×

Sigortalar İçin El Kitabı Bölüm-4




Sigortalar  İçin El Kitabı
Bölüm-4

Alçak ve Yüksek Gerilim Sigortaları İçin Kullanıcının El Kitabı 
Dr. Müh.  Herbert  Bessei


 
5. Eriyen telli sigortalar – Nasıl çalışır?
 
Sigorta, daha doğrusu sigorta telindeki da-ralma noktaları, bir elektrik devresindeki en zayıf iletken noktalardır. Bu nedenle de dev- renin diğer kısımlarına göre daha çabuk ve daha fazla ısınırlar (Isı gösterimi - Resim 5.1).

Kablo ve devre korumasında, bir NH-sigortanın birbirine paralel dar alanlarının topla- mına denk gelen kesitin, sigortanın koru- duğu iletkenin kesitinin yalnızca  yaklaşık %1-2’si kadarına karşılık gelmesi, konunun daha netanlaşılmasını sağlayacaktır. Yarı iletken koruması yapan sigortalarda bu oran %1’in de altındadır.



Resim 5.1 Sigorta telindeki daralma noktaları

 
Müsaade edilmeyen bir aşırı akımın bu  daralma noktalarını eritecek kadar uzun süre akması ile bir ark oluşur ve kesme işlemi başlar. Saf bakır veya saf gümüşten yapılmış olan sigorta tellerinin erime sıcaklıkları sırasıyla        1080°C ve 960 °C’dir. Bu yüzden sadece erime sıcaklığına çabuk ulaşılan yüksek değerdeki aşırı akımların kesilmesinde kullanılırlar. Uzun süre akmasına rağmen erime sıcaklığına ulaşılamayan veya çok geç ulaşılan aşırı akımlar, kontakların yanıp kül olmasına ve etraftaki diğer komponentlerin zarar görmesine sebep olabildiklerinden bu tip akımlara müsaade edilmez. Erime noktası düşük olan ve herhangi bir katkı maddesi içermeyen saf gümüş veya saf bakır sigorta telleri, daima bir “yasak” akım aralığına sahiptir. Bu nedenle sadece kısa devre koruması için artçı bir sigorta (back-up sigorta) olarak kullanılabilirler.
 
5.1 Aşırı yükü kesme, tam aralıklı sigortalar

Düşük değerdeki aşırı akımların (aşırı yüklerin) kesilmesi için erime noktası düşük olan bir malzeme (genelde kalay veya kalay alaşımları) sigorta telinin ortasındaki en sıcak daralma noktasına lehim şeklinde uygulanır (Resim 5.2 a). (Eskiden sıkça kullanılan kurşun ve kadmiyum içerikli lehimlerin yerini artık zararsız alaşımlar almıştır). Lehim eriyince bitişiğindeki daralma noktasını ayırır ve bir ark oluşur. Bu ark, akımın periyodik sıfır noktasından geçişinde kendiliğinden sönene dek her iki yönde ilerler.

Bu esnada erimekte olan kuvars kumu sayesinde ark yolunun yoğun olarak soğutulmasıyla, toparlanma gerilimine bağlı olarak arkın tekrar canlanması etkili bir şekilde önlenir. Arkın etki alanında; sigorta teli metali, lehim ve kuvarstan oluşan sinterleşmiş bir cisim oluşur.

 













 
Resim 5.2 NH-sigorta teli

a)yeni,
b) aşırı yükten açtıktan sonra,
c) kısa devreden açtıktan sonra
Bu cisme görüntüsü nedeniyle “Schmelz- raupe” (eriyen tırtıl) de denmektedir (Resim5.2 b).

Sigortalar konusunda uzman bir kişi eriyen tırtılın şeklinden, sigortanın devreyi kesmesine sebep olan akımın değerini anlayabilir. Çok yüksek akımlarda tüm daralma nokta- ları neredeyse aynı anda erir ve bu nedenle de daralma noktası sayısı kadar birçok kısmi ark oluşur. Bu gibi durumlarda ise kısa devre sebebiyle devrenin kesilmesine özgü bir biçimde, tüm sigorta teli boyunca eşit orantılı bir biçimde uzanan bir eriyen tırtıl oluşur (Resim 5.2 c).

5.2 Kısa devreyi akımı sınırlayarak kesme
 
Kısa devre durumunda görülen çok yüksek akımlarda tüm daralma noktaları aynı anda ve çok çabuk ısınır (Resim 5.3) ve sonunda da infilak ederek buharlaşırlar. Metal buhar yüksek basınçla kum tanelerinin aralarındaki alanlara sıkıştırılır ve tanelerin yüzeyinde yoğun şekilde soğutulur. Bu sayede basınç, sigortanın iç kısmında sınırlanmış olur. Kumun tane büyüklüğü ile dolgu faktörü, kesme işlevinin başarıyla sonuçlanabilmesinde çok önemli bir rol oynar. Toz oranının yüksek olmasına bağlı olarak eğer kum çok yoğunsa oluşan aşırı yüksek basınç, sigorta gövdesinin çatlamasına bile sebep olabilir.



Resim 5.3 Kısa devreyi kesme

 
Eğer kum taneleri arasında büyük boşluklar varsa ark, seramik yüzeye veya kapaklara kadar yayılabilir ve bunları parçalayabilir. Doğru tasarlanan ve özenli bir biçimde üretilen kum, erime ısısının büyüklüğü sayesinde arkı, arkın yanma gerilimi şebeke gerilimini aşa- cak kadar soğutur. Bu sayede akım, 50 Hz’lik alternatif akımın sıfırdan doğal geçişinden önce söner. Muhtemel (sigorta ile koruma- nın olmadığı durumda geçecek olan) kısa devre akımının tepe değerine ulaşılmaz (Resim 5.4).



Resim 5.4 Kısa devre akımının sınırlanması
Eriyen telli sigortaların hiç şüphesiz en önemli özelliği, akım sınırlama konusunda  diğer tüm aşırı akım koruma        terti batlarından üstün olmalarını sağlayan bu akım sınırlayıcı etkileridir. Genellikle kısa devre akımlarının ilk tepe değeri çok yüksektir ve bu değere “darbe kısa devre akımı” denmektedir. Bu akımın manyetik kuvvet etkisi akım taşıyan iletkenlerde, bunların taşıyıcılarında ve izolasyonlarında aşırı zorlanmalara sebep olur. Akım sınırlayıcı sigortalar sayesinde manyetik kısa devre kuvvetleri düşük seviyede tutulur ve nispeten kolaylıkla kontrol altına alınabilir.

Akımın en yüksek değerinin yanında aynı zamanda I2t-değerleriyle tanımlanan kesme enerjisi de (kesme anında açığa çıkan enerji) akım sınırlayıcı sigortalar sayesinde oldukça düşürülür. Bu durum, örneğin bir ark hatası durumunda hata bölgesinde serbest kalan hasar verici enerji ile ilgilidir. Bu yüzden akım sınırlama, hasar sınırlama ile aynı anlama gelmektedir ve gerilim altında çalışma esnasındaki tehlikeyi azaltmaktadır (bkz. Bölüm 16).

5.3 HH-yedekleme sigortaları

HH-yedekleme sigortaları, yüksek akımlarda aynı NH-sigortalar gibi çalışır. Ancak periyodik gerilimin daha yüksek olmasına bağlı olarak çok daha fazla sayıda daralma noktası ve dolayısıyla da seri haldeki kısmi arklar söz konusudur. Eriyen tırtıl, sigorta telini takip ederek sarma gövdesine dolanır (Resim 5.5). Ark ne kadar uzun süre yanarsa eriyen tırtıl da o kadar kalınlaşır. Bu sebeple arkın en kısa yolu takip edip boylamasına ilerlemesini engellemek ve sarımları takip etmesini sağlamak adına, sigorta telinin sarımları arasında yeterli mesafe olmalıdır.


Resim 5.5 HH-sigortaların kesme işleminden önce (üstte) ve sonra (altta) görünümü


Bununla beraber eriyen tırtıl ile sigorta borusu arasında da yeterli mesafe olmalıdır. Eriyen tırtılın iç duvarına temas etmesi halinde aradaki yüksek sıcaklık farkından dolayı boru pat- layabilir. Etkili bir akım sınırlama işlemi için gerekli yükseklikteki anahtarlamagerilimleri, yüksek basıncın ve eriyen kum sayesinde sağlanan soğutmanın etkileşimi ile meydana gelir.

Yüksek kısa devre akımları, anahtarlama bölgesinde yüksek bir basınç oluşturur (yaklaşık 100 bar’a kadar) ve kesme işlemini kolaylaştırır. Kesme kapasitesi, sadece sigorta gövdesinin basınca dayanımı ile sınırlanır.

En yüksek kesme akımı I1, sigortanın üzerinde yazılıdır ve sigortanın takıldığı yerde beklenen en yüksek kısa devre akımından daha büyük olmalıdır. Uygun kesme şartları için gereken basınca ancak asgari kesme akımı aşıldıktan sonra ulaşılır. Yedekleme sigortaları, düşük akımlarda kesme işlemini kontrol edemezler. Daralma noktalarının asgari kesme akımının altında erimesi halinde ark, sadece kum eriyene kadar değil, porselen boru parçala- nana kadar yanar. Bunun sonuçları, sigortanın takıldığı yere bağlı olarak oldukça ağır olabilir.

Asgari kesme akımı I3, önemli bir anma değeri olarak sigortanın üzerinde yazılıdır. Akım- zaman eğrileri I3’ün altındaki akımlarda (“yasak bölgede”) kesik çizgilerle gösterilmiştir. Bunun anlamı, bu bölgede sigorta telinin eridiği ancak sigortanın söz konusu akımı kesemediğidir. HH-yedekleme sigortasının kullanıldığı devreden, sigortanın akım-zaman eğrisinde kesik çizgiyle gösterilen bölgedeki akımların geçmesi bekleniyorsa, devrede bu akımları kesebilen ilave koruma tertibatları da kullanılmalıdır (örn. ayırıcısı-sigorta kombinasyonları (bkz. Bölüm 15).

Bundan sonraki yazımızda "Karakteristik-Akım, Zaman, Kesme Eğrileri "  anlatılacaktır. 
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt