Alçak gerilim sistemlerinde ark flaş analizi ve koruma

Abstract

Elektrik, günümüzde en çok ihtiyaç duyulan enerji kaynaklarından biridir. Elektrik üretimi ve tüketimi her geçen gün arttıkça arızaların etkileri daha da yıkıcı hale gelmektedir. Bu nedenle elektrik enerjisinin üretimi kadar verimli, güvenli ve kesintisiz olarak kullanıcılara ulaştırılması da önemlidir. Elektrik güç sistemlerinde elektrik kesintilerine neden olan önemli arızalardan biri ark arızalarıdır. Ark, hava ve gaz gibi yalıtım malzemelerinde iki elektrot arasında meydana gelen elektrik boşalması olarak tanımlanabilir. Elektrik güç sistemlerinde, ark arızalarında çeşitli sebeplerle meydana gelen kısa devreler ile kontrolsüz enerji, ısı, basınç ve ışık ortaya çıkmaktadır. Ark arızalarında ortaya çıkan enerji, basınç ve ısı etkileri, anahtarlama donanımlarında hasara sebep olmakla birlikte can kayıplarına ve ekonomik zararlara sebep olabilmektedir. Bu tezde yer verilen hesaplama yöntemleri, denklemler IEEE 1584:2018 standardından alınmıştır. Standartta sabit laboratuvar koşullarında ölçülen test sonuçlarına göre ampirik denklemler elde edilmiştir. Bu nedenle hesaplama sonuçları, gerçek bir ark patlamasına maruz kalmanın verdiği tehlikeden daha şiddetli veya daha az şiddetli olabilir. Kişisel koruyucu donanım (KKD) kategorisi ve seçimi için NFPA 70E:2021 standardı kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında Trimble ProDesign ve Caneco BT yazılımları kullanılarak kısa devre analizi ve koruma konsepti çalışması için tesis ve ekipmanla ilgili elektriksel verileri içeren örnek bir veri merkezi alçak gerilim dağıtım sisteminin modeli oluşturulmuştur. IEEE 1584:2018 standardına göre ark flaş hesaplaması, Caneco BT yazılımının 'Arc flash risk' modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesap çıktısı olarak VCB, VCBB ve HCB konfigürasyonları için ayrı ayrı ark olay enerjisi, KKD giyilmesi için gereken mesafeyi belirleyen ark flaş sınır mesafesi ve KKD kategori değeri elde edilmiştir. Her pano için en kötü senaryoya göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması hedeflenmiştir. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar doğrultusunda ark flaş hesaplamaları tekrarlanarak normal işletme durumu ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar içerisinden akım sınırlayıcı reaktör ETAP programında modellenmiştir. Son olarak hesap çıktısı olarak elde edilen uyarı ve bilgilendirme etiketi, örnek bir pano için gösterilmiştir. Ark olay enerjisi hesaplamalarında örnek alçak gerilim sisteminin koruma ve seçicilik çalışmasından elde edilen birincil (primary) koruma ayarlarına göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması amaçlanmıştır. Birincil koruma arızası durumunda, yedek (back-up) koruma arızayı giderir, ancak bu daha fazla zaman ve daha yüksek olay enerjisi açığa çıkarmıştır. NPFA 70E, sistemin birincil koruma sistemindeki arızaya karşı değerlendirilmesini gerektirmez. IEEE 1584 standardına göre ark flaş analizi çalışmasında sadece üç faz arızaları ve bara tarafı dikkate alınmıştır.