Kaçak Akım Rölesi 1; Çalışma Prensibi ve Sınırları

Kaçak Akım Rölesi

Yazar;Halil Kale, halil_kale@hotmail.com

Kullanım Amacı

Bir elektrik sisteminden direkt ve endirekt bağlantılar elektrik kaynağına geri dönmeyen yani kaçak akım ile her zaman ilişkilidir. Bu kaçak akımlar insanlar ve ekipmanlar için tehlikelidir. Bu bakımdan amacı kaçak akımı tespit etmek olan kaçak akım rölesinin kullanımı yaygınlaşmıştır. Kaçak Akım Rölesi(KAR) kablo yalıtımlarını, elektrik yüklerini izler ve bunların kötü sonuçlarından korur.

Kaçak Akım Rölesi Çalışma Prensibi

Basitçe anlatımla kaçak akım rölesi faz ile nötr arasında devamlı olarak farkı ölçen ve fark oluştuğunda hattı kesen sistemdir. Bu artık akım toprağa akar çünkü fazdan çıkmış ve nötre dönmemiştir. (TN-C sisteminde akımın toprağa akması için 2 adet topraklama bulunmaktadır.) Hatta her zaman artık akım oluşabilmektedir bunun nedeni yalıtım direnci ve topraktır, bu artık akım genelde çok düşüktür ve nadiren 2mA’in üstüne çıkmaktadır. Ana bağlantı kapalıdır ve kaçak oluştuğunda kaçak akım ana bağlantıyı açarak sistemi kesecek enerjiyi oluşturur. Faz ve nötr hatları aynı manyetik çemberden zıt yönde sarım olacak şekilde geçerler bu şekilde kaçak akım olmadığında her sarım eşit fakat zıt kuvvetli akım üretirler. Zıt kutuplu amperler birbirini dengeleyerek manyetik akım oluşturmazlar.

Artık akım hattan geçerek faza gider fakat dönüşte toprağa gider, bu da nötr fazının daha az akım taşımasına neden olur. Bu durumda fazdan geçen akım miktarı nötrden geçen akım miktarını aşar ve manyetik hatta manyetik akım oluşur. Bu manyetik akım elektromanyetik kuvvet oluşturur. Elektromanyetik kuvvetin şiddeti kaçak akımın miktarına bağlıdır bu şiddet belirli bir seviye çıktığında açma sistemini çalıştırır. Üç fazlı sistemlerde faz nötr ve topraktaki toplam akım miktarı her zaman dengelidir ve bu sistemlerde kolayca kullanılabilir. Yüksek akımlı hatlarda manyetik alandan direkt geçen faz ve nötr kondüktörü kullanmak daha uygundur.

KAR’da ayrıca test butonu bulunmaktadır bu butona basıldığında nötr fazı etkisiz hale getirerek yapay bir artık akım oluşturur ve röle hattı keser.

Kaçak Akım Rölesinin Amacı

Elektrik akımınından korunmanın temel kuralI;

• Tehlikeli parçalara erişim olmamalı
• Erişilebilir parçalar tehlikesiz olmalı
  • Normal kullanım koşullarında olmalı
  • Tek hata koşulunda olmalıdır.

Tehlikeli Parçalara karşı Normal kullanım Koşulları;

• Elektrikli parçalardan yalıtım ile korunma
• Elektrikli parçalardan bariyer ile korunma
• Elektrikli parçaları erişime uzak noktaya koyarak korunma
• Aşırı düşük voltajla çalışma ile korunma

Bazen yukarıdaki önlemler sistemin eski olması, kontrol ve bakım eksikliği, çevresel şartlar gibi hususlardan dolayı işe yaramamaktadır. Topraklanmış ekipmanlarda elektrik kaçağı olduğunda artık akım topraklanmış kısma doğru akar bu durumda da topraklanmış diğer metallerle bu kısım arasında elektrik yükü farkı oluşur ve çalışanlar bu kısımlara temas edebilir. Kaçak akım rölesinin görevi bu tip durumları engellemektir.

Kaçak akım röleleri 30mA’lik artık akımı tespit ederler ve söz konusu miktarda artık akım oluştuğunda maruz kalan kişilerin ölmemesi için sistemi kapatırlar.

Akımın İnsan Vücuduna Etkileri

Elektrik insan vücudunda deri bariyerini geçtiği anda rahatça ilerler. Bu ilerleme sırasında kas, dolaşım ve solunum sistemi ciddi şekilde etkilenir ayrıca vücutta yanıklar oluşur.

Tehlikenin seviyesi aşağıdaki şartlara bağlıdır;

• Akımın büyüklüğü
• Akıma maruz kalınan süre
• Akımın vücudun neresinden geçtiği
• Kişinin yaşı ve sağlık durumu
• Kişinin deri durumu ve akıma maruz kaldığı bölge
• Vücut empedansı
• Voltaj Büyüklüğü
• Akım frekansı
• Akımın kalp sistemine etkisi

Kaçak Akım Rölesi için Standartlara Göre Maksimum Hat Kesme Süreleri

Kaçak Akım Rölesinin Sınırlılıkları

Kaçak akım rölesi zaten olması gereken yalıtım bariyerleri, koruyucular, uzağa yerleştirme, elektriksel ayırma, otomatik kaynak durdurma, iyi yalıtım, sigortalar, hat kesiciler, düşük topraklama empedansı için iyi hat dizaynı ile beraber ekstra koruma sağlar. KAR’ın görevi faz ve nötr arasındaki akım farkını ölçmektir.

Tüm elektriksel sistemler gibi kaçak akım rölelerinin de sınırlılıkları bulunmaktadır bunlar;

• Kaçak akım rölesi elektrik şokuna karşı korumaz ama elektrikten ölüme karşı korur.
• Kaçak akım rölesi ana amacı elektrik şokuna karşı korumak olan ekipmanların yerine kullanılmak için üretilmemiştir.
• Kaçak akım rölesi etkili ve uygun kurulmuş topraklama sistemine bağlı olan TN-C topraklama sistemi yerine kullanılamaz.
• Kaçak akım rölesi ark ve kısa devre gibi faz-faz veya faz-nötr hatalarını korumaz.(Topraklamadaki kısa devreyi korur)
• Kaçak akım rölesi aşırı yüklenmeyi korumaz
• Kaçak akım rölesi elektrik sisteminin topraklama sisteminden gelip kaynağın nötrüne giden elektrik akımını korumaz.
• Kaçak Akım Rölesi ters kutup bağlantılarını korumaz.
• Kaçak akım rölesi yukarı yönlü hata sınırlama bağlantısına ihtiyaç duyabilir.
• Kaçak akım rölesi çok soğuk veya aşındırıcı alanlarda çalışmayabilir.
• Kaçak akım rölesi akımın insana gitmesi ile akımın kasıtlı olarak başka yere yönlendirilmesini ayırt edemez.
• Kaçak akım rölesi bazen istenmeyen atmalara yol açabilir;
  • Elektrikli hat ile elektrik kablosu olan toprak arasında kapasitans olduğunda
  • Elektrikli ekipmanın çalışmasında bulunan akım sızıntısında(Floresan vs.)
  • Parazidik kapasitanstan geçip toprağa giden yüksek frekanslı akımla ilişkili akım sızıntısı olduğunda
  • Yükske voltaj, yıldırım, kurulum sistemi değişimi gibi toprağa akan akımın değiştiği sızıntılarda
• 30mA lik kaçak akım rölelerinde standart çalışmama akımı 15mA’dir. Üreticiler genelde Kaçak Akım Rölelerinin 22,5mA ± 3mA olacak şekilde kalibre ederler. Bu durumda istenmeyen atmalar daha çok olabilir.
• Kaçak Akım rölesi elektrikli kısımlara doğrudan temasta tek koruyucu olarak düşünülmemektedir, yalıtım ve bariyerlerle düşünülebilir.

Kaynaklar:

• Calvas, Cahier Technique No:114, Resdual Current Devices in LV, Schneider Electrik, 1999
• Use of Residual Current Devices in Departmental Infrastructure, Technical Note TN145, Queensland Government July 2015