Trifaze DC Sistemlerde İletken Destekleri Üzerindeki Kuvvetler

Destek noktalarına uzaklığı (l), birbirlerine uzaklığından (a) fazla olan paralel iletkenler, akım akışı sırasında iletken uzunluğu boyunca eşit dağılım gösteren kuvvete maruz kalırlar. Kısa devre olması durumunda bu kuvvetler oldukça yüksektir ve iletkenleri eğilmeye zorlarlar. Bu yüzden tasarım sadece baraların yük akımı için değil, aynı zamanda meydana gelmesi muhtemel maksimum kısa devre akımı hesap edilerek yapılmalıdır.

Kısa devre olması durumunda destek noktaları üzerine gelecek yük hesaplanmalıdır. Hesap sonucu çıkan değere göre de uygun izolatör seçimleri yapılmalıdır. DC sistemler için bu konudaki standart IEC 61660-2 dir.
 

Şekil 1: Baralar üzerinde destek kuvvetinin ve kritik mesafelerin gösterimi


► İlginizi Çekebilir: Hava İzoleli Orta Gerilim Panolarında İç Ark ve Basınç Deşarjı

Her destek üzerindeki kuvvet;


olarak hesaplanır. 



Burada V_F . V_r  değeri bir şarta göre değişir:




Şarttan anlaşılacağı üzere V_F . V_r  değeri toplam gerinimden(σtop) direkt etkilenir.

Toplam gerinim:

 

Ana iletken gerinimi:



Destek iletken gerinimi:



olarak hesaplanır. ∝ ve β değeri DIN EN 60865-1 de tanımlanan ihtiyaca göre belirlenir. Aynı akımın aktığı ana iletkenler arasındaki elektrodinamik kuvvet;



Ana iletken t kere destek iletkenlerinden oluşuyorsa, destek iletkenler arasındaki elektrodinamik kuvvet;

 

Bara üzerindeki bükülme gerilimi σ, malzeme üzerinde aşırı gerilmeyi önlemek için kısa devre durumunda belirtilen bir sınırı aşmamalıdır. Bu sınırın belirlenmesinde, destek uzunluğunun %1'ine kadar barada sürekli bir bükülme olduğu varsayılmıştır, çünkü bu büyüklükteki bir deformasyon çıplak gözle neredeyse tespit edilemez.

Baralar ve destekler üzerindeki kuvvetler iletkenlerin salınım tepkisinden etkilenir. Bunun karşılığında sıkıştırma koşulları ve izin verilen plastik deformasyona veya iletkenin doğal frekansına bağlıdır. İlk olarak, stresin üst limit değerleri plastik deformasyon dikkate alınarak verilirken, aşağıdaki tablo salınım tepkisinin dikkate alınmasından kaynaklanan gerilmeleri göstermektedir.

Yukarıdaki eşitliklere göre destek üzerindeki kuvvetin (F_d) değeri şu şekilde özetlenebilir:

Bu özet formüle dayanarak sabit değerleri göz ardı edersek destek üzerindeki kuvvetin (F_d)  kısa devre büyüklüğünün (ip) karesi ile doğru orantılıdır diyebiliriz (Tablo 1). Kısa devre büyüklüğü destek noktalarının adedi ve özelliklerinin belirlenmesine ana kriterdir. Bunun yanında bu kuvvet, desteksiz bara uzunluğu mesafesi (l) ile doğru (Tablo 2), fazların birbirlerine olan uzaklığı (a) ile ters orantılıdır (Tablo 3).

(izolatör başına düşen)( izolatör sayısı artırılamıyorsa izolatörün zarar görmemesi için tepe dayanım kuvveti daha yüksek izolatör kullanılabilir.)

Bu durumda belli kısa devre değerine sahip sistemlerde birim destek noktasına gelen kısa devre kuvvet etkilerini minimize etmek için üç çözüm vardır:

► Faz arası mesafeyi arttırmak,
► İletken üzerindeki mevcut destek izolatörlerini arttırarak izolatör başına düşen kuvveti azaltmak,
► Destek izolatörü sayısını arttıramıyorsak izolatörün zarar görmemesi için tepe dayanım kuvveti daha yüksek izolatör kullanmak.

İlk çözüm sistemin daha fazla yer kaplamasına sebep olacağından tercih edilen uygun bir çözüm olmayacaktır. İkinci ve üçüncü çözümler fayda/maliyet analizine tabi tutularak sonuca göre makul çözüm uygulanabilir.
 

Tablo 1: Kısa devre değerinin destek üzerindeki kuvvete oranı

Tablo 2: Destekler arasındaki uzunluğun destek üzerindeki kuvvete oranı

Tablo 3: Fazlar arası mesafenin destek üzerindeki kuvvete oranı

 

 

 

Tolga KAYA Siemens San. ve Tic. A.Ş., Gebze

E-mail: tolga.kaya@siemens.com

Kaynaklar:

1- DIN EN 13601
2- ABB Switchgear Manual, ISBN 3-46448236-7
3- Siemens Switchgear Selection and Application Guide 4- Siemens T&D Guardian Articles, Anatomy of a Short Circuit, Ted Olsen, 2004