Konu Anlatımı
İletken Seçimi ve Aşırı Akım Koruma
İletken kesiti, bir devrenin tasarımında tek bir sayıyla değil, birbiriyle ilişkili dört koşulun birlikte sonucudur. Bu koşullardan yalnızca birini karşılamak, devreyi kurulum aşamasında güvenli, işletme aşamasında ise sorunlu bir sistem haline getirir. Bu nedenle kesit seçimi bir yazılı hesap tablosuyla yapılır ve kararın dayanağı saklanır.
Yük Akımının Hesaplanması
Yük akımı, yükün çektiği gücün gerilim, güç faktörü ve verim değerleriyle ilişkisinden bulunur. Üç fazlı yüklerde akımın içine kök üç katsayısı girer; tek fazlı devrelerde bu katsayı bulunmaz. Güç faktörü düştükçe aynı güç için çekilen akım artar, verim düştükçe ise elektriğin bir bölümü ısı olarak kaybolur. İkisi de atlandığında hesaplanan akım gerçek değerin altında kalır ve koruma elemanı eksik seçilir.
Yük listesi hazırlanırken her yükün gücü, çalışma düzeni ve güç faktörü ayrı ayrı yazılır. Motorlar için anma akımı etiketten okunur; motorun anma gücü ile akımı arasındaki ilişki etiket değerleriyle kurulur. Yüklerin aynı anda çalışıp çalışmadığı, kısa süreli çalışma durumları da hesaba katılır.
Kesiti Belirleyen Dört Ölçüt
Birinci ölçüt akım taşıma kapasitesidir. İletkenin taşıyabileceği akım, kesiti, yalıtım malzemesi, ortam sıcaklığı ve birden çok iletkenin aynı kanalda bulunması gibi etkenlerle sınırlıdır. Bu sınır, uzun süreli aşırı ısınmayı önler.
İkinci ölçüt gerilim düşümüdür. Uzun hatlarda akım, hat direnci üzerinde gerilim düşümü oluşturur. Bu düşüm, yükün çalışma gerilimini izin verilen aralığın dışına çıkarabilir. Üçüncü ölçüt kısa devre dayanımıdır; iletken, koruma elemanı devreye girmeden geçen akımın kareköküyle orantılı ısıyı taşıyabilmelidir. Dördüncü ölçüt mekanik dayanımdır; iletken, kıskıç, kablo kanalı ve bağlantı elemanlarından gelen kuvvetlere dayanmalıdır.
| Ölçüt | Belirleyici Durum | Etkisi |
|---|
| Akım taşıma | Uzun süreli yük akımı | Kesit alt sınırı |
| Gerilim düşümü | Hat uzunluğu ve güç faktörü | Uzun hatlarda büyür |
| Kısa devre dayanımı | Kısa devre akımı ve süresi | Kesit üst sınırı |
| Mekanik dayanım | Montaj ve çekme kuvveti | En küçük kesit sınırı |
Düzeltme Katsayıları ve Yük Akımı ile İlişkisi
İletkenin tablo değeri, ortam sıcaklığı, kanaldaki iletken sayısı ve çalışma düzeni gibi koşullara göre düzeltme katsayısıyla çarpılarak düzeltilmiş anma akımına çevrilir. Bu değer, koruma elemanı seçiminde kullanılan gerçek sınırdır. Düzeltme katsayısının ters yönde uygulanması, tasarım değerinden büyük bir akımın geçmesine izin verir ve iletkende erken ısınmaya yol açar.
Devre seçiminde üç koşul birlikte aranır: yük akımı, koruma elemanının anma akımından küçük olmalı, koruma elemanının anma akımı ise iletkenin düzeltilmiş anma akımından büyük olmamalıdır. Bu sıralama bozulursa ya iletken aşırı ısınır ya da koruma elemanı gereğinden geç devreye girer.
Koruma Elemanı ve Koordinasyon
Koruma elemanı, devreyi aşırı akım ve aşırı yüke karşı korur. Sigorta kendiliğinden yanarak devreyi keser, devre kesici ise mekanizmasıyla açılıp tekrar kapatılabilir. Kaçak akım rölesi ise toprak yolu üzerinden kaçan akımı algılayarak insan ve yangın koruması sağlar. Motor devrelerinde termik koruma, motorun etiket akımına göre ayarlanır.
Koruma elemanının anma akımı ve kesme kapasitesi farklı büyüklüklerdir. Kesme kapasitesi, elemanın belirli bir kısa devre akımında devreyi güvenle kesebilme yeteneğidir ve seçilen değer devrenin kısa devre akımından küçük olmamalıdır. Devreler arasında seçicilik sağlanması, alt koruma elemanının üst eleman devreye girmeden açmasıyla gerçekleşir; böylece arıza yalnızca ilgili devrede karşılanır ve tesisin geri kalanı çalışmayı sürdürür.
- Yük akımı, koruma elemanının anma akımından küçük, anma akımı da iletkenin düzeltilmiş anma akımından küçük olmalıdır.
- Gerilim düşümü sınırı, uzun hatlarda kesit seçimini belirleyen ana ölçüte dönüşebilir.
- Kısa devre dayanım hesabında sürenin karekökü kullanılır ve sonuç standart kesite yukarı yuvarlanır.
- Düzeltme katsayısı çarpılarak uygulanır, bölme yapılmaz.
- Seçicilik için üst elemanın anma akımının alt elemana göre yeterince büyük seçilmesi gerekir.
Ne Öğreneceğiz
Elektrik devrelerinde iletken kesitinin belirlenmesini, yük akımı, gerilim düşümü ve kısa devre dayanımı hesaplarını, koruma elemanı ve koordinasyon seçimlerini ele alır. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- Yük akımını güç, gerilim, güç faktörü ve verim değerlerinden hesaplayarak devre seçimine başlar.
- İletken kesitini akım taşıma, gerilim düşümü, kısa devre dayanımı ve mekanik dayanım ölçütleriyle belirler.
- Düzeltme katsayılarını uygulayarak iletkenin düzeltilmiş anma akımını hesaplar ve koruma elemanıyla karşılaştırır.
- Koruma elemanı türlerini, anma akımı ve kesme kapasitesi kavramlarını ayırt eder.
- Seçicilik ve koordinasyon kurallarını uygulayarak devre korumasını planlar ve belgelendirir.
Ön Bilgi
Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:
- İletken kesiti; akım taşıma, gerilim düşümü, kısa devre dayanımı ve mekanik dayanım olmak üzere dört ölçütle belirlenir.
- Koruma elemanının anma akımı ile kesme kapasitesi farklı kavramlardır ve birbirinin yerine kullanılamaz.
- Güç faktörü düştükçe aynı güç için çekilen akım artar, buna göre kesit ve koruma elemanı yeniden değerlendirilir.
- Düzeltme katsayısı çarpılarak uygulanır, bölme yapılırsa tasarım değerinin üzerinde sonuç çıkar.
- Seçicilik sağlanmadığında bir arıza tüm tesisi durdurabilir, bu yüzden koruma sırası planlanmalıdır.
- Motorlarda termik koruma ayarı, motorun etiket akımı dikkate alınarak yapılır.
Basit Örnek ve Günlük Yaşam
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: 11 kW gücündeki üç fazlı bir motor 400 V'ta, güç faktörü 0,85 ve verim 0,87 ile çalışmaktadır. Yük akımı kaç amperdir?
- Adım 1: Bağıntıyı yaz: Ib = P / (√3 × U × cosφ × η).
- Adım 2: Paydayı hesapla: √3 × 400 × 0,85 × 0,87 = 512,3.
- Adım 3: Bölme yap: 11000 / 512,3 = 21,5 A.
Sonuç/cevap: Yük akımı 21,5 A olarak hesaplanır.
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: 630 kVA gücünde bir trafo 400 V'lik üç fazlı sistemde beslenmektedir. Anma akımı kaç amperdir?
- Adım 1: Bağıntıyı yaz: I = S / (√3 × U).
- Adım 2: Değerleri yerine yaz: 630000 / (1,732 × 400).
- Adım 3: Bölme sonucu anma akımını verir.
Sonuç/cevap: Trafo anma akımı 909,3 A olarak hesaplanır.
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Örnek 1: Üç Fazlı Motorun Yük Akımı konusunun adımları:
- Adım 1: Bağıntıyı yaz: Ib = P / (√3 × U × cosφ × η).
- Adım 2: Paydayı hesapla: √3 × 400 × 0,85 × 0,87 = 512,3.
- Adım 3: Bölme yap: 11000 / 512,3 = 21,5 A.
Karşılaştırma Tablosu
| Kavram | Açıklama |
|---|
| İletken kesiti; akım taşıma, gerilim düş | İletken kesiti; akım taşıma, gerilim düşümü, kısa devre dayanımı ve mekanik dayanım olmak üzere dört ölçütle belirlenir. |
| Koruma elemanının anma akımı ile kesme k | Koruma elemanının anma akımı ile kesme kapasitesi farklı kavramlardır ve birbirinin yerine kullanılamaz. |
| Güç faktörü düştükçe aynı güç için çekil | Güç faktörü düştükçe aynı güç için çekilen akım artar, buna göre kesit ve koruma elemanı yeniden değerlendirilir. |
| Düzeltme katsayısı çarpılarak uygulanır, | Düzeltme katsayısı çarpılarak uygulanır, bölme yapılırsa tasarım değerinin üzerinde sonuç çıkar. |
| Seçicilik sağlanmadığında bir arıza tüm | Seçicilik sağlanmadığında bir arıza tüm tesisi durdurabilir, bu yüzden koruma sırası planlanmalıdır. |
| Motorlarda termik koruma ayarı, motorun | Motorlarda termik koruma ayarı, motorun etiket akımı dikkate alınarak yapılır. |
Sık Yapılan Hatalar
Yük akımı hesabında güç faktörü ve verimi ihmal etmek: İki değer de atlandığında hesaplanan akım gerçek değerin altında kalır ve koruma elemanı eksik seçilir, devre sürekli aşırı akım altında çalışır.
Düzeltme katsayısını bölme yerine çarpma hatası yapmak: Katsayı yanlış yönde uygulanırsa düzeltilmiş anma akımı gereğinden büyük hesaplanır, iletken aşırı ısınır.
Kesit seçiminde yalnızca akım taşıma kapasitesine bakmak: Kısa devre anında termik dayanımın sağlanmaması, uzun hatlarda ise kabul edilemez gerilim düşümü kısa devre koruması devreye girmeden iletkeni tahrip eder.
Anma akımı ile kesme kapasitesini aynı kavram sanmak: Kesme kapasitesi, elemanın belirli bir kısa devre akımını kesme yeteneğidir; anma akımı ise sürekli taşınabilecek değerdir.
Seçiciliği göz ardı ederek tüm koruma elemanlarını aynı akımda seçmek: Alt devre arızasında üst eleman da açılırsa tesisin tamamı durur, hizmet kesintisi büyür.
Özet
İletken seçimi dört ölçütün birlikte değerlendirilmesiyle yapılır: akım taşıma kapasitesi, gerilim düşümü, kısa devre dayanımı ve mekanik dayanım. Üç fazlı bir yükün akımı Ib = P / (√3 × U × cosφ × η) bağıntısıyla bulunur; 11 kW, 400 V, 0,85 güç faktörü ve 0,87 verimde payda 512,3 olur ve 11000 / 512,3 bölmesi Ib = 21,5 A sonucunu verir. Düzeltilmiş anma akımı, tablodaki değerin düzeltme katsayısıyla çarpılmasıyla bulunur; 32 × 0,87 çarpımı 27,8 A verir. Devre seçiminde yük akımı, koruma elemanının anma akımından küçük, anma akımı da iletkenin düzeltilmiş anma akımından küçük olmalıdır; 21,5 A ≤ 25 A ≤ 27,8 A sıralaması bunu gösterir. Gerilim düşümü sınırı yüzde 5 olan 400 V'lu bir devrede S = √3 × I × ρ × L × cosφ / ΔU bağıntısıyla 25 A, 50 m, 0,8 güç faktörü için S = 1,95 mm² hesaplanır ve 2,5 mm² standart kesit seçilir. Kısa devre dayanımı S = I × √t / k ile bulunur; 20 kA ve 0,3 s için katsayı 143 alındığında S = 76,6 mm² çıkar. Koruma elemanı seçiminde anma akımı ile kesme kapasitesi ayrı ayrı değerlendirilir, seçicilik sağlanmazsa arıza tüm tesisi durdurabilir.
Kendini Dene
Soru: 11 kW gücünde üç fazlı bir motorun besleme devresini tasarlayınız: yük akımını hesaplayınız, uygun koruma elemanını ve iletken kesitini gerekçesiyle seçiniz, seçicilik koordinasyonunu açıklayınız.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Yük akımının P / (√3 × U × cosφ × η) bağıntısıyla 21,5 A olarak hesaplanması 4 puan; düzeltilmiş anma akımının belirlenip yük akımından büyük ve koruma elemanı seçimine uygun olduğunun gösterilmesi 4 puan; gerilim düşümü sınırına göre kesit hesabının yapılması 4 puan; kısa devre dayanımının kontrol edilmesi 4 puan; ana besleme ile motor koruma elemanı arasındaki seçicilik açıklaması 4 puan. Toplam 20 puan.
