Güneş Santrallerinde Yıldırımdan Korunma Ve Topraklama Konusunda Önemli Noktalar

Güneş Santrallerinde Topraklama, Fotovoltaik sistemlerin ani aşırı gerilim ve yıldırım darbesine karşı zarar görmesini engellemek amacıyla IEC 62305-5 Standartı kapsamında solar sistemleri koruma altına almak bir zorunluluktur. Uzun süreli bir yatırım olarak planlanan sistemlerin istenilen verimde enerji üretebilmesi için gerekli tüm koruma önlemlerinin alınması yatırımcıların genelde ihmal ettiği hususların başında gelir. Bu kapsamda PV sistemlerin yıldırıma karşı korunması ve topraklanmasına yönelik  yönelik dikkat edilmesi gereken hususları aşağıda maddeler halinde toplamaya çalıştık.

Güneş Santrallerinin Korunmasında Genel Hususlar

İlgili standart kapsamında 4’lü korumanın önemi vurgulanmıştır. PV tesisinin yıldırım ve aşırı gerilim kaynaklı zarar görmemesi için aşağıda yer alan 4 sistem entegresyonu önem arz etmektedir.

1-Dış Yıldırımlık Sistemi:Standart kapsamında yuvarlanan küre metoduna pasif sistemler ışığında uygun koruma açıları oluşturulmalıdır. Yapılacak risk hesabı sonucu tasarlanacak sistem ile hem saha hem de PV sistem ekipmanlarının yıldırım darbesinin direk etkisinden korunması hedeflenmelidir.

2-İç Yıldırımlık Sistemi: AC-DC ve Koaksiyel Hatlarda iç yıldırımlık sistemi kullanılması yıldırım ve ani aşırı gerilim darbelerinde sistemin yanarak devre dışı kalmasını engelleyecektir

3-Eş potansiyel Sistem: Tesis genelinde eş potansiyel sistemin sağlanması, direnç farklılıklarını ortadan kaldıracak ve buna bağlı oluşacak kuplaj etkilerinin önüne geçilecektir.

4-Topraklama Sistemi: Tesis temelinde ve çevresinde oluşturulacak temel ve fonksiyon topraklama sistemleri tesisin uzun yıllar elektriksel olumsuz etkenlere karşı korunmasını sağlayacaktır.

Güneş santrallerinin topraklanması uzmanlık ve deneyim gerektirir.

Kullanılacak ürünler ve kurulacak sistemin dizaynı ve mühendislik çalışmaları için risk analizinin yapılması önemlidir.

 Öncelikle korunacak yapının yıldırım etkinliği ‘E’  hesaplanacaktır. Hesaplanan ‘E’ katsayısı değerine göre ilgili tablodan koruma seviyesi belirlenmelidir.

Çatı ve arazi kurulumlarının her ikisinde de yukarıda bahsedilen 4 sistemin entegrasyonu önemlidir. TSE EN 62305 standartı ışığında tüm PV uygulamalarında paneller ile ilgili saha alanı insan sağlığı ve elektriksel sistem güvenliği açısından koruma altına alınmalıdır. Yapılacak risk analizine göre PV sistem kurulumuna direk yıldırım çarpma riskleri göz önünde bulundurularak uygun yakalama ucu sistemi dizayn edilmelidir. Tesis ekipmanlarının yakınından geçecek yıldırım iletkeninin izolasyonlu (yıldırım darbesinde test edilmiş) iletken olmasına dikkat edilmelidir. Aksi durumda kuplaj etkilerinden dolayı sistem zarar görebilir. Kullanılacak dış yıldırımlık sistem ekipmanları 100 kA yıldırım darbesi karşısında ilgili testlerden başarı ile geçmiş olmalıdırlar.

Topraklama Sisteminin İnşası

Tesisteki sistemlerin elektriksel açıdan güvenliğini sağlamak amacıyla tesiste topraklama gerçekleştirilmelidir. Enerji Bakanlığı Topraklama Yönetmeliği, TS HD 60364-5-54 ve TSE EN 50164 standartları kapsamında topraklama sistem ve sistem ekipmanları dizayn edilmelidir.

Temel topraklaması, fonksiyon ve işletme topraklamalarında genel olarak dikkat edilmesi gereken noktalar kullanılan malzemenin kalitesi ve korozyon riskine karşı uzun ömürlü olmasıdır. Örnek olarak kullanılacak 30×3,5 topraklama şeriti için TSE EN 50164 Standardı ışığında minimum 70 mikron kaplama öngörülmektedir. Tesis arazi yapısına uygun topraklama projesi uzman bir mühendis tarafından tasarlanmalıdır. Korozyon riskine karşı korozyon bandı kullanılması, bimetal uyumu oldukça önemlidir. Sahada bulunan eviricilerin, invertelerin AC bölümlerinin topraklanması gerekmektedir. Konstrüksyona montaj edilen ekipmanların topraklaması için ayrıca önlem alınmalıdır.

Arazi kurulumlarında uygunluk durumuna göre panel altı sisteme 20×20 m gözleri geçmeyecek şekilde oluşturulacak ağlar ile çevrede yapılacak ring hat birleştirilmeli her konstrüksyona ve sistem ekipmanına bu evrensel topraklama eş potansiyel baralar aracılığıyla ulaşmalıdır. Tüm hesaplar uzman bir mühendis tarafından tasarlanmalıdır.

Eşpotansiyel Kuşaklama İletkeni

Eş potansiyel kuşaklama bağlantısı, bir arıza durumunda elektrik tesisinin toprağa göre  daha yüksek potansiyel sahip olması ihtimaline karşı  uygulanan bir önlemdir. Bu  önlemin uygulanması durumunda toprak ve diğer bölümler arasındaki potansiyel farkı  ortadan kalkacağı için elektrik şok riski asgari seviyeye indirilecektir. Tesisin söz konusu bölümleri  Açıktaki  İletken Bölümler ya da  Dış  İletken Bölümler olarak kategorize edilir.

Birçok PV sistemde  Açıktaki  İletken Bölümler ya da  Dış  İletken Bölümler olarak adlandırılan iletken kısımlarına rastlanmaz, bu yüzden Eş potansiyel kuşaklama iletkeni genellikle gerekmez.  Eş potansiyel kuşaklama iletkenin   gerekli olması durumunda aşağıdaki karar verme ağacına baş vurulur. PV tesisin DC tarafında tasarım aşamasında çift ya da güçlendirilmiş yalıtımın uygulanmış olması gerekir. Bu bakımdan tesisteki bileşenler yalıtılmış durumdadır ve ekstra bir koruyucu eş potansiyel bağlamaya gereksinim duyulmaz.

İzolasyonlu iniş iletkeni doğru ve güvenli bir sistemin olmazsa olmazıdır.

Tesiste oluşturulacak lokal eş potansiyel baralar ile tesisteki tüm ekipmanlar eş potansiyel kuşaklama iletkeni ile irtibatlandırılmalıdır. Dış yıldırımlık sistemi de bu kuşaklama iletkeni ile irtibatlandırılmalıdır. Ancak tesis içerisinde oluşturalan eş potansiyel baralara bağlantılar spark gap sönümleyici parafudr ile bağlanmalıdır. Böylece oluşması muhtemel darbeler anında sönümlenmiş olacaktır.

Sistem Topraklaması (DC İletken Topraklaması)

• PV üreteç DC topraklama senaryoları şu şekilde özetlenebilir:
• Toprak bağlantısı yok.
• Artı ve eksi iletkenlerin toprağa fiziksel bağlantısı
• Topraklama  veya  topraklama olmaksızın orta noktasından bağlantı alınmış (Center Tapped)
• Artı ya da eksi iletkenin yüksek empedansla toprağa bağlantısı (fonksiyonel sebeplerden dolayı)

PV üreteci oluşturan PV modüllerin ve diğer ekipmanın üretici talimatları, en uygun topraklama tertibatının sağlanması için göz önünde bulundurulmalıdır.  Akım taşıyan bir DC iletkenin toprağa bağlantısı tavsiye edilmez. Fakat AC ile DC taraflar uygun bir şekilde ayrılmışsa enerjili iletkenlerden bir tanesinin topraklanmasına müsaade edilir. Fonksiyonel bir topraklamanın gerekmesi ve mümkün olması durumunda bunun yüksek empedans üzerinden (direk bağlantıdan ziyade) sağlanması tercih edilir.

Tasarımcı  eviricinin DC topraklamaya uygun olduğunu  doğrulaması  gerekir. Trafosuz inverterler uygun değildir ve topraklanmış DC iletken  eviriciye  entegre DC izolasyon takip sistemiyle karışabilir. Bu yüzden DC iletkenin topraklanmasının gerekmesi durumunda bunun inverter  üreticisinin onayı ve bilgisi doğrultusunda  eviricide gerçekleşmesi gerekir.

İnverter güneş santrallerinin bel kemiğidir. Bu sistemler yıldırımdan ve aşırı gerilimden korunmalıdır.

PV sistemlerin invertere bağlanması durumunda, IEC62109-2 (PV güç sistemlerinde kullanılan güç dönüştürücülerde güvenlik- inverterler için zorunluluklar) topraklama tertibatına göre (ve inverter topolojisine göre) zorunlulukları ortaya koyar. Bunlar asgari inverter izolasyon zorunlulukları, üreteç toprak izolasyon direnci ölçüm zorunlulukları ve üreteç artık akım belirleme ve toprak hata alarmı zorunluluklarıdır.

Aşırı Gerilimden Korunma Önlemleri

TSE EN 62305 standardı ışığında sistemlerimizi ani aşırı gerilimlere karşı korumak amacıyla iç yıldırımlık sistemlerini kullanmamız gerekmektedir. Dış yıldırımlık sistemi tesisimizi fiziksel yönden korurken aşırı gerilim koruyucular tesisimizi elektriksel yönden koruyarak sistem ekipmanlarının devre dışı kalmasını engellemektedir. İlgili standart ışığında tesisimizde bulunan AC-DC ve data hatlarını yıldırım ve ani aşırı gerilime karşı korumalıyız.

AC hatların korunması

• AC hatlarda 10/350 ve 8/20 eğrilerine entegreli ürünler kademeli olarak koruma amaçlı

kullanılacaktır. (B+C sınıfı ürünlerinin kullanımı önerilmektedir)

• Tip 1 koruma ürün olarak; Karbon Halkaları (Spark Gap) Teknolojisine sahip, varistör teknolojisine sahip olmayan; C sınıfından önce devreye girme özelliğine sahip faz başına minimum 50 kA  koruma kapasiteli ürünlerin kullanılması önerilir.Ayrıca -40 +85 C sıcaklıkta çalışabilen ve IP sınıfı 20 olmalıdır.

• Tip 2 Koruma B sınıfından bağımsız olacak ve B sınıfından sonra devreye girme özelliğine sahip

olacaktır. 8/20 eğrisinde 40 kA söndürme kapasiteli,gerilim koruma seviyesi >1,3 kV,c evap zamanı

max 25 ns; sıcaklık aralığı -40 +80 C şeklinde olan ürünler seçilmelidir.

DC hatların korunması

• DC hatlarda 10/350 ve 8/20 eğrilerine entegreli ürünler kademeli olarak koruma amaçlı kullanılacaktır. (B+C sınıfı ürünlerinin kullanımı önerilmektedir.)
• Çalışma sıcaklık aralığı -40 +80 C , IP Korumaları 20 olmalıdır.
• + – ve ya + – toprak bağlantıları olmalıdır.

Data/Cat hatlarının korunması

• Data ve cat haberleşme hatlarının karakteristik özelliklerine göre tüm hatlar koruma altına alınması önerilir.
• D sınıfı kategorisinde 8/20 eğrisine göre test edilmiş ürünlerin kullanılması önerilir.