Aşırı Gerilim Koruyucu ve Devre Kesici: İşlevleri ve Uygulamaları

Bir dalgalanma önleyici, geçici aşırı gerilimi sınırlar; bir devre kesici ise aşırı akımı keser. Bu, herhangi bir aşırı gerilim tutucu ile devre kesici karşılaştırmasındaki temel farktır. Bu iki cihaz farklı arızalara tepki verir, farklı şekillerde bağlanır ve hiçbiri diğerinin yerini tutmaz. Yıldırım veya anahtarlama dalgalanmalarına maruz kalan bir sistemde normalde bir dalgalanma önleyici veya aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) gerekirken, aynı sistemde aşırı yük ve kısa devre koruması için yine de bir devre kesiciye ihtiyaç duyulur.

Bu kılavuz, aşırı gerilim tutucu ile devre kesicinin işlevlerini karşılaştırır, her birinin bir arıza durumunda nasıl davrandığını açıklar ve bu iki ürünün elektrik şebekesi, bina ve güneş enerjisi uygulamalarında hangi alanlarda birlikte çalıştığını gösterir. Bu kılavuz, teknik şartnameleri incelerken bu iki ürün arasındaki sınırları net bir şekilde belirlemesi gereken mühendisler, panolara yönelik üretim yapanlar ve satın alma sorumluları için hazırlanmıştır.

Aşırı Gerilim Koruyucu ve Devre Kesici: Bir Bakışta

Ürün adından ziyade arıza türünden başlayın. Bir aşırı gerilim sınırlayıcı, gerilimi sınırlayan bir cihazdır: Gerilim referans seviyesinin üzerine çıktığında iletkenlik gösterir ve gerilim normale döndüğünde iletkenliği keser. Bir devre kesici ise akımı kesen bir cihazdır: Akım, tasarlanan eşik değerini aştığında kontaklarını açar. Aşağıdaki tablo, bu kılavuzun genelinde kullanılan karşılaştırmayı özetlemektedir.

Yalnızca kavramsal bir karşılaştırmadır; kablo şeması değildir ve ölçekli değildir.

Bir Aşırı Gerilim Koruyucusunun İşlevi: Gerilim Sınırlama, Akım Kesme Değil

Bir aşırı gerilim tutucu, korunan ekipman üzerinde ortaya çıkan gerilimi sınırlamak üzere tasarlanmıştır. Tutucunun içindeki metal oksit varistörler (MOV), gerilim kontrollü bir anahtar gibi davranır: normal sistem geriliminde yüksek dirençli kalırlar ve gerilim tutucunun referans geriliminin üzerine çıktığında iletken hale gelirler. İletim sırasında aşırı gerilim önleyici, aşırı gerilim akımını toprağa boşaltır ve gerilimi sabitler; geçici durum geçtikten sonra iletim durur ve önleyici yüksek empedans durumuna geri döner.

Aşırı gerilim tutucu, aşırı gerilim olayından sonra sürekli bir arıza akımının akmasına izin vermemesi gerektiğinden, tasarımı, toprağa doğru giden güç takip akımını önlemeli ve bağlı olduğu sistemin sürekli güç frekansı gerilimine dayanabilmelidir. Eaton’ın aşırı gerilim önleyicileriyle ilgili temel bilgiler Aynı işlevleri yerine getirirler: dalgalanma akımını boşaltma veya baypas etme, gerilimi sınırlama, takip akımını önleme ve ilgili standardın nominal değerleri dahilinde bu işlemi tekrarlama. Bu nedenle, paratoner seçimi sırasında maksimum sürekli çalışma gerilimi, geçici aşırı gerilim (TOV) dayanımı, deşarj kapasitesi ve korunan ekipmanın yalıtım seviyesi dikkate alınmalıdır.

“Aşırı gerilim tutucu” terimi, çeşitli gerilim aralıklarında kullanılmaktadır. Orta ve yüksek gerilimde, tutucular havai hatlara, transformatörlere, şalt sistemlerine ve trafo merkezlerine uygulanır ve IEC 60099 ile IEEE C62.11 gibi standartlara göre derecelendirilir ve test edilir. Düşük gerilimde, işlevsel olarak benzer olan cihaz genellikle aşırı gerilim koruma cihazı (SPD) olarak adlandırılır ve IEC 61643 serisi veya UL 1449 standartlarına göre test edilir. Çalışma prensibi aynıdır: aşırı gerilimi sınırlamak, yük akımını kesintiye uğratmamak.

Devre Kesicinin İşlevi: Akım Kesintisi, Gerilim Sınırlaması Değil

Bir devre kesici, koruduğu devreden geçen akımı izler ve bu akım aşırıya çıktığında otomatik olarak açılır. Bu cihaz, iki yaygın durumu kapsar: akımın, devreye yük bindirecek kadar uzun süre nominal değerin üzerinde kaldığı aşırı yük durumu ve bir arıza nedeniyle akımın nominal değerin çok üzerine çıktığı ve hızlı bir şekilde giderilmesi gereken kısa devre durumu. Arıza giderildikten sonra kesici normalde yeniden kapatılabilir; bu nedenle, hizmet sürekliliğinin önemli olduğu durumlarda tek kullanımlık sigortalara tercih edilir.

Bir kesici seri olarak bağlanır, bu nedenle tüm yük akımı kesiciden geçer. Çalışması mekaniktir ve zaman alır: bir minyatür devre kesici (MCB), arıza seviyesine ve açma karakteristiğine bağlı olarak tipik olarak birkaç milisaniye ile on milisaniye arasında bir sürede arızayı giderir. Bu hız, aşırı akım koruması için yeterlidir; ancak kesici, elektronik devrelere zarar veren kısa süreli gerilim dalgalanmalarını algılayamaz. Daha yüksek bir gerilim derecesine veya daha hızlı bir açma eğrisine sahip bir kesici, gerilim sınırlama özelliği kazandırmaz.

Farklı uygulamalar, farklı kesici tasarımları gerektirir: son devreler için bir MCB, daha yüksek akımlar için bir kalıplı gövdeli devre kesici (MCCB) ve güneş panellerinde olduğu gibi beslemenin doğru akım olduğu durumlarda doğru akım (DC) dereceli kesiciler. Temel prensip aynıdır: akım değerini, açma karakteristiğini ve kesme kapasitesini, ani akım dalgalanmalarına karşı koruma için değil, devreye uygun olarak seçin.

Temel İşlevsel Farklılıklar

Bu iki cihazı karşılaştırırken en önemli üç fark şunlardır: algıladıkları arıza türü, tepki hızları ve niteliği ile sonrasında sistemde meydana gelenler.

• Farklı ölçülen büyüklük. Aşırı gerilim önleyici gerilime tepki verir; kesici ise akıma tepki verir. Yıldırım kaynaklı bir dalgalanma, kesicinin algılaması için tasarlandığı bir aşırı akımı hemen oluşturmadan gerilimi yükseltebilir. Buna karşılık, normal gerilimde bir aşırı yük devam edebilir; aşırı gerilim önleyici ise tasarım gereği bunu göz ardı eder.
• Farklı çalışma prensibi. Aşırı gerilim tutucu anlık olarak iletken hale gelir ve ardından yalıtkan durumuna geri döner; bu nedenle korunan devre normal olarak çalışmaya devam eder. Kesici, fiziksel bir boşluk oluşturarak devreyi keser; bu nedenle, kesici yeniden kapatılıp arıza giderilene kadar güç akışı durur.
• Kullanım ömrü sonu davranışlarında farklılık. Tekrarlanan aşırı yüklemelere maruz kalan bir parafudr, bozulabilir ve kısa devre durumuna yol açabilir; bunu devre dışı bırakmak için iç veya dış bir ayırıcı kullanılır. Bir arızayı gideren bir kesici, yeniden kullanılabilir durumda kalır; ancak önemli bir kesinti sonrasında performansı kontrol edilmelidir.

Neden Bir Cihaz Diğerinin Yerini Tutamaz?

“Koruma” kavramını tek bir işlev olarak ele almak cazip gelse de, bu iki cihaz farklı arızaları kapsar. Bir devre kesici, ani bir gerilim dalgalanmasını sınırlayamaz: tepki süresi milisaniye cinsinden ölçülür ve bu, yıldırım geçici akımının mikrosaniyelik yükselme süresinden çok daha yavaştır; ayrıca, sadece belirli bir gerilim değerinin üzerinde iletken hale getirecek bir gerilim referans elemanı da yoktur. Bir dalgalanma hassas ekipmana ulaşırsa, kesici daha sonra ortaya çıkan akım nedeniyle devre dışı kalsa bile aşırı gerilim hasarını önleyemez.

Bir aşırı gerilim tutucu, yük koruyucusu olarak da aynı derecede uygun değildir. Yük akımını ölçmez ve aşırı yüklenmiş veya kısa devre yapmış bir devreyi devre dışı bırakacak bir mekanizmaya sahip değildir. Aşırı akım korumasını bir aşırı gerilim tutucusuna bırakmak, bir arıza sırasında kablolama ve ekipmanı termal ve manyetik gerilime maruz bırakır.

Bazı ürünler, SPD işlevini ve devre kesme işlevini tek bir muhafaza içinde birleştirir; örneğin, entegre MCB’ye sahip takılabilir bir SPD veya aşırı gerilim koruma devre kesicisi. Bu birleşik cihaz, her iki gereksinimi de karşılamak için kullanışlı bir yol olabilir; ancak bu, yalnızca beyan edilen değerler ve test edilmiş koordinasyon sınırları dahilinde geçerlidir. Kombine bir ürün, her bir fonksiyonun ayrı ayrı yerine getirilmesi gereken görevlerini göz ardı etme izni anlamına gelmez. SPD yedekleme cihazının seçilmesine ilişkin ayrıntılı kurallar, site kılavuzunda ele alınmaktadır: SPD yedek sigortası veya devre kesici seçimi.

Uygulamalar: Her Bir Cihazın Uygun Olduğu Alanlar

Uygulamada bu iki cihaz genellikle birlikte planlanır; aşırı gerilimi önleyici (SPD) aşırı gerilimi, kesici veya sigorta ise aşırı akımı önler.

Kamu Hizmetleri ve Endüstriyel Orta Gerilim Tesisatları

Aşırı gerilim tutucular, transformatörlerin yakınına, hat girişlerine, havai hattın kabloya geçtiği yükseltici direklere ve aksi takdirde gerilimin iki katına çıkabileceği açık noktalara monte edilir. İlgili devre kesici, hattı ve transformatörü arıza akımından korur ve devre açma işlevini yerine getirir. Aşırı gerilim önleyici, yalıtımı zorlayan yıldırım veya anahtarlama aşırı gerilimini sınırlar; kesici ise yalıtım arızası veya sistem arızasının ardından ortaya çıkan arıza akımını yönetir.

Bina ve Alçak Gerilim Dağıtımı

Hizmet girişinde veya bir dağıtım panosunda, yüklerin önüne paralel olarak Tip 1 veya Tip 2 bir SPD bağlanır ve MCB’ler çıkış devrelerini korur. SPD, besleme hattından gelen aşırı gerilim dalgalanmalarını sınırlar; her bir MCB ise kendi devresini aşırı yük ve kısa devreye karşı korur. SPD'nin kullanım ömrü sona erdiğinde, ayırıcı veya yukarı akımdaki bir koruma cihazı onu canlı baradan ayırır; böylece arızalı bir modül kalıcı bir arızaya neden olmaz. Bizim aşırı gerilim koruma cihazları serisi bu amaçla kullanılan Tip 1 ve Tip 2 AC SPD’leri kapsar.

Güneş Enerjisi ve Doğru Akım Uygulamaları

Fotovoltaik sistemler, aynı iş bölümüne bir DC boyutu ekler. Bir DC SPD, invertörü ve dizi kablolarını DC tarafında yıldırım kaynaklı dalgalanmalardan korurken, DC sınıfı MCB’ler veya PV sigortaları ise dizileri ve invertör girişini aşırı akımdan korur. İnvertörün AC tarafında ise bir AC SPD ve bir AC kesici aynı işlevleri yerine getirir. AC ve DC aşırı gerilim koruması arasındaki fark, sadece isimlendirmeyle ilgili bir ayrıntı değildir: gerilim, deşarj akımı ve arıza koşulları farklılık gösterdiğinden, doğru SPD ailesi seçilmelidir. Kılavuza bakınız: AC SPD ile DC SPD Arasındaki Seçim ve şunun genel bakışı: Güneş enerjisi devre kesicisinin seçimi uygulamaya özgü ayrıntılar için.

Her İki Cihazı Nasıl Seçmeli ve Birbiriyle Uyumlu Hale Getirmeli?

Bu iki işlev birbirini tamamlayıcı nitelikte olduğundan, eksiksiz bir tanımlama her iki seçimi de belirtir ve bunların bir arada var olabileceğini teyit eder.

• Devre için aşırı akım koruma cihazını seçin. Sistem gerilimini (AC veya DC), yük akımını, olası kısa devre akımını ve kablolama kısıtlamalarını belirleyin; ardından kesici veya sigorta sınıfını, akım değerini, açma karakteristiğini ve kesme kapasitesini seçin. Bir kesiciyi, asla bir SPD üzerinde yazılı olan dalgalanma akımı değerine göre seçmeyin.
• Aşırı gerilim uygulaması için uygun aşırı gerilim önleyiciyi veya SPD’yi seçin. Sistemin maksimum sürekli çalışma gerilimini, beklenen aşırı gerilim maruziyetini, gerekli koruma seviyesini ve kurulum yerini doğrulayın. Modelleri karşılaştırmadan önce Uc, Up, In ve Imax gibi SPD değerlerini inceleyin; kılavuza göre Iimp, In, Imax ve Up teknik özellikleri her bir değerin ne anlama geldiğini açıklar.
• Koordinasyonu kontrol edin. SPD üreticisinin talimatlarında genellikle, izin verilen yedek aşırı akım koruması ve SPD’nin dayanabileceği kısa devre koşulları belirtilir. Kendi başınıza bir kombinasyon oluşturmak yerine bu kombinasyonu uygulayın. Ayrı bir yedek cihazın gerekli olmadığı durumlarda, SPD’nin söz konusu uygulama için test edilmiş bir dahili kesiciye sahip olduğunu doğrulayın.
• Kurulum koşullarını kontrol edin. Arrestör veya SPD bağlantı kablolarını mümkün olduğunca kısa tutun; çünkü kablo endüktansı, etkin koruma seviyesini artırır. Topraklama ve iletken boyutlarını kurulum talimatlarına ve geçerli yönetmeliklere göre kontrol edin.

Aşırı Gerilim Koruyucu ve Devre Kesici: Sık Sorulan Sorular

Bir devre kesici, ekipmanı yıldırım kaynaklı aşırı gerilimlerden koruyabilir mi?

Hayır. Bir devre kesici, aşırı akımı keser ancak geçici aşırı gerilimi sınırlamaz. Yıldırım kaynaklı gerilim dalgalanmaları, devre kesici kapalı durumda olsa bile ekipmana zarar verebilir; ya da devre kesici, zarar verici akım çoktan akmış olduktan sonra devreye girebilir.

Aşırı gerilim koruyucu, devre kesicinin yerini alabilir mi?

Hayır. Bir paratoner, aşırı yüklenmiş veya kısa devre yapmış bir devreyi devre dışı bırakacak herhangi bir mekanizmaya sahip değildir. Aşırı akım koruması, devre için seçilmiş bir kesici veya sigorta ile sağlanmalıdır; bu görev bir paratoner’e verilemez.

Aşırı gerilim tutucular ve devre kesiciler birlikte kurulmalı mı?

Çoğu sistemde her iki işlev de gereklidir, ancak bunlar genellikle farklı noktalara monte edilir: aşırı gerilim önleyici veya SPD, gelen besleme hattında ya da korunacak ekipmanın üzerine; kesiciler ise korunan her devreye seri olarak bağlanır. SPD dalı için ayrı bir yedek kesici gerekip gerekmediği, bu sitedeki SPD yedek koruma kılavuzunda da belirtildiği üzere, SPD’nin tasarımına ve kullanım talimatlarına bağlıdır.

“Aşırı gerilim tutucu”, “aşırı gerilim koruma cihazı” ve “yıldırım tutucu” aynı şey midir?

Bu terimler birbiriyle örtüşse de tamamen aynı değildir. “Aşırı gerilim tutucu” terimi orta ve yüksek gerilimde yaygın olarak kullanılırken, “SPD” düşük gerilim cihazları için standart terimdir ve “yıldırım tutucu” terimi ise yıldırımla ilgili işlevini vurgular. Terminoloji ve derecelendirme bağlamındaki farklar, aşağıdakilerin karşılaştırmasında açıklanmaktadır: yıldırım önleyiciler ve aşırı gerilim önleyiciler.

Her iki işlevi de ayrı ayrı belirtin

Aşırı gerilim tutucu ile devre kesici arasındaki fark sorusunun pratik bir cevabı vardır: Her bir cihazın üstesinden gelmesi gereken arızayı belirlemek. Aşırı gerilim tutucu veya SPD, geçici aşırı gerilimi sınırlar; devre kesici ise aşırı yük ve kısa devre akımını keser. Sağlam bir teknik şartname her ikisini de belirtir, SPD yedekleme ve ayırıcı düzenlemesini teyit eder ve arızalı bir koruma bileşeninin nasıl tespit edileceğini ve değiştirileceğini açıklar.

Bir GA&DA projesi için, Teknik ekibe sistem geriliminizi, AC veya DC uygulamanızı, arıza akımı verilerinizi ve korunacak ekipmanı iletin ilgili SPD ve devre kesici belgelerini ve koordinasyon gerekliliklerini talep etmek için.