12kV Orta Gerilim Anahtarlı Kabinlerin Akıllı Trafo Merkezlerindeki Çekirdek Değerleri ve Yenilikçi Uygulamaları

Akıllı Elektrik Ağlarının ve Yenilenebilir Enerjinin Entegrasyonunun Hızlı Gelişimiyle, Orta Gerilim (OG) Anahtar Korumaları, alt istasyonlardaki temel güç dağıtım ekipmanı olarak, güvenilirliği, akıllılığı ve alana uygunluğu aracılığıyla güç sisteminin istikrarını doğrudan belirler. Bu makale, alt istasyonlardaki Orta Gerilim Anahtar Korumalarının ana teknolojilerine, senaryoya özgü çözümlerine ve pratik faydalarına derinlemesine giriyor.

Alt İstasyon Senaryoları İçin Temel Gereksinimler

1. Yüksek Güvenilirlik Gereksinimleri

Alt istasyonlar, güç dağıtımında ve sistem korumasında kritik bir rol oynar. Orta Gerilim Anahtar Korumaları ile ilgili önemli noktalar:

• OG Anahtar Koruması İşlevi: Yüksek yükler altında ve sık geçişlerle kararlı uzun vadeli performans sağlanması gerekir.
• Hata Oranı Karşılaştırması:

• Geleneksel Orta Gerilim Anahtar Korumaları: ~1.2 hata/birim/yıl
• Akıllı Orta Gerilim Anahtar Korumaları: ~0.3 hata/birim/yıl
  • Mekanik Dayanıklılık: 10.000'den 20.000'ye kadar operasyona çıkar.
  • Kısa Devre Kesme Gereksinimleri:
• 12kV sistemler: Genellikle 31.5kA-40kA
• Yenilenebilir enerji projeleri: ≥63kA gerektirebilir

2. Karmaşık Ortamlara Uyum

Şehirlerde, endüstriyel bölgelerde veya uzak bölgelerdeki alt istasyonlar, Orta Gerilim Anahtar Korumalarına benzersiz zorluklar sunar:

• Yüksek Rakım: Elektriksel boşluk düzeltmeleri (örneğin, 5000m rakımda 12kV sistemler için boşluk 125mm'den 161mm'ye çıkar).
• Kirlilik Alanları: Sızıntı mesafesi artırılmalıdır (örneğin, III. sınıf kirlilik için ≥25mm/kV).
• Sahil Bölgeleri: Tuz buhar testini geçmelidir (örneğin, 1000 saat CASS testi).
• Yüksek Sıcaklık ve Nem: Akıllı nem alma sistemleri önemlidir.

3. Akıllı Fonksiyonlar Talebi

Dijital dönüşüm, OG Anahtar Korumalarında akıllı fonksiyonlar talebini artırmaktadır:

• Veri paylaşımı ve uzaktan kontrol için IEC 61850 iletişim protokolünü destekler.
• Durum izleme (sıcaklık, akım, mekanik durum), hata tahmini ve uzaktan tanı, bakım maliyetlerini azaltır.

• Araştırmalar göstermektedir ki, akıllı izleme sistemleri:
  • El ile denetim sıklığını %70 oranında azaltabilir.
  • Ekipman ömrünü en fazla 3 katına çıkarabilir.
  • Yıllık bakım maliyetlerini %35 oranında düşürebilir.

4. Güvenlik Koruma ve Deprem Gereksinimleri

Orta Gerilim Anahtar Korumaları için sıkı güvenlik standartları:

• "Beş Önleyici" Kilitleme Sistemi: Kritik hataları önler (örneğin, yük altında devre kesicinin hareket ettirilmesi).
• İç Ark Koruma: Basınç indirgeme kanalları zirve basınçları ≤48kPa'ya sınırlar.
• Deprem Tasarımı: Yüksek yoğunluklu depremleri dayanabilir (örneğin, 9 derece deprem yoğunluğunda deformasyon ≤1.2mm).

5. Alan Kısıtlamaları ve Düzen Optimizasyonu

     Alan kullanımı için modüler tasarımlar:

• Katı yalıtımlı poler kullanan modern OG Anahtar Korumaları, alana %37.5 oranında azalma sağlar ve ana devre direncini %40'tan fazla düşürür.        

Ana Teknolojik Çözümler

1. Metal Kaplı Orta Gerilim Anahtar Korumaları (KYN28 ile Temsil Edilir)

• Yapısal Avantaj: Ayrılmış zırhlı bölümler (devre kesici, ana hat, kablo) arızanın yayılmasını önler.
• Çevresel Uygunluk: IP4X veya daha yüksek koruma derecesi, kirli ve nemli alanlarda uygun.
• Pazar Payı: Pazarı hakimiyet altında tutar (>60%), alt istasyonlar için ana akım seçeneği.

2. Orta Gerilim Anahtar Korumaları için Akıllı Kontrol Sistemleri

• Temel Fonksiyonlar:

• IEC 61850 ile uyumlu entegre mikroişlemci tabanlı koruma röleleri.
• Bileşen ömrünü tahmin etmek için AI algoritmalarını kullanarak gerçek zamanlı izleme (örneğin, devre kesici mekanik dayanıklılığı 100.000 operasyona kadar).
  • Vaka Etkisi: Bir Devlet Şebekesi projesi, hata oranlarını %30 ve bakım maliyetlerini %20 oranında azalttı.

3. Orta Gerilim Anahtar Korumalarında Güvenlik Koruma

• "Beş Önleyici" Kilitleme Mekanizması: Güvenli operasyon sıralamalarını zorunlu kılar.
• Ark Parlaması Koruma: Entegre basınç indirgeme kanalları ve ark söndürme sistemleri.   

Tipik Uygulama Senaryoları ve Vaka Çalışmaları

1. Vaka 1: Şehirsel Elektrik Dağıtım Alt İstasyonu Yenilenmesi
   • Zorluk: Yüksek yük büyümesiyle eski alt istasyonların genişletilmesi.
   • Çözüm:

• %30 alana tasarruf eden 4000A nominal akım kapasiteli Gaz İzole Anahtar Korumaları (GIS) dağıtıldı.
• Uzaktan yönetim için bir bulut platformu uygulandı.
  • Sonuçlar: Güç sağlama güvenilirliği %15 arttı; kesinti süresi %40 azaldı.

2. Vaka 2: Yenilenebilir Enerji Santrali Ağa Bağlanma (Rüzgar Üretim Tesisi)

• Zorluk: Sert çevre (yüksek tuz buharı, sıcaklık dalgalanmaları) nedeniyle arızalar.
• Çözüm:

• IP54 koruma ve dahili ısıtıcılarla güçlendirilmiş metal kaplı OG Anahtar Korumaları.
• Stabil rüzgar gücü için kapasitif yük geçiş modülleri.
  • Sonuçlar: Ağa bağlantı başarı oranı %15 arttı; işletme maliyetleri %10 azaldı.

Gelecek Eğilimleri: Daha Yeşil Çözümler ve Dijital İkiz

1. Yeşil Orta Gerilim Anahtar Korumaları
   • SF₆'nın yerine kurutulmuş hava veya azot yalıtım hibrit teknolojisi kullanılması.
   • Yeni yalıtım malzemeleri enerji verimliliğini %20 artırır.

2. OG Anahtar Korumaları için Dijital İkiz Entegrasyonu

• Ön yükleme testi için Bina Bilgi Modellemesi (BIM) kullanılır.
• Gerçek zamanlı veri yansıması, yük dağılımını optimize eder ve ömrü uzatır.