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

1. Giriş ve Temel Zorluklar​
   Dağıtılmış enerji kaynaklarının (DER) (örneğin fotovoltaik ve rüzgar gücü) dağıtım ağlarına entegrasyonun artması, kullanıcıların güç sağlımlığına ve güvenliğine olan taleplerinin artması, geleneksel besleme koruma şemalarına ciddi zorluklar sunmaktadır. Bu çözüm, aşağıdaki üç temel zorluğa çözüm getirmek için tasarlanmıştır:

• ​Ark Parlaması Tehlikeleri:​​ Anahtar dolapları gibi ekipmanlardaki iç kısa devreler, çok yıkıcı ark parlamaları tetikleyebilir, bu da ekipman ve personelin güvenliği için tehdit oluşturur. Bu, koruma sisteminden son derece hızlı bir tepki gerektirir.
• ​Yüksek İmpedanslı Toprak Hataları:​​ Özellikle kırsal alanlarda veya toprak direnç değerleri yüksek bölgelerde meydana gelen tek faz toprak hataları, düşük hat akımı ile karakterize olup, geleneksel sıfır dizili aşırı akım koruması tarafından güvenilir bir şekilde tespit edilemesi zordur. Bu, korumanın çalışmaması riskini artırır.
• ​Dağıtılmış Enerji Kaynaklarının (DER) Entegrasyonu Etkisi:​​ DER'lerin entegrasyonu, dağıtım ağlarının güç akışı yönünü ve kısa devre akımı özelliklerini değiştirerek, korumanın yanlış çalışmasına (yanlış atlamaya) veya çalışmamasına neden olabilir ve istenmeyen ada oluşturma riskini getirir.

Bu çözüm, gelişmiş mikroişlemci tabanlı koruma röleleri üzerine dayanarak ve birçok yenilikçi algoritmayı entegre ederek, modern dağıtım ağları için kapsamlı, hızlı ve güvenilir bir besleme koruması sağlar.

​2. Çözüm Detayları​
Bizim besleme koruma rölemiz, modüler bir tasarım benimseyerek yukarıda belirtilen zorlukları ele almak için aşağıdaki temel koruma fonksiyonlarını entegre eder.

​2.1 Çok Bantlı Ark Parlaması Koruma (AFP) Modülü​

• ​Teknik Prensip:​​ Özel çok bantlı algılama teknolojisini kullanır, ışık yoğunluğu (özelleştirilmiş ark ışık sensörleri aracılığıyla) ve akım değişim hızını (di/dt) eş zamanlı olarak izler. Bir hat sadece her iki koşul - "yoğun ark ışığı sinyali" VE "yüksek hızlı aşırı akım özelliği (>10 kA/ms)" - sağlanırsa (mantıksal VE işlemi) ark parlaması olarak onaylanır. Bu çift kriter, dış ışık kaynakları veya anahtarlık aşırı akımlarından kaynaklanan yanlış çalışmalara karşı etkili bir şekilde korur.
• ​Performans Avantajı:​​ Saniyede milisaniye düzeyinde çalışan ultra hızlı çalışma hızlarına sahiptir, ark parlaması enerjisinin en aza indirilmesi için tasarlanmıştır.
• ​Uygulama Örneği:​​ Büyük bir veri merkezinin orta gerilim dağıtım sisteminde dağıtıldıktan sonra, bu modül toplam hat temizleme süresini 4 milisaniyeden daha kısa bir süreye indirdi. Bu, geleneksel sadece akım tabanlı koruma şemalarına göre üç kat daha hızlıdır ve ekipman hasar riskini önemli ölçüde azaltır.

​2.2 Yüksek Hassasiyetli Düşük Akım Toprak Hatası Koruma Modülü​

• ​Teknik Prensip:​​ Sıfır dizili kabul yöntemi kullanılır. Bu yöntem, sistemin sıfır dizili gerilimi (3U₀) ve sıfır dizili akımını (3I₀) gerçek zamanlı ve hassas bir şekilde ölçer, karşılık gelen kabul değerini hesaplar. Bu algoritma, sistemin kapasitif toprak hat akımındaki değişikliklere nispeten hassas değildir, normal kapasitif akım ile hat kaynaklı direnç akımı arasında etkili bir şekilde ayrım yaparak, direnç değerleri 1 kΩ veya daha yüksek olan yüksek impedanslı toprak hatalarını doğru bir şekilde tanımlar.
• ​Performans Avantajı:​​ Geleneksel koruma şemalarında yüksek geçiş direnci ile ilgili hassasiyet yetersizliğinin sorununu çözer, elektrik şok ve yangın risklerini büyük ölçüde azaltır.
• ​Uygulama Örneği:​​ Yüksek kapasitif toprak hat akımı ve dengesiz hat yalıtımı seviyeleri ile karakterize edilen kırsal bir ağdaki pilot projede, bu teknolojinin uygulanması genel toprak hata tespit oranını geleneksel şemalarla %65'ten %92'ye yükseltti, güç sağlımlığını önemli ölçüde artırdı.

​2.3 Uyarlanabilir 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)’daki anormal parametreleri sürekli izler, örneğin voltaj frekans sapması (Δf > 0.5 Hz) ve faz açısı sıçraması (Δφ > 10°).
• ​Aktif Belirleme:​​ Pasif izleme göstergeleri belirlenen eşiğin üzerinde olduğunda, Aktif Frekans Sıçraması gibi aktif yöntemleri dahil ederek ada oluşturma durumunu hızlı bir şekilde onaylar.
• ​Performans Avantajı:​​ Ada oluşturma gerçekleşten hemen sonra (< 200 ms, şebeke kod gerekliliklerine uygun) DER'lerin hızlı bir şekilde ayrılmasını sağlar, kasıtsız ada oluşumundan kaynaklanan şebeke ekipmanı ve bakım personeline zarar riskini önler.
• ​Uygulama Örneği:​​ Birden fazla PV dizisini içeren bir mikro şebeke projesinde doğrulanmış olan bu anti-ada oluşturma modülü, %99.7 doğruluk oranına ulaştı. Normal şebeke pertürbasyonlarından kaynaklanan gereksiz atlamaları minimize ederek, dağıtılmış enerji kaynaklarının kullanım oranını artırmayı sağlar.

​3. Temel Değer Özeti​
Bu mikroişlemci tabanlı koruma çözümü, birçok akıllı algoritmayı entegre ederek şu sonuçları elde eder:

• ​Güvenliği Artırma:​​ Milisaniye düzeyinde ark parlaması koruması ve aşırı hassas toprak hata 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 impedanslı hataları doğru bir şekilde tanır, koruma "kör noktalarını" ortadan kaldırır.
• ​Hızlı Kurtarma:​​ Hızlı hat temizlemesine olanak tanıyarak, hızlı ağ kendi kendini iyileştirmesini sağlar, kesinti süresini azaltır ve güç sağlımlığını artırır.