Bir GES’te DC parafudr, evirici kataloğundaki gerilime göre değil; dizinin en soğuk günde ulaştığı açık devre gerilimine, PV jeneratörünün kısa devre akımına ve tesisin dış yıldırımdan korunma durumuna göre seçilir. Bu üç veriden biri atlandığında parafudr ya ilk yıldırımda devre dışı kalır ya da hiç devreye girmeden evirici kartları zarar görür.
- DC tarafta yalnızca IEC 61643-31'e göre test edilmiş, etiketinde Ucpv ve ISCPV bulunan PV parafudr kullanın.
- Dış YKS ve ayırma mesafesine göre Tip 1/Tip 2 seçin; s sağlanmıyorsa Tip 1 veya Tip 1+2 gerekir.
- Parafudr yerleşimi ve iletken uzunluklarına uyun: 10 m kuralı, toplam parafudr-PE iletken ≤ 0,5 m ve ortak potansiyel dengeleme şart.
Güneş enerjisi santralleri geniş açık alanlara ya da çatılara yayılır, yüzlerce metre DC kablo içerir ve çoğu zaman bölgenin en yüksek metal yüzeyidir. Doğrudan yıldırım düşmesi kadar, yakına düşen yıldırımın kablo döngülerinde endüklediği aşırı gerilimler de eviricilerin, optimizerların ve modül bypass diyotlarının en sık arıza nedenleri arasındadır.
Bu makalede DC tarafa özel parafudr seçim parametrelerini IEC standartları çerçevesinde ele alıyor, sahada en sık karşılaştığımız hataları ve doğrularını özetliyoruz.
DC taraf neden AC’den farklı korunur?
AC parafudrlar DC devrede güvenle çalışmaz, çünkü DC akım sıfırdan geçmez. AC’de her yarım periyotta akım sıfıra iner ve parafudrun ayırıcısında oluşan ark kendiliğinden söner. PV dizisinde ise ark, kaynak (güneş) var olduğu sürece beslenmeye devam eder ve parafudr kutusunda yangına dönüşebilir.
PV jeneratörünün iki özelliği seçimi daha da kritik hale getirir:
- Akım kaynağı davranışı: Bir PV dizisi kısa devrede bile nominal akımının yalnızca biraz üzerinde akım verir. Bu düşük akım sigortaları attırmaz, arızalı bir parafudrdan sürekli akım geçmesine yol açar.
- Sıcaklığa bağlı gerilim: Modül açık devre gerilimi soğukta yükselir. Kışın sabah ilk ışıkta dizi gerilimi, etiketteki STC değerinin %10–15 üzerine çıkabilir.
İlgili standartlar
| Standart | Kapsam |
|---|---|
| IEC 61643-31 | PV tesislerinin DC tarafında kullanılan parafudrlar için ürün standardı (gereksinimler ve test yöntemleri) |
| IEC 61643-32 | PV DC tarafında parafudr seçimi ve uygulama prensipleri |
| IEC TS 63227 | PV güç sistemlerinin yıldırım ve aşırı gerilimden korunması |
| IEC 62305-3 / -4 | Dış yıldırımdan korunma, ayırma mesafesi ve yapı içindeki elektrik-elektronik sistemlerin korunması |
| IEC 60364-7-712 | PV güç sistemlerinin elektrik tesisatı gereksinimleri |
| IEC 60364-5-534 | Alçak gerilim tesislerinde aşırı gerilim koruma cihazlarının seçimi ve montajı |
Sahada en önemli kural şudur: DC tarafta yalnızca IEC 61643-31’e göre test edilmiş, etiketinde Ucpv ve ISCPV değerleri yazan parafudrlar kullanılmalıdır.
DC parafudr seçiminde 6 temel parametre
1. Ucpv: en yüksek sürekli çalışma gerilimi
Ucpv, dizinin en düşük ortam sıcaklığındaki açık devre geriliminden büyük ya da ona eşit olmalıdır. Hesap, modül veri sayfasındaki Uoc(STC) ve Uoc sıcaklık katsayısı (β) ile yapılır:
U_{oc,max} = N \cdot U_{oc,STC} \cdot \left[1 + \frac{\beta}{100}\,(T_{min} - 25)\right] \leq U_{CPV}Modül verisi yoksa IEC 60364-7-712, Uoc(STC) değerinin 1,2 katsayısıyla çarpılmasını öngörür.
Örnek: Dizide 19 modül var, modül Uoc(STC) = 49,5 V, β = −0,27 %/°C, sahada en düşük sıcaklık −15 °C.
| Durum | Modül Uoc (V) | Dizi Uoc (V) | 1000 V parafudr yeterli mi? |
|---|---|---|---|
| STC (25 °C) | 49,5 | 940,5 | Görünüşte evet |
| −15 °C | 54,8 | 1042,1 | Hayır, Ucpv ≥ 1042 V gerekir |
Yalnızca etiket değerine bakan bir tasarımcı 1000 V’luk parafudr seçer; kış sabahlarında parafudr sürekli iletime yaklaşır, ısınır ve erken yaşlanır.
2. ISCPV: kısa devre akımı dayanımı
ISCPV, parafudrun kendi ayırıcısıyla güvenle kesebildiği en yüksek PV kısa devre akımıdır. Bu değer, parafudrun bağlı olduğu noktadaki PV jeneratörünün en yüksek kısa devre akımından büyük olmalıdır. Dizi birleştirme kutularında paralel dizi sayısı arttıkça bu akım da büyür; hesapta Isc(STC) değeri genellikle 1,25 güvenlik katsayısıyla alınır.
3. Up: koruma seviyesi
Up, parafudrun darbe anında bağlantı uçlarında bıraktığı gerilimdir. Up, korunan cihazın (evirici, modül) darbe dayanım gerilimi Uw’den küçük olmalıdır. Bağlantı iletkenlerindeki gerilim düşümü için pratikte Up ≤ 0,8 × Uw hedeflenir.
4. In, Imax ve Iimp: deşarj kapasitesi
Tip 2 parafudrlar 8/20 µs dalga formunda nominal deşarj akımı (In) ve en yüksek deşarj akımı (Imax) ile tanımlanır. Tip 1 parafudrlar ise doğrudan yıldırım akımının bir bölümünü taşıyabilmeleri için 10/350 µs darbe akımı (Iimp) ile tanımlanır. Gerekli Iimp değeri, yıldırımdan korunma sınıfına ve parafudr teknolojisine göre IEC 61643-32 ve IEC TS 63227 tablolarından belirlenir.
5. Tip 1 mi, Tip 2 mi?
Karar, tesiste dış yıldırımdan korunma sistemi (YKS) olup olmadığına ve IEC 62305-3’e göre ayırma mesafesinin (s) sağlanıp sağlanmadığına bağlıdır:
- Dış YKS yok: DC tarafta Tip 2 genellikle yeterlidir.
- Dış YKS var, ayırma mesafesi sağlanıyor: Yıldırım akımı PV sistemine girmez; Tip 2 yeterlidir.
- Dış YKS var, ayırma mesafesi sağlanamıyor: Modül konstrüksiyonu YKS’ye bağlanır, yıldırım akımının bir bölümü DC hatlara akar; Tip 1 (veya Tip 1+2) zorunludur.
6. Y bağlantı ve koruma modları
Topraktan yalıtılmış (yüzer) PV dizilerinde DC+ → PE, DC− → PE ve DC+ → DC− yönlerinin üçü de korunmalıdır. Üç koruma elemanının yıldız noktasında birleştiği Y bağlantılı parafudrlar, bir kutupta yalıtım hatası olsa bile tek elemana tam dizi gerilimi binmeyecek şekilde tasarlanır. Bu, “hataya dayanıklı” yapı olarak bilinir ve uzun ömür için önemlidir.
Parafudr nereye ve nasıl takılır?
DC parafudrun yeri, korunan cihaza olan kablo mesafesine göre belirlenir. Parafudr ile cihaz arasındaki kablo uzadıkça, kablo üzerindeki gerilim yansımaları nedeniyle cihaz ucundaki gerilim Up değerinin iki katına kadar çıkabilir.
- 10 m kuralı: Evirici ile PV dizileri arasındaki DC kablo 10 m’den kısaysa evirici girişindeki tek parafudr yeterli olabilir. Kablo 10 m’yi aşıyorsa hem dizi birleştirme kutusuna (modül tarafı) hem de evirici DC girişine parafudr konmalıdır.
- AC taraf: Evirici çıkışı ile ana dağıtım panosu arasında da aynı mantık geçerlidir; şebeke bağlantı noktasına Tip 1 veya Tip 2 AC parafudr gerekir.
- Veri hatları: RS485, Ethernet ve izleme sistemlerinin (SCADA, hava istasyonu) haberleşme hatları da aşırı gerilim taşır ve ayrı veri hattı parafudrlarıyla korunmalıdır.
Bağlantı iletkenleri: 0,5 metre kuralı
IEC 60364-5-534, parafudrun faz/kutup bağlantısı ile toprak bağlantısının toplam uzunluğunun mümkünse 0,5 m’yi geçmemesini önerir. Sebebi basittir: iletkenin endüktansı yaklaşık 1 µH/m’dir ve yıldırım akımının hızlı yükselişi (ör. 10 kA/µs) her metrede yaklaşık 1 kV ek gerilim oluşturur. Bu gerilim doğrudan Up’ye eklenir ve korumayı anlamsız hale getirebilir. Mesafe kısaltılamıyorsa “V bağlantı” (iletkenin parafudr klemensine girip oradan devam etmesi) tercih edilmelidir.
Topraklama ve potansiyel dengeleme
Modül çerçeveleri, taşıyıcı konstrüksiyon, evirici gövdesi ve parafudr toprak ucu ortak bir potansiyel dengeleme sistemine bağlanmalıdır. Saha tipi GES’lerde bu genellikle göz biçimli (mesh) bir topraklama ağıyla sağlanır. Potansiyel dengelemesi olmayan bir sahada en iyi parafudr bile, iki toprak noktası arasındaki gerilim farkını önleyemez.
Kablo döşeme
Dizinin artı ve eksi kabloları birbirine yakın, mümkünse aynı kanalda döşenmelidir. Geniş kablo döngüleri, yakına düşen yıldırımın manyetik alanından daha yüksek gerilim endükler. Bu, parafudr seçimi kadar etkili ve maliyetsiz bir önlemdir.
Sahada en sık yapılan 8 hata
Bu hatalardan ilk üçü ürün seçimiyle, sonraki üçü proje tasarımıyla, son ikisi ise işletme ile ilgilidir. Bir GES projesinde parafudr kalemini yalnızca satın alma listesinin bir satırı olarak görmek, bu hataların çoğunun ortak nedenidir.
Proje öncesi kontrol listesi
- Dizi başına modül sayısı, Uoc(STC), β katsayısı ve sahanın en düşük sıcaklığı alındı mı?
- Her bağlantı noktası için en yüksek PV kısa devre akımı hesaplandı mı?
- Evirici ve modüllerin darbe dayanım gerilimi (Uw) biliniyor mu?
- Dış yıldırımdan korunma sistemi ve ayırma mesafesi (s) değerlendirildi mi?
- DC kablo uzunlukları 10 m kuralına göre kontrol edildi mi?
- Parafudr bağlantı iletkenleri 0,5 m kuralına göre planlandı mı?
- AC taraf ve veri hatları koruma planına dahil mi?
- Uzaktan izleme ve periyodik kontrol tanımlandı mı?
DC parafudr, bir GES’in toplam yatırımı içinde küçük bir kalemdir; ancak yanlış seçildiğinde eviricilerin, modüllerin ve izleme sisteminin korunmasını tamamen ortadan kaldırır. Doğru seçim; Ucpv, ISCPV, Up ve Tip 1/Tip 2 kararının sahaya özgü verilerle birlikte yapılmasını gerektirir.
Yılkomer olarak GES projelerinde IEC 62305 risk analizinden başlayarak dış yıldırımdan korunma, topraklama, DC/AC ve veri hattı parafudr seçimine kadar uçtan uca mühendislik desteği sunuyoruz. Projeniz için parafudr seçim hesabı ve yerleşim önerisi almak için bizimle iletişime geçebilirsiniz.
Kaynaklar
- IEC 61643-31: Low-voltage surge protective devices – Part 31: Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations
- IEC 61643-32: Low-voltage surge protective devices – Part 32: SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations – Selection and application principles
- IEC TS 63227: Lightning and surge voltage protection for photovoltaic (PV) power supply systems
- IEC 62305-3 ve IEC 62305-4: Protection against lightning
- IEC 60364-7-712: Requirements for special installations or locations – Photovoltaic (PV) power supply systems
- IEC 60364-5-534: Selection and erection of electrical equipment – Devices for protection for safety – Protection against voltage disturbances
