Alçak Gerilim Panolarında Ortam Sıcaklığına Bağlı Akım Taşıma Kapasitelerinin Hesaplanması

(De-Rating)

Metin Akay

Alçak gerilim elektrik panoları, her türlü tesisin ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisinin sağlanması amacıyla kullanılan düzeneklerdir. Alçak gerilim panolarının güvenilir ve sürdürülebilir bir şekilde enerji dağıtımını yapabilmesi için tasarım aşamasında göz önünde bulundurulması gereken birçok teknik kriter vardır. İzolasyon dayanımı, kısa devre dayanımı, sızdırmazlık, topraklama sürekliliği, ısıl dayanım dikkat edilmesi gereken en önemli kriterlerden bazılarıdır.

Özellikle iklim koşullarının değişkenlik gösterdiği bölgelerde kullanılan panolarda, ısıl dayanım kriterinin irdelenmesi önem arz etmektedir. Panoların değişen ortam şartlarında uygun çalışabilmesi için cihaz ve iletkenlerden ortaya çıkan ısıl kayıplara karşı dayanıklı olmalı ve istenen akımları taşıyabilmelidir. Tasarım sonucunda pano içerisinde yer alan hiçbir cihazın yapıldığı malzemenin limit sıcaklık değerlerini aşmaması gerekir. Panoların ısıl dayanımın doğrulanması, IEC 61439-1 standardı içerisinde yer alan yöntemler kullanılarak yapılmalıdır.

Panoların taşıyabileceği akımlar ile ilgili olarak IEC 61439-1 standardında yapılan tanımlamalara göz atmak, hesaplamalara başlamadan önce faydalı olacaktır. Standarda göre:

I_nA  : Panonun beyan akımı.
Panonun beyan akımı, pano tarafından taşınabilen akımların toplamına eşittir. Panonun taşıyabileceği maksimum akım olarak da tarif edilebilir. Beyan akımı, giriş akımları veya ana bara akımları tarafından sınırlandırılır. Beyan akımı, giriş devreleri anma akımlarının toplamından ve ana bara akımından daha küçüktür. Beyan akımı, standartlarda belirtilen sıcaklık artış limitlerine uygun olmalıdır.

I_nc  : Bir devrenin beyan akımı
Bir çıkış devresinin tek başına taşıdığı akım olarak tarif edilmektedir. Devre beyan akımı, panoya ait değişik parçaların sıcaklık artış limitlerinin aşılmadan, devre tarafından taşınacak akım değeridir.

RDF : Beyan kullanma faktörü
Panonun çıkış devrelerinin sürekli ve eş zamanlı olarak yüklenebildiği, PANO imalatçısı tarafından belirlenen akım değeridir. RDF belirlenirken devrelerin karşılıklı ısıl etkileri hesaba katılır. Beyan kullanma faktörü ile devre beyan akımı çarpılarak çıkış devresinin yüklenme akımı elde edilmiş olur. Eğer imalatçı ve kullanıcı arasında RDF tayini konusunda sorun yaşanırsa bu durumda IEC 61439-2 Tablo 101’de verilen değerler kullanılabilir.

Panoların sıcaklık artış sınırlarının doğrulanması :

IEC 61439-1 standardına göre sıcaklık artış limitlerinin doğrulanması aşağıdaki şekillerde yapılmaktadır.

• Test ile (laboratuvarda) (Tip test)


• Test edilmiş panolardan türetme yöntemiyle doğrulama


• Hesaplama ile doğrulama 630 A’e kadar tek hücreli veya 1600A’den düşük akımlı çok hücreliler için hesaplama ile doğrulama

a.Test ile doğrulama 

Bu yöntemlerden en önemlisi test ile doğrulama yöntemidir. Laboratuvar ortamında tipik panolar üzerinde gerçekleştirilen testler ile cihazların sıcaklık değerleri ölçülür. Her devre ayrı ayrı yüklenerek ölçüldüğü gibi giriş kısmından akım verilerek çıkış devre akımları (I_nc) belirli bir kullanma faktörü (RDF) ile çarpılarak hesaplanan akım değerlerinde yüklenerek de ölçülebilir. Ölçülen sıcaklık değerleri ile limit değerler kıyaslanarak uygunluk kontrolü yapılır.

Testlerin; değişen ortam koşulları, değişen akım değerleri ve diğer şartlara göre ayrı ayrı yapılması gerekmektedir. Ancak ortaya çıkan test sayısı o kadar fazladır ki her birinin ayrı ayrı uygulanması mümkün değildir. Standartlar bu sorunu ortadan kaldırmak için testler dışında türetme yöntemi ve hesaplama ile doğrulamanın yapılabilmesine de olanak tanımıştır.

b. Hesaplama ile doğrulama

IEC 61439-1 standardı, pano içerisinde yer alan tüm cihazların ısıl kayıplarının neden olacağı yaklaşık hava sıcaklığı artışının hesaplanması ve cihazların limitleriyle kıyaslanması için iki yöntem tanımlamıştır.

Bu yöntemler :

• Anma beyan akımı InA ≤ 630 A ve f ≤ 60 Hz olan tek bölmeli panolar için hesaplama


• Anma beyan akımı InA ≤ 1600 A ve f ≤ 60 Hz olan çok bölmeli panolar için IEC 60890’e göre hesaplama

Bu yöntemlerle, pano içi cihazlar ve iletkenlerden ortaya çıkan ısıl kayıplar toplanarak elde edilen değerin panonun yayabildiği ısıl değerden küçük olup olmadığı doğrulanmaktadır

c. Türetme yöntemi ile doğrulama

Türetme yöntemi ile doğrulama, tip testleri yapılmış olan panolarla aynı veya ısıl yönden daha iyi özelliklere sahip (daha iyi soğutma, daha geniş ölçülü, daha düşük güç kayıplarına sahip) panoların karşılaştırılması ile yapılmaktadır.

IEC 61439-1’e göre sıcaklık artış testlerinde ortam sıcaklığı ortalama olarak 35°C’yi aşmayacak şekilde olmalıdır. Eğer sıcaklık artış sınırları farklı bir ortam sıcaklığını kapsamak üzere değiştirilirse bu durumda ana bara ve fonksiyonel ünite anma akım değerlerinin de değiştirilmesi gerekmektedir.  Bir cihazın sıcaklık artışı, cihazın sıcaklığı ile panonun dış tarafındaki ortam sıcaklığı arasındaki farktır.

Örneğin, ortam sıcaklığı 35°C’nin üzerinde olması durumunda, sıcaklık artış limitleri bu özel koşullar için ortam sıcaklığı ile ekipman veya cihazın münferit sıcaklık artış sınırları toplamı aynı kalacak şekilde yeniden uyarlanmalıdır. 35°C’nin altındaki ortam sıcaklıkları için bu uyarlamanın yapılıp yapılmayacağı pano imalatçısı ve kullanıcı arasındaki anlaşmaya tabidir.

Orijinal imalatçı sıcaklık artış sınırlarına uygunlukla ilgili varsa alınacak önlemleri belirtmelidir. Düşük ortam sıcaklığı için bir uyarlama yapılması söz konusu ise, cihaz imalatçısı tarafından beyan edilen anma akım değeri aşılmamalıdır. 50°C’ye kadar olan ortam sıcaklıkları için kullanılan cihaz ve bileşenlerin yüksek sıcaklık değerlerinin, güç kayıpları ile orantılı olarak değiştiği varsayılarak hesaplama yapılır.

Sıcaklık artış testleri 35°C ortam sıcaklığına göre yapılmış olan panolarda, 50°C’ye kadar olan ortam sıcaklıkları için anma akım değeri hesabı henüz taslak halindeki IEC 61439-1 Edition 3 Madde 10.10.3.6’ya göre yapılabilir.

Örnek: Aşağıdaki şekilde fonksiyonel üniteler, RDF = 0,8 değerine göre yüklenmiştir. Parantez içerisinde akım değerleri gerçek yüklenme değerleri olup 35°C ortam sıcaklığındaki değerlerdir. Verilen bilgiler çerçevesinde A1, B1, B2, B3, C2 ve C3 fonksiyonel ünitelerinin 50 °C ortam sıcaklığı için akım taşıma kapasitelerini hesaplayalım.



Isınma testlerinde genelde karşılaşılan durum şalterlerin orta faz terminallerinin limit değerlerine en önce ulaşmaları ve dolayısıyla da belirleyici dar boğaz noktası olmalarıdır. Bu noktalar için limit sıcaklık artışı 85K’dir.





Tip testleri standart ortam koşullarında gerçekleştirilmiş olan panoların, farklı ortam sıcaklıklarında akım taşıma kapasitelerinin nasıl değişeceği yukarıda gösterildiği şekilde hesaplanabilmektedir. Bu sayede özellikle yüksek ortam sıcaklığına sahip alanlarda, panoların aşırı yüklenmeleri ve bunun sonucunda zarar görmelerinin önüne geçilebilmektedir.