Konu Anlatımı
Kısa Devre Akımı Temelleri
Kısa devre akımı, bir tesisatta faz iletkenleri arasında ya da faz ile nötr veya toprak arasında empedansın çok düşük kaldığı durumda akan çok yüksek akımdır. Konut, işyeri ve sanayi tesislerinde pano, kablo ve kesici seçimi bu değere dayanır. Normal işletme akımı birkaç amper olan bir hatta kısa devre akımı yüzlerce ya da binlerce ampere çıkabilir; bu akım birkaç yüz milisaniye içinde kablo yalıtımını eritebilir ve yangına yol açabilir.
Bu derste ne öğreneceğiz?
Bu derste kısa devre akımının nedenlerini, üç fazlı şebekede empedansla nasıl hesaplandığını, transformatörün kısa devre geriliminden akım ve güç bulmayı, kesici kesme kapasitesi ile kablo kesitinin bu değere göre nasıl kontrol edildiğini öğreneceğiz.
Ön bilgi
Ohm yasası, empedansın direnç ve reaktansın vektörel toplamı olduğu ve üç fazlı sistemde hat gerilimi ile faz gerilimi arasındaki ilişki bilinmelidir. 400 V hat gerilimli bir şebekede faz gerilimi yaklaşık 230 V'tur. Üç fazlı formüllerde √3 çarpanı kullanılır.
Düşük gerilim şebekelerinde kısa devre hesabı çoğunlukla öz empedansın büyüklüğüyle yapılır. Kablo, bara ve kesici kontaklarının empedansları toplanarak arıza noktasındaki toplam değer bulunur.
Kısa Devrenin Oluşum Nedenleri
Kısa devrenin en yaygın nedenleri izolasyon bozulması, iletkenlerin birbirine temas etmesi, yabancı cisimlerin pano içine düşmesi ve nemin yalıtımı delmesidir. Yanlış yapılmış bir ek yerindeki gevşek bağlantı da zamanla ark oluşturup kısa devreye dönüşebilir. Bu nedenle kısa devre akımı yalnız teorik bir değer olarak değil, her an gerçekleşebilecek bir senaryo olarak ele alınır.
Üç Fazlı Kısa Devre Akımının Hesaplanması
Simetrik üç fazlı arızada akım, hat gerilimi ile arıza noktasına kadar olan toplam empedansın belirlediği değerdedir. Formül, hat geriliminin √3 ile çarpılmış toplam empedansa bölünmesi biçimindedir. Hesapta her iletkenin ve bağlantının empedansının dikkate alınması gerekir; yalnızca ana kablonun değeriyle yapılan hesap, arızaya yakın noktada akımı olduğundan küçük gösterir.
Transformatör Üzerinden Kısa Devre Akımı
Dağıtım transformatörünün kısa devre gerilimi, plaket üzerinde yüzde olarak yazılır. Bu değer, nominal akımın kaç katı kısa devre akımı oluşacağını belirler: nominal akım 100 ile çarpılır ve kısa devre gerilim yüzdesine bölünür. Örneğin yüzde dört değerli bir transformatörde kısa devre akımı nominal akımın 25 katıdır. Transformatör gücü arttıkça bu katsayı sabit kalırken akımın mutlak değeri büyür.
Kısa Devre Gücü ve Şebeke Empedansı
Kısa devre gücü, arıza noktasında şebekenin verebildiği görünür güçtür. Transformatörde bu değer nominal güç çarpı yüz bölü kısa devre gerilim yüzdesi ile bulunur. Kısa devre gücü yüksek bir şebekede arıza akımı büyür; bu aynı zamanda gerilim düşümünün küçük olduğu anlamına gelir. Tesis büyütülürken yeni transformatörün kısa devre gücü mevcut kesicilerle karşılaştırılmalıdır.
Kesici Kesme Kapasitesi ve Kablo Kesiti Kontrolü
Kesicinin kesme kapasitesi, arıza anında güvenle kesebileceği en büyük akımdır. Beklenen kısa devre akımı bu değeri aşarsa kesici arızada zarar görebilir ya da akımı kesemeyebilir. Kablo kesiti ise kısa devre akımının yarattığı ısının kısa sürede yalıtımı zarar vermeyecek düzeyde kalması için kontrol edilir. Adyabatik yaklaşımda gereken kesit, akımın ile süre karekökünün çarpımının malzeme katsayısına bölünmesiyle bulunur.
Ölçüm ve Doğrulama
Hesap sonucu sahada ölçümle doğrulanır. Döngü empedansı ölçümü, arıza anında akımın tahmini değerine ne kadar yaklaşıldığını gösterir. Ölçüm sonucu hesaptan belirgin biçimde farklıysa bağlantı noktaları, kablo boyları ve transformatör bilgisi yeniden kontrol edilir. Bu kayıtlar proje dosyasına işlenir.
Basit örnek
Hat gerilimi 400 V olan bir üç fazlı şebekede toplam arıza empedansı 0,1 Ω ise kısa devre akımı yaklaşık 2309 A'dır. Bu değer kesici seçiminde ilk basamaktır ve bir sonraki adımda kesici kapasitesi ile karşılaştırılır.
İleri örnek
Dağıtım transformatörü 630 kVA, kısa devre gerilimi yüzde dört ve sekonder gerilimi 400 V'tur. Nominal akım 909,1 A bulunur. Kısa devre akımı nominal akımın 25 katı olarak 22727,5 A'e çıkar. Aynı transformatörün kısa devre gücü 15750 kVA'dır. Bu değerlere göre tesisteki tüm kesicilerin kesme kapasitesi kontrol edilmelidir.
Adım adım çözülmüş örnek
Kabloda 10 kA kısa devre akımı 0,1 saniyede kesildiğinde PVC yalıtımlı bakır kablo için gereken minimum kesit hesaplanır. Adım 1 olarak akım 10000 A, süre 0,1 s ve malzeme katsayısı 115 alınır. Adım 2 olarak √0,1 değeri yaklaşık 0,3162 bulunur. Adım 3 olarak hesap 10000 × 0,3162 / 115 = 27,5 mm² olur. Standart kesitlerden 25 mm² yetersiz kaldığı için 35 mm² seçilir.
Kavram karşılaştırma tablosu
| Kavram | Tanım | Tipik Kullanım |
|---|
| Kısa devre akımı | Arıza anında akan en büyük akım | Kesici ve kablo kontrolü |
| Nominal akım | Ekipmanın sürekli taşıyabildiği akım | Kablo ve kesici akım seçimi |
| Kısa devre gücü | Arıza noktasında şebekenin verdiği güç | Şebeke değerlendirmesi |
| Kısa devre gerilimi | Transformatörde nominal akımı belirleyen yüzde gerilim | Transformatör akım hesabı |
| Kesme kapasitesi | Kesicinin güvenle kesebildiği en büyük akım | Kesici uygunluk kontrolü |
| Empedans | Direnç ve reaktansın vektörel toplamı | Arıza noktasına kadar toplama |
| Adyabatik kesit | Kısa sürede ısınmaya dayanan minimum kesit | Kablo kesiti doğrulaması |
Sık Yapılan Hatalar
- Kesici seçiminde yalnız normal işletme akımına bakıp kesme kapasitesini kontrol etmemek. Doğrusu, beklenen kısa devre akımı hesaplanıp kesici ona göre seçilmelidir.
- Transformatör kısa devre akımını çarpma ile bölmeyi karıştırarak hesaplamak. Doğrusu, nominal akım 100 ile çarpılır ve kısa devre gerilim yüzdesine bölünür.
- Arıza noktasına kadar olan kablo ve bağlantı empedanslarını toplamadan yalnız ana kablo değerini kullanmak.
- Kablo kesitini hesaplarken süre yerine doğrudan süreyi kullanmak ve karekök almayı atlamak.
Özet
Kısa devre akımı, empedansın çok düştüğü arıza anında oluşan en büyük akımdır. Üç fazlı şebekede hat gerilimi, √3 çarpanı ve toplam arıza empedansı ile hesaplanır. Transformatörde akım, nominal akımın 100 ile çarpılıp kısa devre gerilim yüzdesine bölünmesiyle bulunur. Kesici kesme kapasitesi ve kablo kesiti bu değere göre kontrol edilir ve sonuç ölçümle doğrulanır.
Kendini dene
Aşağıdaki soruları çözerken formülü önce yazın, sonra değerleri yerine koyun. Her yanıtta birimi belirtin ve sonucu kesici ile kablo kontrolüyle karşılaştırın. Açık uçlu görevlerde hesap, yorum ve sunum ayrı puanlanır.
