspot’ların oluşması baypas diyotlarıyla (Resim 10.19) önlenebilir.

PV kiriş sigortalarının seçilmesi

a) Paralel kiriş sayısı sigortaya gerek olup olmadığını belirler.

PV kiriş sigortalarının seçimi modüllerinters akımı dayanımı IMOD_REVERSE ‘e ve bağlantılara bağlıdır. Modül üreticileri ilgili değerleri ISC_STC ‘nin bir belirli bir katı mertebesinde belirtir, veya bunun yerine azami sigorta anma akımını verirler (sigorta tipiyle ilgili bazı bilgiler eksikse modül veya sigorta üreticisiyle mutlaka görüşülmesi tavsiye edilir)

Bir veya iki paralel kirişli PV tesislerinde herhangi bir korumaya gerek yoktur, zira hata akımları modüllerin yüklenebilirliğini aşamaz. Daha çok sayıda paralel kirişe sahip tesislerde modülün IMOD_REVERSE ters akım dayanımına bağlı olarak kiriş sigortalarının kullanılması önerilir (Resim 10.20).

Resim 10.20 PV kiriş sigortalarının uygulanması

b) Sadece özel „gPV“ sigortaları kullanılmalıdır.

Uygun olmayan sigortalar hasardan korumak yerine hasara sebep olabilir!

PV sigortaları için uygun bir standart yayınlanana kadar, sadece üretici tarafından ilgili uygulama için uygun görülen sigortalar kullanılmalıdır. Standart taslağı IEC 60269-6 an itibariyle “gPV” işareti ile birlikte bir sigorta ve bir PV hücresinin sembollerinden oluşan bir kombinasyonu öngörmektedir (Resim 10.21).

Resim 10.21 PV kiriş sigortası

c) Her iki kutbun da emniyet altına alınması gerekir.

Avrupa’da genellikle topraklanmamış (potansiyelsiz) olarak bulunan PV sistemlerinde normalde her iki kutupta da aşırı akım koruması ve ayırıcı tertibatlar kullanılmalıdır. PV kiriş sigortaları için, sigortanın emniyetli bir şekilde değiştirilmesine olanak sağlayan sigortalı ayırıcıların (şalter-sigorta birimleri için bkz. Bölüm 14) kullanılması önerilir.

d) Anma kesme kapasitesi

PV kiriş sigortaları bir doğru akım (DC) kesme kapasitesine sahip olmalıdır! Bu değer, PV sisteminde beklenen en büyük hata akımına eşit veya bundan büyük olmalıdır. Yukarıda belirtilen standart taslağında 10 kA’lik bir asgari değer öngörülmüştür. Kullanılan akülere ve şebekeden gelecek olası geri beslemelere bağlı olarak daha büyük değerler gerekebilir. Devrenin zaman sabiti 1 ms ila 3 ms olarak (genelde < 1 ms) kabul edilir. Yani sigortalar PV sistemlerinde, daha büyük zaman sabitine sahip doğru akım sistemlerinde olduğundan daha büyük kesme kapasitesine sahip olabilir.

e) Kesme aralığı

PV kiriş sigortaları tam aralıklı olmalıdır; bu sebeple işletme sınıfının (gPV) başına g harfi konmuştur. Kısacası bu sigortalar asgari erime akımlarından anma kesme kapasitelerine varan tüm akımları kesebilmelidir.

Uyarı: Yedekleme sigortaları (işletme sınıfı a ile başlar, örn. aR) burada ke- sinlikle kullanılmamalıdır, zira asgari kesme akımlarının altında açtıklarında çok tehlikeli arklar oluştururlar.

f) Anma gerilimi
Bir sigortanın anma gerilimi Un, en az PV generatörünün en büyük boşta çalışma gerilimi UOC kadar büyük olmalıdır:

Un ≥ 1,2 U_{OC_STC}
(1,2 faktöründe -25°C’ye kadar düşük sıcaklıklardaki boşta çalışma gerilimi hesaba katılır. Daha soğuk ortamlarda daha büyük bir faktör gerekebilir.)

g) gPV kiriş sigortalarının asgari anma akımı

Sigorta normal işletme şartları altında ne açmalı ne de özelliklerini yitirmelidir. Bu sayede istenmeyen işletme kesintileri önlenebilir. Sigortanın sürekli akım taşıma kapasitesi sigorta telinin sıcaklığına bağlı olduğundan, sigorta anma akımının üzerindeki işletme akımlarına karşı önlem alınmalıdır. Güneş ışınlarının sürekli değişmesi sebebiyle sıklıkla yük değişimine maruz kalan PV sigortalarında bu kurala mutlaka uyulmalıdır.

Bu nedenle PV kiriş sigortalarının anma akımı In, kirişin en büyük işletme akımından daha büyük olmalıdır. Bu değer, ortamın iklim şartlarına bağlı olarak ve şiddetli ışınımların da etkisi hesaba katıldığında 1,25 I_{SC_MOD} ila 1,6 _{ISC_MOD} arasındadır. Aşağıdaki formül bu se- beple birçok durum için uygundur:

In ≥ 1,4 I_{SC_MOD}

Not: Yüksek ortam sıcaklıkları, sigorta birimlerinin ısının dışarı atılmasını kısıtlayan mah- fazalarda bulunması ve sık yaşanan yük değişimi gibi özel işletme koşulları için sigorta üreticilerince belirlenen olası düşürme faktörleri de dikkate alınmalıdır (aşağıya bakınız).

h) gPV kiriş sigortaları için azami anma akımı

gPV sigorta buşonlarının en büyük test akımı If = 1,45 In, korunması gereken modüle ait ters akım dayanımına eşit veya bundan daha küçük olmalıdır.

Bunlar 1,35 I_{MOD_REVERSE} ile test edilir. Dolayısıyla gPV sigortaları için aşağıdaki formül çıka- rılır:

In ≤ 0,9 I_{MOD_REVERSE}

i) Güç kaybı ve ortam sıcaklığı

PV sigorta buşonları, diğer aşırı akım koruma tertibatları veya blokaj diyotlarına oranla çok daha düşük bir güç kaybına sahiptir. Ancak generatör bağlantı kutuları yüksek ortam sıcaklıklarına maruz kalabilir veya mahfaza içerisindeki sıcaklığın dikkate değer bir oranda artmasına sebep olabilecek çok sayıda sigorta buşonu ya blokaj diyotu gibi bileşenlere de sahip olabilir. Barındırılan devre adedi çok olsa dahi IEC 60439-1 standardındaki dağıtım kutularının aksine ısınma testi esnasında 1’den küçük bir yüklenme faktörüne müsaade edilmez. Isınma hesapları ve testleri, tüm devrelerin aynı anda azami işletme akımıyla yüklenmesine dayanmalıdır. Sigorta üreticileri tarafından yüksek sıcaklıklar için verilen düşürme faktörleri dikkate alınmalıdır.

j) Değişken yük

PV sigortaları sıkça değişken yük akımlarına maruz kalır ve dolayısıyla süregelen sıcaklık değişimlerine rağmen özelliklerini yitirmemelidir. Bu nedenle sigorta anma akımı için kataloglardaki ve üretici talimatlarında geçen düşürme faktörleri dikkate alınmalıdır.

k) Sigortanın izlenmesi

Birçok kirişe sahip bir generatör veya kısmi generatör devresindeki bir kiriş sigortasının açması hemen fark edilmemektedir. Böyle bir durumun hemen bildirilmesiyle birlikte incelemenin hızla başlatılıp hatanın giderilmesine olanak sağlanması adına sigortaların elektronik olarak izlenmesi önerilir. Bu sayede enerji kesintisi olabildiğince kısa sürer.

Selektivite

Bir PV tesisindeki aşırı akım koruması, bir hata anında en alt generatör seviyesinde bulunan (kiriş < kısmi generatör < generatör) ve hata akımını taşıyan koruma elemanının en önce açacağı anlamda koordine edilmelidir. PV tesisinde çeşitli seviyelerdeki sigortaların selektivitesi akım-zaman eğrileri yardımıyla belirlenmelidir.

Kullanılmaması gereken sigorta türleri

PV kirişlerinin, PV kısmi generatörlerinin ve PV generatörlerinin korunması için yalnızca yeterli doğru akım kesme kapasitesine sahip sigortalar kullanılmalıdır. Bu uygulamaya elverişli olan gPV sigortalarıyla görünürde aynı boyutlarda, anma geriliminde ve anma akımlarında olsalar dahi ne yazık ki piyasada bulunan sigortaların birçoğu burada kullanılmaya uygun değildir. Kesme kapasiteleri yeterli olmayan ve kullanıma uygun olmama ihtimali yüksek olan aşağıdaki sigorta türlerine özellikle dikkat edilmelidir:

• Cihaz koruma sigortaları
• Motorlu araç sigortaları
• Ev tipi sigortalar

IEC 60269-3’e (ev sigortaları) göre genel kullanıcılar tarafından kullanılabilecek sigortalar genelde alternatif akım sigortalarıdır ve PV uygulamaları için uygun değildir.

Sigortalar ya da blokaj diyotları?

Bazı tesislerde kiriş hatları blokaj diyotları üzerinden (Resim 10.19) ana baraya bağlanmıştır. Bu diyotlar ters akımların ancak bir kısmını önleyebilir. Blokaj diyotları PV kiriş sigortalarının muadili değildir. Bununla beraber bu diyotlar akülü tesislerde akünün gece boyunca boşalmasını önlemek için gerekli olabilir. Bu diyotların kullanım alanı bu tür durumlarla sınırlı olmalı ve bunun dışına çıkılmamalıdır.

Resim 10.22 Blokaj diyotlarının ve gPV kiriş sigortalarının güç kaybı

Blokaj diyotları çok büyük ters akımlara karşı güvenilir bir koruma değildir, zira aşırı akım ve aşırı gerilimlerde kendileri bile hataya yatkındır. Ayrıca sigortalarla kıyaslandığında güç kayıpları çok daha büyüktür (Resim 10.22). Dolayısıyla bu durum PV tesislerinin verimini önemli ölçüde olumsuz etkileyebilir ve bağlantı kutularının oldukça ısınmasına sebep olabilir.

Bundan sonraki yazımızda "HH-sigorta seçimi" anlatılacaktır.

Önceki Yazı Sonraki Yazı

Paylaş: