Vakumlu ve SF6 Gazlı Devre Kesicilerin Karşılaştırılması

Kesicilere yüksek gerilimdeki otomatik sigortalar denilebilir. Yük altında açma yaparak akımı kesmeye veya kapatarak akımı vermeye yararlar. Bu yazımızda vakum tipi ve SF6 gazlı devre kesicilerin özelliklerini ve birbirinden farklı yönlerini ele alacağız.

A- A+

01.03.2019 tarihli yazı 9852 kez okunmuştur.

Elektrik Enerji Kesici Ayırıcı Vakumlu Devre Kesici SF6 Gazlı Devre Kesici

Orta Gerilim Dağıtım Sistemi

Yakın zamana kadar şalt sahalarının çoğunda orta gerilim dağıtım sistemi için yağlı devre kesiciler kullanıldı. Devre kesicilerde yağ kullanmanın bazı dezavantajları vardır. Yüksek maliyetli olması ve yağın yanıcı olması bu iki dezavantajdır. Bundan dolayı hem üreticiler hem de kullanıcılar daha farklı yöntemleri aramaya başladılar. Araştırmalar sonucunda basınçlı havalı kesiciler ve manyetik üflemeli devre kesiciler geliştirildi. Ancak bu tür devre kesiciler dezavantajları nedeni ile uzun süreli bir kullanıma sahip olamadılar. Sonrasında daha fazla araştırma yapıldı ve en sonunda SF6 ve vakumlu olmak üzere iki tip kesici geliştirildi. Kullanıcılar ilk zamanlar bu yeni devre kesicileri kullanmak istemeyip eski usülle devam ettiler. Ancak zaman içinde bu tutum kayboldu ve yeni nesil kesiciler yağ devre kesicilerin yerini aldı.

Geliştirilen bu iki kesicinin hangisinin daha üstün olduğunu anlamak amacıyla bir karşılaştırılma yapıldı. Bu iki kesici tipini karşılaştırmadan önce ayrı ayrı tanıyalım.

Vakumlu Devre Kesici

Bu devre kesicilerde yük ve arıza akımlarını kesmek için vakum kullanılır. Vakumdaki kontaklar birbirinden ayrıldığında kesilecek akım bir metal buharı ark boşalmasını başlatır ve bir sonraki akıma kadar plazmada akar. Ardından ark söner ve iletken metal buharı metal yüzeylerde mikro saniye içinde yoğunlaşır. Sonuç olarak kesicideki dielektrik dayanımı çok hızlı bir şekilde artar.
Vakum kesicinin özellikleri malzemeye ve temas noktalarının şekline bağlıdır. Şu anda, oksijensiz bakır krom alaşımının yüksek gerilim devre kesici için en iyi malzeme olduğu söylenebilir.

10 kiloamper altındaki akımlarda, vakum arkı dağınık bir deşarj olarak yanar. Akımın yüksek değerlerinde ark, anot noktası olan forma dönüşür. Bu noktada uzun süre kalan büzülmüş bir ark, temas noktalarının mevcut sıfırdaki temas bölgesinin deiyonize edilmesinin artık garanti edilemeyeceği bir dereceye kadar ısınmasına neden olabilir. Bu sorunun üstesinden gelmek için ark kökü temas yüzeyinde hareket edecek şekilde konumlandırılmalıdır. Kontaklar öyle şekillendirilir ki bunlar içerisinden geçen akım ark eksenine dik açıda olan manyetik bir alan oluşmasına neden olur. Bu radyal alan ark kökünün temas üzerinde hızla dönmesine ve ısının yüzeyi üzerinde düzgün bir şekilde dağılmasına neden olur. Bu tip kontaklara radyal manyetik alan elektrotları denir ve orta gerilim uygulamaları için devre kesicilerin çoğunda kullanılır.

►İlginizi Çekebilir:Vakum Kontaktörler ve Uygulama Alanları

SF6 Gazlı Kesiciler

Bir SF6 devre kesicisinde akım, iyonlaştırılmış SF6 gazından oluşan ark ile temastan ayrıldıktan sonra akmaya devam eder. Çünkü yandığı sürece ark kendisinden ısı alan sabit bir gaz akışına maruz kalır. Isı, düşen akım tarafından elde edildiğinde ark akımı sıfırda söner . Devam eden gaz akışı temas boşluğunu deiyonize eder ve gereken dielektrik dayanımını oluşturur. Gaz akışının yönü ark kesintisi işlemi üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Araştırmalar, eksenel bir gaz akışını, akım sıfıra yaklaştığında gaz ve plazma arasında yoğun ve sürekli bir etkileşime neden olan bir türbülans yarattığını göstermiştir. Arkın çapraz gaz akışlı soğutması genellikle pratikte arkın sabit gazda hareket etmesi ile sağlanır. Bununla birlikte, bu kesinti işlemi ark kararsızlığına ve devre kesicinin kesinti kabileyinde büyük dalgalanmalara neden olabilir.

Ark üzerinde eksenel olarak bir gaz akışı elde etmek için ark boyunca bir basınç farkının oluşturulması gerekir. SF6 devre kesicinin ilk nesli, hava basınçlı devre kesicinin basınç prensibini kullandı. Belirli bir miktarda gaz yüksek basınçta tutuldu ve ark odasına bırakıldı. İkinci nesil ile birlikte yüksek basınçlı gaz ve kompresör ortadan kaldırılmış oldu. Burada basıç farkı, kontak açılırken gazı küçük bir silindire sıkıştıran hareketli kontaklara tutturulmuş bir pistonla oluşturulmuştur. Bu sistemin en büyük dezavantajlarından biri güçlü bir çalışma mekanizması gerektirmesidir. Bahsettiğimiz iki kesi tipi de fiyat olarak yağ devre kesicilerle rekabet edememiştir.

►İlginizi Çekebilir:10 Soruda SF6 Gazı

SF6 ve Vakumlu Devre Kesicilerin Karşılaştırılması

SF6 devre kesiciler, kullanıldıktan sonra ihtiyaç durumunda bakımı yapılarak tekrar kullanılabilir. Bununla birlikte normal şartlar altında SF6 kesicinin kullanım ömrü boyunca hiçbir zaman servis gerektirmediği görülmüştür. Tüm devre kesicilerin çalışma mekanizmaları, temel olarak sağlamak zorunda oldukları enerji miktarına bağlı olarak, bazıları diğerlerinden daha sık olarak servis gerektirebilir. Vakumlu devre kesicinin servis aralığı 10.000 ile 20.000 kullanım arasındadır.

Devre kesicinin bakım gereksinimleri belirli bir zaman dilimi boyunca işlem sayısına ve kesilen akımın değerine bağlıdır. SF6 ve vakumlu devre kesicilerin bakım için gerekli değerlere pek ulaşmadığı biliniyor. Bu yüzden bakım olarak sadece dış yüzeylerinin rutin temziliği , açma-kapama bağlantıalrı ve yardımcı anahtar dahil olmak üzere mekanizmanın kontrolü ve yağlanması ile sınırlıdır.

Güvenilirlik

Devre kesici seçimindeki en önemli özellik güvenilirliktir. Bir ekipmanın güvenilirliği ortalama arıza süresine bağlıdır. Günümüzde SF6 ve vakumlu kesiciler aynı işletim mekanizmlarından yararlanmıştır. Bu nedenle bunlar güvenilirlik açısından aynı seviyede sayılabilir. SF6 devre kesicilerde hareketli parçaların sayısı vakum ünitesinden daha fazladır. Ancak iki kesicinin bileşen sayısının analizine dayanan güvenilirlik karşılaştırılması farklı ortamlardan kaynaklanan tasarım, malzeme ,üretim yöntemleri , test ve kalite kontrol prosüdürleri gibi birçok şeye bağlıdır.Arıza oranlarını karşılaştıracak olursak her iki kesici için çok fazla bir fark göremeyiz. Ayrıca yapılan çalışmalar ikisinin de çok yüksek derecede güvenilirlik gösterdiğini kanıtlamıştır.

Arıza Akımlarının Anahtarlanması

Bugün üretilen tüm devre kesiciler ulusal veya uluslararası standartlara uygun olarak üretilmiştir. Bu kesicilerin arıza akımını güvenilir şekilde keseceğinin güvencesini sağlar. Ayrıca her iki devre kesici türü de temel olarak yüksek DC bileşenli akımları kesebilir ; bu tür akımlar bir jeneratöre yakın kısa devreler meyadana geldiğinde ortaya çıkabilir.

Bir arıza akımının kesilmesinden sonra ortaya çıkan geri kazanım voltajı ile ilgili olarak, vakumlu devre kesici genel olarak 5 KV’ye kadar voltajları tutabilir. SF6 kesicilerde ise bu değer 1KV ile 2 KV arasındadır.

►İlginizi Çekebilir:Kesiciler ve Bakımı

Küçük Endüktif Akımların Anahtarlanması

Küçük endüktif akımlar terimi burada yüksüz transformatörlerle başlangıç aşaması sırasındaki motor ya da reaktör bobinlerini çalıştıracak saf endüktif akımların küçük değerleri olarak tanımlanmıştır. Orta frekans geçici akımları, bir akımın sıfıra ulaşmadan kesilmesinden kaynaklanır. Tüm devre kesiciler, birkaç yüz amperlik akımları kesebilirken, arkdaki kararsızlık nedeni ile bir akım sıfırından hemen önce kesilebilir. Buna gerçek akım kesme denir. Bu olay oluştuğunda yük tarafındaki endüktanslarda depolanan enerji, sistem hattında toprak kapasitanslarına salınır ve voltajda bir artışa neden olur. Kesilmiş olan akım ne kadar küçük olursa, aşırı voltajın değeri o kadar düşük olur.

Devre kesicinin tipine ek olarak, kurulum noktasındaki sistem parametreleri, kesim akımının büyüklüğünü belirleyen faktörlerdir. Özellikle devre kesiciye paralel sistem kapasitansı önemlidir. SF6 devre kesicinin kesim akımı temel olarak devre kesicinin tipi tarafından belirlenir. Kesim akımının değeri 0.5A ile 15A arasında değişmektedir. Bu nedenle kendiliğinden basınçlı devre kesicinin davranışı özellikle iyidir ve kesim akımı 3A'den azdır. Vakumlu devre kesicinin geliştirildiği ilk yıllar küçük endüktif akımların anahtarlanması büyük bir problem teşkil ediyordu.

Yüksek frekanslı geçişler, arkın açık temas boşluğu boyunca çarpmasıyla ortaya çıkar. Açılış işlemi sırasında, kontaklar boyunca yükselen boltaj kontak aralığının dielektrik kuvvetini aşarsa yeni bir vuruş meydana gelir. Eğer sistem yüksek frekanslı geçici akımları kesebilecek devre kesicilere sahipse böyle bir olay meydana gelmeyebilir. Yapılan testler ve çalışmalar sonucunda SF6 devre kesicinin diğer kesici tiplerine göre yüksek frekanslı geçici olayların kullanımında önemli avantajlara sahip olduğunu göstermiştir.

Kaynak:

►Electrical Engineering Portal