Hava İzoleli Orta Gerilim Panolarında Dijital Ortam İzleme Sistemleri

Elektrik enerjisinin üretim, iletim ve dağıtımının kesintisiz bir biçimde sağlanması günümüzün dijitalleşen dünyasında eskiye oranla çok daha fazla önem kazanmıştır. Dağıtım sistemlerinde ortam izlemesi de bu bağlamda kritik ve önümüzdeki süreçte daha da önem kazanacak bir konudur.

İstemsiz anlık duruşların pek çok üretim tesisi için yüksek maliyet doğurduğu da göz ardı edilmemelidir. Bu istenmeyen durumları ve verimsizlik maliyetlerini engellemek için sistemi her an takip etmek ve elde edilen verileri titizlikle değerlendirmek; nihai karlılığa, iş sağlığı, güvenliği vb. konular üzerinde olumlu etkisiyle yeni sistemlerde ihtiyaç duyulan yapılar olacaklardır.

Özel olarak bir hava izoleli orta gerilim şalt panosunda aşağıda verilmiş olan konuların takibi, zaman, bakım maliyetlerinin düşürülmesi ve işletme güvenliğinin yükselmesi gibi kazançları beraberinde getirmektedir.

• Pano içi Sıcaklığı İzlenmesi
• Kısmi Deşarj Takibi

Sıcaklık ve kısmi deşarj izlemeleri paket halinde, günümüz orta gerilim sistemlerine entegre olabilecek şekilde farklı firma ve tiplerle rekabetçi bir ortam oluşturacak şekilde geliştirilmiştir.

Sıcaklık İzlemesi

Pano içi sıcaklık izlemesi en çok tercih edilen uygulamalar arasında sayılabilir. Sıcaklığın kontrolsüz olarak artması ile;

• Bağlantılarda gevşemeler,
• Korozif ortam atmosferindeki artış,
• Şalt panosunun aşırı yüklenmesi gibi olumsuz etkileri meydana getirmesi kaçınılmazdır.

Pano içi sıcaklık izlemeyi orta gerilim şalt panolarında, genel olarak bölgesel ve noktasal izleme olarak ikiye ayırabiliriz. En sık başvurulan yöntem olan bölgesel yani kompartıman atmosferinin sıcaklık izlemesi, genel ortam sıcaklığına ihtiyaç duyulan tesisler için faydalı olmakla birlikte kritik öneme sahip işletmelerde yetersiz kalabilmektedir.

Sıklıkla, higrostatla birlikte kullanılan bu yaklaşım ile pano içi sıcaklık farkları nedeniyle oluşan yoğuşmanın önlenmesini ve olası mekanik, dielektrik sorunların önüne kısmen geçebilmek için kullanılmaktadır. Paket sistemlere göre nispeten ucuz bir yöntemdir. Ancak ortam sıcaklığını bulunduğu bölge için gösterebilmesi nedeniyle hassasiyeti doğrudan ölçüm alınan bölgeye göre daha düşük olmaktadır. (Bkz. Şekil 1)

Günümüzde özellikle otomotiv, kimya, çimento vb. sanayi dallarında ve organize sanayi bölgelerinde, çok daha üst düzey bir teknik olan kablosuz noktasal sıcaklık, nem ve bölgesel kısmi deşarj izleme sistemleri de kullanılmaya başlanmıştır. Modern izleme sistemleri, belirlenen periyotlarla ölçüm verilerini tutarak sistemin sürekli izlenmesini ve uyumsuzlukların anlık tespitini sağlayabilmektedir.

Bu sistemlerin temel yapısı piezoelektrik kristallerin kullanıldığı sensörlerde, SAW (Surface Acoustic Wave), Yüzey Akustik  Dalgası, kullanılarak antenler vasıtasıyla bu dalgaların sıcaklık birimine dönüştürülmesini temel alır. (Bkz. Şekil 2)

Kablosuz sıcaklık izleme sistemi temel olarak aşağıdaki parçalardan oluşmaktadır.

• Sıcaklık Sensörü
• Anten
• Ana Modül

Sıcaklık Sensörleri, doğrudan orta gerilim panolarının bakır yüzeylerine cıvata ile bağlanırlar. Yapı gereği küçük olmalarından ötürü dielektrik mesafelerde de olumsuz bir etki yaratmamaktadırlar. Marka ve modele göre değişebilmekle birlikte uygulama bir orta gerilim panosuna ait bölmede en az 3 sensör, 1 anten ve alçak gerilim dolabına yerleştirilecek bir ana modülden oluşmaktadır. Kompartıman sayısı ve istenen ölçüm noktasına göre bu sayılar artırılabilmektedir.

Termokupl ile elde edilen değere çok yakın ölçüm yapabilmeleri, izleme için kaliteli veri elde edilmesini sağlar. Grafik 1’de termokupl ve SAW sensörlerinin karşılaştırmasında da görülebileceği gibi sıcaklığın artış, sabit tutulma ve düşürülmesi esnasında hem termokupl hem de SAW sensör ile alınan ölçümler birbirine çok yakın seyretmektedir.

Kısmi Deşarj İzlemesi

Orta gerilim şalt panoları için kullanım esnasındaki en büyük ve tespiti nispeten zor olan konulardan bir tanesi de kısmi deşarjdır. Kısmi deşarj, uzun vadeye yayılan, yavaş yavaş ilerleyen ve sonuçları yıkıcı/katastrofik olabilen bir olgudur. Kısmi deşarjın neden olabileceği önemli sorunlar arasında;

• İnsan Hayatının Kaybı
• Tesiste Oluşabilecek Büyük Yıkım
• Üretkenlik Kaybı
• Yükselen Maliyetler gibi konular sayılabilir.

Grafik 2’de de görülebileceği üzere, IEEE tarafından yapılan araştırmada, orta gerilim ve yüksek gerilim sistemlerinde meydana gelen yıkıcı hataların büyük bir oranı (yüzde 80’i) elektriksel kısmi deşarj kaynaklıdır.

Kısmi deşarja sebep olan etmenler arasında genel olarak aşağıdakiler sayılabilir.

• İzolasyon Uygunsuzlukları
• Malzeme Kaynaklı Problemler
• Sivri Yüzeyler
• Gevşek Yapılmış Cıvata Bağlantıları[5]

Dijital pano izleme sistemlerine entegre olarak verilen antenlerin kısmi deşarj izleme özelliği olan tipleri de hücre içerisinde hızlıca uygunsuz durumları belirlemekte kullanılmaktadır.  Sistemin kararlı biçimde uzun yıllar boyunca sorunsuz olarak serviste kalmasına katkıda bulunmaktadır.

Bu sistem ile müşteriye yazılımsal izleme arayüzleri özel olarak hazırlanabilmekte ve 7/24 sistemi, yetki seviyesi atamaları ile bilgisayar, tablet, cep telefonu vd. cihazlarla erişilebilir hale getirmektedir.  

Bu sistemlerin getirdiği avantajlar;

• Uygulama/montaj kolaylığı
• Zor ortamlarda hassas ölçüm yapabilme
• Sistemin sürekli takibi, Bulut ve/veya SCADA entegrasyonu
• Bakım gerektirmemesi
• Uzun vadede işletme maliyetlerinin düşmesi
• Basit program arayüzü ve kişiselleştirilebilir altyapısı

Dezavantajlar;

• Geleneksel yöntemlere göre pahalı olması
• Dairesel yüzeylere montajının zor olması,
• İzolasyon istenen durumlarda kısmi izolasyon kaybı sayılabilir.

Sonuç

Kritik öneme sahip büyük tesislerde ve çevresel açıdan zorlu, stratejik alanlarda pano içi dijital izleme sistemlerinin kullanımının önümüzdeki yıllarda artacağı öngörülmelidir. Bu sistemlerin getireceği 7/24 tesis takibi sayesinde, genel bakım maliyetleri başta olmak üzere, uygunsuzluk maliyetleri ve insan, pano, işgücü kaybı gibi çok daha kritik sorunların önüne geçilebilir. Uzun vadede sistemlere olan talep artış projeksiyonuna baktığımızda, yeni üreticilerin ortaya çıkmasına ve bunun sonucu oluşacak daha rekabetçi bir ortam ile sistem fiyatlarının düşüşü pek çok tesiste kullanımını arttıracaktır. 

Kaynakça

[1] wtsensor.com/data/upload/20210127/6011357952c79.pdf

[2] Tarikul Islam, S.C. Mukhopadhyay, Nagender Suryadevara, November 2016 “Smart Sensors and Internet of Things: A Postgraduate Paper”

[3] Waldemar Soluch, May 1998, “Design of SAW Delay Lines for Sensors”

[4] https://tr.prysmiangroup.com/tr/elektriksel-kismi-desarj-olayi

[5] Jorge Alfredo Ardila-Rey, Juan Manuel Martínez-Tarifa, Guillermo Robles, M.V. Rojas-Moreno, August 2013, “Partial Discharge and Noise Separation by Means of Spectral-Power Clustering Techniques”

Emre Kırımtay – Siemens Türkiye Akıllı Altyapı Dağıtım Sistemleri, Orta Gerilim Mekanik Teklif Grup Yöneticisi