Dış Mekân Aydınlatmasında Parafudr ve Surge Koruması

Dış mekânda aşırı gerilim nereden gelir?

Bu yazı genel bilgilendirme amaçlıdır. Aşırı gerilim ve yıldırım koruma tasarımı, topraklama ile birlikte yürürlükteki mevzuata göre yetkili elektrik mühendisi tarafından yapılmalıdır.

LED sürücüler, içlerindeki yarı iletkenler ve kondansatörler nedeniyle kısa süreli gerilim darbelerine karşı akkor veya manyetik balastlı eski sistemlere göre daha hassastır. Dış mekân aydınlatma hatlarında bu darbelerin başlıca üç kaynağı vardır:

• Doğrudan veya yakın yıldırım düşmesi: Direğe ya da yakınındaki bir yapıya düşen yıldırım çok yüksek enerjili darbeler oluşturur.
• Dolaylı (endüklenen) etkiler: Yakına düşen yıldırımın elektromanyetik alanı, uzun kablo hatlarında gerilim endükler. Dış mekân hatları uzun olduğu için bu etki belirgindir.
• Şebeke kaynaklı darbeler: Büyük yüklerin devreye girip çıkması, kondansatör anahtarlaması ve şebekedeki arızalar daha düşük enerjili ama daha sık darbeler yaratır.

ABD Enerji Bakanlığı destekli LED Sistem Güvenilirliği Konsorsiyumu'nun ömür rehberi, armatür arızalarında LED'lerden çok sürücü gibi elektronik bileşenlerin ve bağlantı elemanlarının belirleyici olduğunu vurgular. Saha deneyimi de dış mekânda sürücü arızalarının bir kısmının gerilim darbeleriyle ilişkili olabildiğini gösterir. Yine de her sürücü arızasını "yıldırım" diye etiketlemek yanıltıcıdır; ısıl stres ve nem de benzer sonuçlar doğurur. Armatür içi koruma elemanının ne olduğunu LED armatürde SPD rehberinde temel düzeyde anlatıyoruz.

Teknik kriterler ve seçim parametreleri

Katmanlı koruma fikri

Tek bir koruma cihazı, hem yüksek enerjiyi saptırıp hem de hassas elektroniğin dayanabileceği düşük bir gerilimde sınırlama yapamaz. Bu yüzden koruma, enerji seviyesine göre kademelendirilir. IEC 61643-11, alçak gerilim güç sistemlerine bağlanan aşırı gerilim koruma cihazlarının (parafudr, SPD) gerekliliklerini ve test yöntemlerini tanımlar ve cihazları test sınıflarına göre ayırır. Uygulamada bunlar çoğunlukla Tip 1, Tip 2 ve Tip 3 olarak anılır.

Hangi katmanın gerekli olduğu, tesisin yıldırım risk değerlendirmesi (IEC 62305 serisi yaklaşımı), besleme sistemi ve hat uzunlukları gibi etkenlere göre belirlenir.

Değerleri doğru okumak

Armatür veri sayfasında "10 kV / 10 kA surge koruması" gibi ifadeler sık görülür. Bu sayıların anlamlı olması için şu sorulara yanıt gerekir:

• Hangi mod? Diferansiyel mod faz ile nötr arasındaki darbeyi, ortak mod faz/nötr ile toprak (veya gövde) arasındaki darbeyi ifade eder. İki değer çoğu zaman farklıdır ve dış mekânda ortak mod darbeleri önemlidir.
• Hangi test dalgası? Armatür ve sürücü testlerinde genellikle 1,2/50 µs gerilim ve 8/20 µs akım dalgasından oluşan birleşik dalga kullanılır. Yıldırım akımı sınıfındaki cihazlar ise daha uzun süreli 10/350 µs akım dalgasıyla test edilir. Farklı dalgalarla verilmiş değerler doğrudan karşılaştırılamaz.
• Koruma seviyesi (Up) nedir? Parafudrun darbe sırasında geçirdiği gerilim seviyesi, korunan cihazın dayanımının altında kalmalıdır.
• Kaç darbe? Bazı beyanlar tek darbeye, bazıları tekrarlanan darbelere dayanımı ifade eder.

Surge testlerinin nasıl yapıldığını LED armatürde surge testi yazısında ayrıntılı ele alıyoruz.

Seri ve paralel bağlantı

Armatür içi koruma modülleri iki şekilde bağlanır:

• Paralel bağlantı: Modül sürücünün girişine paralel durur. Ömrünü tamamladığında armatür çalışmaya devam eder ama artık korunmaz. Bu durumu fark etmek için gösterge veya uzaktan izleme gerekir.
• Seri bağlantı: Modül besleme yolunun üzerindedir. Ömrünü tamamladığında beslemeyi keser, armatür söner. Sönük armatür bakım ihtiyacını görünür kılar ve korumasız çalışmayı önler.

Hangisinin tercih edileceği bakım stratejisine bağlıdır; ancak seçimin bilinçli yapılması ve şartnameye yazılması gerekir.

Topraklama ve bağlantı uzunlukları

Parafudrlar darbe akımını çoğunlukla koruma iletkeni ve topraklama üzerinden saptırır. Koruma iletkeni sürekliliği ve eş potansiyel kuşaklama zayıfsa en iyi parafudr bile etkin çalışmaz. Panoda parafudr bağlantı iletkenlerinin uzun ve kıvrımlı olması, darbe sırasında bu iletkenlerde ek gerilim oluşmasına yol açar; bağlantıların mümkün olduğunca kısa ve düz tutulması önerilir. Koruma sınıfı II armatürlerde koruma iletkeni bağlantısı bulunmadığından ortak mod darbelerinin nasıl ele alındığı üreticiye sorulmalıdır. Topraklama tarafını dış mekân topraklama rehberinde ele alıyoruz.

Parafudrun yedek koruması

Parafudrlar ömür sonunda kısa devre davranışı gösterebilir. Bu nedenle üreticinin belirttiği yedek sigorta veya devre kesiciyle birlikte kullanılmaları gerekir. Yedek koruma, parafudr arızasında aydınlatma devresinin tamamını kesmeyecek şekilde koordine edilmelidir.

İzleme ve arıza kaydı

Surge korumasının işe yarayıp yaramadığını anlamanın en iyi yolu arızaları kayıt altına almaktır. Hangi armatürün, hangi tarihte, hangi hava koşulundan sonra arızalandığı not edilirse; arızaların belirli bir hat sonunda, yüksek bir direkte veya fırtına sonrasında yoğunlaşıp yoğunlaşmadığı görülebilir. Uzaktan izlemeli kontrol sistemleri bu kaydı otomatik tutar ve bazı sürücüler yaşadıkları darbe veya aşırı sıcaklık olaylarını kendi hafızalarında saklayabilir. Arızalı sürücülerin üreticiye analiz için gönderilmesi, kök nedenin gerçekten aşırı gerilim olup olmadığını netleştirir.

Maliyet açısından bakış

Armatür içi ek koruma modülü ve panodaki parafudr ilk yatırımda ek maliyettir. Öte yandan yüksek direkte sepetli araçla yapılan tek bir müdahale bile işçilik, trafik düzenlemesi ve araç kirası gibi kalemler içerir; bu maliyet, projenin kendi birim fiyatlarıyla ek koruma maliyetinin karşısına konulmalıdır. Karar verilirken modül fiyatı, sahadaki erişim maliyeti ve arıza süresince karanlık kalan alanın güvenlik etkisi birlikte değerlendirilmelidir.

Uygulama alanları ve örnek senaryolar

Açık arazide otopark: Yüksek direkler çevredeki en yüksek noktalardır ve uzun toprak altı hatlarla beslenir. Panoda Tip 2 parafudr, armatürde seri bağlı koruma modülü ve sağlam bir eş potansiyel kuşaklama birlikte planlanır. Bölgenin yıldırım yoğunluğu yüksekse yıldırım risk değerlendirmesi ayrıca yapılır.

Şehir içi cadde: Hatlar daha kısa, çevre yapılar daha yüksek olabilir; şebeke kaynaklı darbeler öne çıkar. Armatür içi koruma ve panoda Tip 2 koruma genellikle temel yaklaşımdır.

Örnek teklif karşılaştırması: A teklifinde "10 kV surge koruması" yazıyor. B teklifinde "diferansiyel mod 6 kV, ortak mod 10 kV, birleşik dalga, seri bağlı ek koruma modülü, ömür sonu göstergesi" bilgisi var. A teklifi tek bir sayı verdiği için daha güçlü görünebilir, ancak hangi moda ait olduğu belirsizdir. Doğru adım, A tedarikçisinden aynı ayrıntıda bilgi istemektir.

Sık yapılan hatalar

• Tek bir sayıyla karşılaştırma yapmak. Mod, dalga şekli ve test yöntemi bilinmeden kV değeri yorumlanamaz.
• Panodaki parafudrun armatürü koruyacağını varsaymak. Uzun hatlarda hattın kendisine endüklenen darbe armatüre panodan geçmeden ulaşabilir.
• Topraklamayı ihmal etmek. Saptırılacak yol yoksa koruma etkisiz kalır.
• Parafudr bağlantılarını uzun tutmak. Bağlantı iletkenindeki gerilim düşümü korunan cihaza eklenir.
• Ömür sonu göstergelerini kontrol etmemek. Paralel modül sessizce devreden çıkmış olabilir.
• Her sürücü arızasını yıldırıma bağlamak. Isıl stres ve nem de benzer arızalar üretir; kök neden analizi yapılmalıdır.

Kontrol listesi

• Yıldırım risk değerlendirmesi gerekip gerekmediğini yetkili mühendise belirletin.
• Panoda uygun tipte parafudr ve yedek korumasını projelendirin.
• Armatür surge değerlerini mod, dalga şekli ve test yöntemiyle birlikte isteyin.
• Armatür içi koruma modülünün seri mi paralel mi bağlandığını öğrenin.
• Ömür sonu göstergesi veya uzaktan arıza bildirimi olup olmadığını kontrol edin.
• Koruma iletkeni sürekliliğini ve eş potansiyel kuşaklamayı doğrulayın.
• Parafudr bağlantı iletkenlerini kısa ve düz tutun.
• Sınıf II armatürlerde ortak mod korumasının nasıl sağlandığını üreticiye sorun.
• Yıldırım mevsimi sonrasında parafudr kontrolünü bakım planına ekleyin.

Surge koruması bir bütün olarak tasarlandığında, sahadaki sürücü arızaları belirgin biçimde azaltılabilir. Arıza nedenlerinin genel tablosu için LED armatür erken bozulma nedenleri yazısına bakabilirsiniz.