Sigortalar İçin El Kitabı Bölüm-8

Sigortalar İçin El Kitabı
Bölüm-8
Alçak ve Yüksek Gerilim Sigortaları İçin Kullanıcının El Kitabı
Dr. Müh. Herbert Bessei

10.3 NH-sigortalarla trafo koruması

1.000 kVA’e kadar dağıtım trafoları aşırı yük ve anabara kısa devrelerine karşı alçak gerilim tarafında sigortalar ile korunur. Bunun için NH-ayırıcılar veya NH-sigorta blokları kullanılır. Bunlarda kullanılan sigortaların işletme sınıfı gG veya gTr’dir. NH-sigortalar veya sigortalı ayırma ekipmanları, trafonun ve alçak gerilim dağıtımının devreden serbest ayrılması için de uygundur.

Alçak gerilim klemenslerindeki kısa devre de dahil olmak üzere trafonun iç arızalarına karşı koruma, üst
gerilim seviyesindeki HH-sigortalar tarafından yapılır (bkz. Bölüm 11.2)

Trafo klemensleri ile alçak gerilim tarafındaki besleme kesicisi arasındaki hatlar teorik olarak korumasız olduğundan dikkatlice izole edilir ve döşenir.

Sigortalara ait anma akımları trafo anma akımlarıyla uyuşmadığından (trafolar görünür güçlerine göre kVA şeklinde belirtilir ve ancak bu değerden “çarpıtılmış” anma akımı değerleri elde edilir), Almanya’da trafo koruması için “gTr” işletme sınıfında NH sigortalar geliştirilmiş ve standartlaştırılmıştır. Bu sigortalar, trafonun yüklen- melerine adapte edilmiştir. gTr-sigortaların değerleri akım yerine kVA cinsinden trafo görünür gücü şeklinde verilir ve 400 V sekonder gerilime sahip dağıtım trafolarının optimum biçimde kullanılmasını sağlar. Bunlar anma akımlarının 1,3 katını 10 saatin üzerinde taşıyabilir ve 1,5 katını 2 saat içinde kesebilirler. Örnek olarak Resim 10.1’de 250 kVA’lik bir sigortaya (anma akımı 361 A) ait akım-zaman eğrisi, 315 A ve 250 A’lik gG sigortaların eğrileriyle kı- yaslanmıştır. Aradaki belirleyici fark, uzun erime sürelerinde eğrinin nispeten daha dik ilerlemesidir. Yüksek akımlarda ise eğriler birbirine benzerdir.

Resim 10.1 gTr sigortalarıyla optimum trafo koruması

Sigortaların değerlerinin aşağıdaki koşulu sağlaması halinde şebekenin alt kısmındaki hat koruma tertibatları ile selektif çalışma mevcuttur:

X [kVA] ≥ Y [A]

Bunun anlamı, X’in temsil ettiği bir gTr sigortası için X >= 250 kVA ve Y’nin temsil ettiği ve şebekenin alt kısmında bulunan bir gG sigortası için Y = 250 A ise, X’in, Y’ye karşı selektif davrandığıdır (Resim 11.1). Üst gerilim seviyesine karşı selektivite ise VDE 0670 Bölüm 402’de düzenlenmiştir (bkz. Bölüm 11.2).

gTr sigortalarıyla ilgili teknik gereklilikler VDE 0636 Bölüm 2011’de belirtilmiştir. gTr-sigortaları 400 V’luk bir anma gerilimine ve 25 kA’lik bir anma kesme kapasitesine sahiptir. Bu sayede güç kaybının oldukça düşük tutulabilmesi sayesinde anma akımları 1.443 A olan 1.000 kVA’lık gTr sigortalar, anma akımları yalnızca 1.250 A olan 4a ebatlarındaki NH-sigorta altlıklarına takılabilirler. Bu esnada gereken iletken kesitleri için yeterli bağlantı olanağı sağlandığına dikkat edilmelidir.

10.4 Motor devrelerinin korunması

Motorun ve motor besleme hatlarının yanı sıra motor devresindeki başlıca elemanlar, motor starter (yol verici) ve kısa devre koruma tertibatıdır. Resim 10.2’de tipik bir motor devresine ait şema gösterilmiştir (boyutlandırma doğru yapılırsa besleme hatları da otomatik olarak korunacaktır).

Resim 10.2 Motor devre şeması

Motor starterın görevi motoru anma devir sayısına getirmek, normal çalışmayı sağlamak ve motor ile motora ait tüm parçaları aşırı yüke karşı korumaktır. IEC 60947-4-1 standardındaki motor starter ve/veya motor kontaktörü, normalde kısa devre akımlarını kesmeye uygun değildir. Bunlar, kendilerini de koruma görevini üstlenecek olan uygun kısa devre koruma tertibatları ile donatılmalıdır. Bu tertibatların motor starter’ın bir parçası olma zorunluluğu yoktur.

Sigortalar kendilerini motor devrelerinde kullanılabilecek ekonomik ve güvenilir kısa devre koruma tertibatları olarak kanıtlamışlardır. Diğer koruma tertibatlarıyla kıyaslandıklarında sigortalar önemli ölçüde düşük kesme akımlarına ve kesme-I2t-değerlerine sahiptir. Bu nedenle IEC 60947-4-1 ’deki “2” sınıfı ile belirtilen kısa devre korumasını sağlamanın eko- nomik olarak sigortalardan daha uygun bir yolu yoktur.
“2” sınıfı şu anlama gelmektedir:

• Kısa devre akımının kesin ve güvenle kesilmesi,
• İnsanlar ve tesisatlar için tehlike arz etmemesi
• Starter’ın kısa devreden sonra yapılacak bir kontrolü müteakiben sonra tekrar devreye alınabilmesidir.
Kontaklarda birbirinden kolaylıkla ayrılabilen kaynamalara müsaade edilmektedir.

Buna karşılık bundan bir düşük sınıf olan “1”, bir kısa devreden sonra starter’ın veya buna ait parçaların değiştirilmesi gerektiği anlamına gelir.

İşletme sürekliliği gerektiren prosesler için sigortalar, büyük boy starter’ların yerine en ekonomik alternatiflerdir.

Sigortaların motor starter’larla doğru koordinasyonu aşağıdaki koşulları sağlar:

• Motor ve motor starter, kısa devre etkilerine karşı korunmalıdır. Bunun için sigortanın azami kesme akımı ve azami kesme enerjisi (I2t) kontaktörün ilgili dayanım değerlerinden daha küçük olmalıdır. Bununla ilgili tüm bilgiler üretici belgelerinden bulunabilir.

Ayrıca sigortanın devreyi kesme işlevini aşırı yük rölesinden devraldığı geçiş akımı IC de, motor kontaktörünün kesme kapasitesinin altında olmalıdır (Resim 10.3).

Resim 10.3 Motor koruyucu sigortaların seçimi

• Sigortaların nedensiz kesilmesinden kaynaklanacak işletme arızaları önlenmelidir. Bunun için sigortanın akım-zaman eğrisi, motorun kalkış akımı darbesinden yeterince uzakta olmalıdır. Direkt yol verildiğinde motorun anma akımının yaklaşık 6 katı, 10 s boyunca akabilir (Resim 10.3).

Motorun işletme şartlarına ve sigortanın kullanım kategorisine göre sigorta ve motor anma akımları aynı olmak zorunda değildir, hatta çok farklı olabilir. Almanya’da motor devrelerinin koruması için sadece gG-sigortaları ve aM-sigortaları kullanılmaktadır. Bu yüzden aynı uygulama için uluslararası olarak standartlaştırılmış gD ve gM tipi sigortalarla ilgili burada daha fazla bilgi verilmemiştir.

gG-sigortaların özellikleri yaygın olarak bulunabilmeleri ve düşük fiyatlarıdır. Düşük hacim ve düşük güç kaybı istendiğinde ise aM-sigortalar tercih edilmelidir.

10.5 Yarı iletkenlerin korunması – Bundan daha hızlısı olamaz!.

İlk yarı iletken güç diyotlarının 50’li yıllarda ortaya çıkması, termik açıdan hassas olan bu elemanların korunması ihtiyacını da beraberinde getirmiştir. Günün koşullarına çerçevesinde, eriyen telli sigortalar bu konuda gündeme gelmiştir. Ancak yeni sorun, metal bir sigorta teline ait karakteristiğin, yarı iletkenin termik olarak aşırı yüklenmesine uyarlanmasıkonusunda ortaya çıkmıştır. Yarı iletkenler düşük bir termik kapasiteye ve yaklaşık 125°C’lik bir birleşim (junction) noktası üst sıcaklığına sahiptir. Dolayısıyla işletme sıcaklığıyla sınır sıcaklık arasındaki termik rezerv pek fazla değildir ve bu sebeple etkili bir korumanın aşırı akımları çok hızlı bir şekilde kesmesi gereklidir.

Bu amaca yönelik olarak daralma noktası kesitleri son derece küçük olan çok hızlı sigortalar geliştirilmiştir (Resim 10.4). Daralma noktalarının yüksek işletme sıcaklıkları dikkate alındığında sigorta teli malzemesi olarak yalnızca oksitlenmeye karşı dayanıklı saf gümüş uygundur. Sigorta gövdesi de buna uygun olarak sıcaklık dalgalanmalarına dayanıklı alüminyum oksit seramikten imal edilmiştir.

Resim 10.4 Yarı iletken koruma sigortasının sigorta teli

Bıçaklı kontaklara sahip NH tipinin yanı sıra daha kompakt boyutlarda ve doğrudan bakır bara üzerine montaja uygun vidalı kontaklı sigorta tipleri de geliştirilmiştir (Resim 10.5). Isının dışarı atılmasına yardımcı olmak için kum, inorganik dolgu maddeleri ile sertleştirilir. Tüm bu sigorta tipleri anahtarlama durumunu izlemek için mikroşalterle donatılabilir (Resim 10.5).

Resim 10.5 Yarı iletkenli sigortaların yapı şekilleri

Yarı iletkenler yüksek gerilimlere karşı oldukça duyarlıdır, sigortalarsa hızlı anahtarlama yapabilmek için yüksek anahtarlama gerilimlerine ihtiyaç duyarlar. Bundan dolayı da sigorta üreticilerine zorlu bir optimizasyon görevi düşer.

• hızlı bir kesme eğrisi,

• küçük bir kesme integrali,

• yüksek bir akım dayanımı,

• düşük bir güç kaybı ve

• orta büyüklükte bir anahtarlama gerilimi

gerekliliklerini en iyi sağlayan tip, aR işletme sınıfındaki yedekleme sigortalarıdır. aR-sigortaları, kendilerini 30 sn. içinde eriten tüm akımları (anma akımına kadar) keser. aR sigortalarının kesme bölgesinin altında kalan yüksek akımlar bekleniyorsa, bu tür akımları kesen veya sınırlayan ilave koruma tertibatları kullanılmalıdır.

Sigortanın sağlamak zorunda olduğu gereklilikler kullanıldığı yere göre değiştiğinden (Resim 10.6), farklı işletme sınıfındaki sigortaların kullanılması söz konusudur.

Resim 10.6 Yarı iletken korumasına ait devre şeması

• Yarı iletkenin bulunduğu dalda, dal veya hücre sigortası olarak aR-sigortaları yarı iletken elemanlara doğrudan koruma sağlar.

• Dönüştürücünün faz kirişinde, kiriş sigortası olarak aR- veya gR-sigortaları kullanılır.

• Yük tarafında (doğru akım), aşırı yük koruması için gR veya gG-sigortaları kullanılır. Bir kısa devre durumunda, doğrultucunun üst kısmındaki sigortalara karşı selektivite elde edilemez.

• Alt dağıtım tarafında ise besleme hatlarını da koruyan gR veya gS işletme sınıflarındaki tam aralıklı sigortalar kullanılır. Standartlarda belirtilen sigorta altlıkları ve yük ayırıcılarla birlikte kullanıldıklarında; gR-sigortaları düşük I2t-değerleri, gS-sigortalarıysa düşük güç kaybı için optimize edilmiştir. Her iki işletme sınıfı da kablo aşırı yük korumasının gerekliliklerini yerine getirmektedir.

Yarı iletken koruması için bir sigorta seçilirken yarı iletken elemanların sınır değerleri ve sigortanın kullanılacağı yerde beklenen yük ve hata akımları dikkate alınır. Bunların dışında aşağıdaki maddeler de dikkate alınmalıdır:

• Sürekli işletme akımları ile müsaade edilen aşırı yükler ısınma nedeniyle hasar oluşmadan geçirilebilmelidir. Yarı iletken devrelerinde yük akımı çoğu zaman sinüsoidal değildir. Bu yüzden sigortaların termik yüklenmesini belirleyebilmek için eğriden yola çıkarak efektif değer tespit edilmelidir.

• Sigortanın işletme akımındaki güç kaybı sigorta yuvasının kaldırabileceği güç değerinden daha küçük olmalıdır. Bu değer efektif değerden ve katalog değerlerinden tespit edilir. Kataloglarda sigortanın anma akımının %50’si ila %100’ü arası için güç kaybı değerleri bulunur.

• Üreticiler, keskin bir darbe şeklindeki periyodik yük akımları için aşırı yük eğrileri belirler (Resim 10.7). Bu eğriler, işaretli zaman aralığında sigorta eğrisini değiştirmeyen yük akımı darbelerinin yüksekliğini verir. Darbe şeklindeki yüklenmeler, daralma noktaları arasında elastik hatlar olan özel sigorta teli yapılarını gerektirir (Resim 10.4). Bunlar şiddetli sıcaklık değişiminden doğan sıkışma ve esneme şeklindeki zorlanmaları daralma noktalarından uzak tutarlar. Bu tür tedbirler alınmadığı takdirde malzemenin yorulmasına bağlı kırılmalar ve dolayısıyla sigortanın zamanında önce açması söz konusu olabilir.

Resim 10.7 gG, gS ve aR eğrileri ile aşırı yük eğrisi

• Tesiste meydana gelen hatalarda, akımın geçtiği yarı iletken bozulmadan hata akımı kesilmelidir. Bunun için de sigortanın kesme akımı ve kesme integrali I2t, korunan yarı iletkenin sınır değerlerinden daha küçük olmalıdır. Kesme integrali, erime süresi ve ark süresi boyunca ölçülen I2t-değerlerinden oluşur (Resim 5.4) ve toparlanma gerilimine bağlıdır. İlgili eğriler üretici kataloglarında bulunur (Resim 10.8).

Resim 10.8 Anahtarlama gerilimi ve kesme integralinin düzeltilmesi

• Akımın kesilmesi esnasında sigor- tanın üzerinde meydana gelen anahtarlama gerilimi, yarı iletkenin birleşim (junction) noktasının gerilim dayanımını aşmamalıdır. Sigortanın anma gerilimi altındaki toparlanma gerilimleri için anahtarlama gerilimi, katalog değerlerine dayanarak aşağı yönde düzeltilebilir (Resim 10.8).

İşletme akımı ve olası hata akımlarıyla birlikte toparlanma gerilimi de sigortanın dönüştürücü devresi içerisinde kullanılacağı yere ve işletme şekline bağlıdır. Yarı iletken koruma sigortaları birçok farklı uygulama için kullanıldıklarından burada sadece birkaç temel bilgi verilmiştir. Bununla birlikte kullanıcıların uygulama esnasında sigorta üreticilerinin teknik bilgilerine başvurmalarında fayda olacak- tır.

Not: Dönüştürücülerin korunması ilgili ayrıntılı bilgiler IEC 60146-6 “Application guide for the protection of semiconductor converters against over-current by fuses” adı al- tındaki uygulama rehberinde mevcuttur.

Bundan sonraki yazımızda " Doğru akım devrelerinin korunması, UPS tesisatlarında akü koruması anlatlacaktır.

Önceki Yazı Sonraki Yazı

Paylaş: