Bir devre kesicide ark kesici akım taşıyan bir devreyi açtığında, ayrılan kontaklar arasında oluşan ışıklı bir elektriksel boşalmadır. Ark, kesici arkı soğumaya, uzamaya, bölünmeye ve sönmeye zorlayana kadar akımın iyonize hava veya gaz yoluyla kısa bir süre daha akmaya devam etmesine izin verir.
Bir devre kesici, kontakları ayrıldığı anda akımı durdurmaz. Öncelikle kesinti sırasında oluşan arkı kontrol etmeli, ardından devrenin güvenli bir şekilde açılabilmesi için bu arkı söndürmelidir.
Ark kontrolünün devre kesici tasarımının en önemli parçalarından biri olmasının nedeni budur. Ark söndürme özelliği zayıf bir kesici; kontak erozyonu, aşırı ısınma, yalıtım hasarı veya arızayı güvenli bir şekilde kesememe sorunları yaşayabilir.
Bir Bakışta Temel Ark Terimleri
| Dönem | Anlamı | Devre Kesicideki Rolü |
|---|---|---|
| Ark | Açılan kontak boşluğu boyunca iletken ışıklı boşalma | Kontakların ayrılmasından sonra akımın kısa bir süre devam etmesine izin verir |
| Ark oluşumu | Kontakların arasında iyonize gazın oluştuğu süreç | Anahtarlama veya arıza kesintisi sırasında meydana gelir |
| Ark voltajı | Kesinti sırasında ark üzerindeki gerilim | Devre akımına karşı koymaya yardımcı olur ve sönmeyi destekler |
| Ark boynuzu | Arkı kontaklardan uzaklaştıran iletken yol | Arkı ark söndürme hücresine yönlendirir |
| Ark şutu | Arkı bölen ve soğutan düzenek | Arkın güvenli bir şekilde sönmesine yardımcı olur |
| Ark bölücü plaka | Ark söndürme hücresi içindeki metal plaka | Arkı daha küçük ark bölümlerine ayırır |
| Ark söndürme hücresi | Ark sönümlemenin gerçekleştiği alan veya yapı | Ark enerjisini içerir ve kontrol eder |
| Ark söndürme | Arkı söndürme süreci | Güvenli kesme için gereklidir |
Devre kesicide ark oluşumu nasıl gerçekleşir
Ark oluşumu, akım hala akarken kesici kontaklarının açılmasıyla başlar.
Kesme sırası genellikle şu şekilde işler:
- Devre kesici bir aşırı yük, kısa devre veya manuel anahtarlama işlemini algılar.
- Çalıştırma mekanizması kontakları ayırır.
- Akım, küçük kontak aralığı boyunca akmaya devam etmeye çalışır.
- Kontaklar arasındaki hava veya gaz iyonize olur.
- İletken bir ark oluşur.
- Devre kesici, arkı ark kontrol sistemine yönlendirir.
- Ark uzatılır, bölünür, soğutulur ve söndürülür.
Ark kendi başına bir kusur değildir. Akım kesilmesi sırasında meydana gelen normal bir fiziksel olaydır. Mühendislik zorluğu, onu hızlı ve güvenli bir şekilde kontrol etmektir.
Kontakların Açılması Sırasında Ark Neden Oluşur
Kontakların kapalı olduğu durumda akım metal bir yol üzerinden akar. Kontakların ayrılmaya başlamasıyla temas alanı küçülür, direnç artar ve ısı yükselir. Aynı zamanda, açılan boşluktaki elektrik alanı çevredeki ortamı iyonize edebilir.
Ortam iletken hale geldiğinde, metal kontaklar artık birbirine temas etmese bile akım ark plazması üzerinden akmaya devam edebilir.
Bu nedenle devre kesiciler basit bir mekanik anahtardan daha fazlasına ihtiyaç duyarlar. Kesme işlemi sırasında açığa çıkan enerjiyi yönetebilecek ark kontrol yapılarına ihtiyaçları vardır.
Ana Kontaklara Karşı Ark Kontakları
Daha büyük alçak gerilim kesicilerde, özellikle birçok MCCB ve ACB'de, akım yolu şunları içerebilir ana kontaklar ve ark kontakları.
| İletişim Türü | Ana Rol | Neden Önemli? |
|---|---|---|
| Ana kontaklar | Normal çalışma sırasında düşük dirençle akım taşımak | İletkenlik ve düşük ısınma için tasarlanmıştır |
| Ark kontakları | Açma ve kapama sırasında arkı üstlenmek | Ana kontakları şiddetli ark erozyonundan korumak |
Tipik sıralama şöyledir önce açar / sonra kapar kesici tasarımına bağlı olarak, ana kontak sistemine göre ark kontakları için. Açma sırasında, ana kontaklar önce ayrılır, böylece ark ark kontaklarına transfer olur. Kapama sırasında, ark kontakları önce temas eder, böylece ana kontaklar ilk elektriksel gerilimden zarar görmez.
Bu kontak zamanlaması, bir devre kesicinin basit bir anahtardan daha karmaşık olmasının bir nedenidir. Normal servis sırasında akımı verimli bir şekilde iletmeli ve arızalar sırasında tekrarlanan kesme olaylarına dayanmalıdır.
Devre Kesicide Ark Yolu (Arc Runner)
Bir ark yolu arkı ana kontaklardan uzaklaştırıp ark söndürme hücresine doğru yönlendirmeye yardımcı olan iletken bir parçadır.
İşlevi pratiktir:
- kontak hasarını azaltmak;
- arkı doğru yola yönlendirmek;
- arkın kontak bölgesinden ark hücresine transferine yardımcı olmak;
- daha hızlı ve kontrollü ark sönümlenmesini desteklemek.
Birçok kesici tasarımında, ark rayı hata akımı tarafından üretilen manyetik kuvvetlerle birlikte çalışır. İtici gücü ifade etmenin basitleştirilmiş bir yolu şöyledir: F = I × L × B, nerede F ark üzerine etki eden kuvvettir, I ark akımıdır, L manyetik alan içindeki efektif ark uzunluğudur ve B manyetik akı yoğunluğudur. Pratik devre kesici tasarımında, daha büyük bir kısa devre akımı daha güçlü bir manyetik itici kuvvet oluşturarak arkın ark yolları boyunca ark söndürme hücresine itilmesine, burada bölünmesine ve soğutulmasına yardımcı olur.
F = I × L × BManyetik Kuvvet Arkı Ark Söndürme Hücresine Nasıl Taşır
Bir devre kesiciden yüksek akım geçtiğinde, akım yolu bir manyetik alan oluşturur. Arkın kendisi de akım taşır. Akım taşıyan ark ile manyetik alan arasındaki etkileşim, arkı kontaklardan uzaklaştıracak bir kuvvet oluşturur.
Bu manyetik hareket şu nedenlerle faydalıdır:
- arkı kontak yüzeyinden uzaklaştırır;
- arkı ark yolluğuna (arc runner) doğru aktarır;
- arkı ayırıcı plakalara (splitter plates) doğru sürer;
- arkın ana kontak alanında kalma süresini azaltır.
DC kesicilerde, doğal bir akım sıfır geçişi olmadığı için manyetik ark kontrolü daha da önemli hale gelir. Bazı DC kesici tasarımlarında polaritenin önemli olmasının nedeni de budur.
Ürün tasarımı açısından bakıldığında, sadece bir ark söndürme hücresinin (arc chute) varlığı yeterli değildir. Ark yolluğunun şekli, kontak açılma hızı, ayırıcı plakaların hizalanması, tahliye yolu ve hücre çevresindeki yalıtım malzemesi, arkın kontakların yakınında takılı kalmak yerine söndürme bölgesine temiz bir şekilde hareket edip etmeyeceğini etkiler.
Ark Hücresi ve Ark Söndürme Odası
Bir ark oluğu ark kontak alanını terk ettikten sonra sönmesine yardımcı olan yapıdır. Genellikle yalıtkan bir oda içine yerleştirilmiş çok sayıda ayırıcı plakadan veya ark plakasından oluşur.
Ark söndürme hücresi şu şekilde çalışır:
- ark yolunu uzatarak;
- tek bir büyük arkı daha küçük ark bölümlerine ayırarak;
- sıcak iyonize gazı soğutarak;
- ark gerilimini artırarak;
- ark yolunun iyonlaşmasının giderilmesine yardımcı olarak;
- sıcak gazları ve parçacıkları kesici tasarımı içerisinde hapsederek.
Bir MCCB, kalıplanmış yalıtım muhafazası içine alınmış bir aşırı akım koruma cihazıdır. Devrenin tipik olarak minyatür bir branşman kesicinin sunabileceğinden daha sağlam bir koruma talep ettiği alçak gerilim sistemleri için tasarlanmıştır. ark söndürme odası genellikle bu ark kontrolünün gerçekleştiği alanı veya düzeneği ifade eder.
Kontak Malzemeleri: Neden Tungsten-Bakır ve Gümüş Alaşımları Kullanılır
Devre kesici kontakları, normal çalışma sırasında akımı iletmeli ve kesme işlemi sırasındaki ark ısınmasına dayanmalıdır. Bu durum, malzeme açısından bir ödünleşimi (tradeoff) beraberinde getirir.
Yaygın kontak malzemesi stratejileri arasında iletkenlik ve ark direnci için gümüş bazlı alaşımlar ile daha güçlü ark erozyon direncinin gerektiği yerlerde tungsten-bakır tarzı malzemeler bulunur. Kesin malzeme seçimi; kesici tipine, akım değerine, uygulamaya ve üretici tasarımına bağlıdır.
Temel mühendislik fikri şudur: tungsten yüksek erime noktası sayesinde ark erozyon direnci sağlarken, bakır iletkenliği ve ısı transferini iyileştirir. Amaç, tekrarlanan ark ısınması altında kontak yapısını kararlı tutarken kabul edilebilir bir kontak direnci sağlamaktır.
Bu, tungsten-bakırın sadece elektron emisyonunu azaltmak için kullanıldığını söylemekten daha doğrudur. Devre kesici kontaklarında erime noktası, erozyon direnci, termal davranış, iletkenlik ve mekanik bütünlük gibi faktörlerin tümü önemlidir.
Ark Söndürme Nedir?
Ark söndürme akımın akışını durdurmak için arkın söndürülmesi işlemidir.
Devre kesiciler, tip ve gerilim sınıfına bağlı olarak farklı ark söndürme yöntemleri kullanabilir:
| Kesici Tipi | Yaygın Ark Söndürme Yöntemi |
|---|---|
| MCB'NİN | Ayırıcı plakalı ark kanalı (ark şutu) |
| MCCB'NİN | Ark odası, ark yolları, ayırıcı plakalar, kalıplanmış yalıtım |
| ACB | Daha büyük ark odaları ile hava ortamında ark kesme |
| DC kesici | Ark kanalı artı manyetik üfleme veya çok kutuplu seri tasarım |
| Yüksek gerilim kesici | Vakum, SF6, havalı veya diğer özel kesme yöntemleri |
Alçak gerilim MCB ve MCCB'ler için ark söndürme hücreleri ve ayırıcı plakalar en bilinen bileşenlerdir.
Ark Gerilimi Nedir?
Ark voltajı kesme işlemi sırasında ark üzerindeki gerilimdir. Kesici arkı uzattıkça, böldükçe ve soğuttukça ark gerilimi yükselir. Ark gerilimi, devre koşullarına göre yeterince yükseldiğinde, akım zorlanarak düşürülebilir ve ark sönebilir.
Pratik açıdan, iyi bir ark kontrol sistemi arkın direncini ve soğumasını artırır, böylece akım iyonize yol üzerinden devam edemez.
Ark gerilimi sabit bir katalog değeri değildir. Katot ve anot bölgelerindeki gerilim düşümlerini ve ark sütunu boyunca gerilim gradyanını içerir. Alçak gerilim kesici tasarımında önemli olan soru, kontak geometrisinin, ark yolluklarının, ayırıcı plaka grubunun, gaz akışının ve hücre yalıtımının test edilen kısa devre koşullarında ark gerilimini yeterince hızlı yükseltip yükseltemeyeceğidir.
Kontakların, yollukların, plakaların, hücre şeklinin ve gaz akışının geometrisinin kesici tasarımında önemli olmasının bir nedeni de budur.
Devre Kesicilerde AC Arkı ve DC Arkı
AC ve DC arkları farklı davranışlar sergiler.
| Özellik | AC Arkı | DC Arkı |
|---|---|---|
| Akım sıfır geçişi | Her yarım döngüde doğal sıfır geçişi | Doğal sıfır geçişi yok |
| Yay sönmesi | Akım sıfır geçişi ile desteklenir | Kesici tasarımı ile zorunlu kılınmalıdır |
| Kesici tasarımı | AC değerine sahip ark söndürme hücresi, kendi nominal değeri için yeterli olabilir | DC dereceli ark söndürme tasarımı gerektirir |
| Polarite endişesi | Alçak gerilim AC kesicilerde genellikle daha az kritiktir | Birçok polarize DC kesicide önemlidir |
Bir AC kesicinin DC devresinde otomatik olarak kullanılmamasının nedeni budur. Kesici özellikle DC kesintisi için tasarlanıp derecelendirilmedikçe DC arkları devam edebilir.
DC kesici detayları için bkz. DC Devre Kesici Nedir?.
MCB, MCCB ve ACB'de ark
| Kesici Tipi | Ark Kontrolünün Gerçekleştiği Yer | Pratik Fark |
|---|---|---|
| MCB'NİN | Kontak sistemi yakınında kompakt ark söndürme hücresi | Küçük alan, hızlı ark bölme, sınırlı gövde boyutu |
| MCCB'NİN | Daha büyük kalıplanmış ark odası ve ark yollukları | Daha yüksek gövde boyutları ve daha güçlü kesme yapıları |
| ACB | Daha büyük hava ark odası | Daha yüksek akımlı alçak gerilim şalt cihazlarında kullanılır |
Temel prensip benzerdir: devre kesici kontakları açar, bir ark oluşturur, arkı bir odaya yönlendirir, böler ve soğutur ve akımı keser. Fiziksel boyut ve kesme kapasitesi devre kesici tipine göre değişir.
MCCB iç parçaları için bkz. MCCB iç yapısı ve bileşenleri.
IEC 60947-2, UL 489 ve Ark Kesme Değerleri
Ark kesme işlemi sadece görsel tasarımla değerlendirilmez. Devre kesiciler, kesme performansının nasıl doğrulandığını tanımlayan standart çerçeveler altında test edilir.
Alçak gerilim endüstriyel kesiciler için, IEC 60947-2 temel bir standart bağlamıdır. Kuzey Amerika branşman ve kalıplı devre kesici pazarlarında, UL 489 temel bir referanstır. Uygulanabilir standart; ürün tipine, pazara ve kuruluma bağlıdır.
Ark kesme ile ilgili önemli değerler şunları içerir:
| Değerlendirme | Anlamı | Ark Kontrolü ile Neden İlişkilidir |
|---|---|---|
| Icu | Nihai kısa devre kesme kapasitesi | Kesicinin tanımlanmış test koşulları altında ciddi bir arızayı kesebileceğini doğrular |
| Ics | İşletme kısa devre kesme kapasitesi | Servis ile ilgili test koşulları altında kesme sonrası performansı gösterir |
| Icw | Kısa süreli dayanım akımı | Bazı kesici tiplerinde seçicilik ve dayanım davranışı için önemlidir |
| Anma gerilimi | Kesme işleminin test edildiği gerilim | Daha yüksek gerilim genellikle ark sönümlemeyi daha zorlu hale getirir |
Bu değerler veri sayfasından ve standart bağlamından okunmalıdır. Güçlü görünen bir ark söndürme hücresine sahip bir kesicinin bile gerçek devre için uygun, test edilmiş bir kesme kapasitesine ihtiyacı vardır.
VIOX ürün seçimi rehberliği için pratik soru, bir kesicinin görünür bir ark odasına sahip olup olmadığı değildir. Neredeyse her alçak gerilim kesicisi bir tür ark kontrol yapısına sahiptir. Daha faydalı soru; kontak sistemi, ark yolları, ayırıcı plakalar, kalıplanmış yalıtım, havalandırma yolu ve terminal yapısının gerekli kesme kapasitesi test koşulları altında birlikte doğrulanıp doğrulanmadığıdır. Icu, Ics, anma gerilimi ve ilgili standardın görsel görünümden daha önemli olduğu nokta burasıdır.
Devre Kesicide Ark ve Ark Hatası Devre Kesici
“Ark” kelimesi iki farklı kesici konusunda geçmektedir ancak anlamları farklıdır.
| Dönem | Anlamı |
|---|---|
| Devre kesicide ark | Kesici kontakları kesinti sırasında açıldığında oluşan dahili ark |
| Ark hatası | Kablolama, kordonlar, terminaller veya ekipmanlarda istenmeyen ark oluşumu |
| Ark hatası devre kesici / AFCI | Bir devredeki tehlikeli ark hatası imzalarını tespit etmek için tasarlanmış bir kesici |
Normal bir kesici arkı, anahtarlama veya hata kesintisi sırasında kesicinin içinde meydana gelir. Ark hatası ise amaçlanan kontak sisteminin dışında oluşur ve hasarlı kablolama, gevşek bağlantılar veya yalıtım arızasına işaret edebilir.
Olası Kesici Ark Sorunlarının Belirtileri
Cihaz içindeki kesici arkı, kesme işlemi sırasında normaldir ancak anormal dış belirtiler göz ardı edilmemelidir.
Aşağıdaki durumları fark ederseniz yetkili bir elektrikçi veya teknisyen çağırın:
- pano yakınında yanık kokusu;
- kesiciden gelen vızıltı, cızırtı veya çıtırtı sesleri;
- ısı hasarı veya renk değişimi;
- terminallerin yakınında erimiş yalıtım;
- tekrarlayan kesici açmaları;
- kesici dışında görülebilir ark;
- gevşek veya hasarlı terminaller.
Enerji altındaki kesicilerin içini açmayın veya incelemeyin. Devre kesiciler mühürlü veya montajlı güvenlik cihazlarıdır, sahada onarılabilir ark odaları değildir.
Ark Erozyonu, Kontak Çukurlaşması ve Kesici Arkının Sorun Haline Geldiği Durumlar
Her kesme olayı kesici kontaklarını zorlayabilir. Normal kullanımda bu beklenen bir durumdur, ancak tekrarlayan şiddetli arızalar veya kötü terminal koşulları aşınmayı hızlandırabilir.
Aşırı ark kaynaklı stresin olası belirtileri şunlardır:
- servis edilebilir endüstriyel ekipmanlarda çukurlaşmış veya aşınmış kontaklar;
- terminaller veya havalandırma delikleri çevresinde renk değişimi;
- çalışma sonrası alışılmadık koku;
- kesici gövdesinde hasar;
- benzer yük koşulları altında tekrarlayan açmalar;
- ölçümün bakım prosedürünün bir parçası olduğu ekipmanlarda artan kontak direnci.
Mühürlü minyatür kesiciler için dahili kontak incelemesi genellikle pratik değildir. Daha büyük ve bakımı yapılabilir şalt cihazları için inceleme ve bakım, üreticinin talimatlarına ve sahanın güvenlik prosedürlerine uygun olmalıdır.
Devre Kesici Arkları Hakkında Yaygın Yanılgılar
Hata 1: Herhangi bir arkın, kesicinin arızalı olduğu anlamına geldiğini düşünmek
Kesme işlemi sırasındaki dahili bir ark normaldir. Kesici, bunu kontrol edecek şekilde tasarlanmıştır.
Hata 2: Ark söndürücü hücrenin tüm kesici hasarlarını önlediğini düşünmek
Ark söndürücü hücre ark enerjisini azaltır ve kontrol eder, ancak tekrarlayan yüksek arıza kesintileri yine de kontakları ve iç parçaları zorlayabilir.
Hata 3: Kesici arkı ile ark hatası korumasını birbirine karıştırmak
Dahili kesici ark kontrolü ve AFCI ark hatası algılama farklı konulardır.
Hata 4: AC ark varsayımlarını DC kesiciler için kullanmak
DC arkları, doğal bir sıfır geçişi olmadığı için söndürülmesi daha zordur. DC devreleri için DC değerine sahip kesiciler kullanın.
Hata 5: Terminal durumunu göz ardı etmek
Gevşek terminaller harici ısınmaya ve ark oluşumuna neden olabilir. Bu, kesici kesintisi sırasında oluşan normal dahili arkten farklıdır.
SSS
Bir AC ark söndürücü, DC arkını söndürebilir mi?
Otomatik olarak hayır. AC kesintisi, doğal akım sıfır geçişlerinden faydalanırken, DC kesintisi arkı bu yardım olmaksızın uzatmaya, soğutmaya ve söndürmeye zorlamalıdır. DC devrelerinde kullanılan bir kesici, özellikle DC gerilimi, akımı, polarite durumu ve uygulama için derecelendirilmiş olmalıdır.
Ark kontakları ile ana kontaklar arasındaki fark nedir?
Ana kontaklar, normal çalışma sırasında düşük dirençli akım taşıma için optimize edilmiştir. Ark kontakları ise açma ve kapama sırasındaki elektriksel gerilimi üstlenmek üzere tasarlanmıştır, böylece ana kontaklar en kötü ark erozyonuna maruz kalmazlar.
Endüstriyel kesicilerde ark kontakları ne sıklıkla kontrol edilmelidir?
Kesici üreticisinin bakım talimatlarına ve sahanın elektriksel güvenlik prosedürüne uyun. Kontrol sıklığı; kesici tipine, arıza geçmişine, anahtarlama görevine, ortama ve cihazın servis edilebilir olup olmadığına bağlıdır. Mühürlü MCB'ler ve birçok MCCB, kontak kontrolü için açılmak yerine genellikle değiştirilir.
Bir kesici açma yaptıktan sonra neden yanık kokar?
Şiddetli bir kesintiden sonra hafif bir koku, kesici içindeki sıcak gazlardan ve ark yan ürünlerinden kaynaklanabilir. Kalıcı yanık kokusu, renk değişimi, erimiş yalıtım, terminal ısınması veya tekrarlayan açmalar normal değildir ve devreye tekrar enerji verilmeden önce kontrol edilmelidir.
Daha yüksek bir Icu değeri, daha iyi bir ark söndürme hücresi anlamına mı gelir?
Tek başına hayır. Icu, tanımlanmış koşullar altında test edilmiş nihai kısa devre kesme kapasitesidir. Ark söndürme hücresi tasarımı önemlidir, ancak kontak hızı, ark boynuzu geometrisi, kalıplanmış yalıtım, terminal tasarımı, nominal gerilim ve tam test dizisi de aynı derecede önemlidir. Ics de önemlidir çünkü ilgili standart kapsamında servis kısa devre performansını gösterir.
Devre kesici arkı onarılabilir mi?
Mühürlü MCB'ler ve birçok MCCB için dahili ark hasarı sahada onarılamaz. İnceleme veya üretici kılavuzu hasar olduğunu gösteriyorsa cihazı değiştirin. Daha büyük, servis verilebilir devre kesicilerin üretici onaylı bakım prosedürleri olabilir, ancak onarım yalnızca yetkili personel tarafından onaylı parçalar ve test yöntemleri kullanılarak yapılmalıdır.
İlgili VIOX Kaynakları
Sonuç
Bir devre kesicideki ark, kontaklar akım altındayken açıldığında oluşan normal ancak yoğun bir elektriksel olaydır. Devre kesici, bu arkı bir ark kontrol sistemine yönlendirmeli, bölmeli, soğutmalı, ark gerilimini yükseltmeli ve söndürmelidir.
Anlaşılması gereken en önemli parçalar şunlardır: ark yolu, ark oluğu, ark bölücü plakalarve ark söndürme odası. Bu bileşenler, bir devre kesicinin basit bir anahtar gibi davranmak yerine akımı güvenli bir şekilde kesmesini sağlayan unsurlardır.
