IEC 60364 Alçak Gerilim Elektrik Tesisatları Standardına Genel Bakış 

Yazı Dizisi -3

Barış  Akdoğan 

IEC60364 Standartları Doğrultusunda Alçak Gerilim Elektrik Tesisatlarında Kullanılan Koruma ve Anahtarlama Cihazları Ürün standartları, bireysel olarak ürünlerin özelliklerine ve testlerine odaklanmakta olup, alçak gerilim elektrik tesisatlarında, elektrik çarpmasına karşı koruma, aşırı akıma karşı koruma, aşırı gerilime karşı koruma gibi farkılı ihtiyaçlar için kullanılacak ürünlerin doğru bir şekilde seçilmesi ve kullanılması, IEC/HD 60364 Elektrik Tesisatları standardına tabidir.

Alçak gerilim cihazlarının seçimi ve kullanımına ilişkin ortak kurallar, elektrik tesisatları için elektroteknik standardında (IEC 60364) açıklanmıştır. Bu anlamda, IEC 60364 standartlar grubu içerisinde yer alan IEC/HD 60364-5-53 standardı (Alçak gerilim elektrik tesisatları - Bölüm 5-53: Elektriksel donanımın seçimi ve montajı - Güvenlik için koruma, ayırma, anahtarlama, kontrol ve izleme cihazları) oldukça önemlidir.

IEC/HD 60364-5-53’ün 530.4 maddesi, tüm alçak gerilim tesisatlarında takip edilmesi gereken genel ve ortak koşulları belirlemektedir. Bu koşullar aşağıdaki gibidir:

1. Donanımın her parçası, HD 60364-1’in temel prensiplerinin ve HD 60364 serisinin diğer kısımlarındaki ilgili kurallarının yanı sıra, bu belgede belirtilen gereksinimlere uyumluluğu sağlayacak şekilde seçilecek ve monte edilecektir.

2. Ayırma ve anahtarlama için kullanılan çok kutuplu cihazların tüm kutuplarının hareketli kontakları mekanik olarak birleştirilecek, böylece kutuplar otomatik açma ve kapama işlemlerini birlikte yapacaklardır. Çok kutuplu anahtarlama cihazlarının, nötr ve orta nokta bağlantısı için işaretlenmiş hareketli kontakları, diğer kontaklardan önce kapanacak ve sonra açılacaktır.

3.Tek fazlı devrelerdeki tek kutuplu cihazlar (Devre kesici, ayırıcı, anahtar, kontaktör ..vb.) nötr iletkenine bağlanmayacaktır. 

4. Ayırma, işlevsel anahtarlama, işlevsel kontrol ve acil durum açması gibi birden fazla işlevleri kapsayan cihazlar, her bir işleve karşılık gelen gereksinimlere ayrı ayrı uyacaktır.

5. Yalnızca koruma amacı için üretilmiş donanım, devrelerin işlevsel anahtarlaması için kullanılmayacaktır. işlevsel anahtarlama, test hizmetleri ve bakım amaçlarıyla devrelerin ayrılması ve ayırma işlemlerini kapsamamaktadır.

Tablo 1 – Alçak gerilim cihaz işlevleri

Not: Bu genel bakışa ilave olarak, “IEC 60947-9-1:2019 Aktif Ark Hatası Azaltma Sistemleri - Ark Söndürme Cihazı” standardına göre, panoların iç ark hatasına karşı korunması için kullanılan ve yeni bir kategori olan Ark Söndürme Cihazı (AQD) da bu tabloya eklenebilir.

Alçak gerilim tesisatlarında kullanılan koruma ve anahtarlama cihazlarını dört ana başlık altında özetleyebiliriz;
1- Anahtarlama ve ayırma  cihazları
2- Sigortalar
3- Artık akım cihazları
4- Devre kesiciler

Koruma, anahtarlama ve ayırma  cihazlarının özellikleri, ilgili ürün standartlarında açıklanmaktadır. Bu standartların en önemli olanları şunlardır:

IEC/EN 60898: Ev içinde ve benzer yerlerde kullanım için tasarlanmış, aşırı akım koruması yapan devre kesiciler (MCB).

IEC/EN 61008: Ev içinde ve benzer yerlerde kullanım için tasarlanmış, artık akımla çalışan (RCCB).

IEC/EN 61009: Ev içinde ve benzer yerlerde kullanım için tasarlanmış, aşırı akım koruması yapan ve artık akımla çalışan devre kesiciler (RCBO).

IEC/EN 60947-2: Devre kesiciler.

IEC/EN 60947-3: Anahtarlar, ayırıcılar, yük ayırıcılar ve sigorta kombinasyon üniteleri

IEC/EN 60947-4-1: Elektromekanik kontaktörler ve motor yolvericiler.

1. Anahtarlama ve  Ayırma Cihazları

Anahtarlama ve ayırma cihazları için tanımları, gereksinimleri ve karakteristikleri, “IEC/EN 60947-3 Anahtarlar, ayırıcılar, yük ayırıcılar ve sigorta kombinasyon üniteleri” standardı belirler.

Avrupa’daki alçak gerilim tesisatlarında kullanılacak anahtarlama ve izolasyon cihazların seçimi ve kullanımına dair genel kurallar, aşağıdaki elektrik tesisatları standartlarında açıklanmıştır:

HD 60364-4-46: Alçak gerilim elektrik tesisatları - Bölüm 4-46: Güvenlik için koruma - Ayırma ve anahtarlama. Bu standart, insanların, hayvanların ve mülkün güvenliğini sağlamak için izolasyon ve anahtarlama konusundaki genel gereksinimleri ve önlemleri belirler. 

IEC/HD 60364-5-53: Alçak gerilim elektrik tesisatları - Bölüm 5-53: Elektriksel donanımın seçimi ve montajı – Koruma, ayırma, anahtarlama, kontrol ve izleme için cihazlar.

HD 60364-5-537: Alçak gerilim elektrik tesisatları- Bölüm 5-53: Elektriksel donanımın seçimi ve montajı – Koruma, ayırma, anahtarlama, kontrol ve izleme için cihazlar - Madde 537 Ayırma  ve anahtarlama. Bu standartta, HD 60364-4-46’da belirtilen koşulların uygulaması açıklanmıştır.

Not: Avrupa’da CENELEC tarafından Avrupa için onaylanmış HD (Harmonize Doküman) kullanılmaktadır. Harmonize Dokümanlar, IEC ile birbir aynı, veya IEC’nin düzeltilmiş bir sürümü, ya da IEC standardının kullanımdan kalkması durumunda buna uygun olan ayrı bir doküman olarak yayınlanmış olabilir.

Anahtarlama cihazlarının kullanımının üç ana amacı vardır:

Anahtarlama cihazlarının kullanımı için ek bir kural olarak, bir kurulumun veya bir donanımın ya da muhafazanın, birden fazla kaynağa bağlı gerilim altında bölümler içerdiği durumlarda, eğer ilgili tüm devrelerin izole edilmesini sağlamak için bir kilitleme düzenlemesi bulunmuyorsa, herhangi bir kişinin gerilim altındaki bölümlere erişmeden önce, bu bölümlerin  kaynaklardan ayrılması konusunda uyarılması amacıyla , göz önünde  bir konuma kalıcı bir uyarı notu yerleştirilmelidir (HD 60364-4-46).
 

Şalt cihazları için (anahtarlar, kontaktörler, röleler, devre kesiciler, vb.) karakteristik çalışma koşulları kullanım kategorilerine göre belirlenir. Tüm anahtarlama cihazları, farklı elektrik yükleri ve farklı çalışma koşulları için boyutlandırılmıştır. Özellikle, açma ve kapama sırasında akım ve gerilimin neden olduğu anahtarlama yolu üzerindeki stres çok önemlidir. Örneğin, direnç yükünde açma ve kapama akımı, sürekli çalışma akımına karşılık gelirken, sincap kafesli motorlar, çalıştırma ve yolalma aşamasında beyan çalışma akımının katları seviyesinde akım tüketir. Detaylar, ilgili ürün standartlarında açıklanmıştır.

2. Sigortalar

Sigortalar, hemen hemen her tesisatta kullanılan ve hem ekipmanının hem de personelin güvenliğini sağlayan önemli bileşenlerden biridir. Sigortaların, diğer devre koruma cihazlarına göre pek çok avantajı bulunmaktadır. Genellikle eski bir teknoloji olarak görülmesine rağmen sigortalar, daha karmaşık diğer yöntemlere kıyasla uygun maliyet ve üstün devre koruma performansı sunmaları nedeniyle, elektrik endüstrisinde yoğun bir şekilde kullanılmaktadırlar. Sigortalar, eşdeğer devre kesicilerden çok daha yüksek kesme kapasitesine sahiptir. Bu da sigortalara, çok daha yüksek hata akımlarını, alt taraflarındaki ekipman hiç zarar görmeden veya çok az zarar görecek şekilde güvenilir olarak kesme yeteneği kazandırmaktadır.

Tüm uygulamalarda olduğu gibi, en iyi devre koruma cihazı, ancak olası arıza koşullarını değerlendirmek için devrenin dikkatlice incelenmesiyle belirlenebilir.

Sigorta aşağıdakileri kapsayan bir koruma cihazıdır:

Sigortalar için tanımları, gereksinimleri ve karakteristikleri “IEC 60269 Alçak gerilim sigortalar” standartlar serisi belirler.

Akım-zaman eğrisi, muhtemelen herhangi bir sigorta bağlantısının en önemli özelliğidir. Bu eğride, bir sigorta bağlantısının çalışma süresi, beklenen akımın (beyan veya hata akımı) bir fonksiyonu olarak gösterilir. Beklenen akım, şebekede bir kısa devre meydana geldikten hemen sonra sigortadan akacak akımın değeri olarak tanımlanır. Akım-zaman eğrisi, sigorta bağlantısının hata koşulları altında ne kadar hızlı çalışacağının veya hata aşırı yük akımları olmadan hangi akım seviyesine çalışmayacağının belirlenmesine izin verir.

Spesifik ekipman veya devreleri korurken, uygun şekilde tasarlanmış ve ilgili çalışma özelliklerine sahip sigorta bağlantısının kullanılması önemlidir. Sigorta bağlantıları, korumak üzere tasarlandıkları belirli uygulamayı veya özellikleri belirten sembollerle işaretlenmiştir. Sigorta bağlantıları küresel ölçekte birçok uygulama için kullanıldığından, bu tasarımların dahil olduğu birçok kategori vardır.

IEC, DIN ve BS standartlarına göre; ilk küçük harf, sigorta bağlantısının kırılma aralığını gösterir:

g : tam kesme kapasitesi aralığı,
a : kısmi kesme kapasitesi aralığı

İkinci büyük harf ise karakteristiği gösterir:

gG : Tam koruma aralığı, Genel uygulama
gM : Tam koruma aralığı, Motor uygulaması
aM : Kısmi koruma aralığı, Motor uygulaması
gB : Tam koruma aralığı, madencilik uygulaması
aR / gR : Yarı iletken koruması; Hızlı açma (Çabuk, Yüksek Hızlı)
gS : Yarı iletken koruması, kablo aşırı yük koruması dahil
gTr : Trafo koruması
gPv : Fotovoltaik (güneş paneli) koruması
gFF : Tam koruma aralığı, düşük kısa devre akımları için (uzun kablolar)


Şekil 1 – Farklı tiplerdeki NH00 boy 63 A sigortaların akım-zaman karakteristiklerinin karşılaştırılması

IEC / EN 60269-2'ye göre, aynı kullanım kategorisindeki (örn. gG) beyan akımları 16 A’den büyük olan sigortalar, kaynak tarafındaki sigortanın beyan akımının, alt taraftaki sigortanın beyan akımının 1,6 katına eşit veya daha yüksek seçilmesi durumunda, toplam seçicilik gereksinimlerini karşılar.

3. Artık Akım Cihazları
Hassas RCD'lerin, temel korumanın (doğrudan temasa karşı koruma) veya arıza korumasının (dolaylı temasa karşı koruma) yanı sıra kullanıcının dikkatsizliği durumunda ek koruma olarak etkili olduğu kanıtlanmıştır. Ancak, IEC 60364-4-41'e göre artık akım cihazları, elektrik çarpmasına karşı korumanın tek yolu olmamalıdır ve diğer koruma önlemlerinin yerine geçmez. IEC 60364'ün ilgili Bölüm 7'sinde belirtildiği gibi, belirli dış etki koşulları altında ve belirli özel yerlerde, koruma önlemi ile birlikte ek koruma olarak tanımlanır.

Genel olarak, ek koruma için kullanılan 30 mA hassasiyete sahip bir artık akım cihazı IEC/HD 60364-4-41:2017’ye göre, aşağıdaki devrelerde kullanılmalıdır:

RCD kısaltması, elektroteknik standartlarda ve teknik yönelimli metinlerde, aşağıdaki belirtilen tüm olası artık akım cihazı tipleri ve tasarımları temsilen kullanılan ortak bir addır:

RCCB (Artık Akımla Çalışan Devre Kesici); bkz. IEC 61008 2-1, IEC 62423
Normal servis koşullarındaki akımları kapatmak, taşımak ve kesmek, ve de belirli koşullar altında artık akım değeri belirli bir değere ulaştığında kontakların açılmasını sağşamak için tasarlanmış mekanik bir anahtarlama cihazıdır. Aşırı yüklere ve/veya kısa devrelere karşı koruma sağlamak üzere tasarlanmamıştır ve her zaman sigorta veya devre kesici gibi aşırı akım koruyucu bir cihazla birlikte kullanılmalıdır.

RCBO (Aşırı Akım Korumalı Artık Akımla Çalışan Devre Kesici); bkz. IEC 61009 2-1, IEC 62423
Normal servis koşullarındaki akımları kapatmak, taşımak ve kesmek, ve de belirli koşullar altında artık akım değeri belirli bir değere ulaştığında kontakların açılmasını sağşamak için tasarlanmış mekanik bir anahtarlama cihazıdır. Buna ek olarak, aşırı yüklere ve/veya kısa devrelere karşı koruma sağlamak üzere tasarlanmıştır ve beyan kısa devre kapasitesi dahilinde, diğer herhangi bir aşırı akım koruma cihazından bağımsız olarak kullanılabilir.

CBR (Artık Akım Korumasına Sahip Devre Kesici); bkz. IEC 60947-2, Ek B
Aşırı akım koruması sağlayan ve artık akım korumasını entegre olarak veya fabrikada ya da sahada takılabilen bir artık akım ünitesi ile kombinasyon halinde içeren bir devre kesicidir.

RCM (Artık Akım İzleyici); bkz. IEC 602020
Dengesiz toprak hata akımlarının varlığına karşı elektrik tesisatlarını veya devrelerini izlemek için tasarlanmış bir cihazdır. Herhangi bir açma düzeneği veya aşırı akım koruması içermez. RCM'ler koruyucu cihazlar değildir, ancak elektrik tesisatlarında artık akımları izlemek için kullanılabilirler. RCM'ler, önceden seçilmiş bir artık akım değeri aşıldığında sesli veya sesli ve görsel bir sinyal üretir.

MRCD (Modüler Artık Akım Cihazı); bkz. IEC 60947-2, Ek M
Aşırı akım koruması olmayan ve bağlantılı bir anahtarlama cihazını açmak için bir sinyal verme yeteneğine sahip, artık akım koruması içeren bağımsız olarak monte edilen bir cihazdır.

Çeşitli artık akım türlerine duyarlılığa göre, RCD'ler tipik olarak AC, A ve B tipleri olarak ayrılırlar. Artan uygulama gereksinimlerine bağlı olarak, A ve B tipleri de birkaç farklı çeşide ayrılır.

AC tipi; yalnızca alternatif artık akımlar için tasarlanmıştır. Artık akımın darbeli doğru akım (DC) bileşenleri, reaksiyon hassasiyetinin düşmesine veya açma fonksiyonlarının bloke olmasına neden olabilir (IEC/EN 61008 uyarınca).

A tipi; muhtemelen 6 mA'ya kadar düzgün bir DC artık akım değerinin varlığı da dahil, alternatif ve darbeli doğru artık akımlar için tasarlanmıştır (IEC/EN 61008 uyarınca).

F tipi; yüksek frekanslara duyarlılığa sahip, değiştirilmiş frekans karakteristiklerine sahip özel bir A tipi çeşididir. 10 mA'ya kadar düzgün bir DC artık akım değerinin varlığı mümkündür. Bu tip artık akım cihazları IEC/EN 62423, ed.2'nin yayınlanmasından sonra çıkmıştır.

B tipi; Her tür artık akım için, yani alternatif, darbeli DC ve düzgün DC artık akımlar için tasarlanmıştır (IEC/EN 62423). Frekans invertörlerinin, fotovoltaik enerji santrallerinin ve yarı iletken elemanlı diğer ekipmanların uygulandığı endüstriyel ve ticari kurulumlarda DC artık akımlar meydana gelebilir. Frekans olarak ise, belirtilen toleranslar dahilinde 1 kHz'e kadar işlevselliği garanti edilmiştir.

Bfq tipi; 50 kHz'e kadar frekans aralığı ile değiştirilmiş açma karakteristiklerine sahip tüm artık akım türleri için tasarlanmıştır. Güçlü frekans invertörlerinin devrelerinde oluşabilecek kaçak akımlar durumunda istenmeyen açmalara karşı dirençlidirler (IEC/EN 62423, ed. 2'ye göre).

4. Devre Kesiciler

Alçak gerilim devre kesiciler, elektrik tesisatlarını aşırı akımlardan koruyan elektromekanik cihazlardır. Tesisatların aşırı yüklenmesinin etkilerini ve kısa devre akımlarının etkisini sınırlamaya yararlar. Devre kesicilerin geçmişi, tekrarlı ve uzaktan anahtarlamaya izin veriyor olmaları sayesinde sigortalara alternatif olarak kullanılmaya başlandıkları 20. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Modern devre kesiciler, temel koruma fonksiyonlarına ek olarak, şebeke durumu bilgisi, çalışma durumu, enerji ölçümü gibi bilgileri sağlamakta ve farklı seviyelerde haberleşme imkanı sunmaktadırlar.

Devre kesicilerin özelliklerinin ürün standartlarına uygun olarak bilinmesi, tesisatlarda doğru kullanımları için bir ön koşuldur. Özellikle aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir:

Bu gereksinimlerin her biri, IEC/HD 60364 Elektrik tesisatları standartlarının ilgili bölümlerinde açıklanmıştır.

Devre kesiciler aşağıdaki gruplar halinde yapılandırılmıştır:

Koruma devrelerinde kullanılan terimler;


Kullanım amacına bağlı olarak devre kesiciler şu şekilde tasarlanmıştır:
 Akım sınırlayıcı devre kesiciler, kısa devre akımını, varsayılan maksimum değere ulaşabileceğinden daha hızlı keser. I2t kısa devre geçiş enerjisi, yarım dalga sınırsız kısa devre akımının geçiş enerjisi değerinden daha düşüktür. Grafiksel olarak, sınırlı akım eğrisinin altındaki bir alan olarak ifade edilebilir.