Orta gerilim güç dağıtım projeleri için hangi MV hücreler uygundur?

Sistem Koruma ve İşletme Sürekliliğinde Orta Gerilimli Hücrelerin Temel Rolü

Orta gerilim anahtarlama donanımı, orta gerilimlerde çalışan güç dağıtım sistemlerinin temelini oluşturur ve elektrik izolasyonu, arızaların kesilmesi ve yüklerin yönetimi gibi görevleri yerine getirir. Bu cihazlar, özellikle hastanelerde, veri merkezlerinde ve yüksek teknolojiye sahip yarı iletken fabrikalarında gibi kesintilere müsaade edilmeyen yerlerde, kritik altyapıyı tehlikeli kısa devreler ve aşırı yüklenmiş devrelerden koruyarak operasyonların sorunsuz devam etmesini sağlar. Modern ekipmanlar, neredeyse anında sorunları tespit eden ve sistemin diğer kısımlarına yayılmadan kesen gelişmiş devre kesiciler ve koruma röleleriyle donatılmıştır. Geçen yıl Plant Engineering dergisinde yer alan bilgilere göre, orta gerilim anahtarlama donanımının dijital versiyonlarına geçiş yapan elektrik şirketleri, eski modellere kıyasla kesinti sürelerinde yaklaşık %30 azalma elde etmişlerdir. Bu tür iyileştirmeler, şebeke genelinde güvenilir elektrik tedarikinin devamı açısından büyük bir fark yaratmaktadır.

Kent ve Endüstriyel Şebeke Entegrasyonu: Tokyo Electric Power Örneği

Kalabalık şehirlerde altyapı ihtiyaçları da artmaktadır. Bu yüzden, yüksek binaların elektrik ihtiyacını karşılayan, toplu taşıma sistemlerini çalıştıran ve akıllı şehir teknolojilerinin kurulmasına yardımcı olan, sınırlı alanlara sığabilecek anahtarlama cihazlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Örneğin Tokyo Electric Power geçen yıl eski ekipmanlarını gaz yalıtımlı anahtarlama cihazları (GIS) ile değiştirmiştir. Yeni sistem, 22 kV yüklerini sorunsuz şekilde taşıyarak, her bir trafonun kapladığı alanın yaklaşık %60 oranında azalmasını sağlamıştır. Aynı zamanda sanayi bölgelerinde de şirketler büyük makinelerin (örneğin elektrikli fırınlar) ve elektrikli araç bataryaları üreten fabrikaların enerjisi için modüler anahtarlama cihazları kullanmaktadır. Bu esnek sistemleri gerçekten faydalı kılan şey, Japonya'da büyüyen yenilenebilir enerji şebekesiyle uyumlu çalışarak elektrik ağındaki istikrarı bozmamalarıdır.

Dijitalleşme Trendleri: Akıllı İzleme ve Şebeke Güvenilirliği Uyumlandırma

Günümüz modern orta gerilim anahtarlama cihazları, izolasyon bozulması, kontak aşınması ve ısı birikimi gibi olayları anında izleyen internet bağlantılı sensörler ve bulut platformlarıyla donatılmıştır. Bu tahmini bakım sistemleri tüm çalışma verilerini analiz eder ve 2024 yılına ait endüstri raporlarına göre beklenmedik kapanmaları yaklaşık %45 oranında azaltabilir. Uzaktan izleme yetenekleri yaygınlaşırken ağ güvenliğiyle ilgili endişelerin de artması üzerine elektrik şirketleri akıllı şebeke gereksinimlerini karşılayan ekipmanları tercih etmeye başlamıştır. Örneğin, Avrupa'daki bir elektrik dağıtım şirketi, canlı yük dengeleme özelliğine sahip ekipmanları kurduktan sonra neredeyse %99,98 sistem güvenilirliğine ulaşmıştır. Bu, operatörlerin bu tür dijital yükseltmeleri benimsemesiyle performansın ne kadar arttığını göstermenin yanında, zamanla operasyonların daha yeşil hale gelmesine de yardımcı olmaktadır.

Birincil ve İkincil Dağıtım Şebekeleri İçin Temel Orta Gerilim Anahtarlama Cihazı Türleri

Metal Kaplamalı ve Metal Mahfazalı (ATR) Güç Dağıtım Sistemleri: İşlevsel Farklar ve Uygulamalar

Metal kaplamalı orta gerilim güç dağıtım sistemleri, sökülebilir parçalara ve ayrı bölümlere sahiptir; bu da bakım işlemlerinin daha hızlı ve güvenli yapılmasını sağlar. Bu yapı, özellikle cihazların gün boyu yoğun şekilde kullanıldığı endüstriyel tesislerde oldukça etkilidir. Öte yandan, metal mahfazalı ATR güç dağıtım sistemleri tüm bileşenleri topraklanmış tek bir kutu içinde barındırır ve hareketli parçalar içermez; bu da rakiplerine göre daha az yer kaplamasını sağlar. Bu yüzden birçok şehir alt istasyonu projesi bu seçeneği tercih etmektedir, bazı sınırlamalara rağmen. Texas'taki bir kimya işleme tesisinin geçen yıl metal kaplamalı ünitelere geçmesiyle yıllık durma süresi, 2023 yılında Industrial Energy Journal'da yayımlanan verilere göre yaklaşık %15 azalmıştır. Bu sistemlerin modüler yapısı, farklı endüstrilerde zorlu çalışma koşulları altında çalışırken açıkça avantaj sağlamaktadır.

Esnek İkincil Dağıtım İçin Modüler Tasarımlar: Yeni Trendler

Ön üretimli bara bölümleri ve tak çalıştır bağlantılar ile modüler orta gerilim (MV) anahtarlama cihazları, ticari tesislerde ve yenilenebilir enerji parklarında ölçeklenebilir genişlemeye olanak sağlar. Bu yaklaşım, sistem tamamen değiştirilmeden kademeli kapasite yükseltmelerini destekler. Artık bu birimler çift yönlü güç akışı desteklemektedir ve bu da dağıtık üretim ve depolama ile çalışan merkezi olmayan şebekeye uygun hale gelmiştir.

Vaka Çalışması: Metal kaplı MV Anahtarlama Cihazları ile Endüstriyel Transformatör İstasyonlarının Yenilenmesi (Texas, ABD)

Texas’taki bir rafineri, 1980’li yıllarda üretilmiş anahtarlama cihazlarını, 25 kA hata akımı için tasarlanmış modern metal kaplı sistemlerle değiştirmiştir. Bu değişiklik, zirve yük sırasında yaşanan koordinasyon sorunlarını çözmüştür. Yenileme çalışmaları, ark dirençli muhafazalar ve entegre IoT sensörlerini de içermekte olup 18 ayda düzeltici bakım saatlerinde %40 oranında azalmaya neden olmuştur.

Seçim Stratejisi: Anahtarlama Cihazı Türünü Yük Profiline ve Hata Akımına Uygun Seçmek

Doğru orta gerilim (MV) anahtarlama cihazını seçmek aşağıdaki dört temel faktörün değerlendirilmesini gerektirir:

1. Yük dinamikleri : Sık sık devreye girme/dışarı çıkma yapan tesisler, günde 100+'dan fazla işlem yapmaya dayanıklı kesici ekipmanlara ihtiyaç duyar
2. Kısa devre akımı : Üretim kaynaklarına yakın olma nedeniyle kesme kapasitesi ≥25 kA olması gerekir
3. Çevre : Kıyı bölgelerdeki tesisler için tuz sisine dayanıklı IP54 koruma sınıfında muhafazalar gereklidir
4. Genişleme planları : Modüler sistemler, geleneksel yenilemeye göre yaşam döngüsü maliyetlerinde %30'a varan düşüş sağlar (Şebeke Altyapısı Raporu, 2023)

Hava İzoleli ve Gaz İzoleli Orta Gerilim Kesicileri: Performans ve Çevresel Faktörler Arasındaki Karşılaştırmalar

AIS ve GIS Sistemlerinin Karşılaştırılması: Yer Kaplama, Bakım ve Yaşam Döngüsü Maliyetleri

Hava yalıtımlı anahtarlama ekipmanı, yaygın adıyla AIS (HAV), yalıtım amacıyla normal hava kullanarak çalışır. Bu da, gaz yalıtımlı anahtarlama ekipmanına (GIS) göre yaklaşık üç ila beş kat daha fazla alan kapladığı anlamına gelir. Kırsal gibi alanın sorun olmadığı bölgelerde AIS maliyet açısından mantıklıdır. Ancak her metrekare sayılan şehirlerden bahsettiğimizde, AIS artık uygun değildir. Gaz yalıtımlı sistemler bunun yerine kükürt hekzaflorür (SF6) gazını kullanır. Bu sistemler, IEC'nin 2023 raporlarına göre yaklaşık %90 daha az alan kaplar, ancak fiyat etiketi %40 ila %60 daha yüksektir. Günlük işlemlerde bakım gereksinimleri de oldukça farklıdır. AIS ekipmanı üç ayda bir kir ve enkaz açısından kontrol edilmelidir. Oysa GIS tesislerinde gaz seviyelerinin özel olarak izlenmesi gerekir ve bu işlem genelde birkaç yılda bir, bazı durumlarda üç yılda bir yapılır.

Çevresel Kısıtlamalar ve SF6 Düzenleyici Basınç

Küresel olarak tüm AGM sistemlerinin yaklaşık %85'inde SF6 gazı kullanılmaktadır; fakat burada dikkat edilmesi gereken nokta, EPA'nın 2022 verilerine göre bu gazın karbondioksitten yaklaşık 23.500 kat daha zararlı sera gazı etkisine sahip olmasıdır. Avrupa Birliği de bu konuda hareketsiz kalmamıştır; F-Gas düzenlemeleri sayesinde 2030 yılına kadar SF6 kullanımının iki üçte bir oranında azaltılması hedeflenmektedir. Ayrıca bu gazın atmosfere sızmasına neden olanlara yüksek miktarda cezalar beklemektedir; bu cezalar 500.000 dolara kadar çıkabilmektedir. Bu riskler nedeniyle, pek çok şirket yalıtım amacıyla daha güvenli alternatiflere geçmeye başlamıştır; genellikle kuru hava veya azot karışımı tercih edilmektedir.

Vaka Çalışması: Yoğun Alanlarda AGM Uygulamaları

Bir büyük şehir raylı sistem taşımacılığı, 42 trafo merkezinde AIS yerine GIS kullanarak %99,98 güvenilirlik elde etti. Kompakt tasarım, dikey açıklığın 5 metrenin altında olduğu tüneller için kritik olan istasyon boyutunu %75 azalttı. Ancak yıllık bakım maliyetleri, SF6'nın sıkı işlem gereksinimleri nedeniyle %18 arttı.

İzolasyonun Geleceği: Katı Dielektrikler ve Vakum Atlama Teknolojileri

Günümüzde, orta gerilim sistemlerinde kükürt hekzafloürür kullanımın ciddi şekilde azaltılmasında katı izoleli anahtarlama ekipmanı (SIS) ve vakum kesicilere geçiş büyük rol oynamaktadır. Geleneksel yöntemlere göre yaklaşık %92 oranında azalma söz konusudur. Özellikle 24 kV seviyesinde çalışan sistemler için SIS ekipmanlarının ömrü boyunca gaz izoleli anahtarlama ekipmanlarına kıyasla yaklaşık %22 daha ucuz olduğu görülmektedir. Ayrıca salınım açısından neredeyse hiçbir çevresel etkisi yoktur ve salınım değerleri milyarda yarım parçaya kadar düşmektedir. Gelecek açısından bakıldığında, birçok uzman vakum anahtarlama teknolojisinin karbondioksit bazlı yalıtım ile birleştirildiği hibrit çözümlerin bu on yılın sonunda tüm orta gerilim tesislerinin neredeyse yarısını ele geçirebileceğini düşünmektedir. Bu tür bir geçiş, büyüyen altyapı ihtiyaçlarına yanıt vermeye çalışan ve aynı zamanda klima hedeflerine ulaşmak isteyen elektrik dağıtım şirketleri için mantıklıdır.

Eko-Etkin Gazlar (g3, Temiz Hava): Teknik Performans ve Uygunluk

SF6 kullanmayan modern orta gerilim anahtarlama cihazları, florinitril bazlı karışımlardan oluşan g3 ve ayrıca kuru hava ile azotu birleştiren Temiz Hava gibi çevre dostu gazlara giderek daha çok güvenmektedir. Bu yeni alternatifler, elektrik yalıtım özellikleri konusunda geleneksel SF6 ile aynı performansı gösterirken, iklim değişikliğine olan etkilerini %99'dan fazla azaltmaktadır. Gerçek saha koşullarında yapılan testler, g3 izolasyonu kullanan sistemlerin standart gereksinimlerin %30 üzerindeki basınçlarda bile sızıntı oranlarını %0,5 düzeyinde tutabildiğini göstermiştir ki bu da performans konusundaki IEC 62271-203 spesifikasyonlarını karşılamaktadır. G7 ülkelerinin 2024 yılından itibaren yeni üretilen tüm ekipmanlarda SF6 kullanımının sona erdirilmesi yönündeki çağrıları doğrultusunda, Avrupa'daki büyük elektrik dağıtım şirketlerinin çoğu satın alma sözleşmelerinde zaten SF6 içermeyen ekipmanları şart koşmaya başlamıştır ve yaklaşık onda sekizi ihale dokümanlarında bu yeşil alternatifleri belirtmektedir.

SF6 Genel Azaltılması: F-Gaz Düzenlemesi ve Kyoto Protokolünün Etkisi

Dünya genelinde kırkten fazla ülke, F-Gaz kurallarına yapılan çeşitli güncellemeler ve Kyoto Protokolü altındaki taahhütleri ile SF6 kullanımına sınırlamalar getirerek 2030 yılına kadar emisyonları yaklaşık yüzde yetmiş oranında azaltmayı hedeflemektedir. Avrupa'da, 2024 yılından itibaren yürürlüğe giren yeni değişiklikler, ana orta gerilim anahtarlama sistemlerinde elli iki kV veya üzeri olanlarda SF6 kullanımını yasaklamaktadır. Öte yandan Çin'de yürürlüğe giren yeni ulusal standart olan GB/T 11022-2023, şehir elektrik şebekelerinin genişletilmesi durumunda alternatif malzemeler kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu değişen düzenlemeler, üreticileri ciddi şekilde ilerlemeye itmiş ve SF6 içermeyen orta gerilim ekipman sevkiyatlarının geçen yıla göre yaklaşık üç kat artmasına yol açmıştır. Artık 12 ila 40,5 kV arasındaki gerilim aralıklarında etkili biçimde çalışan karma teknoloji seçenekleri giderek daha yaygın hale gelmektedir.

Vaka Çalışması: National Grid UK'nin SF6sız GIS'e Geçişi

National Grid UK, 12 transformatör merkezinde 145 adet SF6 GIS ünitesini Temiz Hava Yalıtımlı sistemlerle değiştirdi ve şunları başardı:

• Yıllık 18 ton SF6 emisyon azalımı
• basitleştirilmiş gaz yönetimi sayesinde bakım maliyetlerinde %30 azalma
• modüler konstrüksiyon ile %25 daha hızlı kurulum
  Kurulum sonrası izleme, kritik iletim ağlarında SF6-free teknolojinin güvenilirliğini doğrulayan pik talep sırasında %99,98 kullanılabilirlik gösterdi.

Faydalı Kuruluşlar için Yol Haritası: Sürdürülebilir Orta Gerilim Anahtarlama Ekipmanlarını Benimseme Stratejileri

Etkili bir geçiş yapmak için faydalı kuruluşlar şu konulara odaklanmalıdır:

1. Yaşam Döngüsü Maliyet Analizi karbon fiyatlamasını ve uzun vadeli düzenleyici uyumu dahil etmek
2. Revizyon programları mevcut SF6 hücrelerine vakum kesicilerin entegrasyonu
3. Personel eğitimi alternatif gazların güvenli kullanımı ve izlenmesi konusunda
4. Ortak AR-GE çalışmaları katı izoleli şalt armatürlerinin 72,5 kV'a kadar olan kapasitelerinin üreticilerle iş birliğiyle genişletilmesi
   Erken uygulayıcılar, çevresel cezalardan kaçınarak ve bakım maliyetlerini azaltarak 5–7 yıl içinde geri ödeme süresi bildirmektedir.

Gerçek Dünya Projelerinde Orta Gerilim Şalt Armatürleri için Seçim ve Güvenilirlik Kriterleri

Kritik Parametreler: Gerilim Değeri, Kısa Devre Kapasitesi ve IP Koruma Sınıfı

Orta gerilim şalt armatürlerinin seçimi üç temel kriterle başlar:

• Gerilim Derecesi iEC 62271-200'e göre işletme geriliminden %15–20 daha yüksek olmalıdır
• Kısa Devre Kapasitesi sistem çalışmaları sırasında ölçülen yerine özel arıza seviyelerine eşit olmalıdır
• IP koruma sınıfı (örn. IP54), zorlu koşullarda toz ve nemden dolayı dayanıklılığı garanti altına alır

2023 yılında yapılan bir deniz üstü platformlar çalışmasında, kesici anahtarlama cihazlarının %62'lik başarısızlığının yetersiz kısa devre akımı değerlerinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bu durum, mühendislik değerlendirmelerinin hassasiyetinin önemini ortaya koymaktadır.

Uzun Vadeli Ekipman Planlaması için Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA)

İlerici faydalar, 25 yıllık bir zaman dilimi üzerinden toplam sahiplik maliyetini değerlendirir. Metal kaplı anahtarlama cihazları genellikle parçalara erişimin daha kolay olması ve bakım sırasında oluşan kesintilerin azalmasından dolayı bölümlü alternatiflere kıyasla %18–22 daha düşük yaşam döngüsü maliyeti sunar.

Vaka Çalışması: Rüzgar çiftliklerindeki orta gerilim istasyonları ve bölgeye özel seçim

Kuzey Denizi'ndeki bir rüzgar çiftliği, dalga etkilerine karşı dayanıklı, 2,5 m'ye kadar olan sistemleri destekleyecek şekilde tasarlanmış ve tuz buharına karşı dirençli orta gerilim (MV) anahtarlama cihazlarını kurduktan sonra çalışma sürelerini %41 artırmıştır. Sağlam tasarım, denizcilik açısından en korozyon oluşturucu ortamlardan birinde güvenilir çalışmayı garanti altına almıştır.

Güvenilirliği Artırma: Ark-Flaş Direnci ve Tahmini Bakım

Modern Orta Gerilim (MV) anahtarlama donanımı, çift güvenilirlik mekanizmaları sayesinde güvenlik ve erişilebilirliği artırır:

1. Ark flaşının sınırlanması iEEE C37.20.7 standardına göre test edilmiştir (500 ms süreyle 40 kA'lık akımı dayanma kapasitesine sahiptir)
2. IoT Destekli Koşul İzleme , tahmini teşhis sayesinde planlanmamış kesintileri %57 azaltır

Alan Performansı: ATR Anahtarlama Donanımı Kullanan Madencilik İşlemleri (Avustralya)

Avustralya'nın Pilbara bölgesinde hava yalıtımlı ATR anahtarlama donanımı, aşırı koşullara rağmen %93,6 erişilebilirliği sürdürmüştür—50°C'yi aşan sıcaklıklar ve 15 mg/m³'nin üzerinde partikül konsantrasyonları—dayanıklılığını kanıtlamıştır.

SSS

Orta Gerilim Anahtarlama Donanımı nedir ve neden önemlidir?

Orta Gerilim (MV) Anahtarlama Donanımı, elektrik dağıtım sistemlerinde elektrik izolasyonu, arızaların kesilmesi ve yüklerin yönetilmesi gibi fonksiyonları yerine getirmede hayati öneme sahiptir. Hastaneler ve veri merkezleri gibi kritik altyapıların korunmasını ve güvenilirliğini sağlar.

Dijital Orta Gerilim Anahtarlama Sistemi güvenilirliği nasıl artırır?

Dijital Orta Gerilim Anahtarlama Sistemi, akıllı izleme yeteneklerini entegre ederek öngörülebilir bakım imkanı sunar. Sektörel raporlara göre bu, beklenmedik kapanmaları %45'e varan oranda azaltır.

GIS sistemlerinde kullanılan SF6 gazı ile ilgili çevresel endişeler nelerdir?

SF6 gazının iklim üzerinde önemli bir etkisi vardır ve CO2'den 23.500 kat daha güçlü sera gazı etkisine sahiptir. Düzenlemeler kullanımını azaltmayı hedeflemekte, kuru hava ve azot gibi çevre dostu alternatiflere yönelmektedir.

Hava İzoleli Anahtarlama Sistemi (AIS) ile Gaz İzoleli Anahtarlama Sistemi (GIS) arasındaki farklar nelerdir?

AIS, izolasyon için normal hava kullanır ve daha fazla alan gerektirirken, GIS SF6 gazını kullanır ve daha kompakt ancak maliyetli yapıya sahiptir. GIS, alan sınırlamalarının bulunduğu yerlerde tercih edilirken, AIS kırsal alanlar için uygundur.