elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Orta Gerilim Elektrik Panolarında Akım Değerlerinin Sıcaklık Artışı Üzerindeki Etkileri ve Tasarım Çözümleri

Orta gerilim (OG) elektrik panoları endüstriyel ve ticari elektrik dağıtım sistemlerinin en kritik bileşenlerinden biridir. Bu sebeple ilgili sistemlerdeki akım değerlerinin doğru yönetimi, tesis güvenliği ve performansı açısından ciddi öneme sahiptir. Bu makalede, akımın orta gerilim panolarındaki iletkenler üzerinde bıraktığı ısıl etkilerinin mühendislik perspektifinden analizi yapılacaktır.



A- A+
11.04.2025 tarihli yazı 457 kez okunmuştur.
Elektrik panolarında taşınan akım ile iletkenlerde oluşan direnç nedeniyle sıcaklık artışı meydana gelir. Bir iletkende ısı artışı miktarı P=I2R formülüyle ifade edilir [1] (Joule Yasası).

P= Güç (Watt, W)
I= Akım değeri (Amper, A)
R= Direnç (Ohm, Ω)

Yüksek akım değerlerinde iletkenlerdeki sıcaklık artışı daha fazla olur. Bu durum, Joule yasasına göre açıklanabilir.

Akımın karesiyle doğru orantılı olan güç, akım değeri arttıkça üstel olarak artar. Bu nedenle, yüksek akım değerleri, iletkenlerde daha fazla enerji kaybına ve dolayısıyla sıcaklık artışına neden olur. Ayrıca, yüksek akım değerleri iletkenlerin çevresinde daha yoğun bir elektriksel stres yaratır ve ısının iletkenden yeterince hızlı bir şekilde dağıtılamamasına yol açar.

Sıcaklık artışı, sadece kullanılan malzeme özellikleri ile sınırlı değildir. Aynı zamanda panoların mekanik tasarımı ve soğutma mekanizmaları gibi etmenler de sıcaklık artışını etkileyen faktörlerdendir. Bu sebeple; bir panoda akım değeri arttıkça, pano içerisindeki yükselen sıcaklığı sınırlandırmak için soğutma yöntemleri kullanılır.

Yaygın olarak kullanılan soğutma yöntemleri aşağıdaki gibidir;

Havalandırma yöntemi,

a) doğal havalandırma
b) cebri (fanlı) havalandırma

Panonun akım taşıyan baraları için uygulanan özel kaplama çözümleri,

►  Akım taşıyan baraların kesitlerinin artırılması,
 

1. Havalandırma Yöntemi


Doğal havalandırma sisteminde pano üzerine IP (Ingress Protection) sınıfını [2] bozmayacak şekilde havalandırma açıklıkları yerleştirilir. Doğal havalandırma yöntemi sayesinde, ortam havasının pano içerisine girerek sıcaklık artışını engellemesi ve akım taşıma kapasitesinin istenilen seviyede tutulması sağlanmış olur.
 

 
Şekil 1: Doğal Havalandırma Sistemi


 


Panoya fan eklenmesi ile yapılan cebri havalandırma sisteminde ise; Şekil 2’de paylaşıldığı gibi panoya ilave edilen fanın çektiği hava sayesinde sıcaklık artışının en fazla olduğu kritik bölgelerin soğutulması sağlanır.
 

 
Şekil 2: Cebri Havalandırma Sistemi

Bunun yanı sıra orta gerilim elektrik panolarının bulundukları çevre koşulları da pano içerisindeki ortam sıcaklığını etkilemektedir. Bu sebeple panoların kompartmanlarına eklenen ısıtıcılar ile panonun içerisindeki ortam sıcaklığının istenilen seviyede tutulması sağlanmaktadır.
 

2. Kaplama Çözümleri


Orta gerilim panolarında kullanılan baralarda, kontak geçiş direncinin yüksek olduğu yerlerde doğrudan bakır-bakır yüzey temasının yerine, bakır-gümüş yüzey temasının baralar üzerindeki sıcaklık artışını engelleyici etkisi vardır. Bunun ana sebebi, gümüş elementinin elektriksel iletkenliğinin yüksek olmasıdır. Gümüş kaplama uygulaması, bakır yüzeylerdeki temas direncini düşürerek elektrik akımının daha efektif bir şekilde iletilmesini sağlar. Bu sayede, panoya ait baraların akım taşıma kapasiteleri korunmuş olur.

Özetle; yüksek akım değerlerinde, özellikle sıcaklık artışının kritik olduğu akım taşıyan baraların temas yüzeylerine gümüş kaplama çözümü uygulanır. Örnek olarak gümüş kaplama kullanılan bazı kritik bölgeler aşağıda paylaşılmıştır.

► Anabara bağlantı yüzeyleri,
► Baraların akım trafolarına olan bağlantı yüzeyleri,
► Kesici kontak kolları ile anabara/kablo bölmesi sabit kontak bakırları vb.

Yukarıda belirtilen bakır yüzeyine yapılacak gümüş kaplama işleminin DIN EN ISO 2819 (sıcaklık yöntemi: 250°C/30 dk) standardına uygun şekilde yapılması gerekmektedir [3]. Bakırlara gümüş kaplama prosesi uygulanmadan önce, bakır yüzeylerinin leke, kabarcık ve kararmadan arındırılmış olması gerekmektedir.

Aşağıda Şekil 3’te bir OG panosunun kablo bağlama bakırlarının, akım trafosuna (kablo bölmesi akım ölçüm trafosu) olan bağlantısındaki bakır-gümüş yüzey teması belirtilmiştir.
 

 
Şekil 3: Bakır-gümüş yüzey teması örnek
 

3. Bara Kesitleri


Panolardan geçen akım değeri yükseldikçe, akım taşıyan baraların kesitleri ve buna bağlı olarak adetleri de değişmektedir. Bu tasarım değişiklikleri, akım taşıma kapasitesinin korunması ve buna bağlı olarak enerji kayıplarının azaltılmasında etkili bir çözüm sunmak için kullanılmaktadır. Ancak, baraların kesitlerinin artırılması, ilgili panonun gerilim değerine uygun krepaj mesafesini (faz-faz ve faz-toprak arası dielektrik mesafe) bozmamalıdır.

Krepaj mesafesinin doğru şekilde korunması, özellikle yüksek gerilime sahip şalt tesislerinde kritik öneme sahiptir. Bu konuda IEC 62271-200 standardı, net bir ölçü belirtmemekle birlikte, tasarımın yıldırım darbe testine tabi tutularak dielektrik performansının doğrulanmasını şart koşmaktadır.[4]

Akım değerine göre tercih edilen bara kesitlerine verilebilecek örnekler ise şu şekilde sıralanabilir:


Bu tasarım yaklaşımları hem akım taşıma kapasitesinin artırılmasını hem de dielektrik güvenliğinin korunmasını hedeflemektedir.


Analiz ve Sonuçlar

Orta gerilim elektrik şalt tesislerinde kullanılan panoların akım değerlerinin artışı, tesislerin performansı ve güvenliği açısından dikkate alınması gereken birçok teknik zorluk oluşturmaktadır. Akım taşıyan iletkenlerdeki sıcaklık artışını kontrol altına almak için havalandırma sistemleri, özel kaplama çözümleri, akım taşıyan baraların kesitlerinin artırılması gibi mühendislik yaklaşımları kritik öneme sahiptir. Bu yöntemler, yalnızca enerji kayıplarını azaltmakla kalmaz. Aynı zamanda panoların dayanıklılığını ve verimliliğini artırarak şalt tesislerin güvenliğine katkıda bulunmaktadır.

Makalede sunulan çözümler, ilgili standartlarla uyumlu şekilde uygulandığında, orta gerilim elektrik panolarının yüksek akım değerlerinde güvenli ve etkin bir şekilde çalışması sağlanmaktadır.


 
Siemens A.Ş. 
Akıllı Altyapılar Bölümü, Elektrik ve Otomasyon Birimi
Çağkan Gemicioğlu - Makine Mühendisi

Kaynakça:

[1] Çağlayan, M. (2019). Elektrik ve Elektronik Mühendisliğine Giriş. Nobel Yayıncılık.
[2] IEC 62271-200 High-voltage switchgear and controlgear - Part 200: AC metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and including 52 kV
[3] DIN EN ISO 2819:2018, Metal kaplamalar ve kaplamalı metaller- Deneylerin uygulama şekli (Coatings on metal substrates - Test methods).
[4] IEC 62271-200 High-voltage switchgear and controlgear - Part 200: AC metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and including 52 kV- 6.1 Isolating distances


Aktif etkinlik bulunmamaktadır.
ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar