Kompakt Şalter Ne Işe Yarar

Devre kesici olarak da bilinen şalterlerin, en önemli fonksiyonu devreyi açma-kapama işlemlerinin yanı sıra, olası kısa devre ve aşırı yük durumlarında koruma sağlamak amacıyla anahtarlama yapmasıdır.

Şalterler yapılarına, çalışma ortamlarına, gerilimlerine ve akım büyüklüklerine göre çeşitlilik gösterir. Kompakt şalterler, akım şiddetine dayalı manyetik koruma ve ısıya bağlı olarak termik koruma sağlar. Termik-manyetik devre kesicilerin kullanılmasındaki amaç, termik koruma ile kablonun aşırı akım taşımasını engellemek ve manyetik koruma ile kısa devrelerden sistemi korumaktır.

Şalter Nasıl Çalışır?

Termik koruma, adından da anlaşılacağı gibi ısı artışına karşı devreyi koruma sistemidir. Şalterlerin nominal akımın üzerinde ( In ila In) uzun süreli ( dk) çalışmaları istenmez. Bu koruma sisteminde bi-metal adı verilen ısıl genleşme katsayıları farklı olan iki metalin preslenerek bir araya getirilmesiyle oluşturulmuş metal çifti kullanılır. Aşırı akım sonucu ısının artması durumunda bi-metal genleşmeye başlar, ısıl genleşme katsayısı daha büyük olan metal diğerinin üzerine doğru yay gibi bükülerek bir sehim meydana getirir. Bu sehimle bi-metal perdeye temas ederek sistemi tetikler ve kontaklar birbirinden ayrılır. Böylelikle şalter elektriği keserek sistemi korumuş olur.

Manyetik koruma, kısa devre anında oluşan tahribatı en aza indirmek için kontakları hızlıca açarak kontaklar arasında oluşan arkı en kısa sürede kesme üzerine kurulmuş bir koruma sistemidir. Bu sebeple ani açtırma yapabilen elektromanyetik bobin sistemleri kullanılmaktadır.

Manyetik korumanın çalışma prensibi özetle şu şekildedir:

Kısa devre durumunda yüksek akım manyetik çekirdek üzerinde indüklenme meydana getirir, oluşan manyetik kuvvet yay kuvvetini yendiğinde perdeyi hareket ettirerek şalteri trip konumuna getirir ve kontaklar açılarak devre kesilmiş olur. Kontaklar açılırken iki iletken uç arasındaki madde iyonize olarak bir yanma meydana getirir, buna da ark denir. Arkın sıcaklığı °C gibi çok yüksek değerlere anlık olarak ulaşabilir, bu da şaltere ciddi zararlar verebilmektedir. Arkın etrafında oluşan manyetik alan nedeniyle ark seperatörlere doğru itilir. Böylece arkın boyu uzayarak incelir ve seperatör plakaları arasında bölünerek kopar. Seperatörlerin yan duvarlarında kullanılan malzemenin özelliğinden dolayı arkın oluşturduğu yüksek sıcaklık sonucu bir gaz çıkışı olur. Bu gazın, da arkın söndürülmesinde önemli bir etkisi vardır.

Elektronik açtırma üniteli devre kesicilerde aşırı yük ve kısa devre korumaları elektronik açtırma üniteleriyle gerçekleşir. Bu açtırma üniteleri; içinden bara veya akım taşıyan kablo geçirilmiş bir akım trafosu, elektronik devre kartı ve açtırma bobininden oluşur.  Aşırı akım veya kısa devre anında baradan geçen akım, trafo üzerinde sekonder bir akım meydana getirir. Bu sekonder akım elektronik devre kartına iletilir ve devre kartı tarafından uyarılan açtırma bobini perdeyi hareket ettirerek mekanizmayı tetikler ve kontaklar birbirinden ayrılarak devre kesilmiş olur. Elektronik devre kesicilerin kısa devre durumlarında daha hızlı algılama ve reaksiyon göstermeleri sebebiyle kesme kapasiteleri yüksektir. Anma ve ani açma akımı ayar sahaları termik-manyetik şalterlere göre çok daha geniştir.

Kaçak akım korumalı devre kesiciler ile toprak kaçak akımlarına karşı yapılan korumada kaçak akım kaçak akım algılama rölesi, toroidal akım trafosu kombinasyonu ile algılanıp uyumlu açtırma bobini ile devre kesiciler kumanda edilerek sağlanan koruma kaçak akım korumalı devre kesiciler ile kompakt bir çözüm olarak sağlanabilir.

Şalter Parçaları Nelerdir?

• Gövde ve Kapak
• Kurma Kolu
• Kontaklar
• Perde
• Bi-metal
• Limitör
• Seperatör (Ark Söndürme Hücresi)
• Bara
• Termik bara
• Terminal
• Test butonu
• Açtırma Bobini (Aksesuar)
• Yardımcı Kontak (Aksesuar)
• Uzatmalı Kurma Kolu (Aksesuar)
• Motor Mekanizması (Aksesuar)
• Düşük Gerilim Bobini (Aksesuar)
• Alarm Kontağı (Aksesuar)

1. Gövde ve Kapak: Gövde ve kapak malzemesi olarak cam elyaflı polyester reçinesi (BMC) kullanılır. Bu malzeme, günümüzde elektriksel ve mekanik değerlerinin yüksek olması nedeniyle tercih edilmekte ve °C’lik sıcaklığa sürekli olarak dayanabilmektedir.

1. Kurma Kolu: Devre Kesicinin konumunu gösteren 3 pozisyon mevcuttur:

Kurma kolu ON pozisyonunda iken devre kesicinin kontakları kapalı pozisyondadır ve devre kesici üzerinden akım geçmektedir.

Kurma kolu OFF pozisyonunda iken devre kesicinin kontakları açık pozisyondadır ve devre kesiciden akım geçmemektedir.

Kurma kolu orta pozisyonda (TRIP) iken devre kesici herhangi bir arızadan dolayı veya uzaktan açtırma bobinine sinyal göndermek suretiyle açmıştır. Bu durumda devre kesiciyi yeniden işletmeye almak için önce kurma kolunu OFF pozisyonunda aşağı doğru bastırılır ve “klik” sesini duyulur. Daha sonra kurma kolunu yukarı ON pozisyonuna doğru hareket ettirerek devre kesici kapatılır.

1. Kontaklar: Kontaklarda kullanılacak olan malzeme akımın değerine göre belirlenmektedir. Devre kesicilerde genellikle gümüş, grafit, nikel, volfram alaşımlı kontaklar kullanılır. 2 tip kontak yapısı vardır:

Sabit Kontak: Sabit bara üzerinde bulunan kontaktır. Yüzey formu genellikle düz olan sabit kontaklar genellikle hareketli kontağa göre daha yumuşak malzemeden imal edilmektedirler. Yumuşaklığı gümüş-grafit alaşımları ile sağlanmaktadır.

Hareketli Kontak: Hareketli bara üzerinde bulunan kontaktır. Genellikle şekli bombeli ve sabit kontağa göre daha sert yapıdadır. Bunun sebebi sabit kontak üzerinde iz yaparak temas yüzeyini artırmaktır. Sertliği gümüş-wolfram alaşımları ile sağlanmaktadır.

1. Perde: Şalter mekanizmaları, mekanizma tekniğindeki Toggle Mekanizması ile çalışır. Şalterlerdeki bu mekanizma perdenin küçük bir kuvvet ile hareket ettirilmesi sonucunda büyük yay kuvvetlerini devreye sokarak şalterin kontakları açması ile devreyi kesmesi prensibiyle çalışır. Bu sebeple perde şalterin açma yapması için anahtar görevi görmektedir. Termik, manyetik, düşük gerilim bobini, açtırma bobini gibi şalteri açtırıcı mekanizmaların tamamı perdeyi hareket ettirerek açtırma mekanizmasını tetikler.

1. Bi-metal: Bi-metal, ısı karşısında uzama katsayıları farklı olan plaka halindeki iki metalin birleştirilmesiyle oluşan bir malzemedir. Devre kesicinin içinden geçen akım termik barada bu malzemeyi ısıtmaktadır. Bu ısının etkisiyle, bi-metaldeki genleşme katsayısı yüksek olan metal, genleşme katsayısı düşük olan kısım üzerine doğru eğilir. Kesici içinden geçen akım arttığında termik barada oluşan ısı da arttığı için bi-metal daha fazla ısınır ve daha çok eğilir. Sonrasında perdeyi hareket ettirir ve açtırma mekanizmasını tetikleyerek kesicinin açmasını sağlar.

1. Limitör: Birbirine paralel ve ters yönde akım taşıyan iki iletken arasında manyetik bir itme kuvveti meydana gelmektedir bu sebeple şalter sabit barası U formunda yapılarak akımın yönü değiştirilir ve sabit bara ile hareketli baranın kısa devre anında birbirini itmesi ve kontakları hızlıca ayırması sağlanır. Kısa devre esnasında her geçen saniye enerji birikimi artacağından (E=I².t) şalterdeki tahribat da artacaktır bu sebeple kontakların mümkün olduğunca hızlı bir şekilde ayrılması istenir. Kısa devre anında limitör, birbirini tetikleme prensibine göre çalışan ve bu sebeple ataletsel olarak daha yavaş kalan kurma mekanizmasına göre daha kısa sürede kontakları ayırmaktadır. Bu nedenle aynı fiziksel özelliklere sahip limitörlü ve limitörsüz iki şalter kısa devre testine tabi tutulduğunda limitörlü olanın daha kısa sürede devreyi kestiği ve daha az tahribata maruz kaldığı görülmektedir.

1. Seperatör (Ark Söndürme Hücresi): Enerji altında çalışan şalterin devreyi kesmesi esnasında, hareketli kontak sabit kontaktan ayrılırken akım kontaklar arasında hava üzerinden akmaya devam eder ve buna ark (elektrik atlaması) adı verilir. Ark söndürme hücreleri de, oluşan bu arkı en kısa sürede parçalara ayırarak devre kesiciye zarar vermesini engeller.

1. Bara: Genellikle bakır, pirinç ve alüminyumdan imal edilen şalterlerin iletken parçalarıdır. Kesit alanları, akım taşıma kapasitesi ve kullanılan malzemenin özgül iletkenliği göz önünde bulundurularak hesaplanır. Sabit kontak ve hareketli kontakların montajlandığı parçalara da sırasıyla sabit bara ve hareketli bara adı verilir.

1. Termik Bara: Bi-metalin perçinlenerek aşırı akım durumunda ısıtıldığı parçadır. Termik baranın kesit alanı şalter içindeki diğer iletkenlere göre daha azdır. Bunun sebebi kesit alanınını azaltarak o bölgede bir direnç noktası oluşturmak ve oluşan ısı etkisiyle bi-metalin devreye girmesini sağlamaktır.

1. Terminal: Şalterin faz ve nötr hat giriş-çıkışlarında kablo bağlantısının sağlandığı bölümlerdir.

1. Test (Trip) Butonu: Açma mekanizmasının çalışmasını kontrol etmek amacıyla kapak üzerinde bulunan butondur. Test butonuna basıldığında perde devrilir, bu da mekanizmayı tetikleyerek devre kesicinin kontaklarının ani olarak açılmasını sağlar.

1. Açtırma Bobini (Aksesuar olarak): Devre kesiciye açtırma kumandasını verir.

1. Yardımcı Kontak (Aksesuar olarak): Devre kesicinin açık ya da kapalı konumuna göre elektriksel sinyalizasyonu beslemek için kullanılır.

1. Uzatmalı Kurma Kolu (Aksesuar olarak): Döner kol yardımıyla devre kesiciye pano kullanımlarında kapağı açmadan açma – kapama işlemini yaptırmak için kullanılır.

1. Motor Mekanizması (Aksesuar olarak): Kompakt şalterler ile yapılan bağlantı ile uzaktan açma – kapama yapmak için kullanılır.

1. Düşük Gerilim Bobini (Aksesuar olarak): Gerilim düşümü seviyesi %35 ile %70 arasında iken devre kesici perdesini tetikleyerek açtırma işlemini gerçekleştirir.

1. Alarm Kontağı (Aksesuar olarak): Devre kesicinin açma – kapama durumunu gösterecek uyarıyı sağlar.

Makel Kompakt Şalterler yapısı ve çalışma prensibi açısından devreyi termik ve manyetik olarak korurlar.

Termik Koruma (aşırı yük şartlarında koruma)

Termik koruma devreyi aşırı yüklere karşı korur. Bu koruma işlemini sıcaklık değişimlerinde uzama kat sayıları birbirinden farklı iki metalin birleştirilmesiyle oluşan bimetal denen bir malzemeden faydalanarak yapar. Bimetal ısıtıldığında uzama kat sayısı daha az olan metale doğru bükülür. Aşırı yüklenmelerde akım nominal akım değerinin üzerine çıkar, akımın artmasıyla doğru orantılı olarak kontaklardaki ve bimetal üzerindeki sıcaklık artar. Böylece bimetaller artan sıcaklıkla beraber bükülerek kesici mekanizmasının açılmasına yardımcı olan bir tırnağı kurtararak kesiciyi devre dışı bırakır. Şalterin devreyi aşırı yüklenmelere ve aşırı akımlara karşı korumasını sağlar.

Manyetik Koruma (kısa devre şartlarında koruma)

İki iletkenin birbiriyle teması veya toprakla teması halinde kısa devre oluşur. Kısa devrede aradaki direnç sıfıra çok yakın bir değerdedir. Bu nedenle kısa devre akımı normal işletme akımının binlerce katına ulaşabilmektedir. Kısa devre akımı önlenmemesi halinde son derece zararlı ve tahrip edicidir. Bundan dolayı çok kısa bir sure içerisinde devrenin açtırılması gerekmektedir. Şalterin üzerinde bulunan manyetik mekanizmada kısa devre sırasında büyük bir manyetik alan endüklenir, bu manyetik alanın oluşturduğu kuvvetle sabit nüve hareketli nüveyi hızla kendisine çeker, hareketli nüve bu hareketi sırasında açtırma mekanizmasına hızla çarparak sistemi anında açtırır.

Termik ve manyetik korumanın yanı sıra limitör özelliği en önemli koruma sistemidir. Limitör özelliği olarak da adlandırılan akım sınırlama özelliğinde sabit kontağa verilen U formu sayesinde kontaklardan akımlar ters yönde akar. Kısa devre esnasında sabit kontakla hareketli kontak arasında oluşan ters manyetik alan etkisiyle aralarında bir itme kuvveti oluşur ve hareketli kontak sabit kontaktan ayrılır, araya ark direncinin de eklenerek kısa devre akımını % 75 oranında azaltarak şalterin ve devreye bağlı cihazların kısa devre esnasında zarar görmesini engeller.

Kompakt şalterin konumunu gösteren üç durum mevcuttur.

ON /I: Şalterin kontaklarının kapalı olduğunu gösterir. Bu durumda şalter kolu en üst pozisyondadır.

TRIP: Şalterin herhangi bir arızadan (aşırı yük veya kısa devre) dolayı açtığını gösterir. Bu durumda şalter kolu ON ile OFF

konumları arasında orta pozisyondadır.

OFF/0: Şalterin kontaklarının acık olduğunu gösterir. Bu durumda şalter kolu en alt pozisyondadır.

Trip pozisyonundaki şalteri ON pozisyonuna almak için;

Şalter kolu OFF yazısı istikametinde aşağı doğru bastırılır. Şalter ‘KLİK’ sesiyle beraber kurulacaktır (reset pozisyonu). Şalteri kapatmak için kolu ON istikametine doğru bastırırız.

Not: Şaltere düşük gerilim bobini takılmışsa şalteri kapatmak ancak düşük gerilim bobini gerilimi anma değeri ile enerjilendirilmiş iken mümkündür.

Trip butonu: Açma mekanizmasının çalışmasını kontrol etmek amacıyla kapak üzerinde bulunan kırmızı renkli butondur. Bu butona basıldığında mekanizma çalışır ve şalterin kontakları ani olarak açılır.

Mekanik çalışma kontrolü (testi): Şalter 5 kez kapayıp açılır. Kol, rahatça hareket edebilmeli, I ve 0 konumlarında sabit olarak kalabilmelidir.