Busbar Sistemlerindeki Gerilmeler ve Azaltma Yöntemleri

Bir iletken akım taşıyorsa, bir kuvvet üretmek için mevcut diğer manyetik alanlarla etkileşime giren bir manyetik alan oluşturur. İki komşu iletkenden akan akımlar aynı yönde olduğunda, çekim kuvveti zıt yönlerde olduğunda ise itici bir kuvvet oluşur. Bu yazımızda busbar sistemlerindeki gerilmeleri ve azaltma yöntemlerini inceledik.

A- A+

23.11.2016 tarihli yazı 18942 kez okunmuştur.

"Birçok busbar sistemlerinde, akım taşıyan iletkenler genellikle düzdür ve birbirine paraleldir."

"İki iletken tarafından üretilen kuvvet, akımlarının çarpımlarıyla orantılıdır."

Normalde çoğu bara sisteminde kuvvetler çok küçüktür ve ihmal edilebilir. Ancak kısa devre koşulları altında büyüktürler ve iletken izolatörünü tasarlarken iletken malzeme yapısı gerilmeleri ve bunlarla ilgili desteklerin yeterli olmasını sağlamak için güvenlik faktörleri ile birlikte düşünülmesi gerekir. Dikkate alınması gereken bu faktörler şu şekilde özetlenebilir:

► Doğrudan yanal çekici ve itici kuvvetler nedeniyle gerilmeler
► Titreşim gerilmeleri
► Yanal sapmadan kaynaklanan uzunlamasına gerilmeler
► Yanal sapmalara bağlı olarak büküm momentleri

Çoğu durumda, kısa devrelerden kaynaklanan kuvvetler aniden uygulanır. Doğru akımlar tek yönlü kuvvetlere neden olurken, alternatif akımlar titreşim kuvvetleri üretir.

►İlginizi Çekebilir: Bara Birleştirmede Kullanılan 5 Yöntem

Maksimum Gerilmeler

Bir bara sistemi normal olarak çalışırken, ara faz kuvvetleri baraların statik ağırlığı baskın bir bileşen olduğu için normalde çok küçüktür. Kısa devre koşulları altında akım, normal değerinin yaklaşık otuz misli artar ve birkaç devirden sonra başlangıç değerinin on katına düştüğü için durum böyle değildir. Bu yüksek geçici akımlar, yalnızca busbarlarda değil aynı zamanda destek sistemlerinde de büyük mekanik kuvvetler yaratır.

"Destek izolatörlerinin ve bunlarla ilişkili çelik yapıların, rüzgar, buz, sismik ve statik yükler gibi normal yapısal gereksinimlerinin yanı sıra bu yüksek yüklere dayanacak şekilde tasarlanması gerektiği anlamına gelir."

Tepe değerinde veya tamamen asimetrik kısa devre akımı, busbarlarla ilgili elektrik tesisatının güç faktörüne (cos φ) bağlıdır. Bu değer, rms simetrik akımı, dengeli üç fazlı kısa devre gerilmelerinde verilen uygun faktör ile çarpılarak elde edilir.

Sistemin güç faktörü bilinmiyorsa, özelliklede jenerasyon söz konusu olduğunda, 2.55 faktörü gerçek sistem değerine yakın olacaktır. Bu faktör için teorik maksimumun cos φ = 0 olduğunda 2√2 veya 2.828 olacağına dikkat ediniz. Bu tepe değerleri katlanarak azalır ve yaklaşık 10 çevrimden sonra faktör 1.0'a düşer. Bu nedenle tepe kuvvetleri, normal olarak, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ilk iki döngüde (0.04 s) meydana gelir.

►İlginizi Çekebilir: Ofislerde Busbar ve Kanal Kullanımı

Tamamen asimetrik bir akım dalgası durumunda, kuvvetler, besleme frekansına eşit bir frekansta ve dalga simetrik hale geldiğinde ise iki kat frekansta uygulanacaktır. Bu nedenle, 50 Hz besleme durumunda bu kuvvetlerin frekansı 50 veya 100 Hz olur.

Bir bara yapının maruz kalma ihtimali olan maksimum gerilmeler, hat kısa devre akımlarının 180° yer değiştirdiği tek fazlı bir bara sisteminde kısa devre esnasında meydana gelir.

Üç fazlı bir sistemde, iki faz arasındaki kısa devre, tek fazlı durumla hemen hemen aynıdır ve faz akımları normalde 120° yer değiştirmiş olsa da, kısa devre koşullarında, iki fazın faz akımları neredeyse 180° faz dışıdır. Üçüncü fazın etkisi ihmal edilebilir.

"Dengeli bir üç fazlı kısa devrede, üç fazın herhangi birindeki sonuç kuvvetleri, tek fazlı durumda olanlardan daha azdır ve üç fazın göreli fiziksel konumlarına bağlıdır."

Tek fazlı bir kısa devre durumunda üretilen kuvvetler tek yönlüdür ve bu nedenle yön değiştiren üç fazlı kısa devre nedeniyle olanlardan daha şiddetli olurlar. Kısa devre kuvvetleri önce iletken tarafından absorbe edilmelidir. Bu nedenle, iletken, bu kuvvetler kalıcı çarpıtma olmadan taşımak için yeterli bir dayanıklılığa sahip olmalıdır. Bakır, diğer iletken malzemelerle karşılaştırıldığında yüksek mukavemete sahip olduğu için bu gereksinimi karşılar.

Bakırın yüksek mukavemeti nedeniyle yalıtkanlar daha düşük mukavemetli malzemelerle mümkün olduğu orandan daha geniş aralıklarla yerleştirilebilir.

İletken Gerilmelerini Azaltma Yöntemleri

Normal akımlarda titreşim olasılığı olan durumlarda veya iletkene zarar veren kısa devre kuvvetlerine maruz kaldığında, aşağıdaki durumlar bu etkiyi azaltabilir veya ortadan kaldırabilir:

A) İzolatör destekleri arasındaki mesafeyi azaltmak. Bu yöntem, sürekli titreşimin ve bunun kısa devre kuvvetlerinden kaynaklanan etkilerini azaltmak için kullanılabilir.
B) İzolatör destekleri arasındaki mesafeyi arttırmak. Bu yöntem yalnızca sürekli bir akımdan kaynaklanan titreşim etkilerini azaltmak için kullanılabilir. Bir kısa devre akımı nedeniyle gerilmeleri artıracaktır.
C) İletken desteklerinin esnekliğini arttırmak veya azaltmak. Bu yöntem kesintisiz akıma bağlı titreşim etkilerini azaltacaktır, ancak kısa devre kuvvetleri nedeniyle bunun üzerinde çok az etki bulunmaktadır.
D) İletken esnekliğini arttırmak. Bu sadece sürekli bir akımdan dolayı titreşimin etkilerini azaltmak için kullanılabilir. Kısa devre etkisi artar.
E) İletken esnekliğini azaltmak. Bu yöntem, sürekli bir akım veya kısa devre nedeniyle titreşimin etkilerini azaltacaktır.

Kaynak:

►electrical-engineering-portal