VAKUMLU KESİCİLER 1.GİRİŞ
Elektrik Enerjisi İletimi
Elektrik enerjisi, enerji santralinden kullanõcõlara bir elektrik şebekesi aracõlõğõ ile iletilir.
Şebekenin korunmasõ ve güvenliği açõsõndan bir sorun esnasõnda, istenilen herhangi bir noktada akõmõ kesebilme imkanõ şarttõr. Diğer önemli gereksinim ise normal ya da hata içeren her çeşit durumda akõmõn tekrar akmasõnõ sağlamaktõr.
Bu önemli görevleri yerine getirmek için tasarlanmõş aletleri seçerken de kesilecek akõm ve uygulama alanõ hakkõnda geniş bilgi edinilmesi çok önemlidir. (Tablo 1)
Tablo 1: Anahtar elemanlarõn özelliklerinin karşõlaştõrõlmasõ Akõm hakkõnda bilinmesi gerekenler 3 kategoriye ayrõlabilir:
1) Yük akõmõ, nominal akõmdan küçüktür. Nominal akõm, kullanõlan ekipmanõn, tavsiye edilen kullanõm ve işletme koşullarõnda sõnõrsõz çalõşabileceği akõm değerinin efektif değeridir.
2) Aşõrõ akõm, nominal değerin geçildiği değerdir.
3) Kõsa-devre akõmõ, şebekede oluşan bir hata sonucu meydana gelir. Değeri ise generatöre, hatanõn tipine ve şebekenin empedans değerlerine bağlõdõr.
Bunlarõn dõşõnda, seçilen bu aletlerin açma, kapama ve işletim esnasõnda maruz kaldõğõ bir çok etki vardõr:
- Dielektrik (gerilim)
- Termik (normal ve hata akõmlarõ) - Elektrodinamik (hata akõmlarõ) - Mekanik
AÇMA KAPAMA
BOŞTA YÜKTE KISADEVRE BOŞTA YÜKTE KISADEVRE İZOLASYON
Ayõrõcõ EVET HAYIR HAYIR EVET HAYIR EVET EVET
Toprak Anahtarõ
EVET HAYIR HAYIR EVET HAYIR EVET HAYIR
Anahtar EVET EVET HAYIR EVET EVET EVET EVET
Kontaktör EVET EVET HAYIR EVET EVET EVET HAYIR
Kesici EVET EVET EVET EVET EVET EVET HAYIR
Enerji Santrali
Transformatör istasyonu
Transformatör istasyonu
Transformatör istasyonu YG
Kullanıcıları
OG Kullanıcıları
AG Kullanıcıları
En önemli etkiler ise kõsa süreli çalõşma ve kesme anlarõnda meydana gelenlerdir.
Bunlar elektriksel ark dediğimiz olguyu da beraberlerinde getirirler. Ark davranõşõnõ önceden bildirmek ise akõm modelleme tekniklerine rağmen zordur.
Tecrübe ve deneysel çalõşmalar kesici elemanlarõn dizayn aşamalarõnda büyük rol oynarlar. Burada sözü edilen elemanlara “elektromekanik eleman” diyoruz. Günümüzde statik kesmeyi orta ve yüksek gerilimde kullanmak ne teknik ne de ekonomik olarak uygulanabilir değildir.
Kesici Nedir?
Şebekenin herhangi bir noktasõnda şebekeyi işletmek ve korumak için akımın kesilebilmesi ve iletilebilmesi zorunludur.
Kesiciler, devreyi aşağõdaki durumlarda açmaya ve kapamaya yarayan aygõtlardõr:
! Boşta
! Yükte
! Kõsa Devre Durumunda
Kesicilerin Genel Özellikleri
Tüm anahtar elemanlarõn yanõnda kesicilere baktõğõmõzda en enterasan eleman olduklarõnõ görürüz. Normal ve anormal koşullarda akõmõ işletme, kesme ve akõma direnme görevlerini birarada yerine getirebilirler.
Kesiciler aşağõdaki özelliklere sahiptirler:
" Kapalõ durumda mükemmel bir iletken
" Açõk durumda mükemmel bir izolatör
" Açma ve kapama işlemleri çok hõzlõ
Kesici Tipleri
Orta gerilim kademesi (1kV-52kV) en fazla kesici tekniğinin kullanõldõğõ gerilim kademesidir. Farklõ tekniklerin ortak amacõ ise elektriksel ark olgusuyla başa çõkmaktõr.
Kesiciler genellikle kesme ortamlarõna göre sõnõflandõrõlõrlar. Günümüzde kullanõlan en yaygõn kesiciler de şunlardõr:
# Hava ortamlõ kesiciler
# Yağ ortamlõ kesiciler
# Gaz ortamlõ kesiciler
# Vakumlu kesiciler
Vakumlu Kesicilerin Tarihçesine Kõsa Bir Bakõş
Vakumun ark söndürme özellikleri çok uzun zamandan beri bilinmesine rağmen, vakum kesicilerin ilk imalatõ ancak 1960’lõ yõllarõn sonunda gerçekleşmiştir.
İlk önemli araştõrma 1926 ile 1931 yõllarõ arasõnda California Teknoloji Enstitüsü tarafõndan yapõlmõştõr. Bu araştõrma sonunda birkaç laboratuar yapõlmõş, ancak o günün teknolojisi pratik ve ekonomik bir kesici geliştirmeyi sağlayamadõğõ için çalõşmalara son verilmiştir.
Vakuma ilgi 1950’li yõllarda tekrar uyanmõş ve bunun sonucunda o zamana kadar kullanõlan yağlõ kesicilerden daha uzun ömürlü ve güvenilir kesiciler yapõlmõştõr.
2.VAKUMDA ARK SÖNDÜRME
Hava içinde iki elektrot arasõndaki delinme gerilimi, hava basõncõnõn değişimi olarak çizilirse, “Paschen Eğrisi” elde edilir. Basõnç atmosfer basõncõnõn altõna indiği zaman 10-4 Torr basõncõna kadar dielektrik delinme, elektrod ağõrlõğõnda kalan moleküllerin iyonlaşarak birbirine çarpmasõ ile açõklanõr. Basõnç azaldõkça, elektrod aralõğõnda kalan moleküllerin iyonlaşarak birbirine çarpmasõ ile açõklanõr. Basõnç azaldõkça, elektrod aralõğõnda kalan moleküllerin ortalama yolu uzayacağõndan iyonlaştõrõcõ çarpõşmalar azalõr ve dolayõsõyla dielektrik dayanõm artar. 10-4 Torr basõnçta artõk gaz molekülleri arasõnda ortalama serbest yol 1 metre civarõndadõr. Vakum kesiciler 10-6 ile 10-7 Torr arasõnda çalõşõrlar ve bu basõnçlarda dielektrik davranõşlar elektrod yüzey etkisi ile belirlenir.
Elektrod aralõğõnda yeniden toparlanma geriliminin akõm sõfõrdan geçtikten sonra yükselme hõzõ Şekil-1 ‘de görülebilir.
Şekil-1 Elektrot aralõğõnda, akõm sõfõrdan geçtikten sonra yeniden topraklanma geriliminin yükselme hõzõ.
Kontaklar ayrõldõğõnda elektrod malzemesi buharlaşõr ve ark da bu metal buharlaşmasõnõn meydana getirdiği iyonlardõr.
Vakumda ark birbirinden ayrõ çok sayõda katot iyonlarõndan meydana gelmiştir.
Bunlardan her biri 10 ila 100 A arasõnda değişen akõm taşõr. Küçük amõlarda bunlar ayrõ ayrõ noktalar olmasõna rağmen ata akõmõ mertebesinde büyük akõmlarda, yüksek yoğunlukla bir veya birkaç ark olarak birleşerek kontak yüzeyi yapõşmasõ ve anottan metal buharlaşmasõna yol açabilir.
Bu nedenle çok sayõda katod noktalarõn muhafaza edilmesi gerekir. Bunun için kontaklar üzerinde arkõn dönmesini sağlayacak spiral yarõklar açõlõr.
3.VAKUM KESİCİLERİN YAPISI
Bir vakum kesicinin yapõsõ yukarõdaki şekilde gösterilmiştir.
Esas olarak seramik veya cam bir gövde içinde bir çift kontağõn yerleştirilip mührelenmesinden meydana gelmiştir.
Hareketli kontak paslanmaz çelik bir körük ile eksenel hareketi alõr. Vakumun yüksek dielektrik dayanõm nedeni ile kontağõn sõnõrlõ bir uzunluk içinde kalõr.Örneğin 11kV’ta kontak açõklõğõ 8mm’dir.
Kontağõn çevresinde paslanmaz çelikten bir örtü vardõr. Bu örtünün görevi metal buharlarõnõn yoğunlaşmasõnõ ve elektronlar arasõnda daha düzgün olarak dağõlõmõnõ sağlamaktõr.
Benzer bir eksen hareketli kontak sõzdõrmazlõk körüğü korur. Görüldüğü gibi arkõn oluşana ve sönme mekanizmasõ ile kontaklarõn imaltõ ve sõzdõrmazlõğõnõn sağlanmasõ teknolojilerinin karmaşõklõklarõna rağmen kesicinin yapõsõ basittir.
Kontaklar birbirinden ayrõlõrken oluşan ark üzerinden geçen akõm ilk akõm sõfõrõna kadar akar. Bu akõm sõfõrõnda ark söner ve maden buharõ elektrotlar ile yoğuşma ekranõ üzerinde yoğuşur. Ark 10 kA den yüksek ise ark sönmez Bunu önlemek için kontaklara özel bir biçim verilerek akõm yolu değiştirilir ve oluşacak magnetik alan etkisi ile ark elektrot çevresinde döner.
Verilen özel şekilli kontaklarda ark yayõlmõş durumda
Böylece kontak yüzeyünde sadece bir noktanõn aşõrõ õsõnmasõnõn önüne geçilmiş olur.
Akõm sõfõrõna yakõn değerlerde bu döner ark yayõlmõş ark biçimine geçer. Bu yöntemle kesicinin kesme yeteneği yükseltilmiş, kontaklarõn az aşõnmasõ ve kesme aralõğõnõn süratle yalõtkan duruma geçmesi sağlanmõş olur.
Özel şekil verilmiş kontaklar
Kontaklar üzerindeki magnetik kuvvetler
1. Tanõtõm Plakasõ
2. El kolu bağlantõ yuvasõ
3. “Açma yayõ kurulu” göstergesi 4. Açma sayõsõ sayacõ
5. “KAPALI / AÇIK” göstergesi 6. AG bağlantõ yuvasõ
7. “KAPA” butonu 8. “AÇ” butonu
9. Motor ve dişli kutusu 10. Kapama yayõ
11. Kapama bobini 12. Açma yayõ
1. Üst kesici desteği 2. Üst kontak 3. Dõş destek 4. Vakumlu kesici 5. Sürücü mekanizmasõ 6. Esnek bağlantõ elemanõ 7. Alt kesici desteği 8. Alt kontak
12. Üst mesnet izolatörü 14. Alt mesnet izolatörü 15. Manivela
16. Şaft
4.ÇALIŞMA ÖZELLİKLERİ
Vakum kesiciler genellikle vakumun yüksek dielektrik özelliğinin nedeni ile kõsa kurlu kesicilerdir. Kontaklar, kõsa meme üstüne kapamada yeterli basõnç sağlayan ve hareketin başõnda gerekli hõzõ alabilecek şekilde kontaklardõr.
Daha önce söylendiği gibi, ark kontak malzemesinin buharlaşmasõ pahasõnda elde edilmekte ve bu kontak yüzeyinin zamanla aşõnmasõna neden olmaktadõr. Bir kesicide en fazla aşõnma iç milimetre ile sõnõrlandõrõlmõştõr. Fakat deneyler ve işletmedeki kesintilerin muayenesi, böylesi aşõnmanõn olmadõğõnõ göstermiştir.
KESME OLAYI:
İdeal bir kesicinin elektiksel özelliklerini sõralarsak:
1-Ark esnasõnda oluşan kayõplar, kesicinin soğutma kapasitesinin altõnda olmalõ 2-Kesme ortamõnõn deiyonizasyon hõzõ yüksek olmalõ
3-Bağlantõlar arasõndaki Dielektrik dayanõmõ yüksek olmalõ
Buna dayanarak diyebiliriz ki: “Kesme ortamõnõn çok özel olmasõ gerekmektedir.”
Dielektirik dayanõmõnõ ortamõn gaz basõncõnõn bir fonksiyonu olarak gösterirsek
“paschen” eğrisini elde etmiş oluruz.
Pashcen eğrisine göre bir ortamõn en yüksek dielektrik dayanõmõnõ elde ettiği noktalar ya çok yüksek basõnçlar, ya da çok düşük basõnçlardõr.
Deiyonizasyon hõzõ, ortamõn özeliğine bağlõdõr, çeşitli ortamlarõn deiyonizason hõzlarõ aşağõdaki grafikte gösterilmektedir.
Bu iki kriter de de görülebileceği gibi vakum ortamõ, güç kesicileri için ideal bir ortam teşkil etmektedir.
Vakum’un üstün dielektrik karakteristiği 1920 lerden beri kulanõlmaktadõr. Vakumlu televizyon tüpleri ve X Işõnõ üreteçleri gibi aletler vakumun bu özelliinden faydalanmõşlardõr.
Vakum ortamõnõ kesme ortamõ olarak kullanmak 1960’larõn başõnda uygulanmaya başlanmõştõr. 1970’lerde ve sonrasõnda vakumlu kesicilerin kullanõmõ yaygõnlaşmõştõr.
Teoride vakum ortamõ “İDEAL” bir dielektrik ortamdõr: Madde yok demek Iletkenlik yok demektir. Fakat pratikte bunun bu şekilde olmadõğõnõ görüyoruz. Yüksek gerilimlere çõkõldõkça soğuk elektron emisyonu yüzünden atlamalar oluşmaya başlar. Aşağõdaki şekilden de farkedileceği üzere, yüksek gerilimlere çõkõldõkça keism için gerekli olan elektrod açõklõğõ da artmaktadõr.
Farkedileceği gibi 30-50 kV aralõşõnõn ardõndan gerekli olan elektrod açõklõğõ giderek artmaktadõr.
Vakum altõnda arkõn oluşmasõ, diğer ortamlara göre büyük bir değişiklik gösterir.
Elektron emisyonu dolayõsõyla ilk ark oluştuğu anda ortaya çõkan õsõ bağlantõ kontaklarõnõn üzerindeki plakanõn arka mazur kalan noktasõnõn buharlaşmasõna sebep olur. Elektrottan ayrõlan yüksek kinetik enerjili, yüklü buhar parçacõklarõ iki kontak arasõndaki boşluğu doldurarak arkõn devam etmesi için gerekli yolu oluştururlar. Arkõn sönümünün ardõndan bu parçacõklar çok hõzlõ bir şekilde kontak yüzeyinde yeniden yoğunlaşõp katõlaşõrlar.
Vakumlu kesicilerde iki çeşit ark a rastlanõr: Konsantre Ark ve Dağõnõk Ark.
Birkaç bin amperin altõndaki akõm değerleri için toplam ark, değişik noktalardan başlayan koni biçiminde bir çok ufak arktan meydana gelir. Bu ufak arklarõn katoda rastlayan uçlarõnõn alanlarõ çok ufak, bu nedenle o noktadaki akõm yoğunluğu çok yüksektir. Bu noktalardan çõkan metal buharõ bütün koninin içini doldurup arkõn oluşmasõna yol açar. Bu arklarda gerilim düşümü azdõr(80V) Bu tip arklarõn kesilmesi en kolay 0 geçislerde meydana gelir. Akõmõn anlõk değeri 0 a yaklaştõğõnda tek bir ark kalõr. Bu ark ise 0 a daha
yaklaşõldõğõnda artõk metal buharõ üretemeyecek seviyeye gelir. Bu şekilde ark söner.0 dan yükselmede anod, katod haline gelir fakat henüz sõcak olmadõğõ için yeniden ark oluşmasõ engellenmiş olur.
Onbin amperin üzerindeki akõm değerlerinde katod ve anoddaki büyük yüzeyler buharlaşõr ve büyük bir ark sütunu oluşur. Bu istenmeyen bir durumdur ve gerilim düşümü 200V a kadar çõkabilir. Bu tip arklarda 0 geçişi yaşandõğõnda ortamda metal buharõ olmasa bile arkõn plazmasõ kesme ortamõnda kalabileceğinden kesimde belirsizlikler oluşabilir.
Her iki arkta da ‘yeniden ateşleme’ adõ verilen bir fenomen mevcuttur. Bazen 0 geçişlerde arada kalan metal buharõnõn enerjisi geri dönmeye yetmeyebilir. Bu durumda gerilim artõğõnda ark kendini bu metal parçacõklarõnõn üzerinden yeniden oluşturacaktõr.
Bu sebeple çoğu vekumlu kesicisi üreticisi arkõn üzerinde kontrol sağlayabilmek için seçim kriterleri geliştirmişlerdir. Bu kriterler:
1-Manyetik Alanõn Seçimi 2-Malzemenin Seçimi olarak sõralanõr.
Manyetik alan seçiminde popüler olan 2 çeşit manyetik alan uygulamasõ mevcuttur:
1- Dairesel Manyetik Alan
Şekilde de görüldüğü gibi kontaklar bir spiral bir şekilde dizayn edilerek elektronlarõn herhangi bir ark durumunda akacaklar yön yapay bir şekilde belirlenmiştir. Bu sayede dağõnõk ark meydana geldiğinde arkõn sivri ucu bir noktada durmak yerine spiral boyunca hareket eder ve bu sayede Ark daha hõzlõ bir şekilde söndürülmüş olur.
2- Aksiyel Manyetik Alan
Bu tip manyetik alan seçiminde elektronlar kontak aksõnõn çevresinde dönecek şekilde ayarlanmõştõr. Arkõn oluşmaya başlamasõ gereken noktaya direkt bağlantõ bulunmayõp arkõn oluşmasõ gereken yol 180 derece uzatõlmõş, bu sayede konilerden tamamen kurtulunmuştur.
Radyal alanda ark gerilim düşümü ve kontatlardaki aşõnma daha fazla olmasõna rağmen, kontak direnci daha düşüktür. Aksiyal alanda ise düşük ark gerilinm düşümü ve az aşõnmaya karşõlõk daha yüksek bir kontak direnci mevcuttur.
Malzeme seçiminde dikket edilmesi gereken şey, kontak malzemelrinin son derece saf ve gazdan arõndõrõlmõş olmasõ gerekliliğidir. Malzemenin mümkün olduğu kadar zor buharlaşmasõ istenir.Ayrõca malzeme yüksek õsõlarda kontaklarõn birbirine kaynamasõnõ da engelleyebilmelidir.
Bu özellikleri karşõlayan ve en çok kullanõlan alaşõmlar:
1- Bakõr-Krom alaşõmlarõ 2- Bakõr-Bismuth alaşõmlarõ
3- Gümüş-Wolfram-Karbon alaşõmlarõ
Günümüzde vakumlu kesicilerin üretimi konusunda firmalar artõk iyice ustalaşmõş durumdadõr ve değişik malzemeler konusunda araştõrmalar devam etmektedir.
5.KESME ÖZELLİKLERİ
Bu konuda son 20 yõlda çok sayõda araştõrma ve yayõn yapõlmõştõr. Buna rağmen bir imalatçõ, kesicinin her akõm seviyesinde çalõşabildiğini ve çeşitli işletme koşullarõnda güvenilebileceğini göstermelidir. Bunun için çalõşma koşullarõnõ sağlayan deneyler yapõlmalõdõr. Adõ geçen deneylerin en önemlileri anma akõmõnõ, kõsa devreyi ve küçük endüktif akõmlarõ kesme deneyleridir.
Bir vakum kesiciye ait kesme eğrisi Şekil-3’te verilmiştir. Vakum kesicilerin en büyük özelliği bakõm gerektirmeksizin çok sayõda kesme yapabilmesidir. Ark genellikle akõmõn geçtiği sõfõrda söner ve kesme zamanõ 2 ile 3 periyotta tamamlanõr.
Şekil-3 Vakum kesici kesme eğrisi
Boyutlarõ küçük oluşu yanõ sõra vakum kesicinin işletmeci açõsõndan enteresan olan diğer teknik özellikleri şöyle sõralanabilir.
-Ark söndürme veya soğutma maddesi yoktur.
Diğer bütün şalt prensiplerinde kullanõlan ark söndürme maddesi vakum kesicillerde mevcut değildir. Açma ilkemi sõrasõnda ortaya çõkan ark, kontak yüzeyleri üzerinde ayrõşarak metal buharõ haline gelen bir plazma vasõtasõyla, akõmõn sõfõrdan geçtiği noktaya kadar devam eder. Bu andan itibaren birbirinden uzaklaşmakta olan kontaklar arasõnda tekrar yükselen dielektrik dayanõm, yüksek vakum ortamda arkõn kendiliğinden sönmesini sağlar. Metal buharõnõ meydana getiren moleküller ise mikro saniyeler mertebesinde tekrar, özel bakõr-krom alaşõmõndan yapõlan kontaklar üzerine geri döner. Arkõn meydana geldiği ortamda herhangi bir söndürme maddesi olmamasõ nedeniyle, sõcaklõkla çeşitli ayrõşõm gazlarõ oluşmaz ve bunlarõn vakum ortam ile kontaklarõ etkilemesi söz konusu değildir. Yüksek vakumun dielektrik özellikleri, kesicinin toplam işletme süresi boyunca değişmez. Ayrõca akõm altõnda yapõlan her açma kapamalarõn vakum ortamõnõ daha da iyileştirdiği tespit edilmiştir.
Ark içine herhangi bir söndürme maddesini üflemesi için ilave bir enerjinin gerekmemesi vakumlu kesicilerin tahrik mekanizmalarõnõn küçük yapõlabilmelerinin nedenlerinden biridir.
-Bakõm gerektirmezler.
Vakum kesici, diğer kesicilere kõyasla, işletme süresince hemen hemen hiç bakõm gerektirmeyen yegane kesicilerdir. Siemens tarafõndan imal edilen vakum kesiciler için erilen işlete talimatõna göre böyle bir şalterin bakõma tabi tutulmasõ için aşağõdaki şartlarõn gerçekleşmesi gerekir:
a) On senelik işletme süresi sonunda veya 10.000 açõp kapamadan sonra sadece tahrik mekanizmasõnõn bazõ yerleri yağlanmalõdõr.
b) Mekanik olarak 30.000 açma kapamadan sonra veya anma akõmõn altõnda 20.000 açma kapamadan sonra veyahut da tam kõsa devre akõmõyla 100 açma kapamadan sonra vakum tüpleri ile bazõ yõpranan mekanik parçalarõn değiştirilmesi gerekmektedir.
Kesiciler işletme sõrasõnda hem akõmsõz olarak, hem işletme akõmõ ile hem de kõsa devre akõmõyla karõşõk olarak açõp-kapama yaptõklarõ için imalatçõ firmalar tarafõndan, ana bakõm zamanõn tespitinde kullanõlmak üzere bir de toplam açma akõmõ diye adlandõrõlan bir değer verilir. Kesici ile yapõlan her açma işlemi sõraõnda kesilen akõm değerlerinin yaklaşõk toplamõ verilen bu değere ulaşõldõğõnda kesicinin ana bakõm zamanõ gelmiş demektir.
Vakum kesicilerin kullanõldõğõ birçok tesiste, yukarõda belirtilen açma-kapama sayõlarõnõn gerçekleşmesi, tesisin normal işletme süresi içinde mümkün değildir. Buna göre vakum kesicinin, 10 sene sonunda bazõ mekanik parçalarõnõn yağlanmasõ dõşõnda tamemen bakõmsõz bir kesici olduğunu rahatlõkla söyleyebiliriz.
Çeşitli kesicilerin ekonomik bakõmõndan karşõlaşştõrmasõ yapõlõrken göz önünde tutulmasõ ve ilave maliyet unsuru olarak değerlendirilmesi gereken en önemli hususlerdan biri kesicinin bakõmõdõr.
Vakum kesicinin diğer kesicilere göre çok daha fazla açõp kalama yapabilmesinin ana nedeni, bu kesicilerde ortaya çõkan ark enerjisinin diğer kesicilerdekinden çok daha az olmasõdõr.
EA=UA.I.t (formül-1) EA; ark enerjisi
UA;ark boyunca düşen gerilim I; kesilen akõmõn şiddeti
t; ark süresi
olmak üzere formül-1 ile belirlenir. Kesilecek akõmõn değeri belli olduğuna göre, ark enerjisinin küçük tutulmasõ için UA ve t büyüklüklerinin küçük tutulmasõ gerekir.
Vakum kesicilerde, yüksek vakum ortamõn dielektrik dayanõmõnõn büyük olmasõndan dolayõ en geç açan kontağõn ark süresi 15 ms olup, diğer bütün kesici tiplerinden daha küçüktür.
Ark boyunca düşen UA gerilimi ise, RA ark direnci ve IA arkõn toplam uzunluğu olmak üzere
UA=RA.IA (formül-2)
Formülü ile veya rA ohm/m cinsinden özgül direnci ve IA arkõn toplam uzunluğu olmak üzere UA=rA.IA.I(formül-3)
Formülüyle ifade edilir. Vakum kesicilerde kontaklar arasõnda arkõn oluşturulmasõnõ sağlayan metal buharõnõn iletkenliği çok büyük olduğu için rA özgül ark direnci oldukça küçük bir değere sahiptir. Ayrõca, yukarõda da belirtildiği gibi, vakum ortamõn dielektrik dayanõmõnõn büyük değerlere sahip olmasõ, vakum kesicilerde kontak aralõklarõnõn, dolayõsõyla toplam
uzunluğunun diğer kesicilere kõyasla çok daha küçük olmasõnõ mimkün kõlmaktadõr. Örneğin 12kV’lõk bir vakum ksicide kontaklar arasõnda mesafe 11 mm’dir. Ark boyu ayrõca, diğer kesicilerde olduğu gibi herhangi bir söndürücü veya soğutucu madde iflenerek azalmamaktadõr.
-Vakum şalterlerinin güvenirliği yüksektir.
Kesicilerin en önemli görevi kõsa devre akõmlarõnõ kesmek ve tüketicileri bu akõmlarõn etkisinden korumaktõr. Bütün kesicilerden beklenen önemli özelliklerden biri d, belirtilen bu işlemin en emniyetli ve güvenilir bir şekilde yapõlmasõdõr. Bu işletme elemanõnõn güvenirliğini belirleyen tanõmlar olasõlõk teorisinden yapõlmõştõr. Burada kõsaca, bir işletme elemanõnõn meydana geldiği parçalarõn sayõsõ arttõkça güvenirliğinin azalacağõ belirtilerek yetinilecektir.
Kesici Tipi Az Yağlõ SF
6Gazlõ Vakum Kutup parçalarının toplam sayısı 43 52 22 Hareketli kutup parçalarının
sayısı
18 24 9
Söndürme hücresi içindeki hareketli kutup parçalarının sayısı
17 24 2
Tablo-1 Çeşitli kesicilerdeki kutup parça sayõlarõnõn karşõlaştõrõlmasõ
Tabloda belirtilen karşõlaştõrmada, kesicillerin tahrik mekanizmasõna ait parçalarõn sayõsõ dahil edilmemeiştir. Oysa vakum kesicilerde, gerekli tahrik enerjisi diğer kesicilere göre çok daha küçük olduğu için, kullanõlan parça sayõsõda daha azdõr. Parça sayõlarõnõn karşõlaştõrõlmasõ vakum kesicinin diğerlerine kõyasla en güvenilir kesici olduğunu ortaya koymakta, yapõlan çeşitli hata istatistikleride bunu doğrulamaktadõr.
-Vakum kesici ile işletmede ortaya çõkabilecek bütün açõp kapama olaylarõnõn üstesinden gelinebilir.
Kesiciler, kõsa devre akõmlarõnõn açõlmasõ dõşõnda işletme sõrasõnda ortaya çõkmasõ mümkün olan bütün çapõ kapama olaylarõnõn da üstesinden gelebilmelidir. Bununla beraber işletmede ortaya çõkabilecek bu olaylar birbirlerine kõyasla o kadar çelişkili özellikler gösterirler ki , aynõ tip kesiciler ile bu olaylarõn hepsinin aynõ derecede üstesinden gelmek mümkün olmayabilir. Bu nedenle kesicilerin bütün işletme durumlarõna optimum şekilde cevap vermesi gerekir. Şimdi üç grup halinde özetlenen kritik açma kapama olaylarõ için yapõlacak incelemeler, vakuum kesicilerin gerilim tesislerinde optimum kesici olduğunu kanõtlamaktadõr.
Kapasitif akõmlarla açõp kapama
Bir işletmede kapasitif akõm, kondansatör bataryalarõnõn dõşõnda, yüksüz kablo ve uzun havai hat durumlarõnda da ortaya çõkar. Bütün bu kapasitif akõmlarõn kesilmesi sõrasõnda vakum kesicilerde tekrar ateşleme olayõ, dolayõsõyla şebekede aşõrõ gerilimler orataya çõkmaktadõr. Ayrõca kondansatör batayarlarõnõn şebekeye veya birbiriyle paralel bağlanmalarõ sõrasõnda ortaya çõkabilen kõsa devre akõmlarõ mertebesinden akõmlarla, vakum kesiciler, herhangi bir başka önlem gerektirmeksizin başa çõkabilmektedir.
Çok küçük endüktif akõmlarda açõp kapama
Bu olay yüksüz transformatörlerin devre dõşõ bõrakõlmasõ sõrasõnda ortaya çõkar. Açma esnasõnda, boşta çalõşan transformatörün besleme gerilimiyle şebekeden çektiği çok küçük akõm arasõnda yaklaşõk olarak 90o faz farkõ mevcuttur.Çok küçük bir değere sahip olan bu akõm kesici kontaklarõnõn birbirinden uzaklaşmasõ sõrasõnda, vakum akõmõn devam etmesine neden olan bu metal buharõnõn sürekliliğini sağlayamaz ve akõm tabii sõfõr noktasõndan geçmeden önce, belli bir değerden koparak aniden sõfõr değerine düşer.
Kopma akõmõ 8choppin current) diye adlandõrõlan bu ani akõm değişmesinin şebekede müsaade edilemeyecek seviyede aşõrõ gerilim meydana getirmemesi için değerinin çok küçük değerlerde tutulmasõ gerekir.
Çok küçük endüktif akõmlarla büyük kõsa devre akõmlarõnõn aynõ kesici ile kesilebilmesi için kontak malzemesinin seçimi çelişkili özellikler arz etmektedir. Kontak malzemesine ilave edilen yumuşak metal çeşitleri ile bugün kopma akõmõnõn IA değerinin altõna düşürmek mümkün ide de aynõ kesici aynõ açõp kapama sayõlarõnõn elde edilmesi bugün için mümkün değildir. Hem büyük kõsa devre akõmlarõnõn çok sayõda kesilebilmesi, hem de kopma akõmlarõnõn daha küçük değerlere düşürülebilmesi için kontak malzemeleri üzerinde yapõlan araştõrmalar devam etmektedir.
Küçük endüktif akõmlarla açõp kapama
Kompanzasyon bobinlerinin devreye sokulup çõkarõlmasõ ve sõkõ şekilde frenlenmiş veya yol almakta olan belli bir büyüklüğe kadar motorlarõn devre dõşõ bõrakõlmalarõ anõnda akmakta olan akõmla bu sõnõf altõnda toplanabilir. Belirtilen bu işletme durumlarõyla birlikte diğer bazõ şartlarõn da çalõşmasõ haliyle tekrar ateşleme nedeniyle yüksek açõrõ gerilimlerin ortaya çõktõğõ tespit edilmiştir. Ancak vakum kesicilerin üstün özelliklerinden bu işletme durumlarõnda da faydalanabilmek amacõyla sayõsõz deneyler yapõlmõştõr ve önlemleri ile bunun sakõncasõz olarak mümkün olduğu tespit edilmiştir. Böylece, blhassa çok sõk devreye girip çõkmasõ gereken motorlarõn bağlantõlarõ için vakum kesicilerin, diğer hiçbir kesicide ulaşõlamayan 30.000 açma kapama yapabilme kabiliyetinden faydalanmak mümkün olmaktadõr.
Aşõrõ gerilimleri önlemek üzere kullanõlan aşõrõ gerilim sõnõrlandõrõcõlarõnõn veya R.C.
devrelerinin kullanõlan motorun gücüne ve şebeke şartlarõna uygun olarak boyutlandõrõlmasõ bugün sorun olmaktan çõkmõştõr. Ayrõca bir çalõşma grubu tarafõndan yapõlan incelemede, belirtilen durumlarda diğer kesicilerin de tekrar ateşleme olayõ nedeniyle aşõrõ gerilimlere neden olduklarõ tesbit edilmiştir.
6.MEVCUT TEKNİKLERİN KARŞILAŞTIRILMASI
Günümüzde düşük gerilimlerde havalõ manyetik kesiciler bikaç istisnai uygulanmanõn dõşõnda kullanõlan tek tekniktir. Çok yüksek gerilimlerde ise SF6 gazlõ kesiciler tek çözümdür.
Orta gerilim uygulamalarõnda ise tüm kesici teknikleri kullanõlabilmektedir. SF6 ve vakumlu kesiciler havacõ kesicilere göre daha ucuz olduklarõ ve daha az yer kapladõklarõ için; yağlõ kesicilere göre ise güvenirlilik ve az bakõm gerektirdikleri için tercih edilmektedirler.
Vakumlu kesiciler ile SF6 gazlõ kesiciler ise hemen hemen aynõ özelliklere sahiptirler.
Bunlar arasõnda tercih ise uygulamanõn inceliklerine göre, ve o ülkede tamamen hangisinin kullanõmõnõn yaygõn olduğuna, başka bir değişle hangisinin üretici firmasõnõn daha çok Pazar payõnõn daha büyük olduğuna bağlõdõr.
SF6 ve vakumlu kesicilerin yağlõ ve havalõ kesicilerle kõyaslamasõ aşağõdaki tabloda verilmiştir.
Yağlõ Havalõ SF
6/Vakumlu
Güvenlik Patlar, yanar, basõnçtaki
yükselme problem yaratõr
Dõş etmenlerden etkilenir, kesim
sõrasõnda sõcak ve iyonize gaz
çõkõşõ olur
Dõş etmenlerden
etkilenmez, patlama ve yanma riski yok
Boyut Büyük Büyük Küçük
Bakım Devamlõ bakõm ve sürekli yağ
değişimi gerektirir
Kontak değişimi gereklidir, mekanik kõsõm
kontrol edilmelidir
Kesici elemanlar için
bakõm gerekmez, mekanik kõsõm
minimal yağlama gerektirir
Çevresel Faktörlere
duyarlılık
Çevreden
etkilenir Çevreden etkilenir
Çevreden etkilenmez:
Kesme ömür boyu kapalõ
tüpte gerçekleşir
Toparlanma Süresi
Basõnç artmasõ kesme kapasitesini
düşürür
Sõcak hava çõkõşõ kesme
kapasitesini düşürür
Dielektrik toparlanma hõzlõdõr, arka arkaya kesme
performansõ yüksektir Dayanıklılık Orta derece Orta derece Mükemmel
SF6 ve vakumlu kesiciler çok amaçlõ kesicilerdir. Bunlar her türlü uygulamaya adapte edilebilir. Vakumlu kesicilerin SF6 gazlõ kesicilere göre en büyük avantajlarõ ise düşük gerilimlerde (7.2-12 kV’a kadar) uygulamalarõnõn daha kolay olmasõdõr.
7.VAKUMLU KESİCİLERİN KULLANIM ALANLARI
Şekilde farklõ kesicilerin kullanõldõklarõ gerilimler gösterilmektedir.
# Vakumlu kesiciler en yaygõn olarak orta gerilim kademesinde kullanõlõrlar.
# Alçak gerilim kademesinde yüksek maliyetleri nedeniyle tercih edilmezler.
# Yüksek gerilim kademesindeki uygulamalar gelecekte düşünülmektedir.
Orta gerilimde kesicilerin senelere göre kullanõm oranlarõ Hava Basõnçlõ
Hava Yağ Vakum SF6
Özetle
Bugün vakumlu kesiciler 6-36kV gerilim kademeleriyle elektrik şebekelerinde geniş bir alanda üstün duruma gelmişlerdir. Şu da bir gerçektir ki üretilen tüm kesicilerin içinde bu gerilim kademesi için üretilen bu tür anahtarlama elemanlarõnõn payõ Avrupa ve Amerika da 70% , Japonya da 100% ve Rusya da 50%’dir.
Günümüzde vakum teknolojisinin yeterince geliştiği söylenebilir. Ticari amaçlõ üretilen ve 100kA e kadar kõsadevre akõmõ kesebilen anahtarlama elemanlarõ dahi mevcut. Bu demektir ki vakumlu kesicilerin kapasitelerini daha da geliştirmenin pek bir sebebi yok.
Günümüzün ihtiyacõ maksimum değerlerde bir gelişim değil, daha ucuz, son derece güvenilir ve bakõmsõz dizaynlarõn gelişmesidir.
