Alçak Gerilim Devre Kesici Uygulamalarında Önemli Faktörler

Elektrik Mühendisliğinde oldukça sık karşılaşılan alçak gerilim devre kesicilerin elektrik sistemleri içerisinde kontrolü oldukça önemlidir. Bu yazımızda alçak gerilim devre kesicilerini etkileyen belli başlı faktörleri inceleyeceğiz.

A- A+

09.12.2018 tarihli yazı 6451 kez okunmuştur.

Alçak gerilim devre kesicilerini hassas olarak ele alabilmek için kesicinin modeli, boyutları, servis şartları, yük türleri, elektrik dağıtım sisteminin karakteristiği, diğer koruyucu elemanlar ve hatta bakım sıklığı gibi parametreleri de dikkate almak gerekir.

Koruma

Sistemin korunması kısaca; kısa devre veya hasar verici sıradışı hareketlenmeler meydana geldiğinde etkilenen alanın izolasyonunu ve sistemin geri kalanından ayrılmasının sağlanması şeklinde ifade edilebilir.

Kısa devre aşağıdaki şekillerde olabilir :

► Faz-Toprak (R-N)
► Faz-Faz-Toprak (R-S-N)
► Üç Faz (R-S-T)
► Üç Faz-Toprak (R-S-T-N)

Bunlarla birlikte tüm kısa devre durumları bir veya daha fazla fazda veya toprak bağlantı hattında sıra dışı akım eğrileri meydana getirir. Sistemde meydana gelebilecek düzensizliklerin tespit edilmesi gereklidir. Bu doğrultuda sistemde gerekli yalıtım işlemleri yapılmalıdır.

Aşırı akım korumasında iki yöntem kullanılmaktadır:

► Faz Aşırı Akım Koruması
► Topraklama Koruması

Başlangıçta faz aşırı akım durumları bu yüklerin büyüklükleriyle orantılı olarak tespit edilir. Tepki süresi belirli bir akım-zaman karakteristik eğrisine bağlıdır. Topraklama koruma akımının yeterli büyüklükte olup olmadığı da faz aşırı akım cihazları ile tespit edilebilir. Bu cihazların minimum akım ölçüm hassasiyetlerinin altında kalan değerlerde ise belirsizlik söz konusudur.

Bir trafo veya jeneratördeki nötr topraklama iletkeni akım algılayıcıya bağlı olarak kullanılabilir. Kesiciler faz aşırı akım koruması veya topraklamadan gelen sinyale tepki olarak tüm faz iletkenlerinin açılmasını sağlanması yönünden avantajlıdır. Bir diğer avantajlı nokta ise sensörler ve akıllı devre sistemlerine sahip olmalarıdır. Bu da kontrol bileşenlerine yapılacak dış bağlantı ihtiyaçlarını en aza indirir.

Yaygın olarak kullanılan termik manyetik şalterlerin aynı fiziksel boyutlarda farklı akım değerlerinde çalışabilen modelleri bulunmaktadır. Fiziksel ölçülere göre veya sürekli akım değerlerine göre seçim yapmak yeterli olmayabilir. Kesme akımı da mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır.

Akım sınırlayıcı sigortalar, kesicilere entegre sigortalar veya akım sınırlayıcı kesiciler, kısa devre içinde izin verilen akımı düşürmeyi sağlayabilir. Aşağıda eğriler izin verilen akım ve I²t ilişkisini göstermektedir. Üreticiler tarafından verilen eğriler, kesicilerin seçim ve kullanımına yardımcı olması için hazırlanmaktadır. (Figure 1a - Figure 2a)

►İlginizi Çekebilir: Elektrik Tellerindeki Kırmızı-Beyaz Küreler-İkaz Küreleri

İki termik manyetik şalter birbirine bağlandığında yük paylaşımına olanak sağlanabilir. Şekilde verilen şema örnek bir test sistemidir. Seri bağlı yükler, test raporunda sunulan özel kesici türleri ile belirlenmelidir.

Seri Bağlı Yükler

►İlginizi Çekebilir: Motor Koruma Rölesi Nedir?

Faz aşırı akım koruması için önemli temel noktalar ;

► Sürekli akım yükünün, ayarlanabilir gecikme karakteristikleri bakımından, açma olmadan ulaşılabilecek seviyeden yüksek seçilmemesi

► Termik manyetik şalterlerde ayarlanabilir ani açma karakteristiklerinin avantajının göz önünde bulundurulması

► Topraklama akımının verebileceği zararın minimize edilmesi

olarak belirtilebilir.

Seçicilik Koordinasyonu

Koruma işlemi göz önüne alındığında kesicinin performansı, iletkenler ve ona bağlı olan yükler ile doğrudan ilişkilidir. Koordinasyonun düzgün bir şekilde gerçekleştirilmesi için kesiciler kadar, destek kısmında veya yük kısmında yer alan diğer koruyucu ekipmanların da özenle incelenmesi gerekir. Koordinasyonun temel amacı, sistem içerisinde bulunan koruyucu ekipmanların birbirleri arasındaki öncelik sırasının belirlenmesidir. Genellikle koordinasyon durumu akım-zaman karakteristiği grafiği ile gösterilir. Burada kesici eğrilerinin üst üste gelmemesine dikkat edilmelidir

Akım-Zaman Grafiği

►İlginizi Çekebilir: Alçak Gerilimde Devre Kesiciler Nasıl Seçilir?

Genellikle koordinasyon işlemlerinde kesicilerin kısa gecikme süreleri içerisinde çalışması ve tüm akım durumlarında da aynı performansın gösterilebilmesi beklenir. Yüke karşı gereken işlemlerin yapılması, bir sonraki yüklenmede kesicide meydana gelebilecek mevcut kısa devre akımını kayda değer biçimde düşürülmesini sağlar. Eğer kesicideki kısa devre akımı, besleyici kesicisinin ani açma ayarından düşük ise önceliklendirme koordinasyonu sağlanmış demektir.

►İlginizi Çekebilir: Çok Kanallı Elektronik Devre Kesiciler

Koordinasyonda alternatif bir metod ise bir veya daha fazla elektronik açma ünitesini tek bir sistemde araya getirmektir. Bu sistemde kesici kaçak akım noktasına en yakın konumda ve minimum gecikmeyle açma yapacak şekilde konumlandırılır.

Seçicilik koordinasyonunda özetle tam ve kısmi olarak iki ana yol bulunur. Birincisi tam seçicilik olan ve yük tarafındaki koruma ekipmanının diğer ekipmanlara koruma sağlamasıdır. Kısmi seçicilikte ise yük tarafındaki ekipmanın belirli bir sınır akım değerine kadar diğer ekipmana koruma sağlaması yöntemidir.

Güç Faktörü Değerlendirmeleri

Normal koşullarda sistemin kısa devre güç faktörü şalter gibi ekipmanların kullanımı için göz önünde bulundurulması gereken bir konudur. Pratik olarak çoğu uygulamada yerleşmiş olan durum, test güç faktörünü korumaya yetecek kadar düşük olarak değerlendirilir.

Tablo-1 (Test Devresi Güç Faktörü)

Tablo-2

Güç faktörü ve X/R oranı her bir sistem için tanımlanmıştır. (Tablo-2) Bu faktörler laboratuvar testlerinde maksimum akımlarla hesaplanmıştır. Faktörlerin çarpımı, kısa devre akımını maksimum geçiş kayması olan ilk yarım çevrim kısa devre akımı ile eşit değere getirir. Yani:

t : zaman ( gerilim uygulandığında sıfırdır )
α: elektriksel açı (t=0 anında devre kapalıdır)
θ: güç açısı = tan^-1(ωL/R)
Z: √(R²+( ωL)²)

t=0 ve ani gerilimde sıfır iken aşağıdaki denkleme ulaşılabilir:

CIRC: İncelenen devre
TEST: Kesici kullanılan devre

Gerilim Değerlendirmesi

Bir kesici ekipmanının anma gerilimi, ekipmanın çalışma şeklini belirleyen ve testlerle kanıtlanmış gerilim değeridir. Bazı çok kutuplu kesicilerde bu gerilim fazlar arası gerilim olarak belirtilir. Kesicinin çalışma gerilimi sistem gerilimine eşit veya daha büyük olmalıdır. İzolasyon gerilimi ve darbe dayanım gerilim değerleri sistemde oluşabilecek maksimum gerilime dayanabilecek seviyede olmalıdır.

a) Tekli Topraklama b) Çiftli Topraklama c) Üçlü topraklama

Tekli topraklamada, kaçak akım oldukça yoğun bir şekilde bağlantı hattı tarafından kısıtlanmaktadır. Çiftli topraklamada gerilim, faz gerilimi ve şebeke gerilimi arasında herhangi bir değerde aktarılır. Yukarıda görülen her bir bağlantıda kesiciler mutlaka kullanılmalıdır. Tablo 3’teki referans test değerleri göz önüne alındığında her bir kesici kaçak akımda faz gerilimleri ile test edilmiştir. Aynı zamanda, her bir kutup bağımsız olarak şebeke gerilimi ile Tablo 3’te gösterildiği şekilde test edilmiştir.

Tablo-3

Bu test değerleri UL-489 sertifikalandırması için gerekli minimum değerleri göstermektedir. Bu değerler, tek fazlı kısa devre analizi yapmak isteyen sistem tasarımcıları için hazırlanmıştır.

Sonuç

Alçak gerilim devre kesici uygulamalarında ekipman ve yöntem seçiminde kısaca dikkat edilmesi gereken noktaları toparlayacak olursak;

Aşırı akım korumasında kullanılacak ekipmanların dahili olarak bağımsız ünitelere sahip olması gerekir. Ekipmanlarda çalışan hareketli parçaların dış ortama açık olmayan modellerinin seçilmesi daha uygun olacaktır. Kesici açtıktan sonra kolayca yeniden kurulabilen modeller tercih edilmelidir. Faz iletkenleriyle yapılmış olan bağlantıların güvenli ve hızlı şekilde kesma-açma işlemleri gerçekleştirilebilmelidir. Şalter seçiminde açma (kesme) oranları dikkatlice belirlenmeli ve sisteme uygun değerler için oluşturulmuş tablolar incelenmelidir.

Yazar: Bedirhan Şen

Kaynak:

►electricalengineeringportal.com