K.T.Ü. Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. Temel Elektrik Lab. II TOPRAKLAMA 1. Topraklama Nedir? 1-1)Topraklamanın önemi: Elektrik tesislerinde topraklamanın amacı; elektrikli cihazları kullananların can Güvenliğini sağlamak cihazların tahrip olmasını önlemek ve sistemin toprak katsayısının 0 8 ve daha küçük değerlere düşmesini sağlamaktır. Elektrik tesisatının akım devresinde bir toprak kısa devresi(nötrü direkt topraklı şebekelerde) veya bir toprak kaçağında (nötrü izoleli şebekede) arıza noktasından toprağa yayılan akım gerilim altında olmaması gereken tesisat kısmında ve toprak kitlesi üzerinde bir gerilim düşümü meydana getirir. Bu da civardaki canlılar için öldürücü olabilir. İşte elektrikli cihazların gövdeleri gibi gerilim altında olmaması gereken yerlerde oluşan gerilimi toprağa iletmek için topraklama yapılır. Bu açıklamadan sonra topraklama; gerilim altında olmayan bütün tesisat kısımlarının uygun iletkenlerle toprak kitlesi içerisine yerleştirilmiş bir iletken cisme bağlanmasıdır şeklinde tanımlanır. Canlıların emniyetini sağlamak amacı ile tesisatın akım devresine ait olmayan kısımlarının (elektrikli cihazların gövdeleri gibi) topraklanmasına koruma topraklaması denir. İşletme akım devresine ait bir noktanın (trafoların veya alternatörlerin yıldız noktaları gibi) topraklanmasına ise işletme topraklaması denir. 1. 2)Topraklama ile ilgili Yönetmelik Maddeleri: 2.8.1979 tarih ve 16715 sayılı Resmi Gazete de yayınlanan Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği şıkları ile birlikte 30 maddeden ibarettir. Burada yalnızca bizi ilgilendiren iç tesisat ile ilgili maddeler açıklanacaktır. Madde :3-a.5- Toprağa karşı gerilim:oorta noktası yada yıldız noktası topraklanmış şebekelerde bir faz iletkeninin bu noktalara karşı gerilimdir. Bu gerilim faz gerilimine eşittir. Bunun dışındaki bütün şebekelerde bir faz iletkeninin toprağa temas etmesi durumunda diğer faz iletkenleri ile toprak arasında oluşan gerilimdir. Madde:3-a.6- Aktif Bölümler: İşletme araçlarının normal işletme şartlarında gerilim altında bulunan iletkenleri ile iletken bölümleridir. Madde:3-b.1- Toprak: Yeryüzünün madde ve yer olarak ifadesidir. Made: 3-b.2-Nötr Toprak(referans toprağı): Topraklayıcıdan yeterince uzak olan ve topraklama tesisinin etki alanı dışında kalan yeryüzü bölümüdür.+ Madde: 3-b.3- Topraklama iletkeni:topraklanacak bir aygıtı ya da tesis bölümünü bir topraklayıcıya bağlayan toprağın dışında ya da yalıtılmış olarak toprağın içinde çekilmiş bir iletkendir. Madde: 3-b.6- Topraklamak: Elektriksel bakımdan iletken bir parçayı topraklama
tesisi üzerinden toprağa bağlamaktır. Madde:3-b.8- Topraklayıcı: Toprağa gömülü ve onunla iletken bağlantısı olan iletken parçasıdır. Madde:3-b.11- Topraklama Çeşitleri: I- Koruma Topraklaması: İnsanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için işletme akım devresinde bulunmayan iletken bir bölümün topraklamasıdır. II- İşletme Topraklaması:İşletme akım devresinin bir noktasının aygıtların ve tesislerin normal işletilmesi için topraklanmasıdır. III- Yıldırıma Karşı Topraklama: Yıldırım düşmesi sonucunda işletme gereği gerilim altında bulunan iletkenlere atmaları geniş ölçüde önlemek için işletme akım devresine ilişkin olmayan iletken bölümlerin topraklanmasıdır. Madde :9- Topraklayıcıların Boyutlandırılması ve Topraklayıcı gereçleri: Madde :10- Topraklama iletkenlerinin boyutlandırılması Madde: 10-a. 1- Topraklama iletkeni için mekanik dayanım bakımından izin verilen küçük kesitler: (mm2) Madde :10-a.5- Toprak içine döşenen topraklama iletkeni çıplak ise bu iletken parçası topraklayıcı sayılır ve buna göre boyutlandırılır. Madde: 12- Topraklayıcıların düzenlenmesi: Topraklayıcılar birbirlerine ve topraklama iletkenlerine kaynak cıvata ya da klemens ile elektriksel bakımdan iletken olarak bağlanmalıdır. a) Zemin şartları izin verdiğinde yüzeysel topraklayıcılar genel olarak 0 5-1 m derinliğe döşenmesi gerekir. Topraklayıcının çevresine killi ya da humuslu toprak doldurmak ve sıkıştırmak tavsiye edilir. b) Derin topraklayıcılar olabildiğince toprağa düşey olarak ve üst ucu toprağın en az 0 5 m. Altında olacak şekilde çakılmalıdır
c) Levha topraklayıcılar toprağa düşey olarak gömülmelidir. Genellikle 0 5x 1 m. boyutlu levhalar kullanılır. Levhaların üst yüzeyi toprak yüzeyinden en az 1 m. aşağıda olmalıdır. Madde: 13- Topraklama iletkenlerinin Çekilmesi: Topraklanacak bölümler kesinlikle seri bağlanmamalı ve her zaman paralel topraklama iletkenleri üzerinden topraklama barasına bağlanmalıdır. Toprak dışındaki topraklama iletkenleri kolayca görülebilecek ve muhafaza içindekiler kolayca erişilebilecek şekilde yerleştirilmelidir. Topraklama iletkenleri ve topraklama baraları üzerine anahtar ve sigorta konulamaz. Betonarme yapılarda topraklama iletkenleri beton içine döşenebilir. 1.3) Alçak gerilim Şebekelerinde Topraklama Şekilleri Tesisat yönetmeliklerinde alçak gerilim şebekelerinde kullanılmak üzere 3 çeşit topraklama bağlantısı verilmektedir. Bağlantı şekillerini belirleyen isimlerde ilk harf trafonun sıfır noktasının toprakla bağlantı durumunu gösterir. T: toprağa bağlı I: Topraktan yalıtılmış İkinci harf ise cihazların toprağa bağlantı durumunu belirtir. T: Toprağa bağlı N: Sıfır hattına bağlı Bu duruma göre üç ana sistem(tt,tn ve IT) vardır. TN sisteminin ise üç adet alt grubu bulunmaktadır(tn-c, TN-S, TN-C-S). TT sistemi: Bu sistemde doğrudan topraklanmış bir nokta bulunur, tesisatınaçıktaki iletken bölümleri, güç sistemi topraklayıcısından elektriksel olarak bağımsız olan topraklayıcılara bağlanır. IT sistemi: Bu sistemde bütün gerilimli bölümler topraktan ayrılır veya bir noktadan, bir empedans üzerinden toprağa bağlanır. Elektrik tesisatının açıktaki iletken bölümleri ayrı, ayrı veya birleşik olarak topraklanır veya sistem topraklamasına bağlanır. TN sistemi: Bu sitemde doğrudan topraklanmış bir nokta bulunur ve tesisatın açıktaki iletken bölümleri bu noktaya koruma iletkeni ile bağlanır. Bu sistem koruma ve nötr iletkenlerinin düzenlenmesine göre üçe ayrılır. * TN-C sistemi: Sistemin tamamında ayrı bir koruma iletkeni kullanılır.
* TN-C-S sistemi: Nötr ve koruma fonksiyonları sistemin bir bölümünde tek iletkende birleştirilmiştir. * TN-S sistemi: Sistemin tamamında nötr ve koruma fonksiyonları tek iletkende birleştirilmiştir. 2. ÖLÇME ALETİ 2.1.) Genel Açıklama:Deneyde kullanacağınız cihazla (HT-2016 GEOTEST-2016) aşağıdaki ölçmeler gerçekleştirebilir: * TOPRAK 2 TEL : 2 tel ile toprak direnci * TOPRAK 3 TEL : 3 tel ile toprak direnci * ρ : 4 tel ile toprak özdirencinin ölçülmesi. Bu cihaz, yukarıdaki deneyler için Potansiyel düşümü ölçme metodunu kullanmaktadır. 2.2. ) Cihazın Tanıtımı GÖSTERGE: 1. Ekran 2. Fonksiyon tuşları 3. Döner anahtar 1.2. Fonksiyon Tuşları Şekil 1. Cihazın ön panel görünümü Önceden yapılmış geçerli ölçümlere dayanarak hesaplanan toprak özdirencinin ortalama değerini gösterir. Toprak çubukları arasındaki mesafeyi D seçer ( ρ özdirenç testi).
Seçili bellek konumundan kayıtlı veriyi gösterir. Ölçümlerin ortalama değerini, ortalama değer hesaplamalarını ve kayıtlı test sonuçlarını belirtilen bellek konumlarından siler. Saklanmış test sonuçlarını geri çağırır. D parametre değerini artırır, kayıtlı test sonuçları arasında kaydırır veya D parametresinin birimini m/ft seçer. D parametre değerini azaltır veya kaydedilmiş test sonuçlarını gözden geçirir. Ölçüme başlar. Seçilen durum veya fonksiyondan vazgeçilir (çıkılır). Test sonuçlarını kaydeder. 3) DENEYİN YAPILIŞI 3.1.) Toprak 2 Tel deneyi Her ne zaman 3 tel toprak deney ölçümü için çubukları toprağa çivilemenin mümkün olmadığı veya TT kurulumu durumunda Şekil 2 de gösterildiği gibi normalinden daha fazla değer veren basitleştirilmiş 2 tel metodu kullanılabilir. Testi gerçekleştirmek için yardımcı çubuğa gerek vardır. Ne zaman bu çubuğun toprak direnci ihmal edilebilir ve test içinde toprak malzemesinden bağımsız ise bu çubuk uygundur. Şekil 2 de su borusu yardımcı çubuk
olarak kullanılmaktadır. Bununla beraber toprağa çivilenmiş her hangi bir metal gövde de uygundur. Şekil 2. 2 tel ile toprak direnci ölçümü Halihazırda bu test CEI 64.8 standardı tarafından hesaba katılmamasına rağmen, bir çok 3 tel karşılaştırma testi tarafından gösterilen toprak direnç değerini verir. Ölçme işlemi: * Ölçüm kablolarının 4 konnektörünü (bağlayıcı) (siyah, kırmızı, mavi ve yeşil), cihazın ilgili terminal girişlerine (E, S, H, ES) yerleştirin. * Şekil 2 de gösterildiği gibi timsah kıskaçlarını bağlayın. * Anahtarı TOPRAK 2 TEL konumuna getirin. * Ekran görünüşü: Şekil 3. Cihaz ekranının ölçüm öncesi görünümü * GO tuşuna basarak ölçüm yapın ve ekranda görülen değeri okuyun. Test sonunda ekranda aşağıdakine benzer bir ekran görülecektir.
NOT: Eğer GO tuşuna basmaya devam ederseniz, cihaz ard arda birçok ölçüm yapacaktır. Ne zaman yeni değer elde edildiğinde, cihaz kısa bir ses çıkartır. İkincil ekranın sol kenarındaki sayıcı yenilenir ve bir saniye için değer gösterilir. Ortalama direnç değerinin hesaplanmasında kullanılan ölçüm sayısını gösterir. Şekil 4. Örnek bir 2 tel ile toprak direnci ölçme sonucu ekranı 2.2. Prizden 2 Tel Toprak Direnç Ölçümü- Toprak 2 Tel TT kurulumu olduğu takdirde ve sadece TT kurulumu olduğu durumda, daha büyük değer veren (bu yüzden daha güvenli) basitleştirilmiş yöntem ile toprak direnç ölçümü gerçekleştirilebilir. Bu yöntemde, yardımcı çubuk olarak prizdeki NÖTR hattı kullanılır. Eğer toprak bağlantısı var ise, doğal olarak ölçüm NÖTR ve TOPRAK arasında doğrudan yapılır. Halihazırda CEI 64.8 standardı bu ölçüm metodu kabul etmemesine rağmen bir çok 3 tel karşılaştırma testi tarafından gösterilen toprak direnç değerini verir. Şekil 5. Pano üzerinde basitleştirilmiş metodla toprak direnci ölçümü 2.3. Toprak 3 Tel
Ölçüm, CEI 64.8, IEC 781, VDE 0413, EN61557-5 standartlarında belirtilen hükümlere göre yapılır. Şekil 6. 3 tel toprak direnci ölçümü Ölçme işlemi: * Ölçüm kablolarının 4 konnektörünü (bağlayıcı) (siyah, kırmızı, mavi ve yeşil), cihazın ilgili terminal girişlerine (E, S, H, ES) yerleştirin. * Şekil 6 da gösterildiği gibi timsah kıskaçlarını bağlayın. * Anahtarı TOPRAK 3 TEL konumuna getirin. * Ekran görünüşü: Şekil 7. Cihaz ekranının ölçme öncesi görünümü
* GO tuşuna basarak ölçüm yapın ve ekranda görülen değeri okuyun. Test sonunda ekranda aşağıdakine benzer bir ekran görülecektir. NOT: Eğer GO tuşuna basmaya devam ederseniz, cihaz ard arda birçok ölçüm yapacaktır. Ne zaman yeni değer elde edildiğinde, cihaz kısa bir ses çıkartır. İkincil ekranın sol kenarındaki sayıcı yenilenir ve bir saniye için değer gösterilir. Ortalama direnç değerinin hesaplanmasında kullanılan ölçüm sayısını gösterir. Şekil 8. Örnek bir 2 tel ile toprak direnci ölçme sonucu ekranı 2.4. ρ Modu (Toprak Özgüldirenci) Ölçüm, CEI 64.8, IEC 781, VDE 0413, EN61557-5 standartlarında belirtilen hükümlere göre yapılır. 2.4.1. Ölçme biriminin seçimi * RCL tuşunu basılı tutup döner anahtarı çevirin. Cihaz, düzeltilecek ölçme biriminin seçimine izin veren ekranı gösterecektir. yukarı veya aşağı tuşları ile m veya ft seçilir. * SAVE veya ESC tuşuna basılarak seçilen ölçme birimi kaydedilir. 2.4.2. Çalışma talimatı 1. 4 toprak çubuğunu aynı D mesafesinde toprağa çivileyin. Çubuklar arasındaki mesafe genellikle 1 ile 10 m (3 ile 30 ft) arasındadır. 2. Çubuklar arası D mesafesi, toprak özdirencinin hangi derinlikte ölçüldüğüne tayin etmektedir. En düşük özdirenç değeri ile ilgili mesafeyi (ve böylece derinliği de) belirlemek için test, çubuklar farklı mesafelere yerleştirilerek birkaç kez tekrarlanmalıdır. 3. Ölçüm kablolarının 4 konnektörünü (bağlayıcı) (siyah, kırmızı, mavi ve yeşil), cihazın ilgili terminal girişlerine (E, S, H, ES) yerleştirin. 4. Şekil 9 da gösterildiği gibi timsah kıskaçlarını bağlayın.
Şekil. 9. 4 tel toprak özdirenç ölçümü 5. Anahtarı ρ konumuna getirin. Şekil 10. Cihaz ekranından ölçme öncesi bir görünüm 6. Çubuklar arasındaki D mesafesini seçin.
7. Yukarı aşağı tuşlarına basarak D mesafesini seçin. Bu mesafe, takip eden değerlerden seçilebilir: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 m veya 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 ft. Şekil 11. Örnek bir D mesafesi seçim ekranı ESC tuşuna basarak seçilen değer doğrulanır. GO tuşuna basarak ölçüm yapın ve ekranda görülen değeri okuyun. Test sonunda ekranda aşağıdakine benzer bir ekran görülecektir.
Şekil 12. Örnek bir toprak özdirenci ölçüm sonuç ekranı NOT: D mesafe biri ne olursa olsun, özdirenç otomatik olarak OhmMetre cinsinden hesaplanacaktır.