Devre Kesicinin Seçimi ve Ayarlanması: Temel Parametrelerden Seçici Korumaya Kılavuz

Kırpıcıların Sınıflandırılması

(1) Hava Kırpıcısı (ACB)
Hava kırpıcısı, genellikle kalıp çerçeveli veya evrensel kırpıcı olarak da bilinir ve tüm bileşenleri yalıtılmış metal bir çerçeve içinde barındırır. Genellikle açık tip olup, çeşitli eklentilerin monte edilmesine olanak sağlar ve kontakların ve parçaların kolay değiştirilmesini sağlar. Genellikle ana güç kaynağı anahtarı olarak kullanılır. Aşırı akım kaskatları elektromanyetik, elektronik ve akıllı tiptedir. Kırpıcı dört aşamalı koruma sağlar: uzun süreli gecikme, kısa süreli gecikme, anlık ve yer hatası koruması. Her koruma ayarı, çerçeve boyutuna bağlı olarak bir aralıkta ayarlanabilir.

Hava kırpıcıları, 50Hz'lik AC, 380V veya 660V'luk nominal gerilimlerde ve dağıtım ağlarında 200A ile 6300A arasındaki nominal akımlarda uygundur. Elektrik enerjisinin dağıtılmasında ve devrelerin ve güç ekipmanının aşırı yük, düşük gerilim, kısa devre, tek fazlı topraklama ve diğer hatalardan korunmasında yaygın olarak kullanılır. Bu kırpıcılar, çoklu akıllı koruma fonksiyonları sunar ve seçici koruma sağlar. Normal koşullarda, devrelerin nadiren açılması için kullanılabilir. 1250A'ya kadar olan ACB'ler, 50Hz, 380V ağındaki motorları aşırı yük ve kısa devreden korumak için kullanılabilir.

Hava kırpıcıları ayrıca, transformatörlerin 400V tarafındaki ana anahtarlar, otobüs bağlayıcı anahtarlar, yüksek kapasiteli besleme anahtarları ve büyük motor kontrol anahtarları olarak yaygın olarak kullanılır.

(2) Kalıp Çerçeveli Kırpıcı (MCCB)
Ayrıca takılı kırpıcı olarak da bilinen kalıp çerçeveli kırpıcı, uç noktaları, kontakları, kemer söndürme odalarını, kaskat birimlerini ve işletme mekanizmalarını plastik bir kaplamada barındırır. Yardımcı kontaklar, düşük gerilim kaskat birimleri ve şunt kaskat birimleri genellikle modülerdir. Yapı kompakt olup, genellikle bakım düşünülmez. Dal devre koruması için uygundur. Kalıp çerçeveli kırpıcılar genellikle termo-manyetik kaskat birimleri içerirken, daha büyük modeller katı hal kaskat sensörleri ile donatılabilir.

MCCB'ler için aşırı akım kaskatları, elektromanyetik ve elektronik tiplerde mevcuttur. Genellikle, elektromanyetik MCCB'ler seçici değildir ve sadece uzun süreli gecikme ve anlık koruma sağlar. Elektronik MCCB'ler, uzun süreli gecikme, kısa süreli gecikme, anlık ve yer hatası koruması olmak üzere dört koruma fonksiyonu sunar. Bazı yeni tanıtılan elektronik MCCB'ler ayrıca bölge seçici kilitleme özelliğine de sahiptir.

Kalıp çerçeveli kırpıcılar genellikle besleme devre kontrolü ve koruması, küçük dağıtım transformatörlerin düşük gerilim tarafındaki ana anahtarlar, sonik güç dağıtım kontrolü ve çeşitli üretim makineleri için güç anahtarları olarak kullanılır.

(3) Küçük Boy Kırpıcı (MCB)
Küçük boy kırpıcı, bina elektrik terminal dağıtım sistemlerinde en yaygın kullanılan terminal koruma cihazıdır. Tek fazlı ve üç fazlı devrelerde, 125A'ya kadar kısa devre, aşırı yük ve aşırı gerilim koruması için kullanılır ve tek kutup (1P), çift kutup (2P), üç kutup (3P) ve dört kutup (4P) yapılandırmalarında mevcuttur.

Bir MCB, işletme mekanizması, kontaklar, koruma cihazları (çeşitli kaskat birimleri) ve kemer söndürme sistemi içerir. Ana kontaklar manuel veya elektrikle kapatılır. Kapatıldıktan sonra, serbest kaskat mekanizması kontakları kapalı konumda kilitler. Aşırı akım kaskat bobinin ve termal kaskat birimin ısıtma elementi ana devreyle seri bağlantıdır, düşük gerilim kaskat bobini ise güç kaynağıyla paralel bağlantıdır.

Sivil bina elektrik tasarımında, küçük boy kırpıcılar genellikle aşırı yük, kısa devre, aşırı akım, gerilim kaybı, düşük gerilim, topraklama, sızıntı, çift güç kaynağı otomatik geçiş ve nadiren motor başlatma gibi koruma ve işlem amaçları için kullanılır.

Kırpıcıların Temel Karakteristik Parametreleri

(1) Nominal İşletme Gerilimi (Ue)
Nominal çalışma gerilimi, kırpıcının nominal gerilimidir. Belirtilen normal kullanım ve performans koşulları altında bu gerilim altında sürekli çalışabilir.

Çin'de, 220kV'ye kadar olan gerilim seviyeleri için maksimum çalışma gerilimi sistem nominal geriliminin 1.15 katıdır; 330kV ve üzeri için maksimum çalışma gerilimi nominal gerilimin 1.1 katıdır. Kırpıcı, sistemin maksimum çalışma geriliminde izolasyonunu koruyacak ve kapatma ve kesme işlemlerini gerçekleştirebilecek şekilde olmalıdır.

(2) Nominal Akım (In)
Nominal akım, kaskat biriminin 40°C'nin altında çevresel sıcaklıkta sürekli taşıyabileceği akımdır. Ayarlanabilir kaskat birimli kırpıcılar için, bu, kaskat biriminin sürekli taşıyabileceği maksimum akımı ifade eder.

40°C'nin üzerinde ancak 60°C'yi aşmayan çevresel sıcaklıklarda kullanıldığında, kırpıcı uzun vadede azaltılmış yük altında çalışabilir.

(3) Aşırı Yük Kaskat Akımı Ayarı (Ir)
Akımlar kaskat biriminin Ir ayarından fazla olduğunda, kırpıcı bir zaman gecikmesinden sonra kaskat eder. Ayrıca, kırpıcının kaskat etmeden taşıyabileceği maksimum akımı da temsil eder. Bu değer, maksimum yük akımı Ib'den büyük olmalı, ancak devrenin maksimum izin verilen akımı Iz'den küçük olmalıdır.

Termo-manyetik kaskat birimler için, Ir genellikle 0.7–1.0In arasında ayarlanabilir. Elektronik kaskat birimler için, ayar aralığı genellikle daha geniş olup, tipik olarak 0.4–1.0In arasındadır. Ayarlanamayan aşırı akım kaskat birimleri için, Ir = In.

(4) Kısa Devre Kaskat Akımı Ayarı (Im)
Kısa devre kaskat birimi (anlık veya kısa süreli gecikme), yüksek hata akımlarının oluştuğunda kırpıcıyı hızlıca kaskat eder. Kaskat eşiği Im'dir.

(5) Nominal Kısa Süre Dayanıklılık Akımı (Icw)
Bu, belirli bir süre boyunca geçirilebilen ve ısıl nedenli hasara yol açmadan geçen akım değeridir.

(6) Kesme Kapasitesi
Kırpıcının kesme kapasitesi, güvenli bir şekilde hata akımlarını kesme yeteneğini ifade eder ve bu, her zaman nominal akımıyla ilişkili olmayabilir. Yaygın kapasiteler 36kA ve 50kA'dır. Genellikle, son kısa devre kesme kapasitesi (Icu) ve hizmet kısa devre kesme kapasitesi (Ics) olarak ikiye ayrılır.

Kırpıcı Seçimi için Genel İlkeler

Öncelikle, uygulamaya göre türü ve kutup sayısını seçin; ardından, maksimum çalışma akımına göre nominal akımı seçin; nihayetinde, kaskat birimi türünü ve eklentileri seçin. Özel gereksinimler şunlardır:

• Kırpıcının nominal çalışma gerilimi ≥ hat nominal gerilimi.

• Kırpıcının nominal kısa devre açma/kesme kapasitesi ≥ hatın hesaplanmış yük akımı.

• Kırpıcının nominal kısa devre açma/kesme kapasitesi ≥ hatın maksimum mümkün kısa devre akımı (genellikle RMS değeri olarak hesaplanır).

• Hat ucundaki tek fazlı-toprağa kısa devre akımı ≥ kırpıcının anlık (veya kısa süreli gecikme) kaskat ayarının 1.25 katı.

• Düşük gerilim kaskat biriminin nominal gerilimi = hat nominal gerilimi.

• Şunt kaskat biriminin nominal gerilimi = kontrol güç kaynağı gerilimi.

• Elektrikli işletme mekanizmasının nominal çalışma gerilimi = kontrol güç kaynağı gerilimi.

• Aydınlatma devrelerinde kullanıldığında, manyetik kaskat biriminin anlık kaskat ayarı genellikle yük akımının 6 katıdır.

• Tek bir motora kısa devre koruması için kırpıcı kullanıldığında, anlık kaskat ayarı, motora başlangıç akımının 1.35 katıdır (DW serisi için) veya 1.7 katıdır (DZ serisi için).

• Birden fazla motora kısa devre koruması için kırpıcı kullanıldığında, anlık kaskat ayarı, en büyük motorun başlangıç akımının 1.3 katı artı diğer motorların çalışma akımlarıdır.

• Dağıtım transformatörünün düşük gerilim tarafındaki ana anahtar olarak kırpıcı kullanıldığında, onun kesme kapasitesi, transformatörün düşük gerilim tarafındaki kısa devre akımını aşmalıdır. Kaskat biriminin nominal akımı, transformatörün nominal akımından daha az olmamalıdır. Kısa devre koruma ayarı genellikle transformatörün nominal akımının 6–10 katıdır; aşırı yük koruma ayarı, transformatörün nominal akımına eşittir.

• Kırpıcı türünü ve derecesini önseçtikten sonra, yukarı ve aşağı koruma cihazlarıyla uyum sağlamak için koordinasyon gereklidir, böylece ardışık kaskat ve kazanın kapsamını minimize etmek için gereklidir.

Kırpıcıların Seçiciliği

Dağıtım sistemlerinde, kırpıcılar koruma performanslarına göre seçici veya seçici olmayan olarak sınıflandırılır. Seçici düşük gerilimli kırpıcılar, iki aşamalı veya üç aşamalı koruma sunar. Anlık ve kısa süreli gecikme karakteristikleri kısa devre koruması için, uzun süreli gecikme karakteristiği aşırı yük koruması için kullanılır. Seçici olmayan kırpıcılar genellikle anlık olarak, sadece kısa devre koruması için veya uzun süreli gecikme olarak, sadece aşırı yük koruması için kullanılır.

Dağıtım sistemlerinde, yukarıdaki kırpıcı seçici ve aşağıdaki kırpıcı seçici olmayan veya seçiciyse, seçicilik, kısa süreli gecikme kaskat biriminin zaman gecikmesi veya zaman gecikme ayarlarındaki farklılıklar kullanılarak sağlanır. Yukarıdaki kırpıcı zaman gecikmesi ile çalıştığında, aşağıdaki noktaları göz önünde bulundurun:

• Aşağıdaki kırpıcı seçici veya seçici olmasından bağımsız olarak, yukarıdaki kırpıcının anlık aşırı akım kaskat ayarı, genellikle aşağıdaki kırpıcının çıkışındaki maksimum üç fazlı kısa devre akımının 1.1 katından daha az olmamalıdır.

• Eğer aşağıdaki kırpıcı seçici olmayanysa, kısa devrede aşağıdaki anlık kaskat biriminin yeterli hassasiyeti olmadığından dolayı yukarıdaki kısa süreli gecikme aşırı akım kaskat biriminin önceden çalışmasını önlemek için, yukarıdaki kırpıcının kısa süreli gecikme aşırı akım kaskat ayarı genellikle aşağıdaki kırpıcının anlık kaskat biriminin 1.2 katından daha az olmamalıdır.

• Eğer aşağıdaki kırpıcı da seçiciyse, seçiciliği sağlamak için, yukarıdaki kırpıcının kısa süreli gecikme çalışma süresi, aşağıdaki kırpıcının çalışma süresinden en az 0.1 saniye daha uzun olmalıdır.

Genellikle, yukarı ve aşağı düşük gerilimli kırpıcılar arasında seçiciliği sağlamak için, yukarıdaki kırpıcıya kısa süreli gecikme aşırı akım kaskat birimi tercih edilmelidir ve çalışma akımı, aşağıdaki kaskat biriminin en az bir seviye üstünde olmalıdır. En azından, yukarıdaki çalışma akımı Iop.1, aşağıdaki çalışma akımı Iop.2'nin 1.2 katından daha az olmamalıdır, yani Iop.1 ≥ 1.2Iop.2.

Kırpıcıların Ardışık Koruması

Dağıtım sistem tasarımında, yukarı ve aşağı kırpıcılar arasındaki uyum, "seçicilik, hız ve hassasiyet" sağlanması gerekir. Seçicilik, kırpıcılar arasındaki uyumluluğu, hız ve hassasiyet ise koruma cihazının özellikleri ve devrenin çalışma modu ile ilgilidir.

Yukarı ve aşağı kırpıcılar arasındaki uygun uyum, hatalı devrenin seçici olarak izole edilmesini sağlar ve diğer hatalı olmayan devrelerin normal işlemeye devam etmesini sağlar. Kötü uyum, sistemin güvenilirliğini etkiler.

Ardışık koruma, kırpıcıların akımyönetici özelliklerinin pratik bir uygulamasıdır. Ana prensipi, yukarıdaki kırpıcının (QF1) akımyönetici etkisini kullanarak, daha düşük kesme kapasiteli aşağıdaki bir kırpıcı (QF2) seçebilmektir, bu da maliyeti azaltır. Akımyönetici yukarıdaki kırpıcı QF1, kurulum noktasındaki maksimum potansiyel kısa devre akımını kesme yeteneğine sahiptir. Yukarı ve aşağı kırpıcılar seri bağlı olduğundan, aşağıdaki kırpıcı QF2'nin çıkışı nda kısa devre olduğunda, QF1'in akımyönetici etkisiyle gerçek kısa devre akımı, o noktadaki potansiyel kısa devre akımdan çok daha düşük olur. Böylece, QF2'nin kesme kapasitesi, QF1 tarafından etkili bir şekilde artırılır ve nominal kesme kapasitesini aşar.

Ardışık korumanın bazı şartları vardır: Örneğin, komşu devrelerde kritik yükler olmamalıdır (QF1'in kaskat etmesi, QF3 devresinin de enerjisini kestiğinden), QF1 ve QF2'nin anlık ayarları uygun şekilde eşleştirilmelidir. Ardışık veriler yalnızca deneysel olarak belirlenebilir ve yukarı ve aşağı kırpıcılar arasındaki uyum üreticiden sağlanmalıdır.

Kırpıcıların Hassasiyeti

Kırpıcının anlık veya kısa süreli gecikme aşırı akım kaskat biriminin minimum sistem çalışma koşullarında ve koruma aralığındaki en hafif kısa devre hatası sırasında güvenilir çalışması için, kırpıcının hassasiyeti, "Düşük Gerilimli Elektrik Dağıtım Tasarım Talimatı" (GB50054-95)'nin Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3 koşulunu karşılamalıdır. Burada, Iop, anlık veya kısa süreli gecikme aşırı akım kaskat biriminin çalışma akımı, Ik.min, minimum sistem çalışma koşullarında korunan devrenin ucundaki tek fazlı veya iki fazlı kısa devre akımı, Sp ise kırpıcının hassasiyetidir.

Kırpıcı seçildiğinde, hassasiyeti de doğrulanmalıdır. Hem kısa süreli gecikme hem de anlık aşırı akım kaskat birimi olan seçici kırpıcılar için, sadece kısa süreli gecikme kaskat biriminin hassasiyeti kontrol edilir; anlık kaskat biriminin hassasiyeti kontrol edilmez.

Kırpıcı Kaskat Birimlerinin Seçimi ve Ayarlanması

(1) Anlık Aşırı Akım Kaskat Birimi Çalışma Akımının Ayarlanması
Belirli elektrik ekipmanları, kırpıcı tarafından korunurken, başlangıç sırasında nominal akımdan birkaç kat daha yüksek zirve akımlara sahiptir, bu da kırpıcıya kısa süreli yüksek zirve akımlarına maruz kalmasına neden olur. Anlık aşırı akım kaskat biriminin çalışma akımı Iop(o), devrenin zirve akımı Ipk'yi aşmalıdır, yani Iop(o) ≥ Krel·Ipk, burada Krel güvenilirlik faktörüdür. Bir kırpıcı seçerken, anlık aşırı akım kaskat ayarının zirve akımı aşmasını sağlamak için, rahatsız edici kaskatlardan kaçınmalıdır.

(2) Kısa Süreli Gecikme Aşırı Akım Kaskat Birimi Çalışma Akımı ve Zamanının Ayarlanması
Kısa süreli gecikme aşırı akım kaskat biriminin çalışma akımı Iop(s) de, devrenin zirve akımı Ipk'yi aşmalıdır, yani Iop(s) ≥ Krel·Ipk, burada Krel güvenilirlik faktörüdür. Kısa süreli gecikme kaskat süreleri genellikle 0.2s, 0.4s veya 0.6s olup, yukarı ve aşağı koruma cihazlarıyla seçiciliğe dayanarak belirlenir, böylece yukarıdaki cihaz aşağıdakiden bir adım daha sonra çalışır.

(3) Uzun Süreli Gecikme Aşırı Akım Kaskat Birimi Çalışma Akımı ve Zamanının Ayarlanması
Uzun süreli gecikme aşırı akım kaskat birimi, genellikle aşırı yük koruması için kullanılır. Çalışma akımı Iop(l), sadece devrenin maksimum yük akımını (hesaplanan akım I30) aşmalıdır, yani Iop(l) ≥ Krel·I30, burada Krel güvenilirlik faktörüdür. Çalışma süresi, kısa vadeli aşırı yüklerin izin verilen süresini aşmalıdır, böylece rahatsız edici kaskatlardan kaçınılabilir.

(4) Aşırı Akım Kaskat Birimi Çalışma Akımı ile Korunan Devre Arasındaki Koordinasyon Gereksinimleri
Aşırı yük veya kısa devre nedeniyle izolasyon hasarı veya yangın olmadan kırpıcının kaskat etmemesi için, aşırı akım kaskat biriminin çalışma akımı Iop, Iop ≤ Kol·Ial koşulunu sağlamalıdır. Burada, Ial izole kablonun taşınabilir kapasitesidir; Kol, kısa vadeli aşırı yük faktörüdür - genellikle anlık ve kısa süreli gecikme kaskat birimleri için 4.5, kısa devre koruması için kullanılan uzun süreli gecikme kaskat birimleri için 1.1, sadece aşırı yük koruması için kullanılan uzun süreli gecikme kaskat birimleri için 1.0'dur. Eğer bu koordinasyon gereksinimi karşılanmıyorsa, kaskat biriminin ayarları değiştirilmeli veya iletken veya kablo kesiti uygun şekilde artırılmalıdır.