1.400 Voltu 50 Mikrosaniyede Kesiyor: DC Güvenliğinde Yeni Çağ

ABD enerji şebekesi, hem artan elektrik talebi hem de yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşması nedeniyle önemli bir dönüşüm baskısı altında. Özellikle doğru akım (DC) sistemleri, veri merkezleri ve yenilenebilir enerji altyapıları için daha yüksek verimlilik sunsa da, teknolojinin yaygın kullanımını sınırlayan en önemli etken, yetersiz koruma çözümleri.

Geleneksel mekanik devre kesiciler, DC akımın tek yönlü yapısı nedeniyle akımı hızlı ve güvenli bir şekilde kesme konusunda yetersiz kalıyor. Bu da ısınma, kıvılcım ve yangın riski gibi ciddi güvenlik sorunlarını beraberinde getiriyor. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndaki (ORNL) araştırmacılar ise soruna yarı iletken tabanlı bir çözüm geliştirdi.

Yarı İletken Tasarımıyla Hız ve Güvenlik

ORNL liderliğinde yürütülen projede, orta gerilim DC sistemlerini hızlı, güvenli ve uygun maliyetli şekilde koruyabilen yeni bir yarı iletken devre kesici tasarlandı. Projeyi yöneten Prasad Kandula, “Doğru akım için orta gerilim devre kesicilerin eksikliği, elektrik iletiminde esnekliği sınırlayan bir engeldi.” dedi. Kandula ayrıca, “Geliştirilen teknoloji, şebekenin güvenli ve kesintisiz çalışmasına katkı sağlarken, artan nüfus ve ekonomik büyüme için daha fazla enerjinin ulaşılabilir hale gelmesini mümkün kılıyor.” ifadelerini kullandı.

Geliştirilen sistem, eski ama güvenilir bir yarı iletken olan tiryastorları temel alıyor. Tiryastorlar doğrudan kapanma yeteneğine sahip olmasa da, araştırma ekibi harici bir devre aracılığıyla akımı sıfırlamayı başardı. Ortaya çıkan prototip, 1.400 voltluk bir akımı 50 mikrosaniyeden kısa sürede kesebildi, yani önceki tiryastor tabanlı sistemlerden 4 ila 6 kat daha hızlı bir performans anlamına geliyor.

Ölçeklenebilirlik ve Uygulama Alanları

Prototipin gerçek dünyadaki kullanımı için daha yüksek gerilimlere ölçeklenmesi gerekiyordu. Ekip, birden fazla kesiciyi seri şekilde bağlayarak sistemi genişletti. Böylece gerilimin tüm kesiciler arasında eşit dağılması sağlandı ve arıza anında anında tepki verme kapasitesi korundu. Yapılan testlerde sistem, 1.800 voltluk akımı başarıyla kesebildi. Hedef, 10.000 volt seviyesine ulaşmak ve DC şebekeleri için gerekli performans eşiğini aşmak.

Bugüne kadar, ticari olarak sunulan hiçbir devre kesici 2.000 voltu aşan DC akımı güvenli şekilde kesememişti. ORNL’nin geliştirdiği sistem bu anlamda önemli bir eşik konumunda. Özellikle YZ destekli veri merkezleri, ileri üretim tesisleri ve modüler enerji sistemleri gibi alanlarda, bu tür kesicilere kritik ihtiyaç bulunuyor.

Yarı iletken tabanlı sistemler, kıvılcım oluşumunu önleyerek geleneksel mekanik kesicilerin risklerini ortadan kaldırıyor. Kandula, “Doğru akıma geçtiğinizde, akımda doğal bir sıfır noktası bulunmuyor. Bu yüzden mekanik bir anahtar, ısı birikmesini ve potansiyel yangını önleyecek hızda tepki veremiyor.” dedi.

Araştırma, ABD Enerji Bakanlığı Elektrik Ofisi tarafından finanse ediliyor ve mühendisler Marcio Kimpara ile Elvey Andrade tarafından destekleniyor. ORNL, UT-Battelle tarafından Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi adına yönetiliyor. Geliştirilen teknoloji, ABD'nin ulaşım, ileri üretim ve büyük ölçekli bilişim sistemleri dahil olmak üzere farklı sektörlerdeki enerji ihtiyaçlarını karşılamak üzere modüler orta gerilim donanımlarının geliştirilmesi yolunda kritik bir adım olarak değerlendiriliyor.

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/semiconductor-dc-breaker-grid-upgrade