Rüzgar Türbinlerinin Ani Aşırı Gerilim ve Yıldırıma Karşı Korunması
Rüzgar türbinlerinin yaygınlaşması ile sistemlerin sürdürülebilirliği ve güvenlikleri ön plana çıkmaktadır. Türbinlerin çalışmaya başladıktan sonra zarar görmesi ve durması büyük ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Kurulumu tamamlanan sistemlere sonradan ulaşıp müdahale etmek oldukça zor bir işlemdir. Bu nedenlerden dolayı kurulum aşamasında Rüzgar Türbinlerinin Topraklama ve Yıldırımdan Korunma konusu büyük önem taşımaktadır. A- A+
17.12.2013 tarihli yazı 8189 kez okunmuştur.
Rüzgar Türbinleri Topraklama
Rüzgar Türbinleri Ani Aşırı Gerilim
Ülkemizde ve dünyada Rüzgar Enerjisi Sektörü yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en hızlı gelişenlerden birisidir. Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği 2013 raporuna göre bulunduğumuz yıl içerisinde kurulan toplam 307 MW’lık sistem ile ülkemizde kurulu rüzgar gücü 2500 MW barajını aşmıştır. 2007 yılından beri hızlı bir büyüme gösteren sektör önümüzdeki yıllarda ciddi bir potansiyele ulaşacaktır. Birkaç yıl öncesine göre üreticiler 10 kat daha güçlü türbinler üretmektedirler. Klasik enerji üretim sistemlerinde çevreye zarar veren karbonmonoksit gazının azaltılması yasal mevzuatlarla zorunlu hale gelmektedir. Bu durum alternatif enerji kaynaklarının gelişimini arttırmaktadır. Karada ve denizde kurulma imkanı olan Rüzgar Santralleri ise önümüzdeki 10 yıl içerisinde enerji üretim yüzdelerinde ciddi bir paya sahip olacaktır.
►Şekil 1: Aldığı yıldırım darbesi sonucu devrilmiş bir rüzgar kulesi.
Rüzgar türbinlerinin yaygınlaşması ile rekabetin artması buna paralel olarak da kurulum maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle sistemlerin sürdürülebilirliği ve güvenlikleri ön plana çıkmaktadır. Türbinlerin çalışmaya başladıktan sonra zarar görmesi ve durması büyük ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Fiziksel şartların zorlu olmasından dolayı da kurulumu tamamlanan sistemlere sonradan ulaşıp müdahale etmek oldukça zor bir işlemdir. Bu nedenlerden dolayı kurulum aşamasında Rüzgar Türbinlerinin Topraklama ve Yıldırımdan Korunma konusu büyük önem taşımaktadır. Konu ile ilgili standartlarda da bu önemli konuya yer ayırılmıştır. Konu ile ilgili standartları sıralarsak: IEC 62305 –Yıldırımdan Korunma Standartı IEC 61400/Rüzgar Türbinleri Generatör Sistemleri/24.Bölüm Yıldırımdan Karşı Korunma.
► İlginizi Çekebilir : Rüzgar Türbinlerinin Topraklanması
Bir sistemin -tesisin yıldırıma ve aşırı gerilime karşı korunabilmesi için- topraklama sistemi, eşpotansiyel sistem, iç yıldırım ve dış yıldırımlık sistemlerinin entegrasyonu oldukça önemlidir. Tüm bu sistemlerin eksiksiz bir şekilde dizayn edilmesi ve sisteme entegre edilmesi gerekmektedir.
Topraklama Rüzgar Türbinlerinde mümkün olduğunca uzun yıllar etkinliğini koruyabilecek şekilde dizayn edilmelidir. Topraklama direncinin zaman içerisinde yükselmesinde korozyon riskinin büyük etkisi vardır. Bu nedenle temel topraklamasında kullanılacak galvaniz şeritlerin paslanmaz çelik olması ve kalınlıklarının DIN EN 50164-2 standartına uyum göstermesi gerekmektedir. Ayrıca her bağlantı noktasında korozyon bandının kullanılması tesis sürekliliği için büyük önem arz etmektedir. Temel topraklaması planlaması tesis zemin etüdünün yapılması sonucunda elde edilen özgül direnç kapsamında yapılacak hesaplar sonucunda yapılmalıdır ve donma özelliği olan kimyasallarla sistem güçlendirilmelidir. Topraklama sisteminin güçlü olması elektronik sistem güvenliğini sağlayacak iç yıldırımlık sistemlerinin etkinliği ve fiziksel güvenliği sağlayacak dış yıldırımlık sistemlerinin etkinliğiyle doğrudan bağlantılıdır.
►Şekil 2: Yıldırım darbesi sonucu hasar görmüş bir rüzgar türbini
Eşpotansiyel sistem türbinler arasında ve türbin çevresinde kesinlikle sağlanmalıdır. Böylece ani darbe geçişlerinin ve atlamaların önüne geçilecektir. Temel topraklamasından çıkarılacaklar filizler ve yapılması mümkün koruma ve fonksiyon topraklamaları ile tüm metal aksamlar ortak bir eşpotansiyel bara ile yeniden eşitlenmelidir. Ayrıca tesis içerisinde ve türbin üzerinde de lokal eşpotansiyel baralar tesis etmek zorundayız. Aksi durumda kuplaj etkileri sonucunda ani aşırı gerilimler türbine yönelecektir ve toprak sönümleme görevini hızlı bir şekilde gerçekleştiremeyecektir. Eşpotansiyel sağlanması ve darbelerin oluştukları yerlerde sönümlenebilmeleri için bağlantı ve topraklama noktaları D sınıfı olarak adlandırılan SPARK GAP parafudrlu bağlantı ekipmanlarının kullanılması gerekmektedir.
İç yıldırımlık sistemleri Rüzgar Türbinlerinin sürekliliği açısından hayatı önem taşımaktadır. Tüm AC ve DC enerji hatları, koaksiyel hatları, data hatları alçak gerilim parafudr sistemleri ile koruma altına alınmalıdır. Yıldırım ve şebeke darbelerine karşı kademeli olarak B/C/D SINIFI koruyucular sisteme entegre edilmelidir. Aksi durumda nanosaniyeler mertebesinde oluşan darbeler tüm elektronik ekipmanlara zarar verebilir ve tüm yatırım büyük bir ekonomik darbeyle karşı karşıya kalır. Ani aşırı gerilimler sigorta ve röleler tarafından algılanamazlar, çok hızlı darbeler oldukları için ancak surge arrester sistemleri ile algılanabilmektedirler. Yıldırım darbesi tesis içerisinde herhangi bir türbine düşse bile diğer tüm santraller bu darbeden etkilenebilirler. 2km’ lik yarıçap içerisinde tesis risk altına girer ve parafudr sistemi yok ise sistem arızalanabilir.
►Şekil 3: Yıldırım darbesinin isabet ettiği bir pano
Yıldırımda karşı uygun sürekli voltaj değerinde AC ve DC enerji hatlarında B SINIFI ya da B+C sınıfı parafudr sistemleri kullanılmalıdır. 400 volt sürekli gerilimde 150 kiloamper koruma kapasiteli trifaze enerji parafudrları Rüzgar Santralleri için tasarlanmıştır ve yıldırım darbelerini spark gap teknolojileri sayesinde kendi içerisinde sönümleyebilmektedir. Ayrıca tüm data, koaksiyel ve haberleşme hatlarında sistemin türüne göre uygun parafudrlar bulunabilmektir. Yıldırım türbine yöneldiğinde hız, ısı ve enerji gücü ile birçok açıdan zarar oluşturabilir. Fiziksel zarar ise tüm tesis için tehlike oluşturmaktadır. Özellikle yangın sonucu devrilen türbinler zaman içerisinde görünmektedir. Bu nedenle türbin sistemlerine ince yakala noktaları dizayn edilmeli ve bu uçlar isCon (isolated conductor) ile türbin içerisinden izoleli bir şekilde toprak alana indirilmelidir. İzoleli yıldırım iniş iletkeni ile yönlendirilmiş darbenin alınması manyetik alan nedeniyle tesis elektronik ekipmanlarını koruma altına alacak ve yangın riskini ortadan kaldıracaktır. Aksi durumda istenmeyen sonuçlar ortaya çıkacaktır.
►Şekil 4: isCon'un iç yapısı
► İlginizi Çekebilir : Dış Yıldırımlık Nedir? | isCon
Sonuç olarak yıldırım ve aşırı gerilimlere karşı milyonlarca liralık yatırımlar sonucunda kurulan Rüzgar Santrallerinin zarar görmesi yatırımcı ve yüklenici firmalar tarafından kesinlikle istenmeyecek bir durumdur. Ancak bu kaçınılmaz doğa olayı her gün tüm dünyada 8 milyon kez gerçekleşmekte, 1 milyar volt gerilim oluşturmakta ve 200 kiloamper gücünde 28000 celcius sıcaklık değerine ulaşabilmektedir. Bu nedenle standartlar ve uzman mühendisler tarafından tasarlanacak yıldırımdan korunma ve topraklama sistemleri yatırımlarımızda büyük önem taşımaktadır.
►Şekil 5: B Sınıfı parafudr sistemi