EC/ EN 61008 ve IEC/ EN 61009¹ standartları ile uyumlu olan AC tipi veya A tipi kaçak akım koruma röleleri, ev ve benzeri türü çoğu uygulamada kullanılır. Bununla birlikte, tüketici aletlerinde güç elektroniği teknolojilerinin kullanımının artması, toprak bağlantısı olan tüketici aletlerinde hata ve hata olmayan durumlarda yüksek DC bileşeni ve/veya yüksek frekanslı dalga şekillerine sahip kaçak akımlara yol açabilir. Bu akımlar, A tipi veya AC tipi kaçak akım koruma röleleri için uygun değildir ve onların doğru çalışmasını engeller. A tipi kaçak akım koruma röleleri 6 mA doğru akıma kadar kaçak akıma bağışıklıdır. 6mA üzerinde kaçak akım durumunda, A Tipi devre kesicilerin doğru çalışması garanti edilmez.

 

¹IEC/EN 61008 standardı yalnızca kaçak akım koruma anahtarlarını kapsarken, IEC/EN 61009 standardı dahaili aşırı akım korumalı kaçak akım koruma anahtarlarını ve otomatik sigortalarla birlikte kullanılan kaçak akım koruma bloklarını kapsar.

 

► Yüksek DC bileşen veya yüksek frekanslı akımlar üreten ekipmanların, toprak hatası durumunda, kaçak akım devre kesici duyarsızlaştığında düzgün açma olmayabilir (koruma yapılamaması, gecikmeli veya aşırı kaçak akım değerleri)
► Aynı kaçak akım koruma rölesi ile çalışan başka bir devre üzerinde bir hata durumunda kaçak akım devre kesici duyarsızlaştığında düzgün açma olmayabilir. (Bu hata akımı sinüzoidal alternatif bir şekle sahip olsa bile)
► Hata olmadığında parazitlerden dolayı istenmeyen açma

Bu problemleri çözmek için, 1990’larda B tipi kaçak akım koruma röleleri piyasaya sürüldü. IEC 62423 ürün standardının ilk basımı 2007 yılına dayanmaktadır (ve son yıllarda A tipi ve B tipi kaçak akım koruma röleleri arasındaki ara özelliklere sahip F tipi kaçak akım koruma röleleri piyasaya B Tipi KAKR ürün standardı onay aşamasında olduğundan, ilgili ürünleri de kapsayan kaçak akım koruma rölelerinin genel özelliklerini içeren IEC 60755 Teknik Raporu referans olarak kabul edilmektedir.



2013 yılında IEC EN 62423 standardının birkaç ufak değişiklikle birlikte ikinci sürümünün yayımlanması ile (Ev tipi ya da benzer tesisler için, aşırı akım korumalı veya korumasız, F tipi ve B tipi kaçak akım koruma röleleri) ev ve benzeri kullanımlar için B tipi kaçak akım koruma röleleri standardının gelişimi bir sonuca ulaşmış oldu. Bu ikinci sürüm B tipi akım röleleri için gerekli bazı küçük değişiklikler içerir. Ek olarak, daha önce tanımlanmamış bipolar B tipi ve F tipi kaçak akım koruma rölelerini içerir.

IEC/EN 62423 son sürümüne uygun olan B tipi kaçak akım koruma röleleri, B tipi kaçak akım koruma röleleri için tanımlanan, grafik gösterimi ‘t’ olarak adlandırılan, çeşitli kaçak akım formları ile Şekil 1’deki sembol ile ürün üzerine işaretlenir. IEC/EN 62423 standardının, A tipi kaçak akım koruma röleleri için belirtilen standartlara ek olarak, gereksinimleri ve testleri içeren IEC/ EN 61008 standardı veya IEC/EN 61009 standardı ile birlikte değerlendirilmesi gerekir. Bu standartlara, sadece endüstriyel uygulamalar için, IEC/EN 60947-2 standardı da eklenmelidir.

Şekil 1: B tipi kaçak akım koruma anahtarları üzerindeki semboller

IEC/EN 62423’ün yeni sürümü B tipi akım rölelerin test edilmesi gereken kaçak akım dalga formlarının çeşidini arttırmıştır. Çok sayıdaki dalga formu -çeşitli tek yönlü formları içeren, sabit doğru akım, yüksek frekanslı akımlar ve bunların farklı kombinasyonlarının dahil olduğu- üreten cihaz ne kadar karmaşık ve farklı olursa olsun B tipi kaçak akım koruma röleleri her türlü arıza akımına karşı doğru açma garantisi sağlar. Bu nedenle B tipi² kaçak akım koruma röleleri evrensel kaçak akım koruma cihazı olarak adlandırılır.
 

²Bu terminoloji yanlış yorumlanmamalı: B tipi KAKR’lar AC gerilime sahip şebekelerde kullanım için ür etilmiştir. (Sinüzoidal olmayan dalga şekli kaçak akım için geçerlidir. DC şebekeler için KAKR ürün geliştirilmesi devam etmektedir.

Şekil 2: B tipi kaçak akım açma dalga şekilleri

Kaçak akım koruma röleleri testleri, pozitif ve negatif kutuplarla, yavaş ve ani kaçak akım uygulanarak yapılır. Çeşitli dalga biçimleri için farklı açma ve açmama değerleri tespit edilir, nominal kaçak akım açma değerlerinin katları ( IΔn) olarak ifade edilir ve daima AC temel frekansa refere eder. Kaçak akım açma limit değerleri tespit edilirken, çeşitli dalga formlarının insanlar için tehlikeli tipleri hesaba katılır ve aynı zamanda hata olmadığı anlarda parazitlerden dolayı açma riski azaltılırken, servis sürekliliği arttırılır (gürültü filtre edilir).

Örneğin, IΔn = 30 mA hassasiyete sahip B tipi bir kaçak akım koruma rölesi sabit doğru kaçak akım uygulandığında, DC akımın daha az tehlikeye sahip olduğu hesaba katılarak, maksimum 60 mA açma eşiğine kadar çıkabilir. Aynı sebepten 400 Hz bir kaçak akımda maksimum açma değeri 180 mA’ dir.

B tipi kaçak akım röleleri, yüksek doğru akım bileşenli (6 mA’den fazla)³ ve/veya yüksek frekanslı toprak hata akımı üreten lineer olmayan devreler için uygundur; başlıcaları Tablo 1’de gösterilmektedir.

 

³A tipi KAKR’lar maksimum 6mA’in üzerine her 20ms şebeke frekansı periyodunda en az 8.33ms periyoda sahip (50 Hz 150°lik elektriksel açıya eşittir.) darbeli kaçak akımı algılamaya uygundur.

 

Tablo 1: B tipi kaçak akım koruma anahtarı gerektiren güç devreleri

►  Doğrultucular (redresörler), genellikle üç fazlı ya da tek fazlı ( 1,2,3 durumları)
►  Yüksek düzeltme kapasiteli yarım dalga doğrultucular (redresörler) (4)
►  Aktif güç faktörü düzelten doğrultucular (redresörler) (5)
► Alternatif akım devresi ile galvanik ayrım yapılmamış kalıcı bağlantılı doğru akım üreticileri (ör: solar paneller) (6)
►  Değişken frekanslı sürücüler (7)


Bu devre konfigürasyonunu içeren ana ekipman tipleri:

►  Üç fazlı güç kaynaklı değişken frekanslı motor sürücüleri (endüstriyel makine, asansörler,vs...) (Şekil 5)
►  Fotovoltaik tesisler (Şekil 6)
►  Statik transfer sistemleri (STS) ve kesintisiz güç kaynakları (UPS) (Şekil 3)
►  Alternatif akımla beslenen elektrikli taşıtlar için şarj sistemleri (Şekil 4)
►  Doğru akım sürücüleri
►  Frekans dönüştürücüler
►  Tıbbi teşhis görüntüleme cihazları (CAT, MRI, vs.)

B Tipi kaçak akım koruma rölelerinin en tipik uygulamaları üç fazlı uygulamalar olmasına rağmen, özellikle yüksek güçteki tek fazlı uygulamaları da gözönünde bulundurmayı unutmayınız.

B tipi kaçak akım koruma röleleri içini daha önce A tipi kaçak akım koruma röleleri için sağlanan, parazitlerden dolayı oluşan istenmeyen açmalara karşı bağışıklık testleri ek olarak ilave edildi.

Bu testler⁵:

► 8/20 μs aralığında 3000 A değerine kadar dayanan normalize edilmiş darbe akımı (Şekil 7)
► 10 IΔn büyüklüğe kadar ve 10 ms’lik süreye kadar oluşan kaçak akıma karşı duyarsızlık (Şekil 8)

Bu özellikleri ile B tipi kaçak akım koruma röleleri, şebeke dalgalanmaları, elektronik yükler ve EMC filtreleri nedeniyle oluşan parazitler sebebiyle yaşanan açmalara karşı yüksek bağışıklı kaçak akım koruma rölelerine dönüşür.

Bundan dolayı, B tipi devre kesiciler bütün ‘zor’ yükler için, sadece koruma açısından değil, aynı zamanda servis sürekliliği açısından da ideal çözümdür.

 

⁵Bu test, parazitlere karşı yüksek direnç gösteren, A APR tipi KAKR’lara uygulanan testin aynısıdır.

 

Fotovoltaik sistemler için "AC ve DC taraflar arasında bir ayrım olmayan sistemler söz konusu olduğunda" eğer sürücüler ,elektrik sistemlerinde doğru hata akımlarını izole etmiyorsa, AC tarafta B tipi kaçak akım koruma röleleri kullanılmalıdır (bkz. IEC 60364 Madde 712.413.1.1.1.2)

Tıbbi kullanım için grup 1 ve grup 2 odalarında, olası hata akımının türünden dolayı sadece A tipi ya da B tipi kaçak akım koruma röleleri kullanılmalıdır (bkz. IEC 60364 Madde 710.413.1.3).

STS'ler be UPS'ler için eğer tasarımlarında doğru akım bileşenli toprak hata akımı olasılığı öngörülüyorsa, kurulum talimatlarında binanın kaçak akım devre kesicilerinin UPS’ler ve üç fazlı STS’ler için B tipi, tek fazlı STS ler için A tipi kaçak akım koruma röleleri kullanılması gerektiği belirtilmelidir (bkz. EC/EN 62040-1 Madde 4.7.12 ve EC/ EN 62310-1 Madde 4.1.10)

Elektrikli araçları şarj etmek için de, şarj istasyonu IEC 62196 serisi ile uyumlu bir priz veya araç konnektörü ile donatılmış ise, DC hata akımına karşı koruyucu önlemler almak gerekir. Örneğin B tipi kaçak akım koruma röleleri kullanılmalı (bkz. IEC 60364 Madde 722.531.2.101)⁶



Daha genel olarak, kaçak akım koruma anahtarının doğru seçimi için, daha önceki durumlarda yer almayan güç elektroniği ekipmanları için bkz. IEC 62103/EN 50178 (Güç tesislerinde kullanılan elektronik ekipmanlar) (Madde 5.2.11.2’ e göre) :

► Nominal giriş gücü ≤ 4 kVA olan mobil elektronik cihazlar daima A Tipi kaçak akım koruma röleleri ile uyumlu olacak şekilde tasarlanmış olmalıdır

► Nominal giriş gücü > 4 kVA ya da herhangi bir güçte belirlenmiş olup A tipi kaçak akım koruma röleleri ile uyumlu olmayan mobil elektronik cihazlar. Bu tip cihazlar üzerinde ve kullanım kılavuzunda B tipi kaçak akım koruma rölesi veya başka bir koruma yöntemi kullanılması gerektiği uyarısı bulunmalıdır. (örneğin izolasyon trafoları)

Şekil 7 - 8/20 μs darbe akımı

Şekil 8 - kısa sür eli kaçak akımlara karşı duyarsızlık

B tipi kaçak akım koruma röleleri nasıl çalışır?

B tipi kaçak akım koruma röleleri IEC/ EN 62423 standartlarına göre seri bağlı iki adet ferromanyetik toroid ile donatılmıştır. Biri alternatif ve darbeli kaçak akımını saptamak için, diğeri doğru akımı saptamak için tasarlanmıştır. Trafonun, kaçak akımların aktığı primer sargısını oluşturmak için bütün canlı iletkenler her iki toroidden (faz ve nötr) geçerler.




İlk toroid, klasik A tipi ve AC tipi kaçak akım koruma anahtarları gibi elektromekanik modda çalışır.

İkincil sargıda oluşan elektromanyetik endüksiyonla şebeke frekansında salınım yapan bir kaçak akım, önceden ayarlı eşik değerine ulaştığında, demanyetizasyon aktüatörü serbest kalarak kontak mekanizmasının açma yapmasını sağlar.

İkinci toroid, ferromanyetik malzemenin manyetik doygunluğundan yararlanarak kullanılır. Sekonder sargılarına, malzemeyi mıknatıslayan alternatif akım sürekli uygulanır. Sekonder sargıdaki endüktansları saptayan bir elektronik devre yer alır. Doğru kaçak akımın oluşmasıyla malzeme doyuma gider ve buna bağlı olarak manyetik geçirgenlik değişir. Bu değişme, uygun bir işlemle aktüatör kumandasını serbest bırakır.

Şu anda geçerli olan Avrupa standartlarına gereğince, A tipi kaçak akım koruma rölelerinde, alternatif ya da darbeli dalga ile hataların tespiti, aktif iletkenler (fazlar ve nötr) arasındaki gerilimin yokluğunda bile garanti edilir. Ancak, B tipi kaçak akım koruma rölelerinde herhangi iki iletken arasında gerilimin olması gerekmektedir.

 

B tipi kaçak akım koruma röleleri DC bileşenli toprak akımı dahi üreten yüklerin varlığında kullanıldığından, elektrik sisteminin tasarımında her bir kaçak akım rölesi kurulumu için üst devrede de bir B tipi kaçak akım koruma rölesi kullanılması gerekmektedir. Oluşabilecek her türlü doğru (DC) kaçak akım üst devredeki doğru (DC) kaçak akımlarda çalışmaya uygun olmayan AC, A veya F tipi kaçak akım koruma rölesinin düzgün çalışmasını engelleyebilir. Aslında, B tipi kaçak akım koruma röleleri doğru hata akımlarına karşı korumasına rağmen, açma değeri (örneğin IΔn = 30 mA hassasiyetli KAKR için 60 mA) B tipi olmayan kaçak akım koruma rölesinin doğru çalışmasını sağlayacak kadar yüksektir.

Bundan dolayı herhangi bir B tipi olmayan kaçak akım koruma rölesinin, güç elde etmesi için üst devrede B tipi kaçak akım koruma rölesi gereklidir veya üst devrede ayrıca bir kaçak akım koruma rölesi gerekiyorsa bu B tipi bir kaçak akım koruma rölesi olmalıdır.

Şekil 10: B tipi KAKR’ların uygun montajı

Şekil 11: B tipi KAKR’ların hatalı montajı

Yüksek frekanstaki endirekt temaslara karşı hata koruması IΔn maksimum açma değeri 30mA’in üzerine geçmeyen B tipi KAKR’lerde maksimum açma değeri, doğrudan temaslarda ilave koruma sağlamak için; IEC/TS 60479 standardında yer alan doğru akım veya yüksek frekanslı akımların varlığında ventriküler fibrilasyonu oluşturacak eşik değerine göre hazırlanan limit eğrisinin altındadır.

T-T sistemlerdeki endirekt hata korumasını sağlamak için; devre kesiciler topraklama sistemlerindeki direnç koordinasyon oranını sağlamak zorundadır:

RE ∙ IΔn ≤ 50 V

Bu oranla birlikte, kabul edilir limit olan 120V DC ve 50 V AC değerlerine kadar, endirekt temaslara karşı doğru akım hataları otomatik olarak kontrol edilir.

Yüksek frekans hataları durumunda, kabul edilebilir temas limit gerilim değerleri standartlarda yer almaz. Her ne kadar standartlarca belirlenmiş olan değerlere kadar; frekans arttıkça insan vücudunu zarar teşkil edebilecek riskler azalsa da, IEC/EN 62423 standardı yüksek frekanslarda da tedbir olarak 50V değerinin değiştirilmeden kullanımını tavsiye eder. Bunu yapmak için, olası hata frekansındaki gerçek açma değeri göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin, açma karakteristiği Şekil 12’de gösterildiği gibi olan B tipi KAKR’nin 1000Hz’de hata akımı 300mA olduğunda açması garanti edilir (yönetmelik limiti 420mA’den düşüktür). Tüketici ekipmanları 1000 Hz’de hata akımı ürettiğinde, topraklama direnci aşağıdaki oranı sağlamak zorundadır.

Şekil 12: Frekansa Bağlı Açma Eğrisi

Kaynak: