Devre Kesici Nedir? Yapısı, Çalışma Prensibi ve Uygulamaları

Devre kesici (Circuit Breaker), elektrik sistemlerinin, özellikle de ev elektriğinin en önemli ekipmanıdır. Güç kaynağını kontrol etmenin yanı sıra elektrik sisteminin güvenliğini de koruyan bir cihazdır. Bu makalede, BTB Electric ile birlikte devre kesicinin yapısını, çalışma prensibini ve uygulamalarını inceleyelim.

Devre Kesici Nedir?

Devre kesicinin temel işlevi, sistemi aşırı yüklenmeye veya kısa devreye karşı korumak ve elektrik kaçağını önlemektir.

Günümüzde, normal işlevlerine ek olarak, bazı tiplerin anti-şok, yıldırım önleme veya tersine çevirme işlevi gibi çok işlevli birçok devre kesici türü bulunmaktadır. Devre kesiciler birkaç şekilde sınıflandırılır:

• Yapısına göre: Kompakt Şalter (Moulded Case Circuit Breaker) ve Minyatür Devre Kesici (Miniature Circuit Breaker).
• Fonksiyonuna göre: Normal tip ve gelişmiş fonksiyona sahip tip.
• Parametrelere göre: Faz sayısına (1 – 3 faz) ve kutup sayısına (1 – 4 kutup).
• Kısa devre kesme hattına göre: Konut elektriği, üretim gücü, iletim gücü veya özel amaçlı kullanım amacına bağlıdır.

Devre Kesicinin Fonksiyonları

Devre kesicinin temel işlevi, elektrik devrelerini aşağıdaki elektrik sistemi risklerine karşı korumaktır:

• Aşırı Yük Koruması: Akım güvenlik derecesini aştığında, devre kesici, aşırı yük akımını önlemek, cihazın ısınmasını veya patlamasını engellemek için devreyi otomatik olarak kapatır. Bu işlev MCB, MCCB, RCBO ve ELCB serilerinde mevcuttur.
• Kısa Devre Koruması: Akım aniden yükseldiğinde, kısa devreye neden olduğunda, devre kesici, cihazın veya hattın patlamasını önlemek için kendini kapatır. Bu işlev MCB, MCCB, RCBO ve bazı ELCB serilerinde mevcuttur.
• Anti-şok, Kaçak Koruması: AC devresinde bir akım farkı (kaçak akım) tespit edildiğinde, devre kesici, kaçak akımın yayılmasını ve kullanıcıya elektrik çarpması riskini önlemek için devreyi hızla keser. Bu işlev RCBO, RCCB ve ELCB gibi kaçak akım devre kesicilerinde mevcuttur.
• Faz kaybı önleme, yıldırım koruması, aşırı gerilim direnci: Bazı özel devre kesici hatlarındaki işlevlerdir.

Devre kesici, akımdaki arızaları amper (A), kısa devre akımı (kA) veya kaçak akım (mA) gibi parametreler aracılığıyla algılar. Akımın, anma değerini aşan bir değere sahip yukarıdaki olaylardan birini tespit ettiği anda, devre kesici, akımın akmasını önlemek ve arkadaki yük ekipmanının güvenliğini korumak için derhal kapanır.

Devre Kesicinin Yapısı

Devre kesicinin yaygın yapısal özellikleri şunlardır: kontaklar, Ark söndürücü, aktüatör ve açma mekanizması.

Kontak

Devre kesicideki kontak, devrenin kapatılması ve açılmasını gerçekleştirir. Devre kesici tipine bağlı olarak, kontak 2 tipe ayrılabilir (dinamik ve statik). Statik kontak, devre kesiciye giren harici kabloya bağlanır. Dinamik kontak ise bir elektromıknatısa bağlıdır ve hareketlidir.

Ark Söndürücü

Güç sisteminin tüm çalışma koşullarında elektrik arklarını söndürmek için genellikle iki tip ark söndürücü ekipman kullanılır: yarı kapalı tip ve açık tip. Yarı kapalı tip, CB'nin kapalı kasasının içine yerleştirilir ve bir hava çıkış deliği vardır. Bu tipin akım kesme sınırı 50KA'yı geçmez. Açık tip, kesme akım sınırının 50KA'dan veya voltajın 1000V'den (yüksek voltaj) yüksek olduğu durumlarda kullanılır.

Devre kesicideki elektrik ark söndürme odasında, arkı birkaç kısa bölüme ayırmak için bir ağ şeklinde düzenlenmiş çelik levhalar kullanılır, bu da arkın etkili bir şekilde söndürülmesine yardımcı olur.

Kesme Sürüş Mekanizması

Kesme sürüş mekanizmasını kontrol etmek için 2 yol vardır: elle veya elektromekanik (elektromanyetik, elektrik motoru) olarak:

• Manuel kesme sürüşü: Nominal akımı 125A'nın altında olan devre kesiciler için kullanılır, genellikle konut ve ticari elektrik sistemlerinde bulunur.
• Elektromekanik kesme sürüşü: Nominal akımı 125A'dan 1000A'ya kadar olan yüksek akımlı devre kesiciler için kullanılır, sanayide yaygın olarak kullanılır.

Açma Mekanizması

Açma mekanizması, aşırı yük, kısa devre veya voltaj düşüşü belirtilerini tespit ettiğinde devrede harekete geçerek devre kesicinin gücü otomatik olarak kesmesini sağlayan sinyal iletim birimidir. İki yaygın açma mekanizması türü vardır: elektromanyetik sistemler ve termik röleler.

• Solenoid tipi kanca, ana devreye seri olarak bağlanan, akıma dayanacak geniş bir kesite sahip ve az sayıda sargı döngüsü olan bir bobinden oluşur. Akım izin verilen değeri aştığında, manyetik kuvvet armatürü içeri çekecek ve kanca, serbest düşen mafsala çarpacak, bu da CB'nin kontağının açılmasına neden olacaktır. Vidanın direncini ayarlayarak, akım değeri anında ayarlanabilir. Solenoid tipi kancanın aşırı yük korumasındaki süreyi tutmak için bir zaman tutma mekanizması eklenir.
• Termik röle tipi kancalar, ana devreye bağlı bir ısı üreten elemana sahip termik rölelere benzer daha basit bir yapıya sahiptir. Aşırı yük oluştuğunda, genişleyen çift metal levha, mafsalın serbestçe düşmesine neden olacak ve CB'nin kontağını açacaktır. Bu tipin dezavantajı, termal gecikmenin büyük olmasıdır, bu nedenle kısa devre sorunu olduğunda anormal akımı hızlı bir şekilde kesemez ve bu nedenle yalnızca aşırı yük akımına karşı koruma sağlayabilir.

Genellikle 600A'ya kadar olan devre kesicilerde hem solenoid kancalar hem de röle kancaları bulunur. Voltaj düşüşü açma mekanizması durumunda, ana devreye paralel yakalanmış, az sayıda döngüye ve küçük bir tel kesitine sahip bir bobin olan elektromanyetik tip kullanılır.

Devre Kesicinin Önemli Özellikleri

Devre kesicinin özellikleri şunlardır:

• Ui: Anma çalışma gerilimi.
• Ue: Anma yalıtım gerilimi.
• In: Anma akımıdır. Örneğin, MCCB 3P 100A 25kA'da, In=100A'dır. Ana anma akımı, devre kesicinin aşırı yük koruma eşiğidir. Akım anma değerini aştığında, devre kesici TRIP (açma) yapacaktır.
• Ir: Çalışma akımı, devre kesicinin izin verilen aralığı içinde ayarlanabilir. Örneğin, 100A'lık bir akım ayarlı devre kesici, 100A'ya ayarlanabilir. Akım ayarlı devre kesiciler için, çalışma akımı, devre kesicinin harekete geçme eşiğidir.
• Icu: Kısa devre kesme akımı, kontağın 1 saniye boyunca maksimum akım toleransıdır.
• Icw: 1 zaman birimi başına kısa devre akım toleransı.
• Ics: Ekipmanda bir sorun oluştuğunda gerçek kesme yeteneği, farklı üretim teknolojileri nedeniyle her üreticiye bağlıdır. Örneğin, aynı üreticinin 2 tip MCCB'si vardır: Ics = 50% Icu ve Ics = 100% Icu.
• IΔn: mA cinsinden mevcut olan elektrik kaçağı akımına dayanma yeteneği.
• AT – Amper Trip: Darbe akımıdır.
• AF – Amper Frame: Çerçeve akımıdır. Örneğin, NF250 2P 100A ve NF250 2P 200A'nın her ikisi de AF=250A'ya sahiptir, ancak biri akım AT=200A'yı aştığında, diğeri ise akım AT=100A'yı aştığında etki edecektir.
• Karakteristik eğri: CB'nin koruma karakteristik eğrisidir (CB'nin seçici eğrisi), CB'nin elektrik sisteminde nereye seçileceğine karar vermeye yardımcı olur.
• Mekanik/elektrik dayanımı: İzin verilen mekanik anahtar sayısının, izin verilen elektrik anahtar sayısını aşması.

Devre Kesicinin Çalışma Prensibi

Devre kesicinin temel işlevi, elektrik sisteminde bir arıza tespit edildiğinde devreyi ayırmaktır. Kontak üzerinden devreden geçen akımda ani bir değişiklik meydana gelirse, yay üzerinde oluşan manyetik alan (voltaj çok düşük) azalacak veya yay aşırı ısınacak (voltaj çok yüksek), kontakların açılmasına ve akımın kesilmesine neden olacaktır.

Ev elektrikli aletleri için kullanılan devre kesiciler için, kullanıcıların cihazların tekrar çalışmasını kontrol etmek için bunları manuel olarak sıfırlaması gerekir. Daha yüksek kesme akımlarına sahip elektrik sistemleri için devre kesiciler genellikle bir elektromanyetik kontrol mekanizmasına sahiptir.

Kısa devre bir süre sonra meydana geldikten sonra, devre kesicideki yaylar normale dönecek, böylece tüm kontaklar tekrar birbirine bağlanabilecek ve akımın geçmeye devam etmesine izin verilecektir.

Devre Kesicinin Sınıflandırılması

Faz ve kutup sayısına göre sınıflandırıldığında, devre kesicinin türleri şunlardır: 1 faz 1 kutup, 1 faz 2 kutup, 2 faz 2 kutup, 3 faz 3 kutup, 3 faz 4 kutup.

Amperaja (In) göre sınıflandırıldığında, devre kesiciler şöyle ayrılır:

• Düşük Baskı Seviyesi: 1A, 2A, 3A, 6A,.... 125A
• Orta Baskı Seviyesi: 160A, 250A, 320A, 400A,... 800A
• Yüksek Baskı Seviyesi: 1000A, 1250A, 1600A, 2500A,...

Devre kesici, 1 fazlı elektrik ve 3 fazlı elektrik için kullanılmak üzere birçok türe ayrılmıştır. En popüler olanlar MCB, MCCB, RCCB, RCBO ve ELCB devre kesici serileridir. Yukarıdaki türlerin her birinde, birçok farklı nominal hat seviyesi, kutup sayısı ve özellik bulunur.

Minyatür Devre Kesici (Miniature Circuit Breaker - MCB)

MCB, 220V ve 380V güç ağları için kullanılan küçük boyutlu bir devre kesici serisidir. MCB, 125A veya daha az düşük nominal akıma sahiptir, ev güç sistemleri veya küçük ve orta güçlü elektrik ekipmanları için kuruluma uygundur. MCB'nin işlevi, elektriksel aşırı yüklenmeye ve kısa devreye karşı direnç göstermektir. MCB, konut evlerinde, apartmanlarda, ofislerde, işyerlerinde, depolarda, otellerde, hastanelerde, okullarda vb. çok popülerdir.

Kompakt Şalter (Moulded Case Circuit Breaker - MCCB)

MCCB, 380V güç ağları için kullanılan, 6A'dan 2500A'ya kadar nominal akım taşıyan büyük boyutlu bir blok devre kesicidir. MCCB, elektrik ağını aşırı yüklenmeye ve kısa devreye karşı korur. MCCB'nin özel özelliği, uzaktan kontrol edilebilmesinin yanı sıra nominal hat kesme seviyesinin de ayarlanabilmesidir. MCCB, santrallerde, üretim tesislerinde, depolarda, deniz limanlarında, havaalanlarında vb. endüstriyel elektrik panolarında vazgeçilmez bir şalt cihazıdır.

Kaçak Akım Devre Kesici (Residual Current Circuit Breaker - RCCB)

RCCB, hem 220V hem de 380V güç ağları için kullanılan, elektrik çarpmasına karşı uzmanlaşmış bir devre kesici serisidir. Bu tip devre kesici, 16A'dan yüzlerce ampere kadar çeşitli nominal akımlara sahiptir. RCCB, genellikle anti-şok özellikleri olmayan elektrik sistemlerine ek olarak, aşırı yüklenme ve kısa devre önleyici bir devre kesici ile seri olarak yerleştirilir. Bununla birlikte, RCCB'nin kaçak akım seviyeleri 10mA'dan 500mA'ya kadar değişir.

Aşırı Akım Korumalı Kaçak Akım Devre Kesici (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection - RCBO)

RCBO, şok direncini ve aşırı yüklenme ve kısa devre direncini birleştiren bir devre kesici serisidir. Bu tip devre kesici, çeşitli kaçak akım seviyelerine ve kısa devre kesme akımı seviyelerine sahiptir. RCBO, MCB ve RCCB'nin yerini alarak ağırlıklı olarak 220V devreler için kullanılır. Ayrıca, RCBO 380V endüstriyel devrelere de uygulanabilir.

Toprak Kaçağı Devre Kesici (Earth Leakage Circuit Breaker - ELCB)

ELCB, aşırı yük direncine sahip bir blok tipi toprak kaçağı devre kesicidir. Bu cihaz, hassas, yüksek nemli ortamlarda elektrik kaçağını önlemek için sıklıkla kullanılır. Bazı durumlarda, ELCB, MCCB – RCCB'nin yerini alabilir veya bazı özel elektrik ekipmanları kurabilir.

Devre Kesicinin Uygulamaları

Devre kesici, konut, ticari ve endüstriyel olmak üzere herhangi bir alçak gerilim güç sisteminde bulunan önemli bir elektrikli cihazdır. Devre kesicinin kullanımları şunlardır:

• Elektrik devrelerini kontrol eder ve korur, güvenli ve verimli çalışmayı sağlar.
• Aşırı yüklenme, faz kaybı, kısa devre gibi elektrik sorunlarını tespit ettiğinde devreyi zamanında keser.
• Bazı devre kesiciler, sistemleri ve insanları elektrik kaçaklarından, yıldırım çarpmasından, sellerden ve yangınlardan koruma yeteneğine sahiptir.
• Yük ekipmanı için ısı, yangın ve patlama gibi hasarları sınırlar.

Endüstriyel Güç Uygulaması

Sanayide, uzmanlaşmış şalt cihazlarının yanı sıra ağırlıklı olarak MCCB kullanılır. Bir ark söndürücü ile donatılmış MCCB serisi, akımı binlerce Ampere kadar kesebilir. Bir MCB kullanılacaksa, 10kA kısa devre kesme akımına sahip 3 fazlı bir tip seçin.

Sanayideki elektrik ekipmanlarının çoğu 3 fazlı elektrik ekipmanıdır. Sistem nötr bir tel kullanmasına rağmen, nötr teldeki sorunlar nadir olduğu için, maliyetten tasarruf etmek için genellikle sadece 3 kutuplu devre kesici tipi kullanılır. Toplam devre kesici konumları için, güvenliği sağlamak için yüksek kısa devre kesme akımına sahip bir tane seçmek gerekir. Cihaz için kullanılan branşman devre kesicileri için, orta kesme akımına sahip bir tip seçmek mümkündür.

Sivil Güç Uygulaması

Evdeki elektrikli aletlerin çoğu 1 fazlı elektrikli aletlerdir. Bu durumda, faz teline (canlı tel) takmak için 1 fazlı bir MCB kullanmak yaygındır, nötr telin (toprak teli) MCB'den geçmesine gerek yoktur. Öte yandan, bir ark söndürücü olmadığı için, devre kesici MCB, akımı yalnızca 100A'nın altında kesebilir.

Normalde, insanlar maliyetten tasarruf etmek için 6kA veya 4.5kA kısa devre kesme akımına sahip MCB'yi seçeceklerdir. Büyük elektrik tüketimi olan ve 3 fazlı elektrik kullanan bazı haneler için, güç sisteminin güvenliğini ve daha yüksek dayanıklılığı sağlamak için orta kısa devre kesme akımına sahip toplam bir devre kesici seçilmesi önerilir.

Yüksek güçlü elektrikli aletlerin kullanımı giderek daha yaygın hale gelmektedir. Elektrik sisteminin güvenliğini sağlamak için, 1000W'lık yüksek çalışma gücüne sahip cihazlar, ısıtıcılar, klimalar, indüksiyonlu ocaklar gibi kendi anti-şok devre kesicileri ile korunmalıdır.

Bazı Sorular

Soru 1: 1 fazlı devre kesici ve 3 fazlı devre kesici seçmek arasında bir fark var mı?

Cevap: 1 fazlı devre kesici, konut elektriği için 220V'luk bir devre kullanırken, 3 fazlı devre kesici, endüstriyel elektrik için 380V'luk bir devre kullanır. Bu nedenle, yukarıdaki 2 devre kesici tipinden birini seçmek için kullanılan elektrik sistemini anlamak gerekir.

Soru 2: Uygun devre kesici kapasitesi nasıl seçilir?

Cevap: Sistemde kullanılan cihazların kapasitesini hesapladığınızda, toplam kapasiteyi elde edersiniz. Aşırı gerilim veya kapasite kullanımında ani artış riskini en aza indirmek için toplam kapasiteden %30-50 daha yüksek bir devre kesici kapasitesi seçin.

Soru 3: Devre kesicinin iç mekan güç ağındaki işlevi nedir?

Cevap: Devre kesici, aşırı yüklenme, kısa devre veya elektrik kaçağı olduğunda devreyi otomatik olarak açar.

Soru 4: Hangi marka devre kesici kullanmalıyım?

Cevap: Aralarından seçim yapabileceğiniz birçok kaliteli devre kesici üreticisi vardır. Endüstriyel güç sistemleri için ABB, BTB Electric, Mitsubishi, Schneider gibi devre kesicileri kullanmaya öncelik verilir. Konut elektrik sistemleri için LS, Panasonic gibi devre kesicileri kullanmaya öncelik verilir.

Yukarıda, devre kesici, tipik yapısı, çalışma prensibi ve bu son derece önemli elektrikli cihazın hayattaki uygulamaları hakkında özet bilgiler verilmiştir. Devre kesici hakkında daha fazla bilgi için lütfe nhttps://btb-electric.com/tr/ web sitesini takip etmeye devam edin.