Orta gerilim panoları temel işlevlerini yerine getirebilmek için çeşitli alt sistemlerden oluşur. Bu sistemlerden biri de anahtarlama cihazlarıdır. Bu cihazlar sayesinde elektrik dağıtımı güvenli ve kontrollü bir şekilde yapılabilir, arıza ve kısa devre durumlarında akım kesilerek elektrik dağıtım şebekeleri güvenle korunur veya bakım yapılması gerektiğinde güvenli çalışma alanları oluşturulur.

Bu çalışma kapsamında anahtarlama cihazlarından vakum devre kesici, ayırıcı, yük ayırıcı ve vakum kontaktör incelenmiştir.

 

Anahtarlama cihazları, ayrılabilir kontaklar vasıtasıyla bir veya birden fazla elektrik devresini açıp kapatmak için tasarlanmış cihazlardır. Orta gerilim panolarında anahtarlama cihazları panonun anahtarlama cihazı bölmesi olarak ifade edilen orta gerilim bölmesinde yer alır.

İlgili tesiste kullanılacak anahtarlama cihazları seçilirken göz önünde bulundurulan bazı kritik parametreler: gerilim değerleri, akım değerleri, ortam koşulları, mekanik özellikler, montaj ve yerleşim, işletme gereksinimleri, güvenlik özellikleri, standartlara uygunluk, ekonomik faktörler, yardımcı ekipmanlar, özel müşteri gereksinimleri, çevresel etkiler, vb.


 

► Switch / anahtar: Normal devre koşulları altında akım taşıyabilen ve devreyi açıp kapatabilen (bu normal devre koşulları belirli çalışma aşırı yük koşullarını içerebilir) ve ayrıca kısa devre gibi belirli anormal devre koşulları altında belirli bir süre boyunca akım taşıyabilen mekanik anahtarlama cihazı olarak ifade edilir [1].

► Vakum Devre Kesici (Vacuum Circuit Breaker): Devre kesiciler, normal devre koşulları altında akım taşıyabilen, devreyi açıp kapatabilen ve aynı zamanda kısa devre gibi belirli anormal devre koşulları altında belirli bir süre akım taşıyabilen ve kısa devre akımını kesebilen anahtarlama cihazlarıdır [2]. Bu cihazlar IEC 62271-100 standardına tabidirler.

Hava izoleli orta gerilim panolarında vakum devre kesiciler yaygın olarak kullanılır. Vakum devre kesiciler, kontakların (elektrik bağlantı noktalarının) havasız bırakılmış (vakumlanmış) özel bir hazne içerisinde açma kapama hareketini gerçekleştirdiği devre kesici türüdür. Bu kesici türü kesici kontakları ayrılırken kontaklar arasında oluşan arkı vakum sistemi içerisinde kısa sürede söndürür.

Vakum devre kesicileri koruma devrelerinin kritik bir ekipmanıdır. Çalışma hattı arızalandığında veya sistemde kısa devre oluşması durumunda hat koruması için otomatik olarak akımı kesebilir (alçak gerilim dolabı içerisindeki koruma sistemleri ile). Vakum devre kesiciler, endüstriyel alanlarda, enerji üretim istasyonlarında, dağıtım trafo merkezlerinde, ticari ve endüstriyel binalarda, havaalanlarında vb. gibi bir çok alanda kullanılırlar.
 

Vakum Devre Kesici [3]





Vacuum Interrupter [4]

► Ayırıcı (Disconnector): Açık konumda, belirlenmiş gereksinimlere uygun olarak bir izolasyon mesafesi sağlayan mekanik anahtarlama cihazlarıdır [5]. Ayırıcılar, normal devre koşullarında anma akımlarını taşıyabilirler. Bu cihazlar, IEC 62271-102 standardına tabidirler.

Ayırıcılar, ark sönümleme yapamazlar ve anma akımı altında, akımın belli oranda artması durumunda veya kısa devre durumlarında devreyi açamazlar.

Ayırıcıların temel işlevi, yük altında olmayan devreleri güvenli bir şekilde izole etmektir. Bu sayede bakım, onarım gibi çalışmalar sırasında güvenli bir çalışma ortamı sağlanır.

► Yük Ayırıcı (Switch Disconnector): Açık konumda, bir ayırıcı için belirlenmiş izolasyon mesafelerini sağlarken [6], normal yük altında da açma kapama yapabilen cihazlardır.

Sigortasız yük ayırıcılar, anma akımı altında açma ve kapama yapabilirler fakat kısa devre akımlarını kesemezler. Bu cihazlar, IEC 62271-103 standardına tabidirler.

Yük ayırıcılar, sigorta ile kombine edildiğinde "Sigortalı Yük Ayırıcı (switch-fuse combination)" olarak ifade edilir. Bu cihazlarda kısa devre koruması sigorta ile sağlanır (Röle (alçak gerilim dolabındaki koruma sistemleri) ile kombine edilemezler). Kısa devre anında kısa devre akımının gerçekleştiği fazda sigorta attığı zaman, yük ayırıcı üç fazlı olarak açar. Bu cihazın kendi içerisinde gerçekleşen bir işlemdir. Sigortanın attığı fazda yük ayırıcı açılmış (yük kalmamış) devreyi açar, diğer iki fazda yük altındaki devreyi açar. Bu cihazlar, IEC 62271-105 standardına tabidirler.

* Yük ayırıcılar, maliyet açısından uygun ürünlerdir.
* Yük ayırıcılar da vakum devre kesiciler gibi anma akımı altında açma kapama yapabilirler. Fakat yük ayırıcıların çalıştığı akım değerleri vakum devre kesicilere göre daha düşüktür.
* Sigortalı yük ayırıcı, röle-kesici-akım trafo kombinasyonuna göre daha hızlı bir şekilde açma yapar ve koruma sağlar. Fakat sigortalı yük ayırıcıda kısa devre anında sigorta atacağı için bu sigorta tekrar kullanılamaz ve sahada sigorta değişikliği yapılması gerekir. Vakum devre kesiciler ise uzaktan kontrol edilebilirler.

 

 

 

Sigortalı Yük Ayırıcı [3] 

► Vakum Kontaktör (Vacuum Contactor):

Havası boşaltılmış (vakumlanmış) bir ortamda kontakların açılıp kapandığı ve sık operasyon gerektiren (açma-kapama) durumlarda kullanılan, yüksek mekanik dayanıma sahip anahtarlama cihazlarıdır. Vakum kontaktörler anma akımı altında açma kapama yapabilirler. Genellikle sigorta kombinasyonu ile kullanılırlar. Kısa devre koşullarında kısa devre akımının kesilmesi sigorta sistemi ile sağlanır. Bu cihazlar, IEC 62271-106 standardına tabidirler.

Vakum kontaktörler elektromekanik olarak çalışan anahtarlama cihazlarıdır. Alçak gerilim dolabındaki koruma kontrol cihazları ile veya uzaktan kontrol ile anma akımı altında açma kapama yapabilirler.

Vakum kontaktörler, hem uzun ömürlüdür hem de düşük bakım maliyetlerine sahiptirler ve kompakt yapıdadırlar. Bu cihazlar, motorların anahtarlanması, transformatörlerin, rezistif tüketicilerin, kondansatörlerin anahtarlanması vb. gibi sık açma kapama gerektiren alanlarda kullanılırlar.

* Vakum kontaktörler de vakum devre kesiciler gibi anma akımı altında açma kapama yapabilirler ve benzer vakum sistemini kullanırlar. Fakat vakum kontaktörlerin çalıştığı akım değerleri vakum devre kesicilere göre daha düşüktür.
* Vakum kontaktörlerde kısa devre anında sigorta atacağı için bu sigorta tekrar kullanılamaz ve sahada sigorta değişikliği yapılması gerekir. Vakum devre kesiciler ise uzaktan kontrol edilebilirler.
* Vakum kontaktörlerin elektriksel ve mekaniksel ömürleri vakum devre kesicilere göre çok daha uzundur.

 

Vakum Kontaktör [3]

 

(*): Sigorta ile kısa devre koruması sağlanır.
(**): Yaygın olarak kullanılan değerler belirtilmiştir. İlgili orta gerilim pano markasının özellikleri kontrol edilmelidir.
(***): Çok kabaca değerlendirilmiştir. Yatırım maliyetleri ile beraber düşünmek anlamlı olacaktır.


Sonuç

Elektrik dağıtım sistemlerinin güvenliğinin ve sürekliliğinin sağlanabilmesi için anahtarlama cihazları çok kritik bir öneme sahiptir. İlgili tesisisin ihtiyacına göre hava izoleli orta gerilim panolarında kullanılacak anahtarlama cihazları uygun şekilde seçilmelidir. Bu seçim yapılırken anahtarlama cihazlarının özellikleri ve çalışma prensipleri değerlendirilmeli, ihtiyaca göre tesis konfigüre edilmelidir.


Fatma Ceyhan Kılıç
Orta Gerilim Mekanik Teklif Bölüm Yöneticisi
Siemens Sanayi ve Ticaret A.Ş
Akıllı Altyapılar Bölümü, Elektrik ve Otomasyon Birimi


Kaynakça:

[1]: IEC 62271-1: High-voltage switchgear and controlgear – Part 1: Common specifications for alternating current switchgear and controlgear
[2]: IEC 62271-100: High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: Alternating-current circuit-breakers
[3]: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:14493ba2-f30a-4bf4-a8fe-c5e38c2c8f83/ha-25-73-en.pdf [4]:https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:0550395ac2c0303ddc4fa49e6f3f4bdcea4b1be2/vacuum-switching-technology-and-components-for-medium-voltage-catalog-hg-11-01-2016-7548.pdf
[5]: IEC 62271-102: High-voltage switchgear and controlgear – Part 102: Alternating current disconnectors and earthing switches
[6]: IEC 62271-103: High-voltage switchgear and controlgear – Part 103: Alternating current switches for rated voltages above 1 kV up to and including 52 kV