Gelişmiş Akıllı Dağıtım Ağları için Mikroişlemci Tabanlı Röleler ile Besleme Koruma Çözümü

1. Giriş ve Temel Zorluklar​
   Dağıtılmış enerji kaynaklarının (DER) (örneğin güneş ve rüzgar gücü) dağıtım ağlarına entegrasyonun artması, kullanıcıların güç sağlama güvenilirliği ve güvenliği taleplerinin yükselmesi, geleneksel besleme koruma şemalarına ciddi zorluklar getirmektedir. Bu çözüm, aşağıdaki üç temel zorluğa yönelik olarak tasarlanmıştır:

• ​Arc Flash Tehlikeleri:​​ Anahtar kavanozları gibi ekipmanlardaki iç kısa devreler, ekipman ve personel güvenliğini tehdit eden çok yıkıcı arc flash'leri tetikleyebilir. Bu, koruma sisteminden çok hızlı bir tepki gerektirmektedir.
• ​Yüksek Dirençli Toprak Hataları:​​ Özellikle kırsal bölgelerde veya toprak direnç değerleri yüksek olan bölgelerde meydana gelen tek fazlı toprak hataları, düşük hata akımı ile karakterize olup, geleneksel sıfır-sekans aşırı akım koruması tarafından güvenilir bir şekilde tespit edilmesi zordur. Bu, korumanın çalışmasında başarısızlık riskini artırır.
• ​Dağıtılmış Enerji Kaynaklarının (DER) Entegrasyonu Etkisi:​​ DER'lerin entegrasyonu, dağıtım ağlarındaki güç akışı yönünü ve kısa devre akımı özelliklerini değiştirerek, korumanın yanlış çalışmasına (yanlış kesme) veya çalışmamasına neden olabilir ve kasıtsız ada oluşumuna risk getirir.

Bu çözüm, gelişmiş mikroişlemci tabanlı koruma reelayları üzerine kurulmuş olup, birden fazla yenilikçi algoritmayı entegre ederek, modern dağıtım ağları için kapsamlı, hızlı ve güvenilir bir besleme koruması sağlar.

​2. Çözüm Detayları​
Bizim besleme koruma reelayımız, modüler bir tasarım kullanarak, yukarıda belirtilen zorluklara yönelik aşağıdaki temel koruma fonksiyonlarını entegre etmektedir.

​2.1 Çok Bantlı Arc Flash Koruma (AFP) Modülü​

• ​Teknik Prensip:​​ Özel çok bantlı algılama teknolojisini kullanarak, ışık yoğunluğu (özelleştirilmiş arc ışık sensörleri aracılığıyla) ve akım değişim hızını (di/dt) aynı anda izler. Sadece her iki koşul - "yoğun arc ışık sinyali" VE "yüksek hızlı aşırı akım özelliği (>10 kA/ms)" - sağlanıyorsa bir hat, arc flash olarak onaylanır (mantıksal AND işlemi). Bu çift kriter, dış ışık kaynakları veya anahtarlama aşırı akımlarından kaynaklanan yanlış çalışmalardan etkili bir şekilde korur.
• ​Performans Avantajı:​​ Ultra hızlı çalışma hızları ile tasarlanmıştır, arc flash enerjisini minimize etmek için.
• ​Uygulama Örneği:​​ Büyük bir veri merkezinin orta gerilim dağıtım sisteminde bu modülün dağıtıldığından sonra, toplam hat temizleme süresi 4 milisaniyeden daha az olacak şekilde elde edilmiştir. Bu, geleneksel sadece akım tabanlı koruma şemalarına göre üç kat daha hızlıdır ve ekipman hasar riskini önemli ölçüde azaltmaktadır.

​2.2 Yüksek Hassasiyetli Düşük Akım Toprak Hatası Koruma Modülü​

• ​Teknik Prensip:​​ Sıfır-sekans admitans yöntemi kullanır. Bu yöntem, sistemin sıfır-sekans gerilimi (3U₀) ve sıfır-sekans akımını (3I₀) gerçek zamanlı ve hassas bir şekilde ölçer, ilgili admitans değerini hesaplar. Bu algoritma, sistemin kapasitif toprak hatası akımındaki değişikliklere nispeten duyarlı değildir, normal kapasitif akım ile hataya bağlı dirençli akımı etkili bir şekilde ayırt ederek, 1 kΩ veya daha yüksek direnç değerine sahip yüksek dirençli toprak hatalarını doğru bir şekilde tanır.
• ​Performans Avantajı:​​ Yüksek geçiş direnciyle meydana gelen hatalarda geleneksel koruma şemalarının yetersiz hassasiyet sorununu çözer, elektrik şoku ve yangın risklerini büyük ölçüde azaltır.
• ​Uygulama Örneği:​​ Yüksek kapasitif toprak hatası akımı ve eşitsiz hat yalıtım seviyeleri ile karakterize edilen kırsal bir ağdaki pilot projede, bu teknolojinin uygulanması, toprak hatası tespit oranını geleneksel şemaların %65'inden %92'ye yükselterek, güç sağlama güvenliğini önemli ölçüde artırmıştır.

​2.3 Uyumlu Ada Oluşturma Koruma Modülü​

• ​Teknik Prensip:​​ DER entegrasyonu ile ortaya çıkan ada oluşturma riskini ele almak için, bu modül pasif ve aktif algılama yöntemlerini birleştirir.
• ​Pasif İzleme:​​ Ortak Bağlantı Noktası (PCC)’de anormal parametreleri sürekli izler, örneğin gerilim frekans sapması (Δf > 0.5 Hz) ve faz açısı sıçraması (Δφ > 10°).
• ​Aktif Belirleme:​​ Pasif izleme göstergeleri belirlenen eşiğin üzerinde olduğunda, Aktif Frekans Drift gibi aktif yöntemleri dahil ederek, adada oluşumu hızlı bir şekilde onaylar.
• ​Performans Avantajı:​​ Ada oluşumundan sonra, grid kod gerekliliklerine uygun olarak (< 200 ms), DER'lerin hızlı bir şekilde ayrılması sağlanır, istenmeyen ada oluşumundan dolayı grid ekipmanları ve bakım personeline zarar gelmesi önlenir.
• ​Uygulama Örneği:​​ Birden fazla PV dizisini içeren bir mikrogrid projesinde doğrulanmış, bu ada oluşturma modülü %99.7 doğruluk oranına ulaşmıştır. Normal grid pertürbasyonlarından kaynaklanan gereksiz kesme olaylarını minimize ederek, dağıtılmış enerji kaynaklarının kullanım oranını artırmaktadır.

​3. Temel Değer Özeti​
Bu mikroişlemci tabanlı koruma çözümü, birden fazla akıllı algoritmayı entegre ederek, aşağıdaki sonuçları elde etmektedir:

• ​Güvenliğinin Artırılması:​​ Milisaniye düzeyinde arc flash koruması ve ultra-yüksek hassasiyetli toprak hatası koruması ile personel ve ekipmanın korunmasını maksimize eder.
• ​Yüksek Güvenilirlik:​​ DER entegrasyonu ile ortaya çıkan karmaşıklıkları etkili bir şekilde ele alır, ada oluşturma durumlarını ve yüksek dirençli hataları doğru bir şekilde tanımlar, koruma "kör noktalarını" ortadan kaldırır.
• ​Hızlı Kurtarma:​​ Hızlı hat temizlemeyi sağlar, hızlı ağ kendiliğinden iyileşmesini mümkün kılar, kesinti süresini azaltır ve güç sağlama güvenilirliğini artırır.