Kontaktör–Sigorta Kombinasyonlu OG DOL Motor Uygulamalarında
HRC  Sigorta Seçimi ve Koruma Koordinasyonu
Bölüm-2

Orhan Zengin

 

 
[Yayım Tarihi: 7 Kasım 2025] 


3.3    Koruma rölesi seçimi ve koordinasyon kriterleri

Endüstriyel sektörde mikroprosesör tabanlı koruma rölelerinde sağlanan gelişme ile, konvansiyonel koruma fonksiyonlarına ilave olarak ekipman termik ve dinamik dayanımlarına göre çok daha geniş kapsamlı koruma elementlerinin koordinasyonu mümkün hale gelmiştir. Bu kapsamda ekipman bazlı ( motor, trafo, generator vb.) koruma rölelerinin tercih edilmesi tutarlı bir koruma felsefesinin oluşturulması bakımından önemli yere sahiptir.

Aynı zamanda IEC 61850 tabanlı haberleşme ile koruma röleleri, GOOSE/MMS üzerinden RTU/SCADA’ya gerçek zamanlı ölçüm, olay/arıza kaydı, durum izleme ve uzaktan kumanda verilerini taşıyarak sigorta bulunsa dahi her ekipmanda otomasyon ve çevrimiçi izleme gereksinimlerini karşılayan vazgeçilmez bileşenler hâline gelmiş; kontaktör–sigorta kombinasyonlu OG starterlarda da röle fonksiyonlarının hızlı, standartlaştırılmış ve merkezi entegrasyonunu mümkün kılmıştır.

Kontaktör–sigorta kombinasyonu gibi özel uygulamalar, koruma koordinasyonunda daha hassas ve kural temelli bir yaklaşım gerektirir. Bu yapıda, kontaktörlerin kısa devre kesme kapasitesinin çok düşük olması nedeniyle kısa devre koruma görevi HRC back-up sigortalara bırakılır; röleler ise ekipmanı termik olarak zorlayacak aşırı yük, dengesizlik ve (tasarıma bağlı) toprak arızası kaynaklı korumaları üstlenir. Böylece sigorta büyük arızayı milisaniyelerde sınırlayıp keserken, röle aşırı yük bölgesinde selektif ve kontrollü açtırma sağlar; kontaktör ise yalnızca manevra elemanı olarak çalışır.

Yukarıdaki bilgiler çerçevesinde motor bazlı uygulamalar için seçilecek olan koruma rölesinde, sigorta ile kısa devre koruması haricinde aşağıdaki fonksiyonların bulunması işletme güvenilirliği ve ekipman ömrü açısından tavsiye edilir.

•    ANSI 49 : Termal Aşırı Yük Koruma
•    ANSI 51 : Ters Zamanlı Aşırı Akım Koruma
•    ANSI 50/51N : Toprak Aşırı Akım Koruma
•    ANSI 46 : Dengesiz Yük/Negatif Bileşen Koruma
•    ANSI 48 : Motor Kalkış Süpervizyon
•    ANSI 66 : Motor Kalkış Sayısı Sınırlama
•    ANSI 51LR : Kilitli Rotor / Mekanik Sıkışma Koruma

Belirtilen koruma fonksiyonları ayarlanırken şu hususlara dikkat edilmesi ekipman güvenliği açısından önemlidir:

•    Motor datasheet dokümanında belirtilen nominal değerler ile akım taşıma kapasitesi bakımından güç kablosuna dikkat edilmelidir. 

•    ANSI 51 ayarı motor kalkışında çalışmayacak şekilde konfigüre edilmelidir.

•    Yine ANSI 51 ayarı verilirken, sigorta ile ters zaman eğrisinin kesişme noktasındaki akım değeri, sigortanın minimum kesme akımından (I3) büyük olmalıdır. Böylelikle sigortanın güvenli kesebileceği akımın altındaki bölge röle tarafından korunacaktır.

•    ANSI 50/51N ayarı verilirken sistemin toprak yapısı dikakte alınmalıdır. Doğrudan topraklı sistemlerde faz-toprak kısa devre akımları yüksek olacağından ANSI 50N ayarının verilmemesi önerilmektedir. Toprak akımı sınırlandırılmış sistemlerde, sigortanın toprak hatasını görememesi ihtimaline karşı ANSI 50N ayarı verilmelidir ancak 2 faz-toprak hatasında fazlardan yüksek akım geçeceğinden, rölenin sigortadan daha erken açma sinyali göndermemesi için gecikme süresi verilmelidir. 

•    ANSI 46 ayarı verilirken motorun sürekli olarak maruza kalabileceği negatif bileşen akımı dikkate alınmalıdır. 

4    Örnek koruma koordinasyon uygulaması ve sonuç

Kontaktör-sigorta-röle kombinasyonlu uygulamalar için, örnek olarak IEEE C37.48-2020 standardında verilen aşağıdaki eğri koordinasyonunun oluşması beklenmektedir. Bu koşulların sağlanması ile ekipman ve işletme güvenilirliği, koruma sistemleri felsefesi bakımından üst seviyede olacaktır.

Şekil 4 IEEE C37.48-2020 standardı örnek uygulaması

Sonuç olarak bu yazıda verilmek istenen prensipler Şekil-3 yardımı ile IEEE C37.48-2020 standardında da belirtildiği üzere aşağıdaki gibi özetlenmiştir :

a)    Motor nominal değerlerine göre kontaktör ve sigorta seçimi yapılır. Sigortanın nominal akımı, sigorta servis pozisyonuna monte edildiğinde motorun çalışma akımını aşırı ısınmadan sürekli olarak taşıyabilecek şekilde seçilmelidir. 

b)    Sigortanın erime akım-zaman karakteristiği uygun K-faktörü ile çarpıldığında, %100 ve %80 Un işletme gerilimlerindeki A noktasına karşılık gelen motor kalkış akımının üzerinde kalmalıdır.

c)    Röleye verilen ANSI 51 ters zamanlı aşırı akım eğrisi D ile sigorta eğrisinin kesiştiği B noktasındaki akım, sigortanın güvenli kesebileceği minimum kesme akımının (I3) üzerinde olmalıdır. Aynı zamanda B kesişme noktasındaki akım, kontaktörün kesebileceği maksimum kısa devre akımından düşük olmalıdır. Böylelikle birleşik koruma eğrisi DBE olacak şekilde koordinasyon sağlanacaktır.

d)    Anahtarlama elemanının maksimum kesme kapasitesi üzerindeki arıza akımlarında koruma elemanı olarak sigorta görev yapmalıdır.

e)    Yıldız noktası direnç üzerinden topraklı sistemlerde, faz – toprak akımının sigorta minimum güvenli kesme akımının altında kalması ihtimaline karşı röleye toprak ani ayarı verilebilir ancak 2 faz-toprak arızalarına karşı rölenin sigortadan önce çalışmaması için FC eğrisinde gösterildiği gibi zaman gecikmesi verilmelidir.  Etkin topraklı sistemlerde ANSI 50N ayarının verilmesi önerilmemektedir.

f)    Kablo dayanım eğrisinin, koruma karakteristiğinin sağında kalması gerekir. Motor besleme görevinin doğası gereği, yüksek akımlı ve tekrarlı motor kalkışından dolayı yüksek sigorta değerinin gerekli olduğu durumlarda, koruma karakteristiği sağa doğru kayacağından kablo kesitinin uygun şekilde artırılması gerekebilir.

g)    Sigorta minimum kesme akımının mümkün oldukça sıkışmış rotor (stalled rotor) akımına yakın olacak kadar düşük seçilmesi arzu edilir. Ancak koruma rölesinde kullanılan ANSI 51LR koruması ile bu şartın sağlanmaması durumu tolere edilebilir.

5    Referanslar

•    IEC 60282-1 - Standard for High-voltage fuses - Part 1: Current-limiting fuses
•    IEC 60644 - Specification for high-voltage fuse-links for motor circuit applications
•    IEC/TR 62655:2013
•    IEEE C37.48-2020 - IEEE Guide and Tutorial for the Application of High-Voltage (> 1000 V) Fuses and                    Accessories
•    Siemens Contactor-Fuse Combination, Equipment Selection and Ordering Guide – HG 11.22-2010
•    Siemens 7SK85 Relay Manual
•    SIBA High Voltage Fuse-Links Catalog