Alçak Gerilim Panolarında Aşırı Isınma Sınırları, Devre Kesiciler ve Azaltma Faktörleri (De-Rating) Teknik Kılavuzu Bölüm-2

Alçak Gerilim Panolarında Aşırı Isınma Sınırları, Devre Kesiciler
ve Azaltma Faktörleri (De-Rating)
Teknik Kılavuzu

Bölüm-2

ETP Panolar Çalışma Grubu

Alçak Gerilim Panolarında Aşırı Isınma Sınırları, Devre Kesiciler ve Azaltma Faktörleri (De-Rating) Teknik Kılavuzu'nu elektrik sektörümümüzün yararlı olması dileğiyle bir yeni yıl hediyesi olarak sizlerle paylaşıyoruz. Bu teknik kılavuzu hazırlayan "ETP Panolar Çalışma Grubumuza " teşekkür ederiz.

3. Elektrik panosu içerisinde devre kesicilerinin akım taşıma kapasitesinin arttırılmasına yönelik iyileştirmeler

Pano içerisindeki devre kesicilerinin akım taşıma kapasitesini iyileştirmeye yönelik yöntemler hakkında değerlendirmeler yapmadan önce ilk olarak panoları termodinamik açıdan analiz etmek gerekir.

Bir pano, ısı yayan bir çok bileşeni içerisinde barındıran ve bu ısıyı dışarı atan mahfaza olarak tanımlanabilir. Mahfaza içerisinde ısı oluşturan bileşenler ısıyı aşağıdaki gösterildiği gibi “iletim yoluyla”, pano içerisindeki havayı kullanarak “taşınım yoluyla”, ve pano duvarlarını kullanarak “ışınım yoluyla” yaymaktadır.

Elektrik panoları ısıyı dış ortama iletim yoluyla (pano içerisinde bağlı kablolar ve baralar aracılığıyla) taşınım ve ışınım yoluyla aşağıdaki resimde gösterildiği şekilde atarlar. Koruma sınıfı çok yüksek olmayan veya havalandırma açıklıkları olan panolarda ısının bir kısmı pano ile dış ortam arasındaki gerçek hava akışıyla da transfer edilir.

Tüm bu iç ve dış hava akışı olayları mahfazanın kendi yapısı ile birlikte mahfazanın her noktasında ve içine monte edilmiş her bir bileşenin üzerindeki sıcaklığı etkiler.

Devre kesicilerin akım taşıma kapasitesini arttırmak amacıyla; pano boyutlarını daha fazla büyütemediğimizde kullanılabilecek en etkin yöntem cebri soğutma, yani fan kullanılmasıdır. Ayrıca mahfazanın koruma sınıfını yükseltmenin soğutma açısından negatif etki oluşturacağı çok açıktır. Bu nedenle yüksek koruma sınıfında (örn. IP65) mahfaza kullanımı (ısınma açısından olumsuz etkisi göz önüne alınarak) çevre şartları gerektirmedikçe kullanılmamalıdır.

IP koruma derecesi yüksek pano kullanım gerekliliği olduğunda; pano boyutları büyüyeceğinden pano boyutlandırılmasına çok dikkat edilmesi gerekmektedir. Bu durumda cebri soğutma yapmak gerekebilir. Özellikle minyatür devre kesicilerin daha fazla olduğu konutlardaki panolarda, makina panolarında vb. küçük panolarda da yukarıda belirttiğimiz tüm konulara dikkat edilmelidir.

4. Elektrik panolarında azaltma faktörü (de-rating) hesabı

IEC 61439-1 standardı, devre kesiciler ve iletkenlerin/baraların anma akımları gibi münferit değerlerle değil tek bir elektrik devresinin akımıyla ilgilenmektedir. Tanıma uygun olarak, bir devrenin anma akımı, pano üreticisi tarafından, devrenin elektrik bileşenlerinin, konumlarının ve uygulamalarının bir fonksiyonu olarak tanımlanır. Akım taşıma açısından bir pano içerisindeki tipik bir devre şu şekilde tanımlanır.

a) Ana bara ile anahtarlama cihazları, devre kesiciler arasındaki iletkenler/baralar

b) Anahtarlama cihazları, devre kesiciler, minyatür devre kesiciler

c) Anahtarlama cihazları ile kablolar veya busbar bağlantı terminalleri arasındaki iletkenler

d) Kablo veya busbar bağlantı terminalleri

Bu sebeple pano üreticisi aşağıdaki bilgileri düzgün şekilde tanımlamalıdır.

• İletken/bara kesitleri

• Devre kesicilerinin pano içerisinde dikeydeki konumu

• Kablo ve busbar bağlantıları

Pano içerisine yerleştirilen devre kesicilerinin akım taşıma kapasiteleri içerisinde bulunduğu pano bölmesinin ortam sıcaklığından etkilenmektedir. Ortalama bir alçak gerilim panosunda sıcaklık dağılımı aşağıda gösterildiği şekilde gerçekleşmektedir

4.1. IEC 61439-1:2020 standardına göre azaltma faktörü hesabı

IEC 61439-1:2020 standardı madde 10.10.3.6 azaltma faktörü (de-rating) aşağıdaki şekilde açıklamaktadır.

10.10.3.6 Ortam hava sıcaklığına bağlı olarak akımların hesaplanması

Günlük ortalama 35 °C ortam hava sıcaklığına göre sıcaklık artış sınırlarını uygulayarak sıcaklık artış testi gerçekleştirilerek anma akımları 35 °C ortam sıcaklığına göre testlerle belirlendikten sonra 20 °C ile 50 °C arasında farklılaşan ortam sıcaklıkları için anma akımları, her bir bileşenin veya cihazın sıcaklık artışının bu bileşenlerde üretilen güç kaybıyla orantılı olduğu varsayılarak hesaplama ile belirlenebilir.

Hesaba katılan cihazların iç kayıplarının önemli ölçüde I2 ile orantılı olması gerekmektedir. Cihazların iç kayıpları önemli ölçüde sabit veya lineer olması durumunda bu hesap yöntemi kullanılmamalıdır.

İletkenlerin ve cihazların güç kaybının büyük ölçüde I2 ile orantılı olduğu montajlarda, 20 ° C ile 50 ° C arasındaki ortam hava sıcaklıklarında (mahfaza dışında) devrelerin nominal akımı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

NOT: Göz önünde bulundurulan sınırlandırılmış sıcaklık seviye aralığı için bu formül, alüminyum iletkenler için de geçerlidir.

Burada
I₁, sıcaklık, artış testinin gerçekleştirildiği akım;

I₂, 20 °C ile 50 °C arasındaki ortam sıcaklığında belirlenecek olan akım;

ΔT₁, I₁ (Tlimit -Tambient-1 ) akımı akarken ölçülen sıcaklık artış değeri;

ΔT₂, 20 °C ile 50 °C arasındaki spesifik bir ortam sıcaklığında izin verilebilir maksimum sıcaklık artışı (T_limit -Ta_mbient-2) I₂değeri dikkate alınan devre içindeki cihazların anma akım (örneğin devre kesicinin I_n değeri) değerinden yüksek olamaz.

Örneğin 1600 A devre kesicisi içeren bir devrenin akımı, 20 °C ortam sıcaklığında 1750 A olarak tayin edilemez.

4.2. Azaltma faktörü hesaplama örneği

Örnek-1: IP31 koruma sınıfına sahip EAE PanelMaster markalı örnek bir alçak gerilim panosunda, devre akımı 2800 A olan ve devresinde ABB firmasına ait (Emax 2 E4.2) 3200 A anma akımına sahip sabit açık tip devre kesici kullanılmıştır. Pano dış ortam sıcaklığı 50 °C için kesicinin uygunluğu ve kesit seçimini inceleyelim.

Pano orijinal imalatçısı olan EAE kullanma kılavuzlarında 35 °C pano dış ortam sıcaklığı için pano içi alt bölüm ortam sıcaklığını 50 °C, orta bölüm ortam sıcaklığı 55 °C, üst bölüm ortam sıcaklığı 60 °C olarak beyan etmektedir (bkz. Sayfa 34). Eğer pano dış ortam sıcaklığı 50 °C ise bu durumda pano içi için 15 Kelvin değerinde bir sıcaklık artışı söz konusu olacaktır. Pano içi alt bölüm ortam sıcaklığı 65 °C, orta bölüm ortam sıcaklığı 70 °C, pano içi üst bölüm ortam sıcaklığı 75 °C olacaktır.

Aşağıda yer alan ABB tablosuna göre (bkz. Sayfa 43) 3200 A (Emax 2 E4.2) devre kesicileri pano içerisinde orta bölüme yerleştirildiğinde 70 °C’de sürekli olarak 2848 A (%89x3200 A) taşıyabilmektedir. İlave olarak devre kesicileri ile ana bara arasındaki bağlantı iletkeninin en az 3x100x10 mm olarak seçilmesi gerektiği pano orijinal imalatçısı olan EAE tarafından belirlenmiştir. Buna paralel olarak ABB tablosuna göre kullanılacak olan devre kesicinin tabloda öngörülen akım taşıma kapasitesine sahip olabilmesi için gereken kesit 3000 mm2’dir (bkz. Sayfa 43). Bu bağlamda 3x100x10 mm bakır iletken seçilmelidir.

Önemli bir varsayım, sadece şantiyede kontrol edilebilecek olan dış bağlantı kablolarının sayısının ve kesitlerinin standartlara uygun olacağı ve şalt sistemi içinde ek ısıya neden olmayacağıdır.

Örnek-2: Yukarıda verilen Örnek-1’deki aynı pano ve devre kesicini kullanıldığını varsayalım. Fakat bu kez devre kesicisinin panonun üst bölümüne yerleştirilecektir. Bu durumda pano içi üst bölüm ortam sıcaklığı yani devre kesicinin ortam sıcaklığı 75 °C olacaktır. Öncelikle bu sıcaklık değeri için devre kesicisi imalatçısı ile irtibata geçilmeli ya da aşağıdaki formül kullanılarak akım taşıma kapasitesi uygunluğu hesaplanmalıdır.

Devre kesicisi terminali için maksimum izin verilebilir sıcaklık artış limiti: 85 K (85+35=120 °C)

Bu durumda 3200 A anma akımlı Emax 2 E4.2 devre kesicisi kullanılamaz; 4000 A kullanılmalıdır.

4000 A x 0,83 = 3320 A (70°C’de) (bkz. Sayfa 43)

Aşağıda verilen ABB tablosuna göre 3320 A akım taşıyabilen 4000 A anma akımlı Emax 2 E4.2 sabit tip devre kesicisi bu sıcaklık değerinde pano üst bölümde kullanmaya uygundur.

İlave olarak devre kesicileri ile ana bara arasındaki bağlantı iletkeninin en az 3x100x10 mm olarak seçilmesi gerektiği pano orijinal imalatçısı olan EAE tarafından belirlenmiştir. Ancak ABB tablosuna göre kullanılacak olan devre kesicinin tabloda öngörülen akım taşıma kapasitesine sahip olabilmesi için gereken kesit 4000 mm2’dir. Bu bağlamda 4x100x10 mm bakır iletken seçilmelidir.

5. Yükselti Düzeltme Faktörü

Devre kesiciler, deniz seviyesinden 2000 metre yükseltiye kadar tam akım ve gerilim değerlerinde çalıştırılabilirler. Bu seviyeden üzerindeki yükseltilerde çalıştırıldıklarında bu değerlerin düzeltme faktörlerine tabi tutulması gerekmektedir.