elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

İletken Kesit Hesabı Nasıl Yapılır? İletken Tipleri ve Sınıfları

İletken kesitinin hesaplanmasında akım taşıma kapasitesi, gerilim düşümü, kısa devre akımı, iletken tipleri gibi bir çok kriter dikkate alınır. Düşük kesitli iletken kullanmanın tehlikesi ve olumsuz etkileri, yüksek kesitli iletken kullanmanın gereksiz maliyeti ve kaynak israfı gibi etkileri mevcuttur. Devamı yazımızda



A- A+
18.03.2016 tarihli yazı 92091 kez okunmuştur.
Elektrik enerjisi, üretildiği santralden son kullanıcıya kadar çeşitli çaplarda ve özellikte kablolar ile transfer edilir. Kullanılacak kablolar belirlenirken, kullanım alanı, maruz kalacağı dış etkenler gibi pek çok parametre kablonun yapısına etki etmektedir. Kablonun dış etkilerden korunması amacı ile kullanılması gereken malzemeler belirlendikten sonra elektriğin iletileceği iletken kesiti tayini de bir o kadar önemlidir. İletken kesiti belirlenirken göz önünde bulundurulacak en önemli hedef, uluslararası standartlar çerçevesinde en fazla güvenliği en az maliyete elde etmek olmalıdır. Sistemin güvenliğini sağlamak adına, doğru hesapları yapıp, maliyeti arttıracak uygulamalardan kaçınılmalıdır. Bunun yolu da maliyet-güvenlik optimizasyonu yaparak, en uygun iletken kesitini belirlemektir. Akım taşıma kapasitesi, gerilim düşümü ve kısa devre akımı, iletken kesitinin belirlenmesinde bize yardımcı olmaktadır.




► Akım Taşıma Kapasitesi: Sıcaklığa dayalı bu değer, iletkenin bileşenlerinin bozulmadan sağlıklı bir şekilde işlevini yerine getirmesi için üzerinden geçebilecek azami akımı ifade eder.

► Gerilim Düşümü: Her iletkenin iç direnci vardır. Enerji, kaynaktan yüke transfer edilirken bu dirence maruz kalır ve kayıplar ortaya çıkar. Mesafe arttıkça kayıp artacağından iletken çapını büyütmek iletim hattındaki kayıpları azaltır.

► Kısa Devre Akımı: Alternatif akım sistemlerinde karşımıza çıkan bu değer kısa devrenin oluştuğu bölgede kısa devre süresi boyunca kayıp edilen akım miktarıdır.

Bu üç parametreyi kullanarak, üç farklı kablo kesiti elde etmek mümkündür. Burada yapılacak olan işlem, belirlenen bu üç kesit arasından en büyüğüne eş değer ya da en yakın üst bir kesit seçerek, güvenli ve ekonomik bir kablo iletken boyutu belirlemektir. 
 


Detaylı örnek hesaplama yazının sonunda veilmiştir.


İletken Tipleri

► Cu (bakır): Gümüşten sonra en iyi iletken olan bakır, elektrolitik olarak rafine edilip %99,99 saflığa ulaştığında kablolarda kullanım için uygun hale gelmektedir.
► SnCu(kalay kaplı bakır): Korozyon önleyici olarak bakır iletkenin üzerine kaplanan kalay, elektrik direncini bir miktar arttırmasından dolayı kayıplara sebep olmaktadır.
► AgCu (gümüş kaplı bakır): Bakırdan daha iyi bir iletken olması sebebiyle, iletimin hızlı ve kaliteli olmasının istendiği yüksek teknolojide, profesyonel ses ve görüntü kablolarında kullanımı yaygındır. Diğer iletkenler ile kıyaslandığında maliyeti yüksektir.
► CCS (bakır kaplı çelik tel): Düşük karbonlu çelik tel yüzeyine homojen şekilde bakır kaplama ile oluşur. Gerilme mukavemeti ve esnekliği yüksek olan bu ürünler, dayanımın önemli olduğu hatlarda kullanılmaktadır.
► CCA (bakır kaplı alüminyum tel): Bakır kaplı alüminyum tel saf bakır telden %40 daha hafif, elektrik iletkenliği ise saf alüminyum telden daha yüksektir. Kopma direnci Alüminyum telden daha yüksek olmakla birlikte oksitlenme ömrü Alüminyum tellere oranla daha yüksektir.
► AL/A (alüminyum tel): Bakıra göre son derece hafif ve işlenmesi bir o kadar kolay olan bu iletken aynı hacimdeki bir bakırın yaklaşık %30’u kadar ağırlığa sahiptir. Uzay, uçak gibi ağırlığın çok önemli olduğu alanlarda öncelikle tercih edilmektedir.




İletken Sınıfları

Aynı kesite sahip iletkenlerde kullanılan tel sayısı ürünün kullanılacağı alana göre değişmektedir. İletkende kullanılan tel sayısı arttıkça buna paralel olarak kablonun da esneklikte artar. Yani Class 6 sınıfı bir iletken aynı kesite sahip Class 2’ye göre daha esnektir. Class 1, 2, 5, 6 şeklindeki sınıflandırmada aynı kesite ait olan iletkendeki tel sayısı ile birlikte iletkenin sınıf değeri de artmaktadır.

Class 1

Katı iletken (solid) adı altında geçen, izole içerisinde tek bir bakırdan oluşan iletken sınıfıdır. Bu iletkenler dairesel kesit alanlı olmalı ve çıplak veya metal kaplamalı tavlanmış bakır ile alüminyum veya alüminyum alaşımından üretilmelidir.


► Tek ve çok damarlı kablolar için Sınıf 1 katı iletkenlerin max. direnç değeri için verilen üst sınır aşağıdaki tablodan farklı olmamalıdır.
 

Class 2

► Bükülü-Örgülü iletken olarak da adlandırılan, izole içerisinde 7 ile 91 adet telden oluşan iletken sınıfıdır.
 



► Kesite göre tek ve çok damarlı kablolar için Sınıf 2 iletkenlerin max. iletken sayısı ve max. direnç değeri


Class 5 - Class 6

► Bükme yarıçapı düşük olan bu ürünler esnekliğin önemli olduğu ortamlarda tercih edilmektedir.
 


► Tek ve çok damarlı kablolar için Sınıf 5 iletkenlerin max. direnç ve çap değeri
 


► Tek ve çok damarlı kablolar için Sınıf 6 iletkenlerin max. direnç ve çap değeri


Bir örnek üzerinden iletken kesit hesabını yaptığımızı düşünelim;

200m uzaklıkta, etiketinde 235kW güç ve 1kV gerilim seviyesi yazan ve maksimum %3 gerilim düşümüne izin veren bir pompayı beslemek için 3 damarlı bir kablo tipi ve kesiti belirleyelim. (Bu hesaplama ETMD'den alınmıştır.)

Bilinen değerler;

Güç: P=235kW
Gerilim: U=1kV
Güç Faktörü: cosφ=0,8
Uzaklık/Mesafe: L=200m
İzin Verilen Gerilim Düşümü: %e=%3

Bu bilinen parametreler doğrultusunda, aşağıdaki güç formülü ile bir akım değeri bulmamız mümkün;





Bulunan bu akım değerine göre kabloların iletken kesitlerini; PVC izolasyonlu kablo için 50mm2, XLPE izolasyonlu kablo için 35mm2 olarak belirleyebiliriz. (Bkz. Tablo:1)

 
Tablo 1: 0,6/1 kV NYY ve N2XY Alçak Gerilim Enerji Kablosu Akım Taşıma Kapasitesi Cetveli

Son olarak yapmamız gereken işlem, belirlediğimiz bu tiplerinin istenen maksimum yüzde gerilim düşümü hesabına uygunluğunu kontrol ettikten sonra, seçilen kesitinin değişip değişmeyeceğine karar vermek olacaktır. Gerilim düşümünü iki farklı izolasyon malzemesine sahip kablo için de hesaplayacak olursak;

Güç: P=235kW
Gerilim: U=1kV
Uzaklık/Mesafe: L=200m
İzin Verilen Gerilim Düşümü: %e=%3
İletkenlik Katsayısı: k(Cu)=56 m/Ωmm2
İletken Kesiti: SPVC=50mm2, SXLPE= 35mm2




Elde edilen değerler, izin verilen gerilim düşümü %e (%3) değerinden küçük olduğu için bu işlemi tekrarlamaya gerek yoktur; ancak, maksimum gerilim düşümü baz alınarak mümkün olan asgari iletken kesitini belirleyecek olursak;



Bu hesaba göre elde ettiğimiz iletken kesitine en yakın kesit 35mm2’dir.

35mm2 kesit, XLPE izolasyon ile (N2XY), hesaplanan 169,80A değerindeki akım için yeterli akım taşıma kapasitesine sahipken (174A); PVC izolasyon ile (NYY) daha düşük bir akım taşıma kapasitesine (159A) sahiptir. Bu şekilde yapılan hesaplamada bir üst kesite çıkma ihtiyacı oluşmuş ve 50mm2 olarak belirlenmiştir. 

Yapılan örneğe ek koşullar ekleyerek, daha detaylı bir hesaplama yapılmak istenirse; örneğin, sistemimizi besleyecek 3 damarlı kabloyu toprak altından geçireceğimiz varsayımı doğrultusunda, toprağın tipine, sıcaklığına ve ısıl özdirencine ihtiyaç duyulacaktır. 350C sıcaklığa sahip, kuru kum ve ısıl direnci de 1,5 K.m/W olan bir ortamımız olduğunu var sayarsak, bu şartlar altında standartlarda (IEC 60364-5-52 veya DIN VDE 0298-4) yer alan düzeltme faktörleri; sıcaklık için fPVC= 0,84 / fXLPE= 0,89 iken ısıl özdirenç için 1,1’dir.

Bu durumda ilk belirlediğimiz akım değerini bu düzeltme faktörlerine göre tekrar düzenlersek, yeni akım değerlerimizi bulmamız gerekir. Bu nedenle, ilk öngörülen kablo ve ilgili iletken kesitinin bir üst kesitinden başlayarak, akım taşıma kapasitesi değerleri, yukarıdaki düzeltme faktörleri ile çarparak elde edilmelidir. Düzeltme faktörleri ile çarpılması sonucu ortaya çıkan akım değeri, ilk tespit edilen akım değerine eşit ya da daha büyük bir değer ise; seçilen kesitin uygun olduğu anlamına gelmektedir. Aksi takdirde, bir üst kesite daha çıkıp düzeltme faktörü ile çarpılarak kontrol edilmeye devam edilmelidir. Verdiğimiz örneğe göre bu işlemi gerçekleştirdiğimizde, bir üst kesitteki kabloların akım taşıma değerleri, düzeltme faktörleri ile çarpıldığında istenilen akım değerinden daha büyük bir değere sahip olduğu için kesitler “uygun” olarak değerlendirilmiştir. Kesitlerin düzeltme faktörü uygulanmış yeni akım değerleri;

IPVC (70mm2)=232×0,84×1,1= 214,36A
IXLPE (50mm2)= 206×0,87×1,1= 197,14A’dir.

Bu yeni akım değerlerine göre yeni belirlenecek kablo ve kesitleri;

NYY – 3x70mm2, In = 232A
N2XY – 3x50mm2, In = 206A

Bu ek koşullar için, 50mm2 iletkenli ve PVC izolasyonlu, 35mm2 iletkenli ve XLPE izolasyonlu iki tip kablo için belirlenen şartlarda, istenen gerilim düşümü gerekli seviyenin altında; 70mm2 iletkenli ve PVC izolasyonlu, 50mm2 iletkenli ve XLPE izolasyonlu kabloların gerilim düşümü ise bu çıkan seviyeden daha aşağıda çıkacağından, tekrar bir gerilim düşümü hesabı yapılmasına gerek yoktur.
 

Kaynaklar:
► TS EN 60228 standartları
► ETMD

► www.2mkablo.com



Aktif etkinlik bulunmamaktadır.
ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar