Kuvvetli Akım 9 -2

EMO

YAYI

N

NO:

EK/2011/11

TMMOB

El

ekt

r

i

k

Mühendi

sl

er

i

Odası

e-

ki

ta

p

ELEKTRİ

K

KUVVETLİ

AKI

M

(9)

Kor

uma

Kont

r

ol

ve

İ

zl

eme

2

*Kor

uma

El

emanl

ar

ı

nı

n

Seçi

mi

*RCD

(Rezi

düel

Akı

m

Kor

uma

Ci

hazl

ar

ı

)

*Al

çak

Ger

i

l

i

m

Yüksek

Kesme

Kapasi

t

el

i

*OG

Akı

m

Sı

nı

r

l

andı

r

ı

cı

Si

gor

t

al

ar

ı

n

Di

zaynı

ve

Kul

l

anı

l

ması

*Doğr

ul

uk

Sı

nı

f

ı

*Doğr

ul

uk

Sı

nı

f

ı

*Kor

uma

ve

Uygul

ama

Şeki

l

l

er

i

ne

Gör

e

Akı

m

Tr

ansf

or

mat

ör

l

er

i

ni

n

Seçi

mi

*Akı

m

Tr

ansf

or

mat

ör

l

er

i

ni

n

Seçi

mi

nde

Kul

l

anı

l

an

Genel

Pr

at

i

k

Kur

al

l

ar

ve

Bi

l

gi

l

er

*

Uyum

Akı

m

Tr

ansf

or

mat

ör

l

er

i

*Kondansat

ör

Gr

upl

ar

ı

nı

n

Kor

unması

*

Or

t

a

Ger

i

l

i

m

Mot

or

Kor

uması

*

Fi

der

Kor

uma

*

Fi

der

Kor

uma

*Tr

ansf

or

mat

ör

Kor

uması

*

Kont

r

ol

Ve

İ

zl

eme

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9)

334

Kor

uma

Kont

r

ol

ve

İ

zl

eme

9

Notları Derleyen:

Aydın Bodur

Notları Yayına Hazırlayan:

Aydın Bodur

M.Turgut Odabaşı’na Saygılarımızla

Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı’nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı yazılardan, ‘Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı’ ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider,

9.21. Koruma Elemanlarının Seçimi ...299

9.21.1. Orta Gerilim Kesicileri ...299

9.21.2. Alçak Gerilim Kesicileri ...305

9.21.3. Kesicilerin Temel Karakteristikleri ...309

9.22. RCD (Rezidüel Akım Koruma Cihazları) ...312

9.22.1. RCD Cihazının Yapısı ...313

9.22.1.2. Ölçü Ünitesi ...314

9.22.1.3. Açtırma Ünitesi ...315

9.22.2. RCD cihazlarının tipleri ...315

9.22.2.1. Elektro mekanik röleli RCD ...315

9.22.2.2. Elektronik röleli RCD ...316

9.22.3. RCD Cihazlarının Tesiste Çalışma Prensipleri ...317

9.22.4. Rezidüel Akım Kesicileri (RCCB) ...322

9.22.5. Aşırı Yük Korumalı Rezidüel Akım Kesici (RCBO) ...323

9.22.6. RCD tarafından Korumanın Sağlanması...324

9.22.7. RCD Cihazının Koruma Yapmadığı Durumlar. ...325

9.22.8. Tesis Tertipleri ...326

9.22.8. RCD Tesisinde Meydana Gelen Problemlerin Ortak Sebepleri ...330

9.22.8.1.Hatalı Nötr Bağlantıları ...330

9.22.8.2. Çapraz Bağlı Nötr ve Faz Hatları ...331

9.22.8. Üçlü-Nötr-Toprak Bağlantısı ...332

9.22.8.1. Şebeke Nötründe Üretilen 3. Harmonik Akımları ...335

9.22.8.2. TN-C Sistemler ...335

9.22.9 RCD ile Korunan Sistemde Hatanın Bulunması ...336

9.22.9.1. RCD Cihazının Test Butonunun Çalışmaması durumu ...337

9.22.10. Tüketicinin Eğitimi ...341

9.22.11. Orta ve Yüksek Gerilim Sistemleri ile Yüksek Değerde Akım Çeken AG Sistemlerinde RCD kullanımı...342

9.22.11.1 RCD Sensörleri ...343

9.22.11.2. Özel durumlar ...344

9.22.12. Koruma Röleleri ve Açtırıcılar ...354

9.22.13. Sonuçlar ...356

9.22.13.1. RCD cihazlarınınn Kullanımında Seçiciliğin sağlanması ...358

9.22.13.2. RCD kullanarak seçiciliğin uygulanması ...358

9.23. Alçak Gerilim Yüksek Kesme Kapasiteli NH-Sigortalar 360 9.23.1. Uygulama Alanları ...360

9.23.2. Dizayn ...361

9.24. OG Akım Sınırlandırıcı Sigortaların Dizaynı ve Kullanılması ..371

9.24.1. Temel Karakteristikler ...371

9.24.2. Transformatörlerin Korunması ...372

9.24.3. Motor Koruması ...376

9.24.4. Kapama Darbe Akımı ...380

9.24.5. Akım Transformatörleri ...384

9.24.5.1. Akım Transformatörünün Karakteristik Değerleri ..385

9.25. Doğruluk Sınıfı ...386

9.25.2. Birden Çok Sekondere Sahip Akım Transformatörü ...388

9.25.3. Doğruluk Sınır Faktörü ALF üzerine yüklerin etkisi ...389

9.26. Koruma ve Uygulama Şekillerine Göre Akım Transformatörlerinin Seçimi...392

9.26.1. Koruma amaçlı akım transformatörlerinin doğruluk sınır faktörünün (ALF) seçimi ...393

9.26.1.1. Sabit zamanlı aşırı akım koruması ...393

9.26.1.2. Ters zamanlı aşırı akım koruması ...394

9.26.1.3.Yönlü aşırı akım koruması ...395

9.26.1.4. Toprak hata koruma ...395

9.26.2. Uygulamalara Göre Akım Transformatörlerinin

Karakteristiği ...398

9.26.2.1.Tipik Korumalar için gerçekleştirilen uygulamalar ...400

9.26.2.2.Diferansiyel Korumanın Özel Durumu ...407

Şekil 9.261: Pilot hatlı kablo veya hat diferansiyel koruması ...414

Mesafe Koruması ...419

9.26.3. Akım Transformatörlerinin Kısa Devre Dayanımı...422

9.26.3.1.Termal Kısa Devre Dayanımı ...422

9.26.3.2. Dinamik Kısa Devre Dayanımı ...424

9.26.4 Akım Transformatörlerinin Kısa Devre Dayanımlarının Belirlenmesi ...424

9.27. Akım Transformatörlerinin Seçiminde Kullanılan Genel Pratik Kurallar ve Bilgiler ...427

9.27.2. IEC Standartlarına göre Primer Devre Karakteristikleri ..427

9.27.2.1.Nominal primer devre gerilimi

U

ATP ...427

9.27.2.2. Primer işletme akımı

(

I

_ATP

)

: ...428

9.27.2.3. Akım transformatörü nominal primer akımı ...430

9.27.3. IEC Standartlarına Göre Akım Transformatörünün Sekonder Devre Karakteristikleri. ...432

9.27.3.2. Akım Transformatörünün Sekonder Terminallerine

Bağlanan Gerçek Güç ...433

9.28. Uyum Akım Transformatörleri ...439

9.28.1. Ana Akım Transformatörünün Gerekli Değerleri ...440

9.28.2. Toplama Akım Transformatörleri ...442

9.28.3. Ara Akım Transformatörü ...443

9.29. Gerilim Transformatörleri...446

9.29.1.Karakteristikleri ...446

9.29.2. Gerilim Düşümü ...449

9.29.3. Ölçü Cihazlarının Güç Tüketimi ...450

9.30. Orta Gerilim Motor Koruması ...452

9.30.2. 1500 BG ve daha yüksek güç değerlerinde motorlar için minimum koruma ...453

9.31. Fider Koruma ...455

9.31.1. Standart yön elemanı ile donatılmamış koruma devresi ve rezidüel akıma göre çalışan toprak koruması durumunda: ...455

9.31.2. Standart yön elemanı ile donatılmamış koruma devresi ve tiroidal toprak akım sensörü üzerinden bağlı toprak hata koruması durumunda: ...456

9.31.3. Yönlü röleler vasıtasıyla fider koruma durumunda:...457

9.32.1. Küçük güçte transformatörlerde koruma ...458

9.32.2. Yüksek güçte transformatör koruması ...459

9.32.3. İlave Transformatör Toprak Koruması ...460

9.33. Bara Koruması ...461

9.33.1. Tek kaynak girişli radyal konfigürasyon ...461

9.33.2. İki kaynak girişli bara kuplaj kesicili sistem ...462

9.33.3. Tek veya çok kaynaklı kuplaj kesicili veya kesicisiz bara diferansiyel koruması...463

9.33.4. Birden fazla besleme kaynaklı, kuplaj kesicili, değişken çevirme oranlı akım trasformatörü ile gerçekleştirilen diferansiyel koruma ...464

9.33.5. Besleme sisteminden doğrudan yapılan giriş koruması (İç enerji üretimi olmadığı durum) ...465

9.33.6. Dağıtım veya güç transformatörü üzerinden yapılan giriş koruması (İç enerji üretimi olmadığı durum) ...466

9.33.7. İç Enerji üretimli tek kaynaklı giriş koruması ...467

9.35. Kontrol Ve İzleme ...468

9.35.1.Elektrik enerjisinin dağıtım kontrol ve izleme sistemlerinin yararları ...469

9.35.1.1. Şebekenin kontrolü ve izlenmesi ...469

9.35.3. Enerji Elde Edilebilirliği ...473

9.35.4.Zamana Bağlı Programlama ...477

9.35.6. Şebeke Bakım Araçları ...478

9.35.7. Dağıtım Şebekesi Kontrol Sistemi ...478

9.35.8. Bakım Ekipmanlarının Uygunluğu ...479

9.36. Elektrik Şebekesindeki Fonksiyonların Tanımları ..480

9.36.1. Otomatik Bağlantı Değiştirme ...480

9.36.2 Orta Gerilim Gözünün Teşkil Edilmesi ...486

9.36.3. Yük Atma ...488

9.36.3.1. Yük atmada tarife yönetimi ...489

9.36.3.2. Transformatör aşırı yük koruma için yük atma ...490

9.36.4. Transformatörün Sıralı Olarak Yüklenmesi ...494

9.36.5.Anahtar ve ayırma cihazları arasındaki kilitleme işlemleri ...495

9.36.6.Anahtarlama cihazlarının karşılıklı açtırmaları...496

9.36.7.Topraklama transformatörünün bağlantı değişikliği ...497

9.36.8.Reaktif enerji kompanzasyonu ...498

9.36.9.Alt sistemlerden ölçüm ve enerji kalitesinin kontrolü ....499

9.36.11.Tarife yönetimi...500 9.36.12.İç üretim jeneratör gruplarının kontrolü ...501 9.36.12.2. Genel dağıtım şebekesine bağlı olarak çalışma ....502 9.36.13. Son durumun tesbiti ...505 9.36.14. Hata kayıtları ...506 SON SÖZ ...507

9.21. Koruma Elemanlarının Seçimi

9.21.1. Orta Gerilim Kesicileri

Kesiciler şebekede kontrol ve korumayı sağlayan cihazlardır. Kısa devre akımlarına, açma ve kapama akımlarına ve sürekli işletme akımlarına dayanabilecek kapasitede olmaları gerekir.

Kesici herhangi bir hasara uğramaksızın

 1 veya 3 saniye süre ile termik=kısa devre akımına

 50 Hz de

2

,

5

.

I

K



(IEC)

 60 Hz de

2

,

6

.

I

K



(IEC)



2

,

7

.

I

_K



(ANSI) değerlerinde elektrodinamik akımlara

 Sürekli sabit yük akımına dayanabilecek kapasitede olmalıdır.

Kesicilerin belirlenmesini sağlayan ana karakteristikler

 Nominal gerilim

 Nominal izolasyon gerilimi

 Nominal darbe dayanım akımı

 Kısa devre dayanım süresi

 Açma –kapama cihazları ve yardımcı devreler için nominal besleme gerilimleri

 Nominal frekans

 Nominal kısa devre kesme akımı

 Nominal transiyent toparlanma gerilimi

 Nominal kısa devre kapama akımı

 Nominal açma kapama sayısı

 Nominal çalışma süresi

Nominal gerilim (IEC 60694)

Nominal gerilim normal çalışmada ekipmanın dayanabileceği gerilimim maksimum rms değeridir. Standard değerler (kV) 3,6-7,2-12-17,5-24-36 dır.

Nominal izolasyon seviyesi (IEC 60 056 ve 60 694)

İzolasyon seviyesi iki değerle karakterize edilir.

Şekil 9.184 dalga dayanımı

 1 dakika süre ile güç frekansında dayanım gerilimi

Tablo 9.29

Nominal Akım (IEC 60 694)

Kesici daima kapalı olduğunda malzeme fonksiyonu ve bağlantı tipine uygun olarak maksimum sıcaklık derecesini aşmadan sürekli olarak taşıyabileceği yük akımıdır. 400C maksimum değeri aşmayan ortam sıcaklıklarında kullanılan çeşitli malzemelerin maksimum izin verilen sıcaklık yükselmeleri (IEC 60 694)de verilmiştir.

Nominal Sürekli Akım (Yük akımı) (IEC 60 694)

Kesicinin belirlenen normal şartlar altında her hangi bir açma yapmadan sürekli taşıyabileceği nominal akım değeridir

Nominal kısa süre dayanım akımı (IEC 60 694)

Kısa devre akımı

LL K K U S I . 3    ifadesiyle verilir. Burada K

S



kesicinin bağlandığı noktadaki kısa devre gücü (MVA)

LL

U

kesicinin bağlandiği noktadaki faz-faz gerilimi (kV)

K

I



kesicinin bağlanacağı noktadaki simetrik kısa devre akımıdıri

1 veya 3 saniye süre için şebekede izin verilen maksimum kısa devre akımlarının standart değerleri (kV) 6,3-8-10-12,5-16-20-25-31,5-40-50 kV’dır.

Nominal darbe dayanım akımı (IEC 60 694) ve kapama akımı (IEC 60 056)

Kapama akımı tesiste kısa devre olduğunda kesicinin kapama kapasitesinin maksimum değeridir.

I

K



Kesicinin nominal geriliminde kısa devre akımının maksimum değeri olmak üzere kısa süre dayanım akımının tepe değeri

 50 Hz de

2

,

5

.

I

K



 60 Hz de

2

,

6

.

I

K





2

,

7

.

I

_K



(özel uygulamalar için) olmalıdır.

Nominal kısa devre süresi (IEC 60 694)

Nominal kısa devre süresi 1 veya 3 saniyeye eşittir.

Açma kapama cihazlarının ve yardımcı devrelerin nominal gerilimleri

Yardımcı devrelerin besleme gerilimleri,

 Doğru akım için 24-48-60-110 veya 125-220-250 Volt

 Alternatif akım için 120-220-230-240 Volt

 Motor ve kapama üniteleri Doğru ve alternatif akımda Nominal gerilim değerinin -%15 ile +%10 u

 Açma ünitelerinde:

- Doğru akım devreleri için nominal gerilimin - %30 ile + %10 u

- Alternatif akım devreleri için nominal gerilimin - %15 ile + %10 u

Nominal frekans (IEC 60 694)

Dünyada 50 Hz avrupa , 60 Hz amerikada olmak üzere iki tip frekans kullanılır.

Nominal Çalışma sırası, (IEC 60 056)

Nominal anahtarlama sırası IEC’ye göre O-t-CO-t’-CO dur O, açma işlemini gösterir

CO, açma işlemini takip eden hemen sonraki kapama işlemini gösterir.

Üç nominal işletme sırası vardır.

 Yavaş O-3dak-CO-3dak-CO

 Hızlı 1 O-0,3 sn-CO-3dak-CO

 Hızlı 2 O-0,3 sn-CO-15sn-CO

Nominal kısa devre kesme akımı kesicinin nominal gerilim altında açma yapabileceği akımın en yüksek değeridir.

İki değerle karaterize edilir.

 Periyodik bileşenin rms değeri: Nominal kısa devre kesme akımı

 Kesicinin açma süresine uygun aperiyodik bileşenin yüzdesi

Şekil 9.185:



zaman aralığının fonksiyonu olarak (%DC) bir aperiyodik bileşenin yüzdesi

9.21.2. Alçak Gerilim Kesicileri

Kesiciler yüklerin devreye sokulup çıkarılması için kullanılması ile birlikte bağlı olduğu sistemi veya bölümü aşırı yüke, kısa devreye karşı korumasını sağlar ve ayrıca gerekli açtırma sistemi ile birlikte, toprak kaçak ve düşük gerilim koruması da gerçekleştirilir.

 Sistem koruması yapan kesiciler

 Motor koruması yapan kesiciler olmak üzere iki kategoriye ayrılır.

Kesiciler yapı tiplerine göre:

 Kapalı tip kasalı kesiciler

 Açık tip kesiciler olmak üzere iki yapı tarzında imal edilirler. Kesiciler akım kesme metoduna göre:

 Sıfır akım kesmeli kesiciler

 Akım sınırlandırıcılı kesiciler olmak üzere iki tiptir.

Sıfır akım kesmeli kesici

Sıfır akım kesmeli kesiciler, alternatif akım arkını ikinci yarı periyodda akım sıfır değerinden geçerken söndürür.

1

t

kontakların açılması

2

t

açma işleminin sonu

L

t

ark süresi

B

u

ark gerilimi

S

I

Maksimum asimetrik kısa devre akımının tepe değeri

u

ani gerilim

ı

ani akım

Akım sınırlandırma denilince kısa devre akımının tepe değerine ulaşmadan ilk yarım peryodda kesilmesi anlaşılır. Böylece küçük kesme değerinde akım sınırlandırılır.

Şekil 9.187: Kısa devre akımının sınırlandırılarak kesilmesi

Aşırı akım açtırıcıları

Aşırı akım açtırıcıları ya kesicinin uzerine yerleştirilmiş bir şekilde veya takılıp sökülebilen yapıdadır. Kullanılan aşırı akım açtırıcıları, mekanik ve elektronik yapıdadır. Bunlarla ilgili karakteristikler imalatçı kataloğlarında verilmektedir.

Büyük miktarlarda harmoniklere sahip sistemlerde Mekanik (Termik) aşırı akım açtırıcıları

Yüksek miktarlarda harmonik bulunduran sistemlerde ters zamanlı aşırı akım açtırıcı ile koruma yapmak uygun değildir. Bu gibi durumlarda aşağıda belirtilen uygulamalar yapılır.

 Mekanik açtırıcılar yerine elektronik açtırıcılar kullanmak,

 Kısa devre korumasını sabit zamanlı ve/veya ani açtırıcılar vasıtasıyla gerçekleştirmek ve aşırı akım korumasını kesiciden ayrı olarak monte edilmiş aşırı yük açtırıcısı vasıtasıyla gerçekleştirmek

Sabit Zamanlı Açtırıcılarla kısa devre koruması

Kısa süre gecikmeli sabit zamanlı açtırıcılar, zamana bağlı seçici aşırı akım koruması açtırıcısı olarak kullanılırlar. Ancak aşırı akımların çok yüksek olabileceği durumlarda belirlenen akım değerlerine ani alarak açtırma yapacak ani açtırıcılarla kombine edilmelidir.

9.21.3. Kesicilerin Temel Karakteristikleri

Nominal İşletme Gerilimi

U

e: Şebekedeki herhangi bir bozucu etki göz önüne alınmadan normal işletme şartlarında işletme için dizayn edilen kesicinin gerilim değeridir. Gerilimin diğer değerleri bozucu şartlara uygun olarak kesici karakteristikleri olarak belirtilir.

Nominal Akım

I

N: aşırı akım açtırma rölesi ile donanmış, taşıdığı akım değerine belirlenen sıcaklık sınırlarını aşmaksızın imalatçı firma tarafından belirlenen bir ortam sıcaklığında sürekli olarak kesicinin taşıyabileceği akımdır.

Örnek:

400C ortam sıcaklığında

I

N



125

.

A

nominal akımında 125 A

ayarlanan aşırı akım rölesi ile donatılacaktır. Aynı ayar değerindeki kesici , daha yüksek ortam sıcaklığında sürekli akım taşıma kapasitesi azalacak 500C ortam sıcaklığında 117 A olacak 600C ise sürekli akım taşıma kapasitesi 109 A olacaktır.

Aşırı akım röle açtıma akım ayarı

Küçük kesiciler ayrı tutulacak olursa, endüstriyel tesislerde kullanılan kesiciler ayarlanabilir aşırı akım açtırma rölelerine sahiptir. Bununla birlikte kesiciyi devre ihtiyaçlarına ve kontrollerine uymlu hale getirmek tesiste kabloların aşırı boyutlandırılmasını önlemek amacıyla rölelerin açtırma değerleri genellikle ayarlanabilir.

Açtırma akımının

I

rh veya

I

rthkesiciyi açtıracak üst akım değerleridir ve aynı zamanda herhangi bir açtırma olmaksızın kesicinin maksimum akım değerini gösterir. Bu değer maksimum yük akımı

I

Bden büyük ve fakat

I

Zmaksimum izin verilen akımdan küçük olmalıdır. Konu ile ilgili detaylı bilgiler İletkenlerin boyutlandırılması ile ilgili 7. ciltte İletkenlerin Korunması

bölümünde verilmiştir.

Kısa devre röle açtırma ayarı

Kısa devre açtırma röleleri (ani veya mili saniyeler mertebesinde çok az gecikmeli) yüksek değerlerde hata akımlarının meydana gelmesi halinde hızlı bir şekilde kesiciyi açtırması istenir.

Açtırma eşik değerleri

I

m

 IEC 898 standardlarına göre meskenler için sabit değerli

 IEC 947-2 standardlarına uygun ayar değerleri imalatcı firmalar tarafından belirlenen endüstriyel tipler için belirlenir

Tablo 9.30:Alçak gerilim kesicileri için aşırı yük ve kısa devre açtırma akım eşik değerleri

Nominal Kısa devre kesme kapasitesi

I

CUveya

I

cn

Kesicinin kısa devre akım kesme değeri olabilecek en yüksek kısa devre akımını herhangi bir hasar olmaksızın kesme kapasitesidir. Standartlarda yer alan akımın değeri, hata akımının AC bileşeninin RMS değeridir. DC bileşen standart değerin belirlenmesinde daima sıfır kabul edilir. Endüstriyel kesicilerde nominal

I

CU değeri ve mesken tiplerinde

I

cn değeri normal olarak kA rms olarak verilir.

CU

I

en son kısa devre kesme kapasitesi ve

I

CSnominal işletme kısa devre kesme kapasiteleri IEC 947-2 farklı kullanma kategorileri için açıklanmıştır.

Tablo 9.31:Hata akımının güç faktörüne bağlı olarak IEC 947-2 ye

Göre

I

_CU değerleri

Nominal izolasyon gerilimi

U

I

Yaklaşma mesafesi göz önünde bulundurularak dielektrik test geriliminin değeridir. Nominal işletme geriliminin maksimum değeri asla

U

I nominal izolasyon geriliminin değerini aşmamalıdır.

Nominal darbe dayanım gerilimi Uimp

Bu karakteristik kV tepe değer olarak ifade edilir.Bu gerilim değeri test şartları altında herhangi bir hasara uğramaksızın ekipmanın dayanım kapasitesidir.

9.22. RCD (Rezidüel Akım Koruma Cihazları)

Son yıllarda kullanımı güncel hale gelen ve fakat gerek yapısı ve tesis şekli hakkında gerekli bilgiye sahip olunması önemsenmeden, tesislerde rasgele yerlere takılırlar. Fonksiyonuna veya işletme şekline uygun olmayan tarzda tesis edilmeleri nedeniyle ya sürekli veya fasılalalı olarak sık sık açma yaptıkları görülür ve dolayısıyla sökülürler. Aynı zamanda, sıklıkla farklı yapıda ve koruma mantığına sahip kaçak akım koruma cihazları ile birbirine karıştırılırlar. Oysa gerek insan hayatını tehlikeli elektrik şoklarına karşı koruyan,

gerekse tesiste oluşabilecek izolasyon hatalarını önceden tesbit ederek, izolasyon hatalarından kaynaklanan yangınları önleme amacıyla kullanılması gereken çok önemli bir koruma cihazıdır.

9.22.1. RCD Cihazının Yapısı

RCD cihazları algılama ünitesi, ölçü ünitesi ve açtırma ünitesi olmak üzere üç kısımdan meydana gelmektedir.

9.22.1.1. Algılama Ünitesi

Şekil 9.188. RCD algılama ünitesi

Primer sargılarına, korunacak devrenin faz ve nötrünün bağlandığı, akım toroidal transformatörüdür. Akım transformatörünün faz ve nötr sargılarının yönü, yük ve nötr akımları birbirinin etkilerini ortadan kaldıracak şekildedir. Korunan devre hatasız olduğunda; akımlar, tes yönde ve birbirine eşit olarak aktığından ve toplam akım değişimi, sıfır olduğundan akım transformatörünün demir çekirdeğinde endükleme olmaz. RCD ile korunan devrede bir toprak

hatası meydana geldiğinde söz konusu akım dengesi bozulur ve sekonder sargıda rezidüel akım denilen bir akım endüklenir.

9.22.1.2. Ölçü Ünitesi

Sekonder sargıdan gelen elektrik sinyalını yani rezidüel akımı ayarlanan açtırma eşik değeriyle karşılaştıran elektromekanik bir röle kullanılır.

Şekil 9.189. RCD Ölçü Ünitesi

 Bu rölede sabit miknatıs özelliğini haiz mıknatıs açtırma mekanizmasına bağlı döner klape kapalı pozisyonda tutar

 Bunun karşılığında elektromıknatıs üzerinden rezidüel akım aktığında elektromıknatısın çekme özelliği, rezidüel akımın miktarına göre azalmaya başlar istem duyarlılığına göre ayarlanan kalıcı mıknatısın çekme kuvveti, döner klapeye

bağlı yayın çekme kuvvetinden daha fazla olduğu durumlarda klapeyi kapalı pozisyonda tutar

9.22.1.3. Açtırma Ünitesi

Sabit miknatısın etkisini ortadan kaldıracak seviyede rezidüel akım meydana geldiğinde yay döner klapeyi çekerek açtırma mekanizmasını tetikler ve hatalı devre açılır.

Şekil 9.190. Açtırma ünitesi

9.22.2. RCD cihazlarının tipleri

Cihazlar, elektromekanik röleli ve elektronik röleli olmak üzere iki tiptir.

9.22.2.1. Elektro mekanik röleli RCD

Bu RCD, herhangi bir yardımcı gerilim kaynağı olmaksızın çalışır. Toroid tarafından sağlanan enerji, sabit mıknatıslı mıknatıs tarafından kapalı pozisyonunda tutan bir elektro mıknatısı enerjilendirir.

Şekil 9.191. Elektromekanik röleli RCD

Hata akımı enerjisi, doğrudan açtırmayı sağlar .Bu hata orjinine bakılmaksızın en güvenli işletme teknolojisidir. Kullanıcı emniyeti, birinci oncelik olduğundan çalışma güvenirliği şebeke ve tesis kalitesine, nötr sistemi seçimine bağlı olmamalıdır. Tek tesislerde gruplar ve devreler için kullanışlıdır. Zaman bağlı seçilik ayarları yapmak çok zordur.

9.22.2.2. Elektronik röleli RCD

Bu tip RCD yardımcı besleme kaynağı ile çalışır. Toroid tarafından sağlanan elektrik enerjisi şebekeye bağımlı kaynak tarafından beslenen elektronik kutu tarafından yükseltilir.

Hatanın algılanmasıyla açtırma cihazı harekete geçer. Bu RCD’ler bağlandığı açtırma cihazından tamamen bağımsız yapılabilirler. Bu cihazlar,

 Yüksek ayar değerleriyle beslemenin sürekliliğini sağlarlar

 Değerlerine bakılmaksızın tüm fider tipleri için çözümdür

9.22.3. RCD Cihazlarının Tesiste Çalışma

Prensipleri

RCD, elektromanyetik prensiplere göre çalışan koruma cihazıdır. Bu tip koruma cihazında, RCD içinden geçen akımları taşıyan ve korunan devreye ait aktif yani faz ve nötr iletkenlerinde meydana gelen manyetik alanı algılayan toroidal transformatör kullanılır. Söz konusu akımların yönü ve büyüklüğü göz önüne alınarak vektör toplamları (residuel -yani artık- akımlar olarak bilinir) normal işletme şartlarında, yani hatasız devrelerde efektif olarak sıfırdır. Anormal şartlar halinde yani bir izolasyon hatası meydana geldiğinde; dengesiz akımların meydana getirdiği rezidüel manyetik alan cihazın açtırma bobinine rezidüel akım gönderir ve bu akım, daimi mıknatısın çekme etkisini ortadan kaldırır, yayın çekme kuvvetini dengeleyen çekme etkısi ortadan kalktığından; yay kuvveti vasıtasıyla klape açılarak RCD ile korunan devrenin açılması sağlanır. Normal ve Anormal işletme şartları altındaki akım akışı, manyetik alanlar ve rezidüel akım arasındakı bağlantılar aşağıdaki şekillerle açıklanmaktadır.

Şekil 9.193. İzolasyon hatası olmayan tesiste normal şartlar altındaki cihazda akım ve manyetik alan (MF=MN ) olur ve Rezidüel manyetik alan

sıfırdır.

Şekil 9.194. Anormal şartlar altındaki yani cihazda meydana gelen izolasyon hatasından dolayı Akım ve manyetik alanlardaki değişme (MF= MN) olup ve rezidüel manyetik alan sıfırdan farklıdır.

MF Faz iletkeninde meydana gelen manyetik alan

MN Nötr iletkeninde meydana gelen manyetik alan.

IF Faz iletkeninden akan akım

IN Nötr iletkenden akan akım

IE1 Topraklama iletkeninden akan akım

IE2 İnsan vücudu üzerinden köprülenen hata akımı

Açıklanması gereken bir durumda Rezidüel akım koruma sistemleriyle, kaçak akım koruma sistemlerinin (tamamen ayrı koruma mantığına ve açtırma mekanizmalarına sahip olmalarına rağmen) birbirleriyle karıştırılmasıdır.

Bu anlam karmaşası sebebiyle bir açma meydana geldiğinde RCD cihazının koruduğu devrede meydana gelen hatanın nedeni, genellikle tesbit edilememekte veya RCD cihazı yapısı ve koruma mantığının gerektirdiği uygun şartlarda tesis edilemediğinden tesiste bir izolasyon hatası oluşmadığı halde cihaz sürekli açma yapabilir. Sıklıkla açma yapmanın ötesinde sebebi anlaşılamayan zaman zaman ortaya çıkan aralıklarla da açmalar yapabilir ve sonuçta cihazın kullanımının iptal edilmesine neden olabilmektedir. Piyasada rezidüel akım koruma cihazı, ’kaçak akım koruma anahtarı’ olarak anılmaktadır.

Bu iki sistem arasındaki farklar aşağıda belirtildiği gibidir.

1.Rezidüel akım koruma cihazı faz iletkenlerinin içinden geçtiği akımları algılamak amacıyla yerleştirilen bir adet akım transformatöründen meydana gelir, bkz Şekil 9.188. Toprak kaçak koruma sistemleri ise korunacak sistemin

girişine ve çıkışına konulan; fonksiyonu cihaza giren ve çıkan akımların farkını algılayan akım transformatörleriyle çalışır. Bkz. Şekil 9.195. Yani Rezidüel akım korumasında korunacak cihazın sadece giriş tarafındaki akım tranformatörü ile cihazın çalışması sağlanır, Toprak kaçak koruma sisteminde korunacak cihazın hem girişine ve hem de çıkışına akım transformatörleri yerleştirilir.

Şekil 9.195. Kaçak akım koruması

2. Rezidüel akım koruma cihazı bu cihazın toroidal akım transformatörlerinin içinden geçen faz ve nötr iletkenlerdeki akımların, arıza halinde vektörel toplamlarının sıfır olmamasından dolayı ortaya çıkan rezidüel akımın açtırma mekanizmasını harekete geçirmek suretiyle arızalı devreyi açtırma esasına dayanan sistemdir. Bakınız Şekil 9.190 ve şekil 9.196.

Şekil 9.196. RCD cihazına ait vektör diyagramları

Toprak kaçak koruma ise bir izolasyon hatası meydana geldiğinde korunan cihazın giriş ve çıkışındaki akımlar arasındaki farkı algılayarak açma yaptıran diferansiyel akım prensibine göre çalışan bir sistemdir.

3.Rezidüel akım koruma sisteminin öncelikli amacı, insan hayatını korumaktır; alçak gerilim sistemlerinde ev, büro ve iş yerlerindeki dağıtım panolarındaki priz çıkışlarına yerleştirilir. RCD’nin koruduğu devrede cihaz bir izolasyon hatası meydana geldiğinde hata akımının açma eşik değerine ulaşmasıyla ani olarak çalışır. Toprak kaçak koruma sisteminin öncelikli amacı, izolasyon hatası olan cihazın tamamen tahrip olmasını engellemektir.

Şebekede seçiciliği sağlama amacıyla ve geçici olaylardaki akımlar göz önüne alınarak; zaman gecikmeli çalıştırılabilir. Halbuki RCD cihazı, insan hayatı için tehlike oluşturacak şekilde gerilimlerin meydana gelmesiyle hangi şartlar olursa olsun, ani olarak devreyi keser.

RCD Şekil 9.190’da görüleceği üzere cihazı toroidal akım transformatörü, daimi mıknatıs ve bu mıknatıs tarafından çekili tutulan klape, hata meydana geldiğinde endüklenen akım vasıtasıyla daimi mıknatısın çekme kuvveti ortadan kaldırıldığında klapeyi açtıran yay ve bu açmayı kuvvetlendirerek cihazın kontaklarını açtıran mekanik amplifikatörden meydana gelir.

9.22.4. Rezidüel Akım Kesicileri (RCCB)

Toprak hata algılamasına ilave olarak rezidüel akım kesicisi anahtarlama ve ayırma elemanı olarakta kullanılabilir. Kısa devre ve aşırı akım koruma sistemi olarak kullanılmayıp bir besleme tarafı kesicisi olarak kullanılır.

Şekil 9.197.

RCCB’nin ana fonksiyonu, fider grubunu korumaktır. RCCB’nin kesicilerle (MCB

anahtarlı otomatik

sigortalarla) donatılmış tesisin yukardaki şekilde görüldüğü gibi toprak hatasına karşı korunması için kullanılması tavsiye edilir.

Sonuç olarak özellikle meskenler, ticari ve küçük endüstriyel sistemlerde kullanılır. Avantajı düşük fiyatla hassas devrelerin tamamının emniyetini sağlamış olmasıdır. Örneğin mutfakta,

banyoda, atölyelerde ve alışveriş yerlerinde tüketiciler için elektrik şok riski olan her yerde ve ıslak çalışma zeminli olan bölümlerde kullanılır.

Tüketici ünitelerin giriş veya çıkış devrelerine bağlı mevcut tesislerde tek bir cihaz içinde kullanılabilir.

Ani gerilim değişimlerinden ve akım değişimlerinden kaynaklanan enterferanslardan dolayı istenmeyen açmalara karşı RCCB, bağışıklık sistemine sahip olmalıdır.

9.22.5. Aşırı Yük Korumalı Rezidüel Akım Kesici

(RCBO)

Şekil 9.198.RCBO, kesici ile rezidüel akım kesicinin aynı cihazda kombine edilmesidir. Böylece kısa devre aşırı akım ve izolasyon hatasına karşı tam bir koruma sağlanır. Bu cihazın ana uygulaması, sadece hatalı cihazı devreden çıkararak hatadan etkilenmeyen cihazların devrede kalmasını sağlayarak işletme sürekliliğini sağlamaktır. Sonuç olarak özel devreler için kullanılırlar ve sağlam devrelerin toprak hatasından etkilenmemelerini sağlarlar. Pozisyon

ve risk derecesine göre uygun rezidüel akım cihazları vasıtasıyla her bir seviye koruması sağlanabilir.

RCBO kullanarak

 Son devrrelerin veya yüklerin aşırı akım ve izolasyon hatalarına karşı tam bir koruma sağlanır.

 Personelin doğrudan veya dolaylı temaslarına karşı 30mA eşik değeriyle koruma sağlanır.

 Hat tarafı açılabilşir ve böylece devrenin ayrılması sağlanır.

9.22.6. RCD tarafından Korumanın Sağlanması

RCD cihazları, önceden imalatçı firma tarafından tesbit edilen ve açma akım eşik değeri, 30 mA ile 500 mA arasında değişen ve sistemin bir bölümünde veya cihazlarda izolasyon hatası meydana geldiğinde rezidüel akımın, cihazın belirlenen açma eşik değerine ulaştığında arızalı bölümü veya cihazı, besleme kaynağından ayırır. Devreden ayırma olayı, ani olarak genellikle 20 msn ile 50 msn arasında, yani 50 Hz’lik sistemde 1 ila 2.5 periyotluk süre arasında gerçekleşir.

RCD cihazından beklenen özellik, yüksek hassasiyet ve hızlı ayırmadır; yani bir toprak hatası ortaya çıktığında, herhangi bir yaralanma veya tahribat olmadan devrenin kesilmesidir.

RCD cihazlarının kullanımında üç fayda göz önüne alınır: Personel emniyeti

Mal (izolasyon hatalarından kaynaklanan yangın) emniyetidir.

9.22.7. RCD Cihazının Koruma Yapmadığı

Durumlar.

 RCD cihazının bağlantı yerinin üst tarafında yani giriş tarafına kadar olan kısmında bir toprak hatası veya temas halinde koruma yapmazlar.

 RCD cihazının çıkışında bir insan tarafından hem faz hem de nötre aynı anda temas edilirse ve bu durumda RCD cihazından dengeli akım geçeceğinden koruma yapmaz

 RCD cihazları, yüksek değerdeki kısa devre akımlarına ve yüksek değerde aşırı akım hatalarına karşı koruma yapan sigortalar ve kesicilerin yerine kullanılamazlar.

 RCD cihazları, düşük akım değerindeki izolasyon-toprak hatalarına karşı koruma yapar. Tesis korumasının tamamlanması için her iki tipte koruma cihazının kullanılması şarttır. Zira yüksek akım değerlerinde sigorta ve kesici akımı yarı periyotta hat akımı açma veya kesme değerine eriştiğinde devre kesilir, RCD cihazında ise açtırma sisteminin bir elemanı olan daimi mıknatısın satüre olabilmesi için en az iki periyodun tamamlanması gerekir. Bunun açıklaması ise; sigorta ve kesicilerin kesme sistemi akımının tepe değerine göre, RCD cihazının açma sistemi ise akımın efektif değerine göre çalışır. Yüksek değerlerde kısa devre akımının RCD üzerinden geçmesi halinde cihaz tahrip olabilir veya yüksek akım sebebiyle cihazın toroidal akım transformatörü doyuma ulaşabilir ve sekonderinden akım çıkışı olmayabilir ve sonuçta RCD koruma yapamayabilir. Bu

sebeble devrede aşırı akım ve aşırı yüke karşı koruma cihazları mutlaka RCD ile birlikte tesis edilmelidir.

9.22.8. Tesis Tertipleri

RCD’nin güvenilir olarak çalışması kullanım tipinin, yerinin ve akım değerinin doğru olarak seçilmesine bağlıdır.

Seçim esnasında 3 kriter göz önüne alınmalıdır.

 Koruma seviyesi

 Seçicilik

 Maliyet

Şekil 9.199. Tertip 1 MCB anahtarlı otomatik sigorta RCD Rezidüel akım koruma cihazını göstermektedir.

TERTİP 1’de RCD cihazı, buzdolabı ve mikrodalga fırına ait priz devreleri hariç güç-priz devrelerinin hepsinde kullanılır. Bu tertipde

diğer çıkışlara RCD cihazı konulmadığından sistemin tamamı için insan hayatı koruması orta, izolasyon hatasından kaynaklanan yangına karşı koruma düşük, seçicilik orta seviyede ve tesis maliyeti ise ucuzdur. Tertip 1’in hem tesis kolaylığı hem de maliyet açısından eski ve mevcut tesislerde uygulanması tavsiye edilir.

Şekil 9.200. Tertip 2

Tertip 2’de RCD cihazı, yine buzdolabı ve mikrodalga fırına ait priz devreleri hariç, güç-priz devrelerinin hepsinde kullanılır.

Bu tertipde sistemin tamamı için insan hayatı koruması orta, izolasyon hatasından kaynaklanan yangına karşı koruma düşük, seçicilik yüksek seviyede ve tesis maliyeti ise tertip 1’e göre biraz pahalıdır. Tertip 2’nin hem tesis kolaylığı, hem de maliyet açısından eski ve mevcut tesislerde uygulanması tavsiye edilir.

Tertip 3, sistemin tamamı için insan hayatı koruması orta, izolasyon hatasından kaynaklanan yangına karşı koruma yüksek, seçicilik yüksek seviyede ve tesis maliyeti ise pahalıdır. Yeni yapılan tesisler için ideal bir tertiptir ve üzerinde gecikmeli açtırma düzeni bulunmayan RCCB cihazları için uygundur. Bu tertipte izolasyon hatasından kaynaklanan yangın tehlikesine karşı devrelerin hepsi koruma altındadır. Tertip 3de priz devreleri için 30 mA açma eşik değerinde ve diğer devreler için 500 mA açma eşik değerinde RCCB cihazları kullanılır. Meydana gelebilecek 3. harmonik akımlarından dolayı gereksiz açmaları önlemek için 500 mA RCCB cihazı, 3.harmonik filtre elemanına sahip olmalı; açtırma zaman eşik değeri ayarlanabilmelidir. .

Tertip 4’de insan hayatı koruması orta, izolasyon hatasından kaynaklanan yangına karşı koruma yüksek, seçicilik yüksek seviyede ve tesis maliyeti ise pahalıdır. Yeni yapılan tesisler için ideal bir tertiptir ve üzerinde gecikmeli açtırma düzeni bulunmayan RCD cihazları için uygundur.

Bu tertipde izolasyon hatasından kaynaklanan yangın tehlikesine karşı devrelerin hepsi koruma altındadır. Tertip 4. de priz devreleri için 30 mA açma eşik değerinde ve besleme girişi için 500 mA açma eşik değerinde ve ayarlanabilir zaman eşik değeri olan RCD cihazları kullanılır.

Giriş tarafında bulunan 500 mA açma eşik değerindeki ana RCD cihazı seçiciliğin sağlanması için gecikmeli tip olmalıdır. Meydana gelebilecek 3.harmonik akımlarından dolayı gereksiz açmaları önlemek için 500 mA RCD cihazı, ayrıca 3.harmonik filtre elemanına sahip olmalıdır.

9.22.8. RCD Tesisinde Meydana Gelen Problemlerin

Ortak Sebepleri

9.22.8.1.Hatalı Nötr Bağlantıları

Ortak hatalarından birisi priz girişine faz bağlantısı RCD cihazının girişinden yapılmışken RCD’den çıkan nötr hattına söz konusu prizin nötrünün bağlanmasıdır. RCD cihazı, mükemmel olarak denetler; fakat su ısıtıcısının anahtarı kapandığında yükün tamamı, dengesiz olarak nötr kutubunda görülür ve RCD açar.

9.22.8.2. Çapraz Bağlı Nötr ve Faz Hatları

Esas olan RCD tarafından korunan devrenin yük akımları ve RCD üzerinden dönen akımların arızasız durumda dengede olmasıdır. Nötr hatlarındaki bağlantı hatalarından dolayı eğer RCD’den geçen aynı nötr tarafından, korunmamış cihaza bağlanır ve söz konusu cihazın faz beslemesi de RCD üzerinden alınmamışsa cihazda arzu edilmeyen açmalar meydana gelir.

Diğer bir hatalı bağlantı şekli de RCD cihazından geçen nötrün cihazdan çıktıktan sonra bir şekilde toprağa bağlanmasıdır. Zira bu durumda dönüş akımının tamamı, RCD üzerinden geçmeyip az da olsa bir kısmı, devresini topraktan tamamlayacağından cihaz içinden geçen akımda, dengesizlik olur ve cihaz açma yapar.

Şekilde görülen hatalar, ekseriya eski veya mevcut tesislerde sistem bağlantıları kontrol edilmeden ve gerekli düzenlemeler yapılmadan RCD takılmasından dolayı oluşur. Hatta mevcut panoda RCD cihazını takacak yer bulunamazsa sigorta iptal edilerek yerine sadece RCD cihazının takılmasına bile rastlanmaktadır!

9.22.8. Üçlü-Nötr-Toprak Bağlantısı

Tesislerde görülen genel hatalardan biriside PE iletkeninin RCD cihazının çıkışında yani yükün çekildiği tarafta nötr hattına veya nötr barasına bağlanmasıdır. Bu gibi hatalardan sakınmak için aşağıda şekil 204 ve 205’de görüldüğü gibi tesis bağlantıları yapılmalıdır.

Şekil 9.204. 1F+N+PE 3 hatlı 1-fazlı sistemde RCD ile koruması yapıldığında sistemin doğru bağlantısı

Genellikle bir tüketici çıkışı için bir RCD kullanılması seçicilik için tavsiye olunur. Ancak maliyet problemi olduğu durumlarda şekilde görülen bağlantıya uymak kaydıyla birkaç tüketici için tek bir RCD kullanılabilir.

Şekil 9.205. 3-Faz+N+PE 5 hatlı sistemde seçici koruma amaçlı yapılan RCD Bağlantıları

Çıkış yüklerine bağlantılarda her bir RCD çıkışında bağımsız bir nötr ve faz bağlantısı tesis edilecek, nötr çıkışları ne birbirleri arasında ve ne de Nötr barası ve PE barası ile iletken vasıtasıyla koprülenerek irtibatlandırılmayacaktır.

Nötr iletkeni ile PE iletkeni arasındaki hatalı izolasyon, RCD cihazları tarafından koruma yapılan tesislerde en önemli problemlerin başında gelir. Nötr–toprak hataları sebebiyle sürekli açma olayının farklı iki sebebi vardır.

1. Nötr akımı birisi RCD cihazının nötr kutbu üzerinden diğeri de PE iletkeni vasıtasıyla toprak üzerinden olmak üzere iki ayrı yola bölüneceğinden; RCD içindeki faz iletkeninden geçen akımla nötr akımı birbirini dengelemeyeceğinden dolayı cihaz açma yapar.

2. Alçak gerilim sistemlerinde tek fazlı yüklerden dolayı üç fazın dengeli yüklenmesi pratik olarak mümkün değildir. Bu sebeple nötrden geçen akımlardan dolayı nötr küçük te olsa gerilim meydana gelmektedir.

Eğer bağlantılar şekil 204 ve 205’de görülen şekilde yapılmayıp Nötr ile PE iletkeni cihazın yük çıkış tarafında birbirleri ile bağlanırsa iletkenlerin direncinin de çok küçük olmasından dolayı nötrde çok küçük değerde gerilimimin olması durumunda bile nötr ile toprak arasında meydana gelen ve devreden akan akım dolayısı ile cihaz çıkışına bağlı herhangi bir elektrikli ev aleti olmasa dahi RCD cihazı sürekli açma yapar.

Benzer bir hata da RCD cihazından çıkan nötr hattının gerek iç tesisattaki buatlarda PE iletkeni ile karıştırmak suretiyle

birleştirilmesi veya kullanılan cihaz üzerinden topraklanmasıdır. Bu durumda da RCD cihazı, sürekli açma yapar.

9.22.8.1. Şebeke Nötründe Üretilen 3. Harmonik Akımları

Şebekeye bağlı deşarj lambalı armatürler, kesintisiz güç kaynakları, bilgisayarlar ve elektronik cihazlar gibi lineer olamayan yükler, bilindiği üzere şebekeye harmonik akımlar verirler. Özellikle bu cihazların ürettiği 3. harmonikler, nötr hattını 3. harmonik akımları ile yükler. Söz konusu 3. harmonik akımlarından dolayı, RCD içerisindeki akım dengesi bozulacağından; sistemde herhangi bir arıza olayı olmasa dahi cihaz açma yapabilir. Bu sebeple RCD cihazlarının çıkış yükleri tarafında korunacak cihazın üreteceği harmonik miktarına göre uygun açma eşik değerli (30mA, 300 mA) cihaz seçilmesi gerekmektedir.

Cihaza bağli nötrden oldukça büyük bir 3. harmonik akımı geçmesi durumunda üzerinde 3. harmonik tutucu filtre elemanı bulunan RCD cihazları kullanılır.

9.22.8.2. TN-C Sistemler

Bilindiği üzere TN-C sistemlerde koruma iletkeni olarak aynı zamanda nötr iletkeni olan PEN iletkeni kullanılmaktadır. 3-fazlı alçak gerilim şebekelerinde bir fazlı yüklerden dolayı sistemin tamamen dengeli yüklenmesi mümkün olmamakta ve hayati tehlike olmamasına rağmen dengesiz akımlardan dolayı PEN iletkeni gerilim altında kalmaktadır. PEN iletkeni prizlerin toprak klemenslerine ve korunacak cihazların metalik gövdelerine bağlandığından ya prize bağlı cihaza insan temas ettiğinde veya cihazlar zemine yerleştirildiğinde gerilim altindaki PEM iletkeni devresini transformatörünn nötr topraklaması üzerinden tamamlayan devre üzerinden akım akıtacak ve bu akım RCD cihazının açma eşik değerine ulaştığında cihazda herhangi bir arıza olmamasına rağmen

açma yapacaktır . Örneğin Nötr hattı 10 V gerilimi haiz olsun; zemine yerleştirilen cihazın geçiş direnci 100 ohm olsun devreden

akan akım mA mA ohm V I 100 30 100 10    olacak ve RCD cihazı

sürekli açma yapacaktır. Bu nedenle TN-C sistemlerde RCD cihazı kullanılamaz.

TN-C-S sistemlerde ise PEN iletkeni panonun çıkış fiderlerinde kullanılmayıp, sadece panonun enerjı giriş tarafında PEN barasına bağlanacaktır. (Bak. Şekil 9.205)

9.22.9 RCD ile Korunan Sistemde Hatanın

Bulunması

Yukarda verilen diyagram iki tip problem için hatanın nasıl bulunacağını açıklar

1. RCD fasılalı veya sürekli açma vermesi ve cihazın reset edilememesi

2. Cihazın test butonuna basıldığında açma yapmaması

9.22.9.1. RCD Cihazının Test Butonunun Çalışmaması durumu

Şekil 9.207

NOT:

1. Nötr ve PE hatları ve bağlantıları arasında tesisat yapılırken bunlara ait klemensler üzerinden veya kullanılan cihazlarda ve hatta prizler üzerinden dikkatsizlik, kötü işcilik vs sebeplerden dolayı temas veya sistemi etkileyecek düşük izolasyon değeri olabilir.

2. Mevcut tesislerde ve zamanla, yeni tesislerde dikkatsızlik ve kötü işçilik sebebiyle bağlantı terminallerinde nem, tozlanma kötü izolasyonlu malzeme kullanımından dolayı ya kısa devre şeklinde veya düşük izolasyonlu temaslar gerçekleşebilir.

3. Özellikle konuya tam vakıf olmayan personel tarafından hata bulunmaya çalışılırken kısa devre testinde uygulanan metodlardan birisi olan multimetrenin buzzer kademesi kullanılır fakat 3-5 kilo ohm gibi düşük izolasyon değerinde multimetre kısa devre ikazı yapamıyacağından kontrolu yapılan devrenin sağlam olduğuna kanaat getirilir. Halbuki RCD cihazları kısa devre olmayan ve devrenin 7 kohm düşük izolasyon direnç değerinde hemen 10 kohm gibi düşük izolasyon direnci değerlerinde belirli bir süre sonunda açma yapabilen cihazlardır. Özelikle gerek nemli ve tozlu ortamlarda zamanla prizlerin içine bu gibi izolasyonu bozucu maddelerin sızması ile gerekse tesis yapılırken gereken itinanın gösterilememesi nedeniyle iç bağlantılarının gevşek yapılması ve gerekse kullanım sırasında geçici aşırı yüklenme ve diğer sebeblerden dolayı ısınma meydana gelmesi priz iç bağlantıları arasındaki izolasyonu sağlayan malzemenin izolasyon direncinin çok düşmesine yolaçar.

4. Yukarda söz konusu edilen sebeblerden dolayı RCD ile korunan devrelerde hata aranırken hatalı bağlantı

kontrolları yapıldıktan sonra Bu cihazla korunan devrelere ait Faz iletkenleri ile nötr ietkenleri arasında ve Nötr iletkenleri ile PE iletkeni ve toprak arasında izolasyon testi yapılmalı ve izolasyon direncinin değeri ölçülmelidir.

5. Söz konu iletkenler arasındaki izolasyon direnç değeri 40 kohm’un üstünde olmalıdır . Bu değerden az izolasyon direncini haiz devrelerde kullanılan gerek iletken gerekse bağlantı cihazları değiştirilerek hata giderilmelidir.

6. Kısa devre testi yapılarak arıza bulunamayıp sonunda ya sebebi anlaşılamadı veya teori ile pratik birbirine uymaz denilen safsata mantığına kapılıp izolasyon testi yapılmadan RCD kullanımını iptal etmek son derece sakıncalı bir harekettir. Zira bu izolasyon direncinin değeri zamanla çok daha düşecek miliamper mertebelerinden 5-10 amper seviyesine çıkacaktır. Eğer RCD cihazıyla korunmayan devrede,devreyi koruyan sigortanın değeri 20 amper ise devrenin herhangi bir yerinde meydana gelen kaçak akımdan dolayı açma yapmayacak ve sonuçta anlaşılamayan sebebten dolayı elektrik kontağından çıkan yangına maruz kalınacaktır.

Örneğin 20 A nominal akım değerin de sigortanın koruduğu devrenin herhangi bir yerinde izolasyon direncinin 100 ohm değerine kadar düştüğünü kabul edelim. Bu direnç üzerinden geçen akım 220 Volt faz-nötr gerilim değerinde 2,2 A olacaktır. Direnç üzerinden sarf edilen güç ise 100x(2,2)2 = 484 Watt olacaktır. Koruma amacıyla konulan sigorta açma yapmayacaktır. Dikkat edilirse bu güç aşağı yukarı 500Watt gücünde elektrik ocağının vereceğı ısıya eşit bir ısınma meydana getirir. Sonuç eğer RCD kullanılmamışsa

hatalı yerde baş gösteren sebebi anlaşılamayan elektrik kontağından çıkan yangın olacak ve sigorta izolasyon direncinin değeri sigorta açma akım değerini verecek miktara düşünceye kadar devreyi açmayacaktır.

7. Anlaşılması gereken diğer bir durumda; RCD cihazlarının İnsan hayatını tehlikeli elektrik şoklarına karşı koruması yanında devrelerin izolasyon kontrolunü de yaptığıdır. Bu sebeple RCD cihazının tesis edildiği sistemlerde cihazın sürekli veya fasılalı bir şekilde açma yapması durumunda RCD ile korunan devrelerle birlikte, bu cihaz tarafından korunmayan diğer devrelerin izolasyon direncinin değeride mutlaka izolasyon testi yapılarak tesbit edilmesi gerekir. 8. Bütün bunlarla beraber yani devre izolasyonunun tatmin

edici seviyede olduğu ve devre bağlantılarının uygun olduğu sistemlerde RCD cihazında açma olayları görülür. Özellikle bankalar iş yerleri gibi yerlerinde şebekeyi lineer olmayan yüklerle yükleyen elektronik balastlı deşarj lambalı armatürler,bilgisayarlar ve bunlara bağlı kesintisiz güç kaynakları veya elektronik cihazlar sıkca kullanılmasından dolayı bunların meydana getirdiği 3. harmonık akımlarının varlığı sebebiyle sistemde herhengi bir arıza olmadığı halde RCD açma yapar ve kontolu yapan kişi saf sinus eğrisi efektif değerine göre dizayn ve imal edilmiş klasik ölçü cihazı kullandığı için bu durumu teşhis ve tesbit edemez.

Bu gibi durumlarda harmonik değerlerininde birlikte ölçebildiği alternatif akımın şebekedeki mevcut dalga şekline göre ölçüm yapabilecek şekilde dizayn ve imal edilmiş ölçü aletleri kullanmak gerekir.

9.22.10. Tüketicinin Eğitimi

RCD’nin tesis edilmesinden azami faydayı sağlamak için aşağıda belirtilen hususların tesisi yapan yetkili tarafından açıklaması yapılmalı ve öğretilmelidir.

1. RCD cihazı, ana kesici gibi yükte açma/kapama cihazı olarak kullanılamaz. Devreye alınacak cihazlar arızada kapatma riskinden dolayı RCD kapatıldıktan sonra aynı devre üzerindeki anahtarlar vasıtasıyla devreye alınmalıdır.

2. RCD cihazının akım taşıma değerleri ve açtırma değerleri hakkında gerekli bilgilendirme yapılmalıdır.

3. RCD cihazı korunması gereken devrenin koruma sistemini mükemmeleştirir, ancak kısa devre ve aşırı yüke karşı koruma cihazlarının yerini alamaz. Bu nedenle koruma sisteminde diğer koruma cihazları ile birlikte kullanılması zorunludur.

4. İyi yapılan bir tesiste ve iyi kullanım şartlarında olan elektrikli ev aletlerinde RCD açma yapmaz veya nadiren açma yapar. Bununla beraber üç aylık süreyi geçirmemek kaydıyla test butonuna basarak cihaz belirli aralıklarla test edilmelidir.

5. RCD cihazı test uygulaması haricinde açma yapar ve cihaz reset edilemezse kullanıcı aşağıdaki işlemleri uygular.

 Kesicilerin hepsi devre dışı edilir,veya anahtarlar açılır sigortaların hepsi sökülür.

 Gerilimsiz durumda RCD kapatılır.Eğer bu durumda cihaz reset edilemiyorsa konuyu bilen bir elektrik teknisyeni çağrılır.

 Cihaz reset edilip kapatılabiliniyorsa ; ana kesici veya sigortadan başlayarak kademe kademe ve sıra ile her bir devre enerjilendirilir. Hangi kesici kapatıldiğında veya hangi sigorta takıldığında cihaz açma yapıyorsa o devre hatalı olabilir.

 Hata ihtimali olan çıkışın devresi açılır ve diğer tesis çıkışları enerjilendirilir.

 Hata ihtimali olan devre çıkışına bağlı elektrikli aletlerin hepsi prizlerinden çıkartılır.

 Söz konusu olan çıkışa ait RCD cihazı kapatılır, eğer RCD açma yapıyorsa ilgili devrede bir izolasyon hatası vardır ve konuya vakıf elektrik teknisyeni çağrılır.

 Açma yapmıyorsa elektrikli aletler teker teker devreye alınır, devreye alındığıda RCD cihazına açtırma yaptıran alet sökülerek tamir edilmek üzere elektrikçiye teslim edilir.

9.22.11. Orta ve Yüksek Gerilim Sistemleri ile

Yüksek Değerde Akım Çeken AG Sistemlerinde RCD

kullanımı.

Bu cihazlar sensör ve RCD röleleri veya açtırıcılar olmak üzere iki kısımdan oluşur.

9.22.11.1 RCD Sensörleri

Sensörler aktif iletkenler üzerinden akan ve bu iletkenler üzerinden akan akımların vektörel toplamlarının sıfırdan farklı olması durumunda ortaya çıkan elektriksel sinyali algılayan cihazlardır. Alternatif akım devrelerinde iki tip sensör vardır.

 Akım kaçaklarını veya kaçak akımları ölçmede en çok kullanılan toroidal transformatörler

 YG, OG devrelerinde sıklıkla bazende AG devrelerinde kullanılan akım transformatörları

Toroidal transformatörler

Enerji altındaki tüm iletkenleri çevreleyen ve böylece akım vektörleri toplamına uygun olarak meydana gelen rezidüel magnetik alan tarafından uyarılan bir sensördür. Bu sensörler rezidüel akımları mili amperler mertebesinden onlarca amper mertebsine kadar algılarlar.

Akım transformatörleri

Nötrsüz 3-fazlı alternatif akım devresinin rezidüel akımlarını ölçmek için kullanılır.

Şekil 9.208. Faz akımlarının vektör toplamları sonucu ortaya çıkan rezidüel akımlar

Üç adet akım transformatörü akım jeneratörleri olarak paralel bağlanmış olup çakilen akımlar arasında toprsk kaçağından ilri gelecek akım farkında Ave B noktalarında akımların vektörel olarak toplamı sıfıra eşit olmayacağından meydana gelecek rezidüel akım dolaşacaktır. Bu rezidüel akımdan dolayı RCD açma yaptıracaktır. Genellikle Orta Gerilim ve Yüksek Gerilim tesislerinde toprak hata korumasında toprak hata akımının bir kaç on amper mertebelerinden bir kaç yüz amper mertebelerine ulaştığı devrelerde kullanılan bu bağlantı sistemi Nicholson devresi olarak bilinmektedir.

Bu bağlantı sisteminin kullanılmasında akım transformatörünün doğruluk sınıfının %5 ile toprak hata akımının nominal akımın %10’undan aşağı değere ihtiyaten ayarlanamıyacağı dikkate alınmalıdır.

9.22.11.2. Özel durumlar

Yüksek güç temini

AG tesisleri kuvvetli akımların taşınması için kullanılan baralar ve yüksek kesitte kablolarda çok kullanışlı Nicholson akım transformatör devresi akım transformatörleri kuple edilse dahi insan hayatı açısından uygun ayarlanamaz. Örneğin motor devrelerınde özellikle yol alma sırasında akım dengesizliklerinden ileri gelen istenmeyen açmaları önlemek için açtırma eşit değeri yüksek tutulur.

Bunun için aşağıda tavsiye edilen çözüm gerçekleştirilebilir.

 Eğer ana panoda transformatörün çıkışında problemler

1. Transformatörün AG nötr çıkışı toprak bağlantısı üzerinde toroid transformatör tesis edilir.

Şekil 9.209. Transformatör koruması için RCD bağlanması

Kirchhoff kanununa göre rezidüel akım N sensörü tarafından algılanır.Aynı şekilde AG tarafında gelişen hatada G sensörü tarafından algılanır. Gerçek toprak hatası halinde her iki sistemin çalışması gerekeceğinden istenmeyen açmaların önüne geçilir.

2. Aşağıdaki şekilde görüleceği gibi her bir çıkış toroid akım transformatörü vasıtasıyla parallel olarak tek bir röleye bağlanmıştır.

Şekil 9.210 . Çıkış fider koruması için toroid yerleşimi

Normal olarak elektronik olan koruma rölelerinin çalışması için çok zayıf elektriksel uyarmaya ihtiyacı vardır. Toroidler akım jeneratörü olarak çalışmak üzere imal edilmişlerdir. Paralel bağlandıklarında primer akımların vektörel toplamları olarak görüntü verirler.

 Eğer problem paralel bağlı kablolarda ise bağlantı aşağıdaki şekle göre yapılır.

Şekil 9.211. Paralel bağlantılı kablolarda hatanın giderilmesi için bağlantı şekli



 Eğer bağlantıların empedanslarında farklılıklar ortaya çıkarsa her bir toroid hatalı sıfır empedans bileşeni gösterecektir. Bu

hataların uygun görülen sınırlar dahilinde röle ayarlarına yansıtılması gerekir.

 Her bir toroid n sarım sargısına bağlı olarak algılama yaptıgından duyarlılığı azaltmak istendiğinde sarım sayısı arttırılır.

 Eğer bağlantıların empedansları arasıda farklılıklar varsa her bir toroid korunan sistemde bir hata olmadığı halde bir sıfır akım bileşeni hatası gösterir bundan dolayı hatlar arasında ki hatalar bu akımlar sınırlı şekilde dikatlice yapılmalıdır

Yüksek Güç Çıkışları

Lineer torodin güvenirliliğini sağlamak için iletken mümkün olduğu kadar toroidin merkezine yerleştirilerek hatasız durumda herhangi bir residüel akımın oluşmasını önlemek gerekir. Gerçekte iletken tarafından meydana getirlen manyetik alan uzaklıkla doğru orantılı olarak azalır.

Şekil 9.212. Toroid içinde kabloların hatalı yerleştirilmesi

Şekilde a noktasında 3. faz bölgesel satürasyona neden olur ve böylece herhangi bir hata olmadığı halde residüel akım meydana gelir ve sonuçta hatalı açma ortaya çıkar. Aynı hata aşağıda şekilde görüldüğü gibi toroid kablo

bükümünün yakınına yerleştirildiğin de meydana gelir. Aşağıdaki şekilde hatalı açmanın meydana gelmemesi için gerekli minimum açıklıklar verilmektedir.

Şekil 9.213. Toroidden geçen kablunun tek büküm olması durumunda büküm noktasının toroide olan gerekli uzaklığı

Kaçak Residüel akımlar, kuvvetli akımlarda toroid sekonderlerinde hatalı açmayaya neden olacak sinyal meydana getirebilir. Bu risk faz akımına özellikle kısa devre akımlarına bağlı olarak artar..

Bu problem için iki çözüm yolu vardır.

 Gerektiğinden daha büyük çapa, örnegin toroid içindeki kablo çapının iki katından daha büyük toroid kullanmak

 Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi toroid içine boru yarleştirmek ve kabloyu boru içinden geçirmek

Şekil 9.214. 3-damarlı kablonon toroid içinden geçirilmesi

Bu işlemi yaparken

 İletkenin merkezlenmesine

 Büyük çaplı toroid kullanmaya

 Borunun manyetik malzemeden yapılmasına dikkat edilecektir.

Kablolar toroidin içinden şekilde görüldüğü şekilde merkezlenerek geçirilmesi gerekmektedir.

Şekil 9.216 Dikdörtgen akım sensörleri içinden tek damarlı kabloların geçirilmesi

Şekil 9.217 Dik dörtgen akım sensörleri içinden baraların geçirilmesi

Kablo ve baraların diktörgen sensör içinden geçirilmesinde aynı kurallar geçerlidir.

Şekil 9.218. Dikdörtgen akım sensörlerinin içinden baraların yatay olarak geçirilmesi

Şekil 9.219. Dikdörtgen akım sensörlerinden baraların düşey olarak geçirilmesi

Şekil 9.220. Toroidlerde 5-damarlı veya 4-damarlı ekranlı kablolara aitPE iletkeninin doğru bağlantı şekilleri

Şekil 9.221 3-faz 3 veya 4 damarlı kabloların Toroid akım şensörlerinde hatalı tesis edilmesi

Şekil 9.222. Toroidlerin içinden tek damarlı kabloların kabloların yanlış ve doğru geçirilmesi

Şekil 9.227 Toroid içinden geçen kablonun iki bükümlü tesis edilmesi durumunda olması gereken toroid ile büküm yeri arasındaki uzaklıklar

Şekil 9.228 .Dikdörtgen akım sensörleri içinden geçen iki bükümlü kabla veya baraların büküm noktalarının sensöre olması gereken uzaklıkları

9.22.12. Koruma Röleleri ve Açtırıcılar

RCD röleleri ve açtırıcıları besleme tarzına ve teknolojilerine göre üç sınıftır

Besleme tarzına göre

Kendi akımı ile: Bu tip cihazda açtırma enerjisi hata akımı tarafından sağlanır. Bu besleme tarzı uzmanların en fazla emniyetli bulduğu bir tipdir . Bir çok ülkelerde özellikle avrupa ülkelerinde meskenlerede ve basit tesislerde tavsiye edilirler. (EN 61008 ve EN 61009)

Yardımcı besleme kaynağı ile: Bu tip cihazda açtırma işlemi bir yardımcı enerji kaynağını gerektirir, ve yardımci enerji kaynağı hata akımından bağımsızdır. Genellikle elektronik olan bu cihazlar yardımcı enerji kaynağı varsa hata akımı ortaya çıktığında açma yapabilirler

Kendi gerilimi ile: Bu tip cihaz yardımcı besleme kaynaklı bir cihazdır.fakat kaynağı izleme devresidir. Böylece bu devre enejilendiğinde RCD aktif hale gelir ,enerjilenmediğinde aktif halde değildir. İlave olarak 50 V a kadar gerilim düşümlerinde hassas bir şekilde işleme sağlanmasıdır. Bu cihazlar ya hataaçısından emniyetli dir veya değildir.

Teknolojilerine göre

Elektromanyetik cihazlar: Bunlar kendi hata akımı ile çalışan cihazlar olup manyetik açılma prensibine göre çalışırlar. Çok düşük bir elektrik gücü (100 mikro VA) açılma kuvvetini sağlayabilir ve

mekanik amplifikator vasıtasıyla kontakların açılması sağlanır. Bu tip cihazlar çok yaygın kullanım alanına sahip olup ayarı değiştirilemeyen tek açma eşik değerine sahiptir.

Elektronik cihazlar:

Bu cihazlar özellikle endüstriyel tesislerde kullanılırlar ve aşağıda açıklanan özelliklere sahiptirler

 Çok düşük güç tüketimi

 Hassasiyet, ayarlanabilir açtırma eşik değeri Bu iki özellik aşağıda verilen durumlar için çok elverişlidir.

 Yüksek değerli kesiciler ve kontaktörlere bağlı ayrı toridli RCD cihazları

 630 A kadar endüstriyel kesicilerle birleşik RCD cihazları

Elektronik cihazların belirli bir miktarda enerjiye ihtiyaçları vardır ve bu genellikle çok düşüktür.

Karma Cihazlar

Bu cihazların kullanılması ile

 İşletmede doğruluk ve işleme eşik değerinde kesinlik

 Enterferanslara karşı mükemmel bağışıklık ve sert akım transiyentlerine karşı uygun işletme karakteristiği