Kısa Devre Deneylerinde Limitör Özelliğinin Alçak Gerilim Devre Kesiciler Üzerindeki Etkisinin İncelemesi

Yıl 2021, , 386 - 395, 31.01.2021

Halil İbrahim Şeker , Muhammed Cinek , İhsan Pehlivan

https://doi.org/10.29130/dubited.738546

Öz

Devre kesiciler normal işletme şartlarında devreyi açma-kapamaya, normal olmayan (kısa devre yapması ve aşırı akım geçmesi) şartlarda ise devreyi otomatik olarak kesmeye yarayan mekanik açma-kapama düzenekleridir. Devre kesicilerin açma-kapama özelliğinin yanında en önemli fonksiyonu, normal dışı şartlarda devreyi korumasıdır. Alçak gerilimde kullanılan koruma yöntemleri genel olarak termik-manyetik ve elektronik koruma mekanizmaları ile sağlanmaktadır. Termik koruma, uzama katsayısı farklı olan iki metalin birleştirilmesi ile oluşan bimetalin ısı etkisinde şekil değiştirmesiyle sağlanmaktadır. Bimetal ısındığında uzama katsayısı büyük olan metal diğerinin üzerine doğru bükülür ve devre kesici mekanizmasının açılmasına yardımcı olur. Devre kesicilerde manyetik koruma, akımın oluşturduğu manyetik alan etkisindeki metal parçaların mıknatıslanması prensibi ile çalışan mekanik bir sistem ile yapılmaktadır. Kısa devre şartlarında ise manyetik korumanın yanı sıra limitör özelliği (akım sınırlama) en önemli koruma sistemidir. Limitör özelliği sabit kontağa verilen U formu ile hareketli ve sabit kontaklardan zıt yönde akım akmasına neden olmaktadır. Limitörün bu özelliğinden dolayı kısa devre sırasında sabit ve hareketli kontaklarda oluşan manyetik alan etkisiyle zıt bir kuvvet oluşmaktadır. Kısa devre akımında oluşan bu zıt kuvvet sabit kontak ve hareketli kontağın birbirinden hızlı bir şekilde ayrılmasını sağlamaktadır. Limitörsüz olan devre kesicide bu süre daha uzun olmakta ve bu süre içerisinde geçen yüksek akım şalterin koruduğu devreye zarar verebilmektedir.
Bu çalışmada, farklı tiplerde limitör özelliğine sahip olan ve limitör özelliğine sahip olmayan devre kesicilere IHP (International High Power Test Laboratory) laboratuvarında kısa devre deneyleri yapılmıştır. Limitörlü ve limitörsüz olarak farklı devre kesicilere yapılan kısa devre deneylerindeki açma süreleri ve ark sırasında açığa çıkan enerji miktarları karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak limitör özelliğine sahip devre kesicinin açma süresinin daha kısa ve daha az ark enerjisi ile açtırma yaptığı görülmüştür. Ancak limitör özelliğine sahip olmayan devre kesicinin ise açma süresinin daha uzun ve daha çok ark enerjisi ile açtırma yaptığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Devre kesici, kısa devre test, limitör, akım sınırlama

Teşekkür

Yapılan bu çalışmada tasarım ve deney aşamalarında desteklerini esirgemeyen FEDERAL Elektrik Yatırım ve Ticaret A.Ş. firmasına teşekkür ederiz.

Kaynakça

• [1] F. Yang, Y. Wu, M. Rong, H. Sun, A. B. Murphy, Z. Ren, and C. Niu, “Low-voltage circuit breaker arcs simulation and measurements,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 46, no. 27, pp. 1-19, 2013.
• [2] P. Freton and J. J. Gonzalez, “Overview of current research into low-voltage circuit breakers,” The Open Plasma Physics Journal, vol. 2, no. 1, pp. 105-119, 2009.
• [3] F. Yang, M. Rong, Y. Wu, A. B. Murphy, J. Pei, L. Wang, and Y. Liu, “Numerical analysis of the influence of splitter-plate erosion on an air arc in the quenching chamber of a low-voltage circuit breaker,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 43, no. 43, pp. 1-12, 2010.
• [4] M. F. Yapıcıoğlu, H. H. Sayan, and H. Terzioğlu, “Karabük ilindeki alçak gerilim dağıtım sistemlerinde elektrik tüketiminin analizi,” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 16, s. 1, 411-417, 2019.
• [5] L. Kui, L. U. Jian-Guo, W. Yi, Q. Zhi-jun and Y. Dong-mei, “Research on the overload protection reliability of moulded case circuit-breakers and its test device,” Journal of Zhejiang University-Science A, vol. 8, no. 3, pp. 453-458, 2007.
• [6] Y. Yılmaz, “Alçak gerilim koruma ve kontrol sistemi,” Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 7, s. 1, ss. 17-21, 2003.
• [7] F. Bizzarri, A. M. Brambilla, L. Ghezzi and F. Rigamonti, “Circuit level model of miniature circuit breakers,”. IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 33, no. 6, pp. 2700-2709, 2018.
• [8] A. Abramovitz and M. Smedley, “Survey of solid-state fault current limiters,” IEEE Transactions on power electronics, vol. 27 no. 6, pp. 2770-2782, 2012.
• [9] Wikipedia, URL: https://federal.com.tr/limitorsuz-bir-devre-kesici-akimini-nasil-sinirlandirmaktadir/ (Erişim zamanı; Nisan, 10, 2020).
• [10] H. Radmanesh, S. H. Fathi, G. B. Gharehpetian and A. Heidary, “A novel solid-state fault current-limiting circuit breaker for medium-voltage network applications,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 31 no. 1, pp. 236-244, 2015.
• [11] Ö. Görgüç, “Elektromanyetik fırlatıcı tasarımı ve namlu çıkış hızı ölçüm sistemi,” Yüksek lisans tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, Türkiye, 2019.
• [12] O. C. Usta, “Yüksek gerilim enerji iletim hatlarının meydana getirdiği elektrik ve manyetik alanlar,” Yüksek lisans tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2010.
• [13] S. Sezginer, “Yapay sinir ağları ile elektriksel sistemlerde aşırı akım kavramı için kontrol sistemleri tasarımı,” Yüksek lisans tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2015.
• [14] K. R. Cooper, “Proposed IEEE blue book-application guide for low voltgea molded case circuit breakers and power circuit breakers,” in Conference Record. Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, IEEE, pp. 1-2, 1991.
• [15] Tartaglia, M., & Mitolo, M. “Evaluation of the prospective Joule integral to assess the limit short circuit capability of cables and busways,” In 2008 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, IEEE, pp. 1-5, 2008.