5. ÜNİTE ELEKTRİK TESİSLERİNDE KORUNMA TEDBİRLERİ KONULAR 1. YALITMA 2. KÜÇÜK GERİLİM KULLANMA 3. TOPRAKLAMA 4. SIFIRLAMA
5.1 YALITMA Elektrik devresinde bulunan, cihaz, takım veya makinelerin yalıtım özelliklerinin bozularak gövdelerine elektrik enerjisinin geçmesi veya iletim hatlarının koparak canlılara dokunması sonucunda elektrik enerjisi tehlikeli bir hale gelir. Elektrik enerjisinin bu tehlikesini önlemek için yapılan işlemlerden birisi de koruyucu yalıtma adı verilen yöntemdir. 5.1.1 Koruyucu Yalıtma Normalde gerilim altında olmaması gereken, ancak her hangi bir nedenle yalıtımı bozulan ve elektriklenebilen parçalar izoleli olarak yapılmalıdır. Kaçak elektrik akımı ihtimaline karşı, elektrik işlerinde kullanılan pense, kargaburnu, tornavida ve benzeri el aletleri ile uygun şekilde yalıtılmış, yağdanlıklar, süpürgeler, fırçalar ve diğer temizlik araçlarının saplan, akım geçirmeyen malzemeden yapılırlar. 5.1.2 Üzerinde Durulan Yerin Yalıtılması Yerleri değişmeyen sabit elektrikli makine ve araçlarla, elektrik panolarının taban alanına tahta ızgara, lastik paspas vb. konulmak suretiyle yapılan bir korunma önlemidir. Bu korunma önlemi, herhangi bir elektrik kaçağında insanı toprağa karşı yalıttığı için elektrik çarpması gerçekleşmez. 5.2 KÜÇÜK GERİLİM KULLANMA Yalıtım özelliklerinin bozularak gövdelerine elektrik enerjisinin geçmesi ihtimali fazla olan, cihaz, takım ve elektrikli makineler 42 voltluk gerilimle veya daha az bir değerdeki gerilimle çalıştırılmalıdır. Ayrıca elektrikli takım ve makinelerin kumanda devrelerinde, kullanma gerilimleri transformatör vasıtası ile küçültülerek, küçük değerdeki gerilimler kullanılır. Bir yalıtım hatasında elektrik çarpmasının etkili olmaması için, bu korunma önlemi yapılan elektrikli araçları ayrıca topraklamaya gerek yoktur. Kazan içinde veya buna benzer dar ve iletken kısımları bulunan yerlerle ıslak yerlerde, alternatif akım ile çalışan lambalar kullanıldığı takdirde küçük gerilim kullanılmalıdır. Bu devredeki fişler aynı yerde bulunabilecek daha yüksek gerilimli prizlere uymayacak türden seçilmelidir. 5.3 TOPRAKLAMA Topraklama, bir elektrik cihazında kazara meydana gelebilecek izolasyon hatalarında metal gövdenin elektriklenmesini önlemek amacıyla bir iletken yardımıyla bu gövdenin toprağa bağlanmasıdır (Şekil 5.1). Bu durumda topraklama hem kaçak akımı toprağa akıtır hem de otomatik sigorta yardımı ile devreyi keserek oluşabilecek bir tehlikeye karşı can ve mal güvenliğini sağlar. 99
Şekil 5.1 Topraklama çubuğu 5.3.1 Topraklamanın Önemi Tablo 5.1 Topraklama sembolleri 100
Topraklamanın amacı; yapılacak bir hata durumunda oluşacak adım ve dokunma gerilimlerinin insan hayatını tehlikeye sokacak mertebede olmasını önlemek veya bu tehlikeli gerilimleri tamamen ortadan kaldırmaktır. Elektrik sistemlerinin devamlılığı ve insan hayatını güvenceye almak için elektrik sistemlerinde, gerilim altındaki kısımlar yalıtılır. Toprağa karşı yalıtımda, çeşitli sebeplerle her zaman bozulma ve delinme şeklinde hata meydana gelmesi kaçınılmazdır. Topraklama, meydana gelebilecek bu çeşit bir hata durumunda, insan hayatını güvenceye almak maksadıyla uygulanacak işlemlerden biridir. 5.3.2 Topraklama Çeşitleri Şekil 5.2 Topraklama Koruma topraklaması, işletme topraklaması, fonksiyon topraklama, yıldırımın etkilerine karşı topraklama olmak üzere dörde ayrılır (Şekil 5.2). 5.3.2.1 Koruma Topraklaması Alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı korunma yöntemlerinden biridir. Yüksek gerilim tesislerinde ise temas gerilimine karşı korumada kullanılacak tek yöntemdir. İşletme araçlarının aktif olmayan bölümleri, uygun şekilde toprak içine tesis edilmiş olan bir topraklama düzenine iletken bir şekilde bağlanarak koruma topraklaması elde edilir. Burada uygulanan topraklama yöntemi ile hata hâlinde, insan vücudu üzerinden geçecek akımı olduğunca küçük tutmak ve bu arada devredeki koruma cihazlarının çalışmasını sağlayarak arızalı kısmın hızla devre dışı olma- 101
sını sağlamaktır. İnsanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için işletme araçlarının aktif olmayan kısımlarının topraklanmasıdır. 5.3.2.2 İşletme Topraklaması Şekil 5.3 Topraklama çeşitleri İşletme akım devresinin, tesisin normal işletilmesi için topraklanmasıdır. 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. 5.3.2.3 Fonksiyon Topraklaması Bir iletişim tesisinin veya bir işletme elemanının istenen fonksiyonu yerine getirmesi için yapılan topraklama yöntemlerinden biridir. Yıldırım etkilerine karşı koruma, raylı sistem topraklaması, zayıf akım cihazlarının topraklanması fonksiyon topraklamasına birer örnektir. 5.3.2.4 Yıldırımın Etkilerine Karşı Topraklama Elektrik, insanoğlu için vazgeçilmez güç olmasının yanında statik elektrik önlemi alınmayıp topraklama yapılmadığında kötü sonuçlar doğurabilecek bir enerji kaynağıdır. Tesislerin girişlerine statik yükü boşaltıcı statik elektrik levhaları ve topraklama sistemleri kuruludur. Buralarda çalışan kişiler içeri girmeden önce ellerini 102
bu statik yük boşaltıcı sisteme sürerek statik yüklerini boşaltır ve o şekilde çalışmaya başlar. Benzer sistem benzin istasyonlarında da vardır. Benzin boşaltımını yapacak olan tankerler topraklama maşası veya topraklama tamburu ile önce üzerindeki statik yükü boşaltır daha sonra yakıt boşaltım işlemini yapar. Akaryakıt yüklü araçlar ile cephane yüklü araçların alt taraflarında aşağı doğru sarkıtılmış, oluşan statik elektriği toprağa akıtmak üzere yapılmış zincir ya da tel gibi metaller bulunmaktadır. Ya da sıvı yakıt yüklü tankerlerin, tank içindeki dalgakıranları aynı zamanda statik elektrik önleme tedbiri olarak sayılabilir. Yıldırımdan korunma için yüksek gerilim topraklama tesisi kullanılmalıdır. Bütün aşırı gerilim koruma düzenlerinin, toprağa boşalma yolunun direnç ve endüktansı olabildiğince küçük tutulmalıdır. Bu sebeple topraklama elektrotuna bağlantı mümkün olduğu kadar düz, köşe yapmadan ve en kısa yoldan yapılmalıdır. Yapıların yıldırım etkilerine karşı koruma önlemleri için ilgili standartlara (TS 622,TS IEC 61024 ve TS IEC 60364-4-443 vb. ) ve diğer ilgili mevzuatta (Bayındırlık Bakanlığı Teknik İşler şartnamesi Yıldırımlık tesisatı kısmı vb.) belirtilen hususlara da uyulacaktır. Parlayıcı ve patlayıcı ortamlarda alınacak ek topraklama önlemleri için ilgili standartlarda ( Örneğin EN 60079-14 vb. ), tüzük ve genelgelerde belirtilen hususlara uyulacaktır. 5.3.3 Topraklama Elemanları Topraklama tesisinde kullanılan elemanlar; topraklama iletkeni, topraklayıcılar, topraklama bağlantı elemanları ve zemindir. Topraklama iletkeni, topraklanacak bir aygıtı veya tesis bölümünün bir topraklayıcıya bağlayan toprağın dışında ya da yalıtılmış olarak toprağın içinde çekilmiş bir iletkendir (Resim 5.1). Çeşitli kalınlıkta yuvarlak, örgülü veya yassı lama şeklinde bakır veya galvanizli iletkenden yapılmaktadır. Topraklama iletkenlerinin en küçük kesitleri, elektrik tesislerinde topraklamalar yönetmeliğine göre; Resim 5.1 Galvaniz kaplı topraklama iletkeni 103
Bakır: 16 mm², Alüminyum: 35 mm², Çelik: 50 mm² olmalıdır. Topraklayıcılar; galvaniz topraklama şeridi, galvaniz topraklama çubuğu, galvaniz topraklama levhası, topraklama klemenslerinden oluşur. Galvaniz topraklama şeridi, yuvarlak iletken ya da örgülü iletkenden yapılan ve genellikle az derine gömülen topraklayıcılardır (Resim 5.2). Bunlar uzunlamasına döşenebileceği gibi yıldız, halka, gözlü topraklayıcı ya da bunların bazılarının bir arada kullanıldığı biçimde düzenlenebilir. Resim 5.2 Galvaniz topraklama şeridi Galvaniz topraklama çubuğu, boru ya da profil çelikten yapılan ve toprağa çakılarak kullanılan topraklayıcılardır (Resim 5.3). Genellikle çıplak bakır veya bakır kaplamalı çelikten yapılır. En az 0,5 1 metre derine gömülmelidir. Resim 5.3 Galvaniz topraklama çubuğu Galvaniz topraklama levhası, dolu ya da delikli levhalardan yapılan 104
topraklayıcılardır. Bunlar genel olarak öteki topraklayıcılara göre daha derine gömülür (Resim 5.4). Resim 5.4 Galvaniz topraklama levhası 5.5) Topraklama bağlantı elemanları, galvaniz kaplı klemenslerden oluşur (Resim Resim 5.5 Galvaniz kaplı klemensler Toprağın özgül elektrik direnci vardır. Bu direnç kenar uzunluğu 1 metre olan toprak bir küpün karşılıklı iki yüzeyi arasındaki dirençtir (Tablo 5.2). Toprağın Cinsi Özgül Direnç (Ω.m) Bataklık 30 Killi toprak 100 Rutubetli kum 200 Rutubetli çakıl 500 Kuru kum veya çakıl 1000 Taşlı zemin 3000 Tablo 5.2 Toprağın özgül direnci 105
5.4 SIFIRLAMA 5.4.1 Sıfırlama Yapım Nedenleri Gerilim altında olmayan bütün tesisat kısımlarının şebekenin sıfırlama hattına(topraklanmış nötr hattına) veya ayrı çekilmiş koruma iletkenine bağlanmasıdır. Topraklamaya göre daha kolay ve ucuz olan bu korunma şeklinde, elektrikli cihazda herhangi bir kaçak olduğunda kısa devre meydana gelir ve sigorta atarak cihazın enerjisini keser. Yani sıfırlama yapılmakla gövdeye kaçak arızası kısa devreye dönüştürülerek sigortayı artırmak suretiyle devrenin enerjisi kesilmiş olur Masrafsız ve kolay uygulanmasının yanında, sıfırlamanın birtakım sakıncaları da vardır. Giriş faz nötr iletkenleri eğer yer değiştirirse alıcılar üzerinde faz verilmiş olur. Normalde nötr hattında enerji bulunmamalıdır ancak şebeke hatlarının dengesiz yüklenmesi sonucu olarak nötr hattında da enerji olabilir. Küçük değerdeki kaçaklar sigorta tarafından algılanmayacağı için cihaza dokunan kişiler için de her zaman potansiyel tehlike oluşturur. Şekil 5.4 Sıfırlama 5.4.2 Sıfırlamanın Sakıncaları Sıfırlamanın iki ana sakıncası vardır. Bunlar: Binayı besleyen ana kolon hattının kopması sonucu yeniden bağlantı yapılırken nötr ve faz uçları yer değiştirebilir. Bu durumda sıfırlamayla korunan aygıtın gövdesine faz gider, sigorta atmaz. Sıfırlamayla korunan aygıtın besleme kablosunda nötr hattı koptuğunda faz alıcının gövdesine gider, sigorta atmaz. 106
ÖZET Yalıtma: Elektrik devresinde bulunan, cihaz, takım veya makinelerin yalıtım özelliklerinin bozularak gövdelerine elektrik enerjisinin geçmesi veya iletim hatlarının koparak canlılara dokunması sonucunda elektrik enerjisi tehlikeli bir hale gelir. Elektrik enerjisinin bu tehlikesini önlemek için yapılan işlemlerden birisi de koruyucu yalıtma adı verilen yöntemdir. Normalde gerilim altında olmaması gereken, ancak her hangi bir nedenle yalıtımı bozulan ve elektriklenebilen parçalar izoleli olarak yapılmalıdır. Yerleri değişmeyen sabit elektrikli makine ve araçlarla, elektrik panolarının taban alanına tahta ızgara, lastik paspas vb. konulmak suretiyle yapılan bir korunma önlemidir. Yalıtım özelliklerinin bozularak gövdelerine elektrik enerjisinin geçmesi ihtimali fazla olan, cihaz, takım ve elektrikli makineler 42 voltluk gerilimle veya daha az bir değerdeki gerilimle çalıştırılmalıdır. Topraklama, bir elektrik cihazında kazara meydana gelebilecek izolasyon hatalarında metal gövdenin elektriklenmesini önlemek amacıyla bir iletken yardımıyla bu gövdenin toprağa bağlanmasıdır Topraklamanın amacı; yapılacak bir hata durumunda oluşacak adım ve dokunma gerilimlerinin insan hayatını tehlikeye sokacak mertebede olmasını önlemek veya bu tehlikeli gerilimleri tamamen ortadan kaldırmaktır. Koruma topraklaması, işletme topraklaması, fonksiyon topraklama, yıldırımın etkilerine karşı topraklama olmak üzere dörde ayrılır. Alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı korunma yöntemlerinden biridir. Yüksek gerilim tesislerinde ise temas gerilimine karşı korumada kullanılacak tek yöntemdir. Elektrik, insanoğlu için vazgeçilmez güç olmasının yanında statik elektrik önlemi alınmayıp topraklama yapılmadığında kötü sonuçlar doğurabilecek bir enerji kaynağıdır. Tesislerin girişlerine statik yükü boşaltıcı statik elektrik levhaları ve topraklama sistemleri kuruludur. Topraklama tesisinde kullanılan elemanlar; topraklama iletkeni, topraklayıcılar, topraklama bağlantı elemanları ve zemindir. Topraklama iletkenlerinin en küçük kesitleri, elektrik tesislerinde topraklamalar yönetmeliğine göre; Bakır: 16 mm², Alüminyum: 35 mm², 107
Çelik: 50 mm² olmalıdır. Toprağın özgül elektrik direnci vardır. Bu direnç kenar uzunluğu 1 metre olan toprak bir küpün karşılıklı iki yüzeyi arasındaki dirençtir Sıfırlama Yapım Nedenleri Gerilim altında olmayan bütün tesisat kısımlarının şebekenin sıfırlama hattına(topraklanmış nötr hattına) veya ayrı çekilmiş koruma iletkenine bağlanmasıdır. Sıfırlamanın iki ana sakıncası vardır. Bunlar: Binayı besleyen ana kolon hattının kopması sonucu yeniden bağlantı yapılırken nötr ve faz uçları yer değiştirebilir. Bu durumda sıfırlamayla korunan aygıtın gövdesine faz gider, sigorta atmaz. Sıfırlamayla korunan aygıtın besleme kablosunda nötr hattı koptuğunda faz alıcının gövdesine gider, sigorta atmaz. 108
DEĞERLENDİRME SORULARI 1. Aşağıdakilerden hangisi elektrik tesislerinde koruma yöntemlerinden değildir? a) Büyük gerilim kullanma b) Sıfırlama c) Topraklama d) Yalıtma 2. Elektrik makine ve araçların gövdelerinin nötr iletkenine bağlanmasına ne denir? a) Topraklama b) Sıfırlama c) Yalıtma d) Şase 3. Aşağıdakilerden hangisi üzerinde akım taşıyabilecek madeni kısımların toprak ile yapılan bağlantısına ne denir? a) Yalıtma b) Küçük gerilim c) Topraklama d) Sıfırlama 4. Aşağıdakilerden hangisi topraklamayı açıklamaya yeterli değildir? a) Direnci az olmalı b) 10 ohm dan düşük olmalı c) Gözle görülebilmeli d) Direnci yüksek olmalı 5. Aşağıdakilerden hangisi elektrik tesislerinde koruma önlemlerindendir? a) Büyük gerilim kullanma b) İzalesiz iletken kullanma c) Yalıtma d) Yalıtmaya gerek yoktur 109