Alçak Gerilim İletkenlerinde Elektromanyetik Uyumluluk |
1. Bölüm

Elektrik ve elektronik sistemlerin tümünde elektromanyetik uyumluluk göz ardı edilmemesi gereken önemli bir husustur. Devre tasarımından elektrik üretim ve dağıtım sistemlerine kadar birçok alanda gerekli koruma önlemleri tesis edilerek standartlar sağlanmaktadır. Bu içeriğimizde alçak gerilim iletkenlerinde elektromanyetik uyum süreçlerinin önemini derledik.

A- A+

11.04.2021 tarihli yazı 6648 kez okunmuştur.

Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) Nedir?

IEC 61000 standardında da belirtildiği üzere elektromanyetik uyumluluk; Elektrik veya elektronik sistemlerin, cihazların veya ekipmanların, birlikte yer aldığı elektromanyetik ortam içerisinde birbirinden ve çevresel faktörlerden etkilenmeden bir arada çalışmasıdır.

Son yıllarda iletişim ve dijitalleşme alanında yaşanan ilerlemeler nedeniyle mevcut sistemler birden fazla alt sistemin bir araya gelmesi sayesinde oluşmaktadır. Bu sistemlerin çeşitliliği kadar anahtarlama hızlarının da yüksek olması istenmeyen elektromanyetik girişim problemlerini de beraberinde getirmektedir. Bu sistemler içerisinde dijital ve analog sinyallerin iletimi için kullanılan kontrol ve sinyal kabloları doğru tipte seçilmediği ve doğru şekilde konumlandırılmadığı takdirde elektromanyetik girişim sonucu oluşan parazitler bu iletkenler üzerinde istenmeyen akımlara neden olabilir.

Şekil1: Elektromanyetik Alan Teorimini Modelleyen Bir Görsel

► İlginizi çekebilir: Elektrik Sistemlerinde Neden 50 Hz Frekansı Kullanılır?

Endüktif Kuplaj

Uygun mesafede tesis edilmemiş bir güç kablosu bir kontrol veya sinyal kablosunda elektromanyetik girişim yaratarak endüktif bir gerilim oluşturmaktadır.

Bu girişimi ve oluşan indüksiyonu yakından inceleyecek olursak güç iletkeninden geçen akım şekil 2’de gösterildiği gibi manyetik akı üretir. Manyetik akının oluşturduğu manyetik alan içerisinde sürekli olarak yer alan bir kontrol kablosu üzerinde aynı güç frekansına ait olarak indüklenen bir gerilim oluşacaktır. Bu durumda indüklenen gerilimin büyüklüğü iletkenler arasındaki karşılıklı endüktansa ve iletken üzerinden geçen akıma bağlıdır.

Şekil 2: Güç Kablosunun Uygun Mesafede Tesis Edilmeyen Alçak Gerilim Kabloları Üzerinde Oluşturduğu Elektrik Alan

Kontrol kablosu üzerinde endüklenen voltajı şu şekilde hesaplayabiliriz:

► E (kontrol kablosu) = M × di/dt

M: Güç kablosu ve kontrol kablosu arasında oluşan karşılıklı endüktans.

I: İletken üzerindeki akım

Aşağıdaki örnekte elektrik alanı birlikte hesaplayalım.

►Örnek: 3 fazlı 230 kV’luk bir sistemde bulunan 1 faz iletkeninin 8m uzaklıkta oluşturduğu elektrik alanı hesaplayın. (Karakteristik empedansı 350 Ω/faz olarak alınız)

h = 8 m,

Zs = 350 Ω/phase

Sistem Gerilimi = 230 kV

1 Faz için gerilim (230 kV/1.732) = 132.8 kV

Elektrik alan formülünü uygulayacak olursak:

E = (377 × Vph) / πZsh

E = (377 Ω) (132.8 kV) / π (350 Ω) (8 m) = 5.7 kV/m

Kapasitif Kuplaj

İletkenlerin birbirleri üzerinde yarattığı kapasitif kuplaj bilindiği üzere gürültü akımlarına sebep olmaktadır. Temel devre teorisindeki C = εA/d denklemine göre kapasitansın (C), alan (A) ve mesafe (d) ile ilişkili olduğunu biliyoruz. Denkleme göre alan arttıkça kapasite artarken, mesafe arttıkça kapasite azalır. Bu durumda basitçe düşünüldüğünde yapılması gereken en doğru işlem kabloların birbirinden yeterli mesafede ayrı bir şekilde konumlandırılmasıdır. Şekil x’te görüleceği üzere güç iletkeni ve kontrol kablosu arasında yeterli mesafe sağlanamadığı takdirde kapasitif kuplaj devresi oluşacaktır. Kapasitans, burada gerilim bölücü görevi görmektedir. Geçici anahtarlama işlemleri sırasında, kontrol kablosunda indüksiyon akımları oluşur. İndüklenen akımları hesaplayabilmek için aşağıdaki denklemi kullanırız:

► i = C × dV / dt

Denkleme göre güç iletkeni ile kontrol kablosu arasındaki mesafenin artması, kontrol kablosundaki indüklenen gerilimi azaltır.

Şekil 3: İletkenlerin Birbirleri Üzerinde Oluşturdukları Kapasitif Etki ve Kuplaj Devresi

Şekil 3’teki devreyi inceleyecek olursak yeterli olmayan H mesafesi sonucunda V1 geriliminin oluşması sonucu oluşan indüksüyon kuplaj gerilimi olarak Vn meydana getirir. Bu nedenle C12 ve C20 olarak görülen kapasitif devre oluşumu gerçekleşmektedir.

“Uygulamalarda, çift bükümlü ve ekranlı kablo kullanımının endüktif ve kapasitif etkiyi büyük oranda azalttığı tespit edilmiştir.”

Kontrol Kablolarında Kabul Edilebilir İndüksiyon Gerilimleri

IEC 61000-4-4 e göre kontrol kablolarındaki kabul edilebilir indüksiyon gerilimleri tablodaki gibidir. Bu tablo aşağıdaki 4 farklı kategoriye göre oluşturulmuştur.

Seviye 1 - İyi korunmuş

Seviye 2 - Korumalı

Seviye 3 - Tipik endüstriyel ortamlar

Seviye 4 - Ağır endüstriyel ortamlar

Tablo 1: IEC 61000-4-4'e Göre Kontrol Kablolarındaki Kabul Edilebilir İndüksiyon Gerilimleri

► İlginizi çekebilir: Elektromanyetik Girişim (EMI) ve Uyumluluk (EMC) Nedir? | ElektrikPort Akademi

Güç, Sinyal ve Kontrol Kablolarının Standartlara Göre Tesis Edilmesi

Yazımızın diğer bölümlerinde bahsetmiş olduğumuz kapasitif ve indüktif etkiler göz önünde bulundurulduğunda, herhangi bir devre veya sistemin bütününde, güç, sinyal ve kontrol kablolarının standartlara göre tesis edilmesi büyük bir önem taşımaktadır.

Bu etkilerin oluşumunun engellenmesinde 3 faktör oldukça önemlidir:

► 1.Kablolar Arasındaki Mesafe

► 2.Doğru Kablo Tipinin Seçilmesi

► 3.Doğru Kablo Taşıyıcılarının Seçilmesi ve Tesis Edilmesi

1. Kablolar Arasındaki Mesafe

Kablolar arasındaki mesafe iletken çeşitlerine ve özelliklerine göre değişmektedir. Güç kabloları ve sinyal kabloları arasındaki mesafe korunurken aynı tipteki kablolar arasındada doğru mesafe korunarak uygulama gerçekleştirilmelidir.

Şekil 4’te görüleceği üzere bir güç kablosu ile sinyal kablosu arasındaki mesafe “d” olarak verilmiştir. “R” güç kablosu için yarıçap mesafesi olup kablo üzerinde meydana gelen eletromanyetik girişim için aralarındaki ilişki şu şekildedir:

(Kablolar arasındaki mesafe (d))/(Güç kablosu çapı)>5