Orta Gerilim Katı Hal Transformatörü (SST) Küresel Pazar Raporu – Tam Birincil Gerilim Kapsamı

1. Arka Plan ve Kapsam

Bu rapor, Çin dışındaki küresel pazarlarda Katı Hal Transformatörleri (SST'ler) - aynı zamanda Güç Elektroniği Transformatörleri (PET'ler) olarak da adlandırılır - için birincil taraf (şebeke tarafı) gerilim gereksinimlerinin sistematik bir incelemesini sunmaktadır.

Temel Tanımlar:

• Birincil / Şebeke Tarafı Gerilimi: SST'nin bağlandığı orta gerilim dağıtım seviyesi. Bu, yalıtım tasarımı, seri bağlı güç modüllerinin sayısı, parafudr seçimi, EMC uyumu ve şebekeye bağlantı sertifikasyonu için temel dayanak noktasıdır.

• Nominal Gerilim (U): Sistem nominal gerilimi (örn. 11 kV, 13.8 kV).

• Ekipman İçin En Yüksek Gerilim (Um): Yalıtım tasarımı için referans gerilimi, genellikle nominal gerilimin %10-%20 üzerindedir.

• Temel Yıldırım Darbe Seviyesi (BIL): Yalıtımın yıldırım aşırı gerilimlerine karşı dayanma kapasitesi.

• Güç Frekansı Dayanım Gerilimi: Güç frekansında kısa süreli dayanım gerilimi, yalıtım boyunca ve açık kontaklar boyunca uygulanır.

Orta Gerilimin Standart Tanımı:

• IEC Sistemi (IEC 60038 / IEC 60076 / IEC 62271): Orta gerilim 1 kV ile 35 kV arasında tanımlanır. IEC 60038 Sürüm 7.1 (2009 + AMD1:2021), Tablo 3, 1 kV-35 kV üç fazlı sistemleri Seri I (genel amaçlı, 50/60 Hz) ve Seri II (Kuzey Amerika'ya özgü, 60 Hz) olarak ayırır. Parantez içindeki değerler (örn. 15 kV, 17.5 kV) "tercih edilmeyen" olarak belirlenmiştir ve yeni sistemler için önerilmez.

• IEEE/ANSI Sistemi (ANSI C84.1 / IEEE C57 / IEEE C37): Orta gerilim genellikle >1 kV ve <100 kV olarak tanımlanır ve dağıtım gerilimleri tipik olarak 2.4 kV ile 34.5 kV arasında değişir. Ekipmanlar, yalıtım amaçları için nominal gerilim yerine Gerilim Sınıfına göre sınıflandırılır.

Şebeke Frekansı Görünümü:

• Ülkelerin/bölgelerin yaklaşık %70'i 50 Hz kullanmaktadır (IEC baskın).

• Yaklaşık %30'u 60 Hz kullanmaktadır (IEEE baskın; Kuzey Amerika, Latin Amerika ve Asya'nın bazı kısımları dahil).

• Birkaç ülke çift 50/60 Hz işletimine sahiptir (Japonya, bazı Karayip ülkeleri).

RW Serisi Katı Hal Transformatörleri

2. Küresel Birincil Gerilim Görünümü – Tam 13 Seviyeli Kapsam

IEC 60038 ve ANSI C84.1/IEEE standartları birleştirildiğinde, küresel orta gerilim birincil gerilimleri aşağıdaki 13 temel seviyede özetlenebilir. SST'lerin "küresel tam kapsama" sağlaması için her bir yalıtım platformunun ayrı ayrı ele alınması gerekir.

Seviye 1: 3.3 kV / 3.6 kV (IEC Düşük Uç)

• Um = 3.6 kV, BIL ≈ 20–40 kV.

• Uygulamalar: Bazı ülkelerde endüstriyel dağıtım ağları, madencilik, büyük endüstriyel tesisler. IEC 60038'de "yeni kamu dağıtım sistemleri için önerilmez" olarak sınıflandırılmıştır.

• Bölgeler: Avusturya, Belçika ve diğer Avrupa ülkelerindeki tarihi kurulumlar; Doğu Avrupa'nın bazı kısımları ve Rus etkisindeki sistemler. SST talebi küçüktür; aşağıya doğru uyumluluk yoluyla 7.2 kV platformuna entegre edilebilir.

Seviye 2: 6.6 kV / 7.2 kV (IEC 7.2 kV Sınıfı)

• Um = 7.2 kV, BIL = 60 kV, Güç frekansı dayanımı = 20 kV.

• Frekans: 50/60 Hz bir arada varlık.

• Bölgeler: Japonya (Doğu Japonya birincil), Güney Kore (endüstriyel), Avustralya, Yeni Zelanda, Doğu Avrupa'nın bazı kısımları (Rus 6 kV), Güney Afrika (tarihi).

• Not: IEC 60038'de 6.6 kV, Um = 7.2 kV'ye karşılık gelir ve "genel amaçlı" bir seviyedir.

Seviye 3: 10 kV / 11 kV (IEC 12 kV Sınıfı)

• Um = 12 kV, BIL = 75 kV, Güç frekansı dayanımı = 28 kV.

• Frekans: Öncelikle 50 Hz.

• Bölgeler: Birleşik Krallık ve eski İngiliz Milletler Topluluğu/sömürge sistemlerinin çekirdeği; küresel olarak en yaygın kullanılan seviyelerden biri—Hindistan, Avustralya, Yeni Zelanda, Güney Afrika, Mısır, Kenya, Nijerya, BAE (DEWA/ADDC), Katar, Kuveyt, Umman, Bangladeş, Nepal, Malezya, Sri Lanka vb.

• Not: IEC 60038 hem 10 kV'yi (eski Kıta Avrupası sistemi) hem de 11 kV'yi (İngiliz sistemi) listeler. Ekipmanlar, Um = 12 kV / BIL = 75 kV platformu için standart olarak tasarlanmıştır.

Seviye 4: 12.47 kV / 13.2 kV / 13.8 kV (IEEE 15 kV Sınıfı)

• Um ≈ 15 kV, BIL = 95 kV (bazı durumlarda 110 kV isteğe bağlıdır), Güç frekansı dayanımı ≈ 36 kV.

• Frekans: 60 Hz.

• Bölgeler: Kuzey Amerika'nın (ABD, Kanada) mutlak omurgası, ABD orta gerilim yükünün %60'ından fazlasını kapsar; Latin Amerika (Brezilya, Meksika, Arjantin, Şili); Filipinler.

• Not: 12.47 / 13.2 / 13.8 kV'nin tamamı ANSI C84.1 altında aynı "15 kV Yalıtım Sınıfı"na aittir. Yalıtım, parafudrlar ve kablolar nominal gerilime göre değil, Sınıfa göre seçilir. Bu, Kuzey Amerika dağıtımında evrensel bir kuraldır.

Seviye 5: 15 kV (IEC Sistemi, Tercih Edilmeyen Değer) – [Önemli Ekleme]

• Um = 17.5 kV, BIL = 95 kV, Güç frekansı dayanımı = 38 kV (kablo derecelendirmesi: 8.7/15 kV).

• Frekans: 50 Hz.

• Standart Referansı: IEC 60038 Seri I'de, (17.5) — (15) parantez içinde "tercih edilmeyen" bir değer olarak gösterilir, ancak tanınmış bir gerilim olarak kalır.

• Temel Uygulama Bölgeleri – Doğu Afrika (Afrika Boynuzu):

  • Etiyopya: Orta gerilim dağıtım omurgası 15 kV ve 33 kV çift seviyesinden oluşur. Dağıtım şebekesi 132/33 kV, 132/15 kV ve 45/15 kV düşürücü transformatörler tarafından beslenir. Etiyopya Elektrik Gücü (EEP), birden fazla trafo merkezinde (örn. Haramaya II, Chellenko II, Woliso vb., 132/33/15 kV'de) 15 kV ve 33 kV anahtarlama ekipmanlarının toplu olarak değiştirilmesini başlatmıştır. Addis Ababa'daki besleme hatlarının çoğu 15 kV'de çalışmaktadır.

  • Kenya: Tarihi ağlar, 11/33 kV sistemlerinin yanı sıra 15 kV'yi de içerir.

  • Tanzanya, Uganda ve diğer Doğu Afrika Topluluğu üyeleri: Bölgesel şebeke koordinasyonu nedeniyle bazı 15 kV uygulamaları mevcuttur.

  • Türkiye: Orta gerilim, 15 kV'yi de içerir (6.3 / 11 / 20 / 34.5 kV'nin yanı sıra).

  • Kuzey Afrika / Orta Doğu: Bazı ülkelerdeki eski miras sistemler 15 kV'de çalışmaktadır.

• ⚠️ Kritik Tasarım Uyarısı (SST İhracatçıları İçin Yaygın Hata):

  • IEC 15 kV'de Um = 17.5 kV iken, IEEE 13.8 kV "15 kV Sınıfı"nda Um ≈ 15 kV'dir. Her ikisinde de BIL = 95 kV olmasına rağmen, ekipman için en yüksek gerilim farklıdır.

  • Parafudr kalıntı gerilimi, sünme mesafeleri, güç modülü gerilim dengelemesi ve kablo yalıtımı 17.5 kV için mutlaka hesaplanmalıdır.

  • IEC 15 kV uygulamaları için IEEE 15 kV donanım platformunu kullanmayın—yalıtım payı yetersiz olacak ve bu da uzun vadeli delinme risklerine yol açacaktır. Tersine, Kuzey Amerika'da IEC 17.5 kV platformunun kullanılması aşırı maliyete neden olur.

  • Bu nedenle, IEC 15 kV (Um = 17.5 kV) ve IEEE 15 kV Sınıfı (Um ≈ 15 kV) tamamen bağımsız iki yalıtım platformu olarak ele alınmalıdır.

Seviye 6: 20 kV / 24 kV (IEC 24 kV Sınıfı)

• Um = 24 kV, BIL = 125 kV, Güç frekansı dayanımı = 50 kV.

• Frekans: Öncelikle 50 Hz.

• Bölgeler: Kıta Avrupası standart dağıtımı—Almanya, Fransa, Hollanda, Belçika, Avusturya, İsviçre, Danimarka, Norveç, İsveç, Finlandiya, İspanya, Portekiz, İtalya; ayrıca Latin Amerika'nın bazı kısımları (Brezilya'da karışık 20 kV dağıtımı vardır).

• Not: IEC 60038 hem 20 kV'yi hem de 24 kV'yi listeler (20 kV nominal olarak, 24 kV Um olarak). Ekipmanlar Um = 24 kV / BIL = 125 kV için standart olarak tasarlanmıştır. Fransa hem 20 kV hem de 33 kV kullanır.

Seviye 7: 22 kV (Bölgesel Fiili Standart)

• Um = 24 kV, BIL = 125 kV, Güç frekansı dayanımı = 50 kV.

• Frekans: 50 Hz.

• Bölgeler: Endonezya, Tayland, Vietnam (Güneydoğu Asya IEC sistemi ülkeleri); Güney Kore de 22 kV'yi içerir (KEPCO standart dağıtım gerilimi 22.900 V, yani 22.9 kV, 60 Hz); Batı Japonya 22 kV kullanır.

• ⚠️ Kritik Hatırlatma: 22 kV, IEC 60038 tercih edilen serisinde yer almaz; bu bölgesel bir operasyonel sapma gerilimidir. Ancak, ekipman Um = 24 kV, BIL = 125 kV için tasarlanmalıdır. Uyumsuzluk, Güneydoğu Asya'daki sahada yıldırım/darbe testlerinde arızaya neden olacaktır. IEC 60038, 22.9 kV'nin (Um = 24.2 veya 25.8 kV ile) "bazı ülkelerde" kullanıldığını, özellikle de Güney Kore'ye atıfta bulunduğunu belirtmektedir.

RW Serisi Hibrit AC-DC Katı Hal Transformatörü

Seviye 8: 24.94 kV / 26.4 kV (IEEE 25 kV Sınıfı)

• Um = 27 kV, BIL = 125 kV (150 kV opsiyonel), Güç frekansı dayanımı ≈ 50 kV.

• Frekans: 60 Hz.

• Bölgeler: Kuzey Amerika (ABD banliyöleri, hafif yük kırsal uzun besleyiciler, 24.94 kV GrdY/14.4 kV'ye karşılık gelir); Latin Amerika'nın bazı kısımları.

• Not: ANSI C84.1 altında "25 kV Sınıfı" olarak sınıflandırılmıştır. Yalıtım seviyeleri IEC 24 kV'ye yakındır, ancak sistem gerilimi toleransları farklıdır.

Seviye 9: 30 kV / 33 kV (IEC 36 kV Sınıfı)

• Um = 36 kV, BIL = 170 kV, Güç frekansı dayanımı = 70 kV.

• Frekans: 50 Hz.

• Bölgeler: Birleşik Krallık anakarası (33 kV birincil dağıtım), Hindistan (33 kV HT), Güney Afrika (Eskom), Mısır, Kenya, Nijerya ve diğer Afrika ülkeleri, Avustralya, Yeni Zelanda (33 kV), Orta Doğu Körfezi (BAE, Suudi Arabistan, Katar vb.), Etiyopya (15 kV ile birlikte omurga olarak 33 kV).

• Not: IEC 60038, 30 kV ve 33 kV'yi paralel olarak listeler; her ikisi de Um = 36 kV / BIL = 170 kV için tasarlanmıştır. Bazı Afrika ülkeleri, tarife amaçlarıyla 33 kV'yi "yüksek gerilim" olarak sınıflandırır.

Seviye 10: 34.5 kV (IEEE 35 kV Sınıfı)

• Um = 38 kV (veya 36 kV sınıfı), BIL = 200 kV (150 kV opsiyonel), Güç frekansı dayanımı = 80 kV.

• Frekans: 60 Hz.

• Bölgeler: Kuzey Amerika (ABD, Kanada – kırsal uzun besleyiciler, yenilenebilir enerji bağlantısı), Brezilya, Meksika, diğer Latin Amerika ülkeleri (ikincil dağıtım/alt iletim), Filipinler (34.5 kV).

• Not: ANSI C84.1 altında "35 kV Sınıfı" olarak sınıflandırılmıştır. Bu, Kuzey Amerika'da yenilenebilir enerji santrali bağlantısı için ana akım gerilimidir.

Seviye 11: 35 kV (IEC, Bazı Ülkeler)

• Um = 40.5 kV, BIL = 200 kV (bazı durumlarda 145 kV alt kademe).

• Frekans: 50 Hz.

• Bölgeler: Fransa, Kuzey Avrupa'nın bazı kısımları, Doğu Avrupa, Rus etkisindeki sistemler, Vietnam (35 kV), Güney Amerika'nın bazı kısımları.

• Not: Bu, IEC 60038 Seri I'in üst ucudur. Sayısal olarak IEEE 34.5 kV'ye yakın olsa da, yalıtım (Um = 40.5'e karşı 38 kV) ve frekans (50'ye karşı 60 Hz) farklıdır. SST'ler ayrı ayrı uyarlanmalıdır.

Seviye 12: 45 kV / 66 kV (Dağıtım-İletim Geçişi)

• Um = 52 kV / 72.5 kV, BIL sırasıyla ≈ 250 kV / 325 kV.

• Bölgeler: Etiyopya (45 kV, 66 kV alt iletim), Birleşik Krallık (66 kV), Güney Afrika (66 kV), Yeni Zelanda (66 kV), Kuzey Amerika (69 kV).

• Not: Bunlar OG/YG sınırına yaklaşır. Eğer burada SST'ler uygulanırsa, tasarım 72.5 kV sınıfını takip etmelidir. Bu rapor öncelikle 38 kV'ye kadar olan gerilimlere odaklanmaktadır.

Seviye 13: Tek Hatlı Toprak Dönüşü (SWER) – Özel Durum

• IEC 60038 Tablo 7: Um = 24 kV, 13.9 kV / nominal 12.7 kV sistem gerilimlerine karşılık gelir; Um = 36 kV, 20.8 kV / 19.1 kV'ye karşılık gelir. Öncelikle Avustralya ve Yeni Zelanda'nın uzak bölgelerinde kullanılır (12.7 kV / 19.1 kV SWER).

• SST uygulamaları sınırlıdır, ancak yalıtım hala 24 kV / 36 kV sınıflarına sabitlenir.

3. Standart Sisteme Göre Ayrım

3.1 IEC Standart Sistemi (Seri I, Ağırlıklı olarak 50 Hz)

IEC 60038 Seri I tercih edilen nominal gerilim dizisi (1–35 kV):

3.3 — 6.6 — 11 — (15) — 22 — 33 — (35) kV

Karşılık gelen Um dizisi:

3.6 — 7.2 — 12 — (17.5) — 24 — 36 — (40.5) kV

Bölgesel Gruplandırmalar:

• Kıta Avrupası (20/24 kV sistemi): Almanya, Fransa, Hollanda, İskandinav ülkeleri vb. Yalıtım: Um = 24 kV / BIL = 125 kV.

• İngiltere ve Milletler Topluluğu Sistemi (11/33 kV dizisi): İngiltere, Hindistan, Avustralya/Yeni Zelanda, Güney Afrika, Orta Doğu, Güneydoğu Asya'nın büyük kısmı. Um = 12 kV (BIL 75) ve Um = 36 kV (BIL 170) değerlerine karşılık gelir.

• Güneydoğu Asya 22 kV Karma: Endonezya, Tayland, Vietnam – Um = 24 kV platformuna bağlı.

• Doğu Afrika 15 kV Sistemi (Ana Odak): Etiyopya (15+33 kV omurga), Kenya, Tanzanya vb. 15 kV, Um = 17,5 kV / BIL = 95 kV değerinde bağımsız bir platform olarak çalışır. Bu, dünya çapında IEC tercih edilmeyen 15 kV değerinin en önemli gerçek dünya uygulamasıdır.

RW Serisi 40.5kV SST Katı Hal Transformatörü

3.2 IEEE/ANSI Standart Sistemi (Seri II / C84.1, 60 Hz)

Kuzey Amerika gerilimleri, Avrupa'nın 220 V tabanından (3.3/6.6/11 kV) temelden farklı olan 120 V × √3 ilerlemesinden türetilmiştir (2.4 → 4.16 → 12.47 → 13.8 → 24.94 → 34.5 kV).

ANSI C84.1 + IEEE C57.12.00'e göre Yalıtım Sınıfı (Gerilim Sınıfı):

• 5 kV Sınıfı: 4.16 kV'yi kapsar, Um ≈ 4.76 kV, BIL = 60 kV.

• 15 kV Sınıfı: 12.47 / 13.2 / 13.8 kV'yi kapsar, Um ≈ 15 kV, BIL = 95 kV (110 kV isteğe bağlı).

• 25 kV Sınıfı: 24.94 kV'yi kapsar, Um = 27 kV, BIL = 125 kV (150 kV isteğe bağlı).

• 35 kV Sınıfı: 34.5 kV'yi kapsar, Um = 38 kV, BIL = 200 kV (150 kV isteğe bağlı).

Başlıca Bölgeler:

• Kuzey Amerika Çekirdeği (13.8 kV + 34.5 kV): ABD, Kanada.

• Latin Amerika (13.8/34.5 kV): Brezilya, Meksika, Arjantin, Şili vb.

• Asya-Pasifik 60 Hz (IEEE Sistemi): Filipinler (13.8/23/34.5 kV), Güney Kore (22.9/34.5 kV, 60 Hz), Suudi Arabistan (petrol/gaz/belediye için 13.8 kV, 60 Hz kısımlar).

⚠️ Kritik Hatırlatma: Kuzey Amerika'daki "15 kV Sınıfı", 12.47/13.2/13.8 kV'nin aynı yalıtım platformunu paylaştığı bir yalıtım sınıfı kavramıdır. Bu, IEC 15 kV (Um = 17.5 kV) ile karıştırılmamalıdır.

3.3 Karma ve Özel Durumlar

• Japonya (50/60 Hz Bir Arada Yaşama – dünyanın tek Doğu-Batı frekans bölünmesi):

  • Doğu Japonya (Tokyo, Hokkaido vb., 50 Hz): Birincil 6.6 kV, orta Tokyo'da ve büyük kullanıcılar için 22 kV (SST 22 kV platformu gerektirir).

  • Batı Japonya (Kansai, Kyushu vb., 60 Hz): Birincil 22 kV.

  • Orta gerilim aralığı: 6.6 kV ile 66 kV arası; dağıtım omurgası yaklaşık 740.000 km. 4 HVDC frekans dönüştürücü istasyonu üzerinden birbirine bağlanır.

  • SST Stratejisi: 7.2 kV ve 24 kV platformları + 50/60 Hz çift frekanslı donanım yazılımı geçişi gerektirir.

• Güney Kore (60 Hz, IEC Gerilimi + IEEE Frekansı Hibrit):

  • Standart dağıtım gerilimi: 22.900 V (22.9 kV); ayrıca 6.6 kV ve 34.5 kV bulunur.

  • 22.9 kV, IEC altında 24 kV sınıfına yakın olarak sınıflandırılır (Um = 24.2/25.8 kV), BIL = 125 kV.

  • SST Stratejisi: 24 kV platformu + 60 Hz; KEPCO şebeke bağlantısı teknik özelliklerine uymalıdır (özellikle anti-adalanma, harmonikler, DC enjeksiyonu <%0.5, güç faktörü >%90).

• Güney Afrika, Avustralya: Nominal olarak IEC, ancak birden fazla bir arada bulunan gerilime sahiptir (11/22/33 kV) ve Avustralya'da 12.7/19.1 kV SWER bulunur.

4. SST Birincil Yalıtımı ve Anahtar Parametre Eşleştirmesi

SST'ler güç elektroniği dönüşümü (AC-DC-AC + yüksek frekanslı izolasyon transformatörü) kullanır. Birincil izolasyon koordinasyonu her iki şartı da sağlamalıdır: (a) şebeke tarafı dayanma gerilimi standartları ve (b) dahili IGBT/MOSFET/SiC modülü kapatma aşırı gerilimi ve gerilim dengeleme.

Temel İzolasyon Eşleştirmesi: