ELEKİK ESİSLEİDE KOUMA 1.) GİİŞ (Güvenlik ve Koruma Kavramları Korumadan Beklenen Özellikler) 2.) ELEKİK EEJİ SİSEMLEİ- ÜEİM-İLEİM-DAĞIIM-YÜK DİZGELEİ 3.) DAĞIIM ŞEBEKELEİ (,, I) 4.) AIMLA (AG,...GÖVDE,...U, I,...) 5.) HAA AKIMI DEVESİ (HAA AKIMI, HAA GEİLİMİ,...) 6.) HAA AKIMII EKİLEİ 7.) KOUMA YÖEMLEİ DİEK EMASA KAŞI EDİEK EMASA KAŞI EHLİKELİ DUUM ÖLEİ 8.) KOUMA KÜÇÜK GEİLİMİ KULLAMAK (SELV, PELV, FELV) 9.) KOUMA YALIIMI (İZALASYOU) EHLİKELİ DUUM AZALILI, 10.) KOUMA AYIMASI 11.) I ŞEBEKE KULLAMAK (Potansiyel dengelenmesi ve yalıtım kontrollu) HAALI KISIM DEVEDE ÇIKAILI 12.) HAA AKIMI AIILAAK OPAKLAMA KOUMA İLEKEİ 13.) HAA AKIMI İLE KOUMAK 14.) HAA GEİLİMİ İLE KOUMAK 15.) AŞII AKIM / KISA DEVELEE KAŞI KOUMA 16.) SİGOALA EİYE ELLİ (BUŞOLU BIÇAKLI) EMİK AÇICI / ÖLE MAYEİK AÇICI / ÖLE KOAKÖ OOMAİK SİGOA (GÜÇ AAHAI) 17.) SEKODE KOUMA 18.) ÖLELE 19.) AŞII AKIM ÖLESİ 20.) DİFEASİYEL ÖLE 21.) MESAFE ÖLESİ 22.) SCADA 23.) FEKAS ÖLESİ 24.) AŞII GEİLİME KAŞI KOUMA 25.) PAAFUDULA 26.) AŞII GEİLİM ÖLELEİ
1. GİİŞ (Güvenlik Koruma) Güvenlik (Safety); Koruma (Protection) Güvenlik; Dolaylı-Dolaysız İnsan Hayatı koruma, Yangına Karşı Koruma, Cihaz koruma esaslarını bir hata devresi sistematiği içinde inceler, önlemlerini söyler. Koruma; daha çok elektrik cihazlarının (generatör, trafo, iletim hattı, çeşitli yükler vb.) özellikle aşırı akım ve aşırı gerilimlerden korunmasını inceler ve koruma cihazlarını tanıtır. Korumadan Beklenen Özellikler a.) Güvenilirlik (reliability) : Bütün arıza türlerinde koşulsuz çalışma sağlanmalıdır. b.) Seçicilik (selectivity) : Arızanın büyüklüğü ve yerine göre, sistemin tümü değil yalnızca arızalı kısım devre dışı kalmalıdır. c.) Hız : Koruma cihazı/sistemi yeterince hızlı olmalıdır d.) Basitlik ve sadelik : Bu cihazlar, kullanım yerlerine göre ilgili/yetkililerin anlayabileceği basitlikte olmalıdır. e.) Ekonomi : Cihaz/sistem amaca uygun ekonomiklikte olmalıdır. 2. ELEKİK EEJİ SİSEM DİZGELEİ (ŞEBEKELEİ) Klasik anlamda elektrik enerjisi iletim sistemini, Üretim-İletim-Dağıtım diye nitelemek çok sık karşılaşılan bir sınıflamadır. ÜEİM İLEİM DAĞIIM Elektrik Enerji Sistem Bileşenleri ÜKEİM (YÜKLE) ipik ek Hat şeması 3 ~ Gen. Bara1 rf1 Bara2 Hat Bara3 rf2 Bara4 Yük Üretim İletim Dağıtım Yük
380 / 35 kv OG Dağıtım I 3 ~ Üretim 30 kv 30 / 380 kv YG İletim 380 kv OG Dağıtım II AG Dağıtım 35 / 0,4 kv Diğer taraftan incelenen durum veya bölgeye göre sistemi daha ayrıntılı sınıflamak da mümkündür. Dağıtımım peşinden yüklerin gelmesi tabiidir. Öbür taraftan eğer sadece üretimle ilgilenilir ise, iletim ve dağıtım sistemleri bile yük olarak göz önüne alınabilirler. Gerilim Seviyeleri : Alçak Gerilim Orta Gerilim Yüksek Gerilim Çok YG Çok Çok YG (Low Voltage) (Medium Voltage) (High Voltage) (Extra HV) (Ultra HV) Un<1 kv 1-100 kv 100-220 kv 220-800 kv 800 kv < Un 190 / 110 V 6 36 kv 66 kv 345 kv 1000 kv 380 / 220 V 138 kv 400 kv 1500 kv 440 V 154 kv 500 kv 660 V 220 kv 765 kv Dal Şebeke (ek taraflı besleme)
Halka Şebeke (Çift taraflı besleme) Ağ (Gözlü) Şebeke
Dağıtım rafoları, Model A B S 36 / 0,4 kv S YÜK 36 kv 400/230 V S S E E S E + X + + X S X U S U S U U U S U S
U S U S U U U S U S ransformatör Parafudr O Koruma topraklaması İşletme topraklaması Fonksiyon topraklaması Koruma topraklaması rafo Yıldız oktası doğrudan topraklanabilir, empedans üzerinden topraklanabilir veya topraktan izole edilebilir
3. DAĞIIM ŞEBEKELEİ (,, I) Şebeke Sistemleri aşağıdaki kısaltmalarla karakterize edilmektedir: 1.Harf I : Kaynağın opraklama özelliklerini göstermektedir, : Bir noktanın direk olarak topraklanmasını : üm aktif kısımların opraktan yalıtılmasını veya bir noktanın empedans üzerinden topraklanmasını sembolize etmektedir. 2.Harf : Elektrik Cihazının Gövdesinin opraklama koşullarını göstermektedir, : Gövdenin, kaynağa ait topraklamadan bağımsız bir şekilde, direk olarak topraklanmasını : Gövdenin, direk olarak işletmeye ait topraklama hattına bağlanmasını sembolize etmektedir. Ayrıca Şebekede : S C : ötr () ve Koruma (PE) hatları ayrıdır : ötr () ve Koruma (PE) hatları ortaktır (PE) S (seperate :ayrı), C (common:ortak), PE (protection earth: koruma iletkeni) (nötr) ifade etmektedir. Sistemi Sistem nötrü ve cihazlar ayrı ayrı topraklanmış L1 L2 L3 Yalıtılmış nötr hattı
-S Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları ayrı iletkenlerle L1 L2 L3 PE Yalıtılmış nötr hattı İletken kesitler 10 mm2 ye eşit veya düşük olan şebekelerde -S sistem kullanmak mecburidir. -C-S Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları şebekenin bir bölümünde birleştirilmiş L1 L2 L3 PE Yalıtılmış nötr hattı PE
-C Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları birleştirilmiş L1 L2 L3 PE I Sistemi Sistem nötrü yalıtılmış ve cihazlar topraklanmış L1 L2 L3 PE öle
4. AIMLA Alçak Gerilim : Etkin değeri 1kV un altında olan gerilimlerdir üketici esisi : üketicileri beslemek için yapılan elektrik tesisleridir üketici : Elektrik enerjisini elektriksel olamayan diğer enerji türlerine çeviren cihazlardır. İşletme aracı : Elektrik enerjisinden yararlanmak üzere kullanılan cihazlardır. Aktif Kısım : İşletme açısından gerilim altında bulunan ve işletme akım devresine ait sargı, direnç vb. iletken kısımlardır. Pasif kısımlara karşı "işletme izolasyonu" ile yalıtılmışlardır. Gövde (Pasif Kısım) : İşletme aracının her an temas edilebilecek olan, aktif kısımlarından işletme izolasyonu ile ayrılan fakat bir izolasyon hatası sonucu gerilim altında kalabilen madeni ve iletken kısımlardır. Yıldız oktası : Herhangi bir işletme elemanının yıldız bağlı sargılarının ortak düğüm noktasıdır. Faz İletkeni : Kaynakla tüketicileri bağlayan iletkenlerdir, ( S ) veya (L1 L2 L3) olarak gösterilirler. ötr İletkeni : Üç fazlı sistemlerde yıldız nıktadından çıkan iletkendir () veya (O) harfi ile gösterilir. Koruma İletkeni : Cihazları temas gerilimine karşı korumak için, cihaz gövdelerini işletme topraklamasına bağlayan iletkendir. (PE) ile gösterilir. S U U H o eferans oprak
U S U E ϕ E 20 metre eferans oprağı Hata Gerilimi (U H ) : Bir gövde kaçağı (yalıtım hatası) olması durumunda, gövde ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir opraklayıcı Gerilimi (U E ) : Bir gövde kaçağı (yalıtım hatası) sonucu topraklayıcıdan bir hata akımı akması durumunda, topraklayıcı ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir emas Gerilimi (U ) : Hata Geriliminin insan vücudu tarafından köprülenen kısmıdır Yeryüzü Potansiyeli (ϕ) : opraklayıcı ile referans toprağı arasındaki gerilim dağılımıdır Adım Gerilimi (U S ) : Bir kaçak olması durumunda, yeryüzü potansiyelinin insan (veya canlı) ayakları arasında köprülenen kısmıdır Hata Akımı (I H ) : Bir yalıtım hatası sonucunda, gövde, toprak veya koruma iletkeninden geçen akımdır Kaçak Akım : Cihazların aktif kısımlarından, işletme izolasyonu üzerinden gövdelerine geçen akımdır. opraklayıcı (Elektrod; E) : oprakla iletken bir bağlantı kurmak amacıyla, toprağa gömülen iletken malzemelerdir. opraklama : Cihazların topraklanacak olan kısımlarının (örneğin, gövdelerinin) topraklama tesisi üzerinden, toprak ve iletken
bağlantısının yapılmasıdır. opraklama esisi : Birbirleriyle iletken olarak bağlanmış olan, topraklama hattı, varsa topraklama barası ve topraklayıcıların tamamıdır. opraklama Hattı : esisin veya işletme araçlarının veya cihazların tıpraklanacak olan bölümlerini, topraklayıcı ile bağlayan iletkendir. eferans oprağı : Bir topraklayıcıdan yeteri kadar uzaklıkta bulunan (yaklaşık 20 m) ve yeryüzü potansiyelinin yeterince küçük olduğu toprak Zemin : İşletme araçlarının yerleştirildiği ve insanların ayak bastıkları yerdir. Zeminle toprak arasında bir geçiş direnci söz konusu olup bu direnç çeşitli faktörlere bağlıdır. Yayılma (Geçiş) Direnci : Bir topraklayıcı ile referans toprağı arasındaki geçiş direncidir. İşletme opraklaması : İşletme araçlarının aktif kısımlarının ve nötr hattının topraklanmasıdır Koruma opraklaması : Bir yalıtım hatası durumunda, insanları yüksek temas gerilimlerine karşı korumak için işletme araçlarının gövdelerinin topraklanmasıdır 5. HAA AKIMI DEVESİ F HA S G2 İ Zemin G1 G3 o oprak E G4 Hata Oluşumu Gövde Kaçağı
F : rafo Faz Sargısının Direnci HA : İletim Hattı Direnci G1 : Yalıtım hatasının oluştuğu yerdeki geçiş direnci G2 : Arızalı işletme aracı gövdesi ile insan eli geçiş direnci İ : İnsan vücudu direnci G3 : İnsan ayağının bastığı yerdeki ayak ile zemin arasındaki geçiş direnci G4 : Zemin ile gerçek toprak arasındaki geçiş direnci Direnci ( E ) Direnci ( A ) Direnci ( G5 ) Direnci ( ) Direnci ( O ) oprağın direnci Arızalı işletme aracının üzerinde durduğu altlık direnci Altlık ile gerçek toprak arasındaki geçiş direnci Koruma opraklaması direnci İşletme opraklaması direnci U H F HA G1 G2 İ G3 o G4 E Şekil 5.1. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama yok, motorun altlığı yerden yalıtılmış durumda)
U H F HA G1 G2 A İ G3 o G4 E Şekil 5.2. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama yok, motorun altlığı belirli bir A dirence sahip) U H F HA G1 G2 A İ G3 o G4 E Şekil 5.3. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama var : opraklama Direnci, motorun altlığı belirli bir A dirence sahip)
U H F HA G1 G2 A İ G3 o G5 G4 E Şekil 5.4. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama var : opraklama Direnci, motorun altlığı ile insanın üzerinde durduğu zeminler faklı G5 : Motor altlığının durduğu zemin ile referans toprak arası geçiş direnci ) U H F HA G1 G2 İ G3 o G4 E Şekil 5.5. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama var, motorun altlığı sonsuz dirence sahip)
U H F HA PE G1 G2 İ G3 o G4 E Şekil 5.5. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (koruma iletkeni PE var) Örnek Problem 1.) Aşağıda şekli verilen şebekeye bağlı cihazda bir gövde kaçağı olması durumunda; a) Cihaz topraklanmamış durumda iken, H =1 ohm, İ =2000 ohm, G4 = 198, o =1 ohm (diğer tüm dirençler ihmal) değerleri ile akacak Hata akımını, Hata Gerilimini ve emas Gerilimini hesaplayınız b) opraklama yapılması durumunda, topraklama direncini =0,2 ohm kabul ederek; Hata akımını, Hata Gerilimini ve emas Gerilimini hesaplayınız. (O : U H =220 V) F H S G2 İ o G1 G3 Zemin oprak E opraklama İletkeni G4
Çözüm 1. a.) Hata akımı devresindeki dirençlerin toplamı; OPLAM = H + İ + G4 + o OPLAM = 1 +2000 + 198 +1 = 2200 Ohm Hata akımı; U I = 220 = 2200 H = OPLAM Hata Gerilimi : 0,1A U H = ( İ + G4 ) x I H = 2198 x 0,1 = 219,8 V emas Gerilimi : U = İ x I H = 2000 x 0,1 = 200 V b.) Yeni durumda hata akımı devresindeki dirençlerin toplamı; OPLAM = H + ( İ + G4 )// + o OPLAM = 1 +(2000 + 198)//0.2 +1 = 1 + 0.2 + 1 = 2.2 Ohm Hata akımı; U I = 220 = 2.2 H = OPLAM Hata Gerilimi : 100A U H = ( İ + G4 )x)// x I H = 0.2x 100 = 20 V emas Gerilimi : İ 2000 U = U H = 20 = 18,2 V + 2198 İ G4 Örnek Problem 2.) Aşağıda şekli verilen -C şebekeye bağlı cihazda bir gövde kaçağı olması durumunda; a-) Hata akımını, Hata Gerilimini ve emas Gerilimini Hesaplayınız b-) Gövdeyi koruma iletkenine bağlayan telin kopması durumunda; Hata akımını, Hata Gerilimini ve emas Gerilimini Hesaplayınız
o F PE Zemin oprak H Koruma İletkeni E G1 i G4 S PE U Y : 220 V F+HA : 0,4 Ω G1 : 0,2 Ω i : 2000 Ω G4 : 198 Ω o : 1,4 Ω PE : 0,4 Ω ot : verilmeyen dirençler ihmal edilecektir! Zemin ile cihaz gövdesi arası altlık tam yalıtkandır! Çözüm 2. Hata akımı devresindeki eşdeğer direnç; OPLAM = F+ HA + G1 + PE //( + G4 + İ O ) OPLAM OPLAM = F+ HA + G1 ( + ( PE PE )x( + İ İ + + G4 G4 + + (0,4)x(2000 + 198 + 1,4) 0,4x2199,4 = 0,4 + 0,2 + = 0,6 + = 0,6 + 0,4 = 1Ω (0,4 + 2000 + 198 + 1,4) 2199,8 O O ) ) Hata akımı; U I = 220 = 1 H = OPLAM 220A Hata Gerilimi : U PE = PE x I H = 0,4 x 220 = 88 V U PE =U H +U O U H = İ İ + + G4 G4 + O xu PE = 2198 2199,4 x88 88V emas Gerilimi : U = İ İ + G4 xu H = 2000 x88 80V 2198
ablo X. Sigortaların 5s ve 0,4 s lik açma sürelerine karşılık gelen açma akımları Alçak Gerilim gl, gg, gm sigortaları In (A) In (A) 5 s In (A) 0,4 s 2 9,5 17 4 19 32 6 28 50 10 48 80 16 70 120 20 86 150 25 115 210 32 150 250 35 173 267 40 200 300 50 250 460 63 330 610 80 430 800 100 580 1050 125 715 1300 160 950 1800