Sigortalar İçin El Kitabı Bölüm-12

Sigortalar İçin El Kitabı
Bölüm-12
Alçak ve Yüksek Gerilim Sigortaları İçin Kullanıcının El Kitabı

Dr. Müh. Herbert Bessei

11 HH-sigorta seçimi – Uzmanlara göre bir görev

11.1 Genel seçim kriterleri

HH-sigortaları için Uluslararası Standart IEC 60282-1 veya Alman Standardı VDE 0670 Bölüm 4’te herhangi bir karakteristik eğrisi belirtilmemiştir. Anma akımları da sadece kontakların müsaade edilen ısınma değeri cinsinden tanımlanmıştır. Bu nedenle farklı üreticilere ait HH-sigortaları anma akımları üzerinden karşılaştırılamaz. Bu sigortaların seçimi yalnızca üretici katalogları yardımıyla yapılır (Kullanıcı dostu olan Alman standardı VDE 0670 Bölüm 402 bu durumun bir istisnasıdır, bkz. Bölüm 11.2.).
HH-sigortaların anma akımı, genelde işletme akımının en az iki katıdır. Sigorta seçiminde şunlara dikkat edilmelidir:

- Normal işletme akımı,
- Sürekli mevcut olan harmonikler de dahil olmak üzere olası aşırı akımları,
- Trafo, motor ve kondansatörlerin anahtarlanmasıyla bağlantılı olarak devrede gerçek- leşen dengeleme olayları,
- Diğer koruma elemanlarıyla koordinasyon,
- Sigorta açarken kesinlikle altına düşülmemesi gereken asgari kesme akımı.

HH sigortalarının anma gerilimi müsaade edilen azami çalıştırma gerilimidir ve aşağıdaki koşulları sağlamalıdır:

- Yıldız noktası direkt veya düşük direnç üzerinden topraklı üç fazlı şebekede kullanıldığında şebekenin azami faz-faz arası gerilimiyle aynı veya bundan büyük olmalıdır,
- Tek fazlı şebekede kullanıldığında şebekenin azami geriliminin en az %115’ine eşit veya bundan büyük olmalıdır,
- Yıldız noktası izole veya kompanze üç fazlı şebekede, hem sigortanın besleme tarafında hem de diğer bir fazdaki yük tarafında gerçekleşen ikili bir toprak hatası bekleniyorsa, şebekenin azami faz-faz arası geriliminin %115’ine eşit veya bundan büyük olmalıdır,

HH-sigortaların üzerinde genelde iki gerilim değeri vardır. Bunlardan büyük olan anma gerilimi, küçük olan değerse işletme geriliminin alt sınırıdır. Bu sınır değeri sigortanın anahtarlama geriliminden hesaplanır (sigortanın anahtarlama gerilimi, sigortanın kullanıldığı şebekenin izolasyon seviyesinden daha düşük olmalıdır). Şebekenin işletme gerilimi, sigorta üzerinde yazılı olan iki gerilim değerinin arasında olmalıdır.

Sigortanın kesme kapasitesi (en büyük kesme akımı I₁’in anma değeri), sigortanın bağlanacağı noktada beklenen azami hata akımından büyük olmalıdır. Kesme kapasitesi akımın efektif değeri olarak verilir.

Yedekleme sigortalarının asgari kesme akımı I₃ sigortanın bağlanacağı noktada beklenen asgari hata akımından daha küçük olmalıdır.

Uyarı: HH sigortaların I3 ün altında açmasının en yaygın sebebi, hatalı devrelerdeki sigortaların tekrar kullanılmasıdır. Üç fazlı bir şebekede meydana gelen bir hata akımının kesilmesinden sonra, sigortalardan her-
hangi birinin çarpma pimi tetiklenmemiş ve akımı geçirmiş olsa dahi, her üç sigorta da geri kazanım kutusuna atılmalıdır. Sigorta telleri kuvvetle muhtemel bozulmuş ve dolayısıyla akım taşıma kapasiteleri azalmıştır. Bu tür bozuk sigortalar kulla- nıldığında ilerde daha büyük sorunlara davetiye çıkarılmış olur!

11.2 IEC 60282-1 ve VDE 0670-402’ye göre trafo koruma

Dağıtım şebekelerinde kullanılan trafoların korunmasında ağırlıklı olarak HH-sigortalar kul- lanılır. Bazı istisnalarla birlikte kısa devre koruması için yedekleme sigortaları kullanılır. Muhtemel aşırı yüklere karşı koruma alçak gerilim tarafında yapılır (bkz. Bölüm 10.3). Sigortalar kullanılarak kolaylıkla orta gerilim tarafından alçak gerilim dağıtım tarafındaki kablo çıkışlarına kadar selektif bir koruma sağlanabilir (Resim 11.1). Üst gerilim seviyesindeki HH-sigortalar trafoyu korumakla kalmaz, aynı zamanda çevreyi de dahili kısa kısa devrelerin etkilerinden korur.

Resim 11.1 Trafo koruması

Bunun için trafolara özel iki koşul sağlanmalıdır:

HH-sigortalar sekonder taraftaki kısa devre akımını iki saniye içinde kesmelidir.

Trafo koruma tertibatları en küçük dahili kısa devre akımını, iç basınç artışından dolayı trafo kazanının çatlamasını önleyecek kadar hızlı kesmelidir. IEC 60076-5'e göre bir trafonun dahili bir kısa devreye dayanması gereken süre iki saniyedir. Buna göre sigortalar sekonder taraftaki kısa devre akımını bu süre içinde kesmeli, yani HH-sigortanın eğrisi kısa devre noktasının altında olmalıdır (Resim 11.2).

Kısa devre akımı Isc, trafo anma akımı I_NTr’nin bağıl kısa devre gerilimi uk’ya bölünmesiyle elde edilir: I_sc = I_NTr/ u_k.

% 4’lük bir kısa devre geriliminde asgari kısa devre akımı 25 I_NTr, %6’daysa 16,7 I_NTr’dir.

HH- sigortalar trafonun ani akımlarında açmamalıdır.

Boşta çalışan veya az yüklü trafo- lar devreye alınırken geçici aşırı akımlar meydana gelir (ani akım). Trafonun ani akımı, trafo çekirdeğindeki manyetik artık mıknatıslamanın bir sonucudur. Bu ani akım devreye alma açısına, trafo yapısına, çekirdek kalitesine ve şebeke konﬁgürasyonuna bağlıdır. Trafo büyüklüğüne ve tipine göre 6 I_NTr ila 25 I_NTr büyüklü- ğünde ani akımlar meydana gelebilir. Ani akımı etkileyen faktörlerin çokluğu sebebiyle ani akım, yalnızca istatistiksel olarak olası bir değer şeklinde verilebilir. 100 ms boyunca trafo anma akımının 12 katı şeklindeki değer temsili değer olarak belirlenmiş ve başlangıç noktası olarak standarda alınmıştır. Ani akım darbelerinin sigorta tellerini koparma olasılığını azaltmak adına HH-sigortanın akım-zaman eğrisinin bu noktanın üstünde olması gerekir (Resim 11.2).

Resim 11.2 IEC TR 62655’e göre trafo koruması

Sekonder tarafta ana sigortanın olmadığı durumda HH-sigortalar katalog değerlerine göre, her iki köşe noktası tarafından oluşturulan “geçitin” içinden geçecek şekilde seçilir. Üreticiye bağlı olmak üzere dört–beş farklı anma akım değeri bu koşulu yerine getirebilir. Nihai seçim, üst taraftaki kesiciye ve alçak gerilim tarafındaki koruma tertibatlarına karşı selektivite gibi ilave kriterlere göre yapılır. Mahfazalı sistemlerde ısınma problemleri görüldüğü tak- dirde eğrisi daha üstte olan bir sigorta seçilmelidir (bkz. Bölüm 19.3).

Karakteristik eğrilere göre sigorta seçimi kullanıcılar açısından oldukça zahmetlidir. Bu yüzden trafo devreleri için akım sınırlayıcı bir sigortanın seçimine dair IEC 60787 Uygulama Reh- beri (Yürürlükten kaldırılmış yerine IEC TR 62655 Yüksek Gerilim Sigortaları Uygulama Kılavuzu geçmiştir.) , ilgili Alman alt komitesi tarafından Almanya’ya mahsus ilavelerle birlikte VDE 0670 Bölüm 402 adı altında yayımlanmıştır. Almanya’ya özel bu dokümanda eğriler için ek sınır değerleri belirtilmiştir. Bu sınır değerleri, aşağıdaki maddeleri mümkün kılar:

- Anma akımları oranının 1:2 olması halinde yüksek gerilim sigortaları arasında selekti- vite sağlanması.
- Alçak gerilim tarafındaki gTr işletme sınıfı NH-sigortalara karşı selektivite sağlanması.

VDE 0670 Bölüm 402’deki tanım ve gereklilikler IEC 'de uygulanabilir değildir. Ancak Alman standardını kullananlar için HH-sigortaların anma akımlarına göre kolaylıkla sınıﬂandırılmalarını sağlar (ekteki Tablo 11.1). Burada her trafo görünür gücüne karşılık bir veya en fazla iki adet HH-sigorta anma akımı verilmiştir. VDE 0670 Bölüm 402 standardındaki HH-sigortalar için, aynı değerlere sahip farklı iki marka sigortanın birbirlerinin yerine kullanılması mümkündür.

11.3 IEC 62271-105’e göre trafo koruma

Not: Bu bölüm Bölüm 15 ile birlikte okunmalıdır. Dilerseniz bunu yapabilir ya da doğrudan sigorta üreticinizle görüşebilirsiniz. Büyük olasılıkla zaten okusanız da okumasanız da bunu yapmak durumunda kalacaksınız!

Çarpma pimleri HH-sigortalarda önceleri sadece bir indikatör olarak düşünülmüştür. Bu pimler sayesinde havai hat direkleri üzerinde bulunan sigortaların açıp açmadıklarının uzaktan görülebilmesine olanak sağlanmakta idi. Çarpma pimleri günümüzde ise Almanya’da ağırlıklı olarak iç mekânlardaki tesislerde trafo şalterinin serbest açma sisteminin tetiklenebilmesi sayesinde aşağıdaki amaçlar için kullanılmaktadır:

Sigortanın açmasını müteakiben çok kutuplu serbest açma
Sigorta kutularının aşırı ısınmasını önleme (Bkz. Bölüm 11.4).

Bu uygulamalar ıec 62271-105’te tanımlanmış olan hedeﬂer ve test edilmiş fonksiyonlarla pek alakalı olmasalar da, yük ayırıcısı ve sigortadan oluşan birim halen bu standardın uygulama alanına girmektedir.

IEC 62271-105 genel anlamda bir anahtarlama cihazı standardı olmasına rağmen, anahtarlama cihazı kombinasyonlarıyla ilgili teknik gerekliliklerin yanı sıra trafo devrelerinin korunmasına yönelik HH-sigorta seçimi konusunda da birçok ifade içermektedir.

Bu ifadeler genel olarak sadece tek bir cümleden oluşmaktadır: Sekonder taraftaki kısa devre akımı, en önce açan sigortanın çarpma pimi tarafından tetiklenen şalter açmadan önce sigortalar tarafından tüm kutuplarda kesilmelidir. Bu şekilde şalterin muhtemelen üstesinden gelemeyeceği bir anahtarlama görevi üstlenmesi önlenmelidir. Bu gereklilik, trafo devresi korumasında HH-sigorta seçimine dair Bölüm 11.2’de belirtilenlere ek ola- rak önemli bir seçim kriterini daha ortaya çıkarmaktadır:

Resim 11.3 VDE 0671 Bölüm 105’e göre sigorta sınıﬂandırması

Şalterin açma süresi olan T₀, sigorta seçiminde başrol oynamaktadır!

Trafo koruma kurallarında belirtilen azami 2 saniyelik sürenin aksine asgari kısa devre akımı, şalter türüne bağlı olarak 20 ila 80 ms arasında kesilmelidir. Bu durum neticesinde olduğundan daha karmaşık hale gelen sigorta seçimi, artık sadece sigorta ve anahtarlama cihazı üreticileri bünyesindeki az sayıdaki uzman tarafından yapılabilir. Kullanıcılar sigortaları değiştirirken, her şalter tipi ve her sigorta markası için eşleştirme tabloları oluşturmuş olan üreticileri tercih etmelidirler. Ayrıca ilaveten dikkat edilmesi gereken bir nokta da, aynı büyüklükteki trafolar için, trafo şalteri tipine bağlı olarak farklı sigortaların kullanılmasının gerekmesidir.

Bu durumun etkileri Resim 11.3’de somut olarak, 630 kVA görünür güce ve %6’lık bir kısa devre gerilimine sahip 10 kV’luk bir trafo için gösterilmiştir.

Örnek olarak , bu trafo için 80 A anma akımına sahip bir sigorta öngörmektedir. Bu sigortanın eğrisi ani akım ve kısa devre noktalarının yaklaşık olarak ortasında bulunmaktadır ve her iki tarafa karşı yeterli toleransa sahiptir.

T₀ = 65 ms‘lik bir açma süresine sahip hava izoleli bir şalter ile birlikte kullanıldığında sigorta, kısa devre akımını bu süre içerisinde kesebilmelidir. Seçimi basitleştirebilmek için kısa devre akımı değerinden geçen dikey bir çizginin ve şalterin açma süresinden geçen yatay bir çizginin kesiştirilmesi ile oluşturulan “şalter kesişme çizgileri” çizilir. Yalnızca kesişme nok- tasının sol altından geçen eğriler IEC 62271-105’in şartlarını yerine getirir (bu örnekte bunlar sadece IN ≤ 50 A’i sağlayan sigortalardır). Kesişme noktasının sağ üstünden geçen eğrilere sahip sigortalar kullanılamaz (IN ≥ 63 A).

Sistemik kısa açma sürelerine (örneğin 35 ms) sahip SF6’lı şalterlerde bu problem daha da belirgindir. Bu kombinasyonda her iki standarda uymak pratikte imkânsızdır. 40 A’lik bir sigorta şalter açmadan önce açar, ancak trafonun ani akımlarına sebebiyle zarar görebilir.

Problem:

Sonuç olarak IEC 62271-105’e göre sigorta seçimi hem karmaşık hem de kafa karıştırıcı olduğu gibi, ayrıca genelde VDE 0670 Bölüm 402’ye nazaran (ekteki tablo 11.2) daha küçük sigorta anma akımına sahip sigortalara yönelmeye sebep olarak aşağıdaki durumlara yol açar:

- daha çok ısınma,
- ani akımlardan zarar görme riskinin artması,
- gTr-sigortalarına karşı selektivite kaybı.

Tablo 11.2’de görüldüğü gibi bu sorun genel olarak aşağıdaki durumlarda daha da belirginleşmektedir:

- şalter açma sürelerinin kısa olduğu durumlar (SF6‘lı şalterler),
- 630 kVA’dan büyük trafolar,

büyük bağıl kısa devre gerilimi (%6)
düşük primer gerilim (10 kV ve altı).

Geçmişte bu iki standart arasındaki çelişki pek rahatsız edici değildi, çünkü yük şalteri ile sigorta kombinasyonlarına ait uluslararası standardın Almanca baskısının önsözünde Almanya’daki uygulamalara ve sahip olunan iyi tecrübelere yapılan atıﬂar bu çelişkiyi ortadan kaldırmıştır. Ancak bu gibi ülkeye özel farklılıklara artık müsaade edilmemektedir. Bu yüzden de bu konu Avrupa uyumlaştırma sürecinde tekrar gündeme gelmiştir.

Çözüm:

Bu problem yerel uygulama ve standartlarla ilgili olduğundan ilgili DKE alt komiteleri, standartlar revize edilene dek mümkün olduğunca her iki standarda da (VDE 0670 Bölüm 402 ve IEC 62271-105) uyulmasını, ancak uç vakalarda IEC 62271-105’teki sorgu- lanabilir 8.101.2 maddesinin dikkate alınmamasını önermişlerdir.

VDE 0670 Bölüm 402 uyarınca günümüze dek uygulanan koruma yöntemleri, uzun yıl- lara dayanan olumlu deneyimler sayesinde kendilerini kanıtlamış olup yüksek bir risk içermezler.

11.4 Termik açıcılar

HH-sigortalar, yük şalteri-sigorta kombinasyonlarında kullanıldıklarında sıklıkla termik açıcılarla donatılır. Bu sayede özellikle ısının kısıtlı bir şekilde dışarı atılabildiği SF6 izoleli tesislerde, sigorta kovanlarına ve komşu elemanlara gelebilecek termik hasarların önüne geçilmeye çalışılır. Termik açıcılar, aşırı ısınma tehlikesi bulunması durumunda yük şalterini tetikleyen ve trafo çıkışını şebekeden ayıran özel çarpma pimi sistemleridir. Sigortalar doğru kullanıldıklarında, trafonun müsaade edilen yüklenmesi esnasındaki tehlikeli yüksek sıcaklıklardan veya I₃ altında gerçekleşebilecek bir erimeden endişe et- meye gerek yoktur.

Termik açıcılar, bir veya birden fazla sigorta telinin kopması yüzünden normal işletme esnasında tolerans sınırını aşan bir güç çıkışının yol açabileceği aşırı ısınmaları önlemek gibi, genelde önceden hasar görmüş olan sigortalardan kaynaklanan aşırı ısınmaları önlemeye yarar (Resim 11.4).

Resim 11.4 Arızalı sigorta telinin etkisi

Tek bir sigorta telinin kopmuş olması, akım diğer sigorta telleri üzerinden akmaya devam ettiği için hemen bir işletme arızasına yol açmaz. Ancak sigortanın yükteki sıçramalara ve darbe şeklindeki ani akımlara karşı hassasiyeti artar ve akım taşıma kapasitesi azalır, bu nedenle de var olan bu hasar zaman geçtikçe daha da büyür.

Örnek olarak Resim 11.4’te, dört paralel sigorta teline sahip bir sigortadaki tellerin sırasıyla kopmasına bağlı olarak güç kaybındaki artış gösterilmiştir. Sonuçta da sigorta kovanı için müsaade edilen güç alım kapasitesi aşılmış olunur. Hatalı devrelerde kullanılmış olan hasarlı sigortalar bilinçsizlikten veya yanlış anlaşılan tasarruf kavramından dolayı tekrar tekrar kullanılmaktadır. Bu gibi bir sigortanın kullanıldığı, yıldız noktası izole veya kompanze olan üç fazlı bir şebekede kısa devreden açma gerçekleştiğinde, en son açan sigortanın çarpma piminin genelde tetikleme yapmaması göz ardı edilir. Hatalı bir devrenin her 3 fazındaki sigortanın değiştirilmesinin üreticiler tarafından önerilmesi bu yüzden bir satış argümanı değil, alınması gereken zorunlu bir tedbirdir.

Not: Eğer çarpma pimi yanlış yönü gösteriyorsa en iyi termik açıcı bile etkili olamaz. Bu nedenle çarpma piminin yönü sigorta üzerinde gösterilmiştir.

11.5 Yüksek gerilim motor devrelerinin korunması

HH-sigortalar genelde 2 MW güce ve 12 kV’luk gerilime kadar yüksek gerilim motorlarının korunmasında kullanılır. Bu sigortaların seçim kriterleri alçak gerilim sigortalarınınkiyle büyük ölçüde aynıdır (bkz. Bölüm 10.4). Direkt yol verilen (İng. “direct-on-line” veya D.O.L.) motorlarda en önemli sigorta seçim kriteri, yüksek motor kalkış akımlarına karşı dayanıklılıktır. Bu tür yüklenmelerde sigortalar açmamalı ve zarar görmemelidir.

Not: Yanlış sigorta seçilmesi halinde yüksek kalkış akımları, HH-yedekleme sigortalarına ait paralel sigorta tellerinin birinin veya birkaçının kopmasına ve bu durumun sık sık tekrarlanması halinde sigortanın asgari kesme akımının altında açmasına sebep olabilir. Kesme işlemine bu akım değerinde hakim olunmadığından oldukça büyük hasarlar meydana gelebilir.

Sigortanın anma akımı, sürekli halde akan akımın yarattığı ısınma ile ilgili olduğundan direkt yol verilen motorlar için HH-sigorta seçerken genellikle bir anlam ifade etmez. Bunun istisnası, yol verici ile birlikte aynı mahfazada bulunan sigortalardır. Burada sıcaklık sınır değerlerinin aşılıp aşılmadığının kontrol edilmesinde fayda vardır.

NH-sigortalarda olduğu gibi HH-sigortalarda da sigorta anma akımları, motorun tam yük akımının oldukça üzerindedir. HH-sigortalar düşük ısı kapasiteleri ve uzun sigorta telleri se- bebiyle ﬁziksel bazı sınırlara sahip olmalarına rağmen, tekrarlanan motor kalkışlarına NH-si- gortalara göre daha yatkındır. Bu nedenle kalkış akımının büyüklüğü ve süresinin yanında kalkışların tekrarlanma oranı da dikkate alınmalıdır.

Sigorta seçimi genelde, motor işletme şartlarına dair aşağıdaki kabullere dayanmaktadır:

Kalkış akımının büyüklüğü Motor anma akımının 6 katı
Kalkış akımının süresi 10 s
Tekrar sayısı 2
Kalkış sıklığı Saatte6 kez

Generatör çalışma gibi farklı durumlarda başka kriterler ortaya çıkabilir ve genelde sigorta üreticisine danışmak gerekir.

Genel olarak tüm HH-sigorta tipleri doğru seçildiklerinde motor korumasında kullanılabilir. Bununla beraber direkt yol verilen motorlar için mümkün olduğunca VDE 0670 Bölüm 401 standardına uygun HH-sigortalar tercih edilmelidir. Bu standartta geçen sigortalar, özel si- gorta teli yapıları sayesinde direkt yol verilen motorların darbe yükleri için tasarlanmıştır.

IEC 60644’de, yol verme esnasında sigortanın açmasının önlenmesi için 10 s’de yüksek asgari erime akımları ve motor devresindeki şalt cihazları, iletkenler, motorlar ve klemens kutularının azami kısa devre koruması için 0,1 s’de azami erime akımları tanımlanmıştır. Bu standart ayrıca darbe şeklindeki normal yol verme akımları ve ilk devreye alma esnasında oluşabilecek anormal yol verme işlemleri için testleri de öngörmektedir.

Resim 11.5 HH motor koruması

Üretici, aşırı yük eğrisinin belirlenebilmesi adına bu sigortalar için bir K faktörü (K < 1) belirtir (Resim 11.5). Akım-zaman eğrisindeki erime akımı değerlerinin K faktörüyle çarpılmasıyla kullanıcı, saat başına belirli bir motor kalkış sayısına karşılık gelen aşırı yük eğrisini tespit edebilir.

Çok yüksek anahtarlama sayısına sahip motorlarda vakum kontaktörlerle birlikte sıklıkla, back-up koruma sağlayan HH-sigortalar da kullanılmaktadır. Sigortalar bu durumda anahtarlama cihazını da korumalıdır. Aradaki koordinasyon Bölüm 10.4’te belirtilen kriterlere göre tespit edilmiş olan eğrilere göre yapılır.

Yumuşak yol verilen motorlarda (direkt yol verilmeyen) daha düşük bir koruma sistemi yeterlidir. Bununla beraber tam yükte çalışma esnasındaki ısınmaya ve sigortaların yol verici mahfazasının içinde olması halinde oluşan ısının dışarı atılmasının kısıtlandığına dikkat edilmelidir

Bundan sonraki yazımızda "NH-Sigorta buşonları ile yük altında çalışma, D-Tipi sigortalar ile yük altında çalışma" anlatılacaktır.

Önceki Yazı Sonraki Yazı

Paylaş: