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

Bölüm-1



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. 

1. Genel Tanım

Alçak gerilim elektrik panoları bir veya daha fazla bitişik bölmeye tesis edilmiş koruma, anahtarlama ve ölçme cihazlarının birleşimden oluşmaktadır. Bir elektrik panosu bölmelerden oluşur ve bu bölmeler standartta “mahfaza” olarak adlandırılan mekanik koruma ve taşıma fonksiyonuna sahip yapılardan, elektriksel cihazlardan, dahili bağlantılardan ve giriş-çıkış terminal bağlantılarından oluşmaktadır.

Bu teknik kılavuzun amacı, alçak gerilim panolarının içerisine yerleştirilecek olan devre kesicilerini en kolay ve doğru şekilde seçmek için gerekli temel bilgileri sağlamak suretiyle elektrik panolarını ayrıntılı olarak ele almaktır.

Bu bağlamda alçak gerilim panoları ve devre kesicilerle ilgili standartlar olan IEC 61439-1 ve IEC 60947-2’nin hızlı bir incelenmesi sonrasında imalatçıların panoları tasarlarken dikkat etmeleri gereken konular ele alınmaktadır.

Bu teknik kılavuz elektrik panolarında aşırı ısınma sınırları, elektrik panoları içerisindeki devre kesicilerin akım taşıma kapasitelerini belirleyen etkenler ve elektrik panolarında azaltma faktörü hesabı olmak üzere üç ana başlığa ayrılmıştır.

2. Elektrik panolarında aşırı ısınma sınırları

2.1 Genel

Bir güç devresi içerisine dahil edilecek olan devre kesicilerin doğru seçimini zorlaştıran ana problemlerden biri devre kesicilerin işletme sıcaklığına göre hasar veya erken yaşlanma olmadan taşıyabileceği azami sürekli akımı hesaplamaktır.

İmalatçının sayı, konum ve boyut bakımından farklı bileşenler kullanarak şalt donanımı tasarlamadaki özgürlüğü, belirli bir devre kesicisinin montaj koşullarını farklı kılar. Bu sebeple devre kesici üreticisi tarafından tanımlanan ve standart ortam koşullarına atıfta bulunulan “azami akım taşıma kapasitesini” uygulamaya özgün olarak belirlemek çok önemlidir.

2.2 Akım taşıma kapasitesi

Akım taşıma kapasitesi konusunun farklı ürün standartlarında, biri devre kesicilerle ilgili ürün standardı diğeri ise alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri standardı olmak üzere nasıl ele alındığının incelenmesi gerekmektedir.

Devre kesiciler, “Avrupa Birliği Alçak Gerilim Direktifi 2014/35/EU” kapsamındaki, IEC 60947-1 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri – Bölüm:1 Genel kurallar”, IEC 60947-2 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri – Bölüm:2 Devre kesiciler” standardına göre üretilirler ve test edilirler.

IEC 60947-2 standardına göre devre kesicilerinin akım taşıma kapasitelerinin yani sıcaklık artışlarının doğrulanması anma akımında (In) yapılır. Bu deneylerin yapılışı ile ilgili koşullar aynı standart içerisinde belirtilmiş olup özetle şu şekildedir:

a) Akım taşıma kapasitesi “açık havada” doğrulanacaktır.

IEC 60947-1 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri - Bölüm-1: Genel kurallar” standardı “açık hava” ile ne kastedildiğini detaylı şekilde açıklamaktadır:

“Açık hava normal dahili koşullarda harici ışınımdan ve hava akışından arındırılmış hava olarak anlaşılmalıdır. (Dahili koşullar elektrik panosu içerisinde veya mahfaza içerisinde olarak anlaşılmamalı, bina veya benzeri çevresel koşullar anlaşılmalıdır.)”.
(IEC 60947-1,Madde 5.3.2.1)


Bu nedenle sadece ısınmadan kaynaklanan doğal taşınım hava hareketleri dışında hiçbir dış ışınım ve hava akışı kabul edilmez.

b) Akım taşıma kapasitesi devre kesicilerin ilgili standartta belirtilen boyut (maksimum) ve uzunluğa (minimum) sahip iletkenler ve baralar ile beslenmesiyle doğrulanır.

Görüldüğü üzere standart koşullar olarak aynı zamanda devre kesicinin bağlantı yöntemlerine de atıfta bulunulmaktadır.Deneyler sırasında kullanılacak bağlantı detayları IEC 60947-1 Çizelge 9, Çizelge 10 ve Çizelge 11’de verilmektedir.

c) Deney sırasında, devre kesicilerinin farklı kısımlarında kabul edilen maksimum sıcaklık artış sınırlarının aşılmaması sağlanarak akım taşıma kapasitesi doğrulanır. (IEC 60947-1,Madde 8.2.2.5)

Mutlak sıcaklık olarak değil, Kelvin cinsinden ifade edilen bir “sıcaklık farkı” olarak ifade edilen bu tür sıcaklık artışı, 40 °C’lik bir referans azami ortam hava sıcaklığına göre fark olarak belirlenir.





Devre kesiciler genellikle farklı işlevlere sahip mahfazaların içine monte edilir. Bu işlevler,

• Farklı cihazların bağlantılarını insanlar için erişilemez kılmak (bilinçli ve yetkili faaliyetler dışında)

• Sabit konumlandırma yapılan yerlerde devre kesicilerini barındıracak bir yer oluşturmak

• Katı yabancı cisimler ve sıvı girişine karşı yeterli koruma sağlamak

Bu mahfazalar anahtarlama ve kontrol düzeni donanımları olarak adlandırılmakta olup IEC 61439-1 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzeni donanımları – Bölüm-1: Genel Kurallar” standardına uymaktadırlar.

Ancak bir elektrik panosunun içindeki montaj koşulları, bir devre kesicinin açık havada akım taşıma kapasitesinin doğrulama koşulları olan IEC 60947-2 standardı tarafından belirtilen koşullardan farklıdır.

Pano içerisindeki koşullar (kablolama, bölmelendirme, diğer cihazların yerleşimi) devre kesiciyi aşağıdaki özelliklerle ayırt edilmiş koşullar altında çalışmaya zorlamaktadır:

• Açık havada değil, ancak hava sirkülasyonu açısından belirli şartlarda

Özellikle bu durum karmaşık iç bölmelendirmeleri olan veya cebri havalandırmaya sahip panolarda farklılıklar gösterir.

• Devre kesiciler, kendi özgün standartlarının şart koştuğu değil elektrik panosu imalatçıları tarafından belirtilen boyut ve uzunlukta iletkenlerle ve baralarla bağlanır.

• Pano tasarımına ve barındırdığı cihazlara bağlı olarak devre kesici etrafındaki hava sıcaklığı artmaktadır.

Özellikle panonun farklı IP koruma derecesi ve düzenleme şekli, panodan dışarıya doğru aktarılan ısı miktarında ve dolayısıyla içerdeki hava sıcaklığında önemli değişikliklere neden olur.


2.3 Elektrik panosu içinde devre kesicilerin akım taşıma kapasitesini belirleyen etkenler

Devre kesicilerinin akım taşıma kapasiteleri elektrik panosu içerisine yerleştirildiklerinde aşağıdaki etkenlere bağlı olarak değişmektedir.

1. Devre kesicilerinin elektrik panosu içerisinde dikeyde konumlandırılması

2. Dahili bölmelendirme tipi ve elektrik panosunun boyutları

3. IP koruma derecesi / elektrik panosunun havalandırılması

4. Devre kesici bağlantı terminali yönü

5. Bağlantı bakırları kesitleri

6. Elektrik panosu ortam sıcaklığı

7. Deniz seviyesinden yükselti

Üreticisinin deneyleri sırasında belirli bir devre kesici için açık havadaki anma kesintisiz akım taşıma kapasitesini (Iu) belirleyen koşulların devre kesicinin bir elektrik panosu içinde kullanılması durumunda bulunduğu koşullardan farklı olduğu görülmektedir.

Sonuç olarak, devre kesicilerin ilgili ürün standardına uygun olarak belirlenen akım taşıma kapasitesinin, uygun değerlendirmeler yapılmadan bir elektrik panosu içine monte edildiğindeki taşıma kapasitesine eşit kabul edilemeyeceği açıktır. IEC 60947-1 standardında tariflenen montaj koşulları ve bağlanan iletkenlerden/baralardan farklı olan normal işletme koşullarındaki akım taşıma kapasitesi test değerlerinin farklılık göstereceği dikkate alınmalıdır.

Ayrıca, genel deney koşulları ile ilgili olarak, alçak gerilim devre kesicileriyle ilgili olan IEC 60947-2 standardı, öngörülen deneylerin, örneğin elektrik panolarına dahil edilen devre kesiciler üzerinde IEC 61439-1 ile yeni deneyler yapılması gerektiğini hatırlatır.



















2.4 Sıcaklık artışının IEC 61439-1 standardına göre doğrulanmasının devre kesicilerine etkisi

Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri ile ilgili ürün standardı olan IEC 61439-1 varolan kendi başına bileşenlere atıfta bulunmaz, fakat herhangi bir olası anahtarlama, ölçme, koruma amacı ile donatılmış, dahili elektrik ve mekanik bağlantılarla monte edilmiş ve kablolanmış bir veya daha fazla koruma ve anahtarlama cihazının kombinasyonu anlamına gelen “düzenden” bahseder.

Sonuç olarak, bu standart akım taşıma kapasitesine atıfta bulunmak için devre kesiciler ve iletkenlerin/baraların kendi başına bileşenlerinin nominal akımlarına değil, bunların tamamı tarafından meydana getirilen “elektrik devresinin” nominal akımıyla ilgilenmektedir. Tanıma uygun olarak, bir devrenin nominal akımı, devrenin elektrik bileşenlerinin, bunların konumlarının ve uygulamalarının bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar.


Devre akımı geçirilerek standardın kendi talimatlarına uygun olarak deney yapıldığında, devre üzerindeki çeşitli bileşenler üzerinde gerçekleşen sıcaklık artışlarının belirlenen sınırları aşmaması gerekmektedir.

Sıcaklık artışı deneyinin performans kriterleri şu durumları içerir:

Elektrik panosu devrelerinin deneyleri anma akımın anma diversite faktörü RDF ile çarpılması sonucu elde edilen akımla yapılmalıdır. RDF, herhangi bir anda dikkate alınan tüm ana devrelerden geçen akımların toplamının maksimum değeri ile aynı devrelerin nominal akımlarının toplamı arasındaki oran olarak tanımlanır.

I_test = I_nc x RDF

Yukarıdaki tariften şu sonuç çıkarılabilir. Eğer anma diversite faktörü RDF <1 ise (tüm yükler %100 akım ile yüklenmemiş), pano devrelerinin testleri anma değerinden daha düşük bir akım değerinde yapılır. Bununla birlikte, tip-test en ağır sıcaklık artış koşullarının oluşmasını sağlayan devreler üzerinde yapılmalıdır.

IEC 61439-2 Madde 5.4 beyan kullanma faktörünün aşağıdaki şekilde tarif etmektedir.

5.4 Beyan kullanma (diversite) faktörü (RDF)

Gerçek yük akımları ile ilgili olarak son kullanıcı ile pano imalatçısı arasında bir anlaşmanın olmaması durumunda panonun çıkış devrelerinde veya çıkış devreleri grubunda kabul edilen yük için Çizelge 101’deki değerler esas alınabilir. Bununla birlikte bazı endüstriyel tesislerde ve eklentilerle genişletilen bazı tesislerde kabul edilen yük faktörünün 1’e yakın olması söz konusudur.

Motorlar ve elektriksel harekete geçiriciler için kabul edilen yük akımı motorun anma akımının Çizelge 101’de yer alan katsayılarla  çarpılmasıyla bulunur. Eğer sadece anma gücü ve anma gerilimi verilen bir motor söz konusu ise bu durumda motorun anma akımı IEC 60947-4-1:2018, Ek G’den bulunabilir.

Tüm diğer dağıtım devreleri için kabul edilen yük akımı koruma cihazının anma akımı (In) ile Çizelge 101’deki yük faktörü değerinin çarpılması ile bulunur.”


Bu nedenle bir panoda devrenin anma akımı atanan değer olarak belirlenmez, diversite faktörü dikkate alınarak belirlenir.

İzin verilen sıcaklık artış miktarı her iki standart (IEC 61439-1 ve IEC 60947-2) tarafından farklı değerlendirilmektedir.


Tablo 1’de açık havada bir devre kesicisinin bağlantı terminallerindeki kabul edilen sıcaklık artış değeri ΔT=80K olarak görülmektedir. Referans ortam sıcaklığını Ta = 40°C olarak alırsak maksimum izin verilen sıcaklık
T_T = (ΔT + Ta) = 120°C olarak  çıkarılabilir.

Sıcaklık artışı ile ilgili olarak elektrik panosu standardındaki tanımlamalar göz önüne alındığında referans olarak ortalama ortam sıcaklığı Ta = 35°C alınır. Pano terminallerinde maksimum izin verilebilir sıcaklık limitleri, yalıtılmış harici bağlantılar için 70K yani maksimum işletme sıcaklığı 105°C’dir. Eğer devre kesicisi pano içerisine yerleştirildiyse referans ortam sıcaklığı 35°C olarak kabul edilmeli ve Tablo-1’e göre, gömülü bileşenler (devre kesiciler panoların bileşenidir) için üreticinin devre kesici terminalleri için maksimum sıcaklık olarak 120°C vermesine izin verilir. Böylece maksimum sıcaklık artış limitinin 85K olduğu elde edilebilir. Terminallere bağlantı PVC izolasyonlu iletkenlerle yapıldığında, terminaller üzerinde kabul edilebilir maksimum sıcaklık, kablo bileşeninin sıcaklığı olan 70°C olması gerekir. Aksine devre kesicisine bağlantı maksimum sıcaklığı 105°C olan çıplak bakır bara ile yapıldıysa maksimum çalışma sıcaklığını belirleyen devre kesici bileşenlerinin maksimum işletme sıcaklığı
yani 85°C’dir. Yukarıdakilerin bir özeti olarak, aşağıdaki Tablo 2 ve Resim 2’de elektrik panosu standardında belirtilen, panoların farklı parçalarının maksimum kabul edilebilir sıcaklık artışı ve sıcaklık sınır değerleri gösterilmiştir ve pano içerisine yerleştirilen devre kesiciler için referans ortam sıcaklığı Ta = 35°C alınarak tekrar hesaplama yapılmıştır.

Görüleceği üzere sıcaklık dayanımı ve dolayısıyla da akım taşıma kapasitesi açısından değerlendirildiğinde devre kesicilerin kendi standartlarına göre yapılan deneylerde elektrik panosu için uygulanan standarda göre yapılan deneylere kıyasla daha yüksek sıcaklıklara müsaade edilmektedir.



Bundan sonraki bölümde "Elektrik panosu içerisinde devre kesicilerin akım taşıma kapasitesinin arttırılmasına yönelik iyileştirmeler, Elektrik panolarında azaltma (De-Rating) hesabı) anlatılacaktır.