Vakum-SF6 Tipi Kesicilerin Karþýlaþtýrýlmasý 1 Orta gerilim kesici pazarýnda deðiþik çalýþma prensiplerine göre tasarlanmýþ kesiciler sunulmaktadýr. Dolayýsýyla bu ürünlerde teknolojik farklýlýklarýn bulunmasý normaldir, zira deðiþik imalatçýlarýn kendilerine göre farklý tasarým felsefeleri veya birbirinden farklý norm, imalat imkanlarý ve alýþkanlýklarý olabilmektedir. Muhakkak ki hiçbir ürün, kesin olarak bütün üstünlükleri tekelinde bulunduramaz. Her ürünün, diðerlerine oranla avantajlarý veya eksiklikleri olabilir. Buna baðlý olarak da bazý ürünler, belirli kullanma sahalarý için, diðerlerinden daha uygundur. Tesisinde kullanmak üzere orta gerilim kesicileri alacak olan kullanýcý, doðru seçimi yapmak için, hem kendi iþletme þartlarýný hem de alacaðý ürünün teknik özelliklerini iyi bilmek mecburiyetindedir. Kullanýcýnýn, hem kendi tesisinin iþletme özellikleri, hem de alacaðý cihazlar hakkýndaki bilgisi eksik ise, belki de sadece ürünün fiyatýna bakarak seçim yapmaya doðru gidecektir. Ancak böyle bir seçim her zaman en doðru seçim olmayabilir. Kullanýcý, iþletmesinin selameti bakýmýndan, alacaðý ürünün kalitesini, arýza yapma ihtimalini, bakým ihtiyacý sýklýðý ve masraflarýný ve de en önemlisi, iþletmenin kesintiye uðramasý halinde uðrayacaðý zararýn, daha ucuza aldýðý kesici maliyetinin kaç katýna çýkacaðýný hesaba katmasý lazýmdýr. Aþaðýdaki açýklamamýz, kullanýcýnýn kendi ihtiyacýna en uygun cihazý seçmesine yardýmcý olmak üzere, piyasalarýmýzda satýlan kesicilerin özelliklerini tanýtmak gayesini hedef alýyor. Bunu yaparken de elimizden geldiði kadar tarafsýz kalmaya çalýþtýk. Piyasada en çok bulunan kesicilerin özellikleri Halen piyasamýzda aðýrlýklý olarak deðiþik iki sistemde çalýþan kesici bulmak mümkündür: Vakumda ark söndürmeli SF6 gazýnda ark söndürmeli Pazarlarýmýzda az yaðlý tabir edilen kesiciler de bulunmaktadýr, ancak bu tipler her geçen gün azalmakta ve önemini kaybetmektedir. Aþaðýda, en yaygýn Vakum ve SF6 kesicilerinin özellikleri, uygun kullanýþ yerleri anlatýlmýþ teknik ve iþletme karakteristiklerinin karþýlaþtýrmasý yapýlmýþtýr. Vakum kesici olarak Siemens in en yeni ürünü olan 3AH tipi ele alýnmýþ, SF6 kesici olarak ise herhangi bir marka hedeflenmemiþ sadece sistem olarak ele alýnmýþtýr.
Sistem özellikleri ve karþýlaþtýrma 1 Vakum tekniðinde, elektrik arký vakum ortamýnda yani havasý tamamen boþaltýlmýþ bir hücrede (vakum tüpü) söndürülmektedir. SF6 (sülfür heksafluorid) tekniðinde ise elektrik arký SF6 gazý ile dolu bir hacimde (kesici kutbu) söndürülmektedir. Bu iki tipin de kullanma sahalarý deðiþiktir. Vakumda söndürmede, ana kontaklarýn ayrýlmasý ile baþlayan elektrik arký, hava boþluðunda iyonizasyon (yani ortamýn elektrik akýmý için geçirgen olmasý) sebep olmamaktadýr. Kontaklarýn ayrýlmasý ile oluþan metal buharý plazmasý içinden elektrik arký çok kýsa bir süre (en fazla 6ms) için akar ve ilk sýfýr noktasý geçiþinde kesilir. Metal buharý birkaç mikrosaniye içinde ana kontaklarýn üzerine çöker ve ortamýn yüksek dielektrik gücü (geçirgensizlik) tekrar tesis edilmiþ olur. Ayrýca kontaklarýn özel yapýsý ve malzemesinden dolayý (krombakýr alaþýmý) ark akýmýnýn kesildiði andaki deðeri (kýyým akýmý = chopping current) 4-5 A mertebesinde kalýr.düþük kýyým akým ve tekrar tutuþmalarýn olmamasý, aþýrý kesme gerilimlerin (switching overvoltage) oluþmasýný önler. Vakum tekniðinin en önemli özellik ve üstünlükleri þunlardýr: Vakum tüpü conta gibi, zamanla bozulabilecek elemanlar kullanýlmadan, tamamen kaynak / lehim tekniði ile imal edilmiþ, dýþ tesirlere karþý hermetik olarak kapalý bir sistemdir. Tüpün içinde herhangi bir gaz bulunmadýðýndan (vakum derecesi 10 bardýr), arkla birlikte gaz ayrýþým maddeleri oluþmamaktadýr. Vakumda oksidasyon olmadýðýndan, kontak yüzeylerinin okside olmasý mümkün deðildir. Dolayýsýyla çok düþük olan kontak direnci (10), þalterin ömrü boyunca deðiþmemektedir. Kontaklarýn özelliði þalterin ömrü boyunca deðiþmediðinden, vakum þalter, benzerlerine oranla daha çok sayýda yüksek akým kesebilir. Normal þartlar altýnda bir 3AH kesicisi, tipine göre: - Nominal iþletme akýmýný 10.000 30.000 defa, - Nominal kýsa devre akýmýný 30-100 defa açabilir. Vakumlu kesicinin mekanik ömrü 10.000 açma / kapama iþlemidir. Hatta özel tiplerde 120.000 açma / kapama adedine ulaþmaktadýr. Vakum kesiciler tam manasýyla bakýmsýzdýr. En az 20 sene olarak kabul edilecek bir iþletme ömrü içinde normal olarak hiçbir bakým gerektirmez, sadece birkaç senede bir mekanizmanýn belirli noktalarýnýn yaðlanmasý yeterlidir. Vakumlu kesici, bir SF6 gazlý kesici ile karþýlaþtýrýldýðýnda, yukardaki özelliklerle ilgili þu sonuçlara varýyoruz:
SF6 kesicilerin iki ayrý ana tipi bulunmaktadýr. Kendi kendine üflemeli kesici (gaz tamponlu pistonlu). Akýma baðlý söndürmü sistemli kesici (döner arklý) (Türkiyede genellikle bu tip üretilmektedir). SF6 gazlý kesicilerde, arkýn etkisiyle zaman içinde SF6 gazýnda ayrýþým maddeleri oluþmaktadýr. Bunlarýn temizlenmesi þarttýr. Temizleme iþlemi ise, zor ve masraflýdýr. Kesici kutubunun sökülmesi icab eder; bu iþ de normal olarak sadece kesicinin fabrikasýnda yapýlabilir. SF6 gazlý kesicilerde elektrik arkýnýn aþýndýrma ve oksidasyon tesiri yüksek olduðundan, kontaklarýn direnci zaman içinde yükselmektedir. Normal olarak SF6 kesiciler, tiplerine göre: - Nominal iþletme akýmýný 2.000 10.000 defa, - Nominal kýsa devre akýmýný 10-50 defa açabilirler. Mekanik iþletme ömrü 3.000 açma/kapama civarýndadýr. SF6 gazlý kesicinin normal iþletme þartlarý altýnda bakým aralýklarý 5-10 senedir. Kesicide aranan özellikler Bir kesici alýcýsýnýn alacaðý üründe arayacaðý özellikler þunlar olmalýdýr: 1- Garanti edilen elektriki deðerlerin tutulmasý 2- Ýþletme þartlarý altýnda sorunsuz çalýþmasý 3- Güvenirlilik 4- Can ve mal emniyetinin saðlanmasý 5- Uzun ömür 6- Seyrek bakým gerekliliði, bakým ve tamirinin kolay, çabuk ve az masraflý olmasý. Yukarýdaki hususlarý dikkate alarak, her iki kesici tipini karþýlaþtýrdýðýmýzda þu durum ortaya çýkmaktadýr. 1- Garanti edilen elektriki deðerlerin tutulmasý Her ciddi imalatçý bu deðerleri garanti eder ve tutabilir. Kesicilerin performans deðerleri çeþitli Test ve Ýmalat Sertifikalarý ile belgelenmiþtir. Siemens ürünlerinin,ilgili bütün uluslararasý normlara uygunluðunu belgeleyen sertifikalarý mevcut olup, bunlar, sorulduðunda ibraz edilebilmektedir. 2-Ýþletme þartlarý altýnda sorunsuz çalýþma Kesiciler kullanýlacaðý iþletmenin þartlarýna uygun olarak seçilmelidir. Bu özel iþletme þartlarýndan bazýlarý aþaðýdadýr. Kapasitif akýmlarýn kesildiði iþletme Çok düþük endüktif akýmlarýn kesildiði iþletme Düþük endüktif akýmlar kesildiði iþletme Ark ocaklarý kesicisi olarak iþletme Elektriki nakil vasýtalarý þebekeleri kesicisi olarak iþletme
Genel olarak, bütün iþletme þartlarýna cevap verebilecek tek bir kesici tipi bulmak zordur. Vakum ve SF6 kesicilerin yukarýdaki iþletme þartlarý altýnda performanslarý deðiþik olduðundan, bu performanslarý daha detaylý olarak ele almakta fayda vardýr. Kapasitif akýmlarýn kesilmesi Bu baþlýðýn tarifine aþaðýdaki iþletme þartlarý girmektedir: Kondansatör cihazlarý ile boþta kablo (yüksüz durumda) ve hava hatlarýnýn devreden çýkarýlmasý Kondansatör cihazlarýnýn devreye alýnmasý ve paralele sokulmasý Gerek vakum, gerek SF6 kesicileri kondansatör, boþta kablo ve hava hatlarýný, tekrar tutuþma ve aþýrý gerilimler yaratmadan devreden çýkarabilirler. Kondansatörlerin devreye alýnmasý ve paralele sokulmasý esnasýnda, dik ve yüksek pikli akýmlar oluþmaktadýr. Kýsa ark süresinden dolayý vakum kesiciler bu iþlemleri problemsiz yapabilirler. Geçmeli veya lale kontaklý SF6 kesicileri, daha uzun kontakt temasý zamanlarýndan dolayý bu vazife için çok uygun deðildir. Böyle durumlarda kesici ile birlikte, akým piklerini azaltacak reaktörler kullanmak mecburiyeti doðabilir. Çok düþük endüktif akýmlarýn kesilmesi Boþta (yüksüz) transformatörlerin devre dýþý edilmesi bu baþlýðýn altýna girer. Bu tip akýmlar en zor kesilebilen endüktif akýmlardýr. 3AH tipi kesiciler 5A in altýnda kalan kýyým akýmlarý (chopping current) sayesinde aþýrý gerilimlere sebebiyet vermeden bu iþlemi yapabilir. Aþýrý gerilim koruyucularýna lüzum yoktur. Akýma baðlý söndürme prensibine göre çalýþan dönen ark tipi SF6 kesicileri, aþaðýyukarý modern vakum kesicileri gibi düþük kýyým akýmlarýna sahiptir. Buna karþýlýk, kapasitif akýmlarý kesmek için tasarlanmýþ, gaz yastýklý pistonlu kesicilerin kýyým akýmlarý, daha yüksek olup aþýrý gerilimlere sebebiyet verebileceðinden, bu þartlar altýnda kullanýlmasý problemler yaratabilir. Düþük endüktif akýmlarýnýn kesilmesi Bu iþletme þartýnda iki ayrý durum olabilir: Dengeleme reaktörlerinin devreden çýkarýlmasý, Belirli bir gücün altýndaki elektrik motorlarýnýn yol alma sýrasýnda veya frenli motor durumundayken devreden çýkarýlmasý. Dengeleme reaktörlerinin devreden çýkarýlmasýnda, gerek vakum gerekse gaz yastýklý pistonlu SF6 kesiciler aþýrý gerilimlere sebep olabilirler. Bu durumlarda her iki kesicide de gerilim sýnýrlayýcýlarý kullanmakta fayda vardýr. Akýma baðlý söndürme sistemli SF6 kesiciler ise sýnýrlý kýsadevre sahalarý yüzünden (36 kv de en çok 31,5 ka), genel olarak bu vazife için uygun deðillerdir. 600 A veya daha düþük deðerlerde motor yol alma akýmýnýn kesilmesi durumunda vakum kesicilerde aþýrý gerilimler meydana gelebilir. Böyle durumlara karþý aþýrý gerilim sýnýrlayýcýlarý kullanmak tavsiye edilir. (Siemens 3EF sýnýrlayýcýlarý ile þimdiye kadar çok olumlu sonuçlar alýnmýþtýr. Bu tip sistemler, emniyet þartlarý çok aðýr basan nükleer santrallerde dahi baþarý ile kullanýlmýþtýr).
Kesiciler için özel kullaným sahalarý Diðer iki önemli kullanma sahasý ise: - Ark ocaklarý ve - Elektriki nakil vasýtalarýný besleyen þebekeler. Ark ocaklarý uygulamasýnda, çok sýk olarak (günde belki yüz defa) trafo nominal akýmýnýn sýfýr ila yüzde ikiyüzü arasýnda deðiþen akým deðerleri kesmek sýk rastlanan bir durumdur. Bu çalýþma þartlarý kesicileri elektriki ve mekaniki olarak çok zorlayabilir. Vakum kesiciler bu kullanýþ için uygun olup ark ocaðý kesicisi olarak çok yaygýn kullanýlmaktadýr. Müsaade edilebilen açma/kapama sayýsý daha düþük olan ve de kýsadevre açma kapasitesi daha sýnýrlý olan döner arklý SF6 kesiciler çok nadir olarak ark ocaklarý tesislerinde kullanýlýr. Elektriki vasýta sistemlerinde kullanýlan düþük frekanslar (16 2/3 ve 25 Hz) ve de tek fazlý daðýtýmlarda arkýn sönmesi zorlaþmakta ve dolayýsýyla sönme zamaný uzamaktadýr. Bu þartlar altýnda SF6 kesicilerinin ark söndürme enerjisi, vakum kesicilere göre 10 katýna çýkmaktadýr, dolayýsýyla SF6 kesiciler bu uygulama için elveriþli deðildir. 3. Güvenilirlik Bir kesicinin öngörülen iþletme þartlarý içinde iþletmeyi aksatmadan arýzasýz çalýþabilmesi için: - Kaliteli bir imalatýn ürünü olmasý, - Ýþletme þartlarýna uygun olarak seçilmiþ olmasý, - Hatasýz kullanýlmasý, - Gerekli bakýmýn yapýlmasý, ve çok önemli bir husus olarak da - Teknik tasarýmý yönünden arýza yapmak ihtimalinin düþük olmasý lazýmdýr. Vakum kesiciler özellikle bu son noktada SF6 kesicilerine göre daha avantajlýdýr. Her mekanik sistemde olduðu gibi, arýza ihtimali parça sayýsýna ve de kullanýlan malzeme cinsine baðlýdýr. Vakum içinde ark söndürme sisteminin basit yapýsý sayesinde parça sayýsý çok düþüktür. Tüp içinde sadece bir adet hareketli parça vardýr. SF6 kesicilerinde olduðu gibi, gaz sýkýþtýrma piston tertibatý, gaz püskürtme konisi v.s. gibi parçalar yoktur. Vakum tüpünün haricinde de Siemens 3AH kesicinin tümünde de parça sayýsý en az sayýda tutulabilmiþtir. Genel bir karþýlaþtýrmada, vakum kesicinin bir kutbundaki parça sayýsý 22 iken, SF6 gazlý kesicilerde bu sayý 52 civarýndadýr. Vakum tüpü elemanlarý tamamen lehim / kaynak tekniði ile bir araya getirilmiþtir. SF6 tipi kesicilerde kullanýlan ve de zaman içinde eskiyip sýzýntýlara sebebiyet verebilecek contalý baðlantýlar yoktur. SF6 kesicilerde elektrik arký, kýsmen veya tamamen suni reçineden mamul kutuplarýnýn içinde söndürülmektedir. Vakum tüpün içinde ise arkýn tesiriyle bozulabilecek plastik veya reçine bazlý hiçbir eleman yoktur. Siemens in 3AH kesicinin tümünde reçineli eleman olarak sadece kutuplarý gövdeye tespit eden mesnet izolatörlerle, mekanizmadaki itici çubuklar ve de konstrüktif olarak esnemeye karþý kullanýlan kuvvetlendirici elemanlar vardýr. Bunlarýn hepsi de ark söndürme hacminin tamamen dýþýndadýr.
4. Can ve Mal Emniyeti Kullanýlacak yere göre uygun olarak seçilen tanýnmýþ bir imalatçýnýn ürünü her kesicinin, önceden öngörülen iþletme ve arýza þartlarý içinde problemsiz vazife görebileceði kabul edilebilir. Bununla beraber, iþletme veya bakým hatasýndan dolayý kazalar olabilir, personel ve mala zarar gelebilir. Az yaðlý ve SF6 kesicilerde bu problem bilhassa aðýr basar; zira yaðsýz kalan az yaðlý kesicilerle, gazý kaçan SF6 kesicilerin kýsa devre üzerinde açma yapma durumunda patlamalar ve bazý durumlarda personel için tehlike, teçhizat için ise zararlar meydana gelebilir. Vakum kesicinin böyle durumlarda diðer kesicilere göre avantajý, vakum tüpünün delinmesi halinde, vakum hali bozulur,bu durumdaki bir açmada kontaklar yanar ve iþ görmez durumuna gelir ancak hiç bir þekilde patlama olmaz ve de etrafa zararverilmez. 5. Uzun Ömür Þimdiye kadar Siemens in Berlin fabrikasýnda 150.000 i aþkýn kesici imal edilmiþ olup, dünyanýn birçok yerinde hizmete girmiþtir. Bu kesicilerde kullanýlan yarým milyara yakýn vakum tüpünde arýza hemen hiç duyulmamýþtýr. Siemens in vakum tüpleri için, istatistik terminolojisinde kullanýlan MTTF faktörü (Mean Time To Failure = arýzalar arasý ortalama süre) 20.000 sene olarak hesaplanmaktadýr ki bu da adeta sonsuz ömür demektir. Pratikte ise vakum kesiciler için kabul edilen iþletme ömrü en az 20 senedir. Vakum kesicinin mekanik aksamýnýn ömrü ise elektriki ömür kadar uzundur. Zira bu kesicilerin elektrik arkýný söndürmek için tükettiði enerji SF6 tiplerine göre daha düþüktür ve mekanizmaya iletilen çalýþtýrma gücü çok daha düþüktür. Mekanizmadaki parça sayýsý azlýðý ise arýza ihtimallerini daha da azaltmakta ve cihazýn ömrünün uzamasýna büyük katkýda bulunmaktadýr. 6. Seyrek bakým gerekliliði, düþük bakým masrafý Yukarýdaki güvenilirlik maddesinde açýklandýðý gibi, vakum kesici için pratik olarak kabul edilen ömür süresinde 10 senede bir (veya 10.000 Ad. açma / kapama) mekanizmanýn bakýmýnýn yapýlmasý tavsiye edilir. Bu bakým da genel olarak mekanizmanýn bazý kýsýmlarýnýn yaðlanmasýndan ibarettir. SF6 tipi kesiciler için genel bakým süresi 5 senede (veya 3.000 açma / kapamada) bir olmak üzere tavsiye edilebilir. Vakum kesicinin garanti edilen 10.000-30.000 defa nominal, 30-400 defa tam kýsadevre akýmýný kestikten sonra tüplerin kontrolü ve lüzumu görüldüðünde yenisiyle deðiþtirilmesi gerekebilir. Tüpün tamiri mümkün deðildir. SF6 kesicilerinde ise normal olarak garanti edilen 2000-10.000 defa nominal, 10-50 defa tam kýsa devre akýmýný kestikten ve kutuplarýn kontrolünden sonra gerek görülürse, bazý hallerde tamir mümkündür; ancak bu sadece imalatçý fabrikasýnda yapýlacak zor ve masraflý bir iþlemdir. Yukarýdaki hususlarý deðerlendirdiðimizde vakum kesicilerin diðerlerine göre daha uzun sürelerde bakýma ihtiyaç gösterdiðini ve dolayýsýyla daha az masrafa yol açtýðýný söyleyebiliriz.
Orta Gerilim Kesicileri dünya pazar payý > 12,5 ka (Çin hariç) V a k u m SF6 Manyetik Az Yaðlý Yaðlý Almanya daki Vakum Kesicilerin pazar payý > %99 Vakum ve SF6 ark söndürme performanslarýnýn karþýlaþtýrýlmasý Kriterler Patlama riski Söndürme ortamý Sýzdýrmazlýk güvenilirliði Ömür Kesme kapasitesi yelpazesi Anahtarlama darbesi Boyutlar Bakým masraflarý Zayýf Ýyi Çok Ýyi Mükemmel
Yýldýrým darbe dayaným gerilimi SF 6 5 bar Vakum Yað SF 6 1 bar Hava 1 bar Kontak Aralýðý Çeþitli ark söndürme ortamlarýnda kontak aralýðýna baðlý olarak deþarj gerilimi
Sonuç 1 Bugün dünya pazarlarýnda en yaygýn olan vakum ve SF6 tipi kesicilerin karþýlaþtýrmasýný yapmaya çalýþtýk. Vardýðýmýz sonuçlar kýsaca þöyle özetlenebilir: Vakum kesiciler, emsal kesiciler gibi normal iþletme þartlarýný karþýlayabildikleri gibi, ayrýca þu avantajlarý arzetmektedir: Vakum tüpler hermetik olarak kapalý olduðundan zaman içinde ark söndürme ortamýndaki deðerlerde hiçbir deðiþiklik olmamaktadýr. Vakumda ark söndürmek için gerekli enerji, emsal kesicilerin sistemlerine göre çok düþük olduðundan, kontaklarýn ve ark hücresinin ömrü uzun olmakta; daha yüksek akýmlar, daha sýk olarak kesilebilmektedir. Vakumda düþük enerji tüketimi ile ark söndürülebildiðinden, çalýþtýrma mekanizmasý daha az zorlanmaktadýr. Vakum kesicilerde parça adedi, emsal kesicilere göre daha az olduðundan ve de söndürme hücresinde hiç plastik/reçine bazlý elemanlar kullanýlmadýðýndan, kesicinin ömrü daha uzun olmaktadýr. Yukarýdaki sebeplerden dolayý vakum kesici emsallerine göre daha uzun ömürlü ve arýza yapma þansý daha düþüktür. Siemens Sanayi ve Ticaret A.Þ. Siemens AG Türkiye Genel Mümessili Enerji Ýletim ve Daðýtým Tekniði Yakacýk Yolu No: 111 34861 Kartal / Ýstanbul Ýrtibat Numaralarý: Tel : (+90 216) 459 26 91 : (+90 216) 459 25 45 Fax : (+90 216) 459 21 55 e-mail : ptdm@siemens.com.tr web : www.siemens.com.tr ANKARA Atatürk Bulvarý No: 169/6 Atayurt Ýþ Haný 6. Kat Kavaklýdere 06680 Ankara Tel : (+90 312) 418 89 28 Faks : (+90 312) 425 10 57 ÝZMÝR 1379. Sok. No: 59 Güven Ýþ Haný, Kat: 4 Alsancak 35210 Ýzmir Tel : (+90 232) 483 86 19 Faks : (+90 232) 484 14 78 ADANA Fuzuli Cad. Gülek Sitesi B Blok No: 75/E 01120 Adana Tel : (+90 322) 454 78 88 Faks : (+90 322) 453 29 71 BURSA Çekirge Cad. Intam Ýþ Merkezi No: 101/502 16070 Bursa Tel : (+90 224) 234 54 00 Faks : (+90 224) 234 54 07