Orta Gerilim Hücrelerinde İç Ark Dayanımı Nedir? IAC Sınıflandırması ve Güvenlik

Orta gerilim tesislerinde en korkulan arızalardan biri iç arktır. Bir hücrenin içinde, fazlar arasında veya faz ile toprak arasında oluşan ark; birkaç milisaniye içinde binlerce dereceye ulaşan sıcaklık, ani basınç artışı, yoğun ışık ve zehirli gazlar üretir. Hücrenin bu enerjiyi kontrollü biçimde tahliye edecek şekilde tasarlanmamış olması durumunda kapaklar açılabilir, parçalar fırlayabilir ve hücrenin önünde bulunan personel ciddi yaralanabilir.

Bu yazıda iç ark dayanımının ne olduğunu, IEC 62271-200 standardındaki IAC sınıflandırmasını, IAC AFLR gibi kodların nasıl okunacağını ve OG hücre güvenliği için alınması gereken önlemleri anlatıyoruz.

İç Ark Nedir ve Neden Oluşur?

İç ark, metal muhafazalı bir anahtarlama cihazının içinde, gerilimli parçalar arasında hava üzerinden atlayan ve sürekli yanan bir elektrik arkıdır. Başlıca nedenleri şunlardır:

• Yalıtım bozulması: Yaşlanma, kısmi deşarj, nem ve kirlilik nedeniyle yalıtım malzemesinin zayıflaması
• Yanlış manevra: Topraklama ayırıcısının enerjili bir hatta kapatılması veya kilitleme sistemlerinin devre dışı bırakılması
• Gevşek bağlantılar: Isınan ve zamanla bozulan kablo başlıkları veya bara bağlantıları
• Yabancı cisimler ve hayvanlar: Bakım sırasında unutulan aletler veya hücreye giren küçük hayvanlar
• Aşırı gerilimler: Yıldırım veya anahtarlama kaynaklı aşırı gerilimler

Kablo başlıkları ve ek mufları, iç ark olaylarının sık başladığı noktalardandır. Bu nedenle OG kablo aksesuarı seçimi ve montaj kalitesi, iç ark riskini doğrudan etkiler.

İç Arkın Fiziksel Etkileri

Kapalı bir hücrede ark başladığında olaylar kabaca dört aşamada gelişir:

1. Sıkışma: Ark, hücre içindeki havayı hızla ısıtır ve basınç birkaç milisaniye içinde yükselir.
2. Genleşme: Basınç tahliye kapakları açılır, sıcak gazlar dışarı akmaya başlar.
3. Tahliye: Ark devam ettikçe gaz ve metal buharı tahliye kanalından dışarı atılır.
4. Isıl aşama: Ark sürerse sıcaklık, hücre duvarlarını ve bakır parçaları eritmeye, delmeye başlar.

Ark sütununun sıcaklığı 10.000 °C’nin üzerine çıkabilir. Bakır ve çelik buharlaşır, plastik parçalar yanar. Bu süreçte oluşan basınç dalgası, uygun tasarlanmamış bir hücrenin kapaklarını yerinden fırlatabilir.

İç Ark Dayanımı ve IAC Sınıflandırması

Metal muhafazalı orta gerilim hücreleri (1 kV–52 kV) IEC 62271-200 standardına göre tasarlanır ve test edilir. Standart, iç ark dayanımını isteğe bağlı bir tip testi olarak tanımlar ve testi başarıyla geçen hücrelere IAC (Internal Arc Classification) sınıfı verir.

IAC sınıfı, iç ark sırasında hücrenin yakınında bulunan personelin korunup korunmadığını belgeler. Önemli bir nokta: IAC, hücrenin ark sonrasında çalışmaya devam edeceğini garanti etmez. Amaç ekipmanı değil, insanı korumaktır.

IAC AFLR Kodu Nasıl Okunur?

Bir hücrenin etiketinde “IAC AFLR 20 kA 1 s” gibi bir ifade görürsünüz. Bu kodun her parçası ayrı bir bilgi taşır.

Erişilebilirlik Tipi: A, B, C

• A: Yalnızca yetkili personelin erişebildiği alanlar. Örneğin kilitli bir elektrik odası veya trafo merkezi.
• B: Genel halkın da erişebildiği alanlar. Örneğin kamuya açık bir alana kurulan dağıtım köşkleri.
• C: Erişimin montaj yüksekliğiyle kısıtlandığı, örneğin direk üzerine monte edilen ekipmanlar.

B tipi erişilebilirlik, testte indikatörlerin hücreye daha yakın konumlandırılmasını gerektirdiği için A tipinden daha zorlayıcıdır.

Korunan Yüzler: F, L, R

• F (Front): Ön yüz
• L (Lateral): Yan yüzler
• R (Rear): Arka yüz

“AFLR” ifadesi, yetkili personel erişimi olan bir alanda hücrenin ön, yan ve arka yüzlerinin hepsinin iç arka karşı test edildiğini gösterir. “AFL” ise arka yüzün test edilmediği, dolayısıyla hücrenin arkasının duvara dayalı veya erişilemez biçimde monte edilmesi gerektiği anlamına gelir.

Test Akımı ve Süresi

“20 kA 1 s” ifadesi, testin 20 kA ark akımında ve 1 saniye süreyle yapıldığını gösterir. Standartta önerilen süreler 0,1 s, 0,5 s ve 1 s’dir. Test akımı genellikle hücrenin kısa süreli dayanım akımına eşit seçilir, ancak daha düşük de olabilir.

Hücre seçerken IAC test akımının tesis noktasındaki kısa devre akımından düşük olmaması, test süresinin de koruma sisteminin arızayı temizleme süresini kapsaması gerekir.

İç Ark Testi Nasıl Yapılır?

Test, hücrenin gerçek montaj koşullarını temsil eden bir düzenekte yapılır. Hücre, üreticinin öngördüğü oda boyutları, tavan yüksekliği ve gaz tahliye düzeniyle kurulur. Hücrenin etrafına, personelin bulunabileceği konumları temsil eden indikatörler yerleştirilir. Bunlar, belirli bir yükseklik ve mesafede gerilmiş ince pamuklu kumaş parçalarıdır. A tipi erişilebilirlikte indikatörler hücreden 300 mm, B tipinde ise 100 mm uzağa yerleştirilir.

Test sonunda hücrenin IAC sınıfını alabilmesi için standarttaki şu beş kriterin tamamını sağlaması gerekir:

1. Kapaklar açılmamalıdır: Doğru kapatılmış kapı ve kapaklar test sırasında açılmamalıdır. Deformasyon kabul edilebilir, ancak açılma kabul edilmez.
2. Parça fırlamamalıdır: Muhafazadan belirli bir kütlenin üzerinde parça kopmamalı ve fırlamamalıdır.
3. Yüzeylerde delik oluşmamalıdır: Ark, erişilebilir yüzeylerde belirli bir yüksekliğe kadar delik açmamalıdır.
4. İndikatörler tutuşmamalıdır: Sıcak gazların etkisiyle indikatör kumaşlar alev almamalıdır.
5. Topraklama bağlantısı korunmalıdır: Muhafaza, test sonunda topraklama noktasına bağlı kalmalıdır.

Pasif Koruma: Hücre Tasarımında İç Ark Önlemleri

Basınç Tahliye Kapakları

Hücrenin üst kısmında veya arkasında bulunan basınç tahliye kapakları, iç basınç belirli bir seviyeye ulaştığında açılarak gazların kontrollü bir yönde çıkmasını sağlar. Kapakların açılma yönü, gazları personelden uzağa yönlendirecek şekilde tasarlanır.

Gaz Tahliye Kanalları

Sıcak gazların elektrik odasının içinde kalması, özellikle alçak tavanlı ve küçük hacimli odalarda tehlikelidir. Gaz tahliye kanalları, gazları odanın dışına veya güvenli bir bölgeye taşır. Bu kanalların hücre üreticisinin test ettiği konfigürasyonla birebir uyumlu olması gerekir.

Bölmelendirme

Metal clad hücrelerde kesici, bara ve kablo bölmeleri birbirinden metal bölmelerle ayrılır. Bu sayede bir bölmede başlayan arkın diğer bölmelere yayılması sınırlanır. IEC 62271-200’deki hizmet sürekliliği kaybı kategorileri (LSC1, LSC2, LSC2A, LSC2B) ve bölme sınıfları (PM, PI), bu tasarım özelliğiyle ilişkilidir.

Ark Emiciler ve Soğutucular

Bazı hücre tasarımlarında gaz yolu üzerinde metal ağ veya labirent yapıda ark emiciler kullanılır. Bunlar gazları soğutarak ve basıncı düşürerek tahliye edilen gazların etkisini azaltır. Özellikle tavan yüksekliğinin sınırlı olduğu odalarda tercih edilir.

Aktif Koruma: Ark Süresini Kısaltmak

Pasif önlemler arkın etkilerini yönlendirir; aktif önlemler ise arkın süresini kısaltır. İç arkta açığa çıkan enerji, ark süresiyle doğru orantılıdır. Bu nedenle ark süresini kısaltmak, hasarı azaltmanın en etkili yoludur.

Ark Algılama Röleleri

Ark koruma röleleri, hücre içine yerleştirilen ışık sensörleri (noktasal veya fiber optik) ile ark flaşını algılar. Yanlış açmaları önlemek için ışık sinyali genellikle bir aşırı akım kriteriyle birlikte değerlendirilir. Her iki kriter sağlandığında röle, birkaç milisaniye içinde kesiciye açma komutu verir. Toplam arıza temizleme süresi, kesicinin açma süresiyle birlikte genellikle 100 ms’nin altına iner.

Ark Söndürücüler

Daha da hızlı bir çözüm, arkı algıladıktan sonra birkaç milisaniye içinde üç fazı kontrollü biçimde kısa devre ederek arkın akımını ondan uzaklaştıran cihazlardır. Ark akımı bu yeni ve düşük empedanslı yola geçer, ark söner; ardından kesici arızayı normal biçimde temizler.

Tesis Tarafında Dikkat Edilmesi Gerekenler

IAC sınıfı, hücrenin test edildiği koşullar için geçerlidir. Sahada bu koşullar sağlanmazsa etiketteki sınıfın bir anlamı kalmaz.

• Oda yüksekliği ve boyutları: Üreticinin belirttiği minimum tavan yüksekliği ve duvar mesafeleri korunmalıdır.
• Gaz tahliye yolu: Gaz kanalları üreticinin test ettiği düzenle aynı olmalıdır.
• Kapakların durumu: Kapak civataları eksiksiz takılmış ve kilitler çalışır durumda olmalıdır.
• Arka erişim: AFL sınıfındaki hücrelerin arkasında personel bulunmamalıdır.
• Koruma süresi: Koruma rölesinin ve kesicinin toplam açma süresi, IAC test süresinin altında kalmalıdır.

Beton köşk uygulamalarında ise köşk, içindeki hücreden bağımsız olarak IEC 62271-202 standardına göre kendi iç ark sınıfına sahip olmalıdır. OG dağıtım sistemlerindeki görünmez risk yazımızda beton köşklerin bu yönünü ele aldık.

İşletme ve Bakımda İç Ark Riskini Azaltmak

Hücre tasarımı ve koruma sistemi ne kadar iyi olursa olsun, iç ark olaylarının önemli bir kısmı insan faktörü ve bakım eksikliğiyle ilişkilidir. İşletme tarafında alınabilecek başlıca önlemler şunlardır:

• Manevra disiplini: Anahtarlama işlemleri yazılı manevra talimatlarına göre yapılmalı, kilitleme düzenleri hiçbir koşulda devre dışı bırakılmamalıdır.
• Uzaktan manevra: Mümkün olan durumlarda kesici ve ayırıcı manevraları, hücre önünden değil uzaktan kumanda ile yapılmalıdır. Bu, ark anında personelin hücreye olan mesafesini artırır.
• Kişisel koruyucu donanım: Hücre önünde çalışma yapılırken, risk değerlendirmesine uygun ark korumalı kıyafet, yüz siperi ve eldiven kullanılmalıdır.
• Periyodik bakım: Kablo başlıkları ve bara bağlantılarında termal kamera taraması, kısmi deşarj ölçümleri ve görsel kontroller düzenli olarak yapılmalıdır. Kısmi deşarj, yalıtımın bozulmaya başladığının erken habercisidir.
• Ortam koşulları: Hücre odasında nem ve kirlilik kontrol altında tutulmalı, havalandırma ve ısıtma sistemleri çalışır durumda olmalıdır. Yoğuşma, yalıtım yüzeylerinde iz oluşumunu ve atlamaları tetikler.
• Yabancı cisim kontrolü: Bakım sonrası hücreler kapatılmadan önce alet ve malzeme sayımı yapılmalıdır. Kablo girişleri ve havalandırma açıkları, küçük hayvanların girişine karşı kapatılmalıdır.

Mevcut Tesislerde İyileştirme Seçenekleri

IAC sınıfı olmayan eski hücrelerin bulunduğu tesislerde de risk azaltılabilir. Ark algılama rölelerinin mevcut hücrelere sonradan eklenmesi, koruma ayarlarının gözden geçirilerek arıza temizleme süresinin kısaltılması ve bakım sırasında geçici olarak daha hassas koruma ayarlarına geçilmesini sağlayan bakım modu uygulamaları, yaygın iyileştirme yöntemleri arasındadır. Ancak bu çözümler, hücrenin kendisini IAC sınıflı hâle getirmez. Uzun vadede, yaşlanmış ve test belgesi olmayan hücrelerin IAC sınıflı modern hücrelerle değiştirilmesi en güvenli yoldur.

İç Ark ve Alçak Gerilim Panoları

İç ark yalnızca orta gerilimde değil, yüksek kısa devre akımlarına sahip alçak gerilim panolarında da önemli bir risktir. Alçak gerilim panoları için iç ark testi IEC TR 61641 teknik raporunda tanımlanır. Büyük trafoların çıkışındaki ana dağıtım panolarında bu konunun da proje aşamasında değerlendirilmesi önerilir.

Sıkça Sorulan Sorular

IAC AFL ile IAC AFLR arasındaki fark nedir?

AFL sınıfında yalnızca ön ve yan yüzler test edilmiştir. AFLR’de arka yüz de test edildiği için hücrenin arkasında personel geçişine izin verilen montajlarda AFLR sınıfı tercih edilmelidir.

İç ark dayanımı zorunlu mu?

IEC 62271-200’de iç ark testi isteğe bağlı bir tip testidir. Ancak pek çok dağıtım şirketi, kamu kurumu ve endüstriyel işletme şartnamelerinde belirli bir IAC sınıfını zorunlu tutar. Personel güvenliği açısından yeni projelerde IAC sınıflı hücre kullanılması güçlü biçimde önerilir.

IAC test süresi neden önemlidir?

Etiketteki süre, hücrenin iç arka ne kadar süre dayanabildiğini gösterir. Sahadaki koruma rölesi ve kesicinin arızayı temizleme süresi bu değerden uzunsa, gerçek bir arızada hücre test koşullarının dışında zorlanır. Bu nedenle koruma ayarları yapılırken toplam açma süresinin IAC test süresinin altında kaldığı mutlaka kontrol edilmelidir.

RMU hücrelerde de iç ark sınıfı var mı?

Evet. Gaz izoleli ring main unit (RMU) hücreleri de IEC 62271-200 kapsamında iç ark testine tabi tutulabilir. Gaz izoleli yapı, iç ark olasılığını azaltsa da sınıflandırma ve gaz tahliye düzeni yine dikkatle kontrol edilmelidir.

IAC sınıflı bir hücre ark sonrası kullanılabilir mi?

IAC sınıfı, iç ark sırasında personelin korunduğunu belgeler; hücrenin ark sonrası çalışmaya devam edeceğini garanti etmez. Bir iç ark olayından sonra hücre mutlaka uzman ekip tarafından incelenmeli ve gerekli onarım yapılmadan enerjilenmemelidir.

Güvenli Hücre, Güvende Personel

İç ark dayanımı, orta gerilim hücrelerinde personel güvenliğinin en somut göstergesidir. IAC sınıfını doğru okumak, tesis koşullarına uygun hücreyi seçmek, gaz tahliye ve oda koşullarını üreticinin test düzenine göre kurmak ve ark süresini aktif koruma sistemleriyle kısaltmak, olası bir iç arkın sonuçlarını büyük ölçüde sınırlar.

Vekmar olarak Schneider Electric ve Astor’un IAC sınıflı hava yalıtımlı, gaz izoleli (RMU) ve metal clad hücrelerini içeren orta gerilim ürünleri ile projelerinize güvenli çözümler sunuyoruz. Güncel fiyatlar için OG fiyat listemizi inceleyebilir, hücre seçimi ve iç ark güvenliği konusunda ekibimizden destek alabilirsiniz.