Utilite Ölçeğindeki Güneş PV Tesislerinde Nötr Bağlama Şemaları ve Bağlama Dönüşüç Boyutlandırma İçin Tasarım Hesaplamaları
1 Güneş Fotonik Güç İstasyonları için Nötr Bağlanma Yöntemlerinin Sınıflandırılması
Bölgesel gerilim seviyeleri ve şebeke yapıları arasındaki farklılıklardan etkilenen güç sistemlerinin nötr bağlanma yöntemleri, genellikle etkili olmayan ve etkili bağlamaya ayrılır. Etkili olmayan bağlama, yayılma bobinleri aracılığıyla nötr bağlama ve nötr bağlanmamış sistemleri içerirken, etkili bağlama ise nötr katı bağlama ve dirençler aracılığıyla nötr bağlamayı kapsar. Nötr bağlanma yönteminin seçimi, röle koruma hassasiyeti, ekipman yalıtım seviyeleri, yatırım maliyetleri, güç sağlamanın sürekliliği, operasyon ve bakım zorluğu, hata kapsamı ve sistemin istikrarına etkisi gibi faktörlerin göz önünde bulundurulduğu kapsamlı bir konudur.
1.1 Etkili Olmayan Bağlama
1.1.1 Yayılma Bobinleri Aracılığıyla Nötr Bağlama
Yayılma bobini, sistemin nötr noktasına monte edilir. Hatalar sırasında indüktif akım, sistemin kapasitif akımını telafi eder ve yerleşme hatası akımı, telafinin ardından kalan indüktif akımdır. Tek fazlı yerleşme hatası oluştuğunda, bobin kapasitif akımı telafi ederek yerleşme arkını hızlıca söndürür, ara sıra oluşan arkları ve aşırı gerilimi bastırır. Sistem, hatadan sonra bir süre boyunca çalışabilir, yüksek güvenilirlikli güç sağlama senaryolarına uygundur.
Ana Özellikler:
Koruma & İşletme: Küçük yerleşme akımı, sıfır dizi akım korumasının hassasiyetini azaltır, karmaşık tek fazlı yerleşme koruması gerektirir. Bobin aşırı telafi modunda çalışmalıdır; operatörler, şebekedeki değişikliklerle birlikte parametreleri zamanında ayarlama ihtiyacı vardır, bu bakımını zorlaştırır.
Konfigürasyon: Birden fazla bobinin yoğunlaşmış kurulumunu veya tek bobin kurulumunu önlemek, telafi başarısızlığını önler.
Uygunluk & Sınırlamalar: Büyük tek fazlı yerleşme kapasitif akımlarına sahip sistemlere uygundur, ekipman ısı etkilerini azaltır ve kısa süreli sürekli güç sağlama imkanı sunar. Ancak, orta-büyük PV istasyonlarında röle koruma hataları hızlıca kesemez. Bu nedenle, MW düzeyinde ve üzerindeki PV istasyonlarında ve 10 kV/35 kV ana hatlarında daha az kullanılır, erken yayılma bobinli sistemler yeniden düzenlenir.
1.1.2 Nötr Bağlanmamış
Nötr bağlanmamış sistemler (etkili olmayan bağlama), tek fazlı hatalar sırasında hat/ekipman kapasitif eşlemesinden kaynaklanan hata akımları ile karakterize edilir, kısaltılmış devre döngüsü yoktur. Düşük akımlar ve korunan faz gerilimleri nedeniyle hata durumunda 1-2 saat işlem yapılabilir, ancak ark yeniden yakılmasından kaynaklanan aşırı gerilim riski yüksek yalıtım gerektirir. Küçük kapasitif akımlara (örn. PV inversör AC tarafları, nötr çıkışı olmayan düşük gerilimli transformatörler) uygundur.
1.2 Etkili Bağlama
1.2.1 Nötr Katı Bağlama
Yüksek hata akımı, hassas koruma, düşük aşırı gerilim ve gevşek yalıtım sağlar, ancak aşırı yerleşme akımları nedeniyle güvenilirliğin azalması ve ciddi iletişim interferansı riski taşır. ≥50 MW PV istasyonlarının ≥110 kV yüksek gerilimli transformatörlerinde yaygındır, esnek bağlama için nötr yalıtım anahtarı/gerilim daralıcılar kullanılır.
1.2.2 Nötr Direnç Bağlama
Nötr dirençler aracılığıyla kapasitif akımdan büyük aktif akım enjekte edilir, hızlı hata izolasyonu için yüksek hassasiyetli sıfır dizi koruma sağlar. Avantajları:
Stabil parametreler: İlk işletim sırasında herhangi bir ayar gerekmez.
Yalıtım ekonomisi: Hızlı hata temizliği sayesinde düşük yalıtım gereksinimleri.
Uygulama: Uzun kablo sistemleri, yüksek kapasiteli transformatörler/motorlar ve yüksek kapasitif akımlı PV istasyonları.
Gerilim hiyerarşisi:
≥220 kV: katı bağlama
66–110 kV: çoğunlukta katı, azınlıkta katı olmayan
6–35 kV: çoğunlukta katı olmayan, azınlıkta katı
2 Yerleşim Transformatörü Kapasitesi Hesabı
MW ölçekli PV istasyonlarının 10/35 kV ana hatları (direnç bağlama) için, nötr noktalar çıkarılmamışsa özel yerleşim transformatörleri gereklidir. Hesaplama adımları:
Birincil gerilim: Sistemin ana hat gerilimine uyumlu olmalıdır.
Kapasitif akım: Kablo/havada asılı hat akımlarının toplamı artı alt istasyon ekipmanlarının etkisi.
Direnç değeri: Hızlı sıfır dizi koruma etkinleşmesini sağlar.
Transformatör kapasitesi: Yerleşme direncinin derecesini hesaba katar; istasyon gücünü sağlaması durumunda ikincil yükler dahil edilir.
3 Yerleşim Transformatörü Kapasitesi Hesabı Örneği
3.1 Proje Genel Bakış
1340 m rakımda (yıllık ortalama 3°C) sabit montajlı 50 MW merkezi PV güç istasyonu, rakım veya nem nedeniyle düşürülmeyi gerektirmez. 50×1 MW alt dizilerden oluşur, DC yerel olarak 35 kV'ye çevrilir ve invert edilir. On alt dizi, 35 kV tek ana hat sistemine besleyen bir toplayıcı hattı oluşturur, ardından 110 kV'ye (katı nötr bağlanma) yükseltir. 35 kV yükseltme istasyonu, düşük gerilimli ana transformatör, 5 PV toplayıcı hattı, yerleşim transformatörü, istasyon servis transformatörü, reaktif kompansasyon ve PT devrelerini içerir, nötr noktası direnç bağlaması ile sağlanır.
3.2 Yerleşim Transformatörü Kapasitesi Hesabı
3.2.1 Yerleşim Yöntemi
Yerleşim transformatörünün birincil nominal gerilimi, 35 kV sistem gerilimine uymaktadır. 35 kV toplayıcı hatları, çoğunlukla doğrudan gömülmüş kablodur (toplam 34 km), 2 km havada asılı hat bulunmaktadır.
35 kV havada asılı toplayıcı hatların tek fazlı yerleşme kapasitif akımı:Ic1=3.3×UL×L×10−3=0.231A
35 kV kablo toplayıcı hatların tek fazlı yerleşme kapasitif akımı:Ic2=0.1×UL×L=119A
( UL): şebeke hat-hat gerilimi (kV); L: hat uzunluğu (km))
35 kV alt istasyonun kapasitif akımının %13'lük bir artışıyla, PV istasyonunun hesaplanan tek fazlı yerleşme kapasitif akımı 10 A'yı aşmaktadır. Bu nedenle, 35 kV ana hat nötr noktasında direnç bağlaması kullanılır.
3.2.2 Yerleşim Transformatörü Kapasitesi
Yerleşme direnci için, birincil gerilim UR≥21.21kV. Tek fazlı hatada, yerleşme hatası akımı 150-500 A olarak ayarlanır, bu nedenle IR=400A, ve R=50.5Ω olduğunda, PR≥UR×IR. Düşük dirençli bağlama sistemlerinde, yerleşim transformatörünün kapasitesi hata akımının karşılık gelen kapasitesinin 1/10'dur. Ayri bir istasyon servis transformatörü olduğundan, ikincil yükler ihmal edilir. Teknik-ekonomik faktörler, meteorolojik koşullar ve rakım göz önünde bulundurularak, kapasite 1000 kVA olarak belirlenmiştir.
4.Sonuç
Güneş fotonik enerji gibi yenilenebilir enerjinin gelişimi, dünya çapındaki ülkelerin endüstri politikalarına uygundur. Nötr bağlanma yöntemi, güç sisteminin tasarım ve işletimine etki eder. Sistemin nötr bağlanma yöntemini seçerken, sistemin güç sağlamanın güvenilirliği, ekipman yalıtım seviyesi ve röle korumanın uygulanması zorluğu gibi etkileri kapsamlı bir şekilde düşünülmelidir.
