Şalter Nedir? Ne İşe Yarar?

Şalter nedir: Devre kesici olarak da bilinir. En önemli fonksiyonu devreyi açma-kapama işlemleri yapar. Kısa devre ve aşırı yük durumlarında koruma sağlamak amacıyla anahtarlama yapar. Elektrik devresinin aşırı akım, kısa devre yüksek voltaj nedeniyle zarar görmemesi için kullanılır. Kullanıldığı devrenin başına konulur. Devre akımını ani olarak kesen, elle kumandalı veya otomatik olarak da devreyi açar.

Şalterler yapılarına, çalışma ortamlarına, gerilimlerine ve akım büyüklüklerine göre çeşitlilik gösterir. Kompakt şalterler, akım şiddetine dayalı manyetik koruma ve ısıya bağlı olarak termik koruma sağlar. Termik-manyetik devre kesicilerin kullanılmasındaki amaç, termik koruma ile kablonun aşırı akım taşımasını engellemektir. Manyetik koruma ile kısa devrelerden sistemi korumaktır.

Şalter Ne İşe Yarar?

Şalter devrenin sürekliliğini bozan bir arızayı algılar ve hemen elektrik akımını keser. Şalterin elektrik sigortasından farkı, şalter işlem yaptıktan sonra normal çalışma durumuna geçebilir. (manüel yada otomatik olarak)

Şalterler ev aletlerini korumak amacı için kullanılabildiği gibi, yüksek gerilimli şalt sahalarında da kullanılır. Devrede ayar edildikleri akım değerine ulaşınca ani yada gecikmeli olarak sistemi açarlar. Şalterler devreyi manyetik veya termik olarak açabilirler.

Şalter Nasıl Çalışır?

Termik Koruma

ısı artışına karşı devreyi koruma sistemidir. Şalterlerin nominal akımın üzerinde (1.05 In ila 1.3 In) uzun süreli (5-120 dk) çalışmaları istenmez. Bu koruma sisteminde bi-metal, ısıl genleşme katsayıları farklı olan iki metalin preslenerek oluşturulmuş metal çifti kullanılır.

Aşırı akım sonucu ısının artması durumunda bi-metal genleşmeye başlar. Isıl genleşme katsayısı daha büyük olan metal diğerinin üzerine doğru yay gibi bükülerek bir sehim oluşturur. Bu sehimle bi-metal perdeye temas ederek sistemi tetikler. Kontaklar birbirinden ayrılır. Böylece şalter elektriği keserek sistemi korur.

Manyetik Koruma

Kısa devre anında oluşan zararı en aza indirmek için kontakları hızlıca açar. Kontaklar arasında oluşan arkı en kısa sürede kesen koruma sistemidir. Bu nedenle ani açtırma yapabilen elektromanyetik bobin sistemleri kullanılmaktadır.

Manyetik korumanın çalışma prensibi;

Kısa devre durumunda yüksek akım manyetik çekirdek üzerinde indüklenme oluşturur. Bu manyetik kuvvet yay kuvvetini yendiğinde perdeyi hareket ettirir. Böylece şalteri trip konumuna getirir. kontaklar açılarak devreyi keser. Kontaklar açılırken iki iletken uç arasındaki madde iyonize olarak bir yanma oluşturur buna da ark denir. Arkın sıcaklığı 50.000°C gibi çok yüksek değerlere anlık olarak ulaşabilir, bu da şaltere ciddi zararlar verebilmektedir.

Arkın etrafında oluşan manyetik alan nedeniyle ark seperatörlere doğru itilir. Böylece arkın boyu uzayarak incelir ve seperatör plakaları arasında bölünerek kopar. Seperatörlerin yan duvarlarında malzemeler kullanılır. Malzemenin özelliğinden dolayı arkın oluşturduğu yüksek sıcaklık sonucu bir gaz çıkışı olur. Bu gazın, arkın söndürülmesinde önemli bir etkisi vardır.

Elektronik Açtırma Üniteli Devre Kesiciler

Aşırı yük ve kısa devre korumaları elektronik açtırma üniteleriyle gerçekleşir. İçinden bara veya akım taşıyan kablo geçirilmiş bir akım trafosu, elektronik devre kartı ve açtırma bobininden oluşur. Aşırı akım veya kısa devre anında baradan geçen akım, trafo üzerinde sekonder bir akım oluşturur.

Bu sekonder akım elektronik devre kartına iletilir. Devre kartı tarafından uyarılan açtırma bobini perdeyi hareket ettirir. Mekanizmayı tetikler, kontaklar birbirinden ayrılarak devre kesilmiş olur. Elektronik devre kesicilerin kısa devre durumlarında daha hızlı algılar ve reaksiyon gösterirler. Bu nedenle kesme kapasiteleri yüksektir. Anma ve ani açma akımı ayar sahaları termik-manyetik şalterlere göre çok daha geniştir.

Kaçak Akım Korumalı Devre Kesiciler

Toprak kaçak akımlarına karşı yapılan korumada kaçak akım kaçak akım rölesi kullanılır. Rölede bulunan toroidal akım trafosu kombinasyonu ile algılanır. Açtırma bobini ile devre kesiciler kumanda edilir. Sağlanan koruma kaçak akım korumalı devre kesiciler ile kompakt bir çözüm olarak sağlanabilir.

Şalter Parçaları 

Gövde ve Kapak

Malzeme olarak cam elyaflı polyester reçinesi kullanılır. Elektriksel ve mekanik değerlerinin yüksek olmasından dolayı tercih edilir.

Kurma Kolu

Devre Kesicinin konumunu gösteren 3 pozisyon vardır:

ON pozisyonunda iken devre kesicinin kontakları kapalıdır. Devre kesici üzerinden akım geçer.

OFF pozisyonunda iken devre kesicinin kontakları açıktır. Devre kesiciden akım geçmez.

Orta pozisyonda (TRIP) iken devre kesici herhangi bir arızadan dolayı açmıştır. Bu durumda devre kesiciyi yeniden işletmeye almak için önce kurma kolunu OFF pozisyonunda aşağı doğru bastırılır. “Klik” sesi duyulur. Sonra kurma kolunu yukarı ON pozisyonuna doğru hareket ettirerek devre kesici kapatılır.

Kontaklar

Kullanılacak malzeme akımın değerine göre belirlenir. Devre kesicilerde gümüş, grafit, nikel, volfram alaşımlı kontaklar kullanılır. 2 tip kontak yapısı vardır:

Sabit Kontak: Sabit bara üzerinde bulunur. Yüzey formu düz olan sabit kontaklar hareketli kontağa göre daha yumuşak malzemeden imal edilirler. Yumuşaklık gümüş-grafit alaşımları ile sağlanır.

Hareketli Kontak: Hareketli bara üzerinde bulunur. Bombeli ve sabit kontağa göre daha sert yapılıdır. Nedeni ise sabit kontak üzerinde iz yaparak temas yüzeyini artırmaktır. Sertliği gümüş-wolfram alaşımları ile sağlanır.

Perde

Şalter mekanizmaları, Toggle mekanizması tekniği ile çalışır. Perdenin küçük bir kuvvet hareket ile büyük yay kuvvetlerini devreye sokar. Şalterin kontakları açması ile devreyi kesmesi prensibiyle çalışır. Bu nedenle perde şalterin açma yapması için anahtar görevi yapar. Termik, manyetik, düşük gerilim bobini, açtırma bobini gibi. Şalteri açtıran mekanizmalar perdeyi hareket ettirerek açtırmayı tetikler.

Bi-metal

Isı ile uzama katsayıları farklı, plaka halindeki iki metalin birleştirilmesiyle oluşur. Devre kesicinin içinden geçen akım termik barada bi-metali ısıtır. Bu ısının etkisiyle, bi-metaldeki genleşme katsayısı yüksek olan metal, genleşme katsayısı düşük olan kısma doğru eğilir.

Kesici içinden geçen akım arttığında termik bara da oluşan ısı da arttığı için bi-metal daha fazla ısınır ve daha çok eğilir. Sonrasında perdeyi hareket ettirir ve açtırma mekanizmasını tetikleyerek kesicinin açmasını sağlar.

• Termal eleman
• Bimetalik set
• Kılavuz levhası
• İletişim

Limitör

Birbirine paralel ve ters yönde akım taşıyan iki iletken arasında manyetik bir itme kuvveti oluşur. Bu nedenle şalter sabit barası U formunda yapılarak akımın yönü değiştirilir. Sabit bara ile hareketli baranın kısa devre anında birbirini itmesi ve kontakları hızlıca ayırması sağlanır.

Kısa devre sırasında her geçen saniye enerji birikimi artacağından (E=I2.t) şalterdeki tahribat da artacaktır. Bu nedenle kontakların hızlı bir şekilde ayrılması istenir. Kısa devre anında limitör, birbirini tetikleme prensibine göre çalışır.

Bu nedenle ataletsel olarak daha yavaş kalan kurma mekanizmasına göre daha kısa sürede kontakları ayırır. aynı özelliklere sahip limitörlü ve limitörsüz iki şalter kısa devre testi yapıldığında limitörlü daha kısa sürede devreyi kestiği ve tahribatın daha az olduğu görülür.

Seperatör (Ark Söndürme Hücresi)

Enerji altında çalışan şalterin devreyi kesmesi sırasında, hareketli kontak sabit kontaktan ayrılır. Akım kontaklar arasında hava üzerinden akmaya devam eder ve buna ark (elektrik atlaması) denir. Ark söndürme hücreleri de, oluşan bu arkı en kısa sürede parçalara ayırarak devre kesiciye zarar vermesini engeller.

Bara

Bakır, pirinç ve alüminyumdan imal edilen iletken parçalardır. Kesit alanları, akım taşıma kapasitesi ve kullanılan malzemenin özgül iletkenliğine göre hesaplanır. Sabit ve hareketli kontakların montajlandığı parçalara da sabit ve hareketli bara denir.

Termik Bara

Bi-metalin perçinlenerek aşırı akım durumunda ısıtıldığı parçadır. Termik baranın kesit alanı şalter içindeki diğer iletkenlere göre daha azdır. Bunun nedeni kesit alanını azaltarak o bölgede bir direnç noktası oluşturmaktır. Bu oluşan ısı etkisiyle bi-metalin devreye girmesini sağlamaktır.

Terminal

Şalterin faz ve nötr hat giriş-çıkışlarında kablo bağlantısının sağlandığı bölümlerdir.

Test (Trip) Butonu

Açma mekanizmasının çalışmasını kontrol etmek için kapak üzerinde bulunur. Test butonuna basıldığında perde devrilir. Bu da mekanizmayı tetikleyerek devre kesicinin kontaklarının ani olarak açılmasını sağlar.

Açtırma Bobini 

Devre kesiciye açtırma kumandasını verir.

Yardımcı Kontak

Devre kesicinin açık veya kapalı konumuna göre elektriksel sinyalizasyonu beslemek için kullanılır.

Uzatmalı Kurma Kolu 

Döner kol yardımıyla devre kesiciye pano kullanımlarında kapağı açmadan açma – kapama işlemini yaptırmak için kullanılır.

Motor Mekanizması

Kompakt şalterler ile yapılan bağlantı ile uzaktan açma – kapama yapmak için kullanılır.

Düşük Gerilim Bobini

Gerilim düşümü seviyesi %35 ile %70 arasında iken devre kesici perdesini tetikler. Böylece açtırma işlemini gerçekleştirir.

Alarm Kontağı

Devre kesicinin açma – kapama durumunu gösterecek uyarıyı sağlar.

Şalter Özellikleri

Bütün şalterlerin çalışması bakımından ortak özellikleri vardır. Bunların çeşitliliği, anma gerilimleri, anma akımları, şalter türlerine göre değişir. Şalter, bir arızayı algılamalıdır. Alçak gerilim kesicilerinde (otomatik sigortalarda) bunun için, kontaklar açılır ve akım kesilir.

Büyük akımlı veya yüksek gerilimli kesicilerde, bir arıza akımı algılamak ve trip kesme mekanizmasını çalıştırmak için bir röle bulunur. Mandalı (kilidi) serbest bırakan trip bobini genel olarak ayrı bir güç kaynağından (mesela bir aküden) beslenir. Yüksek gerilim kesicilerinde akım transformatörü, koruma röleleri ve iç kontrol güç kaynağı bulunur.

Bir arıza algılandıktan sonra kesici kontakları devre akımını keser. Mekaniksel depolanan enerji (bunun için bazen yay yada sıkıştırılmış hava kullanılır), kontakları birbirinden ayırır. Otomatik sigortalar elle çalıştırılır. Büyük kesicilerde ise düzeneği harekete geçirmek için bobinler ve yayları enerjilendirmek için elektrik motoru bulunur. Akım kesildiği zaman, kıvılcım (ark) oluşur.

Bu kıvılcım, kontrollü bir yöntemle soğutulmalı, söndürülmelidir. Bu durumda kontaklar arasındaki boşluk, devre gerilimine dayanıklı olur. Şalterlerde  kıvılcımı söndürmek için ayrıca vakum, hava, yalıtkan gaz, trafo yağı da kullanılır. Arıza durumu algılandığı zaman, kesilen devrenin gücünü tekrar sağlamak için kontaklar tekrar kapanmalıdır.

Firmalar tarafından çok çeşitli ebatlarda şalter imalatı yapılmaktadır. Şalter fiyatları da boyutları, markası ve özelliklerine göre farklılık göstermektedir.

Şalter Trip Nedir?

Şalterin termik yada manyetik olarak devreyi açma işlemini yapmasına tripleme denir. Bu tripleme süresi koruma cinsine göre değişir. Tripleme koruma röleleri vasıtası ile olur. Örneğin, kısa devre korumaları için sıfır olan tripleme süresi; ters akım, aşırı akım korumaları için 5-20 saniye gecikmeli olabilir.

Şalter triplenerek devreyi açtıktan sonra yeniden kurulması için trip kilit düzeneği de vardır. Trip kilidin vazifesi arıza giderilmeden yeniden şalterin kapatılmaması için kullanılır. Arıza giderildiğinde reset düğmesine basılır. Şalter tekrar kurularak çalışır duruma getirilir.

Enerji nakil hatları gibi elektrik devreleri veya ev tesisatı gibi küçük devrelerde koruma değerleri küçülen şalterler kullanılır. Büyük enerjili devrelerde şalter açıp kapama işlemi hassas bir biçimde yapılır. Şalter kontaklarının açma yada kapama sırasında aşırı elektrik akım atlamasından dolayı erime olabilir. Bunun için elektrik devre yükünün az olması önemlidir. Şalterler kullanıldığı yerlere göre değişir.

En basit şalter manuel (elle) olarak çalışan mekanik bıçaklı şalterdir. Bu şalter devreyi açan bakır lamadan meydana gelir. Bıçaklı şalterlerin devreyi açıp kapatan orijinal şekline paket şalter denir.

Enversöz şalterler elektrik enerjisini seçimli olarak iki ayrı devreyi besleyebilirler. Bunlar mekanik ve otomatik olarak kurulabilir. Şalterler otomatik olarak gruplandırılan güç tevzi tablolarındaki termik manyetik şalterlerdir. (tmş şalter). Kontaktörler röle ile şalter arası devre açıp kapayıcı elektrik aletidir. Şalterlerin yüksek voltaj hatlarında kullanılmalarına disjonktör denir.

 

BENZER KONULAR

Şalter Çeşitleri

Pako Şalter

Duruk Şalter

Termik-Manyetik Şalter

Motor Koruma Şalterleri