Kontaktör–Sigorta Kombinasyonlu OG DOL Motor Uygulamalarında
HRC  Sigorta Seçimi ve Koruma Koordinasyonu
Bölüm-1

Orhan Zengin

 

[Yayım Tarihi: 24 Ekim 2025] 
 

1    Özet

Bu yazıda endüstriyel tesislerde sıkça kullanılan kontaktör-sigorta kombinasyonlu OG motor uygulamalarında doğru HRC (High Rupturing/Breaking Capacity/Yüksek Kesme Kapasiteli) sigorta seçimi, sigorta I-t koordinasyonu ve röle parametreleri ile ilgili prensipler, bir çerçeveye oturtularak sunulmaktadır.

2    Giriş

Kontaktör – sigorta kombinasyonlu orta gerilim motor uygulamalarının güvenilir, selektif ve sürdürülebilir işletimi; yüksek yol alma akımları, yüksek kısa devre enerjisi, ekipman dayanımları, sistem dizaynı ve koordinasyon gereksinimlerinin göz önünde bulundurulması nedeniyle tek bir koruma elemanına değil, kontaktör-sigorta-röle bileşenlerinin birlikte tasarlanmasına dayanır. 

Kontaktörlerin kısa devre akımını kesme kapasiteleri düşük olduğundan, fiderde yaşanacak olan bir kısa devre arızasında HRC backup sigortalar ile koruma sağlanarak arızalı kısım sistemin geri kalanından izole edilmelidir. Bu kapsamda kontaktör ile beslenen motor fiderlerinde kullanılacak olan koruma röleleri ile sadece aşırı yük ve termal korumalar ile birlikte sistem dizaynına göre toprak korumaları yapılmalıdır. Bununla birlikte kullanılan sigortaların görevi her ne kadar ekipmanı korumak olsa da aynı zamanda, motorların doğası gereği yüksek ve tekrarlı yol alma akımları, sigortanın erime (pre-arcing) davranışını kritik hale getirmektedir.

Şekil 1 Kontaktör-Sigorta kombinasyonu
 

Diğer yandan sigorta tipine paralel olarak, OG hücredeki koruma rölesi (50/51, 49, 46, 50N/51N vb.) doğru yapılandırılmalı ve selektivite tutarlı bir koruma felsefesiyle doğrulanmalıdır. Böylece kontaktör yalnızca manevra için kullanılır, kısa devre koşullarında kesme görevi sigortada kalır.

Yukarıdaki veriler ışığında bir orta gerilim motor fideri için kontaktör, sigorta ve koruma fonksiyonları belirlenirken aşağıdaki prensiplerin göz önünde bulundurulması güvenilir bir işletme bütünlüğü sunacaktır.

3    Ekipman Seçimi ve Koruma Dizaynı

Bu kısımda kontaktör ve sigorta seçimleri ile koruma dizaynının belirlenmesine ilişkin prensipler sunulmuştur.

3.1    Kontaktör seçimi

Kontaktör seçiminde mekanik ve elektriksel olarak göz önünde bulundurulması gereken birçok etken mevcuttur ancak koruma sistemleri çerçevesinden bakıldığında aşağıdaki kriterler güç sistemlerinde önem kazanmaktadır ;

Referans standart
IEC, EN IEC 62271-106 standardı referans alınır.

Anma gerilimi (Ur)

Sistem toprak yapısına göre ( etkin topraklı veya izole sistem) izolasyon seviyesi belirlenir. İzole sistemlerde faz-toprak hatasında geçici toparlanma gerilimi (TRV – Transient Recovery Voltage) faz-faz gerilimine yaklaşacağından, kullanılan kontaktörün izolasyon seviyesinin buna uygun olarak seçilmesi gerekir. Örneğin, 6 kV işletme gerilimine sahip bir tesiste, etkin topraklı sistem için 3/7,2 kV gerilim seviyesi tercih edilebilirken, izole sistemlerde aynı ekipman için 6/12 kV nominal gerilim seviyesi seçilir.

Nominal akım (In)

Kontaktör anma akımı, üreticinin ortam sıcaklığı mahfaza için verdiği indirgeme (derating) katsayıları uygulanmış sürekli akım (In≈Ith) değeri esas alınarak seçilmeli, yaygın uygulamalar ve tecrübeler ışığında bu Inderated değeri motor tam yük akımının %25 üzeri olmalı (Inderated ≥ 1,25×IFLA), sağlanmıyorsa bir üst akım sınıfı tercih edilmelidir.

Beyan Kısa Devre Akımı (Muhtemel)/Rated short-circuit breaking current ISC (prospective), 
Maksimum “let-through/Cut-off ”  akım/ Max. let-through/cut-off current ID

Kontaktör  Isc beyan kısa devre kesme akımı (kısa devre dayanımı akımı, sistemde oluşacak olan maksimum kısa devre akımının üzerinde seçilmelidir. Aynı zamanda sınırlanmış tepe akımı (let-through/Cut-off Ipk current) dayanımı, sigorta tarafından geçirilen maksimum sınırlandırılmış (Cut-off current peak) kısa devre akımının üzerinde seçilmelidir.

3.2    Sigorta seçimi

Kontaktör-sigorta kombinasyonlu motor uygulamalarında sistem güvenilirliğini sağlamak için seçilecek olan HRC sigortalarda aşağıdaki kriterlerin değerlendirmeye alınması gerekir.

Referans standartlar

OG sigorta seçiminde referans alınması gereken standartlar ve uygulama alanları aşağıda verilmiştir.

•    IEC, EN IEC 60282-1: OG akım sınırlayıcı sigortalar için genel çerçeve ( tüm uygulamalar)
•    IEC, EN  60644 : Motor devrelerine özel OG sigortaların teknik şartnamesi
•    IEC 62271-105, Yüksek gerilim şalt ve kontrol cihazları – Bölüm 105: 1 kV'dan 52 kV'a kadar nominal gerilimler için alternatif akım anahtar-sigorta kombinasyonları
•    IEC/TR 62655:2013 Yüksek gerilim sigortaları için eğitim ve uygulama kılavuzu
•  IEEE C37.48-2020 : IEEE Yüksek Gerilim (> 1000 V) Sigortaları ve Aksesuarlarının Uygulanmasına İlişkin Kılavuz ve Eğitim

Sigorta tipi

Sigorta seçiminde en kritik adım, korunan devrenin görevi ve işletme koşullarına uygun sigorta tipinin/karakteristiğinin (örn. motor için HRC aM/back-up – IEC, EN 60644, trafo/kapasitör için ilgili tip; back-up vs. full-range) doğru belirlenmesidir. 

Kullanım amaçlarına göre, IEC,EN, EN IEC  ve ANSI/IEEE standartlarında belirtilen OG sigorta sınıflandırmaları aşağıda verilmiştir. 

•    IEC’ye göre: Akım Sınırlayıcı Bazı Sigorta Tipleri

♦ Full-range Sigortalar: Sigortanın erimesine neden olan tüm akımları, sigortanın nominal maksimum kesme akımına kadar kesmek için tasarlanmıştır.

♦ Genel Amaçlı Sigortalar: Sigortayı bir saat içinde eritmeye neden olan akıma eşit düşük bir değerden, sigortanın nominal maksimum kesme akımına kadar tüm akımları kesmek için tasarlanmıştır.

♦ Back-up (partial-range) Sigortalar:  Nominal minimum kesme akımından nominal maksimum kesme akımına kadar akımları kesmek için tasarlanmıştır. Asgari bir akımın (I3) üstündeki arızaları keser (aşırı yük koruma yapmaz).

♦ Gösterge veya vurucu kullanan 1 – 3 tipleri: Göstergeler sigortanın çalışmasını gösterir; vurucular sigorta elemanının erimesi (veya yüksek sıcaklıkta) durumunda çalışır ve genellikle sigortadan bir pim çıkmasına ve ilgili anahtarlama ekipmanının devreye girmesine neden olur.

♦ Motor devresi uygulamaları (“motor starter sigortaları”):Motorlara güç sağlayan devrelerde kullanılan ve nominal akımlarından daha yüksek tekrarlanan başlangıç dalgalanmalarına maruz kalan sigortalar

♦ Gerilim transformatörü sigortası: Gerilim transformatörlerinin YG  devrelerinde kullanılan (ve genellikle çok düşük akım değerlerine sahip) sigortalar.

♦ Kondansatör sigortası:  Kondansatörleri korumak için kullanılan ve kapasitif akımları kesmek için gerekli olan sigortalar.

♦ Tip 1 – 7 :  iç mekan, dış mekan veya yalıtım sıvısına daldırılmış kullanım içinDış mekan sigortaları: İç mekan sigortalarına kıyasla özel dielektrik gereksinimlerine ve ayrıca UV koruması ve/veya nem girişi gereksinimlerine sahip olabilir.

♦ Sıvıya daldırılmış sigortalar: sıvı girişini önlemek için özel sızdırmazlık gereksinimlerine sahiptir.

♦ Ekzotermik destekli tetiklemeli sigorta (eski): Düşük akımlarda çoklu eleman kesintisi sağlamak için ekzotermik malzeme kullanan tam aralıklı tip bir sigorta.

Kaynak: IEC TR 62655:2013 Tablo-1

•    ANSI/IEEE’ye göre:

♦ E-rated: Motor, trafo, dağıtım için OG sigorta, akım sınırlayıcıdır.

♦ R-rated: Redüktörlü (motor uygulamalarında kullanılan back-up tip).

♦ Back-up (partial-range): Yalnızca kısa devre bölgesinde çalışır, aşırı yükte açmaz.

♦Full-range: Hem aşırı yük hem kısa devreyi kapsar.



Konstrüksiyon uygulamalarına göre sigorta tipleri ise:

•    Akım sınırlayıcı (current limiting): Ark tüpü, kum dolgu ve eriyen eleman ile kısa devreyi milisaniyede sınırlar. Kontaktörle koordinasyonda en çok kullanılan tiptir.

•    Drop-out (cut-out): Hattın açık hava direklerinde kullanılan, sigorta attığında kartuşu aşağıya düşen tip.

•    Kapsül (cartridge / DIN / BS type): Panoya monte edilen, değiştirilebilir kartuş sigorta.

Endüstriyel uygulamada, yukarıdaki sınıflandırmalar ışığında uygun sigorta tipi/karakteristiği (ör. MV motor starter için akım sınırlayıcı back-up; IEC, EN 60644 uyumlu) belirlendikten sonra, uygulanacak koruma felsefesine uygun elektriksel değerler (anma gerilimi/Um-Ur ve TRV, I₃/I₁, pre-arcing I²t, let-through Ipk, anma akımı/RC) üretici eğrileri üzerinden doğrulanmalı ve röle–kontaktör koordinasyonu ile birlikte netleştirilmelidir. 

Beyan gerilimi(Ur)  

Sigortanın beyan gerilimi Ur, nominal maksimum gerilimi, yani uygulanması amaçlanan maksimum güç frekansı r.m.s. gerilimi (sistem aşırı gerilimi veya dengesizliği dahil)dir.

Sigorta gerilim değerinin seçimi, maksimum sürekli sistem çalışma geriliminde uygun sigorta çalışmasının sağlanmasına dayanır. Gerilim değeri seçiminin bu temeli, devre kesicilerin yeniden çalışması, sistem arızaları vb. ile ilişkili geçici veya kısa süreli aşırı gerilim durumlarında çalışmayı kapsamaz.

Kontaktör seçimindeki kriterler sigorta için de geçerlidir.

Yaltım Seviyesi 

Buradaki kriter, sigorta çalışması sırasında anahtarlama gerilimindeki  ani artışın sistemin yalıtım seviyesini aşmamasıdır.
Genel bir kural olarak, sigortaların gerilim  değerlerinin yaklaşık yarısına kadar kullanılması genellikle kabul edilebilir.

Sigortaların yalıtım özellikleri, sigorta tabanının (sigorta montajı veya sigorta desteği) yalıtım özelliklerine dayanır. Bir sigorta tabanının nominal yalıtım seviyesi, dielektrik gerilimlere dayanma kabiliyeti açısından sigorta tabanının yalıtımını karakterize eden gerilim değerleridir (hem güç frekansı  hem de darbe).
IEC 60282-1 ve IEC 60282-2, tercih edilen voltaj gruplarını, ortak Avrupa voltajlarına dayanan seri I ve ortak Kuzey Amerika voltajlarına dayanan seri II olarak tanımlar. IEC 60282-1 ve IEC 60282-2, tercih edilen voltaj gruplarını, ortak Avrupa voltajlarına dayanan seri I ve ortak Kuzey Amerika voltajlarına dayanan seri II olarak tanımlar.

Avrupa uygulamasına göre bir sigorta tabanı için iki düzeyde dielektrik dayanıklılık tanınmaktadır (bkz. IEC 60282-1 ve IEC 60282-2'nin Tablo 4'ü). Bunlar voltaj serisi I içindir ve “Liste 1” (daha düşük değerler) ve “Liste 2” (daha yüksek değerler) olarak adlandırılır. Bunlar, farklı uygulama şiddetleri ve dielektrik testleri için karşılık gelen farklı test voltajı değerleri ile ilgilidir. Liste 1 (daha düşük değerler) ve Liste 2 (daha yüksek değerler) arasında seçim, yıldırım ve anahtarlama aşırı gerilimine maruz kalma derecesi, sistem nötr topraklama türü ve aşırı gerilim sınırlama cihazı türü dikkate alınarak yapılmalıdır (bkz. IEC 60071-1).

Sigorta anma akımı (In)

Sigorta akımı seçimi için öncelikli koşul kullanılacak olan sigorta tipinin doğru olarak belirlenmesidir. Sigorta tipinin seçimi korumanın sadece kısa devreyi veya aşırı yük korumayı içerip içermediğini de belirleyecektir. Endüstriyel tesislerde yaygın uygulamalarda, sigorta tipi HRC back-up/R-Rated olarak sadece kısa devre koruması yapacak şekilde tercih edilmektedir, aşırı yük ve termal korumalar ise röle tarafından yapılmaktadır.

Sigortanın back-up/R-Rated olarak seçildiği varsayımı ile nominal akım belirlenirken aşağıdaki adımlar takip edilir.

• Sigortanın indirgeme/azaltma (derating) uygulanmış sürekli akımı, beslenecek olan motorun tam yük akımını emniyet payıyla aşmalıdır. Emniyet payı olarak 1,15-1,25 katsayıları güvenli aralık sağlayacaktır.

• Seçilecek olan sigorta için üretici kataloğunda azaltılmış soğutma (RC : Reduced Cooling) akımı belirtilmişse sürekli akım olarak bu değer baz alınmalıdır. Örneğin  250RC225 olarak belirtilen bir sigortanın sürekli akımı RC faktörü ile birlikte 225 A olacaktır. Bu değerin emniyet payı ile birlikte tam yük akımından yüksek olması beklenir.
 
• Sigorta sürekli akımı seçimindeki en önemli husus IEC, EN 60644 standardında belirtilen aşağıdaki kritelerin sağlanmasıdır:

        º Motorun kalkış akımına karşı maksimum dayanımı sağlamak için pre-arcing akım-zaman eğrisinin 10 saniyelik bölgesinde nispeten yüksek erime akımı, yani yavaş çalışma şartının sağlanması;
    
        º Anahtarlama elemanı olan kontaktöre, kabloya, motora ve terminal noktalarına maksimum kısa devre koruması sağlamak için 0,1 saniyenin altındaki bölgede nispeten düşük erime akım yani hızlı çalışma şartının s ağlanması ;

Bu koşulların sağlanması adına erime eğrisi karakteristiklerinin IEC 60644 standartına göre aşağıdaki limitler içinde olması gerekmektedir ;


   tüm anma akımları için

Yukarıdaki eşitliklerde Ir motor nominal akımını, If10 ve If0,1 sigorta erime eğrisinde 10 s ve 0,1 s sürelerine karşılık gelen akımları belirtmektedir. 

Şekil-2’de örnek bir HRC back-up sigortaya ait erime eğrisi verilmiştir.
 

Şekil 2 HRC back-up sigorta erime akım-zaman karakteristiği

 • Sigorta anma değerini seçerken kontrol edilecek bir diğer husus motor kalkış süresi boyuca çekilen yol alma akımının sigorta erime bölgesi altında kalması gerekliliğidir. Bu kapsamda motorun peşi sıra kalkış yapabileceği ve sigortanıın kalkış akımından kaynaklı ısınabileceği göz önünde bulundurulduğunda IEC 60644 standartında belirtilen k faktör uygulaması tekrarlı yol alma durumları için güvenli bölge oluşturacaktır. Endüstrideki yaygın motor uygulamarında erime eğrisine 0,65 - 0,75 aralığında k faktörü uygulanabilmektedir. Bu işlemden sonra motor kalkış süresi boyunca çekilen yol alma akımı erime eğrisinin altında kalmalıdır.

Sigorta kısa devre kesme akımları (I₁,I₃,I_pk)

Koruma sistemleri ve işletme güvenilirliği açısından sigorta seçiminde ksıa devre akımları bakımından aşağıdaki kriterler sağlanmalıdır:
    
• Sigorta nominal kesme akımı I₁ ( rated breaking current), sistemde oluşacak olan maksimum prospektif kısa devre akımının üzerinde olmalıdır. 


• Koruma koordinasyonunda akım seçiciliğini sağlamak adına minimum kesme akımı I3 (minimum breaking current), motor kablosunda veya terminmallerinde oluşacak olan minimum faz kısa devre akımının altında olmalıdır. 

•Seçilen sigortanın maksimum kısa devre RMS akımına karşılık gelen sınırlanmış tepe akımı (cut-off peak), kontaktörün geçirebileceği maksimum (let-through current) akım değerine yakın veya altında olması gerekir. Aşağıda örnek olarak bir HRC back-up OG sigortaya ait sınırlandırılmış (cut-off) akım grafiği verilmiştir.
 

Şekil 3 HRC back-up sigorta cut-off akım grafiği

Bundan sonraki bölümde " Koruma rölesi seçimi ve koordinasyon kriterleri, Örnek koruma koordinasyon uygulaması ve sonuç " anlatılacaktır. 


  Referanslar

•    IEC 60282-1 - Standard for High-voltage fuses - Part 1: Current-limiting fuses
•    IEC 60644 - Specification for high-voltage fuse-links for motor circuit applications
•    IEC/TR 62655:2013
•  IEEE C37.48-2020 - IEEE Guide and Tutorial for the Application of High-Voltage (> 1000 V) Fuses and Accessories
•    Siemens Contactor-Fuse Combination, Equipment Selection and Ordering Guide – HG 11.22-2010
•    Siemens 7SK85 Relay Manual
•    SIBA High Voltage Fuse-Links Catalog