11 Haziran 2013 | TEKNÄ°K MAKALE 57. Sayı (Nisan 2013)

Taner Aksoy ABB Elektrik Sanayi A.Ş. Alçak Gerilim Pano Sistemleri Ürün Müdürü
Bir elektrik panosunun içerisindeki ısının doğru bir şekilde kontrol altında tutulması ve yönetimi, panonun ve iç bileşenlerinin uzun ömürlü olabilmeleri açısından oldukça önem taşımaktadır.
Elektrik panolarının iç kısmındaki aşırı ısınma:
Elektrikli ve elektronik ekipmanların güç kayıpları, elektrik panoların içerisinde biriken ısıya dönüşür. Elektrik panolarıyla ilgili olarak, kendilerinin oluşturmakta oldukları ısı kaynağının yanı sıra dahili veya harici kaynaklardan yayılan ısılar ve temas
yoluyla aktarılan ısı gibi bileşenler de hesaba katılmalıdır.
Yukarıda sayılanlar, elektrik panolarının iç kısmında, dış ortamın sahip olduğundan daha yüksek bir iç ısıya yol açmaktadır (buna çevre ısısıyla ilgili aşırı ısınma adı verilmektedir).
Bir elektrik panosunun kendi içerisinde oluşan ısıyı çevreye bırakma kapasitesi, çevresel faktörlerine ek olarak dağıtıcı yüzeyi ve hava geçirmez izolasyonuna bağlıdır (panoya ait koruma derecesi - IP).
Elektrik panolarının içerisinde oluşan ısı niçin sınırlandırılmalıdır?
Bir elektrik panosunun içerisinde oluşan aşırı ısı, iç bileşenlerin aşınmasına ve zaman içerisinde eskimelerine neden olur. Bununla birlikte ise performans değişikliği, kısa kullanım ömrü ve azalmış güvenirliği beraberinde getirir.


Koruma cihazların güvenirliğinin zaman içerisinde azalması, istenmeyen açmalara veya tam tersi hata durumlarında devreyi açamamaya neden olabilir.


Elektrik panolarının içerisindeki ısının doğru sınırlar içerisinde tutulması, ilgili endüstriyel teçhizata iyi bir bakım sağlanabilmesi yönündeki ana faktörlerden birisi olarak kabul edilmektedir.


Elektrik panolarındaki ısının kontrol edilmemesi çoğu arızanın ana sebebini teşkil etmektedir, aşırı ısınmadan kaynaklanan durmalar ısı kontrol sisteminin  çok daha pahalıya mal olmaktadır.


Uluslararası standartlar, elektrik panolarına ait bileşenler hakkında neler belirtmektedir?
Elektrik panolarına ve bunların bileşenlerine ait uluslararası standart, aşırı ısınma için herhangi bir limit belirtmemekle beraber, bileşenlerin kendi standartlarına atıfta bulunmaktadır. Bu standartlar genellikle bağlı iletkenlerin korunması açısından sadece ekipman terminallerine yönelik aşırı ısınma limitleri belirlemektedir. Söz konusu limitler kurulum esnasında rastlananlardan çok daha farklı nitelikteki test koşulları altında belirlenmektedir. Dahası, bu limitlerin daha çok cihazın kendi iç bileşenlerine bağlı işlevsel kötüleşme derecesiyle doğrudan bağlantısı bulunmamaktadır.


Ek olarak, yüzeyde bulunan anlık ısının panonun içerisindeki maksimum hava sıcaklığıyla ilişkilendirilmesi oldukça güçtür. Dolayısıyla dâhili cihazların ısı karşısında sergiledikleri davranışı kesin olarak belirleyerek gelecekteki işlevselliklerini etkilemeden çalışmalarına olanak sağlayacak maksimum ısı limitinin tespit edilmesi gerekmektedir.


Elektrik panosu bileşenleri ve bu bileşenlerin ısı yükselmesi karşısında sergiledikleri davranışlar
Daha önce de belirtildiği gibi elektrik ekipmanlarının ömür süresi, içinde çalışmakta oldukları sıcaklığa bağlı olup, genel olarak elektrik panolarında yer alan ekipmanların ideal sıcaklıkları 25 °C ila 35 °C arasındadır (bu değerler arasındaki aşınma ve eskimenin asgari düzeyde olduğu varsayılabilir).


Fakat panoların içerisindeki sıcaklığın +35 °C’nin altında tutulmasının uygulama açısından oldukça zor olmasından dolayı test limitlerini tespit eden ürün standartları daha geniş limitler belirlemişlerdir. Örneğin, ana referans standartları fonksiyonel sıcaklığı -5 °C ila + 40 °C arasında belirlerken, MCB’ler ve RCD’ler gibi modüler anahtarların kullanım sıcaklığının -25 °C’ye kadar genişletilmesine olanak vermişlerdir. Cihaz üreticileri bir adım öteye giderek azami sıcaklık +55 °C olmak üzere daha yüksek sıcaklıklarda çalışmaya izin verecek sertifikalandırma düzeyleri edinmişlerdir.


Bir elektrik panosundaki maksimum iç sıcaklık
Bir panonun iç sıcaklığı, içerisinde bulunan cihazların güvenirliğini etkilememelidir. Elektrik panosu içinde güvenilir bir çalışma sunabilecek en yüksek sıcaklık 55°C olarak tespit edilmiştir. Bu limitin aşılması tehlikelidir, 35°K değerini aşmaması gereken PVC kabloları için dahi 55°C sınırı kolaylıkla aşılabilir.


Ortam sıcaklığı
Elektrik panolarında aşırı ısınma belirgin bir şekilde kurulu olduğu ortama bağlıdır ve bu nedenle de anahtarlama panolarına ilişkin standart (IEC EN 61439-1), iç mekân panoları ve harici tip panolar için maks. ve min. hava sıcaklığı ve nem değerlerini aşağıdaki tablodaki gibi belirlemiştir.


Hem harici alanlar (çöl gibi iklimler hariç) hem de iç mekânlar (kayda değer miktarlarda ısı üreten endüstriyel süreçlere yakın olunması şartıyla) için Standart tarafından öngörülen maksimum değer genellikle aşılmayan 40°C’lik ortam sıcaklığıdır.


İç mekân pano kurulumu
Kapalı alanlara kurulmaları halinde elektrik panolarının oda sıcaklığının 40 °C’yi aşmadığı ortamlarda bulunmaları gerekmektedir. Ortam sıcaklığının bu limitin üstünde olması halinde, kurulum yerini ayırmak ve sıcaklığı belirtilen değerin altında tutan bir havalandırma/klima sistemi kurmak gereklidir. Dolayısıyla anahtarlama panosunun iç sıcaklığının 55°C’lik ortam sıcaklığı değerini aşmadığını her zaman için kontrol etmek gerekmektedir.


Pano içi ekipmanlar ve bileşenler tarafından yayılan yüksek güç kayıpları nedeniyle sıcaklık kontrolünün mümkün olmaması durumunda panonun bir aşırı ısınma kontrol sistemi ile donatılması gerekmektedir. Ek olarak panoya, harici bileşenler tarafından veya temas yoluyla ısı iletiminin olup olmadığı denetlenmelidir.


Harici tip pano kurulumu
Güneş ışınlarının yol açabileceği zararlı etkilerden korunabilmeleri açısından elektrik panoları açık mekânlarda kurulmaları halinde doğrudan güneş ışığı altında kalmayacak şekilde tesis edilmelidir.


Güneş ışığının panolarda önemli ölçüde aşırı ısınmaya yol açabileceği durumlarda bileşenlerin ve ekipmanların da mutlaka buna göre seçilmesi gerekmektedir (pano içi ekipmanlar kapalı konumda olsalar dahi doğrudan güneş ışığı altında kaldıklarında kayda değer aşırı ısınmaya maruz kalabilirler).


Elektrik panosunu korumak için panonun üzerine hava sirkülâsyonunu önlemeyecek şekilde paravan gibi doğrudan güneş ışığına karşı koruyucu teçhizatlar yerleştirilmelidir.


Ayrıca panolar, kendileri zaten aşırı ısınmayla karşı karşıya kalmış bileşenlerle temas edecek şekilde kurulmamalıdır. Dolayısıyla anahtarlama panosunun iç sıcaklığının 55°C’lik ortam sıcaklığı değerini aşmadığını her zaman için kontrol etmek gerekmektedir. Pano içi ekipmanlar ve bileşenler tarafından yayılan yüksek güç kayıpları nedeniyle sıcaklık kontrolünün mümkün olmaması durumunda panonun bir aşırı ısınma kontrol sistemi ile donatılması gerekmektedir.


Elektrik panolarında oluşan aşırı ısınma durumlarının değerlendirilmesi
Panolardaki aşırı iç ısınmanın hesaplanması Standartça (IEC EN 61439-1) belirtilen göstergelere göre yapılmalıdır: Bu değerlendirme hem harici çevre koşulları hem de iç bileşenler tarafından yayılan ek ısıyı dikkate almalıdır.


Standart, elektrik panosunun farklı parçaları için değişik ısı limitleri belirlemekte ve ilgili değerlendirme de panonun farklı alanları için maksimum iç sıcaklığı belirlemektedir.


Buna ek olarak, ısının ağırlıklı biçimde dağıtım elemanları ve manevra cihazları üzerinde yoğunlaşması nedeniyle Standart tarafından elle kontrol cihazları ve harici olarak erişebilen kapaklar için dahi maksimum aşırı ısınma seviyeleri belirlenmiştir.


Hesaplamanın elektrik panosunun iç sıcaklığının 55°C’nin üstünde olduğunu gösterdiği durumlarda cihazın güvenilirliği (dâhili cihazların güvenilirliği) zaman içerisinde ciddi anlamda tehlikeye düşebilecek olup, dolayısıyla da sıcaklığı belirlenen limitler dâhilinde tutacak çözümlerin hayata geçirilmesi gerekmektedir.


Elektrik panolarının iç kısmındaki aşırı ısınmanın düşürülmesi:
İlk adım olarak ısı dağılımının daha iyi olması için daha büyük bir panonun kullanılıp kullanılamayacağının kontrolünün yapılması gerekmektedir. (daha büyük pano kullanmak demek daha yüksek oranlarda ısı değişimi gerçekleştirmek demektir).


Aynı zamanda daha az ısı yayılımına sahip iç ekipmanların kullanılabilir olup olmadığının kontrol edilmesi de tavsiye edilmektedir (geçici olsalar dahi aşırı akımlar ısı yayılımının başlıca sebebidir).


Tüm yukarıdakilerin yapılmasına rağmen sıcaklığın halen 55°C’nin üstünde olması durumunda panonun iç sıcaklığını kısıtlayacak birçok ısı kontrol sistemi bulunmaktadır.


Fanlı havalandırma ve soğutma sistemleri, elektrik panosunun iç sıcaklığını düşürmek için kullanılan en basit çözümlerin başında gelmektedir. Soğutma fan ile havalandırma yoluyla yapılmaktadır: Sistemde bir fan ve buna ait bir filtre ile giriş ve çıkış ızgaraları bulunmaktadır. Kabinin alt tarafında kurulu fan ortamdaki havayı filtreleyerek dışarı atarken, sıcak hava da tepe kısımda bulunan ızgara yordamıyla bertaraf edilmektedir. Bu sayede sağlanan hava sirkülâsyonu etkin bir ısı dağıtımı sağlamaktadır.


Ek olarak havalandırmanın yol açtığı basınç, olası delik veya çatlaklardan filtrelenmemiş havanın girişini de engellemektedir. Panonun üst kısmına yerleştirilen bir termostat sayesinde fan gücü kontrol edilebilir. Bu gibi sistemlerin ve doğru ızgaraların kullanılması yoluyla IP54’e kadar koruma derecesi sağlanabilir. Bu sistem ile elektrik panosunun iç sıcaklığı oda sıcaklığından daha az olmamalıdır.


Oda sıcaklığının, elektrik panosunun iç kısmındaki ısının fanlı havalandırma sistemi kullanılarak yönetilmesinin imkânsız hale getirecek bir değere ulaşması halinde, bir klima sistemi uygulanmalıdır. İki tip klima sistemimiz mevcuttur:
• Havadan havaya ısı eşanjörüne sahip olanlar
• Havadan suya ısı eşanjörüne sahip olanlar.


Havadan havaya ısı eşanjörüne sahip olan klima sistemleri IP54’e kadar koruma sağlamakta olup dış sıcaklığın, kabul edilebilir maksimum iç sıcaklıktan daha düşük olduğu ortamlarda kullanılabilir (mesela: dış sıcaklık 40°C ve maks. iç sıcaklık 50 °C).


Havadan suya ısı eşanjörüne sahip olan klima sistemleri IP55’e kadar koruma sağlamakta olup, dış sıcaklığın, kabul edilebilir maksimum iç sıcaklıktan daha yüksek olduğu ortamlarda kullanılabilir (mesela: dış sıcaklık 40°C ve maksimum iç sıcaklık 30 °C).


Sonuçlar
Elektrik panolarındaki aşırı ısınmanın sınırlanabilmesi, uzun süreler boyunca güvenirliğini koruyacak panoların üretilebilmesi ve genellikle mali kayıplara yol açan kesintilerin ve durmaların mümkün olduğu kadar azaltılması için gereklidir.


Panoların doğru tasarlanması ve doğru ebatlara sahip olacak şekilde üretilmesi hem aşırı iç ısınmanın ön tanımlı değerler içinde kalmasını sağlayacak hem de panonun kullanım ömrünü artıracak ve güvenirlik açısından zaman içerisinde oluşabilecek tehlikelerin önüne geçecektir.


Doğru ebatlara sahip bir elektrik panosunun aşağıdaki ısı kriterlerini sağlaması gerekmektedir:


İç mekânda kullanım (ortam sıcaklığı <40°C):
• Klimalı alanlar: panonun iç sıcaklığı en fazla 40 °C’dir.⁽¹⁾
• Klimasız alanlar: panonun iç sıcaklığı en fazla 55 °C’dir (sürekli olmayan durumlar için 60°C değeri buna istisnadır).


Harici alanlarda kullanım (ortam sıcaklığı <40°C)⁽²⁾
• Doğrudan güneş ışığına karşı korumaya sahip olanlar için: panonun iç sıcaklığı en fazla 55°C’dir.
• Doğrudan güneş ışığına karşı korumaya sahip olmayanlar için: panonun iç sıcaklığı en fazla 55°C’dir. Dış metal yüzeyin maksimum sıcaklığı 70°C’yi aşmamalıdır.


Yukarıda belirtilenlerden daha yüksek pano iç sıcaklıkları için iç ekipmanlar üzerindeki aşınma ve eskime oldukça yüksek olacaktır. Elektrik panosundaki ani işlevsizliklerin önüne geçilebilmesi için ekipmanların düzenli olarak yenileriyle değiştirilmesi ve bir bakım programı uygulanması gerekmektedir. Aşırı ısınma kontrol sistemlerin maliyeti (mesela fanlı havalandırma veya klima sistemleri), uzun süreler boyunca yüksek ısılarda çalışmaları neticesine yoğun eskime ve yıpranmaya maruz kalan ekipmanların yol açtığı kesintilerin ve durmaların maliyetinden her zaman için daha azdır.

 

---

R E K L A M