Konu Anlatımı
Elektrik İletkenleri ve Kablo Seçimi
Kablo seçimi, elektrik tesisatının en sık yapılan ve en sık hata yapılan işlemlerinden biridir. Yanlış seçilmiş bir kesit, önce yatırımı gereksiz yere artırır, daha kötüsü devreye girdikten sonra aşırı ısınma, yalıtım bozulması ve yangın riski doğurur. Bu nedenle seçim üç temel koşul birlikte değerlendirilerek yapılır.
İletken Malzemeleri
Bakır, alüminyum ve alaşımlar günümüzde en çok kullanılan iletken malzemeleridir. Aynı kesit ve aynı uzunluk için bakırın elektriksel iletkenliği alüminyumdan yaklaşık 1,5 kat yüksektir; yani aynı direnç için gerekli kesit bakırda daha küçüktür. Buna karşılık bakırın yoğunluğu ve birim fiyatı daha yüksektir. Mekanik dayanım bakımından alüminyum avantajlıdır, çünkü aynı kesitte daha hafiftir.
- Bakır: yüksek iletkenlik, kolay bağlantı, yüksek fiyat.
- Alüminyum: düşük yoğunluk, düşük fiyat, biyometal pabuç gerektirir.
- Alaşımlar: orta iletkenlik, mekanik dayanım avantajı sağlar.
Direnç, İletkenlik ve Isınma
Bir iletkenin direnci, özdirenç ile uzunluğun çarpımının kesit alanına bölünmesiyle bulunur. Kesit iki katına çıkarıldığında direnç yarıya iner. Akım dirençten geçerken ısı olarak enerji kaybeder ve bu ısı çevreye yayılır. Taşıma gücü sınırı, oluşan ısının çevrede birikmeden yayılabilmesiyle belirlenir; kanalın hava akışı ve ortam sıcaklığı bu dengeyi doğrudan etkiler.
| Ölçüt | Bakır | Alüminyum |
|---|
| İletkenlik (karşılaştırmalı) | 1,5 | 1,0 |
| Yoğunluk | Yüksek | Düşük |
| Aynı kesitte taşıma gücü | Yüksek | Düşük |
| Bağlantı biçimi | Standart | Biyometal pabuç |
Kablo Yapısı ve Yalıtım
Bir kablo; iletken, yalıtım, dolgu ve dış kılıftan oluşur. İletken tek damarlı ya da çok damarlı olabilir; çok damarlı yapı bükülme kolaylığı sağlar. Yalıtım malzemesi işletme sıcaklığına ve ortam koşullarına göre seçilir. Dış kılıf ise mekanik darbeye, nem ve sürtünmeye karşı koruma sağlar. Boru içi, kanal içi ve açıkta döşeme biçimleri taşıma gücünü farklı oranlarda etkiler; kapalı ve sıcak ortamda daha düşük değerler seçilir.
Üç Koşulun Birlikte Değerlendirilmesi
Kablo kesiti; sürekli akım taşıma, gerilim düşümü ve kısa devre dayanımı koşullarından hesaplanan üç değerin en büyüğü seçilerek belirlenir. Kanalda birden çok devre taşınacaksa gruplama faktörü uygulanır. Uzun hatlarda ise kısa devre dayanımı genellikle belirleyici olur ve koruma cihazının kesme kapasitesiyle uyumu ayrıca denetlenir.
Uygulama ve Denetim
Seçilen kablonun kesiti, tipi ve döşeme biçimi proje üzerinde gerekçesiyle belirtilmelidir. Saha uygulamasında kablo etiketi, kesit bilgisi ve bağlantı noktaları kontrol edilir. Gereğinden küçük seçilmiş kablo uzun vadede enerji kaybı ve arıza, gereğinden büyük seçilmiş kablo ise ilk yatırım maliyeti ve kanal doluluk sorunu getirir.
Ne Öğreneceğiz
İletken malzemelerini, kablo yapılarını ve yalıtım sınıflarını karşılaştırarak akım taşıma, gerilim düşümü ve kısa devre koşullarına göre doğru kablo kesitini seçmeyi öğrenir. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- İletken malzemelerinin iletkenlik ve mekanik özelliklerini karşılaştırır.
- Kablo tiplerini, yapılarını ve yalıtım sınıflarını ayırt eder.
- Akım taşıma, gerilim düşümü ve kısa devre koşullarına göre kesit hesaplar.
- Kablo seçiminde döşeme ortamını ve montaj koşullarını değerlendirir.
- Seçilen kablonun teknik gerekçesini yazılı olarak belgeler.
Ön Bilgi
Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:
- İletken direnci, özdirenç ile uzunluğun çarpımının kesit alanına bölünmesiyle bulunur.
- Bakırın iletkenliği alüminyumdan yaklaşık 1,5 kat yüksek olduğu için aynı koşulda daha küçük kesit yeter.
- Kesit arttıkça taşıma gücü artar ancak bu artış doğrusal değildir; tablo değerleri kullanılır.
- Boru içi ve sıcak ortam döşemelerinde ısı dağılımı zorlaştığı için taşıma gücü düşük seçilir.
- Aynı kanalda çok sayıda devre taşındığında gruplama faktörü izinli akımı düşürür.
- Kısa devre anında kablo kesiti yüksek ısıl ve mekanik zorlanmaya dayanmalıdır.
- Koruma iletkeni faz iletkenine göre eşit ya da daha küçük seçilebilir, asgari bir alt sınır vardır.
- Alüminyum bağlantılarda biyometal pabuç kullanılması zorunlu bir uygulamadır.
Basit Örnek ve Günlük Yaşam
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: 400 V'da çalışan 15 kW güçlük üç fazlı bir motorun verimi %90, güç faktörü 0,85'tir. Hat akımı kaç A'dır?
- Aktif gücü P = 15000 W olarak al.
- Paydayı √3 × U × cosφ × verim biçiminde hesapla.
- P değerini paydaya bölerek hat akımını bul.
Sonuç/cevap: In = 15000 ÷ (1,732 × 400 × 0,85 × 0,90) ≈ 28,3 A. Hesaplanan bu akım, sonraki aşamada kablo kesiti ve koruma cihazı seçiminin temelidir.
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: Üç fazlı bir hattın taşıma gücü ve gerilim düşümü için gereken kesiti 16 mm² bulunmuştur. Kısa devre dayanımı için ise 35 mm² gerekmektedir. Hangi kesit seçilir?
- Üç koşul için hesaplanan kesitleri karşılaştır.
- En büyük değeri belirle.
- Seçimi gerekçesiyle yaz.
Sonuç/cevap: En büyük kesit olan 35 mm² seçilir. Kural, hesaplanan üç kesitten en büyüğünün benimsenmesidir.
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Üç fazlı motorun hat akımı konusunun adımları:
- Aktif gücü P = 15000 W olarak al.
- Paydayı √3 × U × cosφ × verim biçiminde hesapla.
- P değerini paydaya bölerek hat akımını bul.
Karşılaştırma Tablosu
| Kavram | Açıklama |
|---|
| İletken direnci, özdirenç ile uzunluğun | İletken direnci, özdirenç ile uzunluğun çarpımının kesit alanına bölünmesiyle bulunur. |
| Bakırın iletkenliği alüminyumdan yaklaşı | Bakırın iletkenliği alüminyumdan yaklaşık 1,5 kat yüksek olduğu için aynı koşulda daha küçük kesit yeter. |
| Kesit arttıkça taşıma gücü artar ancak b | Kesit arttıkça taşıma gücü artar ancak bu artış doğrusal değildir; tablo değerleri kullanılır. |
| Boru içi ve sıcak ortam döşemelerinde ıs | Boru içi ve sıcak ortam döşemelerinde ısı dağılımı zorlaştığı için taşıma gücü düşük seçilir. |
| Aynı kanalda çok sayıda devre taşındığın | Aynı kanalda çok sayıda devre taşındığında gruplama faktörü izinli akımı düşürür. |
| Kısa devre anında kablo kesiti yüksek ıs | Kısa devre anında kablo kesiti yüksek ısıl ve mekanik zorlanmaya dayanmalıdır. |
| Koruma iletkeni faz iletkenine göre eşit | Koruma iletkeni faz iletkenine göre eşit ya da daha küçük seçilebilir, asgari bir alt sınır vardır. |
| Alüminyum bağlantılarda biyometal pabuç | Alüminyum bağlantılarda biyometal pabuç kullanılması zorunlu bir uygulamadır. |
Özet
Kablo seçimi üç koşulun birlikte değerlendirilmesiyle yapılır: sürekli akım taşıma, gerilim düşümü ve kısa devre dayanımı. Hat akımı üç fazlı sistemde In = P ÷ (√3 × U × cosφ × verim) bağıntısıyla bulunur; 15 kW, 400 V, cosφ = 0,85 ve verim %90 için In ≈ 28,3 A bulunur. Gerilim düşümü tek fazda ΔU = 2 × ρ × L × I ÷ S, üç fazda ΔU = √3 × ρ × L × I ÷ S ile hesaplanır; 90 m, 4 mm² ve 20 A için ΔU ≈ 15,75 V elde edilir. Hesaplanan üç kesitten en büyüğü seçilir. Bakırın iletkenliği alüminyumdan yaklaşık 1,5 kat yüksek olduğundan aynı koşulda daha küçük kesit yeter; buna karşılık alüminyum bağlantılarda biyometal pabuç zorunludur. Aynı kanalda çok sayıda devre taşındığında gruplama faktörü uygulanır, örneğin tablo değeri 24 A olan 2,5 mm² iletken dört devre için 24 × 0,7 = 16,8 A ile sınırlanır.
Kendini Dene
Soru: 400 V üç fazlı sistemde 22 kW güçlük, verimi %90 ve güç faktörü 0,85 olan bir motorun hat akımını hesaplayınız; 120 m mesafede kısa devre dayanımı da gözetilerek kablo kesitini gerekçesiyle belirleyiniz.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: In = P ÷ (√3 × U × cosφ × verim) bağıntısının yazılması 4 puan; 1,732 × 400 × 0,85 × 0,90 ≈ 530 olarak paydanın hesaplanması 4 puan; 22000 ÷ 530 ≈ 41,5 A sonucunun bulunması 5 puan; gerilim düşümü için ΔU = √3 × ρ × L × I ÷ S ile sınırın belirlenmesi 4 puan; üç koşulun en büyüğünün seçilmesi ve gerekçenin yazılması 3 puan. Toplam 20 puan.
Sık Yapılan Hatalar
<b>Kesiti yalnız güç değerine göre seçmek:</b> Güç hesabı yalnız hat akımını verir; gerilim düşümü ve kısa devre dayanımı da doğrulanmalıdır.
<b>Gerilim düşümü hesabında yolu bir kez saymak:</b> Tek fazlı devrelerde akım gidiş ve dönüş yolunda ilerlediği için formülde iki katı alınmalıdır.
<b>Alüminyum ile bakırın kesitini eşit almak:</b> Aynı kesitte alüminyum daha fazla direnç gösterir, yaklaşık 1,6 kat büyük kesit gerekir.
<b>Gruplama faktörünü hesaba katmamak:</b> Aynı kanalda çok sayıda devre taşınacaksa izinli akım azaltılmadan kablo aşırı ısınır.
<b>Kablo kesitini tablo değerinden büyük okumak:</b> Tablo değerleri belirli montaj ortamı içindir; sıcak ve kapalı ortamda düşük değerler esas alınır.
