Elektrik
enerjisine ihtiyaç duyulan her alanda, kullandığımız kabloları doğru mu
seçiyoruz? Tiplerini doğru mu belirliyoruz? Çevresel şartlara göre performans
ve reaksiyonları değişen, enerjiyi ya da sinyali taşımaya ve dağıtmaya yarayan,
bu vazgeçilmez sistem elemanlarının karakteristik özelliklerini doğru
belirlemenin hayati önem arz ettiğinin farkında mıyız?
Bu yazımızda, dört bir
yanımızı bir ağ gibi saran kabloların iletken kesitlerinin tayini konusunda
bilgi vermeye çalışacağız. Elektrik enerjisi, üretildiği santrallerden,
ulaştırıldığı son noktalara kadar çeşitli kesitlere ve gerilim seviyelerine
haiz kablolar ile dağıtılır ve iletilir. Bu kabloların tipleri belirlenirken,
hangi ortamlarda kullanılacağı, ne gibi harici etkilere maruz kalacağı,
muhtemel ortam şartlarına nasıl tepki vereceği gibi konular analiz edilerek,
bir karar verilmektedir. Kablo tipini olası alternatiflerle belirledikten
sonra, bu kablolarda kullanılacak olan iletkenin elektriksel kesiti (büyüklüğü)
belirlenmelidir. Kesit tayini ise, en az kablo tipini belirlerken yapılacak
analizler kadar, detaylı ve dikkatli yapılmalıdır.
Kablo iletken kesitinin
doğru belirlenmesindeki en önemli unsur güvenlik olmalıdır. Kablonun herhangi
bir güvenlik problemi teşkil etmeden görevini devam ettirebilmesi için, mevcut
güç ve ileride sisteme eklenmesi muhtemel güç analizi, doğru yapılmalıdır.
İletkenin boyutları, iletkeni saran polimer malzemenin sınır değerlerini
zorlamayacak ve üzerinden akacak olan akıma, uluslararası standartların
belirlediği azami direnç değerlerinin üzerinde bir direnç göstermeyecek şekilde
belirlenmelidir. Daha sonra, maliyet unsurları devreye girecektir. Sistemin
güvenliğini sağlamak adına, fazla harcamalardan kaçınılmalıdır. Bunun yolu da maliyet-güvenlik
optimizasyonu yaparak, en uygun iletken kesitini belirlemektir.
Güvenlik
ve maliyet unsurları göz önünde bulundurulduğunda, kablo kesit tayini
yapılırken ortaya üç önemli parametre çıkıyor; akım taşıma kapasitesi, gerilim
düşümü ve kısa devre akımı.
Akım Taşıma Kapasitesi: Tesis edilen veya edilecek kablonun,
temelde sıcaklık esasına dayanarak, hiçbir bileşeninin bozulmadan, güvenle
kullanımına devam edilebileceği azami akım değeridir. Akım taşıma
kapasitesinin, kablo kesitinin seçiminde doğrudan bir etkisi vardır.
Gerilim Düşümü: İletkenin kendi iç direncinden kaynaklanan
kayıplardan dolayı, gerilimin, kaynaktan yüke ulaşıncaya kadar geçen mesafede
azalması durumudur. Taşıma mesafesi uzadıkça, bu kayıp artar ve iletken kesitin
büyütülmesi gerekir.
Kısa Devre Akımı: Alternatif akım sistemlerinde zamana göre
değişen bir parametre olup, kısa devrenin oluştuğu bölgede, kısa devre süresi
boyunca akan akım miktarıdır.
Bu üç parametreyi kullanarak, üç farklı kablo kesiti elde
etmek mümkün. Burada yapılacak olan işlem, bu üç kesit arasından en büyüğüne eş
değer ya da en yakın bir büyük kesit belirlenerek güvenli ve ekonomik bir kablo
iletken boyutu belirlenebilir.
Bir örnek üzerinden, kablo iletken kesit tayini
yaptığımızı farzedelim: 200 m uzaklıkta, etiketinde 235 kW güç ve 1 kV gerilim
seviyesi yazan ve maksimum %3 gerilim düşümüne müsaade eden bir pompayı
beslemek için, 3 damarlı bir kablo tipi ve kesiti belirleyelim.
Bilinen değerler;
Güç: P=235 kW
Gerilim: U=1 kV
Güç Faktörü: cosφ=0,8
Uzaklık: L=200 m
Gerilim Düşümü: %e=%3
Bu bilinen parametreler doğrultusunda, aşağıdaki güç formülü
ile bir akım değeri bulmamız mümkün;
Bulunan bu akım değerine göre kabloların iletken
kesitlerini; PVC izolasyonlu kablo için 50 mm², XLPE izolasyonlu kablo için 35
mm² olarak belirleyebiliriz. (Bkz. Tablo:1)
Son
olarak yapmamız gereken işlem, belirlediğimiz bu tiplerin, istenen maksimum
yüzde gerilim düşümü hesabı yapıldıktan sonra, değişip değişmeyeceğine karar
vermek olacaktır.
Gerilim düşümünü iki farklı izolasyon malzemesine sahip kablo
için de hesaplayacak olursak;
Güç: P=235 kW
Gerilim: U=1 kV
Uzaklık: L=200 m
Gerilim Düşümü: %e=%3
İletkenlik Katsayısı: k(Cu)=56m/Ω mm²
İletken Kesiti:
SPVC=50, SXLPE= 35 mm²
Elde
edilen değerler, istenen %e (%3) değerinden küçük olduğu için bu işlemi
tekrarlamaya gerek yoktur; ancak, maksimum gerilim düşümü baz alınarak mümkün
olan asgari iletken kesitini belirleyecek olursak;
Bu
hesaba göre elde ettiğimiz iletken kesitine en yakın kesiti 35 mm²’dir. 35 mm²
kesit, XLPE izolasyon ile (N2XY), hesaplanan 169,80 A değerindeki akım için
yeterli akım taşıma kapasitesine sahipken (174 A); PVC izolasyon ile (NYY) ise,
daha düşük bir akım taşıma kapasitesine (159 A) sahiptir. Bu şekilde yapılan
hesapta da bir üst kesite çıkma ihtiyacı oluşmuştur.
Yaptığımız örneğe ek
koşullar ekleyerek, daha profesyonel bir hesap yapmayı deneyelim. Örneğin;
sistemimizi besleyecek 3 damarlı kabloyu, toprak altından geçireceğimizi
varsayalım. Bu şartlar doğrultusunda toprağın tipine, sıcaklığına ve termik
direncine de ihtiyaç duyulacaktır. 25 ⁰ Csıcaklığa sahip, kuru kum ve termik
direnci de 1.5 K.m/W olan bir ortamımız olsun.
Bu şartlar doğrultusunda,
standartlarda (DIN VDE 0298-4) yer alan düzeltme faktörleri; fPVC= 0,84,
fXLPE=
0,87’dir.
Bu
durumda ilk belirlediğimiz akım değerini, bu düzeltme faktörlerine göre tekrar
düzenlersek, yeni akım değerlerimizi bulmamız gerekiyor. Bu da, ilk öngörülen
kablo ve ilgili iletken kesitinin bir üst kesitinden başlayarak, akım taşıma
kapasitesi değerlerini, yukarıdaki düzeltme farktörleri ile çarparak elde
edilmelidir. Düzeltme faktörleri ile çarpılması sonucu ortaya çıkan akım
değeri, yukarıda ilk tespit edilen akım değerine eşit ya da daha büyük bir
değer ise; bu, seçilen kesitin uygun olduğu anlamına gelmektedir. Aksi
takdirde, bir üst kesite daha çıkıp düzeltme faktörü ile çarpılarak, kontrol
edilmeye devam edilmelidir.
Verdiğimiz örneğe göre bu işlemi
gerçekleştirdiğimizde, bir üst kesitteki kabloların akım taşıma değerleri,
düzeltme faktörleri ile çarpıldığında istenilen akım değerinden daha büyük bir
değere sahip olduğu için, kesitler “uygun” olarak değerlendirilmiştir.
Yeni
akım değerleri;
IPVC= 202,48 A,
IXLPE= 195,49 A’dir Bu yeni akım değerlerine
göre yeni belirlenecek kablo ve kesitleri;
NYY 3x70 mm², In = 232 A
N2XY 3x50
mm², In = 206 A
Bu ek koşullar için, tekrar bir gerilim düşümü hesabına gerek
yoktur. Sebebi ise, 50 mm² iletkenli ve PVC izolasyonlu, 35 mm² iletkenli ve
XLPE izolasyonlu iki tip kablo için belirlenen şartlarda, istenen gerilim
düşümünün gerekli seviyenin altında; 70 mm² iletkenli ve PVC izolasyonlu, 50
mm² iletkenli ve XLPE izolasyonlu kabloların gerilim düşümünün ise, bu çıkan
seviyeden daha aşağıda çıkacağını biliyoruz.
Değerli EMOGENÇ GAÜN blog takipçileri,bugünkü yazımızda sizlere kuvvetli akım kablo seçimlerinden bahsetmeye çalıştık.Mesleğimizin hemen her alanında kablo kesitleri ile karşılacağımızı düşünürsek bu bilgilerin sizlere faydalı olacağını umuyoruz.
Bizi takip etmeye devam edin,EMOGENÇ Gaün'e katılın,EMOGENÇ Gaün'de kalın...:))
Kaynak:Pyrisman Kablo
Saygılarımla,
Gökhan TERZİ
Elk.-Elo Müh.
EMOGENÇ Gaün Y.K. Üyesi
