ELEKTĐK TESĐSLEĐNDE TOPAKLAMALA 21.08.2001 TAĐHLĐ YENĐ YÖNETMELĐĞĐN GETĐDĐKLEĐ Not : Bu çalışma Elk.Y.Müh. Taner ĐĐZ tarafından Elektrik Mühendisleri Odası eğitimlerinde kullanılmak üzere hazırlanmıştır. EMO dışındaki firma, kurum ve kuruluşlar tarafından kullanılması ya da metinlerin değiştirilmesi halinde hazırlayandan olur alınması etik kuralları açısından gereklidir. 1337. Sokak No:16/8 Çankaya-ĐZMĐ Tel/Faks: 0 (232) 489 34 35, E-posta: izmir@emo.org.tr 1
ĐÇĐNDEKĐLE 1.GĐĐŞ 2.BĐĐNCĐ BÖLÜM Amaç, Kapsam, Uygulama ve Tanımlar 3.ĐKĐNCĐ BÖLÜM Yüksek Gerilim Tesislerinde Topraklama 4.ÜÇÜNCÜ BÖLÜM Alçak Gerilim Tesislerinde Topraklama 5.DÖDÜNCÜ BÖLÜM Yüksek ve Alçak Gerilim Sistemlerinde Topraklama Tesislerinin Birleştirilmesi 2
6.BEŞĐNCĐ BÖLÜM Đletişim Sistemleri ve Bilgi Đşlem Tesisleri için Topraklama Kuralları 7.ALTINCI BÖLÜM Yürürlükten Kaldırılan Hükümler 8.EKLE 9.SONUÇ 3
YÜKSEK GEĐLĐMDE DAĞITIMŞEBEKELEĐ 4
U F F L1 L2 L3 Z U T K L 1, L 2, L 3 : Faz iletkenleri. Z: Yıldız noktası topraklama empedansı. K: L 3 fazındaki toprak hatası. U FF : Arıza öncesi fazlar arası etkin gerilim. U T : L 3 fazında K gibi bir toprak hatası oluştuğunda sağlam faz iletkenlerinin toprağa karşı gerilimi. 5
Tanım: Üç fazlı bir alternatif akım şebekesinde, bir toprak hatasından sonra, U T / U FF oranının alabileceği değere topraklama katsayısı denir ve e harfi ile gösterilir. 6
Yıldız noktası nötrünün topraklama şekline göre 5 değişik tür YG dağıtım şebekesi vardır. 1) Yıldız noktası yalıtılmışşebeke; Z L1 L2 L3 C E C E C E I CE I F 7
2) Toprak teması kompanze edilmiş şebeke; X<< olmak üzere Z +jx L1 L2 L3 X D I D I CE 8
3) Yıldız noktası direkt olarak topraklanmışşebeke; Z 0 N I'' k3 L1 L2 L3 I'' k1 9
4) Yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmış şebeke; Z L1 L2 L3 I'' k1 5) Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmışşebeke (2 ve 4 ün karması); 10
Yıldız noktası yalıtılmış şebekelerde 0,8 < e 1 Yıldız noktası topraklanmış şebekelerde e 0,8 dir. Yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmış şebekeler yalıtılmış şebeke sayılır. 11
Tanım: Yıldız noktası yalıtılmış ya da bobin üzerinden topraklanmış şebekelerdeki toprak hatasına toprak teması denir. Bu durumda e 1 olur. Toprak teması oluştuğunda hata yerinde sağlam fazların toprağa karşı gerilimleri; hatadan önce hata yerindeki fazlar arası gerilim değerine yükselir. 12
Örnek: Toprak teması durumunda gerilim artışı yüzde kaç olur? Hatadan önce sağlam fazların toprağa karşı gerilimi U n / 3 iken; hatadan sonra fazlar arası gerilim değerine yani U n e yükselir. U n U ( U ) n / 3 3 1 0,73 % 73 n / 3 Yani artış, faz gerilimi cinsinden %73 kadardır. Bu durum şebekede birkaç saat sürebilir. 13
Tanım: Yıldız noktası direkt ya da direnç üzerinden topraklanmış şebekelerdeki toprak hatasına toprak kısa devresi denir. Yıldız noktası direkt topraklanmış şebekelerdeki toprak kısa devre akımı, direnç üzerinden topraklanmış şebekelerdeki toprak kısa devre akımına göre daha büyüktür. 14
Ulusal ağ şebekemizde 25 MVA nın üzerindeki 154 / 34,5 kv trafoların yıldız noktaları; -Havai hat çıkışlı merkezlerde 60 Ω, -Kablo çıkışlı merkezlerde 20 Ω dirençle topraklanmıştır. Bu durumda havai hatla beslenen 34,5 kv YG şebekelerde faz toprak kısa devre akımı I k1 34500 / 60 3 300 A ile Kablo çıkışlı 34,5 kv şebekelerdeki faz toprak kısa devre akımı ise I k1 34500 / 20 3 1000 A ile sınırlıdır. 15
Örnek: 20 kv bir YG şebekesinde toprak temas akımının hesaplanması istenmektedir. Bu amaçla bu şebekeyi besleyen 110 / 20 kv trafo merkezinde 25 MVA yıldız noktası izole bir trafo vardır. Bu merkezden 20 km bir kablo hattı ile uzunlukları 45 km, 55 km ve 60 km olan 3 adet havai hat çıkmaktadır. Bu şebekede bir fazlı toprak teması oluştuğunda toprak akımını hesaplayınız. 20 kv kablonun birim kapasitesi 0,3 µf/km ve 20 kv havai hattın birim kapasitesi 5 nf/km dir. 16
ω I CE 2 πf 2π50 3ω (cl).(u n 314 / 3) [( 6 ) 9 ( )]( 3 ) 0,3.10.20 + 5.10. 44 + 55 60. 20.10 / 3 ICE 3.314. + I CE 3.314.(6.10 6 + 0,8.10 6 ( ) ) ( 3 ) 20.10 / 3 I CE 3.314.(6,8.10 6 ) 20.10 3 / 3 I CE 74 A 17
Örnek: Bir önceki şebekede, toprak teması kompanze edilmek isteniyor. Tam kompanzasyon durumunda yıldız noktası ile toprak arasına bağlanacak bobinin değerleri ne olur? Bobin reaktansı X U I / 3 20.103 74 / 3 n CE 156Ω Bobinin gücü Q Un 20.103 ICE 74 3 3 0,855 MVAr 18
Örnek: Toprak teması artık akımı I res in hesabı: U λ : Faz toprak gerilimi I CE I CE : Kapasitif toprak akımı I Dx : Bobin akımının aktif bileşeni I Dy : Bobin akımının reaktif bileşeni : Bobin direnci φ I D x U λ X: Bobin reaktansı & I D <<X U + λ jx U + λ jx jx jx jx 2 + X 2 U λ I Dy I D & I D λ j λ 2 2 2.U + X XU + X 2 I Dx λ 2.U + X 2 I Dy λ 2 X.U + X 2 19
20 Kompanzasyondan sonrası için Ires e toprak teması artık akımı denir. ise artık akım kapasitif, ise artık akım endüktiftir. λ ω U λ X X C 3 j X U I 2 2 2 2 res + + + & 2 2 X X C 3 + > ω 2 2 X X C 3 + < ω
21 <<X olduğundan yaklaşıklıkları kabul edilebilir. 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 X ) X ( 1 ) X (1 1 ) X (1 X + + + X 1 ) X X(1 1 ) X (1 X X X X 2 2 2 2 2 2 2 + + +
Bu durumda I res için yaklaşık olarak & I res X2 1 Uλ + j(3ωc ) U λ X ifadesi bulunur. Tam kompanzasyon durumunda 1 3 ωc olur. Böylece 3 ωc 0 olacağından Ires Uλ yazılabilir. X 2 X & I U X.X X res λ I CE 1 X sonucuna ulaşılır. 22
Buradan görülüyor ki, tam kompanzasyon durumunda artık akım kapasitif toprak akımı ile / X oranının çarpımına eşittir. Bobin direnci küçüldükçe şebekedeki artık akım da azalır. Artık akım için tam değer belli değilse kapasitif akımın %8-%10 u alınabilir. 23
Örnek: 50 MVA 154 kv 34,5 kv 2000 MVA 60 Ω 3 x PIGEON 10 km 3 x SWALLOW 1 km 34,5 kv 3 x 95 mm2 XLPE 200 m 1000 kva 0,4 kv 154 / 34,5 kv merkezde sekonder tarafta yıldız noktası 60 Ω dirençle topraklanmış olduğundan I'' k1 300 A ile sınırlanmıştır. 24
Yıldız noktası doğrudan doğruya topraklanmış şebekelerde toprak kısa devre akımı diğer YG şebekelerine göre çok daha büyüktür. Bu akım IEC 60909 a göre hesaplanır. Simetrili bileşenler yöntemi anımsanacak olursa, Z 1 doğru empedans, Z 2 ters empedans ve Z 0 sıfır empedans olmak üzere, 25
1 faz-toprak arızasında, arızalı fazdan geçecek akım, 3cU k1 λ Z1 + Z2 + Z0 I 2 faz-toprak arızasında topraktan geçen akım kee λ Z 1 Z 2 + Z 0 (Z 1 I 2 faz arızasında k2 λ Z1 + Z2 I 3.cU 3cU + 3 faz simetrik akım ise I k3 cu Z 1 λ Z 2 Z ) 2 bağıntıları ile hesaplanır. 26
Z1 Z 2 alınırsa verilen bağıntılar daha pratik hale gelir ve tüm akımlar simetrik 3 fazlı akımlar cinsinden yazılabilir. 3 I k2 I 2 k3 3 I kee I Z 1+ 2 0 Z 1 1 3 I k1 I Z 2 + 0 Z k3 k3 27
Örnek: 20 kv 630 kva 0,4 kv 500 MVA U k %6 P Cu 6,5 kw 0,4 kv baradaki 3 faz ve faz-toprak kısa devresini hesaplayınız. Transformatörün sıfır empedansı yaklaşık olarak doğru empedansa eşit alınacaktır. 28
1) Ön şebeke empedansı: Z 2 2 cun 1,1(400) Q S 6 k''q 500.10 Q 0,1. Z Q alınırsa 0,352 mω Q 2 Q 2 Q 2 Q 2 Q X Z Z 0,01Z 0,995 Z Q Q 0,1.0,352 mω 0, 0352 X Q 0,995.0,352 mω 0, 35 mω mω 29
2) Trafonun empedansı Plaka değerleri U k %6 0,06 P Cu 6500 W %U P.100 6500.100 Cu %1,03 % U % 6 S 3 k 630.10 r Tr 2 2 Ux Uk Ur 6 1,03 2 2 %5,91 X 2 2 U 400 %U n Tr x 0,0591 S 3 Tr 630.10 15 mω 2 U 400 %U n Tr r 0,0103 S 3 630.10 Tr 2 2,6 mω 30
3) Empedans toplamları Σ Q + tr 0,0352 + 2,6 2,63 mω ΣX X Q + X tr 0,35 + 2,6 2,63 mω 4) Kısa devre yerindeki empedans 2 Zk 2,63 + 15,35 15,657 2 mω 5) Kısa devre akımları Z 0 / Z 1 1 ise I'' k1 I'' k3 olacaktır. I c.u 400 n k 1 3Zk 3.15,57 14,8 ka 31
YÜKSEK GEĐLĐM ŞEBEKELEĐNĐN DEĞELENDĐĐLMESĐ 32
1) Yıldız noktası izole şebeke: Đzole yıldız noktası kullanmak en kolay ve en ekonomik yoldur. Hata akım kompanzasyonu ve topraklama gibi yatırım gerektirmez. Toprak temas akımı 1-100 A arasındadır. I CE < 35 A ise toprak arkları bastırılabilir. 35 A <I CE <100 A iken arkların bastırılması çok zordur. Kablolu sistemlerde iki ya da üç faz kısa devre olasılığı artar. I CE 20 A ile sınırlı kalmıyorsa çok hızlı çalışan toprak arıza röleleri kullanılmak zorundadır. 33
2) Toprak teması kompanze edilmiş şebeke: Bu sistemde yıldız noktasına konan bobin ile I CE kompanze edilir. Geriye çok küçük artık akım kalır. (%8-%10)I CE. Bu sistemde ark tehlikesi yoktur. Hata sırasında beslemeyi kesmeden devrenin çalışmaya devam etmesi söz konusu yöntemin en büyük avantajıdır 34
3) ve 4) Yıldız noktası direkt ya da direnç üzerinden topraklanmış şebekeler: Toprak kısa devre akımı büyüktür. Topraklama diğerlerine göre daha fazla önem kazanır. Trafo ve tesislerdeki dokunma gerilimleri değerlendirilmelidir. Paralel giden kontrol ve iletişim hatları ile etkileşim olasılığı belirir. YG motor sargılarının yanma tehlikesi söz konusudur. öle koordinasyonu önem kazanır. 35
5) Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmış şebeke: 2 ve 4 nolu şebeke yöntemlerinin karmasıdır. Bir fazlı toprak hatası oluştuğunda önce rezonans devresi söz konusu olur. Toprak hata akımları kendi kendini bastıramayan arklar oluşturursa, şalterin kapatılmasıyla direnç üzerinden topraklanmış yıldız modeline geçilir. 36
IEC 909 a göre c gerilim katsayısı Anma Gerilimi, U n En büyük kısa devre akımının hesaplanması için c max En küçük kısa devre akımının hesaplanması için c min AG 230/400 V Diğer AG ler 1 1,05 0,95 1 1 kv < U n < 35 kv 1,1 1 35 kv < U n < 230 kv 1,1 1 37
Yüksek gerilim sistemlerinin karşılaştırılması Direkt topraklanmış Direnç üzerinden topraklanmış Bobin ile topraklanmış Toprak arıza akımı Yüksek (Bazen üç fazlı kısa devre akımından bile fazla) Azaltılmış Yok edilir (Artık akım söz konusu) Aşırı gerilimler, faz toprak arızasında sağlam fazlarda (50 Hz de) Fazlar arası gerilimin 0,8 katı Fazlar arası gerilim kadar Fazlar arası gerilim kadar Geçici toprak arızaları Kısa devreye dönüşür Kontrol edilebilir arıza akımına dönüşür Bastırılır Parafudr kullanımı %80 gerilimli parafudrların kullanımına olanak verir. Normal Normal Đşletmesi Basit Basit Şebeke genişledikçe bobin reaktansı ayarlanmalıdır Telefon enterferansı Ciddi Azaltılmış Đhmal edilebilir Sistem işletme sürekliliği için ek şebeke %100 rezerv kapasite gerektirebilir %100 rezerv kapasite gerektirebilir Đlave şebekeye gereksinim yoktur Toprak arızası olan yer civarında yaşam tehlikesi Çok ciddi Azaltılmış En aza indirilmiş 38
1000 9 V 8 7 6 5 4 3 c b Dokunma gerilimi U Tp 2 1 100 9 8 7 6 5 4 3 4 3 5 6 7 a 8 9 0,1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Akım süresi t s YG` de sınırlı akım süreleri için izin verilen en yüksek dokunma gerilimleri a) Hayvanlardaki zamana bağımlı dokunma gerilimi b) Eski VDE 0141 deki dokunma gerilimi c) Yeni kabul edilen eğri 39
ALÇAK GEĐLĐMDE DAĞITIM ŞEBEKELEĐ 40
15 Hz den 100 Hz e kadar a.a etkilerinin akım-zaman bölgeleri Akımın akış süresi ms 10000 5000 2000 1000 500 200 100 50 20 10 0,1 Açma akımı 0,2 a 0,5 1 2 Başlangıç akımı CD 30 ma 5 b AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 10 20 AC-4-1: Ventriküler fibrilasyon olasalığı <%5 C1 C2 50 100 C3 200 AC-4-2: Ventriküler fibrilasyon olasalığı %50 AC-4-3:Ventriküler fibrilasyon olasalığı >%50 500 1000 2000 5000 10000 ma Vücut akımı Tehlikeli fizyolojik etkiler, ağır yanıklar ve ölüm olayları görülür Genellikle bir tepki yoktur Genellikle zararlı bir fizyolojik etki yoktur Organik bir hasar olmaz. Geçici kalp kasılmaları, kaslarda kramp, nefes almada zorluklar görülür 41
T K1 U F K2 L1 L2 L3 N PE Ut p K M 3 PE B A St A Hata ve arızalar ile ilgili tanımlar (TT Sistem) 42
Tehlikeli vücut akımları Ölüm olayları görülür. Ventriküler fibrilasyon olasılığı artar. Tehlikeli fizyolojik ağır etkiler, yanıklar ve nefes almada zorluklar görülür. 1 A 80 ma 30 ma CD 300 ma 260 ma de yangın tehlikesi oluşur CD 30 ma Genellikle zararlı bir fizyolojik etki yoktur. Kaslarda kramp görülür. 10 ma CD 10 ma Genellikle bir tepki yoktur 0,5 ma 43
Akım kaynağı Cihaz L1 L2 L3 N T T C P rotection E arth I N S N eutral 1. Harf 2. Harf AG dağıtım şebekelerinde kodlama 44
TN-Sistem Pano L 1 L 2 L 3 PEN Potansiyel dengeleme iletkenleri PE N B PDB A Temel topraklama TN sistemde topraklama tesisatın ana öğesi değildir!!!!! 45
TN-Sistemde devrenin ayrılması şartı: Z S U I a 0 Z S : Arıza çevrim empedansı U 0 : Faz nötr arası gerilim I a : Kesicinin açma akımı 46
TT-Sistem T L1 L 1 N L 2 L 3 PE N I n 40 A 30 ma B/16 A TT sistemde topraklama tesisatın ana öğesidir!!!!! P E L2 B I F A Temel topraklama 47
TT- Sistemde topraklama direnci A U I L a A : Topraklama direnci U L : Dokunma gerilimi I a : Koruyucu düzenin otomatik çalışmasına sebep olan akım 48
IT-Sistem L 1 L 3 PE Potansiyel dengeleme iletkenleri IDM CD CD A I d C E IDM: Yalıtım izleme düzeneği, CD: Artık akım koruma düzeneği M PDB T 1 ~ 1. hata 2. hata 49
IT sistemde iki hata söz konusudur. 1. hatada devre kapanmaz, yalıtım izleme cihazı tarafından haber verilir ve bu hata kısa zamanda elektrik ustası veya teknisyen tarafından berteraf edilmelidir. 2. hata sigorta veya kesiciler tarafından TN veya TT sistemi oluşmasıyla derhal kesilir. Genellikle 1. hata 2. hatayı doğurur. 1. Hata 2. Hata A U I T d A U I T a T : Topraklama direnci, U L : Dokunma gerilimi I d I a : Artık akım : Koruyucu düzenin otomatik açma akımı 50
Örnek: Şekildeki TN-S sisteminde dokunma gerilimini ve insan vücudundan geçen akımı bulunuz. 51
Eşdeğer devre: T h 0,02 Ω 0,2 Ω U 0 B PE i E 230 V I 1 0,2 Ω 0 A 2 Ω I 2 1000 Ω 100 Ω I U0 230 230 547,6 + + 0,02 + 0,2 + 0,2 0,42 A 1 T h PE 52
OA arası Thevenin eşdeğeri: I1.PE 547,6.0,2 109,5 I I1. + 109,5 1000 + 100 + 109,5 1102 PE 2 i E + B 2 3 Ui I2. i 99.10.10 3 V 99 V 99 ma Yukarıdaki örnekte insan vücudundan geçen akım 99 ma ve dokunma gerilimi 99 V tur (Koruma iletkeni tesis edilmiş). 53
Örnek: Bir önceki örnekte cihaz ile PE arasındaki bağlantının olmadığı durum incelenecektir (Koruma iletkeni tesis edilmemiş). Eşdeğer şema: T h 0,02 Ω 0,2 Ω U 0 i 1000 Ω B E 2 Ω 100 Ω 54
T + h + i + E + B 0,02 + 0,2 + 1000 + 100 + 2 1102, 22 U 230 I 0 1102,22 210 ma U i 210.1000 210 V 55
Örnek: L1 L2 L3 N PE KA B 1 2 3 PDB B16A gl/16a TN sisteminde yukarıda belirtilen 3 ayrı koruma düzeni için çevrim empedanslarını hesaplayınız. 56
U 230 1) Z 0 s 7666Ω I 3 30.10 a U 230 2) Z 0 s 2,88 Ω (Çizelge 10 s.25) Ia 80 U 230 3) Z 0 s 1,43 Ω (Çizelge 10 s.25) I 160 a 57
Örnek: TT sisteminde otomatik açma ile korunma B/16A L1 L2 L3 N PE gg/16a L1 L2 L3 N PE B E B E T 0,01 Ω 0, 1Ω Ω Ω h 2 B E 1 0,01 + 0,1 + 2 + 1 3, 11 230 I 3,11 74 A UE I. E 74.1 74V Ω 58
gg/16a sigorta ile korunmuş E 50 I A 50 72 0,7 Ω B/16A kesici ile korunmuş E 50 I A 50 80 0,625 Ω Sonuç: Her iki tesis de yönetmelikte istenen koşullara uymamaktadır. Mutlaka insan yaşamı eşikli kaçak akım rölesi kullanılmalıdır. 59
Örnek: TT sisteminde 3 ayrı koruma düzeni için toprak direncini hesaplayınız. B PDB 30 ma KA 1 2 3 B16A gl/16a L1 L2 L3 N 1) KA için toprak direnci 1,67 kω 30.10 50 0,625 80 2) B/16A için toprak direnci Ω 3) gl/16a için toprak direnci Ω A A A 50 3 50 0,714 70 60
TT SĐSTEMĐ: L1 L2 L3 N KA KA KA KA KA 1 2 3 4 5 61
Tesiste bir CD (KA) var ise A U I T n Tesiste selektif CD var ise A U 2.I T n Tesiste ikiden fazla CD var ise n: CD için eşzamanlama katsayısı n 0,5 CD sayısı < 4 n 0,35 CD sayısı 4-10 n 0,25 CD sayısı > 10 A n. U T I n Çok hassas CD ler dikkate alınmaz. 62
Soru: 1 nolu KA 500 ma 2 nolu KA 300 ma 3 nolu KA 500 ma 4 nolu KA 300 ma 5 nolu KA 30 ma Ortak topraklama direncini hesaplayınız. A ortak U T n. I.I n max U 50 0,35.(2.0,5 T + 2.0,3) 89,3Ω tahkiki yapılması gerekir. 89,3.0,5 44,6 < 50 V olduğundan uygundur. 63
Soru: Tek bağımsız bölümlü bir konutun ana panosunda 30 ma KA kullanılmıştır. Topraklama direnci ne olmalıdır? Soru: Bir apartmanda daire tablolarında 30 ma KA ve ana girişte 300 ma KA kullanılmıştır. Topraklama direnci ne olmalıdır? 64
IT SĐSTEMĐ: L1 L2 L3 1. hata 2. hata U T : dokunma gerilimi, I d : artık akım 65
IT tesisat ilkeleri: 1. Birinci hatada devre kesilmez. 2. Đkinci hatada normlarda belirtilen sürede devre kesilmelidir. 3. Nötrü dağıtılmış sistemde U U 0, nötrü dağıtılmamış sistemde U 3.U 0 alınmalıdır. 66
Örnek: T 0,02 Ω h 0,38 Ω B10A L1 N B 2 Ω A? Şeması verilen tesiste, toprak özdirenci ρ 200 Ωm ve işletme topraklaması B 2 Ω ölçülmüştür. Koruma düzeni olarak B10A minyatür kesici kullanılmıştır. a) Topraklama direncini, hata akımını ve dokunma gerilimini bulunuz. b) Bu direnci elde etmek için ne kadar uzunlukta şerit kullanılacağını hesap ediniz (30x3,5 mm galvaniz şerit kullanılacaktır). 67
50 50 a) A 1 Ω olmalıdır. I 50 a A 1 Ω olması gerektiğini kabul ederek, T + h + A + B 0,02 + 0,38 + 1+ 2 3, 4 Ω 230 I h 3,4 67,6 A UT Ih. A 67,6.1 67,6 V 68
b) Bilindiği gibi D çaplı ve L uzunluğundaki silindirin, D<<L ve yarısı havada, yarısı toprakta olması koşuluyla yayılma direnci ρ 2L ln π L D bağıntısıyla verilir. Kesit dörtgen ise daireye irca edilmesi gerekir. Ç 2(s + b) π.d Her iki çevreyi eşitlersek, eşdeğer çap D 2(s + b) π galvaniz şeridin eşdeğer çapı 2(30 + 3,5) D π 200 3,14.L ln 2L 0,021 1 eşitliği ile bulunabilir. 30x3,5 mm kesitli 21 mm olur ( D 0,021 m). olmalıdır (Tesis güvenliği için). 63,7.ln(95,2.L) L L 707 m olmalıdır. 69
ρ π L ln 2L D yerine yaklaşık formülün kullanılması: α ρ α (1/L) ρ k L MH: Mutlak hata ρ π L 2L ln D k ρ L BH: Bağıl hata ρ 2L ln k πl D ρ 2L ln πl D ρ L 1 ρ k L ρ 2L ln πl D 1 πk 2L ln D 70
BH0 olduğu durumu göz önüne alalım. πk 2L ln D 1 D 0,021 D k 2L ln D π m için (30x3,5 mm) ln(95,24 L. ) k π ) 3 6,67.10 m için (35 mm 2 ln(300 L. Cu) k π 71
30x3,5 Galvaniz Şerit 35 mm2 Cu 4,00 4,00 3,00 3,00 k 2,00 k 2,00 1,00 1,00 0,00 0 100 200 300 0,00 0 100 200 300 L (m) L (m) Bu eğrilerden yaklaşık olarak şunu çıkarabiliriz. L<10 m için, k 2 2ρ L L>10 m için, k 3 3ρ L 72
Soru: Bir parkta 10 m uzunluğunda 35 mm 2 kullanılacaktır. Cu toprak iletkeni a) Bu iletkenin yeryüzüne serilmesi b) h 0,6 m derinliğe gömülmesi durumunda yayılma dirençlerini karşılaştırınız. 73
a) ρ y πl ln 2L D 35 mm 2 Cu için 3 m D 6,67.10 y ρ π.10 ln 2.10 6,67.10 3 ρ π.10 ln(3000) 74
b) h ρ πl ln L Dh ρ π.10 ln 10 6,67.10 3.0,6 ρ π.10 ln(158) h y ρ ln(158) π.10 ρ ln(3000) π.10 0,63 Sonuç: 10 m uzunluğundaki 35 mm 2 Cu iletkenin 60 cm derinliğe gömülmesi durumunda yayılma direnci yeryüzündeki yayılma direncine göre %37 oranında azalır. 75
Topraklayıcı çeşitleri Topraklayıcı olarak aşağıdaki malzemeler kullanılabilir. 1) Temel topraklayıcı (Kullanılması tavsiye edilir) 2) Gözlü topraklayıcı 3) Şerit topraklayıcı 4) Halka topraklayıcı 5) Derin topraklayıcı 6) Yıldız topraklayıcı 7) Ağ topraklayıcı 8) Levha topraklayıcı (Kullanılması kesinlikle tavsiye edilmez) 76
Topraklayıcılarda potansiyel dağılımı ve yayılma dirençleri U(V) I E U E l (m) eferans toprak A (Ω) 0 5 10 15 20 3 0 40 50 60 70 ρ E (Ωm) Yüzeysel topraklayıcı Derin topraklayıcı φ 0 0 5 10 15 20 3 0 40 50 60 70 Topraklayıcının uzunluğu l(m) 77
Diğer elektrot tipleri için geçiş direnci hesapları Gözlü topraklayıcı D a.b π L a.n + E b.m ρ E ρ + 2D L E a n adet b m adet D E : Topraklama direnci D: Gözlü topraklayıcının eşdeğer daire alan çapı ρ E : Özgül toprak direnci L: Topraklayıcı toplam iletken uzunluğu 78
Çubuk topraklayıcı (Derin topraklayıcı) Yaklaşık hesap: E ρ E / L Başka elektrot varsa >2L L Toprak d L d 79
ÇUBUK TOPAKLAMA ELEKTOTLAININ YAYILMA DĐENCĐNĐN YAKLAŞIK HESABINDA DĐKKAT EDĐLECEK HUSUSLA Taner ĐĐZ EMO Đzmir Şubesi Bülteni Sayı: 142 Mart 2002 s.21 80
21 Ağustos 2001 tarihli Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği nin Ek-T bölümünde, çeşitli topraklayıcı tiplerine ilişkin hesaplama örnekleri yer almaktadır. Yönetmelik çubuk topraklayıcının yayılma direnci için; E ρe 2πL 4L ln d ana formülünü vermektedir. Sözkonusu yayılma direncinin, E ρe L basitleştirilmiş formülü ile bulunabileceği belirtilmektedir. Bu formüllerde L topraklayıcının boyu, d topraklayıcının çapı ve ρ E toprak özdirencidir. 81
Proje üreten ya da uygulamadaki mühendislerin; yönetmeliğin izin verdiği yaklaşık formülü kullanırken dikkatli olmaları gerekmektedir. Bu yazıda anılan ana formül yerine yaklaşık formülün hangi koşullarda kullanılabileceği açıklanacaktır. X gibi bir büyüklüğün, yaklaşık büyüklüğü X y olsun. (X- X y ) farkına mutlak hata, (X- X y )/X ifadesine bağıl hata denir. Bağıl hata Grekçe deki ε harfi ile gösterilir. Bu durumda çubuk topraklayıcı yayılma direnci için, ana formül yerine, yaklaşık formülün kullanılması durumunda yapılacak bağıl hata, ε olur. ρe 4L ln 2πL d ρe 4L ln 2πL d ρ L E 82
Bu ifade düzenlenirse; ε 1 2π 4L ln d eşitliği elde edilir. 83
Bilindiği gibi çubuk topraklayıcı çapının, yayılma direncine etkisi ihmal edilecek kadar azdır. Pratikteki çubuk elektrotlar 2 cm çapında imal edilmektedir. Böylece d2 cm0,02 m olursa, hata fonksiyonu sadece L ye bağlı kalır. d0,02m için; ε 1 2π 4L ln 0,02 1 2π ln200l 84
Ana formül ile yaklaşık formül arasındaki hatanın olmadığı durumu saptamak için ε 0 denklemini çözmek gerekir. 2π 1 ln200l 0 Bu eşitlik düzenlenirse Le 2p /200 elde edilir. L 2,68 m bulunur. Burada e bir doğa sabiti olup yaklaşık 2.72 alınabilir. Bunun anlamışudur: Elektrot uzunluğu L 2,68 metre ise, yaklaşık formül hatasız değer verir. 85
Şimdi de belirli bir elektrot uzunluk aralığında, hatanın hangi sınırlar içinde kalabileceğini saptayalım. - %5 ile + %5 bağıl hata aralığını göz önüne alalım. 1 1 2π ln200l 2π ln200l %5 + %5 0,05 + 0,05 L 2 L 3 m m 86
Yani 2 m<l<3,8 m iken, ana formül yerine yaklaşık formül kullanılması durumunda, yapılacak hata %5 in altında kalmaktadır. Bağıl hata ifadesinin negatif olması, yaklaşık hesapla bulunan değerin ana formülle bulunan değerden daha büyük olduğunu; pozitif olması ise yaklaşık hesapla bulunan değerin ana formülle bulunan değerden daha küçük olduğunu göstermektedir. 87
2 m<l<3,8 m aralığın dışında L 50 cm0,5 m gibi bir değer için ε değeri hesaplanırsa 2π 1 0,36 %36 ln200.0,5 L 0.5 m iken ana formül yerine, yaklaşık formülün kullanılması durumunda, -%36 gibi yüksek bir hata oranı karşımıza çıkar. Bu durumda yaklaşık formülün kullanılması uygun değildir. 88
Şimdi de pratikte en çok kullanılan çubuk elektrotlarını inceleyelim: L (m) d (m) E (ana formül) E (yaklaşık formül) Hata (%) 1,5 0,02 0,605 ρ E 0,667 ρ E -10 3 0,02 0,339 ρ E 0,333 ρ E +1,8 89
Sonuç: 1- Pratikte sık kullanılan elektrotlarda ana formül yerine, yaklaşık formülün kullanılması uygun olmaktadır. 2- Elektrot boyu küçüldükçe (l<1 m) ya da büyüdükçe (l>4 m) bağıl hata arttığından, bu tür elektrotların kullanılabileceği özel topraklama tasarımlarında dikkatli olunmalıdır. 90
ÇUBUK TOPAKLAYICI ÇEVESĐNDE POTANSĐYEL DAĞILIMI 180 eferans toprağa göre elektrot gerilimi 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 L 2 m. D 2.5 cm. ρ E 10 Ω.m I E 96 A. r Elektrottan uzaklık 91
Şerit topraklayıcı PDB s H L b L d 2 ( b + π s ) E ρe 2π L ln 2L d 1 + ln ln L 2H 2L d 92
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. 93
Ek-K ve Ek-L ile ilgili sorular 94
Soru: Bir elektrik tesisatının gerçekleştirileceği yerde ρ 100 Ωm ölçülmüştür. Sistem topraklama direncinin 2 Ω olması isteniyor. Çeşitli tekil topraklama elektrotları için geçiş dirençlerini hesaplayarak, söz konusu yöntemle istenen geçiş direncinin gerçekleştirilemeyeceğini gösteriniz. 95
3ρ 3ρ 3.100 a) Şerit: L 150 m. L 2 b) Dikey topraklayıcı: 4L ρ 100 4L 50 ln D0,02 m ln ln200 2πL D 2πL 0,02 πl L ln 200L L 2 π 50 0,1256 L 80 ρ 4L ρ Literatürde ve yeni yönetmelikte ln 2πL D L 100 L ρ 50 m (EMO ĐzmirŞb. Bülteni Mart 2002 sayısı) 2 Yönetmelikteki yaklaşık formül her zaman kullanılamaz. ρ c) Levha: T a 11,1 m 4,5.a 4,5. T 4,5.2 11,1x11,1 boyutunda kare levha gerekli. ρ m 100 96
Transformatör Merkezlerinde Genel Topraklama Şeması Ana potansiyel dengeleme ing topraklayıcı Derin topraklayıcı Temel topraklayıcı Bir transformatör merkezi topraklaması 97
Bina Bina Tesislere yakın YG Direği YG Direği Bina Bina Cihaz Duvar Bir endüstri merkezinde ağ şeklinde tesis edilmiş topraklama ve potansiyel dengeleme sistemi 98
TOPAKLAMALA L1 L2 L3 PEN A B A Koruma topraklaması Đşletme topraklaması Fonksiyon topraklaması Koruma topraklaması 99
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. Đşletme topraklaması 8. Potansiyel düzenleyici topraklayıcılar 1 9 > 20 m 10 9. Temel topraklama 10. Derin topraklayıcı 8 Đhtiyaç halinde ilave elektrot 100
Soru (Ek-D ile ilgili) 5 m x 7 m boyutunda bina tipi 34,5 / 0,4 kv 400 kva bir trafo postası için YG tarafı faz toprak kısa devre akımı I k1 1000 A olarak verilmiştir. Toprak özgül direnci 200 Ωm ölçülmüştür. Bu tesiste topraklama direnci E ne olmalıdır? 101
Önce temel topraklaması uygulanırsa, 4.5.7 D 6,7 π m 2ρ 2.200 T 19 πd π.6,7 Ω Bu değer yüksek olduğundan ring topraklama yapılmalıdır. 102
103 9 4.7.9 D π 17.8 0,021 9 2 ln.9 200 d D 2 ln D 200 2 2 r π π π π 9,2 17,8 19 19.17,8 19 //17,8 // r T + 9,2 9,2.1000 U E m kv Ω Ω
En fazla 10 adet L1,5 m çubuk bağlanabilir. 200 ç ρ 133 L 1,5 Ω (tek çubuk) 10 adet çubuk düşünüldüğünden, 133 ç 10 //r //ç 13,3 Ω 9,2 //13,3 9,2.13,3 9,2 + 13,3 T 5,44 Ω U E 5,44.1000 5440 V 104
t 0,1 s için U Tp 700V (ETTY s.14 Şekil 6) U E >4U Tp 4U Tp 4.700 2800 V 5440 V>2800 V t F 5 s U E >4U Tp Çizelge D.1 gereği U E U Tp ispatı Trafo girişinde 34,5 kv XLPE kablo kullanılacağından r0,45 redüksiyon faktörü göz önüne alınabilir. 2800 E 0,6.1000 4,67 Ω olmalıdır. T // r //ç 5,44 Ω elde edilmişti. 5,44. 5,44 + 4,67 5,44 25,4 + 4,67 0,77 25,4 33 O halde 33 Ω paralel bir direnç daha tasarlamalıyız (9 m şerit ve 3 çubuk). 105
2.200 133 ş 44,4 ç 44, 3 9 3 ş //ç 22 5,44.22 5,44 // 22 5,44 + 22 4,36 600.4,36 2616 < 4UTp < 2800 V Ek-D de belirtilen ek önlemlerin alınması kaydıyla topraklama direnci 4,36 Ω kabul edilebilir. 106
Soru: 0,2 m %50 U E %1 U E 20 m %1,7 U E L2 m 68,8 m d kabul 20 m ise U k /U E? c 2 2 20 20c 2 Lc 1 20c 2-4c-200 20 2.2.c c 2-0,2c-10 c 1,105 107
108 lnc d 4L ln U U c d 4L E k /U U E k 0,0167 5,99 0,09985 0,02 4.2 ln ln1,105 d 4L ln lnc U U E k E E k U %1,67. 0,0167.U U
Soru: 30 m x 15 m boyutlarındaki gömülmüş ağ topraklama şebekesinden kaç metre ileride U kabul 50 V olur? (U E 188 V olarak hesaplanmıştır) U k 50 V U E 188 V 18 m 12 m 12 m 15 m 18 m 30 m 109
110 450 30.15 A 17,6 11,97.1,466 1 2.188.50 sin 1 450 d kabul π π d 2 D / arcsin D I U t k π ρ 1 2.U.U sin 1 A d E k kabul π π
Ek-M 111
112 Yarım küre: r 2 I U E π ρ ) D (r 2 I U k kabul + π ρ r D 1 r D r ) D (r 2 I r 2 I U U k k k kabul E + + + π ρ π ρ 1 U U r D k E k 1 U U r D k E k
113 Derin topraklayıcı: k 2 2 k t k d L d L ln L 2 I U + + π ρ d 4L ln L 2 I U t E π ρ k 2 2 k E k k 2 2 k E k d L d L ln d 4L.ln U U d 4L ln d L d L ln U U + + + + k 2 2 k U U d L d L ln d 4L ln E k + + k 2 2 k k 2 2 k d L d L c d L d L ln lnc + + + + 1 c 2Lc d 2 kabul
Soru: D 0,02 m L 2 m bir topraklama kazığından kaç metre ileride U k / U E 0.5 olur? (U k 0,5.U E ) c 4L d U U k E 2.2.20 d kabul 400 1 4.2 0,02 0,2 0,5 20 U U k E 0,01 c 0,01 4.2 2.2.1,0617 1,0617 d kabul 68, 8 0,02 0,0617 114
ŞEBEKE KAŞILAŞMALAI 115
a) Şebeke tipi TT iken: L1 L2 L3 N B M1 M2 k1 k2 116
Eşdeğer devre T U 0 B k1 k2 117
118 k1 B k 2 0 // U I + k1 B k2 0 k2 0 B d1 //.U U U U + k1 B k2 k1 B 0 k1 B k2 k2 0 B d1 // // U ) // (1 U U U + + k2 B k1 k2 B 0 k1 B d1. ). (.U. U + + k1 k2 B 0 B d1.u U +
Soru: Şebeke tipi TT iken tüm cihazlar müstakil topraklı; sadece biri hem topraklı hem de sıfır bağlantılıdır. Tüm dirençler yaklaşık eşit ise M2 deki gövde kaçağı durumunda M1 gövdesinde şebeke faz-nötr geriliminin 1/3 ünün var olacağını gösteriniz. 119
b) Şebeke tipi TN iken: L1 L2 L3 PEN B M1 M2 120
TN VE TT SĐSTEMLEĐNĐN KAŞILAŞMASI Taner ĐĐZ EMO Đzmir Şubesi Bülteni Sayı:146 Temmuz 2002 s.20 121
TS 3994 e göre elektrik şebekeleri sınıflandırılarak üç tipe ayrılmış; gerek iç tesisler, gerekse topraklamalar yönetmeliğinde bu tiplerin özellikleri ve ne şekilde kullanılacakları uzun uzadıya anlatılmıştır. Fakat pratikte yerel elektrik idarelerinin konuya gereken önemi vermemeleri ve bazı teknik elemanların bu konudaki bilgi eksiklikleri, şebeke karşılaşması tehlikesini ortaya çıkarmaktadır. 122
Bu yazıda TN-C sistemi ile TT sisteminin karşılaşması sonucu doğabilecek riskler araştırılacaktır. Şekil-1 de müstakil bir trafodan beslenen bir fabrikanın elektrik dağıtım sistemi görülmektedir. Seçilen sistem TN-C (klasik sıfırlama)dır. Bu sistemde, tüm pasif kısımlar (gövdeler) PEN iletkenine irtibatlandırılır. Dolayısıyla 1 no lu motor sistem karakterine uygun olarak topraklanmıştır. 2 no lu motorun gövdesi ise, teknik eleman hatası nedeniyle PEN iletkenine bağlanmamış, bu motora müstakil koruma topraklaması yapılmıştır. Böyleceşekil-1 de görüldüğü gibi TN-C sistemi ile TT sistemi karşılaşmıştır. 123
124
2 no lu motorda bir izolasyon hatası oluştuğunda, S2 sigortasının atmadığını varsayalım. Bu durumda 2 no lu motor gövdesi ile toprak arasında u 2 gibi bir temas gerilimi oluşur. Öte yandan I h hata akımı, k koruma topraklaması ile 0 işletme topraklaması üzerinden şebekeye geri gider. Bu hata akımı nötr iletkeninde ve buna bağlı bütün sıfırlanmış tüketiciler de bir hata geriliminin doğmasına neden olur. Böylece 1 no lu motor gövdesinde potansiyel sürüklenmesi nedeniyle u 1 gibi hata gerilimi meydana gelir. Daha açıkçası, oluşan bu hata devresinde;u 1 gerilimi işletme topraklama direnci uçlarındaki gerilim ve u 2 gerilimi ise koruma topraklama direnci uçlarındaki gerilimden başka bir şey değildir. 125
Trafo sargı direnci ve hat dirençlerini ihmal edersek, hata akımı için; I h u λ / ( 0 + k ) (1) yazılabilir. u 1 ve u 2 için de, u 1 0.I h 0. u λ / ( 0 + k ) (2) u 2 k.i h k. u λ / ( 0 + k ) (3) bağıntıları elde edilir. (2) ve (3) bağıntılarında pay ve paydalar 0 a bölünürse, u 1 u λ / (1 + k / 0 ) (4) u 2 ( k / 0 ) u λ /(1 + k / 0 ) (5) bulunur. Koruma topraklama direncinin işletme topraklama direnci oranına x dersek, u 1 u λ / (1 +x) (6) u 2 x. u λ /(1 + x) (7) sonucuna ulaşırız. 126
Faz-nötr gerilimi u λ 220 V olduğundan, u 1 220 /(1+x) f(x) ve u 2 220x /(1+x) g(x) bulunur. Ordinat eksenine volt cinsinden temas gerilimini, apsis eksenine de boyutsuz x dirençler oranını götürerek, şekil- 2 deki u 1 f(x) ve u 2 g(x) eğrilerini elde ederiz. 127
128
Şekil-2 incelendiğinde aşağıdaki sonuçlara varılır: 1- u 1 f(x) eğrisi monoton azalandır. En büyük değerini x0 iken alır. x0 iken u 1 220 V dır (A noktası). Ayrıca x için lim f(x) 0 dır. (x büyüdükçe 1 nolu motor gövdesindeki temas gerilimi azalir) 2- u 2 g(x) eğrisi monoton artandır. x 0 iken u 2 0 olur (0 noktası). Ayrıca x için lim g(x) 220 V olur.(x büyüdükçe 2 nolu motor gövdesindeki temas gerilimi artar) 3- Herhangi bir xa değeri için, f(a)+g(a) 220 V tur. 4-0 k iken (x1), u t1 u t2 110 V tur (B noktası) 5- u 1 f(x) ve u 2 g(x) eğrileri, u 110 V yatay doğrusuna göre simetriktirler. 129
u 1 f(x) eğrisinde A ile D noktaları arasında gerilim, 50 V luk tehlikeli gerilimin üzerinde olduğundan eğri koyu renk; D noktasından itibaren 50 V un aşağısında olduğundan açık renk çizilmiştir. u 2 g(x) eğrisinde, 0 ile C arasında, gerilim 50 V luk tehlike geriliminin altında olduğundan açık renk, C den sonra ise gerilim 50 V un üzerinde olduğundan koyu renk çizilmiştir. (6) no lu bağıntıda u 1 50 V ve u λ 220 V değerlerini yerine koyup x i çözersek x 0,294 olarak hesap edilir (C noktası) (7) no lu bağıntıda u 2 50 V ve u λ 220 V değerlerini yerine koyup x i çözersek x 3,4 olarak hesap edilir (D noktası). x 0,294 ve x 3,4 büyüklükleri, 1. kadranı 3 bölgeye ayırır. 130
I. bölgede k direncinin 0 direncinin yanında çok küçük olması gerekmektedir. Bu durumda hatanın oluştuğu 2 no lu motorda bir tehlike yoktur. Ancak 1 no lu motorda 170 V un üzerinde tehlikeli bir gerilim oluşmaktadır. Pratikte en çok karşılaşılan durum II. Bölgeye tekabül eder. II. Bölgede her iki motorda da tehlikeli gerilim vardır. III. Bölgede x arttıkça 2 no lu motor gövdesinde tehlikeli gerilim de artar. Örnek : 0 2 Ω, k 1 Ω iken, 2 no lu motorda izolasyon hatası oluşursa, x k / 0 1/2 0,5 (II.Bölge) 131
u 1 220/(1+0,5) 146,6V u 2 220 146,673,3 V Görüldüğü gibi her iki motor gövdesinde tehlikeli gerilimler meydana gelmiştir. Örnek : 0 2 Ω iken 1 no lu motorda tehlikeli gerilim olmaması için x>3,4 olmalıdır. k / 2>3,4 > k > 6,8 Ω k > 6,8 Ω oldukça 1 no lu motor gövdesindeki temas gerilimi 50 V un altındadır. 132
Buradaki ilgi çekici sonuçşudur : k küçük ise (koruma topraklaması iyi yapılmışsa) sıfırlama uygulanan motor risk altındadır. Koruma topraklaması yapılan motor tehlikesizdir. k büyük ise (koruma topraklaması iyi yapılmamışsa) sıfırlama uygulanan motor tehlikesizdir, bu durumda koruma topraklaması yapılan motor risk altına girmiştir. 133
Görüldüğü gibi şebeke karşılaşmaları, x dirençler oranına bağlı olmak üzere ölümcül kazalara neden olabilir. Sebeke karşılaşmalarının önüne geçmek için alınması gereken önlemler su sekilde siralanabilir. 1-Müstakil trafodan beslenen tüketicilerde sıfırlama sitemi uygulanacaksa, TN-C yerine TN-C-S seçilmelidir. Çünkü TN- C sisteminde, bu sistemin doğası gereği Kaçak Akım Koruma Şalteri(KAKŞ) kullanılamaz. TN-C-S sisteminde ise KAKŞ kullanılabilir. Bu durumda herhangi bir TN-C-S ile TT karşılaşmasında hata akımının algılanması olanaklıdır. 2-Elektrik projelerinde tek bir sistem uygulanmalı, planlarda cihazlar, prizler, kablo ve iletkenler numaralandırılmalıdır. Plan kopyaları panolara konmalı ve iletken renk kodlarına uyulmalıdır. 134
AG HAVA HATLAINDA FAZ-TOPAK HATASI (FAZ KOPMASI) T h A L1 L2 L3 PEN (N) B B : Đşletme topraklaması direnci E : L 3 fazının toprağa temas direnci U 0 : Toprağa göre anma a.a. gerilimi etkin değeri 135
Eşdeğer devre: U 0 T H 0 A b I h E 136
137 T ve H dirençleri ihmal edilirse Madde 3.7 gereği V ETTY s.17 E B 0 h U I + E B 0 B B H B U I U + U B 50 50 U E B 0 B + 50 U 50 1 U 0 B E B 0 B E B + + 50 50 U 1 50 U 50 U 1 0 B E 0 B E 0 B E + 50 U 50 0 E B
380/220 V şebekede U 0 220 V B E 50 220 50 B E 50 170 B E 0,294 E B 1 0,294 E B 3,4 E 3,4. B 138
L3 X 50 V L1 0 L2 220 V X 2 220 2 + 50 2 2.220.50.cos120 X 250 V 139
L uzunlukta, d çaplı silindirik topraklayıcının yayılma direnci ETTY s.88 Şekil T-7 nin altında şeklinde verilmiştir. d (mm) 2.40 ln d ρ π L 2L ln D 1 240. ln π d ose 5,58 9,57 3,05 Lily 6,60 9,40 2,99 Iris 7,41 9,29 2,95 Pansy 8,34 9,17 2,92 Ort.3 Popy 9,36 9,05 2,88 Aster 10,50 8,93 2,84 Pholox 11,79 8,82 2,81 140
L40 m E 3ρ L E 0,075ρ L1 m ρ 2.1 E ln 1,73ρ π.1 0,0086 L10 m ρ 2.10 E ln π.10 0,0086 0,25ρ L1 m ρ100 Ω m E 173 Ω L10 m ρ100 Ω m E 25 Ω L40 m ρ100 Ω m E 7,5 Ω O halde yönetmeliğin dayattığı en küçük temas direnci yaklaşık 40 m iletken uzunluğunda gerçekleşir. 141
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 0,1 Ω ρ 4,5 Ω m B 1 Ω ρ 45 Ω m B 2 Ω ρ 90 Ω m 142
Soru: Đşletme topraklamasının 2 Ω olması yeni ETTY açısından yeterli midir? Soru: AG havai hat altındaki toprak özgül direnci ρ küçüldükçe gerilim terazisini dengelemek kolaylaşır mı? Bu durumda direk topraklaması için ne dersiniz? Soru: T 0,02 Ω, H 0,3 Ω, E 7,5 Ω, B 2 Ω için Madde 3.7 nin gerçeklenip gerçeklenmediğini tahkik ediniz. 143
NÖT KOPMASI B1 P P P+ P L1 L2 L3 PEN (N) B2 P I n U U nötr nh P 0 ise U nötr 0 P U r nh l P U 144
L1 L2 L3 PEN (N) B1 B2 145
Eşdeğer devre: U 0 B1 I U 2 0 P B2 I B1 U + 0 B2 + 2 0 U P P. 2 ( + ) + U B1 P.U 0 B2 0 U B2 P. B2 2 ( + ) + U B1. P.U B2 0 0 P 0 UB 2 0 146
630 kva Uk%4 A.G. ŞEBEKELEDE DĐĞE BĐ ÖNEK 125 A 3xPANSY+OSE B1 4 ohm 69.2 V 55 55 65 kw B2 4 ohm Benzer olaylar nötr kopmalarında da yaşanır. B1 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. B2 üzerinde gerilim (Madde 8a 3.7) 4 x17,3 69.2 V. 50 V luk limitin üzerindedir. 147
TEMEL TOPAKLAMASI 148
Temel Topraklaması: ETTY s.19 Madde 7.9 gereği yeni yapılacak binalarda temel topraklayıcı tesis edilmesi zorunludur. * Temel topraklayıcı, kapalı bir ring şeklinde yapılmalıdır. * Çevresi büyük olan binalarda temel topraklayıcı tarafından çevrelenen alan, enine bağlantılarla 20x20 m gözlere bölünmelidir. * Temel topraklayıcı her tarafı betonla kaplanacak şekilde düzenlenmelidir. 149
* Temel topraklaması için en küçük kesiti 30x3,5 mm çelik şerit veya en küçük çapı 10 mm olan yuvarlak çelik çubuk kullanılmalıdır. Çelik çinko kaplı olabilir veya olmayabilir. Ama bağlantı filizleri mutlaka çinko kaplı çelikte yapılmış olmalıdır. * Çelik hasırlı olmayan temel içinde topraklayıcının beton içindeki yerini sabitlemek için mesafe tutucular kullanılmalıdır. * Çelik hasırlı temel ve su yalıtım malzemesi içinde yerleştirme için temel topraklayıcı en alt sıradaki çelik hasır üzerine yerleştirilmeli ve yerini sabitlemek için 2 m aralıklarla çelik hasıra bağlanmalıdır. 150
* Dışardan basınç yapan suya karşı yalıtılmış binalarda temel topraklayıcı yalıtımın altındaki beton tabakasına yerleştirilmelidir. * Bağlantı filizleri bina içine girdikleri yerden itibaren en az 1,5 m uzunluğa sahip olmalıdır. * Temel topraklayıcı yıldırıma karşı koruma topraklaması olarak kullanılacaksa özel bağlantı filizi kullanılmalı ve bağlantı için dışarı çıkartılmalıdır. Asansör rayları gibi metalik konstrüksiyon kısımları temel topraklamaya bağlanacaksa ek bağlantı filizleri öngörülmelidir. 151
* Temel topraklama kısımlarını birbirine bağlamak için çapraz bağlayıcılar çelik donatıya bağlamak için de uygun bağlantı klemensleri kullanılmalıdır. * Dilatasyon derzlerinde genleşme köprüsü kullanılarak esnek bağlantı yapılmalıdır. 152
Temel topraklayıcı tesisi Temel topraklaması, potansiyel dengelemesinin etkisini arttırır. Bunun dışında, Üçüncü Bölüm deki kurallar yerine getirildiği taktirde, temel topraklaması kuvvetli akım tesislerinde ve yıldırıma karşı koruma tesislerinde topraklayıcı olarak uygundur. Bu topraklama, yapı bağlantı kutusunun arkasındaki elektrik tesisinin veya buna eşdeğer bir tesisin ana bölümüdür. Bağlantı filizi PDB Pano odası Şekil 16: Temel topraklama Temel topraklama 30x3,5 mm Paratoner için özel bağlantı filizleri 153
Temel topraklama şeridi (30x3,5 mm) en alt sıradaki çelik hasır üzerine yerleştirilmelidir. Bağlantı filizi Çelik donatı Bağlantı klemensleri Çelik donatılı temel topraklayıcıya örnek 154
Temel topraklamada mesafe tutucuların görünüşü Temel topraklayıcı ve mesafe tutucular 155
Çelik donatılı temel topraklayıcının üstten görünüşü 156
Temel topraklamada şeridin tesisi 157
Yakalama uçları Ana pano PDB Tali Pano Đniş iletkeni Bağlantı filizi Bağlant ı filizi Ölçme noktaları Temel topraklama IEC 61024-1 e göre bina dışı yıldırım koruması, temel topraklama ve potansiyel dengelemesinin birlikte tesisi 158
Örnek potansiyel denge baraları 159
YG-AG SĐSTEMLEĐNDE TOPAKLAMA TESĐSLEĐNĐN BĐLEŞTĐĐLMESĐ 160
Madde 11 a) Bir yüksek gerilim tesisinde toprak hatası esnasında alçak gerilim sisteminin nötr veya PEN iletkeni, yüksek gerilim tesis sisteminin topraklama tesisleri ile aşağıdaki koşullar yerine getirilmek kaydıyla bağlanabilir. - Alçak gerilim şebekesinde veya tesis edilen tüketim tesislerinde tehlikeli dokunma gerilimleri ortaya çıkmaz ise (Çizelge 13) - Tüketim tesislerinde alçak gerilim cihazlarının gerilim dayanımının (işletme frekansındaki) yüksekliği alçak gerilim yıldız noktasında bir potansiyel yükselmesinin sonucu olarak Çizelge 13 te izin verilen değerleri aşmaz ise, 161
b) Bir yüksek gerilim tesisi, topraklama alanı içindeki alçak gerilim tüketicilerini besliyorsa; YG topraklama tesisleri içindeki tüm işletme ve koruma topraklamaları birleştirilmelidir. c) Yüksek gerilim topraklama tesisinin alanı dışındaki alçak gerilimli tesislerin beslenmesi: - Söz konusu yüksek gerilim topraklama tesisi global topraklama sistemine bağlanmış ise, - veya AG şebekesinde Çizelge 13 teki koşullar yerine getirilmiş ise, ortak topraklama tesisinin yapılması önerilir. 162
AG Sistem Tipi Hata Süresi Ortak topraklama koşulları Dokunma Gerilimi Zorlanma Gerilimi t 5 s U E 1200 V TT Uygulanmaz t > 5 s U E 250 V TN PEN sadece TM de topraklı PEN bir çok noktada topraklı U E U tp U E 2.U Tp Uygulanmaz 163
I E U 1 U 2 Potansiyel dengeleme L1 L2 L3 PEN Temel topraklama U F E TN sisteminde U Tp f(t) eğrisinden PEN tek noktada topraklı ise U E U Tp PEN birden fazla noktada topraklı ise U E 2.U Tp olmalıdır. 164
U 1 I E U 2 L1 L2 L3 N Potansiyel dengeleme Temel topraklama U F E Açma süresi t > 5 s ise AG cihazlarının izin verilen zorlanma gerilimi U 0 +250 V Açma süresi t 5 s ise U 0 +1200 V Çizelge 14 ten yararlanılarak U E 1200 olarak bulunur (YG nin yıldız noktası düşük değerli bir direnç üzerinden topraklı bir sistem, AG nin TT sistemi olması kaydıyla). 165
Soru: AG de TN sisteminin uygulanması halinde I E U 1 U 2 Potansiyel dengeleme L1 L2 L3 PEN Temel topraklama U F E 166
Verilenler: I k1 700 A, E 1,5 Ω, t 0,5 s s.14 Şekil 6 daki eğriden, t 0,5 s için U Tp 200 V Topraklama gerilimi Faz toprak akımı x topraklama direnci U E I k1. E 700.1,5 1,05 kv PEN tek noktada topraklı ise U E U Tp PEN birden fazla noktada topraklı ise U E 2.U Tp olmalıdır. 167
a) 1050 V > 200 V olduğundan topraklamalar birleştirilemez. 700.' E 200 olacakşekilde E direncini düşürmeliyiz. ' E 200 / 700 0,29 Ω E 0,2 Ω olursa 700.0,2140 V b) U E 140 V < U Tp 200 V olduğundan trafo koruma ve işletme topraklamaları birleştirilebilir. (a) daki durumda topraklamalar birleştirilmeyecekse 50 kv un altındaki tesislerde olmalıdır. 168
Soru: Bir trafo merkezi için faz-toprak kısa devresi 1000 A olarak hesaplanmıştır. Arıza temizlenme süresi t F 0,5 s olarak verilmiştir. PEN çok noktada topraklanmıştır. E direnci ne olmalı ki YGKT ile AGĐT birleştirilebilsin? 169
E.I k1 U E PEN çok noktada topraklandığından U E 2.U Tp olmalıdır. E.I k1 2U Tp Tp k1 I k1 1000 A, U Tp 200 V (0,5 s için) E 2U I E 2.200 1000 400 1000 0,4 E direnci 0,4 Ω un altında gerçeklenirse YGKT ve AGĐT birleştirilebilir. 170
AG SĐSTEMĐ TT ĐSE YGKT-AGĐT BĐLEŞTĐME ÖNEKLEĐ 171
Soru: I k1 2 ka, r 0,6 ise E ne olmalıdır? U I 1200 r.i 1200 0,6.2000 E E E k1 1 172
Soru: Bir önceki örneği r 1 alarak tekrar gözden geçiriniz. 1200 E 1.2000 0,6 Direnç şartı ağırlaşmıştır. 173
Türkiye örneği (En kötü koşullar göz önüne alınarak) 154 / 34,5 kv yıldız noktası 1) 60 Ω ile topraklanmışsa, I k1 300 A r 1 I E 300 A 2) 20 Ω ile topraklanmışsa, I k1 1000 Ar 0,6 I E 600 A Yurdumuzda AG şebeke olarak genellikle TT kullanıldığından U E 1200 V olmalıdır. Bu durumda 1) E. I E 1200 E 1200 / 300 4 Ω 2) E 1200 / 600 2 Ω 174
Toprakların birleştirilmesi konusunda sağlamcı yaklaşım: Şekil 6 daki U Tp f(t) eğrisi incelenirse U Tpmin 75 V olduğu görülür. t > 5 s ise eğri doymuştur. Yukarıdaki hesaplamaları yapmak zor geliyorsa ve toprak değerini tutturmak güç değilse (ρ iyi mertebede veya global tesis söz konusu ise), ve E U Tpmin / I E koşulunu gerçekleyebilirsek, koruma ve işletme topraklamaları güvenle bağlanabilir. Fakat bu sağlamcı yaklaşım güvenlik bakımından bizi rahatlatır ama topraklama tesisi pahalı olur. 175
E 75 I E 75 r.i k1 Yıldız noktası 60 Ω, I k 300 A E 75 1.300 0,25 Yıldız noktası 20 Ω, I k 1000 A E 75 0,6.1000 0,125 olursa hiçbir tahkik yapılmaksızın topraklamalar birleştirilebilir. 176
Topraklamaların ayrılması: U 2 U 0 UB U Tp U 1 U 0 + E.I E şartı her koşulda sağlanmalıdır. 177
20 metre sorunu: Tekil topraklamalarda pek sorun yoktur. Madde 11.d de belirtildiği gibi (s.28) topraklayıcının geometrik şekli dikkate alınmalıdır (Ek-M deki örneklere bakınız). d d kabul olan YG tesislerinin dışındaki alanlarda AG şebekelerinin topraklama bağlanmasına kesinlikle izin verilmez. 178
Örnek: Gömülmüş ağ A 5. 7 m 2 d kabul A 1 1 π πu sin k 2UE d kabul 20 m A 35 m 2 U k / U E 0,09 (Gömülmüş ağ) l2 m, d20 mm çubuk için d k 20 m U k 0,17 4.35 6, 7 UE π 179
TOPAKLAMA, KOUMA VE POTANSĐYEL DENGELEME ĐLETKENLEĐNĐN SEÇĐMĐ VE TESĐSĐ 180
Topraklama iletkenlerinin akım taşıma kapasitelerinin hesaplanması: A I K ln t θf θ i + β + β A: iletkenin kesiti (mm 2 ) t k : hata akım süresi (s) I: iletken akımı (A) Kθ: malzeme katsayısı (A.s 1/2 /mm 2 ) θ i : başlangıç sıcaklığı (ºC) θ f : son sıcaklık (ºC) 181
Örnek: I k1 1000 A, t 1 s için 1. Yöntem: Ek-B deki çizelgeleri kullanarak A 1000 1 78 150 + 202 ln 20 + 202 19 2. Yöntem: Ek-B deki eğrileri kullanarak s.54 teki eğriden t 1 s için (4 nolu galvanizli çelik) G 75 A/mm 2 bulunur. 182
Fakat Ek-A da korozyon ve mekanik dayanım yönünden galvaniz çelik için şerit hali göz önüne alınırsa A min 90 mm 2 olduğu görülür. 30x3 galvaniz çelikşerit uygundur. 183
Madde 9. Tesisat bölgesinde toprağın toprak özgül direnci ölçülmelidir. Topraklayıcılar tespit edilmelidir. Topraklayıcının yayılma direnci hesaplanmalıdır. A Topraklayıcı tesis edilmelidir. Topraklama, koruma, potansiyel dengeleme iletkenleri varsa yıldırım karşı kurulan tesisin potansiyel dengeleme iletkenleri ana topraklama baralarına bağlanmalıdır. 184
Potansiyel dengeleme iletkenlerinin kesiti Kesit Ana potansiyel iletkeni Ek potansiyel dengelemesi Normal 0,5 x tesisin en büyük koruma iletkeni kesiti Đki gövde arasında Đki gövde arası ve yabancı geçirgen kısım 1 x en küçük koruma iletkeni 0,5 x koruma iletkeni kesiti Minimum 6 mm 2 Cu Mekanik korumalı Mekanik korumasız 2,5 mm 2 Cu 4 mm 2 Cu Sınır 25 mm 2 Cu - - 185
Ana iletken kesitlerine bağlı koruma iletkeni kesitlerinin seçimi L1, L2, L3 (mm 2 ) S 16 PE (mm 2 ) S 16 < S 35 16 S > 35 S / 2 186
Potansiyel dengeleme Her binada, aşağıdaki iletken bölümler potansiyel dengeleme barasına bağlanmalıdır : Ana koruma iletkeni, Ana topraklama iletkeni ve ana topraklama bağlantı ucu, Gaz, su gibi bina içindeki besleme sistemlerine ait metal borular, Yapısal metal bölümler, uygulanabiliyorsa merkezi ısıtma ve iklimlendirme sistemleri. 187
L1 L2 L3 N Kalorifer boruları Gaz boruları Ana pano Ana koruma iletkeni (PE) Su boruları Banyo ve duş Anten Diğer metal borular, yıldırım vs. Bağlantı filizi Ana potansiyel dengeleme barası Temel topraklama 30 x 3,5 mm TN sistemde ana potansiyel dengeleme şeması 188
ANA POTANSĐYEL DENGELEME ŞEMASI L1 L2 L3 N PE Kalorifer boruları Gaz boruları Anten ANA PANO Banyo, duş Su boruları Yıldırımlık ve diğer metal aksam Đç tesisat ŞEBEKE Ana pano detayı L1 L2 L3 N PE TT sistemde bu köprü olmayacaktır. Ana potansiyel dengeleme barası Temel topraklaması 30x3.5 mm. 189
Örnek: TN-S sistemi uygulanan bir tesiste ana panodan tali tablolara 4 x 150 NAYY ve 4 x 70 / 35 NYY kablolar çekilmiştir. Ana potansiyel dengeleme iletkenini seçiniz. APDĐ? 4 x 150 NAYY kabloyu esas alacağız. 190
SONUÇ 191
Yeni yönetmelik ülkemize ne getiriyor? 1. AG ve YG de uluslararası topraklama standartları yönetmeliğe alınmıştır. 2. Đlk defa AG ve YG topraklamaları geniş bir şekilde örneklerle yönetmeliğe girmiştir. 3. Temel topraklama geniş bir şekilde ele alınmıştır. 4. Yeni yönetmeliğe göre temel topraklama yeni tesislerde kesinlikle uygulanacaktır. 5. Artık Akım Koruma Cihazı (CD) tüm sistemlerde tesis edilmesi tavsiye edilir. 192
6. CD TT sistemde zorunludur. 7. Tüm sistemlerde potansiyel dengeleme tesis edilmelidir. 8. AG ve YG tesislerinin ayrılması veya birleştirilmesi yönetmeliğe göre yapılacaktır. 9. AG de dokunma gerilimi 50 V, YG de 75 V alınacaktır. 10. YG de adım gerilimi hesabına gerek yoktur. 11. Đletişim sistemleri potansiyel dengelemesi geniş bir şekilde ele alınmıştır. 12. Levha topraklamanın tesisi önerilmez. 13. Topraklama dirençleri şebeke ve sistemlerin yapısına göre boyutlandırılacaktır. 193
14. Tüm AG ve YG elektrik tesisleri işletmeye alınmadan önce ve sonra detaylı bir şekilde ölçme ve denetleme yapılacaktır. 15. TN ve TT sistemde koruma düzenekleri için k katsayıları (eski yönetmelik Çizelge 8) kesinlikle kullanılmayacaktır. 16. k katsayısı yerine IEC 60 364 de belirtilen faktörler alınacaktır. 17. Tüm sistemlerde çok düşük topraklama direnci hedeflenmelidir. 18. PE ve PD iletkenlerinde kaçak akımlar kesinlikle önlenmelidir. 194
19. PE ve N iletkenlerinin kesitlerine dikkat edilmelidir. 20. Tüm binada PEN kullanılmamalıdır. 21. N iletkeninin fazla yüklenmesi önlenmelidir. 22. Tüm iletkenler için CM (kaçak akım izleme cihazı) kullanılmalıdır. 195
TEŞEKKÜLE 196