Devre kesici, şiddeti en fazla anma akımına (In) eşit olan akımları üretebilen, dayanabilen ve kesebilen bir devre kesici olduğu kadar, genellikle tesisatlarda meydana gelen arızalardan sonra oluşan aşırı akımları otomatik olarak kesebilen bir koruma cihazıdır.
Devre kesici seçimi ve özellikleri, kurulumun boyutuna ve ağın çeşitli parametrelerine bağlıdır. Devre kesici serbest bırakma tipleri ile başlayalım, ardından CB çalışması için önemli olan en önemli özellikler, ardından birkaç açma eğrisi örnekleri ve makalenin sonunda sınırlama üzerine konuşalım.
İçindekiler:
1| Aşırı Akımların Tespitinde Kullanılan Teknolojiler
Aşırı akımlar üç farklı cihaz tarafından algılanır: aşırı yükler için termal, kısa devreler için manyetik ve her ikisi için de elektronik. Genel olarak birleştirilen termik ve manyetik serbest bırakmalar (termal-manyetik devre kesiciler), ekonomik, denenmiş ve test edilmiş bir teknoloji kullanır, ancak elektronik serbest bırakmalara göre daha az ayarlama esnekliği sağlar. Öte yandan, elektronik serbest bırakmalı bir devre kesici daha pahalıdır.
Tamam, söz konusu teknolojilerin her birinin ayrıntılarına girelim...
1.1| Termal Serbest Bırakma
Bu, normal çalışma değerlerinin üzerinde ısıtıldığında deforme olan ve kontakları tutan kilidi açan bi-metal şeritten oluşur.
Bi-metal şeridin reaksiyon süresi, akımın yoğunluğu ile ters orantılıdır. Termal ataletinin bir sonucu olarak, bimetal şerit, hızlı bir şekilde art arda ilkini ikinci bir aşırı yük takip ettiğinde daha hızlı tepki verir. Bu, sıcaklığı zaten daha yüksek olan kabloların korunmasını iyileştirir.
Devre kesicilerin çoğu, Ir açma akımının belirli sınırlar arasında ayarlanmasını sağlar (kesici tipine bağlı olarak 0,4 ila 1 In).
1.2| Manyetik Serbest Bırakma
Bu, kontakları tutan kilidi serbest bırakan ve böylece yüksek bir aşırı akım varsa kırılmayı tetikleyen manyetik bir döngüden oluşur. Tepki süresi çok kısadır (saniyenin onda biri civarında).
Kompakt tip devre kesicilerin çoğu, açma değerini kurulumun koruma koşullarına (arıza akımı ve dolaylı kontak) ayarlamak için kullanılabilen bir Im ayarına (10 x Ir'ye kadar) sahiptir.Ayrıca bu ayar, bir zaman gecikmesi ile birleştirildiğinde, cihazlar arasında en iyi ayrım koşullarını bulmak için kullanılabilir.
1.3| Elektronik Serbest Bırakma
Her iletkenin üzerine yerleştirilmiş bir bobin, her birindeki akımı sürekli olarak ölçer. Bu bilgi, ayar değerleri aşıldığında devre kesicinin devreye girmesini kontrol eden bir elektronik modül tarafından işlenir.
Serbest bırakma eğrisi, üç çalışma bölgesini gösterir.
“Anlık” Çalışma Bölgesi
Bu, yüksek yoğunluklu kısa devrelere karşı koruma sağlar.Yapısal olarak sabit bir değerde (5 ila 20 kA) ayarlanır veya cihaza göre ayarlanabilir.
“Kısa Süre Gecikmesi” Çalışma Bölgesi
Bu, genellikle hattın sonunda meydana gelen düşük yoğunluklu kısa devrelere karşı koruma sağlar.Açma eşiği genellikle ayarlanabilir. Aşağıya yerleştirilmiş cihazlarla ayrımcılığı sağlamak için gecikme süresi bir saniyeye kadar eşiklerle artırılabilir.
“Uzun Süre Gecikmesi” Çalışma Bölgesi
Bu, bir termal salınımın karakteristiğine benzer.İletkenleri aşırı yüklenmelere karşı korur.
Elektronik serbest bırakmalar, ayrım performansını artırır ve aynı üreticinin bazı devre kesicileri de birbirleriyle iletişim kurabilir.
Peki, nasıl çalışıyor?
Aşırı yüklere karşı koruma (uzun süreli gecikmeli açma işlevi, ANSI 51 kodu, AC zamanlı aşırı akım rölesi), İşlev L ile tanımlanır. Arıza akımı, ayarlanan eşiği I1'i aşarsa, bu koruma ters zaman özelliğine göre açılır, burada bağlantı süresi-akım ilişki ile temsil edilir
I2t = K (sabit geçiş enerjisi).
Bu eğri ile akım arttıkça açma süresi azalır.
.
I1, termal korumanın açma eşiğinin ayarlanabilir değerini temsil eder ve buna uzun süreli başlatma denir. Bu koruma hariç tutulamaz.
L fonksiyonunun ters zaman karakteristik eğrisi, aşağıda Şekil 4'te gösterildiği gibi bilogaritmik ölçekte grafik olarak temsil edilir.
.
Elektronik açma ünitesi, Fonksiyon L için birçok olası açma ayarını, daha doğrusu bir paralel hat demeti sağlar.Her satır, I1'in katlarına karşılık gelen saniye cinsinden korumanın açma süresini temsil eden bir t1 süresi (uzun zaman gecikmesi) ile tanımlanır.
Örneğin, bu kat açma ünitesine bağlıdır ve ABB'nin kesici tipi 'Emax' CB'ler için 3 × I1'e ve 'Tmax' tipi CB'ler için 6 × I1'e eşittir.
2| Devre Kesicilerin Özellikleri
2.1| Nominal Çalışma Gerilimi (Voltaj olarak)
Bu, devre kesicinin kullanılabileceği voltaj(lar)dır. Belirtilen değer genellikle maksimum değerdir. Daha düşük voltajlarda, kesme kapasitesi gibi belirli özellikler farklılık gösterebilir ve hatta iyileştirilebilir.
Örnek: Tek Kutup Ue = 230/400 V ve Üç Kutup Ue = 400 V için.
2.2| Yalıtım Gerilimi (Voltaj olarak)
Bu değer, cihazın yalıtım performansı için bir referans görevi görür.İzolasyon test gerilimleri (darbe, endüstriyel frekans vb.) bu değere göre belirlenir.
Örnek: Ui = 500 V, test gerilimi = 2000 V
Aksi belirtilmedikçe, nominal yalıtım gerilimi, devre kesicinin maksimum nominal işletme geriliminin değeridir.Maksimum beyan işletme gerilimi hiçbir durumda beyan yalıtım gerilimini aşmamalıdır.
2.3| Darbe Gerilimi (kV olarak)
Bu değer, cihazın yıldırım gibi geçici aşırı gerilimlere dayanma yeteneğini karakterize eder (standart darbe 1.2/50 μs). Bu aslında boşluk mesafelerinin dayandığı voltajdır.
Bu, 1.2/50 µs dalga şekline sahip bir voltaj darbesidir, aşağıdaki şekle bakın.
Örnek: Uimp = 230/400V dereceli MCB'ler için 4kV
2.4| Kullanım Kategorisi
IEC 60947-2, devre kesicileri iki kategoriden birine ait olarak tanımlar:
Kategori A: Kısa devrede açmadan önce zaman gecikmesi olmayan devre kesiciler için.
Kategori B: Zaman gecikmesi olan devre kesiciler için. Bu, Icw'den daha düşük bir kısa devre değeri için zaman ayrımcılığı yapmak üzere ayarlanabilir.
Icw değeri, anma akımı en fazla 2500 A olan devre kesiciler için 12 In veya 5 kA ve daha sonra 30 kA olmak üzere iki değerden en az büyük olanına eşit olmalıdır.
2.5| Anma Akımı (Amper cinsinden)
Bu, devre kesicinin kalıcı olarak dayanabileceği maksimum akım değeridir. Bu değer her zaman cihaz çevresindeki ortam sıcaklığı IEC 60947-2 standardına göre 40°C ve IEC 60898-1 standardına göre 30°C için verilir.
Bu sıcaklık daha yüksekse, çalışma akımını azaltmak gerekebilir..
Örnek: In = 32A derecelendirmesi, 'C32' olarak işaretlenmiş C tipi
2.6| Nihai Kesme Kapasitesi (kA olarak)
Bu, bir devre kesicinin belirli bir voltaj ve faz açısında (cos ϕ) kesebileceği maksimum kısa devre akımı değeridir.Testler, O-t-CO dizisine göre yürütülür, burada:
O, otomatik bir kesme işlemini temsil eder,
t bir zaman aralığı ve
CO bir yapma işlemi, ardından otomatik bir kesme işlemi.
Testin ardından devre kesici, minimum düzeyde güvenlik (izolasyon, dielektrik gücü) sağlamaya devam etmelidir.
2.7| Nominal Kesme Kapasitesi (Icn) (Amper cinsinden)
IEC 60898-1 standardında cihazın kesme kapasitesi benzer şekilde test edilir ancak Icn olarak adlandırılır. Testten sonra devre kesici, dielektrik özelliklerini korumalı ve standarttaki özelliklere uygun olarak açabilmelidir..
Bu standart, tek ve iki kutuplu devre kesiciler için ek gereksinimleri verir; yukarıdaki özelliklere ek olarak, doğru akımla çalışmaya uygundur ve tek kutuplu devre kesiciler için 220 V'u ve iki kutuplu devre kesiciler için 440 V'u aşmayan bir DC nominal gerilime sahiptir, DC kısa devre kapasitesi açısından tek kutuplu devre kesiciler 125 A'i geçmeyen bir nominal akıma ve iki kutuplu devre kesiciler de 10000 A'i geçmeyen bir nominal akıma sahiptir.
NOT! Bu standart, hem alternatif akım hem de doğru akım üretebilen ve kesebilen devre kesicilere uygulanır.
2.8| Standart Kesme Kapasitesi (Ics)
Bu, nihai kesme kapasitesi Icu'nun yüzdesi olarak ifade edilen değerdir.Şu değerlerden biri olacaktır: %25 (yalnızca A kategorisi), %50, %75 veya %100. Devre kesici, O-CO-CO dizisini kullanarak Ics akımını birkaç kez kestikten sonra normal şekilde çalışabilmelidir.
IEC 60898 standardı, cihazın Icn'sine göre ulaşılması gereken minimum değerleri verir.
Çalışma sırasında, bir devre kesicinin maksimum olası kısa devre akımını (gerekli kesme kapasitesini belirlemek için kullanılan) kesmesi çok nadirdir.
Ancak, daha düşük akımları kırmak zorunda kalabilir.Cihazın Ics'sinden düşükse, bu, aradan hemen sonra kurulumun yeniden başlatılabileceği anlamına gelir.
Bugüne kadar çok az spesifikasyon veya kurulum standardının Ics'ye atıfta bulunduğuna dikkat edilmelidir.
2.9| Kısa Süreli Dayanma Akımı (Icw) (kA olarak)
Bu, B kategorisi bir devre kesicinin özelliklerini değiştirmeden belirli bir süre dayanabileceği kısa devre akımının değeridir.Bu değer, cihazlar arasında ayrım yapılmasını sağlamak için tasarlanmıştır.
İlgili devre kesici, I2t enerjisi Icw2'yi (1 s) aşmadığı sürece, aşağı akım cihazı tarafından arıza giderilirken kapalı kalabilir.
Geleneksel olarak, Icw değeri t = 1s süresi için verilir. Farklı bir süre t için, bu belirtilmelidir, örneğin, Icw0.2.Ardından, aşağı akış cihazı kırılana kadar üretilen termal stres I2t'nin aslında Icw2t'den daha az olduğunu kontrol etmek gerekir.
2.10| Nominal Kısa Devre Yapma Kapasitesi (Icm ) (kA tepe)
Bu, standardın koşullarına göre bir cihazın anma geriliminde yapabileceği maksimum akım şiddetidir.
Anahtarlar gibi koruma işlevi olmayan cihazlar, ilgili koruma cihazının faaliyetinden kaynaklanan bir değer ve süre ile kısa devre akımlarına dayanabilmelidir.
3| Açma Eğrileri Örnekleri
3.1| Termik-manyetik serbest bırakmalı 250A devre kesici
burada:
I = Gerçek akım
Ir = Aşırı yüklere karşı termik koruma (Ir ayarı = × In)
Im = Kısa devreye karşı manyetik koruma: (Im ayarı = × Ir)
Eğrilerin apsisi, I/Ir oranını ifade ettiğinden, Ir ayarının değiştirilmesi, termal açmanın grafik gösterimini değiştirmez.
Ancak manyetik ayar Im doğrudan okunabilir (bu örnekte 3.5 ila 10).
3.2| Elektronik serbest bırakmalı 1600A devre kesici
burada:
I = Gerçek akım
Ir = Aşırı yüklere karşı uzun gecikme koruması (ayarlanabilir: Ir = × In, 0,4 - 1 × In)
Tr = Uzun gecikme koruması çalışma süresi (ayarlanabilir: 5 ila 30 s) 6 x Ir'ye kadar
Im = Kısa devrelere karşı kısa gecikme koruması (ayarlanabilir: Im = × Ir, 1,5 ila 10 Ir)
Tm = Kısa gecikme koruması çalışma süresi (ayarlanabilir: 0 - 0,3 s)
I2t = Sabit (Tm ile ayarlanabilir)
If = Sabit eşik anlık koruma (sabit: modele bağlı olarak 5 ila 20 kA)
3.3| Bir devre kesici ayarlama ve eğrileri okuma örneği
Burada: Kurulum noktasında IB = 500 A ve Ik3max = 25 kA.Koruma daha sonra elektronik üniteli, 630 A dereceli, uzun gecikme ayarlı (aşırı yük) Ir = 0,8 × In, yani 504 A olan bir devre kesici ile sağlanabilir.
Senaryo 1: Yüksek min. Isc
Isc min. (hat sonunda) = 20 kA ⇒ kısa gecikme ayarı (kısa devre) Im = 10 × Ir, yani 5040 A
Eğrileri okumak:
Eğer I < 504 A ise ⇒ açma yok
Eğer 504 A < I < 5 kA ise ⇒ 1 ile 200 s arasında açma olur (uzun gecikme koruması)
Eğer I > 5 kA ise ⇒ 0,01 s'de açma olur (sabit eşik anlık koruma)
Senaryo 2: Düşük min. Isc
Isc min.(hat sonunda) = 4 kA ⇒ kısa gecikme ayarı (kısa devre) Im = 5 × Ir, yani 2520 A
Eğrileri okumak:
Eğer I < 504 A ise ⇒ açma yok
Eğer 504 A < I < 2520 A ise⇒ 6 ile 200 s arasında açma olur (uzun gecikme koruması)
Eğer 2520 A < I < 5 kA ise ⇒ < 0,1s altında açma olur (kısa gecikme koruması)
Eğer I > 5 kA ise ⇒ 0,01 s'de açma olur (sabit eşik anlık koruma)
Senaryo 3: Kablo Termal Stres Sınırlı
Isc min.(hat sonunda) = 20 kA
İletken 10 mm2, izin verilen termal stres: 1,32 × 106 A2s, yani 0,1 s için 3633 A ⇒ kısa gecikme ayarı (kısa devre) Im = 7 × Ir, yani 3528 A (< Kablonun Ith'i)
Eğrileri okumak:
Eğer I < 504 A ise ⇒ açma yok
Eğer 504 A < I < 3528 A ise ⇒ 3 ile 200 s arasında açma olur (uzun gecikme koruması)
Eğer 3528 A < I < 5 kA ise ⇒ açma < 0,1 s altında olur (kısa gecikme koruması)
Eğer I > 5 kA ise ⇒ 0,01 s'de açma olur (sabit eşik anlık koruma)
3.4| Minyatür Devre Kesicilerin (MCB) Limitleri
Sekonder devre kesiciler (MCB – minyatür devre kesiciler) için IEC 60898-1 standardı, kısa devrelerde açmanın gerçekleşmesi gereken sınırları belirtir:
B Eğrisi: 3 ila 5 In
C Eğrisi: 5 ila 10 In
D Eğrisi: 10 ila 20 In
Diğer eğri türleri de kullanılabilir:
Z Eğrisi: 2,4 ila 3,6 In
MA Eğrisi: 12 ila 14 In
Minyatür devre kesiciler (MCBs) için ana açma eğrileri:
Genel bir kural olarak, standart dağıtım uygulamaları için C eğrisi devre kesiciler kullanılır. Düşük kısa devre akımları için (uzun kablolar, IT veya TN sisteminde sekonder devre kesici, alternatör vb.) eğri B devre kesicilerin kullanılması gerekebilir.
Yüksek ani akımlar (trafolar, motorlar) varsa, D eğrisi özellikle başlatma sırasında yanlış açmayı önler. Eğri Z (yüksek hassasiyet) genellikle elektronik ekipmanı besleyen devreleri korumak için ayrılmıştır.
MA (yalnızca manyetik) devre kesiciler, termal korumanın yasaklandığı veya başka yöntemlerle sağlanan devreler için kullanılır: kamu binalarındaki güvenlik devreleri, motor devreleri, transformatörler vb.
4| Sınırlama
Herhangi bir korumasız bir kısa devre varsa, tesisattan geçecek akım olası kısa devre akımıdır.
Herhangi bir korumasız bir kısa devre varsa, tesisattan geçecek akım olası kısa devre akımıdır.Bir kısa devre akımı bir devre kesiciyi geçtiğinde, devre kesici az veya çok bu akımın sadece bir kısmının akmasına izin verme kapasitesine sahiptir.Kısa devre daha sonra genlik ve süre olarak sınırlandırılır.
Sınırlamanın amacı aşağıdakileri azaltmaktır:
Termal stres
Elektrodinamik kuvvetler
Elektromanyetik indüksiyonun etkileri
Ayrıca ayrımcılığı ve kombinasyonu kolaylaştırır. Cihazların sınırlama kapasitesi, sınırlama eğrileri şeklinde temsil edilir.
4.1| Akım Sınırlama Eğrileri
Bunlar, olası kısa devre akımının değerine göre cihazlar tarafından sınırlanan maksimum tepe akım değerlerini (A tepe noktasında) verir.Sınırlı akım değerleri, baraların boyutunu belirlemek ve iletkenlerin ve cihazların dayanımını kontrol etmek için kullanılır.
4.2| Termal Stres Sınırlama Eğrileri
Bunlar, olası kısa devre akımına göre cihazın akmasına izin verdiği enerjinin (A2s) görüntüsünü verir. Cihaz tarafından korunan kabloların termal strese dayanıklılığını kontrol etmek için kullanılabilirler.
Referanslar:
Low voltage circuit breakers Working with trip characteristic curves by #ABB
Guide to Low Voltage Circuit-Breakers Standards – In accordance with BS EN 60898-1, BS EN 60898-2 and BS EN 60947-2 by #BEAMA