LED Armatürde Aşırı Gerilim Koruması (SPD) Nedir?

Aşırı gerilim darbesi nedir?

Şebekedeki gerilim normalde belirli bir tolerans içinde sinüs biçiminde değişir. Ancak yakına düşen bir yıldırım, hatta indüklenen gerilim, büyük yüklerin devreye girip çıkması veya trafo anahtarlamaları birkaç mikro saniye süren, nominal gerilimin çok üzerine çıkan darbeler (surge) oluşturabilir. Bu darbeler kısa sürelidir ama enerji içerikleri elektronik devreler için yıkıcı olabilir.

LED armatürler bu konuda klasik armatürlere göre daha hassastır. Sodyum buharlı bir armatürdeki manyetik balast ve lamba darbelere görece dayanıklıyken, LED armatürde yarı iletken anahtarlar, kondansatörler ve LED çipleri bulunur. Yol aydınlatmasında uzun havai veya yer altı hatların ucundaki direkler, darbeye en açık konumlardır. ABD Enerji Bakanlığı'nın desteklediği belediye yol aydınlatması konsorsiyumu (MSSLC) çalıştayında sunulan teknik değerlendirmede de yol aydınlatmasının darbe açısından şebeke giriş noktasına benzer, yüksek maruziyetli bir konum olarak ele alındığı görülür.

SPD nasıl çalışır?

SPD (surge protective device), normal şebeke geriliminde yüksek empedanslı, neredeyse hiç akım çekmeyen bir elemandır. Gerilim belirli bir eşiği aştığında empedansı hızla düşer ve darbe akımını korunan devrenin yerine kendi üzerinden geçirir; böylece sürücüye ulaşan gerilim sınırlanır. Armatür SPD'lerinde en yaygın eleman metal oksit varistördür (MOV); bazı tasarımlarda gaz deşarj tüpü (GDT) ve sigorta veya ısıl ayırıcı ile birlikte kullanılır.

Alçak gerilim SPD'lerinin performans gereklilikleri ve test yöntemleri IEC 61643-11 standardında tanımlanır. Ekipmanın darbe bağışıklığını sınayan test yöntemi ise IEC 61000-4-5'tir. Aydınlatma ekipmanının bağışıklık gereklilikleri IEC 61547'de yer alır; standardın 2020 baskısında yol ve sokak aydınlatma ekipmanı için darbe test seviyelerinin artırıldığı IEC tarafından belirtilmektedir. Kesin seviyeler için standardın güncel metnine başvurulmalıdır.

Diferansiyel mod ve ortak mod

• Diferansiyel mod (DM): Darbe faz ile nötr arasında görülür (L-N).
• Ortak mod (CM): Darbe faz/nötr ile koruma iletkeni veya gövde arasında görülür (L/N-PE).

Sürücü veri föylerinde bu iki değer genellikle ayrı ayrı verilir ve ortak mod değeri çoğunlukla daha yüksektir. Koruma sınıfı II olan, toprak bağlantısı bulunmayan armatürlerde ortak mod koruma farklı tasarım gerektirir. Topraklamanın rolü için dış mekân armatürlerinde topraklama rehberine bakılabilir.

Seri ve paralel SPD: ömür sonunda ne olur?

Hangi yaklaşımın seçileceği, işletmecinin bakım stratejisine bağlıdır. Korumasız çalışan bir armatürün bir sonraki darbede sürücüsünü kaybetmesi mi, yoksa armatürün geçici olarak sönmesi mi daha kabul edilebilir? Bu sorunun cevabı şartnamede açıkça yazılmalıdır.

Teknik kriterler ve seçim parametreleri

Piyasadaki yol armatürü şartnamelerinde harici SPD için kV ve kA cinsinden değerler sıkça istenir. Bu değerler karşılaştırılırken hangi standarda, hangi dalga şekline ve hangi moda ait oldukları mutlaka sorulmalıdır. Aynı rakam farklı test koşullarında çok farklı bir korumayı ifade edebilir.

Uygulama alanları ve örnek senaryolar

Senaryo 1 – Kırsal yol hattı: Uzun havai hat üzerinden beslenen, açık arazideki direkler. Yıldırım kaynaklı darbeler sıktır. Sürücünün yüksek darbe dayanımlı olması ve armatür içinde harici SPD bulunması makul bir yaklaşımdır. Hat başında ve panoda da kademeli koruma düşünülmelidir. Pano tarafı için dış mekân parafudr ve surge koruması yazısına bakılabilir.

Senaryo 2 – Şehir içi park ve meydan: Yer altı kablolu, görece kısa hatlar. Kaliteli bir sürücünün kendi darbe dayanımı çoğu durumda yeterli olabilir; yine de risk değerlendirmesi yapılmalıdır.

Senaryo 3 – Endüstriyel tesis: Büyük motorlar ve kompanzasyon anahtarlamaları iç tesisatta da darbe üretebilir. High-bay armatürlerde sürücünün darbe değerleri ve dağıtım panosundaki koruma birlikte ele alınmalıdır.

Senaryo 4 – Akıllı yol aydınlatması: NEMA veya Zhaga soketli kontrol modülleri, sürücüye ek olarak korunması gereken elektronik içerir. SPD'nin bu modülleri de kapsayıp kapsamadığı kontrol edilmelidir.

Armatürün darbe dayanımının nasıl test edildiği için LED armatürde surge testi yazısı tamamlayıcı bilgi verir.

Sahada SPD bakımı ve arıza analizi

SPD, sınırlı ömürlü bir elemandır. Metal oksit varistörler her büyük darbede bir miktar yıpranır; sık yıldırım alan bölgelerde yıpranma birkaç yıl içinde koruma seviyesini düşürebilir. Bu nedenle SPD, tak-unut bir parça olarak görülmemelidir.

Bakım planında şu adımlar yer alabilir:

• Görsel kontrol: Paralel SPD'lerde durum göstergesi (genellikle bir LED veya mekanik bayrak) periyodik bakımda kontrol edilir.
• Uzaktan izleme: Akıllı aydınlatma sistemlerinde armatürün sönmesi, enerji tüketiminin sıfırlanması veya sürücü arıza kodları merkezden izlenebilir. Seri SPD'nin ömrünü tamamlaması bu şekilde hızla fark edilir.
• Arıza kaydı: Sürücü arızalarının konum, tarih ve hava olaylarıyla birlikte kaydedilmesi, darbe kaynaklı arızaların belirli hatlarda veya bölgelerde yoğunlaşıp yoğunlaşmadığını gösterir.
• Arızalı parça incelemesi: Arızalı sürücülerde giriş bölümündeki yanık izleri, patlamış varistör veya sigorta, darbe kaynaklı hasarın tipik belirtileridir. Bu bulgular tedarikçiyle paylaşılarak koruma seviyesinin yeterliliği değerlendirilebilir.

Belirli bir hatta arızalar yoğunlaşıyorsa sorun yalnız armatürde değil, topraklamada, pano korumasında veya hattın yapısında da aranmalıdır.

Sık yapılan hatalar

• Yalnız kV değerine bakmak: Dalga şekli, mod ve test standardı belirtilmeden verilen rakam karşılaştırılamaz.
• SPD'yi sürücüyle koordine etmemek: SPD'nin koruma seviyesi sürücünün dayanımından yüksekse darbe yine sürücüye ulaşır.
• Topraklamayı ihmal etmek: Yüksek empedanslı veya kopuk bir koruma iletkeni ortak mod korumayı etkisiz kılar.
• Uzun bağlantı kabloları kullanmak: SPD ile korunan devre arasındaki uzun iletkenler ek gerilim düşümü yaratır.
• Ömür sonu davranışını şartnameye yazmamak: Paralel SPD'nin sessizce devre dışı kalması fark edilmeyebilir.
• Tek katmanlı korumaya güvenmek: Pano, hat ve armatür seviyesindeki korumalar birbirini tamamlar.

Kontrol listesi

• Tesisin darbe maruziyeti değerlendirildi mi (hat uzunluğu, havai/yer altı, yıldırım yoğunluğu)?
• Sürücünün DM ve CM darbe dayanımı veri föyünde yazıyor mu?
• Harici SPD gerekiyorsa Uc, In, Imax ve Up değerleri belirtildi mi?
• Değerlerin hangi standart ve dalga şekliyle verildiği soruldu mu?
• Seri veya paralel bağlantı tercihi bakım stratejisine göre yapıldı mı?
• Ömür sonu göstergesi veya uzaktan izleme imkânı var mı?
• Armatürün koruma sınıfı ve topraklama bağlantısı doğrulandı mı?
• Pano ve hat başındaki koruma ile kademeli koordinasyon düşünüldü mü?

Aşırı gerilim koruması, arızası olmadığında fark edilmeyen bir yatırımdır. Doğru tasarlandığında sahadaki sürücü arızalarını ve bakım ekiplerinin direk başına gidiş sayısını belirgin biçimde azaltabilir.