ELEKTRİK TESİSLERİNDE TOPRAKLAMALAR YÖNETMELİĞİ

ELEKTRİK TESİSLERİNDE TOPRAKLAMALAR YÖNETMELİĞİ YENİ YÖNETMELİĞİN GETİRDİKLERİ ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI 19 TEMMUZ 2002 BURSA Y.Müh. İsa İLİSU İ.T.Ü. Elektrik-Elektronik Fakültesi Emekli Ögr. Görevlisi e-mail : ilisu@elk.itu.edu.tr 1 Giriş 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 şeklnde 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. 2

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. 3 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 vücutu 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. 4

ms t Alternatif akım etkilerinin akım/zaman bölgeleri 10000 5000 2000 1000 500 200 100 50 20 10 AC-1 AC-2 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 AC-3 50 100 200 50010002000 AC-4 10000 Vücut akımı II V AC-1 : Genellikle tepki yoktur. B AC-2 : Zararlı bir fizyolojik etki yoktur. AC-3 : Kalp atışlarında aksaklıklar görülür. AC-4 : Tehlikeli fizyolojik etkiler, ağır yanıklar. ma 5 Topraklamanın amaca göre sınıflandırılması Topraklama başlıca üç maksatla yapılmaktadır. 1. Koruma topraklaması İnsanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için araçlarının aktif olmayan kısımlarının topraklanması. 2. İşletme topraklaması işletme İşletme akım devresinin, tesisin normal işletilmesi için topraklanması 3. 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. 6

TOPRAKLAMALAR L1 L2 L3 PEN R A R B RA Koruma topraklaması İşletme topraklaması Fonksiyon topraklaması Koruma topraklaması 7 Koruma topraklaması, alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı koruma yöntemlerinden biridir. Yüksek gerilim tesislerinde ise temas gerilimine karşı korumada kullanılacak tek yöntemdir. Baştada belirtildiği gibi işletme araçlarının aktif olmayan bölümleri, uygun şekilde toprak içine tesis edilmiş olan bir topraaklama 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. 8

TANIMLAR Koruma iletkeni (PE) : İşletme elemanlarının aktif olamayn bölümlerini: - Potansiyel dengeleme barasına, - 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 vastası ile geniş yüzeyli olaraktemasta bulunan iletken. Topraklayıcının yayılma direnci : Bir topraklama tesisi ile referans toprak arasındaki direnc. Topraklama gerilimi :Topraklama tesisi ile referans toprak arasında oluşan gerilim. Dokunma gerilim : Topraklama geriliminin insan tarafından köprülenen bölümü 9 Potansiyel sürüklenmesi: Bir topraklama tesisinin yükselen potansiyelinin, bu tesise bağlı bir iletken yolu ile uzak bir bölgeye taşınmasıdır. Potansiyel düzenlenmesi: Bir topraklama tesisinin potansiyel dağılımınıadım 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. 10

Topraklamada kullanılan önemli tanımlar YG AG 1. Koruma topraklaması 4 4 5 2. Potansiyel dengeleme barası 4 6 3. Topraklama iletkeni 4. Koruma iletkeni 5. A.G.hava hattı 2 4 3 7 Durumuna göre yalnız biri 7 6. Nötr (N) veya PEN 7. İşletme topraklaması 8. Potansiyel düzenleleyici topraklayıcılar 1 9 8 > 20 m İhtiyaç halinde ilave elektrot 10 9. Temel topraklama 10. Derin topraklayıcı 11 POTANSİYEL DAĞILIMI U ST TOPRAKLAMA GERİLİMİ U E DOKUNMA GERİLİMİ U ST ADIM GERİLİMİ U SS POTANSİYEL DAĞILIMI DÜZENLENMEMİŞ 1 m. POTANSİYEL DAĞILIMI DÜZENLENMİŞ 12

ÇUBUK TOPRAKLAYICI ÇEVRESİNDE POTANSİYEL DAĞILIMI IE V Ref.toprağa göre Elektrot gerilimi 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 L = 2 m. D= 2.5 cm. ρe = 10 ohm.m IE = 96 A. r =Elektrotdan uzaklık ϕ=u-((i E.r E /2π.L).Ln(4.L.r)/D(L+(r 2 +L 2 ) 1/2 ) 13 POTANSİYEL SÜRÜKLENMESİ Bu noktada kılıf topraklanmış ise en büyük dokunma gerilimi U TST U TSTE 14

POTANSİYEL DÜZENLEME U Tp U U S Potansiyel düzenleyici (PD) tesis edilmiş Potansiyel düzenleyici tesis edilmemiş 15 YG de Potansiyel düzenleyici topraklayıcıların şeması U Tp U S 1 U S 2 Farklı derinliklere tesis edilmiş ring topraklayıcılar 2,2 m 1,2m 0,2m 0,2m 0,5m 0,7m Potansiyel düzenleyicinin tesis ölçüleri 16

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 kısadevresi halinde sağlam fazlarda ortaya çıkan aşırı gerilimleri sınırlayabilmek için hata akımının, büyük ölçüde sınırlandırılmaması yoluna gidilmektedir. 17 YILDIZ NOKTASI YALITILMIŞ ŞEBEKE Ic2 Ic1 L1 L2 L3 I CE C E C E UL1 Un: Faz arası gerilim olmak üzere UL2 I C1 UL3 c : Gerilim faktörü I CE = 3.ωC E.cUn/ 3 I CE I C2 18

YILDIZ NOKTASI BOBİN ÜZERİNDEN TOPRAKLANMIŞ ŞEBEKE L1 Ic2 Ic1 L2 L3 L IL I CE UL3 I CE = 3.ωC E.cUn / 3 I CE IRes IL I L = c.un / 3.ω.L I CE = I L UL1 UL2 3ωC E = 1/ ωl 19 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. 20

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ L1 L2 L3 PEN TN-C Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları birleştirilmiş 21 L1 L2 L3 ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ N PE TN-S Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları ayrı iletkenlerle Yalıtılmış nötr hattı 22

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ L1 L2 L3 PEN N PE TN-C-S Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları şebekenin bir bölümünde birleştirilmiş Yalıtılmış nötr hattı 23 ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ L1 L2 L3 N TT Sistemi Sistem nötrü ve cihazlar ayrı ayrı topraklanmış Yalıtılmış nötr hattı 24

L1 L2 L3 N ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ PE R IT Sistemi Sistem nötrü yalıtılmış ve cihazlar topraklanmış 25 SİSTEMLERİN KARIŞIK KULLANILMASINA ÖRNEK 100 m. 1000 kva uk=%6 3x50+25 35 A. 16 A. R B =2 ohm RA IE UE Uts 2 56,93 113,8 113,8 1 75,65 75,65 151,3 0,566 83,88 50 176,4 R A U E 26 U ts V

Trafo reaktansı X tr =6/ 100 x0,4 2 / 1=0,0096 ohm Şebekenin topraklı tüketiciye kadar olan kısmının direnci ve reaktansı : Rh = 100/(56x50) = 0.0357 ohm Xh = 8.478 mohm Hata akımı yolundaki toplam direnç ise Z toplam =R A +2.04 ohm (Reaktanslar küçük olduğu için ihmal edilmiştir.) Tüketicideki toprak elektrodunun R A toprak yayılma direncine bağlı olarak hata akımı ve sıfır hattı potansiyeli için R A (ohm) I E (A.) U E U ts (V.) 2 56,93 113,8 113,8 1 75,65 75,65 151,3 R A direnci, hata halinde üzerinde temas gerilimi emniyet sınırı olan 50 V. aşılmayacak şekilde seçilirse 230-50=180 V. 180/2.04 =88.23 A. geçmeli ve R A = 50/88.23 =0.566 ohm olmalıdır. Motor 35 A. lik Ia=173 A. (5s) olan sigortalarla korunuyor ise Ia=173>88.23 A. 27 Sigorta ani kesme akımının hata akımından büyük olduğu görülür. Sonuç olarak sigortanın kısa sürede devreyi kesmeyeceği, trafo topraklaması üzerinde oluşan 176.4 V. luk 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 kısadevre akımı RA = 0 ohm için 112,7 A. dir. 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 belirtelimki şebeke sıfır hattının toprağa nazaran geçiş direnci küçüldükçe, sıfırlama yapılan tesislerin güvenliği artacaktır. 28

ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİ DİREK TOPAKLAMALARI 100 m. 100 A. 1000 kva uk=%6 Y/ 3xPansy+Rose 16 A. R B =1 ohm R A (ohm) Z toplam I E (A.) U E U ts (V.) 2 3,067 74,99 149,9 74,99 1 2,067 111,27 111,27 111,27 0,296 1,363 168,74 50,0 168,74 U E R A Referans toprak 29 U ts V Trafo reaktansı X tr =6/ 100 x0,4 2 / 1=0,0096 ohm. X 1 =X 2 = 0,0096 ohm. X 0 =0,9 x 0,0096 =0,00864 ohm. Şebekenin topraklı tüketiciye kadar olan kısmının direnci ve reaktansı : Rh = 0,6752 x 0,100= 0,06752 ohm Xh = 0,031 ohm Z1+Z2+Z0 = 3,2025 +j 0,1828 reaktanslar ihmal edilerek Hata akımı yolundaki toplam direnç ise R toplam =R A +1,0675 ohm Direkteki toprak elektrodunun R A toprak yayılma direncine bağlı olarak hata akımı ve sıfır hattı potansiyeli için R A (ohm) Z toplam I E (A.) U E U ts (V.) 2 3,067 74,99 149,9 74,99 1 2,067 111,27 111,27 111,27 0,296 1,363 168,74 50,0 168,74 Hat başındaki sigortalar 100 A. lik olup; Ia=580 A. (5s) dir. Ia=580>168,74 A. Yerterli koruma yoktur. 30

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 I n = 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 gözönüne alırsak, direğin elektrot olarak 2 m boyunda NPL 65-65-7 çubuk ile topraklanması halinde, toprak geçiş direnci ρ E =50 ohm.m için 20 ohm dur. 0,396 Ohm luk toplam direncin elde edilmesi ancak global topraklama sistemleri için geçerlidir. 31 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. 32

TESİSATLAR İÇİN AYRI TOPRAKLAMA YAPILMASI HALİ 67m. 49,63 V. M 30m. F N 24m. 15m. Zemin Temel topraklama 188,7 V. Temel topraklama Gerilimler 220 V. luk bir kaynaktan beslenen hata durumu için verilmiştir. Yıldırım halinde gerilimler yükselecektir. 33 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. 34

Mekanik dayanım bakımından, Topraklama elektrodu ve potansiyel dengeleme iletkenleri korozyona karşı dayanıklı malzemeden yapılmalıdır. 1. Topraklama elektrodu en küçük boyutları Topraklamalar Yönetmeliği Ek-A da verilmiştir. 2. 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 Daldırma galvanizli demir olarak bildirilmektedir. 25 mm2 50 mm2 35 Isıl zorlanmalar bakımından, Şebeke nötr noktasının topraklanma şekline bağlı olarak gözönünde 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. 36

SINIRLI AKIM SÜRELERİ İÇİN İZİN VERİLEN EN YÜKSEK DOKUNMA GERİLİMLERİ 1000 9 V 8 7 6 5 4 3 c b U Tp 2 1 100 9 8 7 6 5 4 3 a 3 4 5 6 7 8 9 0,1 2 a: Hayvanlar için kullanılacaktır. b: Eski VDE 141 değerleri. 3 4 5 6 7 8 Akım süresi 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 c: Yeni kabul edilen eğri. Bu eğri sadece Y.G. şebekeleri için kullanılacaktır. t s 37 İzin verilen dokunma gerilimi U TP, aşağıdaki hususlardan birinin yerine getirilmesi ile gerçekleşmiş sayılır. - Söz konusu tesis global topraklama sisteminin bir parçası ise, - Topraklama gerilimi izin verilen U TP 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. 38

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. Bir kutuplı kısa devre akımı: U FN : Faz-Nötr gerilim olmak üzere I k1 = 3.c.U FN / (Z 1 +Z 2 +Z 0 ) Çift toprak kısa devre akımı I KEE = 3/2 I K3 Empedans değerleri: dir. Trafo: Xtr=u k xu FF2 /S S : trafo gücü Xtr = X 1 = X 2 X 0 = 0,8-1,0 /Y bağlama grubu Hava Hatları : X1 = X2 = 0,31-0,35 ohm/km A.Ger Z 0 = Z 1 + 3Z t X 0 / X 1 = 2,8-5,6 = 0,35-0,41 ohm/km Y.Ger 39 SİMETRİLİ BİLEŞENLER METODUNDA EMPEDANSLAR ~ I 1 Z L1 L2 L3 Z 1 = U 1 / I 1 = Z U 1 Zt N ~ I 2 Z L1 L2 L3 Z 2 = U 2 / I2 = Z U 2 Zt N 3I 0 Z L1 L2 Z 0 = U 0 / I 0 = Z +3 Z t ~ U 0 Zt L3 N 40

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. b = 6 m. Derin topraklayıcı (çubuk) (Temel topraklama etki alanı dışında) a = 3 m. Temel topraklama Potansiyel düzenleme D: Temel topraklayıcının çevrelediği alana eşit, alanlı dairenin çapı olmak üzere Temel topraklamanın yayılma direnci R E 2.ρ E /3D ; D=(4.a.b/π) 1/2 D = (4.3.6/π)1/2 = 4,78 m. U E = 13,94.1100 = 15341 V. R E =2.100/3.4,78 = 13,94 ohm 41 Bulunan temas gerilimi çok yüksek olup uygun değildir. Direncin küçültülmesi için 4 adet 2 m. uzunluğunda çubuk derin topraklayıcı ilave edilirse: Çubuk topraklayıcı için R E ρ E / L L: Çubuk boyu R E = 100/2=50 ohm. 4 adet çubuk elektrot, temel topraklayıcı ile paralel çalıştığından istasyon için topraklama direnci 6,59 ohm bulunur. U E = 6,59. 1100 7250 V. Bu değer dahi sözkonusu kısa devre akımı için yüksek bir değer olup ek önlemler alınmasını gerektirir. Yönetmelik Ek-D de bildirilen ek önlemlerin alınması kaydı ile ve hata süresi 0,1 s alınarak (Trafo koruması sigorta ile) U TP = 750 V. ve U E 4.U TP U E max = 3000 V. bulunur. 1100 A. hata akımı için R E = 3000 / 1100 = 2,72 ohm olmalıdır. hesabından Bu istasyonun hava hattı ile beslendiği ve kablo çıkışları olmadığı kabul edilmiştir. 42

Y.GERİLİM TESİSLERİ İÇİN ÖRNEK 2 50 MVA;154/34.5 kv; uk=%12.5 630 KVA;34.5/0.4 kv 3x240 XLPE 6 km. R B =20 ohm 25 mm 2 Cu k1 25 mm 2 Cu R E1 = 1 ohm X tr = X 1 = 12,5 x 34,5 2 /100 x 50 = 2,97 ohm R hat = 6000/ 56 x 240 = 0,44 ohm X hat =X 1 = 0,184 x 6 = 1,104 ohm X 0 =3xX 1 = 8,91 ohm X 0 hat =0,59 x 6 = 3,54 ohm I K1 =c.un 3 /(Z 1 +Z 2 +Z 0 ) = 1,1. 34,5. 3 / (j(4,07+4,07+12,45)+3 x 20+3) 0,99 ka. 43 Topraklama iletkeni: TOPRAKLAMA ve KORUMA İLETKENLERİNİN BOYUTLANDIRILMASI mekanik ve ısıl yönden Yönetmelik Madde 9-e ye göre boyutlandırılacaktır. Mekanik yönden Çizelge-4a şartları sağlanacak, ısıl yönden S=(I 2 t) 1/2 / k bağıntısı kullanılacak, ancak Madde 9e.ii ye göre Çizelge-8 de verilen değerlerin altında olmayacaktır. Koruma iletkeni : Topraklama iletkeni gibi boyutlandırılacaktır. 44

ÖRNEK 3 Örnek 2 deki 50 MVA;154/34.5 kv luk ve 630 KVA;34.5/0.4 kv luk trafoların topraklama hatları için hesaplar: 50 MVA trafo: Çıkış izolatörlerinde bir toprak kısa devresi için bulunacak kısa devre akımı yaklaşık I k2 = 1,06 ka dir. 20 ohm luk direncin bağlantı hattı olarak çıplak bakır iletken kullanılacaktır. 159 (A.s) 1/2 /mm 2 alınarak S=(I 2 t) 1/2 / k bağıntısında t =5s ve k Çizelge-7 den S=(1060 2.5) 1/2 / 159 = 14,9 mm2 25 mm 2 alınır. 630 KVA trafo: Trafo gövdesini potansiyel dengeleme barasına bağlayan iletken, yukarıdaki gibi 0,99 ka. lik Y.G. tarafı kısa devre akımı için 25 mm2 bulunur. 45 Y.Gerilim sistemleri topraklama tesislerinde yapılacak ölçmeler 1. Toprak özdirencinin ölçülmesi: Bu ölçme dört sonda yöntemi ile yapılmalıdır. Wenner Medotu e a a a a > 10 m. e a / 20 olmak üzere ρ E = 2.π.a.R şeklinde bulunur. R (ohm) e?a ölçülen direnç; a ve e (m) cinsindendir. /3 Wenner metodu kullanımı TS.4363 de açıklanmıştır. 46

2. Toprak yayılma dirençlerinin ölçülmesi: Topraklama sisteminin büyüklüğüne göre bir yöntem uygulanır. 3. Topraklama geriliminin tespiti: Yayılma direnci ölçümünde kullanılan yöntemlere göre U EM =R ES xi EM topraklama empedansı x topraklama akımı şeklinde hesaplanır. 47 Y.G. TESİSLERİNDE TOPRAKLAMA DİRENÇLERİ Y.Gerilim tesislerinde çeşitli topraklama dirençleri için tavsiye edilen değerler: İşletme topraklaması R B < 2 ohm Koruma topraklaması R A Koruma düzeneğine bağlı olarak Dengelenmiş şebekelerde R A < 2 ohm Trafo merkezlerinde, direklerde R A < 4 ohm A.G. Ve Y.G. Bağlama tesisleri birleştirildiğinde R A < 1 ohm Parafudr topraklama direnci R A < 5 ohm 48

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. 49 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. 50

ANA POTANSİYEL DENGELEME ŞEMASI İç tesisat L1 L2 L3 N PE ANA PANO L1 L2 L3 N PE Kalorifer boruları Su boruları Banyo,duş Gaz boruları Ana potansiyel dengeleme barası Temel topraklaması 30x3.5 mm. Anten Yıldırımlık ve diğer metal aksam ŞEBEKE Ana pano detayı TT sistemde bu köprü olmayacaktır. 51 Potansiyel dengeleme için diğer bir örnek 52

İLETKEN OLMAYAN MAHALLERDE KORUMA 2.5 m. >2m. YALITILMIŞ YÜZEY 53 TOPRAKLAMASIZ TAMAMLAYICI YEREL EŞPOTANSİYEL KUŞAKLAMA İLE KORUMA Eşpotansiyel kuşaklama iletkeni M İletken yüzey Elektriksel Yalıtım Su borusu veya iletken parça 54

ELEKTRİKSEL AYIRMA İLE KORUMA (İletken Mahaller) 48/220 V. P N PE 220/220 V. P N PE 55 Alçak Gerilim TesislerindeTopraklama,Koruma,Potansiyel dengeleme iletkenlerinin seçimi Topraklayıcının yayılma direnci koruma koşullarına uygun olmalı ve fonksiyonu değişmeden kalabilmelidir. Dış etkilere karşı yeteri kadar sağlam olmalı veya ek mekanik önlemler alınmalıdır. Diğer metal kısımlarla elektrolitik etkileşimle hasara uğramasına karşı önlem alınmalıdır. Topraklayıcılar: -Çubuk veya boru -Şerit veya örgülü iletken -Levha (Tavsiye edilmez) -Temel topraklayıcı -Toprağa gömülü beton içindeki demir donatı -Toprak altındaki diğer uygun metalik yapılar 56

Ancak Yanıcı sıvı veya gazlar için kullanılan borular ile yalıtımı olan borular kesinlikle topraklayıcı olarak kullanılamazlar. Yeni yapılacak binalarda temel topraklayıcı yapılması zorunludur. Yönt.Madde 9b7 TN sistemlerde koruma iletkenleri bina girişinde topraklanmalıdır. Yönt.Madde 8a 3.1 Not 2 57 Topraklama iletkenleri: Minimum kesitler Yönetmelik Çizelge-4a ya göre seçilecektir. Korozyona karşı korunmamış iletkenlerde, Bakır için 25 mm2 Daldırma galvaniz demir için 50 mm2 Minimum değerlerdir. Ana topraklama baraları: Her tesiste bir ana topraklayıcı barası (Potansiyel dengeleme barası) öngörülmek zorundadır. Bu baraya, -Topraklama iletkenleri, -Koruma iletkenleri, -Ana potansiyel dengeleme iletkenleri, Gerektiğinde, fonksiyon topraklaması için kullanılan topraklama iletkenleri bağlanır. 58

Koruma iletkenleri: -ya hesap yolu ile bulunacak -veya Yönetmelik Çizelge-8 e göre Faz iletkeni q?16 q 16 < q?35 16 Koruma iletkeni q>35 q/2 şeklinde alınacaktır. Mekanik olarak korunmamış koruma iletkenleri 4 mm2 den küçük olamaz. Potansiyel dengeleme iletkeni: Tesisdeki en büyük koruma iletkeninin yarı kesitinde, Bakır malzeme için en az 6 mm2 ve en fazla 25 mm2 olacaktır. Yönetmelik Çizelge-4b de ana potansiyel dengeleme ve tamamlayıcı potansiyel dengeleme iletken kesitleri gösterilmiştir. 59 TN sistemde güvenliğin sağlanması Temas gerilimine karşı güvenliğin sağlanması, hata halinde geçecek akımın koruma cihazlarını yeterli süre içinde çalıştıracak boyutta olması ile sağlanır. Ztr Z h1 PEN Ih PE Z h2 Z PE Ztr Z h1 Z h2 ~ Uo Z PEN Z PE Çevrim empedansı Zs Ztr+Z h1 +Z h2 +Z PE +Z PEN Topraklama, korumanın asıl öğesi değildir. Ih Uo Faz nötr gerilimi Ia Koruma cihazı açma akımı Zs < Uo/Ia 60

630 kva uk=%4 TN sistemde güvenliğin sağlanması için örnek Ana Tablo 3x70+35 3x10+6 Mot.Tablosu 10 mm2 Trafo_Ana tablo arası=110 m. Ana tablo - M.tablosu =40 m. Motor bes. hattı = 30 m. 35A gl 173 A. (5s) 3x6 NYY 7.5 kw 6mm2 61 X tr =0,04x0,4 2 /,63 =0,0101 ohm R h1 =110/(56x70) =0,0280 ohm R h2 =40/(56x10) =0,0714 ohm R h3 =30/(56x6) =0,0892 ohm R PE = Rh2+Rh3 =0,1606 ohm R PEN = 110/(56x35 ) =0,0561 ohm R PEN = 0,4053 ohm. Zs=0,4053+ j0,0101 Z S =0,4054 ohm Çizelge-10 dan 35 A. Zs değerleri 0,4 s için 0,6 ohm. Koruma sağlanmıştır. 62

TN sistemde fark akım anahtarı kullanılırsa çevrim empedansı hesaplanmasına gerek yoktur. (Madde 10 c6.1.2.3.iii) Zs=Uo / I n U 0 =230 V. ve 30 ma lik fark akım anahtarı için hata yerindeki geçiş empedansı dahil Zs=7660 ohm bulunur. Fark akım anahtarlarının korudukları cihazlar, gövdelerinde, temas gerilimi 25 V. u aşmayacak şekilde toprakla irtibatlandırılmalıdır. toprak geçiş direnci dahil TN sistemlerde fark akım anahtarı 25 V / 30 ma = 833 ohm yeterli güvenlik sağlar. 63 TOPRAK FARK AKIMI ANAHTARI KULLANILMASI HALİ 3x70+35 3x10+6 TT halinde Köprü yok ve noktalı yol geçerli 10 mm2 16A gl 70 A. (5s) I n =30mA; I n =16 A. 2x2,5+2,5 boru içinde fark akım anahtarı kullanılması halinde Toprak geçiş direnci 800 ohm dan küçük olmalıdır. 2,2 kw 64

Ayrık, çift beslemeli beslemede sorunlar L1 L2 L3 N PE R B L1 L2 L3 N PE R B U N PE Bir fazlı cihaz N iletkeni birleştirilmemiş çift beslemeli bir TN sistemde PE iletkeni üzerinden kaçak akımlar akar ve potansiyel farklılıkları oluşur. 65 A.G. Şebekelerde bir topraklama problemi 630 kva uk=%4 125 A 150 m. 3xPANSY+ROSE R B1 R E R B2 Alçak gerilim hava hatlarında kopma meydana gelmesi halinde, koruma iletkeni ve buna bağlı açıktaki iletken bölümlerde toprağa göre 50 V. u aşan potansiyel farkları oluşmamalıdır. 66

Trafodan 150 m. uzaklıkta hattın koparak yere düşmesi halinde: Hattın koptuğu yerde toprak öz direnci r E =50 ohm.m Xtr = 0,04 x 0,4 2 / 0,63 =0,0101 ohm Rh = 0,675 x 0,15=0,10125 ohm Xh = 0,325 x 0,15 = 0,0487 ohm Nötr toprak arası eşdeğer direnç R B = 2 ohm. Hata yerinde toprağa geçiş direnci R E =3xr E /l R E =3 x 50/ 40 =3,75 ohm Yere düşen bir hat için 40m. uzunluk kabul edilmektedir. I E = 230/(2+3,75) = 40 A. Hat ve trafo empedansları ihmal edilmiştir. 40 A. lik bir hata akımı devreyi kestirmez. PEN iletkeni potansiyeli 2 x 40 = 80 V. a yükselir. 50 V. luk limitin üzerindedir. (Madde 8a 3.7) 67 630 kva uk=%4 125 A A.G.ŞEBEKELERDE DİĞER BİR ÖRNEK 3xPANSY+ROSE R B1 = 4 ohm 69.2 V. 55 55 65 kw R B2 =4 ohm Benzer olaylar nötr kopmalarında da yaşanır. R B1 =R B2 = 4 ohm ve kopma sırasında dengesiz yük 10 kw olsun. Zdyük = 230 2 / 10000 = 5,29 ohm Çevrim empedansı Zs= 5,29+4+4 =13,29 ohm Hat ve trafo empedansları ihmal edilmiştir. Devreden geçen akım = 230 / 13,29 =17.3 A. R B2 üzerinde gerilim = 4 x17,3 = 69.2 V. 50 V luk limitin üzerindedir. (Madde 8a 3.7) 68

630 kva uk=%4 A.G.ŞEBEKELERDE NÖTR HATTININ POTANSİYELİ 125 A 3xPANSY+ROSE R B1 = 4 ohm V U nötr 45 45 65 kw 110 m. R e =10 ohm. R B2 =4 ohm A.Gerilim şebekelerinde yük her zaman dengesiz olabilir. Bu sebeple nötr hattından akım akar. Dengesiz yük 20 kw olsun. I nötr =20 / 0,22= 90,9 A Rose iletken direnci 1,354 ohm/km Voltmetrenin ölçtüğü değer U nötr = 1,354 x 0,11 x 90,9 = 13,53 volt. Re topraklama direncinin değeri yukarıdaki sonucu değiştiremez. 69 16 mm 2 Cu M M 25 mm 2 Cu 3x35+16 PEN 3x120+70 L1 L2 L3 PE N Koruma iletkenleri Yönet. çizelge 8 e PD 25 mm 2 Cu Potansiyel dengeleme barası Potansiyel dengeleme iletkenleri Yönet. Çizelge 4b ye göre PD 25 mm 2 Cu 25 mm 2 Cu 70

Priz Üç fazl1tüketici 6 mm 2 Cu 2x2.5+2.5 4x10 10 mm 2 10 mm 2 Cu L1 L2 L3 N PE PD 6 mm 2 Cu Potansiyel dengeleme baras1 PD 6 mm 2 Cu 25 mm 2 Cu L1 L2 L3 PEN 71 KORUMA HATLARI İÇİN ÖRNEK TESİSAT ŞEMASI 100 A. 63 A. FAA Nötr FAA dan önce topraklanacaktır. I n =300 ma N P=29.7 kva L N PE 25 A. 4x10 10 mm 2 25 mm 2 Cu Temel topraklama FAA I n =30 ma 6 A. 2x2.5 16 A. 2x2.5+2.5 9500 VA 72

A 1000kVA;34.5/0.4 kv;uk=% 6 150 mm2 ; 2s ;10m. 80x10 boyalı G 30 m 80x5 boyalı 1250 100x10 kva 100x5 Büyük güçlü bir tesis için topraklama sistemi 3x120+70 80 KVA UPS 150 kw 16 16 250 kva 3x185+95 2x2.5+2.5 60kW 3x50+25 150 mm2 cu 10m. 3x16 2x2.5+2.5 Smax/2 M 30 kw 5 Adet eş çıkış ISITICI 2.5 kw PRİZ 150 mm2 Cu eşdeğeri 30x3.5 galvaniz şerit ile ağ topraklayıcı 73 Trafo için hesap: X 1 =X tr X tr = 0.06x0.4 2 /1 = 0.0096 ohm X 0tr = 0.95xX 1 = 0.00912 ohm X nötr = 0.0036 ohm R nötr = 0.00133 ohm R PE = 0,0014 ohm (10 m için.) X PE = 0,0012 ohm (10 m için.) A ile gösterilen bağlantı yok ise, faz hattından gövdeye atlama için eşdeğer şema: X tr U FN R nötr X nötr R PE X PE Z=3(0,00133+2x0,0014)+j(2x0,0096+0,00912+3x0.0036+3x0,0012) Z = 0,0444 ohm 74

I k1 = 1,1 x 3 x 0,220/ 0,0444 = 16,35 ka S=(I 2.t) 1/2 /k t =2 s k = 159 A.s 1/2 /mm 2 S=145,54 mm 2 Sn=150 mm 2 Generatör için hesap: X g = 0,12x0,4 2 /1,25 = 0,016 ohm X 0g =(0,4-0,6) X g = 0,005 ohm Z=3(0,00133+2x0,0014)+j(2x0,016+0,005+3x0.0036+3x0,0012) Z = 0,0528 ohm I k1 = 1,1 x 3 x 0,220 / 0,0528 = 13,75 ka t =2 s k = 159 A.s 1/2 /mm 2 S=122,3 mm 2 Sn=150 mm 2 A ile gösterilen bağlantı varsa gövde kısa devresinde akım bu bağlantıdan geçer. Z = 2 x 0,0096 + 0,00912 = 0,02832 ohm I k1 = 1,1 x 3 x 0,220 / 0,0283 = 25,65 ka t =2 s k = 159 A.s 1/2 /mm 2 S = 228,1 mm 2 Sn=240 mm 2 75 IT-Sistemin hastanalerde uygulanışı IEC 60 364-710 T Z Yalýtým izlem e düzeneði PE Temel topraklama PE İkaz Ameliyat masası Kalorifer Dr.İ.kaşıkçı 76

Ölçme ve kontrollar İmal edilmiş olan bir topraklama tesisi, işletmeye alınmadan önce gözle muayene edilmeli ve deneyden geçirilmelidir. Deney ve kontrollar, - Koruma, ana ve tamamlayıcı potansiyel dengeleme iletkenlerinin sürekliliklerinin kontrolu, -Tesisin yalıtım direncinin denetlenmesi, - Toprak özdirencinin belirlenmesi, - Topraklama direncinin tesbiti - Beslemenin otomatik açma işlemi ile kesilip kesilmediğinin kontrolu, işlemlerini kapsar. 77 ÇEVRİM EMPEDANSININ ÖLÇÜLMESİ L1 L2 L3 N Sigorta V R Z Çevrim empedansı U 1 Yük yokken ölçülen gerilim U 2 Yük bağlı iken ölçülen gerilim I R Yük direncinden geçen akım olmak üzere Z=(U 1 -U 2 )/I R dir. A PE 78

Toprak özdirencinin bilinmesine, proje aşamasında ihtiyaç vardır. Elektrotların yerleştirilmesi aşamasında projede öngörülen değerin tutup, tutmadığı kontrol edilmelidir. TN sistemlerde dolaylı dokunmaya karşı koruma için aşırı akım düzenleri kullanılıyorsa; proje aşamasında seçilen iletken kesitlerinin her açma zamanı için gerekli olan akıma uygun olup, olmadığının kontrolu gerekir. Hata akımı (fark akım) koruma düzeni kullanıldığında - Anahtarın koruma bölgesinde meydana getirilen bir hata akımı ile, - Anahtarın kendi anma akımına ulaştığında açtığı; bu arada tesis için kararlaştırılan,izin verilen sürekli dokunma geriliminin aşılmadığı ispatlanmalıdır. 30 ma lik bir hata akımı (fark akım) koruma anahtarı için, anahtarın koruduğu işletme elemanları gövdelerinde ölçülen en büyük topraklama direnci 800 ohm olmalıdır. 79 A.G. tesislerinde çevrim direnci değerleri A.Gerilim tesislerinde çevrim dirençleri için Yönetmelik Çizelge-10 ve Çizelge -11 değerleri geçerlidir. 80

Y.G. ve A.G. sistemlerinde topraklama tesislerinin birleştirilmesi Bir yüksek gerilim tesisinde, toprak hatası esnasında, alçak gerilim şebekesinde veya tüketim tesislerinde tehlikeli dokunma gerilimleri ortaya çıkmaz ise iki sistemin topraklaması birleştirilebilir. Yukarıdaki koşulların yerine getirilememesi durumunda Y.G. ve A.G. topraklama tesisleri mutlaka ayrılmalıdır. Y.G.de meydana gelen hata sonucu oluşan potansiyel yükselmesi, alçak gerilim tesislerinde, Yönetmelik Çizelge-13 de verilen değerlerden küçük olmalıdır. 50 kv un altındaki işletme gerilimli tesislerde Y.G. ve A.G. sistemleri topraklayıcıları arasındaki uzaklık en az 20 m. olmalıdır. YG.tesislerinin içinde bulunan AG. İşletme araçlarının gövdeleri koruma iletkeni yolu ile YG. Topraklama tesisine bağlanır. 81 TN sistemde topraklamaların birleştirilmesi U 1 L1 L2 L3 I E PEN U 0 : Faz-Nötr gerilim U E = R E.I E U 2 Potansiyel dengeleme Temel topraklama U F U 1 = U 0 U 2 = U 0 U f = U E R E U E U TP U E 2.U TP PEN iletkeni tek noktada topraklı PEN çok noktada topraklı 82

TN sistemde toprakların ayrılması U 1 L1 L2 L3 I E U 0 : Faz-Nötr gerilim U E = R E.I E Min 20 m. R B U 2 PEN U F U 1 =U E +U 0 R E U 2 =U 0 UF=0 83 TT sistemde topraklama sistemlerinin birleştirilmesi U 1 L1 L2 L3 I E U 0 : Faz-Nötr gerilim U E = R E.I E U 2 Potansiyel dengeleme Temel topraklama N PE U F U 1 =U 0 R E U 2 =U E +U 0 UF=0 Zorlanma gerilimi açısından: U 2? 250 V. t f >5 s Yalıtılmış, kompanze edilmiş şeb. U 2? 1200 V. t f 5 s Yıldız noktası direkt topraklı şeb. 84

TN sistemde topraklamaların birleştirilmesi I E U 0 : Faz-Nötr gerilim U E = R E.I E U 1 = U 0 U 2 = U 0 U f = U E R E I E = 700 A. R E = 1,5 ohm U E = 1050 V. U 1 U 2 Potansiyel dengeleme Temel topraklama L1 L2 L3 PEN t F = 0,5 s. U TP = 200 V. Nötrler birleştirilmez I E = 1000 A.;t F = 0,5 s. PEN çok noktada topraklı ve R E < 0,4 ohm ise nötrler birleştirilebilir. U F U E U TP U E 2.U TP PEN iletkeni tek noktada topraklı PEN çok noktada topraklı 85 Alçak gerilim hava hatları için topraklamalar I E L1 L2 L3 PEN U F R E 86

Alçak gerilim şebekelerinde direklerin metal kısımları, A.Gerilim şebekesi nötr hattına bağlanmalı ve direk alt ucundan uygun bir toprak elektroduna irtibatlanmalıdır. Y.Gerilim hattı taşıyan müşterek direklerde ve trafo direklerinde aynı işlem uygulanır. Bu durumda A.Gerilim ve Y.Gerilim şebekelerinin nötrünlerinin birleştirilmesi için istenen şartlarda yerine getirilecektir. ÖRNEK: A 34,5 kv luk bir dağıtım trafosunu besleyen indirici merkezde 34.5 kv luk şebeke nötrü, direnç üzerinden topraklanmış olup; şebeke en büyük toprak kısa devre akımı 1100 A. dir. Dağıtım trafosundan 4 adet alçak gerilim hava hattı çıkmakta ve beheri 10 adet direkten oluşmaktadır. Direkler alçak gerilim şebekesi nötrüne bağlanmış ve ayrıca topraklanmıştır. Y.Gerilim hat başı kesicisinin 1 s. de devreyi kestiği kabul edilmiştir. Direklerin toprak geçiş dirençleri ne olmalıdır? Y.Gerilim hattından trafo kazanına veya direklere atlama olursa topraklamaların birleştirilme şartı sağlanır mı? 87 A.Gerilim hattı çok yerden topraklanmıştır. Çizelge-13 e göre U E 2.U TP ve Şekil 6 ya göre 1 s. için U TP = 100 V. dur. U E = 200 V. aşılmamalıdır. Kısa devre akımı 1100 A. için nötr hattı toplam geçiş direnci 200/1100 = 0,204 ohm bulunur. 40m. Uzunlukta; 30 mm x3,5 mm galvanizli demir şerit ile topraklama elektrodu yapılması halinde, toprak özdirenci 100 ohm.m ise geçiş direnci 4,74 ohm dur. 10 direk paralel bağlı olduğuna göre 1 çıkış hattı için toplam geçiş direnci 0,474 ohm olur. Direk arası 40 m. kabul edilirse, trafodan son direğe kadar toprak içinde devam eden bir topraklama, tüketicilerle birlikte global topraklama elde edilir. Yönetmelik madde 11-c şartı yerine gelmiştir. 88

ÖRNEK: B Yukarıdaki örneği müşterek direkli olmayan bir hat için hesaplayalım. A.Gerilim şebekesi faz hattından direğe bir atlama olması durumunda, hat başında bulunan aşırı akım koruyucusu (genellikle eriyen telli sigorta) 5 s. içinde devreyi kesmeli temas gerilimi 50 V. u aşmamalıdır. Burada koruma nötr hattı üzerinden olmakta, toprak geçiş direnci korumanın esas elemanı değildir. Çevrim direnci, sigortalar için Yönetmelik Çizelge 10 da verilen en büyük çevrim direncinden küçük olmalıdır. Nötr hattının kopması halinde, yük tarafında kalan nötr hattı ile toprak arasındaki toplam geçiş direnci R B 50 / I dyük şeklinde olmalıdır. I dyük : Nötrden geçen akım 89 TEMEL TOPRAKLAMA Dilatasyonlarda esnek bağlantı Bağlantı filizi Pot.D.B. Temel topraklama 30x3.5 mm Yıldırımlık bağlantı filizi Boyutlar büyük ise 20x20 m. gözler yapılmalıdır. 90

TEMEL TOPRAKLAMA DETAY Toprak Yalıtım Temel Drenaj Bodrum dış duvarı En az 150 cm. lik bağlantı filizi Zemin betonu ~ 5 cm Bodrum dış duvarı Bağlantı filizi Zemin betonu Temel ~ 5 cm Tespit elemanı Temel topraklayıcı Temel topraklayıcı Demir donatısı bulunmayan temel Demir donatısı bulunan temel 91 Max.yer altı su seviyesi Yalıtım Bağlantı filizi Bodrum dış duvarı Temel Bina yalıtımının içinde kalan temel 92

Temel topraklama hesabı örneği 6m.x 8 m. boyutunda bir binada temel topraklayıcının geçiş (yayılma) direncini hesaplayalım. Toprak özgül direnci 150 ohm.m olarak verilmiştir. Topraklayıcıya eşdeğer dairenin çapı, D=(4.a.b/p) 1/2 =(4.6.8/p) 1/2 = 7,8 m R A 2.r E / 3D R A =2. 150 / 3. 7,8 =12,8 ohm. 93 Diğer elektrot tipleri için geçiş direnci hesapları Gözlü topraklayıcı b m adet D = (axb/π) 1/2 L = a.n + b.m R E = ρ E / 2D + ρ E / L A n adet D R E : Topraklama direnci D : Gözlü topraklayıcının eşdeğer daire alan çapı ρ E L : Özgül toprak direnci : Topraklayıcı toplam iletken uzunluğu 94

Çubuk topraklayıcı (Derin topraklayıcı) Yaklaşık hesap: R E = ρ E / L Başka elektrot varsa >2L L Toprak L d d 95 Şerit topraklayıcı R L ln ρ E 2L = ln 1+ 2H 2πL d L ln d E 2 PDB d = 2(b+s)/π L b s L H Levha topraklayıcı Günümüzde önemini yitirdiğinden tavsiye edilmemektedir. Yıldız topraklayıcı ve diğerleri için Yönetmelik Ek-T kullanılabilir. Hesaplarda Yönetmelik Ek-K de verilen direnç eğrilerinden de yararlanılabilir. 96

ELEKTROTLARIN KARŞILAŞTIRILMASI ÇUBUK ŞERİT GÖZLÜ LEVHA D Gömme derinliği (m) 0,50 Çubuk çapı = 0,025 m. 30x3,5 mm Çubuk boyu (m) Re (ohm) Şerit boyu (m) Re (ohm) Boyut Eşdeğer çap (m) İletken uzunlığu (m) Re (ohm) Yüzey (m2) Kenar boyu(m) Re (ohm) Gömülme derinliği (m) 0,5 139,48 0,5 100,46 4x5 5,64 20,00 13,87 0,50 0,71 47,14 0,5 1 80,77 1 72,29 4x5 5,64 25,00 12,87 1,00 1,00 33,33 1 1,5 58,15 2 47,18 4x5 5,64 30,00 12,20 1,5 1,22 27,22 1,5 2 45,90 5 24,70 6x6 6,77 30,00 10,72 2 1,41 23,57 2 2,5 38,14 10 14,56 6x6 6,77 36,00 10,16 2,5 1,58 21,08 0,5 3 32,75 15 10,57 6x6 6,77 42,00 9,77 3 1,73 19,25 1 3,5 28,77 20 8,38 6x6 6,77 48,00 9,47 1,5 3,6 28,10 30 6,02 2 3,7 27,46 40 4,74 0,5 3,8 26,85 50 3,94 1 4 25,71 100 2,19 1,5 4,5 23,27 2 5 21,28 5,5 19,62 6 18,22 6,5 17,01 7 15,96 7,5 15,05 97 Ek-F:ÝÞLETM E ELEM ANLARININ VE TESÝSLERÝN TOPRAKLANM ASIÝÇÝN ÖZEL ÖNLEMLER F.1 Elektrik kuvvetli akım tesisleri etrafındaki çitler: Çıplak metal çitler topraklanmak zorundadır. Bunun için, örneğin her köşede birden fazla topraklama noktası kullanılmak zorundadır. Yerel şartlara uygun olarak (çitin topraklama tesisinin içinde veya dışında olması durumuna göre) toprak bağlantısı, ya YG topraklama sistemine bağlantı yapılarak veya özel topraklayıcılarla yapılmalıdır. Yalıtkan malzeme ile kaplanmış çitlerin çıplak metal kısımları topraklanmak zorunda değildir. Bir tesisi çevreleyen çitteki bütün mekanik kesintiler (örneğin kapılar), çit bölümleri arasında tehlikeli potansiyellerin meydana gelmesi önlenecek şekilde bağlanmalıdır. 98

F.2 Metal borular: Transformatör merkezi içerisindeki metal borular istasyona ait topraklama tesisiyle bağlanmalıdır. Transformatör merkezi dışından gelen örneğin su beslemesi için kullanılan metal boruların kullanılmasından kaçınılmalı ve bunun için metal olmayan malzemeler kullanılmalıdır. F.3 Demiryolu rayları: Transformatör merkezi sahası içinden geçen ve elektrikli olmayan demiryolu sistemlerindeki raylar transformatör merkezine ait topraklama sistemine bağlanmalıdır. Transformatör merkezinin sahası sınırında, demiryolu sisteminin diğer kısımlarıyla elektriksel ayırmanın sürekliliğini sağlamak üzere uygun yalıtkan ray ekleri öngörülmelidir. Bazı durumlarda, tren vagonlarıyla köprülemeyi önlemek için iki yalıtkan ray eki gerekli olabilir. Ray kenarındaki kumanda yerlerine özel dikkat gösterilmelidir. 99 Önlemlerin tespitinde demiryolu sistemi işletmecisiyle bilgi alışverişinde bulunulmalı ve bunun dışında Madde 6-c deki tespitler göz önüne alınmalıdır. F.4 Direk tipi transformatörler ve direk tipi anahtarlama elemanları: Sadece bir transformatörün yerleştirildiği direkler söz konusu olduğunda küçük bir topraklama tesisi (örneğin, derin topraklayıcı, halka topraklayıcı veya iletken malzemeden yapılmış direğin temeli) bir transformatörün topraklanması için gerekli şartları sağlar. Genel olarak çelikten veya başka bir iletken malzemeden yada betondan yapılan direklerin üzerine bulunan anahtarlama tesisleri topraklanmalıdır. Kumanda yerlerindeki topraklama tesisi, en azından eş potansiyel dengelemeyi sağlayacak bir topraklama ağıyla yapılmalıdır. Eğer kumanda için bulunulan yerin yalıtılması yapılmışsa veya anahtarlama işlemi yalıtkan bir düzenek yardımı ile yapılıyorsa (örneğin, yalıtılmış aletlerle, çubuklarla veya eldivenlerle), küçük bir topraklama tesisi (örneğin, derin topraklayıcı veya halka topraklayıcı) yeterli olabilir. F.5 Ölçü transformatörlerinin sekonder devreleri: Sekonder ucuna yakın bir noktadan topraklanacaktır. 100

F.6 Direkler: Direk topraklamaları, tüketici cihazlarının topraklanması ile aynı karakterdedir. Aynı tip koruma şekil ve şartları geçerlidir. Kaynaklı direkler ve demir donatısı birbiri ile sıkı bağlı (kaynaklı) beton direklerde, direk boyunca iletkene gerek yoktur. Ağaç direklerde yağmur şartları için traversden itibaren koruma hattı çekilmelidir. A.G. Kablo şebekelerinde: Ek yerlerinde metal koruyucu kılıf, zarf v.s.devamlı olmalı, kesintiye uğramamalıdır. Şebeke sistem tipinin gerektirmesi durumunda, hat sonlarında işletme topraklaması yapılacaktır. 101 Bilgi işlem cihazlarında istenmeyen durum TN-C PEN L1 I G Ekran U? I G Bilgi işlem hattı I G Ekranlar iki uçda topraklanmış Bina Metal borular 102

Bilgi işlem cihazları için önerilen şekil TN-S PE N L1 Ekran U 0 Bilgi işlem hattı Ekranlar iki uçda topraklanmış Bina Metal borular 103 Lightning Protection Equipotentialization for Line Entries Lightning Protection Equipotentialization EBB PS Water External LPS Gas Cathodic protection of filler pipe Z Foundation earth electrode DEHN+SÖHNE GMBH+CO.KG 104 S532/3e 532-3e.ppt / 08.09.97

External Lightning Protection System (Interception System, Down Conductor, Foundation Earth Electrode) Foundation earth electrode DHEN+SÖHNE Gmbh+CO.KG 105 S801e_a 801e_a.ppt / 09.09.97 İletişim sistemi işletme ve koruma topraklamasına örnek B G D U L1 N A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FPE B G D U L1 N A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FPE Ek topraklama iletkeni 106

A Topraklama birleştirme iletkeni B İletişim düzeni D İletişim tesisine ait akım beslemesi FPE Fonksiyon topraklaması ve koruma iletkeni G Akım kaynağı Topraklama birleştirme iletkenine yapılabilecek bağlantılar 1 Koruma iletkenleri PE 2 İletişim tesisi topraklayıcısı 3 Temel topraklayıcı 4 İletişim kabloları dış kılıfları 5 Bina çelik hasırı 6 Bina içi iletken su boruları 7 Kalorifer tesisatı 8 Yıldırıma karşı koruma topraklayıcısı 9 Topraklayıcılar 10 Fonksiyon topraklaması ve koruma iletkeni FPE 107 - Koruma iletkeni PE - PEN iletkeni - 1 kv un üstündeki gerilimlerde transformatörlerin A.G. tarafındaki yıldız noktaları - İletişim sistemininmerkezi beslenmesi durumunda,besleme tesisinin topraklanan kutbu (FPE) - İletişim cihazları fonksiyon topraklama iletkeni (FE) ( A ) Topraklama birleştirme iletkenine yapılabilecek bağlantıların mutlaka yapılması zorunludur. Yönetmelik Madde 18-C1 Fonksiyon topraklaması iletkeninin (FE) parçaları için en küçük kesitler Yönetmelik Çizelge-17 de verilmiştir. 108

Yönetmelikte bilgi-işlem cihazlarının tesisine ait tavsiye mahiyetinde çeşitli şekiller verilmiştir. H UV L1 L2 L3 PE N PA 8 5 5 6 Sinyal hattı 4 4 2 3 3 3 3 3 3 Ekran 2 Ref.iletken Cihazın ref.iletkeni Gövdeye izin verilen bağlantı A 9 M 1 A :topraklama birleştirme iletkeni H :Ana tablo M :İletişim tesisinin bulunduğu yerde potansiyel dengelemesi için yüzeysel topraklama PA:İletişim tesisinin bulunduğu yerde potansiyel dengeleme barası UV:Alt dağıtım panosu 109 110

111 Yeni Yönetmeliğin getirdikleri 1.Uluslar arası topraklama standartları yönetmeliğe alınmıştır. 2.Temel topraklama yeni tesislerde kesinlikle uygulanacaktır. 3.Fark akım koruma cihazları tüm sistemlerde uygulanmalıdır. 4.Potansiyel dengeleme tesis edilecektir. 5.A.G. ve Y.G. Tesislerinin birleştirilmesi veya ayrılması daha fazla açıklık kazanmıştır. 6.Dokunma gerilimi A.G. de 50 V.; Y.G. de 75 V. alınacaktır. 7.İletişim sistemleri potansiyel dengelemesi ve topraklama şekli açık olarak belirtilmiştir. 8.Levha topraklayıcı kullanılması önerilmemektedir. 9.Eski yönetmelik k katsayıları yerine IEC 60464 de verilen faktörler alınacaktır. Öneriler 1. Elektrik İç Tesisleri Yönetmeliği, Topraklamalar yönetmeliği ile uyumlu hale getirilmelidir. 2. 2. Genel Alçak gerilim şebekesi için tek bir sistem seçilmeli ve tüketicilerde bu sisteme uydurulmalıdır. 112

Son Sözler: Bu çalışmanın hazırlanmasına, kıymetli eleştirileri ile katılan ve döküman temininde yardımlarını esirgemeyen meslektaşlarım sayın Sabri Günaydın, Sayın Levent Dirlik ve Sayın Tuncay Çaylı ya teşekkür ederim. Yararlanılan kaynaklar 1- Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Ankara 2001 2- Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği Uygulama kitabı Basım halinde Dr. İ.Kaşıkçı 3- Elektrik Tesislerinde Topraklama Prof.Dr.Mustafa Bayram İ.T.Ü.Kütüphanesi 4- Elektrik Tesislerinde Toprak Kısa Devresi ve buna karşı Koruma Prof.Dr.Mustafa Bayram 5- Electrical Installation Handbook C1 Günter G. Seip Siemens AG 6- Switchgear Manual 9th Ed. ABB 113