Kısa Devre Nedir?
Kısa devre nedir sorusuna cevap vermek için önce elektriğin üretim, iletim ve dağıtım sistemlerini bilmek gerekir. Elektriği güç santrallerinde üretiyor, transformatörlerle gerilimi artırıp enerji iletim hatlarıyla taşıyor, yine transformatörlerle gerilimi düşürüp tüketicilere (yüklere) dağıtıyoruz. Bu hat üzerinde bir arıza olduğunda enerji kesintisi riski bulunmaktadır. Bu arıza türlerinden biri kısa devre akımı arızasıdır.
Kısa devre, bir devrede genellikle farklı gerilimli iki veya daha fazla noktanın bağıl olarak düşük direnç veya empedans üzerinden kaza veya kasıt ile birbirine temasına denir (IEC) / (IEEE Std.100-1992). Herhangi bir kısa devre anında oluşan akıma kısa devre akımı denir ve kısa devre akımının genliğini, kaynaktan yüke kadar olan empedansların toplamı belirler. Bu durumda sistemde, kaynak ile kısa devre noktası arasında empedans çok düşer ve akım alabileceği en yüksek değerini alır.
Diğer bir tabirle, gerilim altındaki iletken kısımların birbirine veya nötrü topraklanmış olan devrelerde toprağa teması ile kısa devre oluşur. Kısa devre genellikle bir fazda ve kısa zamanda diğer fazlara sıçrayarak üç fazlı kısa devreye dönüşebilir. Gerilim atlamaları genellikle ark aracılığı ile meydana gelir. Üç fazlı kısa devre arızası, diğer arıza tiplerine göre daha az meydana gelir. Kısa devre arızası esnasında akım yolu üzerindeki tesis elemanları, kısa devrenin termik ve dinamik etkilerine maruz kalırlar. Eğer doğru bir selektivite hesabıyla ve anahtarlama ekipmanlarının seçimiyle yeterli koruma sağlanmamışsa can ve mal kayıpları meydana gelebilir.
Kısa Devre Nedir, Kısa Devre Arızası Neden Oluşur?
Kısa devre nedir sorusuna cevap vermek için kısa devrenin kaynağını incelemek gerekir. Bunlar iç veya dış etkenler olabilir. Kısa devreye neden olabilecek başlıca iç etkenler aşağıdaki gibidir.
- Aşırı yüklenme sonucu izolasyonun bozulması
- Aşırı gerilimler sonucu meydana gelen delinmeler ve atlamalar
- İzolasyondaki yapım hataları ve yaşlanmalar
Başlıca dış etkenler aşağıdaki gibi sıralanabilir.
- Kablo ve izoleli hava hattı iletkenlerinin izolasyonlarının zedelenmesi
- Havai enerji iletim hatları ile atmosfere açık elektrik tesislerine yıldırım düşmesi
- Havai iletim hattı izolatörlerinin kırılması
- Atmosferik şartlardan (kirlenme, rutubet, hava hatlarına konan kuşlar vb.) dolayı oluşabilecek gerilim atlamaları
- Havai iletim hatlarında kar, buz ile oluşabilecek atlamalar
- Transformatör merkezlerine giren çeşitli hayvanların, topraklanmış kısımlar ile gerilim altındaki kısımlar arasında veya fazlar arasındaki teması
- Bakım veya operasyon esnasında güvenlik amacı ile kapatılan topraklama ayırıcılarının tesisatta tekrar gerilim verilirken unutulmaları ve yanlış manevralar
Kısa Devre Arızasının Olumsuz Etkileri Nelerdir, Nasıl Koruma Sağlanır?
Kısa devre arızasının oluşturabileceği başlıca olumsuz etkiler aşağıdaki gibidir.
- Sistem elemanlarında mekanik ve ısıl zorlamalar
- Uzun süreli enerji kesintileri
- Can ve mal kaybı
- Trafo ve elektrik odalarında meydana gelebilecek patlamalar
- İnsanların yoğun olarak bulunduğu mekanlarda patlamalar ve yangınlar
Kısa devre arızasından korunmak için çeşitli anahtarlama elemanları kullanılır. Bunların başında kesiciler gelir. Hem alçak gerilim hem de orta ve yüksek gerilimde kısa devreden koruyan anahtarlama elemanı kesicilerdir. ETAP, PSCAD gibi yazılımlarla hesaplanan en yüksek kısa devre akım değerine göre kesicinin koruma yapacağı kA akım değeri belirlenir. Selektivite hesabı yapılır. Böylece hangi noktalara hangi değerde kesicilerin konulacağı, ne zaman açma yapacağı doğru bir şekilde belirlenmesi gerekir. Alçak gerilimde kesiciler genelde 150-200 kA değere kadar hızlı bir şekilde (milisaniyeler içerisinde) açma yapabilir. Orta gerilimdeki kesiciler ise özel uygulamalar haricinde genelde 40 kA değerine kadar koruma yapabilmektedir.
Bunun dışında güç şebekelerindeki motor, generatör, transformatör gibi ekipmanların yıldız noktalarını bir şönt direnç bağlayarak kısa devre akımları sınırlandırılır. Aynı şekilde enerji iletim hatlarına şönt reaktörler bağlanarak yine kısa devre akımlarının değerleri sınırlandırılabilmektedir.
Kısa devre, bir elektrik devresindeki iki nokta arasında dirençsiz veya çok düşük dirençli bir yol oluşmasıyla meydana gelir. Bu durum, kısa devre akımı olarak adlandırılan, normalden çok daha yüksek bir akımın oluşmasına neden olur ve devre elemanlarının zarar görmesine yol açabilir. Elektrik ve elektronik sistemlerde kısa devreyi önlemek veya oluştuğunda tespit etmek için çeşitli yöntemler ve ekipmanlar kullanılır.
Kısa devre testi, devrede kısa devre olup olmadığını anlamak için multimetre ile yapılan yaygın bir yöntemdir. Özellikle kabloda kısa devre bulma veya elektronik devrede kısa devre bulma gibi uygulamalarda bu test oldukça önemlidir. Ayrıca, trafo kısa devre testi ve transformatör kısa devre testi, güç sistemlerindeki ekipmanların güvenli çalışmasını sağlamak için kritik testlerdir.
Faz toprak kısa devre, nötr toprak arası kısa devre ve toprak ve nötr kısa devre gibi arızalar, elektrik sistemlerinde yaygın görülen kısa devre türlerindendir. Bu durumlarda, doğru kısa devre hesapları yapılmalı ve diyot ile kısa devre koruması veya mosfet kısa devre koruma gibi yöntemler kullanılmalıdır. Elektronik devrelerde kısa devre koruması için genellikle diyot, mosfet ve kondansatör kısa devre önleme devreleri kullanılır. Ayrıca, şaseye kısa devre veya rezistans kısa devre gibi durumları tespit etmek için multimetre kısa devre testi yapılabilir. Grup kısa devre gibi daha karmaşık durumlar ise daha ileri düzey analiz gerektirir. Kısa devre örnekleri incelenerek, arızaların nasıl önlenebileceği ve giderileceği öğrenilebilir. Örneğin, nötr ile toprak kısa devre arızası genellikle yanlış bağlantılardan kaynaklanır ve dikkatlice kontrol edilmelidir. Böylece, sistemlerin güvenli ve uzun ömürlü çalışması sağlanabilir.
