TMMOB ELEKTİK MÜHENDİSLEİ ODASI ELEKTİK TESİSLEİNDE TOPAKLAMA ÖLÇÜMLEİ VE ÖLÇÜM SONUÇLAININ DEĞELENDİİLMESİ Not : Bu çalışma Elk.Y.Müh. Tane İİZ ve Elk.Elo.Müh. Ali Fuat AYDIN taafından Elektik Mühendislei Odası eğitimleinde kullanılmak üzee hazılanmıştı. EMO dışındaki fima, kuum ve kuuluşla taafından kullanılması ya da metinlein değiştiilmesi halinde hazılayanladan olu alınması geeklidi.
Elektik tesisleinde geek topak özdienci, geekse yayılım dienci ölçeken, düşünsel olaak tüm elektotla yaı küe olaak kabul edili. Patikte kullanılmayan yaı küe elektotla, topaklama ölçüm teoisinde hesaplaa kolaylık getii. Homojen topak özdienci duumunda (ρ sabit), yaıçaplı yaı küe elektodun topağa geçiş (yayılım) dienci basitçe, yk ρ π bağıntısıyla, Bu elektodun mekezinden uzaklığında bi yedeki potansiyel, φ yk I ρi π bağıntısıyla hesaplanabili. Buada I elektottan akan akımdı.
İlke olaak, tüm hesaplamalada uygun koşulla oluştuaak, bi önceki yansıdaki dienç ve potansiyel fomülleini kullanacağız. Önek: Dikey çubuk için ETTY, ç ρ π L ln 4L D bağıntısını vemektedi. Buada L çubuğun boyu, D ise çapıdı. Çubuğun yaı küe eşdeğeini hesaplamak için, ρ ρ 4L ln π eşitliği göz önüne alını. πl D L 4L ln D L0 cm, D cm kazık için 4,6 cm bulunu. 3
TOPAK ÖZGÜL DİENCİ ÖLÇÜMLEİ TOPAK YAYILIM DİENCİ ÖLÇÜMLEİ ÖLÇÜMLEİN DEĞELENDİİLMESİ 4
TOPAK ÖZGÜL DİENCİ ÖLÇÜMLEİ 5
Yakın zamana kada, topak özgül dienç ölçümü sınılı bi elektik mühendisi kitlesini ilgilendiiyodu.. Katodik kouma ile ilgilenenle (TS 4363 teki anlatım katodik kouma ile ilgilidi.). Büyük şalt sahalaının topaklama tasaımıyla uğaşanla Son yıllada yayınlanan yeni yönetmeliklele bilikte, topak özgül dienç ölçümü geniş bi kesimi ilgilendimeye başlamıştı. 6
03 Aalık 003 taihli Elektik İç Tesislei Poje Hazılama Yönetmeliği'nin 0/c-5.i. maddesi pojelee başlamadan önce topak özdiencinin belilenmesini şat koşmuştu. Ayıca taslak halindeki Yıldıımdan Kounma Yönetmeliği'nde de yıldıım tesisleinin tasaım aşamasında topak özdiencinin ölçümü öneilmektedi. Yıldıımdan Kounma Yönetmeliği Taslağı madde-6 da çoğu coğafi yöelede ve özellikle ısı ve yağışın deneyimsel olaak alışılagelmişin dışında mevsimsel değişiklikle göstediği yelede, topak diencinin değişimi, faklı hava şatlaı peiyotlaında özgül diencin deinlik pofili ölçüleek dikkate alınmalıdı. denmektedi. 7
P C C P 8
9 CP CP ρi φ P π CP CP CP CP ρi φ φ U P P π CP CP ρi φ P π P C C P
U I ρ π CP CP CP CP k CP CP π CP CP ρ k U I Buada ρ (Ω.m) topağın özdienci, I (A) yee uygulanan akım, U (V) P ve P uçlaı aasındaki geilim, k ise geometik bi faktödü. k faktöü ölçüm kazıklaı aasındaki mesafelee bağlıdı. 0
CP CP CP CP olması koşuluyla ölçüm kazıklaı istenildiği gibi yeleştiilebili. He oluştuulan ölçü sisteminin kendine özgü bi geometik faktöü olduğu unutulmamalıdı. Önek C P U 0 P C Bu duumda ρ ölçülemez.
Topak özdienç ölçümünde Wenne, Schlumbege, dipol-dipol, tek elektot-dipol, yaım Wenne ve yaım Schlumbege gibi çeşitli klasik yöntemlei kullanmak mümkündü. Yukaıda adı geçen tüm geleneksel yöntemle, 4 adet ölçüm kazığının bi doğu boyunca değişik aalıklala topağa çakılması ile uygulanıla. Küçük aalıklala yapılan ölçümlede özel geliştiilmiş ölçüm cihazlaından yaalanılıken, büyük aalıklala yapılan ölçümlede ise voltmete-ampemete yöntemi kullanılı. Ölçüm cihazının C ucundan 00-50 Hz fekanslı I akımı topağa göndeili. Bu akım - I olaak C ucundan gei döne. Bu akımla, P ve P uçlaında U kada bi potansiyel fakı yaatıla. Ölçüm cihazlaı U/I oanını Ω cinsinden diekt olaak veile. Yeni nesil ölçüm cihazlaı U/I oanının yanında k faktöünü de saptayıp diekt olaak göünü özdienci de veebilmektedi.
WENNE YÖNTEMİ 3
ö C P P C I I a a a 4
ö C P P C I a a a φ P ρi π a a φ P ρi π a a U φ P φ P ρi π a a a a 5
U I ρ π a a a a ρ π a ρ πa 6
SCHLUMBEGE YÖNTEMİ 7
ö C P P C I I O Δ 8
9 ρi φ P Δ Δ π ρi φ φ U P P Δ Δ Δ Δ π ρi φ P Δ Δ π C P P C Δ ö
0 4 ρ Δ Δ Δ π ρ Δ π 4 ρ Δ Δ π 0 CC PP olması koşuluyla, 5 Δ
DİPOL-DİPOL YÖNTEMİ
ö C P P C I I n C C P P
3 C P P C I I n ö n ) (n ρi φ P π ) (n ) (n ρi φ P π ) (n ) (n n ) (n ρi φ φ U P P π
ρ π n n n 3n n n(n )(n ) n n n ρ πn(n )(n ) 4
TEK ELEKTOT-DİPOL YÖNTEMİ 5
ö C P P C I I n 6
7 n 0 ρi φ P π ) (n 0 ρi φ P π ) (n n ρi φ φ U P P π ) n(n n n ρ π ) n(n ρ π
Önceki yansıladaki ifadele otamın homojen kaakteli (ρ sabit) ve ölçüm kazıklaının yaım küe olaak kabul edilmesiyle çıkaılmıştı. Ama geçekte ye homojen değildi. Bu bakımdan hesaplanan özdienç, göünü özdienç (GÖ) olaak adlandıılı. GÖ ye içindeki jeolojik yapıya ve ve bu yapının özdiencine bağlıdı. Bu tanımdan haeketle, ancak otam homojen ve yaı sonsuz ise GÖ ile otam özdienci eşit olabili. Katmanlı duumlada (geçekte duum çoğunlukla böyledi) ise, he bi katmanın özdienci bibiinden faklıdı. 8
Katman sayısına göe çeşitli poblemlele kaşı kaşıya kalını. Yaı sonsuz tek katman poblemi en basit hal olmakla beabe çoğu kez ihtiyaçlaımıza cevap vemez. OG tafo mekezleinin bulunduğu yelein topak özdiencinin bulunması için katman modeli iyi bi tecih olabili. Büyük şalt mekezleinde ise 3 katman modeli yeğlenmelidi. n-katman poblemi Stefanescu taafından çözülmüş olmakla bilikte, elektik mühendisliği patiğinde pek kullanılmaz. n- katman poblemi genellikle jeofizikçilei ilgilendien bi konudu. 9
ρ sabit Hava Yeyüzü h 8 ρ ρ Hava Yeyüzü h ρ Hava Yeyüzü h ρ Hava Yeyüzü h ρ h ρ 8 ρ 3 h 3 ρ 3... h n ρ n 30
KATMAN MODELİ İki katmanın özdiençlei fakının özdiençlei toplamına oanı yansıma faktöü olaak tanımlanı ve K ile gösteili. K ρ ρ ρ ρ ρ ρ duumunda K0; alt katman mükemmel yalıtkansa K, üst katman mükemmel yalıtkansa K - olu. Bu duumda <K< koşulu geçekleni. -<K<0 iken ρ <ρ (üst katman alt katmandan daha diençlidi) 0<K< iken ρ <ρ (alt katman üst katmandan daha diençlidi) 3
Hava I Yeyüzü ρ 3
Hava I Yeyüzü h ρ ρ 33
İMAJ YÖNTEMİ ρ h Hava I Yeyüzü h ρ h ρ KI ρ 34
KI Hava h I ρ Yeyüzü h h ρ KI ρ ρ 35
KI Hava h I ρ Yeyüzü h h KI ρ h K I ρ ρ 36
K I Yeyüzü KI I KI K I h h C h h a P φ P Iρ π a n a K n ( nh) ρ I ö C P P C a a a I ρ ρ g 4 n ρ ρ K n nh a g 4 n a f(k, ) h 4 K n nh a 37
ρ g /ρ odinat, a/h apsis olmak üzee K ya den e kada 0, fakla değele vemek ve logaitmik ölçek kullanmak suetiyle f (K, a/h) eği ailelei çizilebili. Bu eğilee Wenne diziliminde iki katman için teoik özdienç eğilei deni. Sahada elde edilecek ρ g f(a) eğisi ile teoik ρ g /ρ f (K, a/h) eğisinin çakıştıılması ile K, ρ ve h hesaplanı. ρ K K ρ ifadesinden ρ saptanabili. 38
39
Alanı topaklama ağının alanına eşit olan daienin yaıçapı eşdeğe yaıçap olaak tanımlanı. Eşdeğe yaıçap deinliğinden sonaki topağın, topaklama diencine etkisi yok sayılabili. Topaklama pojesi yapılacak yede, topağın homojen olup olmadığını saptamak için Wenne dizilimindeki elektot aalığını eşdeğe yaıçap büyüklüğüne kada atımak geeki. 40
ρπa bağıntısı, L elektot boyu, a elektot aalığına göe çok küçükse geçelidi (L<a/0); aksi duumda yaı küe ifadeleini kullanamayız. Bu duumda iki seçenek vadı:. L<a/0 olacak şekilde elektotla gömülü.. Elektotla nomal ölçüleinde gömülü, ama ρπa bağıntısı yeine ρ 4πa L 4 a L a bağıntısı kullanılı. 4
ö C P P C U 0 a a a U I Geilim elektotlaı ile ölçü bağlantı kablolaının diençlei toplamı e, topak ölçüm cihazının (voltmetenin) geilim deve dienci v ise U 0 v U e v v U 0 U ρ e v v ρ e v ρ e 4
L.5 m D cm C P ö P C ö I ρ π ö 50 Ω Yeni yapılacak Mevcut bina bina (üzeinde eski bina va) Mevcut bina L 0.6 ρ π 4L ö ln D π. 0,6.50 0Ωm Bu yöntem, topağın homojen olduğu kabulu ve mevcut binaladaki gömülü topaklama sisteminin bilinmesi duumunda kullanılabili. Yöntemin basit ama hata yüzdesinin yüksek olduğu unutulmamalıdı. 43
44
45
TOPAK YAYILIM DİENCİ ÖLÇÜMLEİ 46
NOKTA ÖLÇÜMLEİ 47
P açıkta iken nokta ölçümü ö C P P C 48
49 0 φ P P ρi φ π ρi φ φ U P P π ρi U π ρ I U g ö π ö C P P C
C-P ve C-P ayı ayı kısa deve iken nokta ölçümü ö C P P C 50
5 P ρi φ π ρi φ φ U P P π ρ I U g ö π ρi φ P π ö C P P C
P açıkta iken nokta ölçümü ö C P P C 5
53 0 φ P ρi φ φ U P P π ρ I U g ö π ρi φ P π ö C P P C
nokta ölçümlei basit ve patik olmakla bilikte hata oanlaı yüksek yöntemledi. Bağlantı kablo diençleinin ölçü devesine gimesi nedeniyle bunlaın hesap yoluyla ölçülen değeden çıkaılması geeki. 54
55
3 NOKTA ÖLÇÜMLEİ 56
ö C P P C I I y z 57
P z y C θ T (C,P) 58
59 ρi φ P π z y ρi φ P π z y ρi φ φ U P P π P C T (C,P) z y θ
60 z y ρ ö π z y ρ I U π z y g ö
ö C P P C I I y 6
6 ρi φ P π z y ρi φ P π z y ρi φ φ U P P π >> kabulü ile
63 z y ρ ö π z y ρ I U π z y g ö
64 z y g ö 0 z y 0 z y 0 z y z y
65 z y P C T (C,P) z y θ ycosθ y y y ycosθ y z y y z ξ y cosθ ξ ξ ξ ξ
cosθ b 0,875 θ9 º a 0,68,68 ξ ξ,68 a 0,5 9º 0,68 b a 66
Tekil elektotla ve küçük tesislede %6,8 yöntemi uygulanısa da, büyük tesislede dienç eğisi çıkatılaak, eğide ota bölümün eğimi saptanı, buna bağlı olaak geçek dienci ölçmek için geekli olan geilim kazığı uzaklığı belileni. Bu aada akım kazığının tesis mekezine uzaklığı mekez çapının 5 katından az olmamalıdı. Büyük ve simetik olmayan tesislede 4 nokta yöntemi, kesişen doğula yöntemi ve eğim yöntemi uygulanabili. Çok büyük şalt tesisleinde akım ve geilim kazıklaı tes taaflaa yeleştiili. Bu tü yelede voltmete-ampemete ya da wattmete-ampemete yöntemlei yeğlenmelidi. Çok büyük tesislede kullanılacak kablo bağlantılaının bibiine paalel olması nedeniyle açı yöntemi de kullanılabili. Bu duumda ve y aasındaki açı 60º den küçük olamaz. 67
68
69
ÖLÇÜM SONUÇLAININ DEĞELENDİİLMESİ 70
Yıldız noktası dienç üzeinden topaklanmış şebeke; Z L L L3 I'' k 7
Ulusal ağ şebekemizde 5 MVA nın üzeindeki 54 / 34,5 kv tafolaın yıldız noktalaı; -Havai hat çıkışlı mekezlede 60 Ω, -Kablo çıkışlı mekezlede 0 Ω diençle topaklanmıştı. Bu duumda havai hatla beslenen 34,5 kv YG şebekelede faz topak kısa deve akımı I k 34500 / 3 300A 60 Kablo çıkışlı 34,5 kv şebekeledeki faz topak kısa deve akımı 34500 ise / 3 k 000A ile sınılıdı. 0 I 7
Önek: 50 MVA 54 kv 34,5 kv 000 MVA 60 Ω 3 PIGEON 0 km 3 SWALLOW km 34,5 kv 3 95 mm XLPE 00 m 000 kva 0,4 kv 54/34,5 kv mekezde sekonde taafta yıldız noktası 60Ω diençle topaklanmış olduğundan I'' k 300A ile 73
000 9 V 8 7 6 U Tp Dokunma geilimi 5 4 3 00 9 8 7 6 5 4 3 c b a 4 3 5 6 7 8 9 0, 3 4 5 6 7 8 9 3 4 5 6 7 8 9 0 Akım süesi t s YG` de sınılı akım süelei için izin veilen en yüksek dokunma geilimlei a) Hayvanladaki zamana bağımlı dokunma geilimi b) Eski VDE 04 deki dokunma geilimi c) Yeni kabul edilen eği 74
Hata süesi t F Topaklama geilimi U E Tesislein dış duvalaında ve çitleinde Bina içi (dahili tip) tesis Tesislein içinde Bina dışı (haici tip) tesis t F >5 s U E 4U Tp M veya M t H 5 s U E >4U Tp U E 4U Tp U E >4U Tp U T U Tp olduğunun ispatı M3 M4. veya M4. M veya M M3 M3 M4. M4. U E U Tp olduğunun ispatı 75
76
AG HAVA HATLAINDA FAZ-TOPAK HATASI (FAZ KOPMASI) T h A L L L3 PEN (N) B B : İşletme topaklaması dienci E : L 3 fazının topağa temas dienci U : Topağa göe anma a.a. geilimi etkin değei 77
Eşdeğe deve: U 0 T H 0 A B I h E 78
79 T ve H diençlei ihmal edilise Madde 3.7 geeği ETTY s.7 E B 0 h U I E B 0 B B H B U I U U B 50V 50 U E B 0 B 50 U 50 U 0 B E B 0 B E B 50 50 U 50 U 50 U 0 B E 0 B E 0 B E 50 U 50 0 E B
380/0 V şebekede U 0 0 V B E 50 0 50 B E 50 70 B E 0,94 E B 0,94 E B 3,4 E 3,4. B 80
L3 X 50 V L 0 L 0 V X 0 50.0.50.cos0 X 50V 8
L uzunlukta, d çaplı silindiik topaklayıcının yayılma dienci ETTY s.88 Şekil T-7 nin altında ρ π L ln L D şeklinde veilmişti. d (mm).40 ln d.40 ln π d ose 5,58 9,57 3,05 Lily 6,60 9,40,99 Iis 7,4 9,9,95 Pansy 8,34 9,7,9 Ot.3 Popy 9,36 9,05,88 Aste 0,50 8,93,84 Pholo,79 8,8,8 8
L m ρ. E ln π. 0,0086,73 ρ L0 m ρ.0 E ln π.0 0,0086 0,5ρ L40 m E 3ρ L E 0,075ρ 83
L (m) 0 40 ρ (Ωm) 00 00 00 E (Ω) 73 5 7,5 O halde yönetmeliğin dayattığı en küçük temas dienci yaklaşık 40 m iletken uzunluğunda geçekleşi. 84
E 3,4 B Emin 0,075ρ E 0,075ρ 0,075ρ 3,4. ρ 3,4 0,075 B B ρ 45.B B (Ω) ρ(ωm ) 0, ρ 4,5 ρ 45 ρ 90 85
NÖT KOPMASI L L L3 B P P PΔP PEN (N) B ΔP I n U U nöt nh ΔP 0 ise U nöt 0 Δ P U nh l ΔP U 86
L L L3 PEN (N) B B 87
Eşdeğe deve: U 0 B I U 0 ΔP B I B U 0 B 0 U ΔP ΔP. ( ) U B ΔP.U 0 B 0 U B B. Δ Δ P. ( ) U B P.U B 0 0 ΔP 0 UB 0 88
YG-AG SİSTEMLEİNDE TOPAKLAMA TESİSLEİNİN BİLEŞTİİLMESİ 89
Madde a) Bi yüksek geilim tesisinde topak hatası esnasında alçak geilim sisteminin nöt veya PEN iletkeni, yüksek geilim tesis sisteminin topaklama tesislei ile aşağıdaki koşulla yeine getiilmek kaydıyla bağlanabili. - Alçak geilim şebekesinde veya tesis edilen tüketim tesisleinde tehlikeli dokunma geilimlei otaya çıkmaz ise (Çizelge 3) - Tüketim tesisleinde alçak geilim cihazlaının geilim dayanımının (işletme fekansındaki) yüksekliği alçak geilim yıldız noktasında bi potansiyel yükselmesinin sonucu olaak Çizelge 3 te izin veilen değelei aşmaz ise, 90
b) Bi yüksek geilim tesisi, topaklama alanı içindeki alçak geilim tüketicileini besliyosa; YG topaklama tesislei içindeki tüm işletme ve kouma topaklamalaı bileştiilmelidi. c) Yüksek geilim topaklama tesisinin alanı dışındaki alçak geilimli tesislein beslenmesi: - Söz konusu yüksek geilim topaklama tesisi global topaklama sistemine bağlanmış ise, - veya AG şebekesinde Çizelge 3 teki koşulla yeine getiilmiş ise, otak topaklama tesisinin yapılması öneili. 9
AG Sistem Tipi Hata Süesi Otak topaklama koşullaı Dokunma Geilimi Zolanma Geilimi t 5 s U E 00 V TT t > 5 s Uygulanmaz U E 50 V TN PEN sadece TM de topaklı PEN bi çok noktada topaklı U E U Tp U E.U Tp Uygulanmaz 9
TEŞEKKÜ EDEİZ 93