DC SPD anlamı

DC SPD Anlamı

DC SPD, tam adı Doğru Akım Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (Direct Current Surge Protection Device), yıldırım düşmesi, anahtarlama işlemleri veya diğer elektriksel bozukluklardan kaynaklanan geçici aşırı gerilimlere (dalgalanmalara) karşı savunmak için özel olarak DC güç sistemleri için tasarlanmış bir koruma cihazıdır. Bu dalgalanmalar kontrol edilmezse, DC sistemdeki hassas elektronik cihazlara zarar verebilir ve hatta sistem arızalarına yol açabilir.

Bir DC aşırı gerilim koruma cihazı, DC ile çalışan sistemlere ve ekipmanlara ani voltaj yükselmelerinden veya dalgalanmalardan koruma sağlamak üzere tasarlanmıştır. DC SPDs, voltaj dalgalanmalarını bastırır veya saptırır, hassas elektronik bileşenlerin, sistem arızalarının ve hatta veri kaybının önüne geçer.

PV Tesisatlarında DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazları İçin Dikkat Edilmesi Gerekenler

100kA büyüklüğündeki bulutlar arası ve bulut içi yıldırım çakmaları, PV sistem DC kablolarında geçici akımları tetikleyen ilgili manyetik alanlar oluşturabilir. Bu geçici voltajlar, ekipman terminallerinde ortaya çıkar ve önemli bileşen yalıtım ve dielektrik arızalarını tetikler.

Bu üretilen ve eksik yıldırım akımları, SPDs'lerin belirli konumlara yerleştirilmesiyle azaltılır. SPD, elektrikli kablolarla paralel olarak toprağa bağlanır. Bir aşırı gerilim meydana geldiğinde, yüksek empedanstan düşük empedanslı bir cihaza geçer. SPD, bu tasarımda ilgili geçici akımı deşarj ederek, aksi takdirde ekipman terminallerinde mevcut olacak aşırı gerilimi azaltır.

Bu paralel cihaz yüksüz bir akım taşır. Seçtiğiniz SPD, özellikle DC PV voltajları ile tasarlanmalı, derecelendirilmeli ve onaylanmalıdır. Doğal SPD bağlantı kesme, AC uygulamalarında bulunmayan daha şiddetli DC arkını kesme kapasitesine sahip olmalıdır.

Maksimum açık devre voltajı 600 veya 1.000V DC'de çalışan büyük ticari ve şebeke ölçekli PV sistemlerinde, MOV modüllerini Y konfigürasyonunda bağlamak popüler bir SPD kurulumudur.

Bir MOV modülü, Y'nin her bir bacağında her kutba ve toprağa bağlanır. Topraklanmamış bir sistemde her kutup ve hem kutup hem de taban arasında iki modül bulunur. Her modül bu konfigürasyonda sistem voltajının yarısı için derecelendirildiğinden, MOV modülleri bir kutuptan toprağa arızası meydana gelse bile derecelendirilmiş değerlerini aşmaz.

DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazının İşlevi

DC SPD'nin temel işlevi, bu ani yüksek enerjili dalgalanmaları emmek ve serbest bırakmak, aşırı gerilimin genliğini sınırlamak ve DC güç kaynağına bağlı cihazları hasardan korumaktır. Genellikle, fotovoltaik enerji üretim sistemlerinin DC tarafı, iletişim baz istasyonlarının güç girişi veya elektrikli araç şarj yığınlarının DC çıkış ucu gibi DC güç sistemlerindeki önemli düğümlere kurulurlar, sistemin kararlı çalışmasını sağlamak için.

AC için aşırı gerilim koruma cihazları (AC SPD) ile karşılaştırıldığında, DC SPDs, sürekli tek yönlü akımlar ve potansiyel olarak yüksek voltaj seviyeleri gibi doğru akımın benzersiz zorluklarını ele almalıdır. Bu nedenle, DC SPDs, bir DC ortamının ihtiyaçlarını karşılamak için özel bileşenler ve teknolojilerle tasarlanmıştır.

Çalışma Prensibi

DC sistemlerde etkili voltaj dalgalanması korumasını sağlamak için DC aşırı gerilim koruma cihazlarının uygun seçimi, kurulumu ve bakımı gereklidir. Bir DC SPD'nin performans etkinliği, dalgalanma derecesi, sıkıştırma voltajı, tepki süresi ve özel uygulama gibi faktörlere göre değişir.

Bir DC aşırı gerilim koruma cihazının çalışmasını aşağıdaki gibi parçalayabilirsiniz:

- Dalgalanma Tespiti

Bir DC aşırı gerilim koruma cihazı, bir DC sisteminde derecesinin ötesinde bir voltaj dalgalanması tespit edecektir. Bu cihaz, dalgalanmayı tespit etmek için özel devreler kullanarak voltaj seviyesini izler.

- Voltaj Sıkıştırma

DC aşırı gerilim koruma cihazları, voltaj sıkıştırmayı başarmak için metal oksit varistörler (MOV'ler) veya gaz deşarj tüpleri (GDT'ler) gibi bileşenler kullanır. Bu bileşenler, normal sınırlar içindeki voltaja karşı yüksek direnç göstererek, normal elektrik akımının akışına izin verir. Bununla birlikte, eşiğin ötesindeki bir voltaj dalgalanması, bileşenin direncini önemli ölçüde azaltarak, dalgalanma akımı için düşük empedanslı bir yol oluşturur. Bir voltajın dalgalanma olarak kabul edildiği eşiğe sıkıştırma voltajı veya geçiş voltajı denir.

- Enerji Emilimi

Bir aşırı gerilim koruma cihazının birincil bileşenleri, bir voltaj dalgalanması cihazdan yönlendirildiğinde aşırı enerjiyi emer. Metal oksit varistörlerin (MOV) tasarımı, yüksek voltajlarda bozulacak ve dalgalanmayı ısı olarak dağıtacak şekildedir.

Bir DC devresinde, aşırı gerilim koruyucu yüksek direnç durumundadır ve normal voltaj (Un) altında çalışmaz. Dalgalanma voltajının nominal voltajı (Uc) aştığını algıladığında, SPD'nin kendisi hızla kendi direncini azaltacak ve iletecek (25 nanosaniye içinde), dalgalanma akımını serbest bırakacak, voltajı güvenli bir duruma düşürecek ve ardından yüksek direnç durumuna geri dönecek, devredeki elektrikli ekipman için korumayı tamamlayacaktır.

DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazının Temel Özellikleri

- Yüksek tepki hızı: nanosaniyeler içinde dalgalanmalara yanıt verebilir ve koruma mekanizmalarını hızla etkinleştirebilir.

- Yüksek enerji emme kapasitesi: büyük miktarda dalgalanma enerjisine dayanabilir ve dağıtabilir, arka uç ekipmanını korur.

- Kararlı voltaj koruma seviyesi: dalgalanma olayları sırasında, sistem voltajının ekipmanın güvenli çalışma aralığını aşmamasını sağlar.

DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazı takılarak, doğru akım sisteminin güvenilirliği ve güvenliği önemli ölçüde artırılabilir, ekipmanın hizmet ömrü uzatılabilir ve dalgalanmaların neden olduğu bakım ve değiştirme maliyetleri azaltılabilir. Fotovoltaik enerji üretimi, iletişim, ulaşım vb. gibi çeşitli alanlarda, DC aşırı gerilim koruma cihazı vazgeçilmez bir koruyucu bileşen haline gelmiştir.

Bir DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazı nasıl kurulur

- SDP'yi korunacak panele mümkün olduğunca yakın yerleştirin.

- Aşırı gerilim koruma cihazının pabucundan bir sonraki panelin devre kesicisine giden bağlantı tellerinin uzunluğunu azaltmak için, aşırı gerilim koruma cihazı muhafazasında olağanüstü yüksek bir yere (veya sigortalı bağlantı kesme pabucuna) bir delik açın ve delin.

- Mümkün olduğunda, bir panelin üstündeki ilk kesiciye giden tellerle sıkı bağlantı kullanın. Bu, panele bağlı tüm yüklerin yeterince korunmasını garanti eder.

- SPD'yi, AWG #10 örgülü tel veya daha büyük (kolayca temin edilebilir ve kurulumu kolay) ile kesici paneline bağlayın. Kablolamada keskin bükülmelerden ve aşırı uzunluktan kaçının. En başarılı kurulumlar genellikle en estetik olanlar değildir. En etkili karşılaşmalar kısa ve doğrudan olanlardır.

- SPDs, panelin ana pabucundan ziyade, uygun şekilde derecelendirilmiş bir devre kesiciye bağlanmalıdır. Devre kesicilerin bulunmadığı veya pratik olmadığı durumlarda, hatlarla iletişim kurmak ve SPD servisini kolaylaştırmak için sigortalı bir bağlantı kesme anahtarı kullanılmalıdır.

DC SPD'yi AC SPD ile Karşılaştırmak

DC ve AC aşırı gerilim koruma cihazları arasındaki temel fark, kullanılan güç sistemine dayanmaktadır. Bu nedenle, voltaj derecelendirmeleri, dalgalanma işleme yetenekleri, tepki süreleri ve standartlar açısından ikisi arasında küçük farklılıklar vardır.

Aşağıdaki ifadeler, DC ve AC aşırı gerilim koruma cihazları (SPDs) arasındaki bazı benzerlikleri ve farklılıkları vurgulamaktadır:

- Frekans İşleme

DC sistemlerde kullanılan aşırı gerilim koruma cihazları, DC voltajının sabitliği sayesinde frekans özelliklerine sahip değildir. Öte yandan, AC sistemlerde farklı frekans ihtiyaçları vardır ve farklı işlem gerektirir.

- Polarite Duyarlılığı

DC sistemlerdeki aşırı gerilim koruma cihazları, doğru terminal hizalaması ile kurulum gerektiren polar duyarlıdır. AC sistemlerde sürekli değişen voltaj yönü nedeniyle, belirli terminal tanımlamaları yoktur.

- Dalgalanma Tespiti ve Sıkıştırma

Sistem tasarımına bağlı olarak, hem DC hem de AC SPDs, voltaj dalgalanmalarını emerek veya güvenli bir seviyeye yönlendirerek karşı koyacaktır. Ancak, farklı voltaj özellikleri, tespit ve sıkıştırmada uygulanan mekanizmalarda bir değişikliğe neden olabilir.

DC SPD Tipleri

Voltaj Seviyesine Göre Sınıflandırılmış

DC sistemin voltaj seviyesine göre, DC aşırı gerilim koruma cihazı aşağıdaki kategorilere ayrılabilir:

- Düşük voltajlı DC SPD: genellikle 48V'un altında bir voltaj aralığına sahip, iletişim ekipmanlarında, küçük fotovoltaik sistemlerde veya düşük voltajlı DC dağıtım sistemlerinde yaygın olarak bulunan düşük voltajlı DC sistemler için uygundur.

- Orta voltajlı DC SPD: genellikle 48V ile 1000V arasında bir voltaj aralığına sahip, fotovoltaik enerji üretim sistemlerinin doğru akım tarafında, elektrikli araç şarj istasyonlarında ve diğer senaryolarda yaygın olarak kullanılan orta voltajlı DC sistemler için uygundur.

- Yüksek voltajlı DC SPD: esas olarak büyük ölçekli fotovoltaik enerji santrallerinde, yüksek voltajlı doğru akım iletim sistemlerinde vb. kullanılan, 1000V'un üzerinde bir voltaj aralığına sahip yüksek voltajlı doğru akım sistemleri için uygundur.

DC SPD'nin Ana Parametreleri

Bir DC aşırı gerilim koruma cihazının parametreleri, voltaj dalgalanmalarından belirli bir DC sistemindeki performanslarını ve uygunluklarını tanımlar. Bu nedenle, bu parametrelerin ve kullanım için tasarlanan sistemin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi, etkili eşleştirme için hayati öneme sahiptir.

DC aşırı gerilim koruma cihazları için sağlanan ana parametreler şunları içerir:

- Kaçak Akım: DC aşırı gerilim koruma cihazı normal çalışırken, kaçak akım, içinden akan minimum akımı tanımlar. Düşük kaçak akıma sahip olmak tercih edilir, çünkü daha az ısı dağılımı ve güç kaybı ile sonuçlanır.

- Maksimum Sürekli Çalışma Voltajı: Aşırı gerilim koruma cihazının sistemin nominal voltajına bağlı olarak etkinleştirildiği DC voltajını tanımlar.

- Nominal Deşarj Akımı: Bir dalgalanma olayı meydana geldiğinde bir DC aşırı gerilim koruma cihazının deşarj edebileceği en yüksek akım değerini tanımlar.

- Çalışma Sıcaklık Aralığı: DC aşırı gerilim koruma cihazının en iyi performansı gösterebileceği sıcaklıkları tanımlar. Bu parametre, özellikle koruma ihtiyacı olan DC sisteminin aşırı sıcaklık koşullarında çalıştırıldığı uygulamaya özgüdür.

- Voltaj Koruma Seviyesi: Etkinleştirilmiş bir DC aşırı gerilim koruma cihazının terminallerindeki maksimum voltajı temsil eder. Aşırı gerilim koruma cihazından geçen akım, nominal deşarj akımına eşleştiğinde elde edilir.

DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazının Uygulama Senaryoları

DC aşırı gerilim koruma cihazı iki tipe ayrılır:

- Biri, iletişim modüllerini, izlemeyi vb. korumak için düşük voltajlı DC'de kullanılır.

- Diğeri, fotovoltaik sistemleri, enerji depolamayı vb. korumak için fotovoltaikte kullanılır.

Fotovoltaik Enerji Üretim Sistemi

- PV DC tarafı koruması: PV modüllerini ve invertörleri yıldırım düşmesi veya anahtarlama işlemlerinden kaynaklanan dalgalanma hasarından korumak için PV dizisi ve invertör arasına kurulur.

- PV AC tarafı koruması: AC tarafı ekipmanını korumak için invertörün çıkış ucuna kurulur.

İletişim Baz İstasyonu

- Güç sistemi koruması: iletişim baz istasyonlarının pil paketleri ve redresörler gibi DC güç kaynağı ekipmanlarını korur.

- Sinyal sistemi koruması: iletişim ekipmanlarının parazit yapmasını veya zarar görmesini önlemek için iletişim sinyal hatlarını korur.

Elektrikli Araç Şarj Tesisleri

- Şarj yığını koruması: şarj yığınını ve elektrikli araç pil yönetim sistemini korumak için şarj yığınının DC çıkış ucuna kurulur.

- Pil paketi koruması: dalgalanmaların pillere zarar vermesini önlemek için elektrikli araç pil paketlerinin DC tarafında kullanılır.

Endüstriyel Kontrol Sistemi

- PLC ve sensör koruması: PLC'ler, sensörler vb. gibi endüstriyel kontrol sistemlerindeki DC güç kaynağı cihazlarını korur.

- DC motor koruması: motorlara ve sürücülere zarar veren dalgalanmaları önlemek için DC motor tahrik sistemleri için kullanılır.

Pratik uygulamalarda, bir DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazı seçerken, aşağıdaki faktörleri göz önünde bulundurun:

- Sistem voltajı: sistem voltajına uyan bir DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazı seçin.

- Dalgalanma akımı derecesi: sistemin dalgalanma riski seviyesine göre uygun nominal deşarj akımını (In) ve maksimum deşarj akımını (Imax) seçin.

- Kurulum ortamı: sıcaklık, nem vb. gibi çevresel faktörleri göz önünde bulundurun ve uygun bir koruma seviyesi (IP derecesi) seçin.

Bir DC SPD kullanmanın avantajları

DC SPDs kullanılarak, DC ile çalışan sistemlerin voltaj dalgalanmalarına karşı savunmasızlıkları etkili bir şekilde azaltılabilir, ekipman korumasını, sistem güvenilirliğini ve genel operasyonel güvenliği teşvik eder.

Bir DC aşırı gerilim koruma cihazı kullanmanın faydalarının bir özeti aşağıda tartışılmaktadır:

- Ekipman Koruması: Bu, DC sisteminizi bir aşırı gerilim koruma cihazı ile yapılandırmanın birincil faydasıdır. Ekipmanı hasardan koruyarak aşırı voltaj dalgalanmalarını saptırır veya bastırır.

- Genişletilmiş Ekipman Ömrü: DC SPDs tarafından dalgalanmaların zararlı etkilerinden kaçınmak, ekipmanın daha uzun süre çalışmasını sağlar. Aksi takdirde, korumasız ekipman, hasara veya performansın engellenmesine neden olan voltaj dalgalanmalarına kolayca yenik düşer.

- Güvenlik Güvencesi: Dalgalanma olayları meydana geldiğinde, özellikle yüksek enerjili DC kaynakları kullanan endüstriyel ortamlarda güvenlik tehlikeleri oluştururlar. Bu cihazlar, dalgalanma enerjisini emerek veya yönlendirerek, elektriksel arıza, yangın veya diğer güvenlik tehlikeleri olasılığını azaltır.

- Sistem Güvenilirliği: Aşırı gerilim koruma cihazları, koruma rollerinde DC sistem güvenilirliğinin iyileştirilmesine katkıda bulunur. Ekipman arızası riskini azaltarak sürekli çalışmayı sürdürmeye ve kesintileri en aza indirmeye yardımcı olurlar.

AC devrelerini korumak için AC için aşırı gerilim koruyucular kullanılabilir mi?

Bazı kişiler, DC güç kaynağı sistemlerini korumak için AC için aşırı gerilim koruyucular kullanmak isteyebilir. Profesyonel bir bakış açısından, AC elektriğin voltajı ve akımı periyodik olarak değişir, saniyede 50 kez (50 Hz) veya saniyede 60 kez (60 Hz). Akım pozitif yarı döngüden negatif yarı döngüye değiştiğinde, “sıfır noktası”ndan geçecektir, bu sırada voltaj ve akım “0” olacaktır, geçici akımları etkili bir şekilde bastırır.

                       Tek fazlı AC sinyali                                            Üç fazlı AC sinyali

Ancak DC yapmayacak, tek yönlü sürekli bir akım voltajıdır, “sıfır noktası” seçeneği yoktur, bu nedenle dalgalanma akımı bastırılmayacak, ekipman üzerinde sürekli bir etkiye neden olacaktır. Bu sırada DC hattını korumak için bir AC aşırı gerilim koruyucu kullanılırsa, sürekli güçlü aşırı gerilim ve dalgalanma akımı AC aşırı gerilim koruyucuyu kıracak, aşırı gerilim koruyucunun hizmet ömrünü büyük ölçüde kısaltacak ve yangına neden olacaktır. Bu nedenle, koruma için güvenilir DC aşırı gerilim koruyucular seçmek gerekir.

                                                                                   DC sinyali

Bir DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazını Test Etme

Bir DC aşırı gerilim koruma cihazını test etmek, voltaj dalgalanmalarından ekipman koruması sağlayabildiğinden işlevselliğini doğrular. Test ederken, test sonuçlarını SPD'nin uyması gereken belirli yanıt özellikleri ile karşılaştırın.

Yaygın olarak kullanılan testler şunları içerir:

- Yalıtım Direnci Testi: Burada, SPD'yi DC kaynağından ayırır ve cihazın ve toprak terminalleri arasındaki direnci ölçersiniz. Kaçak veya arıza yollarının olmadığını garanti eder.

- Voltaj Düşüş Testi: Bu test, voltaj düşüşünün belirtilen sınırlar içinde olmasını sağlar. Cihazı bir DC kaynağına bağlar, nominal voltajı uygular ve ölçersiniz.

- Dalgalanma Testi: Burada, aşırı gerilim koruma cihazına dalgalanma darbeleri uygulayarak geçici dalgalanmaların bir simülasyonunu gerçekleştirirsiniz. Daha sonra, dalga biçimlerini inceleyerek test spesifikasyonları ile karşılaştırın.

Doğru akım için aşırı gerilim koruyucularla ilgili bazı yanlış kanılar.

1. Basit bir DC sisteminin, gereksinimleri karşılamak için yalnızca tek aşamalı aşırı gerilim koruması gerektirdiği fikri yanlıştır. Aşırı gerilim koruması sistematiktir ve farklı aşamalar, çok seviyeli koruma için farklı DC aşırı gerilim koruyucuları gerektirir. Özellikle iletişim sistemleri için, ekipman ne kadar hassas ve hassas olursa, o kadar güvenilir aşırı gerilim korumasına ihtiyaç duyar.

2. DC aşırı gerilim koruyucularını topraklanmış olmaları koşuluyla cihazlardan uzakta kurmak yanlıştır. DC aşırı gerilim koruyucular, korunacak ekipmana yakın olmalıdır. Bir DC aşırı gerilim koruyucu, koruma gerektiren cihazdan çok uzakta ise, bir dalgalanma akımı çarptığında, DC aşırı gerilim koruyucu, elektrikli ekipmanı kurtarmak için mikrosaniyeler içinde tepki vermelidir. Hat çok uzunsa ve tüm dalgalanma akımları ona ulaşmadan önce cihaza çarparsa, DC aşırı gerilim koruyucu hızlı tepki verse bile, dalgalanma akımını serbest bırakmak için zamanı olmayacaktır. Bu nedenle, DC aşırı gerilim koruyucular, elektrikli ekipman için “yakın koruma” sağlamalıdır.

3. Alternatif akım voltajı gibi sık dalgalanmalar olmadan voltajın sabit kaldığı bir doğru akım sisteminde, AC sistemine göre daha az dalgalanma riski olmadığı anlamına gelmez mi? Yanlış – kararlı voltaj, risk yok anlamına gelmez. Doğru akım sisteminde, akım veya voltaj açısından “sıfır noktası” yoktur, daha ziyade, yıldırım düşmelerini kolayca çekebilen ve onları AC sistemlerine kıyasla daha duyarlı hale getiren sürekli bir akış vardır. Örnek olarak güneş panellerini ele alırsak – fotovoltaik diziler gibi dış mekan cihazları, büyük yüzey alanları ve yıldırım cıvatalarını çeken ve güçlü dalgalanmalara neden olan sürekli elektrik akışları nedeniyle özellikle yıldırım düşmelerine eğilimlidir.

4. Düşük voltajlı doğru akım sistemleri için gevşek topraklama gereksinimlerine sahip olmak yanlıştır; topraklamayı atlayamaz veya bunları bir muhafazaya yakın bir mesafede bağlayamazsınız. Doğru topraklamak esastır, çünkü topraklama, doğru akım aşırı gerilim koruma cihazlarını kullanan elektrikli cihazları korumada çok önemli bir rol oynar. Doğrudan muhafazalarla bağlantı kurmak, mutlaka doğru topraklama anlamına gelmez; bazı muhafazalarda toprakla bağlantı eksik olabilir veya topraklanmış gibi görünebilir, ancak etkili topraklama bağlantısını engelleyen boya katmanları tarafından izole edilebilir. Ekipmanda hafif bir sızıntı olması, muhafazanın şarj olmasına yol açarsa, güç dalgalanmalarının gelmesi sırasında bunlar koruyucu cihazdan geri dönecek ve yangın tehlikelerine yol açarak aşırı gerilim koruma cihazını işe yaramaz hale getirecektir. Bu nedenle, Doğru Akım Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının düzgün bir şekilde topraklanması zorunludur

Sonuç

DC Aşırı Gerilim Koruma Cihazı aşırı gerilim koruyucuları, DC güç sistemlerinin “güvenlik görevlileri” olarak, modern güç korumasında çok önemli bir rol oynamaktadır. İster fotovoltaik enerji üretim sistemleri, ister iletişim baz istasyonları veya elektrikli araç şarj tesisleri olsun, DC SPD, dalgalanmaların getirdiği tehditlere etkili bir şekilde direnebilir, ekipmanın kararlı çalışmasını sağlayabilir, hizmet ömrünü uzatabilir ve bakım maliyetlerini azaltabilir.