TOPRAKLAMA

Topraklama Elektrik tesislerinde aktif olmayan bölümler ile sıfır iletkenleri ve bunlara bağlı bölümlerin, bir elektrot yardımı ile toprakla iletken bir şekilde birleştirilmesine TOPRAKLAMA denilmektedir.

Elektrik sistemlerinin devamlılığı ve insan hayatını güvenceye almak için elektrik sistemlerinde, gerilim altındaki kısımlar yalıtılırlar. Toprağa karşı yalıtımda, çeşitli sebeplerle, her zaman bozulma ve delinme şeklinde hata meydana gelmesi kaçınılmazdır. Topraklama, meydana gelebilecek bu çeşit bir hata durumunda, insan hayatını güvenceye almak maksadıyla uygulanacak işlemlerden biridir.

Diğer taraftan şebekelerin düzgün çalışmasını sağlamak maksadı ile topraklama işlemine gerek duyulur.

Topraklamada başlıca iki gaye güdülür.

A- Topraklanacak cihaz veya bölüm ile referans toprak (topraklanan nesnenin elektrodundan oldukça uzak, en az 20 m. bir toprak yüzeyi) arasındaki direncin (toprak elektrodu geçiş direnci, yayılma direnci) olabildiğince küçük olmasını sağlamak. Bu suretle doğacak hata akımlarını olabildiğince büyültmek.

B- Cihazların, bina aksamının ve benzeri elemanların aralarında, işletme esnasında potansiyel farkı meydan gelmemesini temin etmek.

Elektrik çarpması olayı

Canlılar üzerinden elektrik akımı geçmesi sonucu bunlar üzerinde meydana gelecek etkiler akım büyüklüğüne ve etki süresine göre aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

İnsan bedeninden geçecek akımın büyüklüğü, kişinin vücut direncine, temas noktalarının özelliklerine ve alternatif akımda frekansa bağlıdır.

İnsan vücut direnci, vücut iç direnci, temas noktalarındaki geçiş dirençleri ve genel olarak akım yolu üzerindeki diğer dirençlerden oluşur. Bu değerler kişilere göre çok farklı değerler alabilirler.

İnsan vücudu toplam direnci 2500 ohm alınıp, insan için tehlikesiz akım 20 mA alınırsa 50 volt’luk bir temas gerilimi sınır değer olarak kabul edilebilir.

Yüksek frekanslı akımlarda vücut direncinin artması sebebi ile tehlikenin azaldığı söylenebilir.

Alternatif akım etkilerinin akım/zaman bölgeleri
  • AC-1: Genellikle tepki yoktur.
  • AC-2: Zararlı bir fizyolojik etki yoktur.
  • AC-3: Kalp atışlarında aksaklıklar görülür.
  • AC-4: Tehlikeli fizyolojik etkiler, ağır yanıklar.
Topraklamanın amaca göre sınıflandırılması

Topraklama başlıca üç maksatla yapılmaktadır.

  • Koruma topraklaması

İnsanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için işletme araçlarının aktif olmayan kısımlarının topraklanması.

  • İşletme topraklaması

İşletme akım devresinin, tesisin normal işletilmesi için topraklanması

  • Fonksiyon topraklaması

Bir iletişim tessinin veya bir işletme elemanının istenen fonksiyonu yerine getirmesi için yapılan topraklama. Yıldırım etkilerine karşı koruma, raylı sistem topraklaması, zayıf akım cihazlarının topraklanması.

TOPRAKLAMALAR

Koruma topraklaması, alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı koruma yöntemlerinden biridir.

Yüksek gerilim tesislerinde ise temas gerilimine karşı korumada kullanılacak tek yöntemdir.

Baş tada belirtildiği gibi işletme araçlarının aktif olmayan bölümleri, uygun şekilde toprak içine tesis edilmiş olan bir topraklama düzenine iletken bir şekilde bağlanarak koruma topraklaması elde edilir.

Burada uygulanan yöntem ile hata halinde, insan vücudu üzerinden geçecek akımı olduğunca az tutmak ve bu arada devredeki koruma cihazlarının çalışmasını sağlayarak arızalı kısmın, hızla devre dışı olmasını sağlamaktır.

İşletme topraklaması, alçak gerilim şebekelerinde, transformatörlerin sıfır noktalarının, doğru akım tesislerinde bir kutbun veya orta iletkenin topraklanması ile yapılır. Böylece sistemde, toprağa karşı oluşacak gerilimin belirli değerleri aşmamasına çalışılır.

Orta ve yüksek gerilim şebekelerinde işletme topraklaması ülkelerin yönetmeliklerine göre değişmektedir. Ülkemizde Orta gerilim şebekeleri direnç üzerinden topraklanmaktadır. Yüksek gerilim şebekelerinin ise direkt olarak topraklanması yoluna gidilmektedir.

TANIMLAR

Koruma iletkeni (PE) : İşletme elemanlarının aktif olamayan bölümlerini:

  • Potansiyel dengeleme bara sına,
  • Topraklayıcılara
  • Elektrik enerji kaynağının topraklanmış noktasına, bağlayan iletkendir.

Koruma iletkeni + nötr iletkeni (PEN) : Koruma iletkeni ve nötr iletkeni fonksiyonlarını bir iletkende birleştiren topraklanmış iletken.

Temel topraklayıcı: Beton içine gömülü, toprakla beton vasıtası ile geniş yüzeyli olarak temasta bulunan iletken.

Topraklayıcının yayılma direnci: Bir topraklama tesisi ile referans toprak arasındaki direnç.

Topraklama gerilimi: Topraklama tesisi ile referans toprak arasında oluşan gerilim.

Dokunma gerilim: Topraklama geriliminin insan tarafından köprülenen bölümü

Potansiyel sürüklenmesi: Bir topraklama tesisinin yükselen potansiyelinin, bu tesise bağlı bir iletken yolu ile uzak bir bölgeye taşınmasıdır.

Potansiyel düzenlenmesi: Bir topraklama tesisinin potansiyel dağılımını adım ve dokunma gerilimlerini küçültmek için, düzenleyici elektrotlar yerleştirilmesi

Potansiyel dengelenmesi: İletken kısımlar arasında potansiyel farklarının ortadan kaldırılması.

Koruma iletkenleri ile iletken yapı kısımları arasında ya da yapı bölümleri arasında potansiyel farklılıklarının giderilmesi amacı ile yapılan düzenlemeler.

Potansiyel dengeleme hattı (Eşpotansiyel kuşaklama): Potansiyel dengelemesini sağlamak amacı ile kullanılan bağlantı iletkenleri.

Global topraklama sistemi: Yerel topraklama tesislerinin birbirlerine bağlanması ile elde edilen topraklama sistemi.

Böyle sistemler toprak arıza akımının bölünmesine yol açarak, topraklama sisteminde topraklama geriliminin küçültülmesini sağlar.

Topraklamada kullanılan önemli tanımlar
POTANSİYEL DAĞILIMI
ÇUBUK TOPRAKLAYICI ÇEVRESİNDE POTANSİYEL DAĞILIMI
POTANSİYEL SÜRÜKLENMESİ
POTANSİYEL DÜZENLEME
Şebekelerde topraklama şekilleri

Y.Gerilim şebekelerinin nötr noktasının topraklama durumu üç şekilde olabilir. Nötrü

1. Yalıtılmış

2. Empedans üzerinden topraklanmış

3. Direkt topraklanmış

Nötr noktasının topraklanma durumu, Faz-Toprak kısa devrelerinde geçecek akıma etki ettiğinden, kısa devre akımının küçültülmesi için, nötr noktasının empedans üzerinden topraklanması tercih edilmektedir.

Diğer taraftan bazı ülkelerde, hata akımının röleler tarafından doğru bir şekilde değerlendirilebilmesi ve toprak kısa devresi halinde sağlam fazlarda ortaya çıkan aşırı gerilimleri sınırlayabilmek için hata akımının, büyük ölçüde sınırlandırılmaması yoluna gidilmektedir.

YILDIZ NOKTASI YALITILMIŞ ŞEBEKE
YILDIZ NOKTASI BOBİN ÜZERİNDEN TOPRAKLANMIŞ ŞEBEKE

Tesisat yönetmelikleri, alçak gerilim şebekelerinde kullanılmak üzere, temel olarak üç çeşit topraklama bağlantısı bildirmektedir. Bağlantı şekillerini belirleyen isimlerde ilk harf trafonun sıfır noktasının toprakla bağlantı durumuna işaret etmektedir.

T Toprağa bağlı,

I Topraktan yalıtılmış.

İkinci harf ise cihazların toprağa bağlantı durumunu göstermektedir.

T Toprağa bağlı

N sıfır hattına bağlı

Bu duruma göre üç ana sistem TT, TN, IT şeklinde oluşmakta TN sistemin ise yine üç adet alt grubu meydana gelmektedir.

TN-C, TN-S, TN-C-S

Aşağıda topraklama sistemleri sıra ile verilmiştir.

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ

TN-C Sistemi

Koruma ve nötr fonksiyonları birleştirilmiş

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ

TN-S Sistemi

Koruma ve nötr fonksiyonları ayrı iletkenlerle

Yalıtılmış nötr hattı

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ

TT Sistemi

Sistem nötrü ve cihazlar ayrı ayrı topraklanmış

Yalıtılmış nötr hattı

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ

IT Sistemi

Sistem nötrü yalıtılmış ve cihazlar topraklanmış

SİSTEMLERİN KARIŞIK KULLANILMASINA ÖRNEK

Sigorta ani kesme akımının hata akımından büyük olduğu görülür.

Sonuç olarak sigortanın kısa sürede devreyi kesmeyeceği, trafo topraklaması üzerinde oluşan 176,4 V.’lük gerilimin, sıfır hattı yolu ile arızasız cihaz üzerine geleceği ortaya çıkar.

Faz – nötr gerilimi 230 V. olan bir şebekede, 5 s kesme akımı 173 A. olan bir sigortanın hata halinde çalışabilmesi için, kısa devre yolundaki toplam direncin (çevrim direnci) 1.33 ohm olması gerekir.

Örneğimizde geçebilecek en büyük kısa devre akımı RA = 0 ohm için 112,7

A. dır dır. Bu durumda, kısa devreye sigorta, oldukça geç cevap verecektir.

En büyük sigortası In= 35 A. olan bir tesis için güvenli bir toprak geçiş direnci 50 /173 = 0.289 ohm olmaktadır. Ancak bu direnç değerinin her iklim koşulunda sağlanması şarttır. Böyle bir geçiş direnci değerini elde etmek için yapılacak yatırımı göze almak gerekir. Bu arada belirtelimli şebeke sıfır hattının toprağa nazaran geçiş direnci küçüldükçe, sıfırlama yapılan tesislerin güvenliği artacaktır.

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİ DİREK TOPAKLAMALARI

Direk ve tüketici için koruma sağlanamamaktadır.

TT ve TN sistemleri bir arada kullanılamaz.

TN sistemde direkler NÖTR hattına bağlanmalı ayrıca topraklanmalıdır.

TT sistem uygulanması durumunda:

Hat başı sigortası In = 100 A. ise, korumanın sağlanması, toplam çevrim empedansının = (trafo+hat+direk topraklama geçiş direnci+nötr / toprak geçiş eşdeğer direnci) 230 / 580 =0,396 ohm olması ile mümkündür.

Yukarıdaki örneği göz önüne alırsak, direğin elektrot olarak 2 m boyunda NPL 65-65-7 çubuk ile topraklanması halinde, toprak geçiş direnci E =50 ohm. M için 20 ohm dur. 0,396 Ohm’luk toplam direncin elde edilmesi ancak global topraklama sistemleri için geçerlidir. Yurdumuzda alçak gerilim dağıtım şebekelerinin TT sistem olarak inşa edilmekte olduğu anlaşılmaktadır. Tüketici kesimde ise uygulama çeşitlilikleri vardır.

TT sistem uygulanacak ise:

1- Tüketicilerde koruma hatları nötr ile bağlanmamalı ve kesin olarak FARK AKIM

ANAHTARI tesis edilmelidir.

2- Alçak gerilim şebekesi hava hattı direklerinde meydana gelebilecek toprak hatalarında; temas gerilimi, direk gövdesinde 50 V.’u aşmayacak şekilde önlem alınmalıdır.

Elektrik İç Tesisleri Yönetmeliği Madde 35 b2’de -anlatıma göre TT sistemde- Nötr hattının ev bağlantılarında su borusu şebekesine bağlanması şartı getirilmektedir.

Burada çelişki ortaya çıkmaktadır.

TN sistem uygulanacak ise:

1- Alçak gerilim şebekesi hava hattı direkleri, nötr hattına bağlanmalıdır.

2- Müşterek direklerde topraklama direnci, Yönetmelik madde 11’ e uygun olmalıdır.

Değişik açma sürelerine göre, Sigortalar, Hat koruma anahtarları ve Kesiciler için en büyük çevrim empedans değerleri Yönetmelik Çizelge-10 ve 11’de verilmiştir.

TESİSATLAR İÇİN AYRI TOPRAKLAMA YAPILMASI HALİ

YÜKSEK GERİLİM TESİSLERİNDE TOPRAKLAMA

TOPRAKLAMA TESİSLERİNİN BOYUTLANDIRILMASI

Topraklama tesislerinin kurulması için temel koşullar:

  1. Mekanik dayanım ve korozyona karşı dayanıklılığın sağlanması,
  2. Isıl bakımdan en yüksek hata akımına (hesap yolu ile bulunan) dayanıklılık,
  3. İşletme araçları ve nesnelerin zarar görmesinin önlenmesi,
  4. En yüksek toprak hata akımı esnasında, topraklama tesislerinde ortaya çıkabilecek gerilimlere karşı insanların güvenliğinin sağlanması.

Bu koşulların sağlanması için

  • Hata akımının değeri,
  • Hatanın süresi,
  • Toprağın özellikleri önemlidir.

Mekanik dayanım bakımından,

Topraklama elektrodu ve potansiyel dengeleme iletkenleri korozyona karşı dayanıklı malzemeden yapılmalıdır.

  • Topraklama elektrodu en küçük boyutları

Topraklamalar Yönetmeliği Ek-A da verilmiştir.

  • Topraklama iletkenleri ve potansiyel dengeleme iletkenleri

En küçük kesitleri Yönetmelik Çizelge-4a da, mekanik olarak korunmuş veya korozyona karşı korunmuş olup, olmamasına bağlı olarak:

Bakır: 25 mm2

Daldırma galvanizli demir: 50 mm2 olarak bildirilmektedir.

Isıl zorlanmalar bakımından,

Şebeke nötr noktasının topraklanma şekline bağlı olarak göz önünde bulundurulması gerekli akımlar Yönetmelikte çizelge-1 de bildirilmiştir.

Topraklama tesislerinde hata akımının kollara ayrıldığı göz önünde bulundurularak, her topraklayıcı için bu kısımdan geçen akım dikkate alınmalıdır.

Son sıcaklıklar Yönetmelik Ek-B de verildiği gibi seçilmelidir.

Dokunma ve adım gerilimine göre boyutlandırma,

Dokunma gerilimi için izin verilen değerler hata süresine bağlı olarak Yönetmelik Şekil-6 da verilmiştir. Dokunma gerilimi koşulları yerine getirildiğinde tehlikeli adım gerilimi oluşmayacağı varsayılır. Şekil-6 da verilen değerlerin yüksek gerilim şebekeleri için geçerli olduğu unutulmamalıdır.

SINIRLI AKIM SÜRELERİ İÇİN İZİN VERİLEN EN YÜKSEK DOKUNMA GERİLİMLERİ

İzin verilen dokunma gerilimi UTP, aşağıdaki hususlardan birinin yerine getirilmesi ile gerçekleşmiş sayılır.

  • Söz konusu tesis global topraklama sisteminin bir parçası ise,
  • Topraklama gerilimi izin verilen UTP geriliminin 2 katını aşmıyor ise,
  • Yönetmelik Ek-D de verilen M önlemleri alınmış ise.

Yukarıdaki koşulların hiçbirisi yerine getirilmezse ölçme yolu ile dokunma geriliminin sağlanıp sağlanmadığı kontrol edilmelidir.

Topraklama sistemi tasarımı ile ilgili akımlar

Yüksek gerilim sistemi yıldız noktasının topraklanma şekline bağlı olarak topraklama elektrodu ve topraklama iletkeni, genellikle bir kutuplu kısa devre veya çift toprak kısa devresi akımına göre boyutlandırılmaktadır.

SİMETRİLİ BİLEŞENLER METODUNDA EMPEDANSLAR
Y.GERİLİM TESİSLERİ İÇİN ÖRNEK 1

3m. X 6 m. boyutunda bina tipi 34,5 / 04 kV’luk bir transformatör postası için Y.Gerilim tarafı toprak kısa devresi akımı 1100 A. Olarak verilmiştir. Elektrot ve topraklama iletkeninin boyutlandırılması istenmektedir. Toprak özgül direnci 100 ohm. M ölçülmüştür.

TOPRAKLAMA ve KORUMA İLETKENLERİNİN BOYUTLANDIRILMASI

Topraklama iletkeni:

Mekanik ve ısıl yönden Yönetmelik Madde 9-e ‘ye göre boyutlandırılacaktır.

Mekanik yönden Çizelge-4a şartları sağlanacak, ısıl yönden S=(I2 t)1/2 / k bağıntısı kullanılacak, ancak Madde 9e.i ‘ye göre Çizelge-8 ‘de verilen değerlerin altında olmayacaktır.

Koruma iletkeni:

Topraklama iletkeni gibi boyutlandırılacaktır.

Y.Gerilim sistemleri topraklama tesislerinde yapılacak ölçmeler

  • Toprak özdirencinin ölçülmesi:

Bu ölçme dört sonda yöntemi ile yapılmalıdır. Wenner Medotu

a > 10 m. e ≤ a / 20 olmak üzere ρE = 2.π.a.R şeklinde bulunur. R (ohm) ölçülen direnç; a ve e (m) cinsindendir. Wenner metodu kullanımı TS.4363 de açıklanmıştır.

  • Toprak yayılma dirençlerinin ölçülmesi:

Topraklama sisteminin büyüklüğüne göre bir yöntem uygulanır.

  • Topraklama geriliminin tespiti:

Yayılma direnci ölçümünde kullanılan yöntemlere göre

UEM= RESx IEM

Topraklama empedansı x topraklama akımı şeklinde hesaplanır.

ALÇAK GERİLİM TESİSLERİNDE TOPRAKLAMA
ALÇAK GERİLİM TESİSLERİNDE DOLAYLI TEMASA KARŞI KORUMA

Alçak gerilim tesislerinde dolaylı temasa karşı koruma yöntemleri:

  • Beslemenin otomatik olarak ayrılması ile koruma,
  • Koruma sınıfı II olan donanım veya eşdeğeri yalıtım ile koruma,
  • İletken olmayan mahallerde koruma,
  • İletken mahallerde koruma,
  • Topraklamasız tamamlayıcı yerel eşpotansiyel kuşaklama ile koruma,
  • Elektriksel ayırma ile koruma, olarak gruplandırılabilir.

1.Beslemenin ayrılması ve topraklama:

Bir devrede veya donanımda, alternatif akım için 50 V.’u ve doğru akım halinde 120 V.’u aşan bir temas gerilimi ortaya çıkması halinde beslemenin otomatik olarak ayrılmasıdır.  0.4 kV’luk şebekelerden beslenen son kullanıcılarda 0,4 s; dağıtım tesislerinde ve alçak gerilim şebeke direklerinde 5 s içinde devre kesilmelidir.

İletken bölümler sistem topraklama şekline bağlı olarak bir koruma iletkenine bağlanırlar.

2.Potansiyel dengeleme:

Her binada

  • Ana koruma iletkeni,
  • -Ana topraklama iletkeni,
  • -Bina içindeki metal borular, Yapıların metal bölümler, merkezi ısıtma ve klima sistemleri, Potansiyel dengeleme hattına bağlanmalıdır. 
ANA POTANSİYEL DENGELEME ŞEMASI
Potansiyel dengeleme için diğer bir örnek
İLETKEN OLMAYAN MAHALLERDE KORUMA
TOPRAKLAMASIZ TAMAMLAYICI YEREL EŞPOTANSİYEL KUŞAKLAMA İLE KORUMA
ELEKTRİKSEL AYIRMA İLE KORUMA (İletken Mahaller)

Leave a Reply