1 MOTORLARDA KORUMA
Asenkron Motorlarda Sigorta Seçimi Sigortalar, devrede koruma amacıyla kullanılan gereçlerdir. Uygulamada buşonlu, otomatik, bıçaklı ve mini (cam gövdeli) sigortalar yaygın olarak kullanılmaktadır. Üç fazlı asenkron motorların bir arıza durumunda devreden çıkarılmasında kullanılan koruyucu elemanlar şunlardır: Faz koruma rölesi Faz sırası rölesi Termik aşırı akım rölesi, Termistör rölesi Manyetik aşırı akım rölesi, Düşük ve yüksek gerilim koruma rölesi 2
Üç fazlı bir motoru ve besleme hatlarını buşonlu sigortalarla koruduğumuzu varsayalım. Bu durumda motorun sargılarını besleyen fazlardan birisinin sigortası attığında motor iki fazla çalışmaya devam eder. Diğer iki sigorta atmadığı takdirde diğer fazlardan çekilen akım sargıların aşırı ısınmasına neden olarak motorun zarar görmesine neden olabileceğinden sadece buşonlu sigorta kullanılarak üç fazlı bir motoru korumak mümkün değildir. Bu nedenle koruyucu olarak buşonlu sigortanın bulunduğu motor devresine mutlaka termik aşırı akım rölesi vb. gibi koruyucular eklenir. 3
Üç fazlı bir motoru trifaze otomatik sigortalarla koruduğumuzda fazlardan birisinin sigortası attığında diğer iki fazın akımı da kesilir. Çünkü trifaze otomatik sigortaların mandalları birbirine bağlıdır (akupledir). İşte bu özellik nedeniyle üç fazlı motorların devresinde trifaze otomatik sigorta tercih edilir. Motorların devresinde kullanılan sigortanın değeri belirlenirken ilk önce motorun gücü ve şebekeden çektiği akım göz önüne alınır. Örneğin 6A çeken bir motora 50A lik sigorta bağlanması uygun değildir. Sigorta seçimi yapılırken motorun çektiği akımın iki basamak üstü değerde sigorta seçilebilir. 6A çeken bir motorun devresine 16A lik sigorta, 11A çeken bir motorun devresine 20A lik sigorta bağlamak uygun olur. NOT: Aslında, sigortalar motorları değil hatları korumak için kullanılmalıdır. Motorun korunmasında ise termik aşırı akım rölesi, termistör rölesi, faz koruma rölesi gibi elemanlar kullanılır.
5 Motor Anma Gücü Cosφ Verim % 220V 380V 500V Motor Anma Akımı(A) Sigortalar Motor Anma Akımı(A) Sigortalar Motor Anma Akımı(A) Sigortalar kw HP Direk Y/Δ Direk Y/Δ Direk Y/Δ 0,25 0,37 0,55 0,75 0,3 0,5 0,75 1 0,70 0.72 0.75 0,80 62 6 69 7 1, 2,1 2,7 3, 6 2 2 0,8 1,2 1,6 2 2 2 2 2 0,6 0,9 1,2 1,5 2 2 2 2 1,1 1,5 2,2 3 1.5 2 3 0,83 0,83 0,83 0,8 77 78 81 81, 6 8,7 11,5 6 16 20 20 6 10 16 16 2,6 3,5 5 6,6 6 10 16 6 10 2 2,6 3,7 5 10 10 10 5,5 7,5 11 5, 7,5 10 15 0,8 0,85 0,86 0,86 82 83 85 87 1,7 19,8 26,5 39 25 35 50 63 20 25 35 50 8,5 11,5 15,5 22,5 20 25 35 35 16 20 25 35 6, 8,5 11,5 17 16 20 25 35 10 16 20 25 15 18,5 22 30 20 25 30 0 0,86 0,86 0,87 0,87 87 88 89 90 52 62 7 98 80 100 100 125 63 80 80 100 30 36 3 57 50 63 63 80 35 50 50 63 225 27 32 3 35 50 63 63 35 35 50 50 37 5 55 75 50 60 75 100 0,87 0,88 0,88 0,88 90 91 91 91 12 17 180 26 200 250 250 315 160 200 250 250 72 85 10 12 100 125 160 200 80 100 125 160 5 6 78 106 80 100 125 160 63 80 100 125 90 110 132 125 150 180 0,88 0,88 0,88 92 92 92 287 350 10 00 500 630 315 00 500 169 20 23 250 315 315 200 250 250 127 15 182 200 250 250 160 200 250
Faz Koruma Röleleri (Phase Failure Relay) Faz koruma röleleri, üç fazlı motorların iki faza kalması halinde koruma rölesi olarak kullanılır. Bu röleler, aynı zamanda arızayı duyurur. Motorun iki faza kalması halinde, gereksiz yere ısınıp yıpranmaması için, yaklaşık 1,5s gibi çok kısa sürede görev yapar. 6
Kullanım Yerleri 15KW dan küçük güçlü motorlarda, bir fazın kesilmesi, kısa sürede aşırı akım yaratmaz. Bu durumda, motorun çektiği akım ve statordaki ısı artacağından, termik röle veya termistör röle, hatta sigorta görev yaparak devreyi açar. Ancak açma süresi biraz gecikmelidir. Oysa, 15KW ve daha büyük motorlarda, bir fazın kesilmesi halinde stator sargılarının sıcaklığı, çok kısa sürede izin verilen nominal sıcaklığı geçer. Bu tip motorlar, mutlaka iki faza kalma korumasına sahip bulunmalıdır. 15KW tan daha küçük güçlü motorlarda da faz koruma rölesinin kullanılması faydalıdır. Özellikle, arızayı belirlemeyi kolaylaştırdıklarından kullanılmasında fayda vardır. Faz koruma röleleri, motor devrelerinde kullanılabileceği gibi ayrıca üç fazlı tüm devrelerde sigorta atışını duyurmak için kullanılabilir. 7
Faz Sırası Rölesi (Phase Squences Device) Üç fazlı asenkron motorlarda, fazlardan ikisi yer değiştirdiğinde dönüş yönü değişmektedir. Diğer taraftan endüstride kullanılan tezgah ve makinelerde faz sırasının değişmesi istenmez. Faz sırasının değişmesinin istenmediği yerlerde faz sırası rölesi kullanılır. Röle girişine şebeke fazları, R-S-T sırası ile bağlanır. 8
Normal çalışma durumunda röle çalışmaz, ancak üzerindeki sinyal lambası yanar. Eğer fazlardan herhangi ikisi yer değiştirecek olursa, bu kez röle çalışır ve kumanda devresinde bulunan, normalde kapalı kontağını açarak motor enerjisini keser. Bu anda röle üzerindeki sinyal lambası söner. Kullanıldığı Yerler Faz sırası rölesi, faz sırasının önemli olduğu ve değişmesi istenmeyen yerlerde kullanılır. Örneğin; asansörler, pompa ve kompresör motorları, bant sistemleri, kesme makineleri vb. 9
Termik Aşırı Akım Rölesi Bu rölenin bimetalli ve ergiyici alaşımlı olmak üzere iki çeşidi vardır. Bimetalli aşırı akım röleleri de direkt ve endirekt olmak üzere iki şekilde yapılırlar. Direkt ısıtmalı aşırı akım rölesinde bimetalin üzerinde bulunan ısıtıcı, motor akımını taşır. Motor için tehlike yaratacak değerde bir akım sürekli olarak ısıtıcıdan geçtiğinde, meydana gelen ısı bimetali sağa doğru büker. Bimetal kapalı olan kontağı açarak, kontaktörün bobin akımını keser. Güç devresindeki kontaklar açılır ve motor şebekeden ayrılır. 10
Akım kısa bir süre için normal değerinin üzerine çıkarsa, ısıtıcı bimetali ısıtacak imkanı bulamaz. Bu nedenle aşırı akım rölesinin kontağı açılmaz. Motor için tehlikeli olmayan bu gibi durumlarda ısı transferindeki gecikme, rölenin çalışmasını önler. Termik aşırı akım röleleri elle veya otomatik olarak kurulacak şekilde imal edilirler. Bazı termik aşırı akım rölelerinin üzerinde bulunan bir vida ile rölenin elle veya otomatik kurulması sağlanır. 11
Termistör Röleler Sanayide geniş bir kullanım alanına sahip elektrik motorları çeşitli nedenlerle aşırı ısınır. Termistör Rölesi aşırı ısınmanın elektrik motorlarına zarar vermesini engellemek amacıyla tasarlanmıştır. Termistör rölelerin içyapısı elektroniktir. Ön yüzünde çalışıp çalışmadığını gösteren ledler bağlantı noktaları ve firma ismi bulunur. Motor sargı sıcaklığı, kullanılan PTC nin sıcaklık sınırını aştığında röle bırakır, LED söner. Motorun aşırı ısınması engellenmiş olur. Motor sargı sıcaklığı kullanılan PTC nin sıcaklık sınırının altına düştüğünde röle tekrar çeker, LED yanar. Motor tekrar çalışır. 12
13 ASENKRON MOTOR TERMİNOLOJİSİ
Asenkron Motor Terminolojisi Dünya çapında bir motorun çeşitli çalışma ve konstrüksiyon parametrelerini belirtmek çeşitli standartlar bulunmaktadır. National Electrical Manufacturers Association (NEMA)-Ulusal Elektrik Üreticileri Derneği ve International Electrotechnical Commission (IEC)-Uluslararası Elektroteknik Komisyonu en yaygın olarak kullanılan iki tane parametrelerdir. NEMA NEMA elektrik ürünleri, motorlar da dahil olmak üzere geniş bir yelpazede için standartlar belirliyor. NEMA öncelikle Kuzey Amerika'da kullanılan motorlar ile ilişkilidir. Geliştirilen standartları genel endüstri uygulamaları temsil ve elektrik ekipman üreticileri tarafından desteklenir. Bazı büyük AC motorlar NEMA standartları girmeyebilir. Onlar, belirli bir uygulamanın gereksinimlerini karşılamak için tasarlanmıştır. 1 Onlar NEMA motor üstü olarak adlandırılır.
IEC IEC, motorlar için mekanik ve elektrik standartları, diğer şeyler arasında dünya çapında destekleyen ve yayınlayan Avrupa tabanlı bir kuruluştur. Basitçe IEC nin NEMA nın uluslararası muadili olduğunu söylenebilir. IEC standartları birçok ülkede kullanılan motorlar ile ilişkilidir. Bu standartlar IEC 3-1-16 içinde bulunabilir. Bu standartları karşılayan veya aşan motorlar IEC motorları olarak bahsedilir. NEMA standartlarında AC endüksiyon motorları esas olarak dört tasarım türü vardır. 15
Kod Harfi (Code Letter) Kilitli rotor durumunda çekilecek akım hakkında bilgi veren bir harftir. Kataloglarda verilir. Dizayn: Asenkron motorun devir sayısı-moment eğrisinin (dış karakteristik) şeklini gösteren tasarım tipini gösterir harftir. Bu harf A, B, C ve D harflerinden biridir. Dizayn A; devir sayısı az değişen (s<%5) ve en büyük devrilme momentine sahip motora ilişkin tasarımı simgeler. Normal yol alma momentine sahip (yük momentinin %150-170 i ), diğer tasarımlardan en az %50 fazla yol alma akımı çeker, kullanımı azdır. Özellikle enjeksiyon kalıp uygulamaları için uygundur. 16
Dizayn B; Dizayn A ya benzer makul yol verme momenti, orta değerde yol verme akımı ve birçok endüstriyel uygulamada iyi performans sergileyen standart bir endüstriyel motoru simgeler. Kayması s<%5 şeklindedir. Kilitli rotor momenti endüstride karşılaşılan birçok yükü döndürmek için yeterlidir. Bu tasarım satılan asenkron motorlar içinde en yaygın olanıdır. Pompalar, fanlar ve tezgahlarda tipik olarak kullanılırlar. 17
Dizayn C; düşük yol alama akımı ve büyük yol verme momentine sahiptir (Dizanyn A ve B ye göre 2 kat). Konveyörler, kırıcılar, karıştırma makineleri, karıştırıcılar, pistonlu pompalar, kompresörler gibi ağır kopma momenti istenen yerler için kullanılır. Bu motorlar büyük aşırı yükler olmadan tam hıza yakın çalışma için tasarlanmıştır. Kayması s<%5 şeklindedir. 18
Dizayn D; motorlar yüksek yol alma momentine (bütün NEMA motorlar içinde en büyüğü) sahiptirler. Yol alma akımı ve tam yük hızı düşüktür. Yüksek kayma değerleri (s<%5-13) değişen yükler ve motor hızını izleyen keskin değişiklik gereken uygulamalar için bu motorlar uygundur. Örneğin, enerji depolama volanları, baskı kalıp presleri, metal makasları, asansörler, sökme makineleri, vinçler, yük asansörleri, petrol kuyu pompaları, tel çekme makineleri, vb. Hız regülasyonu zayıf olan bu tasarımı baskı kalıp presler, vinçler, asansörler ve petrol kuyu pompaları için uygun hale getirir. Bu motor türü genellikle bir "özel sipariş" verilerek temin edilir. 19
Farklı NEMA (Ulusal Elektrik Üretim Birliği) Standart Motorlarının Hız-Moment Eğrileri 20
Akım (AMPS) a) Tam yük akımı: Anma geriliminde anma gücünde mekanik güç ile yüklenmiş motorun hattan çektiği akımdır. b) Kilitli rotor akımı: Anma gerilimi altında yol verme esnasında yada rotorun kilitli kalması durumunda hattan çekilen akımdır. c) Servis Faktör Akımı: Etikette belirtilen servis faktörü oranında aşırı olarak yüklenmiş motorun çekeceği hat akımıdır. Servis faktörü 1.15 olan bir motor, kısa süreli %15 fazla yüklenmeyi kaldırabilir. Verim (Efficiency) Girişteki elektrik gücünün, hangi oranda milden mekanik güç olarak çıktığını belirtir. 21
Çerçeve Büyüklüğü (Frame Size) Motorlar, aynen giysilerdeki beden standardı gibi, kullanılan yere uyacak şekilde standart büyüklüklerde imal edilirler. Bu konuda çeşitli standartlar vardır (NEMA, IEC, DIN). Özellikle bir motorun yerine başka bir motor takılacak ise uygunluk için çerçeve büyüklüğü göz önüne alınmalıdır. Örneğin aynı çerçeve büyüklüğündeki motorların; montaj ayakları, mil yüksekliği gibi önemli boyutları uyuşur. Tam yük hızı Anma geriliminde beslenmiş motorun anma yük momenti ile yüklenmesi durumunda mildeki devir/dakika cinsinden hızı belirtir. Devir/dakika birimi çoğu kez İngilizce kısaltması ile verilir (rpm). 22
Frekans Motorun çalışması tasarlanan şebeke frekansıdır. Dünyada yaygın kullanılan frekanslar 50 ve 60Hz'dir. Yalıtım Sınıfı (Insulation Class) Yalıtım sınıfı, motorda kullanılmış yalıtım maddelerinin sıcaklık ile yaşlanması hakkında bir ölçüttür. Öngörülen en büyük yüzey sıcaklığını verir. Motorlarda kullanılan başlıca yalıtım sınıfları: Yalıtım Sınıfı Müsaade edilen en büyük yüzey sıcaklığı ( C) A Class 105 E Class 120 B Class 130 F Class 155 H Class 180 23
Kutup Sayısı (Poles) ve Senkron hız Statordaki sargının tasarımı ile ilgili olup her zaman çift bir sayıdır: 2,, 6, 8, 10 vb değerler alır. Uygulanan frekans ve kutup sayısının fonksiyonu olarak döner alan hızı (senkron hız) oluşur: Burada p; çift kutup sayısı olup, kutuplu bir statorda 2 değerini alır. Yaygın kullanılan frekanslar için senkron devir sayıları aşağıda verilmiştir. Mildeki devir sayısı senkron devir sayısından %2-6 daha küçüktür. Kutup Senkron Hız Sayısı (2P) 50Hz 60Hz 2 3000 3600 1500 1800 6 1000 1200 8 750 900 10 600 720 Kutup sayısına bağlı olarak senkron hız değişimi 2
Güç Katsayısı - Güç Faktörü (PF: Power Factor) Şebekeden çekilen aktif gücün, görünür güce oranıdır. PF Güç katsayısı = Aktif güç Görünür güç = P S Servis Faktörü (SF: Service Factor) Servis faktörü bir motorun ne kadar aşırı yüklenebileceği hakkında bilgi verir. Servis faktörü 1.15 olan bir motor kısa süreli olarak etiket çıkış gücünün %15 fazlası ile yüklenilebilir. Kayma (s:slip) Mil hızının senkron hızdan ne kadar farklı olduğunu bağıl olarak belirtir. Senkron devir sayısı 1500rpm olan bir motor s=0,05'te çalışıyor ise mil devir sayısı 125rpm 25
Sıcaklık 1. Çevre Sıcaklığı (Ambient Temperature): Motorun çalıştığı ortam için ön görülen maksimum sıcaklıktır. Standart motorlar için öngörülen çevre sıcaklığı 0 C dir. Gemi makine daireleri ve kazan daireleri gibi sıcak ortamlarda bu parametreye dikkat edilmelidir. 2. Sıcaklık artışı (Temperature Rise): Motor sargılarının çalıştırılmamış durumdaki sıcaklığından, tam yüklü sürekli çalışma şartları arasında müsaade edilir sargı sıcaklığı değişim aralığıdır. Gerilim (Voltage) Motorun tasarlanan performans değerlerinde çalışabilmesi için uygulanması gereken gerilimdir. Etikette faz arası gerilim verilir, haliyle bir sargı üzerine düşen gerilim, sargıların yıldız yada üçgen bağlanmış olmasına göre değişecektir. 26
Anma gücü (P) Anma gerilim ve yükünde milde oluşacak mekanik gücü ifade eder. kw ya da HP (beygir gücü) olarak verilir. Elektrik tarafından çekilen güç ile karıştırmayınız. Görev Süresi Oranı (Duty Time Ratio) Görev süresi oranına göre asenkron motorlar farklı çerçeve büyüklüklerinde olabilirler. Standart görev süresi oranı tanımları aşağıda verilmiştir: S1: Sürekli çalışma görevleri için. S2: Kısa süreli görevler için. S3: Makul yol verme süresi ve kesikli periyodik çalışma için. S: Uzun yol verme süreleri ve kesikli periyodik çalışma için. S5: Elektrik frenlemeli kesikli periyodik çalışma 27 S6: Periyodik işlerde sürekli işletim için. Birbirine eş değer aralıklı uzun süreçli görevler için.
S7: S6 özelliklerine ilave olarak elektriksel frenleme işlerinin olduğu görevler için. S8: Yük momenti ve hızın değişiklik gösterdiği sürekli periyodik işler için. S9: Yük momenti ve hızın değişiklik gösterdiği periyodik olmayan işler için. 28
Ortam Koruma Sınıfı (Protection Type) Koruma sınıfları (IP-Ingress Protection) IP xy şeklinde IP ifadesinden sonra gelen iki rakam ile ifade edilir. Koruma sınıfları farklı özelliklerdeki ortamlar için yapılan özel tasarımları ifade eder. Standartlar ile belirlenmiştir. İlk rakam x katı cisimlere karşı koruma değerlerini ve ikinci rakam y suya karşı koruma değerlerini gösterir. İlk karakter Terim Açıklama 0 Korumasız - 1 50mm den büyük katı 50mm ve üzeri çapta katı cisimler cihazın içine cisimlere karşı koruma giremez. 2 12,5mm den büyük katı 12,5mm ve üzeri çapta katı cisimler cihazın içine cisimlere karşı giremez. 3 2,5mm den büyük katı 2,5mm ve üzeri çapta katı cisimler cihazın içine cisimlere karşı giremez. 1mm den büyük katı 1mm ve üzeri çapta katı cisimler cihazın içine giremez. cisimlere karşı 5 Toza karşı korumalı Toz zerreleri cihazın normal işleyişini engelleyecek, 29 güvenliğini bozacak şekilde cihazın içine giremez. 6 Toz geçirmez Toza karşı tam koruma. IP koruma sınıfları için ilk rakam
İkinci Terim Açıklama karakter 0 Korumasız - Düşey su damlalarına 1 Düşey su damlaları cihaza zarar vermez. karşı koruma 2 3 5 6 7 8 Cihazın gövdesi 15 lik açıda duruyorken düşey su damlalarına karşı koruma 60 dereceye kadar ince su damlacıklarının serpintisine karşı koruma Sıçrayan suya karşı koruma Fışkıran suya (su jeti) karşı koruma Güçlü su fışkırmalarına (su jeti) karşı koruma Geçici olarak suya batırılmanın etkilerine karşı koruma Sürekli olarak suya batırılmanın etkilerine karşı koruma Cihazın gövdesi düşey ile her iki yönde de 15 lik bir açı yaparken daha düşey olarak gelen su damlaları cihaza zarar vermez. İnce su damlacıkları düşey ile her iki yönde de 60 lik bir açı ile cihaza gelen su damlaları cihaza zarar vermez. Cihazın gövdesine herhangi bir yönden gelen su sıçramaları cihaza zarar vermez. Cihazın gövdesine herhangi bir yönden gelen su fışkırmaları cihaza zarar vermez. Cihazın gövdesine herhangi bir yönden gelen kuvvetli su fışkırmaları cihaza zarar vermez. Cihaz standart basınç ve zaman şartlarında suyun altında 1m mesafeye kadar geçici olarak batırılsa da cihaza zarar gelmez. Cihaz kullanıcı ile üretici arasında daha önceden yapılan 30 şartlarda Bu şartlar 7 de belirtilen şartlardan daha ağırdır sürekli olarak suyun altında batırılsa da cihaza zarar gelmez. IP koruma sınıfları için ikinci rakam
31
Örneğin; IP5:Hava şartlarından etkilenmez IP55:Su serpintisine korumalı IP56:Yüksek basınçlı su serpintisine korumalı IP65:Su serpintisi ve toza karşı tam korumalı IP66:Basınçlı su serpintisi ve toza karşı tam korumalı IP67:Suya dalmaya karşı korumalı Patlayıcı, yanıcı ortamları için de geliştirilmiş farklı standartta motorlar bulunmaktadır. 32
KAYNAKLAR SAÇKAN, A. Hamdi; Elektrik Makineleri III ALTUNSAÇLI, Adem; ALACALI, Mahmut; Elektrik Makineleri II ÇOLAK, İlhami; Asenkron Motorlar BAL, Güngör; Özel Elektrik Motorları ÇOLAK, İlhami; Senkron Motorlar CHAPMAN, Stephen J.; Electrıc Machinery Fundamentaly.Edition FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY, Charles Jr.; UMANS, Stephen D.; Electric Machinery Sixth Edition PAREKH, Rakesh; AC Induction Motor Fundamentals; Microchip Technology Inc., Microchip AN887 Three-phase Asynchronous Motors, Generalities and ABB proposals for the coordination of protective devices www.wikipedia.org 33