×

Sigortalar İçin El Kitabı Bölüm-9



Sigortalar  İçin El Kitabı
Bölüm-9
Alçak ve Yüksek Gerilim Sigortaları İçin Kullanıcının El Kitabı 


Dr. Müh.  Herbert  Bessei
 
10.6 Doğru akım devrelerinin korunması

Doğru akım uygulamaları, gerilimin düşük ve kısa devre güçlerinin nispeten az olduğu elektronik ve otomotiv sektörlerinde en önde gelen uygulamalardır. Bu uygulamalar eskiden ve günümüzde cer motorları, büyük enerji tesislerinin ölçü ve kumanda devreleri, elektromıknatıslar ve forklift gibi akülü araçlar gibi özel uygulamalarda kullanılmaktadır. Neredeyse nostaljik olarak görülen bu doğru akım uygulamalarının kullanıldıkları alanlar; cep telefonu baz istasyonları ve bilgisayarlar için akü destekli kesintisiz güç kaynakları (UPS) gibi modern uygulamalar, yakıt hücrelerine ve fotovoltaik sistemlere dayanan alternatif enerji üretimi uygulamaları ve yakıt hücreli araçların geliştirilmesi ile son yıllarda daha da artmıştır. Bu da gelecekte kuvvetli akım alanında doğru akım sigortalarına duyulacak ihti- yacın gittikçe artacağı anlamına gelmektedir.

Akım sınırlayıcı sigortalar hem alternatif hem de doğru akımda kullanılmaya uygundur. Ancak doğru ve alternatif akımlardaki performansları farklıdır ve sigortaların alternatif akıma ait değerlerini doğru akım değerlerine dönüştürmek söz konusu değildir. Doğru akım değerleri, testlerle tespit edilmelidir.

 
  • Anma doğru gerilimi genelde anma al- ternatif geriliminden daha küçüktür. Her iki anma değeri de ayrı ayrı belirtilmelidir. Eğer sigortanın anma doğru gerilimi belirtilmemişse üreticiye sorulmalıdır. gG sigortalarda doğru akım değeri, yaklaşık olarak alternatif akım değerinin en az yarısı büyüklüğünde kabul edilebilir. Alternatif gerilimde kullanılacakları belirtilmiş olan sigorta altlıkları doğru gerilimde de
kullanılabilir.
 
  • Anma doğru akımı tamamen termik olarak belirlenen bir anma değeridir ve anma alternatif akımı ile özdeştir. Bu yüzden ayrıca belirtilmez.
  • Anma kesme kapasitesi doğru akımda sigorta için sabit olmayıp daima devrenin zaman sabitiyle bağlantılı olarak ele alınmalıdır. Zaman sabitinin büyüklüğü, sigortanın kesme kapasitesi ile ters orantılıdır.
  • Kesme akımı da devrenin zaman sabitine bağlı olduğundan alternatif akım eğrilerinden elde edilemez. Bu akımın belirlenebilmesi için üreticiden alınacak özel dokümanlara ihtiyaç duyulmaktadır.
Sık kullanılan uygulamalardaki bazı tipik zaman sabitleri Tablo 10.3’te verilmiştir. IEC 60929’a göre 15 ms’lik bir zaman sabitinde NH-sigortaların kesme kapasitesi en az 25 kA’dir.


   Fotovoltaik enerji   sistemleri  1-3  ms
Gerilim çeviriciler  1-3  ms

Tablo 10.3 Zaman sabitleri

D-tipi sigortalar 15 ms’de en az 8 kA’lik kesme kapasitesine sahiptir. Bu sayede sanayi tipi uygulamalardaki kumanda ve yük devrelerinin çoğundaki gereklilikler sağlanır. Sigortaların, zaman sabiti küçük olan akü devrelerinde kesme kapasitesi oldukça büyüktür, endüktör bobini devrelerindeyse çok daha küçük olabilir.

Sigortaların doğru akım uygulamalarındaki davranışlarını daha iyi anlayabilmek için önce doğru akımı kesme süreci analiz edilmelidir:

Alternatif akım devrelerinde güç faktörü nasıl anahtarlama cihazlarının kesme kapasitesini etkiliyorsa, doğru akım devrelerinde de zaman sabiti T =L / R (Resim 10.9) belirleyicidir. Bu değer sadece kesme kapasitesini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda akım-zaman eğrisini ve kesme akımını da etkiler.




Resim 10.9 Doğru akım devresi

Zaman sabiti ne kadar büyükse, devrede depolanan ve kesme işlemi sırasında arka dönüşen enerji de o kadar büyük olur. Bir sigorta buşonunun enerji alma kapasitesi sınırlı olduğundan, doğru akım kesme kapasitesi de bu zaman sabiti tarafından sınırlanır. Bir hata durumunda akımda meydana gelen artış, dolayısıyla sigortanın erime süresi ve kesme akımı da devrenin zaman sabiti tarafından belirlenir.

 
Genel kural: Doğru akımda sigorta kullanılacağı zaman dikkate alınması gereken sınırlar, devrede depolanan manyetik enerji tarafından belirlenir.


Doğru akımda kısa devrenin kesilmesi, yüksek alternatif akımların akım sınırlama yöntemiyle kesilmesine benzer (bkz. Resim 5.4). Sigortada yüksek bir ark gerilimi oluşur ve bu gerilim, toparlanma gerilimini aştı- ğında akımı sıfıra doğru çeker (Resim 10.10). Ancak akımdaki artış, anahtarlama zamanı veya güç faktörü yerine zaman sabiti tarafından belirlenir.



Resim 10.10 DC’de kısa devrenin kesilmesi

Akımın azami değeri aştıktan sonra kesildiği aşırı yükün kesilmesi, alternatif akımda olduğundan çok farklı bir seyre sahiptir (Resim 10.11). Doğru akımda periyodik bir sıfır geçişi olmadığından, devrede manyetik enerjinin bulunmadığı ve arkın söndürülmesi için uygun olan bir an da yoktur. Ark ancak ark gerilimi şebeke gerilimini aştıktan ve bu sayede akımı sıfırdan geçmeye zorladıktan söner. Doğru akım devrelerinin kesilmesi esnasında, devrede depolanmış olan manyetik enerji, ark tarafından emilmek zo- rundadır. Bu nedenle bu anahtarlama işlemi esnasında sigortanın termik zorlanması, alternatif gerilimde meydana gelen zorlanma ile karşılaştırılamayacak kadar yüksektir. Bu durum, sigortaların doğru akımda kesme kapasitelerinin alternatif akımdakine göre neden daha az olması gerektiğini ve sigortaların doğru akım değerlerinin devrenin zaman sabitine neden bu kadar bağlı olduğunu açıklar.



Resim 10.11 DC’de aşırı yükün kesilmesi


Ürün katalogundaki akım-zaman eğrileri sanal erime sürelerini verir. Yani bu eğriler bir kısa devre durumunda akımın aniden efektif değere sıçrayacağı ve sigorta eriyene kadar da orada kalacağı öngörüsüne dayanır. Bu yöntemle elde edilen eğriler sabit koşullarda (erime süresi > 20 zaman sabiti) doğru akım eğrileriyle özdeştir.


Resim 10.12 Doğru akım eğrileri

Ancak kısa zaman aralığında (t < 20 zaman sabiti) yer yer belirgin sapmalar görülür, zira doğru akım sıçramanın aksine zaman sabitine bağlı olarak gecikmeli biçimde artar. Bu aralıkta erime süresi, sigortanın saf karakteristik bir değeri olmaktan çıkıp devrenin zaman sabitine bağlı hale gelir (Resim 10.12). Doğru akım eğrileri, kataloglardaki sanal eğrilerinden iterasyon yardımıyla hesaplanabilmektedir.


 
10.7 UPS tesisatlarında akü koruması

Büyük akü dolapları veya akü rafları, tek kutuplu NH-ayırıcı üzerinden doğru akım ara devresine bağlanır(Resim10.13). 




Resim 10.13 Bir UPS tesisatının devre şeması

Bu yapının görevleri,
  • Akü ve UPS tesisatı arasında tanımlı bir arayüz olmak,
  • Bakım çalışmaları için aküyü devreden ayırmak,
  • Akü elektrodlarını zarar görmeye ve besleme kablolarını aşırı ısınmaya karşı korumaktır

UPS tesisatlarında akü koruması, doğru akım uygulamalarının özel bir şekli olarak değerlendirilmelidir. Beklenen kısa devre akımı akü kapasitesine, akü türüne ve akünün yaşına bağlıdır. UPS tesisatı kısa bir süre kullanıldığında akü kapasitesi ve dolayısıyla da kısa devre akımı, işletme akımına bağlı 
olarak daha küçüktür.

Bu nedenle de etkili bir koruma çok dik sigorta eğrileri gerektirmekte ve genelde yalnızca yarı iletken koruma sigortalarıyla gerçekleştirilebilmektedir. (Resim 10.14). İşletme noktası erime süresi eğrisine yaklaştıkça koruma daha etkili olduğundan, eğrilere ait toleransların tam olarak bilinmesi çok önemlidir. Bunun için mümkünse üreticiye danışılmalıdır.


Resim 10.14 Bir UPS için akü sigortası seçimi

 
UPS tesisatının kullanıldığı süre de sigorta seçiminde önemli bir kriterdir. Aynı anma akımında, optimum koruma için kısa süreli kullanımda küçük sigortalar ve uzun süreli kullanımda ise büyük sigortalar tercih edilmelidir. Sigorta seçiminde aşağıdaki maddelere dikkat edilmelidir (verilen sayısal veriler, daha net bir bilgi mevcut değilse kullanılabilecek olan referans değerleridir):
 
  • İşletme noktası (te / IB), normal kullanım esnasında sigortanın kesinlikle devreye girmemesi için erime süresi eğrisinin altında kalmalı ve eğriye yeterli bir uzaklıkta bulunmalıdır (Resim 10.14). Akünün azami işletme akımı UPS’in aktif gücü PW ve deşarj gerilimi UE‘den hesaplanır: IB = PW / UE (Kullanım süresinin sonuna doğru akü gerilimi deşarj gerilimine kadar düşer. Deşarj gerilimi, tasarımına bağlı olarak akünün anma geriliminin yaklaşık %85’i kadardır).
  • Kısa devre noktası (IK / t), sigorta eğrisindeki tolerans aralığının üstünde kalmalıdır. Mümkün olduğunca çabuk (< 10 s) kesilmesi gereken kısa devre akımı IK, akü kapasite- sinden hesaplanır. Akünün yaşı ve başlangıç kısa devre akımının hızlı düşüşü dikkate alındığında IK, akü kapasitesi K’nın 5 katına eşit bir referans değeri olarak hesaplanabilir:      IK [A] = 5 K [Ah].
Önemli uyarı: Bu değer sadece karakteristik eğrisinin seçimi için geçerlidir. Sigortanın sahip olması gereken kesme kapasitesi, akü kapasitesinin en az 20 katı olmalıdır: I1 [A] ≥ 20 K [Ah]. Bu nedenle 80 V altındaki doğru gerilimlerde (çok küçük aküler haricinde) yüksek kesme kapasiteli sigortalar gereklidir.

Akülerin şalterleri, sigortaların güç kayıplarını kaldırabilmeye uygun olmalıdır. Kısa süreli kullanımda nihai ısınmaya ulaşılmadığından, yarı iletken koruma sigortalarının yüksek anma güç çıkışları kritik olmaktan çıkar.
 
Bundan sonraki yazımızda " Kompanzasyon tesisatlarında kondansatör koruma" anlatılacaktır. 

 


 
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt