Alçak Gerilim Panolarında Aşırı Isınma Sınırları, Devre Kesiciler ve Azaltma Faktörleri (De-Rating) Teknik Kılavuzu Bölüm-1

Alçak Gerilim Panolarında Aşırı Isınma Sınırları, Devre Kesiciler
ve Azaltma Faktörleri (De-Rating)
Teknik Kılavuzu

Bölüm-1



ETP Panolar Çalışma Grubu 

 
Alçak Gerilim Panolarında Aşırı Isınma Sınırları, Devre Kesiciler ve Azaltma Faktörleri (De-Rating) Teknik Kılavuzu'nu elektrik sektörümümüzün   yararlı olması dileÄŸiyle bir yeni yıl hediyesi olarak  sizlerle paylaşıyoruz. Bu  teknik kılavuzu hazırlayan "ETP Panolar Çalışma Grubumuza " teÅŸekkür ederiz. 

1. Genel Tanım

Alçak gerilim elektrik panoları bir veya daha fazla bitiÅŸik bölmeye tesis edilmiÅŸ koruma, anahtarlama ve ölçme cihazlarının birleÅŸimden oluÅŸmaktadır. Bir elektrik panosu bölmelerden oluÅŸur ve bu bölmeler standartta “mahfaza” olarak adlandırılan mekanik koruma ve taşıma fonksiyonuna sahip yapılardan, elektriksel cihazlardan, dahili baÄŸlantılardan ve giriÅŸ-çıkış terminal baÄŸlantılarından oluÅŸmaktadır.

Bu teknik kılavuzun amacı, alçak gerilim panolarının içerisine yerleÅŸtirilecek olan devre kesicilerini en kolay ve doÄŸru ÅŸekilde seçmek için gerekli temel bilgileri saÄŸlamak suretiyle elektrik panolarını ayrıntılı olarak ele almaktır.

Bu baÄŸlamda alçak gerilim panoları ve devre kesicilerle ilgili standartlar olan IEC 61439-1 ve IEC 60947-2’nin hızlı bir incelenmesi sonrasında imalatçıların panoları tasarlarken dikkat etmeleri gereken konular ele alınmaktadır.

Bu teknik kılavuz elektrik panolarında aşırı ısınma sınırları, elektrik panoları içerisindeki devre kesicilerin akım taşıma kapasitelerini belirleyen etkenler ve elektrik panolarında azaltma faktörü hesabı olmak üzere üç ana baÅŸlığa ayrılmıştır.

2. Elektrik panolarında aşırı ısınma sınırları

2.1 Genel

Bir güç devresi içerisine dahil edilecek olan devre kesicilerin doÄŸru seçimini zorlaÅŸtıran ana problemlerden biri devre kesicilerin iÅŸletme sıcaklığına göre hasar veya erken yaÅŸlanma olmadan taşıyabileceÄŸi azami sürekli akımı hesaplamaktır.

Ä°malatçının sayı, konum ve boyut bakımından farklı bileÅŸenler kullanarak ÅŸalt donanımı tasarlamadaki özgürlüÄŸü, belirli bir devre kesicisinin montaj koÅŸullarını farklı kılar. Bu sebeple devre kesici üreticisi tarafından tanımlanan ve standart ortam koÅŸullarına atıfta bulunulan “azami akım taşıma kapasitesini” uygulamaya özgün olarak belirlemek çok önemlidir.

2.2 Akım taşıma kapasitesi

Akım taşıma kapasitesi konusunun farklı ürün standartlarında, biri devre kesicilerle ilgili ürün standardı diÄŸeri ise alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri standardı olmak üzere nasıl ele alındığının incelenmesi gerekmektedir.

Devre kesiciler, “Avrupa BirliÄŸi Alçak Gerilim Direktifi 2014/35/EU” kapsamındaki, IEC 60947-1 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri – Bölüm:1 Genel kurallar”, IEC 60947-2 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri – Bölüm:2 Devre kesiciler” standardına göre üretilirler ve test edilirler.

IEC 60947-2 standardına göre devre kesicilerinin akım taşıma kapasitelerinin yani sıcaklık artışlarının doÄŸrulanması anma akımında (In) yapılır. Bu deneylerin yapılışı ile ilgili koÅŸullar aynı standart içerisinde belirtilmiÅŸ olup özetle ÅŸu ÅŸekildedir:

a) Akım taşıma kapasitesi “açık havada” doÄŸrulanacaktır.

IEC 60947-1 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri - Bölüm-1: Genel kurallar” standardı “açık hava” ile ne kastedildiÄŸini detaylı ÅŸekilde açıklamaktadır:

“Açık hava normal dahili koÅŸullarda harici ışınımdan ve hava akışından arındırılmış hava olarak anlaşılmalıdır. (Dahili koÅŸullar elektrik panosu içerisinde veya mahfaza içerisinde olarak anlaşılmamalı, bina veya benzeri çevresel koÅŸullar anlaşılmalıdır.)”.
(IEC 60947-1,Madde 5.3.2.1)


Bu nedenle sadece ısınmadan kaynaklanan doÄŸal taşınım hava hareketleri dışında hiçbir dış ışınım ve hava akışı kabul edilmez.

b) Akım taşıma kapasitesi devre kesicilerin ilgili standartta belirtilen boyut (maksimum) ve uzunluğa (minimum) sahip iletkenler ve baralar ile beslenmesiyle doğrulanır.

GörüldüÄŸü üzere standart koÅŸullar olarak aynı zamanda devre kesicinin baÄŸlantı yöntemlerine de atıfta bulunulmaktadır.Deneyler sırasında kullanılacak baÄŸlantı detayları IEC 60947-1 Çizelge 9, Çizelge 10 ve Çizelge 11’de verilmektedir.

c) Deney sırasında, devre kesicilerinin farklı kısımlarında kabul edilen maksimum sıcaklık artış sınırlarının aşılmaması sağlanarak akım taşıma kapasitesi doğrulanır. (IEC 60947-1,Madde 8.2.2.5)

Mutlak sıcaklık olarak deÄŸil, Kelvin cinsinden ifade edilen bir “sıcaklık farkı” olarak ifade edilen bu tür sıcaklık artışı, 40 °C’lik bir referans azami ortam hava sıcaklığına göre fark olarak belirlenir.





Devre kesiciler genellikle farklı iÅŸlevlere sahip mahfazaların içine monte edilir. Bu iÅŸlevler,

• Farklı cihazların baÄŸlantılarını insanlar için eriÅŸilemez kılmak (bilinçli ve yetkili faaliyetler dışında)

• Sabit konumlandırma yapılan yerlerde devre kesicilerini barındıracak bir yer oluÅŸturmak

• Katı yabancı cisimler ve sıvı giriÅŸine karşı yeterli koruma saÄŸlamak

Bu mahfazalar anahtarlama ve kontrol düzeni donanımları olarak adlandırılmakta olup IEC 61439-1 “Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzeni donanımları – Bölüm-1: Genel Kurallar” standardına uymaktadırlar.

Ancak bir elektrik panosunun içindeki montaj koÅŸulları, bir devre kesicinin açık havada akım taşıma kapasitesinin doÄŸrulama koÅŸulları olan IEC 60947-2 standardı tarafından belirtilen koÅŸullardan farklıdır.

Pano içerisindeki koÅŸullar (kablolama, bölmelendirme, diÄŸer cihazların yerleÅŸimi) devre kesiciyi aÅŸağıdaki özelliklerle ayırt edilmiÅŸ koÅŸullar altında çalışmaya zorlamaktadır:

• Açık havada deÄŸil, ancak hava sirkülasyonu açısından belirli ÅŸartlarda

Özellikle bu durum karmaşık iç bölmelendirmeleri olan veya cebri havalandırmaya sahip panolarda farklılıklar gösterir.

• Devre kesiciler, kendi özgün standartlarının ÅŸart koÅŸtuÄŸu deÄŸil elektrik panosu imalatçıları tarafından belirtilen boyut ve uzunlukta iletkenlerle ve baralarla baÄŸlanır.

• Pano tasarımına ve barındırdığı cihazlara baÄŸlı olarak devre kesici etrafındaki hava sıcaklığı artmaktadır.

Özellikle panonun farklı IP koruma derecesi ve düzenleme ÅŸekli, panodan dışarıya doÄŸru aktarılan ısı miktarında ve dolayısıyla içerdeki hava sıcaklığında önemli deÄŸiÅŸikliklere neden olur.


2.3 Elektrik panosu içinde devre kesicilerin akım taşıma kapasitesini belirleyen etkenler

Devre kesicilerinin akım taşıma kapasiteleri elektrik panosu içerisine yerleÅŸtirildiklerinde aÅŸağıdaki etkenlere baÄŸlı olarak deÄŸiÅŸmektedir.

1. Devre kesicilerinin elektrik panosu içerisinde dikeyde konumlandırılması

2. Dahili bölmelendirme tipi ve elektrik panosunun boyutları

3. IP koruma derecesi / elektrik panosunun havalandırılması

4. Devre kesici baÄŸlantı terminali yönü

5. Bağlantı bakırları kesitleri

6. Elektrik panosu ortam sıcaklığı

7. Deniz seviyesinden yükselti

Üreticisinin deneyleri sırasında belirli bir devre kesici için açık havadaki anma kesintisiz akım taşıma kapasitesini (Iu) belirleyen koÅŸulların devre kesicinin bir elektrik panosu içinde kullanılması durumunda bulunduÄŸu koÅŸullardan farklı olduÄŸu görülmektedir.

Sonuç olarak, devre kesicilerin ilgili ürün standardına uygun olarak belirlenen akım taşıma kapasitesinin, uygun deÄŸerlendirmeler yapılmadan bir elektrik panosu içine monte edildiÄŸindeki taşıma kapasitesine eÅŸit kabul edilemeyeceÄŸi açıktır. IEC 60947-1 standardında tariflenen montaj koÅŸulları ve baÄŸlanan iletkenlerden/baralardan farklı olan normal iÅŸletme koÅŸullarındaki akım taşıma kapasitesi test deÄŸerlerinin farklılık göstereceÄŸi dikkate alınmalıdır.

Ayrıca, genel deney koÅŸulları ile ilgili olarak, alçak gerilim devre kesicileriyle ilgili olan IEC 60947-2 standardı, öngörülen deneylerin, örneÄŸin elektrik panolarına dahil edilen devre kesiciler üzerinde IEC 61439-1 ile yeni deneyler yapılması gerektiÄŸini hatırlatır.



















2.4 Sıcaklık artışının IEC 61439-1 standardına göre doÄŸrulanmasının devre kesicilerine etkisi

Alçak gerilim anahtarlama ve kontrol düzenleri ile ilgili ürün standardı olan IEC 61439-1 varolan kendi başına bileÅŸenlere atıfta bulunmaz, fakat herhangi bir olası anahtarlama, ölçme, koruma amacı ile donatılmış, dahili elektrik ve mekanik baÄŸlantılarla monte edilmiÅŸ ve kablolanmış bir veya daha fazla koruma ve anahtarlama cihazının kombinasyonu anlamına gelen “düzenden” bahseder.

Sonuç olarak, bu standart akım taşıma kapasitesine atıfta bulunmak için devre kesiciler ve iletkenlerin/baraların kendi başına bileÅŸenlerinin nominal akımlarına deÄŸil, bunların tamamı tarafından meydana getirilen “elektrik devresinin” nominal akımıyla ilgilenmektedir. Tanıma uygun olarak, bir devrenin nominal akımı, devrenin elektrik bileÅŸenlerinin, bunların konumlarının ve uygulamalarının bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar.


Devre akımı geçirilerek standardın kendi talimatlarına uygun olarak deney yapıldığında, devre üzerindeki çeÅŸitli bileÅŸenler üzerinde gerçekleÅŸen sıcaklık artışlarının belirlenen sınırları aÅŸmaması gerekmektedir.

Sıcaklık artışı deneyinin performans kriterleri ÅŸu durumları içerir:

Elektrik panosu devrelerinin deneyleri anma akımın anma diversite faktörü RDF ile çarpılması sonucu elde edilen akımla yapılmalıdır. RDF, herhangi bir anda dikkate alınan tüm ana devrelerden geçen akımların toplamının maksimum deÄŸeri ile aynı devrelerin nominal akımlarının toplamı arasındaki oran olarak tanımlanır.

I_test = I_nc x RDF

Yukarıdaki tariften ÅŸu sonuç çıkarılabilir. EÄŸer anma diversite faktörü RDF <1 ise (tüm yükler %100 akım ile yüklenmemiÅŸ), pano devrelerinin testleri anma deÄŸerinden daha düÅŸük bir akım deÄŸerinde yapılır. Bununla birlikte, tip-test en ağır sıcaklık artış koÅŸullarının oluÅŸmasını saÄŸlayan devreler üzerinde yapılmalıdır.

IEC 61439-2 Madde 5.4 beyan kullanma faktörünün aÅŸağıdaki ÅŸekilde tarif etmektedir.

5.4 Beyan kullanma (diversite) faktörü (RDF)

Gerçek yük akımları ile ilgili olarak son kullanıcı ile pano imalatçısı arasında bir anlaÅŸmanın olmaması durumunda panonun çıkış devrelerinde veya çıkış devreleri grubunda kabul edilen yük için Çizelge 101’deki deÄŸerler esas alınabilir. Bununla birlikte bazı endüstriyel tesislerde ve eklentilerle geniÅŸletilen bazı tesislerde kabul edilen yük faktörünün 1’e yakın olması söz konusudur.

Motorlar ve elektriksel harekete geçiriciler için kabul edilen yük akımı motorun anma akımının Çizelge 101’de yer alan katsayılarla  çarpılmasıyla bulunur. EÄŸer sadece anma gücü ve anma gerilimi verilen bir motor söz konusu ise bu durumda motorun anma akımı IEC 60947-4-1:2018, Ek G’den bulunabilir.

Tüm diÄŸer dağıtım devreleri için kabul edilen yük akımı koruma cihazının anma akımı (In) ile Çizelge 101’deki yük faktörü deÄŸerinin çarpılması ile bulunur.”


Bu nedenle bir panoda devrenin anma akımı atanan deÄŸer olarak belirlenmez, diversite faktörü dikkate alınarak belirlenir.

İzin verilen sıcaklık artış miktarı her iki standart (IEC 61439-1 ve IEC 60947-2) tarafından farklı değerlendirilmektedir.


Tablo 1’de açık havada bir devre kesicisinin baÄŸlantı terminallerindeki kabul edilen sıcaklık artış deÄŸeri ΔT=80K olarak görülmektedir. Referans ortam sıcaklığını Ta = 40°C olarak alırsak maksimum izin verilen sıcaklık
T_T = (ΔT + Ta) = 120°C olarak  çıkarılabilir.

Sıcaklık artışı ile ilgili olarak elektrik panosu standardındaki tanımlamalar göz önüne alındığında referans olarak ortalama ortam sıcaklığı Ta = 35°C alınır. Pano terminallerinde maksimum izin verilebilir sıcaklık limitleri, yalıtılmış harici baÄŸlantılar için 70K yani maksimum iÅŸletme sıcaklığı 105°C’dir. EÄŸer devre kesicisi pano içerisine yerleÅŸtirildiyse referans ortam sıcaklığı 35°C olarak kabul edilmeli ve Tablo-1’e göre, gömülü bileÅŸenler (devre kesiciler panoların bileÅŸenidir) için üreticinin devre kesici terminalleri için maksimum sıcaklık olarak 120°C vermesine izin verilir. Böylece maksimum sıcaklık artış limitinin 85K olduÄŸu elde edilebilir. Terminallere baÄŸlantı PVC izolasyonlu iletkenlerle yapıldığında, terminaller üzerinde kabul edilebilir maksimum sıcaklık, kablo bileÅŸeninin sıcaklığı olan 70°C olması gerekir. Aksine devre kesicisine baÄŸlantı maksimum sıcaklığı 105°C olan çıplak bakır bara ile yapıldıysa maksimum çalışma sıcaklığını belirleyen devre kesici bileÅŸenlerinin maksimum iÅŸletme sıcaklığı
yani 85°C’dir. Yukarıdakilerin bir özeti olarak, aÅŸağıdaki Tablo 2 ve Resim 2’de elektrik panosu standardında belirtilen, panoların farklı parçalarının maksimum kabul edilebilir sıcaklık artışı ve sıcaklık sınır deÄŸerleri gösterilmiÅŸtir ve pano içerisine yerleÅŸtirilen devre kesiciler için referans ortam sıcaklığı Ta = 35°C alınarak tekrar hesaplama yapılmıştır.

GörüleceÄŸi üzere sıcaklık dayanımı ve dolayısıyla da akım taşıma kapasitesi açısından deÄŸerlendirildiÄŸinde devre kesicilerin kendi standartlarına göre yapılan deneylerde elektrik panosu için uygulanan standarda göre yapılan deneylere kıyasla daha yüksek sıcaklıklara müsaade edilmektedir.



Bundan sonraki bölümde "Elektrik panosu içerisinde devre kesicilerin akım taşıma kapasitesinin arttırılmasına yönelik iyileÅŸtirmeler, Elektrik panolarında azaltma (De-Rating) hesabı) anlatılacaktır. 



ETP Elektrik Tesistat portalından alıntıdır. TeÅŸekkürlerimizle.