TOPRAKLAMA Prof.Dr. Nurettin UMURKAN

Transkript

1 TOPRAKLAMA Prof.Dr. Nurettin UMURKAN 1

2 ELEKTRİK AKIMININ İNSAN VÜCUDU ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ 50 Hz alternatif akımın insan vücudundan geçtiğinde oluşan etkiler. 1 ma Akımın hissedilme sınırı 1-5 ma Elde uyuşma hissi, kol hareketinin zorlaşması 5-15 ma Tutulan cisim bırakılabilir. Kolda kasılma, tansiyon 15-25mA Tutulan cisim bırakılamaz,(e:16, K:10.5) 25-80mA Tansiyon yükselir,kalp düzensiz, teneffüs zor, mA Kalpte fibrilasyon,şuur kaybı, 3-8 A Tansiyon yükselir, kalp durur, akciğerler şişer Kalp durduğu andan itibaren 4 dakika içinde tekrar çalıştırılmaz ise beyin ölümü gerçekleşebilir. 2

3 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. 3

4 Topraklama Çeşitleri 1) Koruma topraklaması 2) İşletme topraklaması 3) Yıldırım topraklaması 4

5 KORUMA TOPRAKLAMASI Elektrik makina, cihaz ve tesislerinde meydana gelen bir izolasyon hatasında, dış metal gövde gerilim altında kalır. Bu durum gerek işletme personeli ve gerekse temas halinde olabilecek kimseler için hayati tehlikeye neden olur. 5

6 Gövde ile toprak arasında potansiyel farkın meydana gelmemesi için, yani gövdenin toprağa karşı geriliminin artmaması için dış metal gövde topraklanır. 6

7 Bu durumda arızalı makinaya temas edebilecek kişiler tehlikeli temas ve adım gerilimlerine karşı korunmuş olur. 7

8 İŞLETME TOPRAKLAMASI Şebeke geriliminin toprağa karşı değerini belirli bir duruma getirmek için işletme araçlarının belirli noktaları topraklanır. Üç fazlı 220/380 V alçak gerilim sisteminde toprağa karşı gerilimin 250 V un üzerine çıkmasına izin verilmez. Bu durum şebekenin yıldız noktasının topraklanması ile mümkündür. 8

9 9

10 Canlılar üzerinden geçen elektrik akımının etkileri akım büyüklüğüne ve etki süresine bağlıdır. İnsan bedeninden geçecek akımın büyüklüğü, kişinin vücut direncine, temas noktalarının özelliklerine ve alternatif akımda frekansa bağlıdır. 10

11 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. 11

12 Ortalama olarak insan vücudu 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. 12

13 Maksimum dokunma gerilimi, U dmax U dmax 165 0, 25 t : Toprağın özdirenci (ohm.m) t: Arıza akımının akma süresi (maksimum röle açma süresi) (s) 13

14 14

15 Topraklamaya İlişkin Tanımlar Toprak: Yeryüzünün madde ve yer olarak ifadesidir. Referans toprağı: Topraklayıcıdan yeterince (~20 m) uzakta bulunan, topraklama tesisinin etki alanı dışında kalan ve potansiyelin sıfıra eşit olduğu kabul edilen yeryüzü bölümüdür. Topraklama iletkeni: Topraklanacak bir işletme aracı veya tesis bölümünü topraklayıcıya bağlayan toprağın dışında, ya da yalıtılmış olarak toprağın içinde çekilmiş bir iletkendir. Topraklama barası: Birden fazla topraklama iletkeninin bağlandığı bir topraklama iletkenidir. 15

16 Topraklama tesisi: Birbirine iletken olarak bağlanan ve sınırlı bir alan içinde bulunan topraklayıcılar ya da aynı görevi yapan metal parçalar ve topraklama iletkenlerinin tümüdür. Topraklamak: Elektriksel bakımdan iletken bir parçayı bir topraklama tesisi üzerinden toprağa bağlamaktır. Topraklama: Topraklamak için kullanılan araç ve düzenlerin tümüdür. Topraklayıcı(topraklama elektrodu): Toprağa gömülü ve onunla iletken bir bağlantısı olan iletken parçalardır. 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 Belirli bir temas geriliminde insan vücudundan akan akım şiddeti, insan vücudunun iç direnci ile, ellerde veya ayaklarda temas noktalarındaki geçiş dirençlerinin toplamına bağlıdır. 22

23 Rk- Koruma topraklaması ; Ri- İnsan vücudunun direnci Rge- Elden geçiş direnci ; Rt- Ayaktan geçiş direnci Utk- Topraklayıcı gerilimi ; Uts- İnsan temasında temas gerilimi Ik- Bir faz toprak kısa devre akımı ; Ii- İnsandan geçen akım It- Toprak akımı ; Toplam yayılma direnci : Rt = Ry 23

24 Rt = R t1 + R t2 Temastan önceki temas gerilimi; U R tk U = te I. R = R = U t1 k t1 t1 R tk R R t t1 İnsan vücudunun temas ettiği yerde hata akımı iki kola ayrılır. İnsan vücudundan geçen akım Ii ise, buna göre direk üzerinden geçen akım; I t = I k I i t 2 24

25 25 Paralel akım kollarındaki akımlar, kolların dirençleri ile ters orantılı olduğundan; 1 2 t ga i i t R R R I I 1 2 t ga i i i k R R R I I I t ga i t k i R R R R I I İnsan vücudundan geçen akım

26 26 İnsan vücudunun temas gerilimi, i i ts R I U t ga i t i k ts R R R R R I U 2 t1 ga i i te ts R R R R U U

27 R i = 0 ise bu durum, direğe dokunan bir insanın iletken bir kıyafet örneğin madeni bir zırh giymesine eşdeğerdir. Bu durumda U ts =0 olur ve bir tehlike söz konusu olmaz. 27

28 R i = ise bu durumda insanın vücut direnci sonsuzdur. Temas gerilimi, U ts = I k. R t1 = U te olur. Fakat bu durumda insan üzerinden akım geçmeyeceği için bir kaza olmaz. 28

29 Rga = 0 ise söz konusu insanın bastığı yer ıslaktır veya ayakkabılarının tabanı madenidir. Ayrıca Ri >> Rt1 olduğundan Ri yanında Rt1 ihmal edilerek temas gerilimi Uts = Ik. Rt1 = Ute değerini alır. Zeminin ıslak olması, temas geriliminin büyük ve tehlikenin daha fazla olmasına yol açar. 29

30 Rga = ise bu durum, insanın ayak bastığı yerin yalıtılmış olmasına karşılık düşer. Buna göre Uts = 0 olur. Ayak basılan yerin uygun bir şekilde yalıtılması ile temas gerilimlerine karşı bir koruma sağlanmış olur. 30

31 R ga = 0 ve R t1 = 0 ise, yani ayak basılan yer iletken olup topraklayıcı ile ve topraklanacak kısımla bağlanmıştır. Bu koşullar altında insan vücudunun direnci kısa devre edilmiş olduğundan R i = 0 dır. U ts = 0 olduğundan bu durum ideal topraklamaya karşılık düşer. 31

32 32

33 33

34 Toprak özdirenci, (ohm.m) Yayılma direnci, Ry (ohm) Topraklama direnci, (R y +R iletken )(ohm) Toplam topraklama direnci (ohm) Topraklama empedansı, Zt (ohm) Darbe topraklama direnci, Rd (ohm) 34

35 Topraklama gerilimi, Ut: Bir topraklama tesisi ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir. Dokunma gerilimi, Ud: Topraklama geriliminin, insan tarafından köprülenen bölümüdür. Bu durumda insan vücudu üzerindeki akım yolu elden ayağa (dokunulan yere yatay uzaklık yaklaşık 1 m) ya da elden eledir. Adım gerilimi, Ua: Topraklama geriliminin insanın 1 m'lik adım açıklığı ile köprülendiği bölümüdür. Bu durumda insan vücudu üzerindeki akım yolu ayaktan ayağadır. 35

36 Hata gerilimi, U h : İnsanlar tarafından dokunulabilen ve işletme akım devresine ilişkin olmayan iletken bölümler arasında ya da böyle bir bölüm ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir. Potansiyel dağılımı: Topraklanmış bir işletme aracında bir hata sonucunda bir gövde kısa devresi baş gösterdiğinde referans toprağından başlayarak ölçülmek üzere söz konusu işletme aracına doğru yeryüzünde potansiyelin dağılmasıdır. Potansiyel düzenlenmesi: Adım ve dokunma gerilimlerini küçültmek için potansiyel düzenleyici topraklayıcılar yerleştirerek potansiyel dağılımını düzenlemektir. Potansiyel dengelemesi: Potansiyel farklarının ortadan kaldırılmasıdır. 36

37 Topraklayıcı Çeşitleri Topraklayıcı (topraklama elektrodu) Yapay Topraklayıcılar Doğal Topraklayıcılar Konuma göre Biçime göre Metal su boruları Bina demirleri Yüzeysel Şerit Raylar topraklayıcı Örgülü iletken Koruma hatları h<1 m Çubuk Kablo metal mahfazaları Profil (L, T, X, U) Derin Boru topraklayıcı Levha h>1 m Halka Gözlü (ağ) 37

38 a) Yapay topraklayıcılar: Ana amacı topraklama olan metal parçalardır. 1) Konuma göre: Yüzeysel topraklayıcı: Genel olarak 1 m'den az bir derinliğe yerleştirilen topraklayıcılardır. Levha, şerit, yuvarlak çubuk ya da örgülü iletkenler ile yıldız, halka, gözlü topraklayıcı ya da bunların karışımından oluşan topraklayıcılar, yüzeysel topraklayıcılardandır. Derin topraklayıcı: Genellikle düşey olarak 1 m'den daha derine yerleştirilen topraklayıcıdır. Levha, boru, yuvarlak çubuk ya da diğer profil çubuklar derin topraklayıcı olarak kullanılır. 38

39 2) Biçim ve profile göre: - Şerit topraklayıcı - Örgülü iletkenden topraklayıcı - Çubuk topraklayıcı - Profil topraklayıcı - Boru topraklayıcı - Levha topraklayıcı - Halka topraklayıcı b) Doğal topraklayıcı: Ana amacı topraklama olmayan fakat topraklayıcı olarak etkili olan metal su boruları, bina demirleri, raylar, koruma hatları ve kablo metal mahfazaları gibi metal parçalardır. 39

40 40

41 Topraklayıcı çapı: 2 cm ; Boyu: 3,5 m; Gömme derinliği: 0,6 m Toprak özdirenci: 100 ohm.m 41

42 42

43 43

44 44

45 45

46 IEEE Std

47 IEEE Std

48 IEEE Std

49 TOPRAĞIN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ Toprak özgül direncini etkileyen faktörler Toprağın nemlilik oranı Toprağın kimyasal içeriği (tuz oranı v.s.) Toprağın sıcaklığı 49

50 Toprağın niteliği Özgül Direnç(ohm.m) Bataklık birkaç-30 Balçık, mil Humus Nemli turbo Plastik kil 50 Marnlar ve sıkışık kil Jurassik marn Killi kum Silisli kum Çığlak taşlı toprak Çimle kaplı taşların bulunduğu toprak Gevrek kalker Sıkışık kalker Şist Mikaşist 800 Granit ve kum taşları Bozulmuş kum taşları ve granit

51 51 Sıcaklık ( C) Özgül direnç (Ω.m) (su) (buz) Eklenen tuz oranı (%nem;15.2) Özgül direnç (Ω.m) Nem oranı (%) Özgül direnç (Ω.m)

52 Toprak Özgül Direncinin Ölçülmesi Wenner dört elektrot yöntemi 2 a U 2 I a R : Toprak özdirenci (ohm.cm); a: Elektrotlar arası uzaklık (cm); U: İç elektrodlar arasındaki potansiyel fark (mv); I: Dış elektrodlardan geçen akım şiddeti (ma); R: Aletten doğrudan okunan dirençtir (ohm). 52

53 Wenner dört elektrot yöntemi ~ Akım kaynağı C Akım elektrodu a P Potansiyel elektrodu V a P Potansiyel elektrodu a A C Akım elektrodu 10 mm Akım-potansiyel elektrodu (çelik) mm 53

54 54

55 55

56 56

57 57

58 Topraklama tesislerinde denetim, yoklama ve ölçme 58

59 Toprak özdirencine bağlı olarak toprağın korozyon etkisi Toprak özdirenci, (ohm.m) Toprağın korozyon etkisi < 10 Çok korozif Korozif Orta korozif > 100 Az korozif 59

60 60

61 Yayılma Direncinin ve Topraklama Empedansının Ölçülmesi Akım kaynağı ~ A V E (C +P 1) P C Topraklayıcı > 20 m > 40 m Potansiyel elektrodu Akım elektrodu 61

62 62

63 Topraklayıcı > 20 m Gerilim Sondası Akım Sondası > 20 m 63

64 64