Kaçak Akım Devre Kesici (RCCB) veya bir 'açma anahtarı', elektrik sistemlerinde kullanılan bir koruma cihazıdır. RCCB'ler hem insanları hem de elektrikli cihazları elektrik çarpması ve akım kaçağı gibi elektrik arızalarından korur. Bu yazıda, RCCB'lerin ne olduğunu, nasıl yapıldığını ve elektrik devresi koruma cihazları olarak nasıl işlev gördüklerini tartışacağız.
Kaçak Akım Devre Kesici Nasıl Çalışır
Kaçak Akım Devre Kesicileri aynı zamanda 'açma anahtarları' ve RCD (Kaçak Akım Cihazı) olarak da bilinir. Elektrik devresi koruma cihazları kategorisine aittirler. RCCD'ler her evsel ve endüstriyel güç dağıtım devresinde bulunabilir. Tek fazlı ve üç fazlı konfigürasyonlarda mevcutturlar ve birden fazla sınıfa sahiptirler.
RCCB'nin en basit şekli tek fazlı tiptir. Her ünitede iki giriş terminali ve iki çıkış terminali vardır. benzer bir MCB, cihazı açıp kapatmak için yaylı bir anahtar da vardır. Anahtara ek olarak, cihazın gerçekten çalışıp çalışmadığını test etmek için bir 'test' düğmesi vardır. Bu düğme, üreticiye bağlı olarak kırmızı, yeşil, sarı, turuncu veya mavi gibi farklı renklerde olabilir.
Tipik bir insan sadece tahammül edebilir 30mA'ya kadar elektrik akımı hayati tehlike oluşturan yaralanmalar meydana gelmeden önce. Bir insan veya herhangi bir canlı, canlı bir elektrik bağlantısıyla temas ederse ve topraklanırsa, elektrik çarpacak ve ciddi şekilde yaralanacaktır. Bu kadar şiddetli olmasa da, elektriksel kısa devreler ve akım kaçağı nedeniyle elektrikli makineler de zarar görebilir.
Artık akım devre kesicisi prensibi ile çalışır. Kirchhoffs'un Mevcut Yasası (KCL). KCL, bir devreye akan akımın devreden dönen akıma eşit olması gerektiğini belirtir. Benzer şekilde, RCCB, canlı (L) ve nötr (N) terminallerden geçen akımdaki önemli değişiklikleri ölçer. İdeal bir senaryoda, fark 0mA'ya çok yakın olmalıdır.
RCCB tarafından korunan bir elektrikli ekipmanda akım kaçağı varsa, nötr akım, canlı telin akımından daha düşük olacaktır, çünkü bir miktar akım bir kişi veya makinenin toprak bağlantısı üzerinden topraklanacaktır. Bu farka 'artık akım' denir. Bu fark, RCCB'nin açma eşiğini (yani 20mA) aştığında, anahtarı hızla açar ve hemen bağlantıyı keser ve ekipmanın gücünü keser.
Açma eylemi birkaç milisaniye içinde anında gerçekleşir. Bu nedenle elektrik çarpmasına maruz kalan kişi hayati tehlike oluşturan yaralanmalardan korunabilir. Elektrik çarpması önlenemese de kişinin güvenliği her zaman garanti altına alınmıştır. Elektrikli cihazlar göz önüne alındığında, böyle bir cihazın şasiye akım sızdıran bir akım kaçağı hatası varsa, potansiyel elektrik tehlikelerini önlemek için RCCB'yi hemen açabilir.
Artık Akım Devre Kesici Devre Şeması
Artık bir artık akım devre kesicisinin çalışmasını bildiğimize göre, bir RCCB'nin nasıl çalıştığına derinlemesine bir göz atalım.
Aşağıda tek fazlı (iki kutuplu) bir RCCB cihazının dahili yapısı gösterilmektedir.
Soldan başlayarak, giriş terminalleri şebekeden veya jeneratörden gelen ana elektrik beslemesine bağlanır. Bu, gerektiğinde devreyi izole etmek için iki kutuplu bir MCB kullanılarak değiştirilir. Besleme daha sonra 2 kutuplu kesici kontaklardan geçirilir; biri canlı, diğeri tam koruma için nötr.
Canlı ve nötr teller, her tel için bir sargıya ve 'algılayıcı bobin' adı verilen ayrı bir sargıya sahip özel bir bobinden geçer. Bu iki birincil bobinin her bir ucu yüke bağlanmıştır. Yukarıda tartışıldığı gibi, bu bobinlerden akım geçtiğinde, bobinlere göre bir manyetik alan oluştururlar. Faraday'ın Elektromanyetik İndüksiyon Yasası. Yük devresinde herhangi bir arızanın olmadığı normal şartlarda bu iki manyetik alan birbirini yok eder.
Bir arıza durumu olduğunda ve canlı akım nötr akımdan yüksek/düşük olduğunda, bu iki manyetik alan birbirini iptal edemez. Bu, 'algılama bobini' içinde bir voltaj indükler. Bu voltaj çok yükselirse (bu, arıza akımının/artık akımın çok yüksek olduğu anlamına gelir), yüke giden gücü kesmek için kontakları kesmek için bir solenoidi etkinleştirir. Açıldıktan sonra, arıza giderildikten sonra manuel olarak açılması gerekir.
RCCB'ler ayrıca bir düğme ve bir direnç içeren ek bir devre ile donatılmıştır. Bu, cihazın test edilmesini sağlayan bir devredir. Butona bastığımızda yapay bir arıza durumu (artık akım) oluşturur ve RCCB'yi tetikler. Butona basıldığında cihaz tetiklenirse korumanın yerinde olduğunu onaylar.
RCCB Kablolama
RCCB'ler, elektrik devrelerine takılan güvenlik cihazlarıdır. Genellikle kaynağa yakın güç dağıtım panolarına kurulurlar. Aşağıda gösterilen resim, bir RCCB'nin kurulum sırasını gösterir.
RCCB, 2 kutuplu bir MCB olan birincil anahtardan sonra bağlanır. MCB, onarım ve bakım gibi durumlarda devreyi şebekeden tamamen izole etmek için bir ana şalter görevi görür. RCCB, alt devreleri korumak için yanına yerleştirilmiştir. Alt devrelere aşırı akım koruması sağlayan tek kutuplu MCB'ler, RCCB'den sonra yerleştirilir.
RCCB'nin sınıflandırılması
RCCB'ler genellikle terminal sayılarına göre iki ana tipte sınıflandırılır. Bunlar tek kutuplu RCCB ve 4 kutuplu RCCBs.
- Tek kutuplu RCCB
- Tek kutuplu RCCB'ler, evsel uygulamalarda ve tek fazlı yüklerin kullanıldığı küçük ölçekli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Canlı ve nötr (L ve N) olmak üzere iki terminali ve iki çıkış terminali vardır.
- 4 kutuplu RCCB
- Üç fazlı güç sistemi koruması için 4 kutuplu RCCB'ler kullanılır. Üç fazlı bir sistemde L4, L1, L2 ve N kabloları için 3 adet giriş ve çıkış terminal seti bulunmaktadır. Bunlar genellikle endüstriyel güç dağıtım devrelerinde ve güç kullanımının yüksek olduğu bazı yerel güç dağıtım devrelerinde bulunur.
Bu iki fiziksel konfigürasyona ek olarak, belirli uygulamalara uyacak şekilde özel olarak tasarlanmış birkaç tip daha vardır. Bunlar tanımlı IEC 60755: Artık akımla çalışan koruyucu cihazlar için genel güvenlik gereksinimleri.
- AC Tipi – genel amaçlı
- Bu tip, alternatif sinüzoidal voltaj sistemleri için uygundur. Bunlar, evsel ve endüstriyel uygulamalarda en yaygın olarak kullanılan RCCB tipidir.
- Tip A – Tek fazlı, sınıf I elektronik yükler
- Tip A RCCB'ler, en çok, invertörler gibi saf sinüs dalgası veya değiştirilmiş sinüs dalgası kaynakları üzerinde çalışan devreler için uygundur. Bunlar ayrıca VFD'ler (Değişken Frekanslı Sürücü) motor kontrolörleri gibi yüklerin diyot ve/veya tristör doğrultucu devrelerinin bulunduğu devrelerde de kullanılır. A tipi RCCB'ler, A tipi ünitelerin yerine kullanılabilir.
- F Tipi – yeni tanıtılan, özel amaçlı
- F Tipi RCCB'ler, motor kontrolörleri gibi değişken hızlı sürücü devrelerinde kullanılmak üzere özel olarak yapılmıştır. Bunlar, HVAC sistemleri gibi yüksek frekanslı, bozuk akım ve voltaj dalga biçimi devrelerinde çok iyi performans gösterir. F Tipi RCCB'ler arıza akımlarına karşı çok hassastır. Bunlar ani ani akımlar nedeniyle açmazlar. Tip F, Tip A ve AC RCCB'lerin yerini alabilir.
- B Tipi – 3 fazlı sistemler, EV ve PV sistemleri
- B tipi kaçak akım devre kesiciler, elektrikli araç şarj devrelerinde, fotovoltaik sistemlerde ve diğer 3 fazlı doğrultulmuş sistemlerde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bunlar, sinüzoidal AC'yi, çoklu frekanslarla titreşen DC'yi ve hatta düzgün DC artık akımlarını algılayabilir. Dalga formu tiplerine ek olarak, özellikler 50Hz'den 1kHz'e kadar belirli frekanslar altında da tanımlanır. Tip B RCCB'ler Tip A, F ve AC tiplerine uygundur ve yedek olarak kullanılabilir.
RCCB Avantajları ve Dezavantajları
Kaçak Akım Devre Kesicileri, en önemli elektrik devresi koruma cihazlarından biridir. Hemen hemen her elektrik dağıtım panosunda görmekteyiz, kullanıcıları ve ekipmanları zarar görmekten korumaktadır. Herhangi bir cihaz gibi, RCCB'lerin de avantajları olduğu kadar dezavantajları da vardır.
RCCB Avantajları/Faydaları
- RCCB'ler esas olarak insanlara ve diğer canlılara elektrik çarpmasına karşı koruma sağlamak için kullanılır.
- Elektrik çarpmalarına ek olarak RCCB'ler, insanları ve elektrikli ekipmanı akım kaçakları gibi toprak arızalarından da koruyabilir.
- Arıza akımı nominal hassasiyeti aştığında RCCB'ler otomatik olarak açılır.
- Belirli bir uygulamaya uyacak şekilde birden fazla hassasiyet ve derecelendirme türünde mevcutturlar.
- RCCB'ler tek fazlı (iki kutuplu) veya üç fazlı (dört kutuplu) konfigürasyonlarda gelir. Bu düzenlemeler devreyi beslemeden tamamen izole etmemizi sağlar.
- Çoğu RCCB, ekipmanı voltaj dalgalanmalarından korumaya yardımcı olan ek filtreleme devreleri içerir.
RCCB Dezavantajları
- RCCB'lerde kısa devre/aşırı yük koruması yoktur. Tamamen artık akıma güveniyorlar. Bir yük yanlışlıkla kısa devre yaparsa, dönüş akımı RCCB'den akan akımla aynı olacaktır. Bu, cihaz korumasını tetiklemeyecektir.
- Son derece hassas varyantlar, yıldırım çarpmaları ve voltaj dalgalanmaları tarafından tetiklenebilir.
- RCCB'ler, hatalı elektrik kablolarına karşı koruma sağlayamaz (yani, elektrik prizinde canlı ve nötr kablolar değiştirildiğinde)
- RCCB yalnızca canlı toprak veya nötr toprak şoklarına karşı koruma sağlar. Kullanıcıyı canlı-nötr şoklardan koruyamaz. Bu ölümcül olabilir.
- Belirli bir uygulama için doğru RCCB tipinin seçilmemesi, elektrik çarpmasına karşı koruma seviyesinin düşmesine yol açar.
Kaçak Akım Devre Kesici Fiyatı
Elektrik koruma cihazları doğal olarak pahalıdır. Her bir üniteden gerekli minimum koruma seviyesinin garanti edilmesini sağlamak için endüstri standartlarını karşılaması gereken hassas cihazlardır.
Tek kutuplu 25A tipleri için Kaçak Akım Devre Kesicilerin fiyatları 30-25$'dan başlar. Mevcut derecelendirme, kutup sayısı ve hassasiyet arttıkça, bir RCCB size birkaç yüz dolardan birkaç bin dolara mal olabilir. Örneğin, 125A ABB 4 kutuplu RCCB Bu makalenin yazıldığı sırada 51730 $ 'lık bir maliyeti var.
Aşırı Akım Korumalı Kaçak Akım Devre Kesici (RCBO)
Yukarıda bahsedildiği gibi, tipik bir RCCB aşırı akım olaylarını tespit edemez. Bu, cihazın çalışma prensibinden kaynaklanmaktadır. Güvenliği tetiklemek için yalnızca çıkış ve dönüş akımı (artık akım) arasındaki farka dayanır. Bir yük çok fazla akım çekerse, dönüş akımı cihazdan gelen çıkış akımıyla tamamen aynı olduğundan RCCB bunu algılayamaz.
Bunu önlemek için iki yaklaşım olabilir. Genel uygulama, bir RCCB kullanmak ve gücü birden fazla MCB aracılığıyla dağıtmaktır. Bu şekilde artık akım koruması RCCB tarafından ele alınır ve MCB tarafından aşırı akım koruması sağlanır. Ancak, herhangi bir alt devredeki artık akım olayı, RCCB'nin tüm sistemi tetikleyip kapatmasına neden olur.
RCBO'lar bu soruna geçici bir çözüm bulmak için tasarlanmıştır. Genel kaçak akım koruma devresine ek olarak bir aşırı akım koruma devresinden oluşurlar.
Aşağıda gösterilen resim 4 kutuplu bir RCCBO'dur. RCCBO'lar, 4 bağlantılı kutba sahip MCB benzeri görünümleriyle ayırt edilebilir. Neredeyse bir RCCB ile eşleştirilmiş bir MCB'ye benziyorlar.
Bir RCCB'nin Açılmasına Neden Olan Nedir?
RCCB'ler, bir arıza akımı olduğunda açılacak şekilde tasarlanmıştır. Bu akıma 'artık akım' denir. Cihaz, yukarıda açıklandığı gibi, Canlı(lar) ve Nötr kablolarda hareket eden akımı izler. Normal çalışma koşulları altında iki akım arasındaki fark sıfıra yakın olmalıdır.
Akım kaçağı olduğunda; örneğin, topraklanmış bir kişi elektrik çarparsa, açıkta kalan canlı telden az miktarda akım kişinin içinden toprağa geçer. Bu, RCCB'deki elive ve nötr akımlarda bir dengesizliğe neden olur. EĞER fark çok yüksekse, RCCB açılır.
Bu birincil işlevin yanı sıra, yıldırım gibi olaylar, yüksek endüktif yükler (elektrik motorları, kaynak tesisleri) gibi üniform olmayan yükler de yanlışlıkla RCCB'yi tetikleyebilir. Bu istenmeyen bir durumdur ve yük tipine uygun doğru RCCB tipi kullanılarak önlenebilir.
Yükseltilmiş RCBO'lar aşırı akım koşulları nedeniyle de tetiklenebilir. RCBO'lar aşırı akım/kısa devre durumlarını tespit edebilir ve buna göre anahtarı açabilir.
Sonuç
Artık akım devre kesiciler, hem ekipmanı hem de insan operatörlerini tehlikeli elektrik çarpmasından koruyan çok güvenilir güvenlik cihazlarıdır. Piyasada açma akımı ve açma gecikmesi gibi parametrelerin programlanmasına bile izin veren çok gelişmiş RCCB'ler bulunmaktadır. Optimum korumayı sağlamak için güç dağıtım sisteminizde her zaman uygun RCCB'yi kullanın.
