Rüzgar Türbinleri için Yıldırım ve Aşırı Gerilime Karşı Koruma

Phoenix Contact’ın Flashtrab ve Flashtrab Compact Plus serisi ürünleri LPZ0A’dan LPZ1’e geçişte kullanılıyor. Riski daha da azaltmak için ise LPZ1’den LPZ2’ye geçişte Valvetrab ailesindeki gibi tip 2 aşırı gerilim koruma modüllerinin kullanılması gerekiyor. Ayrıca LPZ2’den LPZ3’e geçişte, Plugtrab ailesindeki gibi tip 3 aşırı gerilim koruma modülü kullanmak da uygun çözüm olarak görülüyor.

Yenilenebilir enerji kaynakları içinde en hızlı büyüyenlerden birisi rüzgar enerjisi sektörüdür. 2008 yılında dünya çapında 121.188 MW gücünde rüzgar santrali kurulmuştur ki bu da bir önceki yıl kurulan sistemlere göre yüzde 29 artış demektir (www.btm.dk). TÜREB (Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği) verilerine göre de 2010 yılında Türkiye’nin kurulu rüzgar gücü 1000 MW’ı aşmış durumdadır. 2010 yılında inşaatı başlayacak veya devreye girecek olan rüzgar santralleri de göz önüne alındığında bu güç 2.000 MW’a ulaşacaktır (www.ruzgarenerjisibirligi.org.tr). Koruyucu bakımla yıldırım ve aşırı gerilim koruma maliyetleri azaltılmış ve denizlerde kurulan rüzgar tarlalarındaki güçlü türbinlerin artışı kabul edilebilir hale gelmiştir. Birkaç yıl önce üreticiler 1,5 MW gücünde türbinler üretirken, bugün 7 MW ve daha büyük güçlere odaklanmış durumdalar. Bu türbinlerin verimli çalışabilmesi için rüzgarın daha güçlü ve sabit olması ile birlikte daha büyük türbin göbeğinin olması gereklidir. Büyük türbin göbeği ve türbinlerin kıyıdan denize yönelmesi, enerjinin üretimi ve şebekeye aktarımını daha güvenli hale getirmektedir.

Yasal zorunlulukların artışı

Almanya, “Yenilenebilir Enerji Kaynakları Yasası (EEG)”na göre, 2020 yılında gerekli olan enerjinin yüzde 19’u rüzgar enerjisinden sağlanacaktır. Bu da, çevreye zarar veren CO2 gazının emisyonunun azaltılması için klasik güç istasyonlarının değiştirilmesi anlamına gelir. Karadaki potansiyel hemen hemen tükendiği için rüzgar enerjisinin geleceği denizdedir. Denizde rüzgar türbininin montajı yıl içinde havanın uygun ve de denizin sakin olduğu birkaç gün yapılabilmektedir. Türbin çalışmaya başladıktan sonar sert ve elverişsiz hava koşulları yüzünden türbine zorlukla ulaşılmaktadır. Bu yüzden, sistemde hata oluşumundan ve planlanmamış duruşlardan önemle kaçınılmaktadır. Bu bağlamda, koruyucu bakım anahtar rol oynamaktadır. Türbin imalatçıları, dikkatlice tasarlanmış yıldırım ve aşırı gerilim koruma kavramını da içeren güvenlik ve izleme sistemlerine büyük önem vermektedir.

Rüzgar endüstrisinde yıldırım ve aşırı gerilim koruma standartları

Konu ile ilgili standartlar, iyi tasarlanmış ve koordine edilmiş yıldırım ve aşırı gerilim korumanın temelini oluşturur. Bunlar:

• IEC61400: Rüzgar türbini jeneratör sistemleri-Bölüm 24: Yıldırıma Karşı Koruma 2009,

• DIN EN 62305” Yıldırıma Karşı Koruma” 10/2006,

• Germanischer Lloyd (GL): Rüzgar türbinlerinin sertifikasyonu için yönergeler, 2003, elektriksel montaj eki ile 2004: 8.9 Denizdeki Rüzgar Türbinlerinin Sertifikasyonu için Yıldırıma Karşı Koruma Yönergesi, 2005: Yıldırım Korumanın Elektriksel Montajı,

Bu standartlarda-LPZ 0’dan LPZ 3’e (LPZ: Lightning Protection Zone-Yıldırım Koruma Bölgesi-değişik koruma bölgeleri tanımlanmıştır.

LPZ 0A

• Direk yıldırım deşarjının mümkün olduğu alan.

• Yıldırım akımı ve sonucunda oluşacak elektromanyetik alanın etkisinin en yüksek olacağı alan.

LPZ 0B

• Direk yıldırım deşarjından korunmuş bölge,

• Yıldırım sonucunda oluşacak elektromanyetik alanın etkisinin en yüksek olacağı alan,

• Kısmi yıldırım akımları oluşur.

LPZ 1

• Bölge geçişlerindeki aşırı gerilim koruma ürünleri ve akım paylaşımı sebebiyle elektriksel darbeler sınırlanmıştır.

• Yıldırım sonucu oluşan manyetik alan ekranlama ile azaltılmıştır.

LPZ 2…n

• Bölge geçişlerindeki aşırı gerilim koruma ürünleri ve akım paylaşımı sebebiyle elektriksel darbeler daha da sınırlanmıştır.

• Yıldırım sonucu oluşan manyetik alan ekranlama ile daha da azaltılmıştır.

Elektrik komponentlerinde yıldırım ve aşırı gerilim koruma

Değişik bölgelerdeki komponentler ve elektriksel cihazlar, olası tehlikelere karşı dayanıklı olmalıdır. Bunun mümkün olmadığı durumlarda hataları ve sistem duruşlarını önlemek için bölge geçişlerinde uygun ölçümler yapılmalıdır. Koruma; yıldırım ve aşırı gerilim koruma faktörlerini içeren ekranlama ve eşpotansiyel bağlantı ile sağlanır.

Yıldırım ve aşırı gerilim koruma modülleri, darbeleri zarar veremeyecek bir düzeye düşürür.

Enerji tarafını korumak için üç kademeli bir koruma kavramı gereklidir. Burada, birçok rüzgar türbini üreticisi ve operatörü, Phoenix Contact’ın Flashtrab ve Flashtrab Compact Plus serisi ürünleri gibi yüksek kapasiteli tip 1 yıldırım koruma modülleri kullanmaktadır. Bu ürünler LPZ0A’dan LPZ1’e geçişte kullanılmaktadır.

Riski daha da azaltmak için LPZ1’den LPZ2’ye geçişte Valvetrab ailesindeki gibi tip 2 aşırı gerilim koruma modülleri kullanılmalıdır. Ayrıca LPZ2’den LPZ3’e geçişte, Plugtrab ailesindeki gibi tip 3 aşırı gerilim koruma modülü kullanmak da mantıklıdır.

Sinyal ve haberleşme teknolojisinin kapsamı

Bir rüzgar türbininin çalışmasında enerji teknolojisi başrolde olduğu sürece montajın kullanılabilirliğini artırmak için; sinyal ve haberleşme teknolojileri güvenlik ve koruma kavramına dahil edilmelidir. Bu nokta Phoenix Contact’ın dijital ve analog sinyallerin korunması için kapsamlı ürün grubu Plugtrab PT ürün ailesinin konuya dahil olduğu yerdir.

Kapsamlı ve sürekli yıldırım ve aşırı gerilim koruma kavramı türbinin çalışmasının sürekliliğini artıracak ve yıldırım veya aşırı gerilimler sebebi ile devre dışı kalma riskini azaltacaktır. Kullanılabilirliğinin artması, rüzgar türbini montajlarını daha güvenli ve ekonomik kılmaktadır. Bu da, gelecek için verimli ve sürekli natif enerji sistemleri üzerinde çalışan üretici ve işletmecileri hedeflerine büyük bir adım daha yaklaştırmaktadır. Maliyetlerin azaltılması, halkın ve politikacıların gözünde rüzgar türbinlerinin ve rüzgar turbini tarlalarının kabul edilmesini kolaylaştırmaktadır.

Sürekli elektriksel fonksiyon testi

Bir sinyal hattında örneğin 4-20 MA akım devresinde oluşabilecek bir hatanın devre üzerindeki komponentlerde kayda değer bir sıcaklık artışı oluşturması beklenmez. Bu da sinyal koruma modüllerinin fonksiyonlarının izlenmesinde sıcaklık artışına bağlı bir izlemenin güvenli olmadığı anlamına gelmektedir. Plugtrab PT izleme sistemi, suppresör diyodun elektriksel fonksiyonunun sürekli test edilmesi esasına dayanır. Koruma modülünde oluşacak hasar, koruma fişi üzerindeki ışıklı ikaz göstergesinden ve dahili izleme kontağı ile kaydedilebilir. İkaz kontağı, oluşan hatayı izleme sistemine veya kontrol sistemine iletebilir. Kontrol sistemi de opratörü veya bakım ekibini uyarabilir. Böylece bakım ekibi, oluşan hata için tamir gerekip gerekmediğine veya bir sonraki planlı bakıma kadar sadece fişin değişmesi gerektiğine karar verebilir.

“Plugtrab PT FM”,data ve sinyal hatlarında kullanılan; ikaz kontaklı bir aşırı gerilim koruma modülüdür.

Flashtrab Control Plus”besleme devreleri için yüksek kapasiteli bir yıldırım koruma modülüdür.

Rüzgar türbini için yıldırım koruma bölgesi kavramı; potansiyel dengeleme ve ekranlama gibi yıldırım ve aşırı gerilim koruma modülleri ile korunabilen değişik EMC koruma bölgelerinden oluşur.

Kapsamlı ve sürekli yıldırım ve aşırı gerilim koruma kavramı türbinin çalışmasının sürekliliğini artıracak ve yıldırım veya aşırı gerilimler sebebi ile devre dışı kalma riskini azaltacaktır.

Bora YURTSEVER, Trabtech Ürün Grubu Sorumlusu

Phoenix Contact Türkiye / www.bilesim.com.tr