Aşırı Gerilim Koruyucu Seçiminin Temel Noktaları ve İlgili Sorunların Analizi

Aşırı gerilim koruyucu, yüksek verimli bir devre koruyucusudur; geçici yüksek gerilime, yüksek enerjili darbelere karşı dayanıklıdır ve orijinal yüksek empedanstan düşük empedansa hızlı (10-9 saniye) bir şekilde geçiş yapar ve geçici yüksek gerilim girişim darbesini önceden belirlenmiş gerilime düşürerek ekipmanı ve hassas cihazları hasardan etkili bir şekilde korur ve devrenin parazitsiz çalışmasını sağlar.

(1) Aşırı gerilim koruma cihazları üç seviyeye ayrılır.
Birinci seviye koruma, doğrudan yıldırım düşmesi sonucu oluşan akımı veya büyük miktardaki enerjiyi, elektrik iletim hattına doğrudan yıldırım çarpması durumunda boşaltabilir. Birinci seviye koruma, üç fazlı gerilim anahtarlamalı güç kaynağı yıldırım tutucu olmalı ve yıldırım akısı 60 kA'dan az olmamalıdır. Genellikle genel dağıtım hatlarında kullanılır.
İkinci aşamanın amacı, birinci aşama yıldırım tutucu üzerinden geçen artık aşırı gerilim değerini 1500-2000V'a kadar daha da sınırlamak ve lpz1-lpz2 için eşpotansiyel bağlantı sağlamaktır. Dağıtım panosunun hattından gelen güç yıldırım tutucu çıkışı ikinci seviye koruma olarak kullanıldığında, gerilim sınırlayıcı güç yıldırım tutucu kullanılmalı ve yıldırım akımı kapasitesi 20 kA'dan az olmamalıdır.

Üçüncü seviyenin amacı, ekipmanı nihai olarak korumak ve artık aşırı gerilim değerini 1000V'un altına düşürmektir. Üçüncü seviye koruma olarak, seri gerilim sınırlayıcı güç yıldırım tutucu kullanılmalı ve yıldırım akımı kapasitesi 10kA'dan az olmamalıdır. Genellikle terminal güç dağıtım ekipmanlarında kullanılır.
Farklı dağıtım sistemleri, TN (TN-S, NC, TN-CS), it ve TT olarak sınıflandırılabilen uygun aşırı gerilim koruma cihazlarını seçmelidir.

1) Birincil koruma
Amaç, ani voltaj yükselmesinin lpz0 bölgesinden lpz1 bölgesine doğrudan iletilmesini önlemek ve on binlerce ila yüz binlerce voltluk ani voltaj yükselmesini 2500-3000 volt ile sınırlandırmaktır.
Ev tipi güç transformatörünün alçak gerilim tarafına takılan güç yıldırım tutucu, birinci seviye koruma olarak kullanıldığında, üç fazlı gerilim anahtarlamalı güç yıldırım tutucu olmalı ve yıldırım akısı 60kA'dan az olmamalıdır. Bu seviyedeki güç yıldırım tutucu, kullanıcının güç kaynağı sisteminin girişinde gelen hattın her fazı ile toprak arasına bağlanan yüksek kapasiteli bir güç yıldırım tutucu olmalıdır. Elektrik tasarımı çevrimiçi öğretiminde Öğretmen Di, genellikle bu seviyedeki güç yıldırım tutucunun faz başına 100kA'dan fazla maksimum darbe kapasitesine ve gerekli sınırlayıcı gerilimin 1500V'tan az olmasına sahip olmasını şart koşar; buna sınıf seviye güç yıldırım tutucu denir. Bu elektromanyetik yıldırım tutucular, yıldırımın ve indüklenen yıldırımın büyük akımına dayanacak ve yüksek enerjili dalgalanmayı çekecek şekilde tasarlanmıştır ve büyük miktarda dalgalanma akımını toprağa yönlendirebilir. Bunlar yalnızca orta seviye koruma olarak sınırlayıcı gerilimi sağlarlar (darbe akımı güç yıldırım tutucusundan geçtiğinde, hat üzerindeki maksimum gerilime sınırlayıcı gerilim denir), çünkü sınıf seviye koruyucular esas olarak büyük ani akım artışlarını emer ve tek başlarına güç kaynağı sisteminin içindeki hassas elektrikli ekipmanları tamamen koruyamazlar.

Birinci seviye güç yıldırım koruyucu, 10/350us ve 100kA'lık yıldırım dalgalarını önleyerek IEC tarafından belirtilen en yüksek koruma standardına ulaşır.
Teknik referans şöyledir: Yıldırım akısı 100kA'dan (10 / 350us) büyük veya eşit olmalıdır; artık gerilim değeri 2,5KV'den büyük olmamalıdır; tepki süresi 100ns'den küçük veya eşit olmalıdır.
2) İkincil koruma
Amaç, birinci seviye yıldırım koruyucusu üzerinden geçen artık aşırı gerilim değerini 1500-2000V'a kadar daha da sınırlandırmak ve lpz1-lpz2 için eşpotansiyel bağlantı sağlamaktır.
Dağıtım panosunun hattından gelen güç yıldırım tutucu çıkışı ikinci seviye koruma olarak kullanıldığında, önemli veya hassas elektrikli ekipmanlara güç sağlayan branş dağıtım noktasına gerilim sınırlayıcı güç yıldırım tutucu takılmalı ve yıldırım akımı kapasitesi 20 kA'dan az olmamalıdır. Elektrik tasarımı çevrimiçi öğretim görevlisi Bay Di'ye göre, bu güç yıldırım tutucular, kullanıcının güç kaynağı girişindeki aşırı gerilim tutucudan geçen artık aşırı gerilim enerjisini daha iyi emebilir ve geçici aşırı gerilime karşı mükemmel bir önleyici etkiye sahiptir.

Burada kullanılan güç yıldırım tutucunun maksimum darbe kapasitesinin faz başına 45kA'dan fazla olması ve gerekli sınırlayıcı gerilimin 1200V'tan az olması gerekmektedir; bu da II. Sınıf güç yıldırım tutucu olarak adlandırılır. Genellikle, kullanıcı güç kaynağı sistemi ikinci seviye korumaya ulaşırsa, elektrikli ekipmanların çalışma gereksinimlerini karşılayabilir.
Faz-I, faz-I ve faz-I'in tam mod koruması için sınıf II güç kaynağı yıldırım tutucusu için C sınıfı koruyucu benimsenmiştir ve başlıca teknik parametreler şunlardır: yıldırım akımı kapasitesi 40kA'dan (8/20us) büyük veya eşit olmalıdır; artık gerilimin tepe değeri 1000V'tan büyük olmamalıdır; tepki süresi 25ns'den büyük olmamalıdır.

3) Üçüncü seviye koruma
Amaç, artık aşırı gerilimi 1000V'un altına düşürerek ekipmanı nihai olarak korumak ve böylece aşırı gerilim enerjisinin ekipmana zarar vermesini önlemektir.
Elektronik bilgi işlem cihazlarının alternatif akım güç kaynağının giriş ucuna takılan güç yıldırım tutucu, üçüncü seviye koruma olarak kullanıldığında, seri gerilim sınırlayıcı güç yıldırım tutucu olmalı ve yıldırım akımı kapasitesi 10kA'dan az olmamalıdır.
Son olarak, küçük geçici aşırı gerilimleri tamamen ortadan kaldırmak için elektrikli ekipmanların dahili güç kaynağında dahili bir güç yıldırım tutucu kullanılabilir. Elektrik tasarımı çevrimiçi öğretiminde Sayın Di'ye göre, burada kullanılan güç yıldırım tutucunun maksimum darbe kapasitesi faz başına 20 kA veya daha düşük olmalı ve gerekli sınırlama gerilimi 1000 V'tan az olmalıdır. Bazı özellikle önemli veya hassas elektronik ekipmanlar için üçüncü seviye koruma gereklidir ve bu, elektrikli ekipmanı sistem içinde oluşan geçici aşırı gerilimlerden de koruyabilir. Mikrodalga iletişim ekipmanları, mobil baz istasyonu iletişim ekipmanları ve radar ekipmanları için kullanılan doğrultucu güç kaynağı için, çalışma gerilimlerinin koruma ihtiyaçlarına göre uygun çalışma gerilimine sahip DC güç kaynağı yıldırım tutucuları seçilmelidir.

4) Korunan ekipmanın dayanım gerilim seviyesine göre
İki kademeli yıldırım koruması, gerilimi ekipmanın dayanım gerilim seviyesinin altına düşürebiliyorsa, yalnızca iki kademeli koruma gereklidir. Ekipmanın dayanım gerilim seviyesi düşükse, dört veya daha fazla kademeli koruma gerekebilir. Dördüncü kademe korumanın yıldırım akımı kapasitesi 5kA'dan az olmamalıdır.
(2) Aşırı gerilim koruyucusunun önüne neden sigorta ve devre kesici takılmalıdır?
Aşırı gerilim koruyucusundan geçen ani akım, maksimum izin verilen değerden (IMAX) daha büyük olduğunda, aşırı gerilim koruyucusu arızalanır ve devrede kısa devre hatasına neden olur. Kısa devre hatasını gidermek için bir devre kesici veya sigorta takılması gerekir. Elektrik tasarımı çevrimiçi öğretim görevlisi Bay Di'ye göre, her yıldırım düşmesi aşırı gerilim koruyucusunun eskimesine neden olur. Örneğin, akım uzun süre devam ederse, aşırı gerilim koruyucusu aşırı ısınır ve eskimesini hızlandırır. Bu durumda, aşırı gerilim koruyucusu izin verilen maksimum ısıya ulaşmadan önce, devre kesici veya sigortanın termal koruma sistemi devreye girerek aşırı gerilim koruyucusunu devreden çıkarmalıdır.

Aşırı gerilim koruyucunun sigorta ve devre kesici için gereksinimleri: Nominal akım altında 20 adet standart 8/20 mikrosaniye ve 1,2/50 mikrosaniye test darbesi uygulandığında, devre kesici veya sigorta devre dışı kalmaz. Aşırı gerilim koruyucu arızalandığında ve kısa devre yaptığında, devre kesici veya sigorta devreye girer. Aşırı gerilim koruyucu bir anahtarlama modülü ise, hasar modu açık devre olduğundan, minyatür devre kesici ve sigorta olmadan da korunabilir.
Hem sigorta hem de devre kesici, aşırı gerilim koruyucunun üstün koruma elemanları olarak kullanılabilir. Sigortanın özellikleri; Sigorta, uzun zaman gecikmeli ve ters zaman sınırlamalı anlık akım olmak üzere iki koruma fonksiyonuna sahiptir. Elektrik tasarımı çevrimiçi öğretiminde Sayın Di'nin belirttiği gibi, sırasıyla aşırı yük ve kısa devre koruması olarak kullanılır, yani arıza durumunda sigorta bağlantısı değiştirilmelidir. Devre kesicinin özellikleri: Devre kesici, anlık akım koruması ve aşırı yük termal korumasına sahiptir. Arıza durumunda bağlantı kesildikten sonra, bileşenleri değiştirmeden manuel olarak sıfırlanabilir.
Gelen hatlar arasındaki farka bakın: Üç fazlı 280V beş telli sistem veya üç fazlı 380V dört telli sistem için 440V aşırı gerilim koruyucu seçilmelidir. Tek fazlı 220V iki telli sistem veya tek fazlı 220V üç telli sistem için 220V aşırı gerilim koruyucu seçilmelidir. Ayrıca, seçilen aşırı gerilim koruyucunun koruma seviyesi, konut binasının giriş hattındaki üç fazlı 280V için Seviye 2; tek fazlı 220V için Seviye 3'tür.
TN-CS sistem hattı binanın genel dağıtım kutusuna girdikten sonra, hat N hattı ve PE hattı olmak üzere ikiye ayrılır. Sadece I. faz hattı ile hat arasına bir aşırı gerilim koruyucu takılması yeterlidir.
Aşırı gerilim koruyucusunun önündeki anahtar, sigorta ve devre kesici seçimini sağlar. Genellikle, IMAX > 40kA için 40 ~ 63A ve IMAX < 40kA için 20 ~ 32A seçilmelidir.

(3) Aşırı gerilim koruyucu ve yıldırım tutucu aynı şey midir?
Hem aşırı gerilim koruyucu hem de yıldırım tutucu, özellikle yıldırım kaynaklı aşırı gerilimi önleme işlevine sahip olsalar da, uygulamalarında birçok farklılık bulunmaktadır.
1) Parafudurlar, 0,38 kV düşük voltajdan 500 kV ultra yüksek voltaja kadar değişen birden fazla voltaj seviyesine sahipken, aşırı gerilim koruma cihazları genellikle yalnızca düşük voltajlı ürünlere sahiptir;

2) Yıldırım tutucular çoğunlukla birincil sisteme, yıldırım dalgasının doğrudan girişini önlemek için takılırken, aşırı gerilim koruyucular çoğunlukla ikincil sisteme takılır; bu, yıldırım tutucunun yıldırım dalgasının doğrudan girişini ortadan kaldırmasından sonra veya yıldırım tutucunun yıldırım dalgasını ortadan kaldırmadığı durumlarda ek bir önlemdir.

3) Yıldırım düşürücü, elektrikli ekipmanları korumak için kullanılırken, aşırı gerilim koruyucu çoğunlukla elektronik aletleri veya sayaçları korumak için kullanılır;
4) Parafudr, elektrik ana sistemine bağlı olduğundan, yeterli dış yalıtım performansına ve büyük görünüm boyutuna sahip olmalıdır. Aşırı gerilim koruyucu düşük voltaja bağlı olduğundan, boyutu çok küçük olabilir.