Parafudr Nedir?

Paratoner

Parafudr Nedir?

Parafudr yüksek gerilim tesislerini aşırı gerilimlere karşı korur. Yüksek gerilimin sistemde ve sisteme bağlı cihazlarda (veri kabloları, güç kaynağı vb gibi) meydana gelebilecek hasar ve arızalara karşı ve özellikle yıldırım düşmesi gibi nedenlerden dolayı meydana gelen dış yüksek gerilimden, yıldırımdan korunma ve elektronik cihazları korumak için parafudrlar kullanılır.

Parafudrlar, büyük akım darbelerini toprağa ileterek, işletmeyi kesintiye uğratmadan aşırı gerilimleri şebeke izolasyonu içinde zararsız bir hale getirir. Yüksek gerilim aletlerinde ki yıldırım düşmelerini, hat arızaları ve kesici açması gibi manevralar sonucu meydana gelen aşırı ve zararlı çok yüksek gerilim şoklarını, enerji nakil hattında oluşan aşırı gerilimi toprağa deşarj eden, yürüyen dalgaların hasar etkisini önleyen koruma cihazlarına parafudr denir.

Yüksek gerilimler meydana gelme şekline göre iç (sistem içinde meydana gelen ) yüksek gerilimleri ve dış (doğal nedenlerden meydana gelen) yüksek gerilimleri olarak ikiye ayrılır. İç yüksek gerilimler elektrik şebekelerinde oluşmaktadır. Toprak ile temas, iki fazın teması, nötr ve toprak teması vb gibi şebeke kaynaklı sorunlardan meydana gelebilir. Dış yüksek gerilimler doğal olaylardan kaynaklanmakta ve elektrik iletim hatlarına düşen yıldırım sonucu toprak potansiyelinin yükselmesi, faz yada toprak hattına yıldırım düşmesi, yıldırım düşmesi sonucu meydana gelen manyetik alan gibi sebeplerden dolayı oluşmaktadır. Kullanılan elektronik cihazlarda şebekeden kaynaklı meydana gelebilecek iç yüksek gerilimlerine karşı korunma sağlanması amaçlı (Faraday Kafesi) devre tasarımları yapılmaktadır. Dış yüksek gerilimlerden sistemi korumak için parafudrlar kullanılmalıdır.

Bir yapıda Faraday kafesi yada paratoner varsa,

yanlız canlıların elektriksel yıldırım deşarjına karşı korunmasını ve yapıların yangın riskinin önlenmesini sağlar. Yapıda dış yıldırımlık sistemi varsa  o yapıda mutlaka iç yıldırımlık sistemi de olmalıdır. Aynı zamanda topraklama ve eş potansiyel de dahil edilmelidir. Bunlar bir arada olduğu ve doğru projelendirildiği zaman binalar yıldırım ve darbelere karşı korunma sisteminde avantajlar sağlanır. İç yıldırımlık sistemlerinin amacı, gelen darbeyi kendi üzerinden toprağa aktarmaktır.

Tesislerin gereksinimi olan elektrik enerjisi, elektrik işletmelerine ait enerji nakil hatları ile yapılmaktadır. Üretim ya da enerji nakil hatlarının geçtiği bölgelerde oluşan statik yük olumsuzlukları, enerjiyi kullanan kurum veya kuruluşların uluslararası standartlara uymaması sebebi ile enerji üzerinde zararlı aşırı gerilimler (pikler) meydana gelmektedir. İstenmeyen bu piklerin meydana gelme sebeplerinden bir diğeri de çevrede meydana gelen yıldırım deşarjlarıdır. Bu pikleri, tesislerde kullandığımız enerjiyi kesintiye uğratmadan ayırarak toprak hattına iletilmesi için tesisi parafudr ile koruyabiliriz.

Elektrik enerjisi iletiminde yıldırımdan korunma önemli bir güvenlik sorunu olmuştur. Geçmişte tesisleri korumak için ark boynuzları ile yada atlamanın az zarar vereceği yerlerde izolasyon azaltılırdı. Tüm bu yöntemlerin amacı belli bir koruma düzeyi sağlamaktı. Ama dik alınlı gerilim dalgaları için atlama gerilimini ve izolasyon dayanma seviyesini kontrol etmek zordur.

İletim ve dağıtım tesislerinde, yönetmeliğe uygun bir topraklama sistemi de olmalıdır. Bundan dolayı her binada ve tesiste ana koruma iletkeni, ana topraklama iletkeni, bina etrafına veya temeline; ana topraklama bağlantı ucu ve dış iletken bölümler (Gaz, su gibi bina içindeki besleme sistemlerinin metal boruları, anten tesisatı için topraklama iletkeni, yıldırımlık sistemi topraklaması, çelik iskeletli yapı, aşırı gerilim koruma cihazlarının topraklama iletkenleri, aşırı gerilim ve akım devreleri, merkezi ısıtma ve klima sistemleri, raylı sistem toprağı, yapısal takviyeli betonun ana metal demirleri, iletişim sistemi topraklaması, anten tesisatı için topraklama iletkeni, cihazlar için fonksiyon topraklaması v.b gibi) ana eş potansiyel sisteme bağlanmalıdır.

Dik alınlı aşırı gerilimlerle karşılaşıp çalışmaları durumunda, ark boynuzları, izolasyonda trafolara zarar verecek seviyede zorlanmalara sebep olabilir. 1930 yılından beri parafudrlar yıldırımdan korunma sistemleri olarak kullanılmıştır. 20 yıldan bu yana parafudrlar daha çok 5 manevra aşırı gerilimlerine karşı kullanılmaya başlanmıştır. Normal olarak, manevra aşırı gerilimleri 245 kV’un üstündeki şebekelerde önemlidir.

Normalde parafudrlar yalıtkan haldedir.

Ancak üstünden büyük akımlar geçirerek toprağa iletir. Aşırı akımın etkisi geçtiği zaman yeniden ilk durumuna (yalıtkan) döner. Güç trafoları yüksek gerilim buşinglerinin enerji besleme ve toprak tarafında eklatörler (ark boynuzu) bağlanmış olarak imalatları yapılmaktadır. Trafoların montajı sırasında ark boynuzu uçlarının birbirine baktığı ve mesafelerinin kontrolü bozulmuşsa ayarlanması gerekir.

Parafudrun Koruma Görevleri

Yüksek gerilim şalt sahalarında ve enerji nakil hattında yüksek akım ve gerilimlerin oluşturacağı sıcaklık ve olumsuz etkilerden koruma amaçlı elemanlar vardır. Bunlar; parafudrlar,  topraklama rölesi, yüksek gerilim sigortaları, izolatörler, koruma röleleri ve koruma iletkenidir.

Parafudrun koruma görevlerinden başlıcaları:

Hat arızaları sonucu meydana gelen yüksek gerilimler 

• Geçici olaylar sonucu ortaya çıkan yüksek gerilimler,
• Yıldırım etkisi ile meydana gelen yüksek gerilimler,
• Devre açma- kapama sırasında endüksiyondan dolayı meydana gelen yüksek gerilimler.

Parafudrlar enerji nakil hattında oluşan yürüyen dalgaların zarar vermelerini önler. Aşırı gerilim dalgalarını toprağa aktarır. Aynı zamanda emniyet supabı gibi çalışma görevide yaparlar.

Parafudr Yapısı

Parafudrlar yapısı gereği yalıtkandır. Ama yüksek akım ile karşılaşıldığı zaman parafudrlar iletken duruma geçerek yüksek akımı toprağa iletirler ve sistemin yüksek akımdan zarar görmesini önlerler. Yüksek gerilim iletkeni ile toprağa bağlanan parafudrun yapısı direnç ile, dirence seri bağlanan kıvılcım söndürme eklatöründen oluşmuştur.

Parafudr Çalışma Prensibi

Parafudrun yapısında çinko oksitten meydana gelmiş varistör vardır. Çinko oksit parçacıkları aşırı akım yüklenmesi olmadığı zaman tam bir rezistans görevi görür ve akım geçirmezler. Yıldırım düşmesi halinde çinko oksit parçacıkları birleşerek akımı toprağa deşarj edilmesini sağlar.

Çinko oksitlerin rezistans değeri, meydana gelen  yüksek akımın şiddeti ile ters orantılıdır. Akım şiddeti ne kadar yüksek olursa çino oksit parçacıklarının rezistans değerleri o kadar küçük olur ve daha çok deşarj sağlarlar. Parafudrların bir çok devre elemanı gibi belli bir ömürleri vardır. Bu ömür üzerine düşen yüksek gerilimin miktarı ve sıklığına bağlıdır. Parafudr ile koruma yapılacaksa, parafudr güvenliğini sağlamak için önüne otomatik sigorta ilave edilmelidir.

Parafudr Seçimi

Kullanıldığı devre özellikleri doğrultusunda seçilen parafudrlardan uzun süre yararlanılır. Gerilim değeri, darbe anma ve kısa devre akımına göre parafudr seçimi yapılmalıdır. Parafudrların akım ve gerilimleri etiket üzerinde belirtilmiştir. Anma gerilimi etiket değerinin üzerinde olmamalıdır.

Burada belirtilmesi gereken konu toprak ucu ile hat ucu arasındaki yüksek gerilimin sürekli değeridir. Parafudr gerilim değeri tespit edilirken sistemin beslendiği şebekenin besleme bölümünün üçgen-yıldız ve yıldız noktasının da direk veya direnç üzerinden topraklanmış olması göz önüne alınır. Parafudr sistemde kapama yaparak korumakla görevli olduğu alet ve sistemlerin zarar görmelerini önler.

Parafudrların kapama yaparak koruma yapmaları için çalışma gerilimi, koruduğu sistem üzerindeki yalıtkanlık noktası en zayıf olan bölüm üzerinde belirlenen gerilim değerinden daha düşük olmalıdır. Gerilim değeri yüksek ise parafudr kapama yapamaz ve koruması için bağlanmış olduğu sistemin zarar görmesini önleyemeyecektir. Parafudr çeşitli yük aralıklarında kullanılmak üzere darbe anma akımlarına göre kullanılır. Bunlar dikkate alınarak çeşitli darbe anma akım ve kısa devre akım değerlerine göre parafudr imalatı yapılır.

Parafudr Tipinin Belirlenmesi

Parafudrların seçiminde; gerilim değeri, darbe anma akımı ve kısa devre akımı olmak üzere üç ana değer göz önüne alınır.

Darbe Anma Akım Değerlerine Göre 

Darbe anma akım değerlerine göre parafudr kullanılması yerler; yıldırımların sık olarak meydana geldiği yada daha az sıklıkta meydana geldiği bölgelerde 10 kA ya da 5 kA değerlerinde parafudrlar kullanılır.

Eğer şebekede ag parafudr kullanılacak ise 1,5 kA darbe anma akım değerinde parafudr, orta gerilimli trafo merkezinde kullanılacaksa 2,5 kA yada 5 kA darbe anma akım değerlerinde parafudrlar kullanılır. Büyük trafo merkezleri ve elektrik santrallerinde kullanılacak parafudr 10 kA darbe anma akım değerinde kullanılmalıdır.

Kısa Devre Akımına Göre

Atmosferik boşalmalardan (deşarjlardan) başka işletme frekansında olan kaçak akımlar da parafudrları zorlar. Yıldız noktası doğrudan topraklı sistemlerde iki faz – toprak arızalarında kısa devre akımının çok özel durumlarda 40 kA’i geçtiği görülmüştür. Yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmış sistemlerde ise iki faz – toprak arızalarında kısa devre akımı seyrek olarak 15 kA düzeyine ulaşır.

Bundan dolayı parafudrun kısa devre akımı, kendisine en yakın kesici ya da ayırıcının kısa devre akımı seviyesinde, veya bir üst değerde olmalıdır. Kısa devre dayanımı, olması gerekenden düşük seçilirse parçalanarak çevresine daha büyük zararlar verebilmektedir. Parafudrlar 10, 20 ve 40 kA kısa devre akımı seviyesinde imal edilmektedir.

Parafudrlar B,C,D sınıfı olarak kataloglarda yer alırlar. ag parafudr seçimi ve parafudr seçiminde sınıfların anlamı, hangi sınıfın nerede kullanılması gerekir;

• B sınıfı (Sınıf 1) Alçak gerilim için yıldırımdan korunma aşırı gerilim sınırlayıcısı parafudrlardır. ag parafudr elektrik sayacı öncesinde kullanılırlar.
• C sınıfı (Sınıf 2) Alçak gerilim için aşırı gerilim sınırlayıcısı parafudrlardır. ag parafudr elektrik sayacı sonrasında kullanılırlar.
• D sınıfı (Sınıf 3) Alçak gerilim için aşırı gerilim sınırlayıcı parafudrlardır. ag parafudr elektronik cihazların korunması için kullanılırlar.

Parafudrların Yerinin Belirlenmesi

Aşırı atmosferik yıldırım deşarjları (boşalmaları) sebebiyle; transformatör, kesici, ayırıcı, kablo başlıkları vb.nin dış aşırı gerilimlerden etkilenmemesi için bunları korumakla görevli parafudrların, elektrik sisteminin uygun yerlerine yerleştirilmesi gerekir. Eğer parafudur uygun yere yerleştirilmezse fayda yerine arıza kaynağı olur. Böyle durumlarda daha büyük zararlara yol açabilirler.

Parafudrlar korunması gereken elektrik sistemleri ile paralel olarak faz / toprak arasına bağlanır. Parafudrlar, korunması istenen elektrik sistemlerine yakın olmalı fakat 10 metreyi de geçmemelidir. 36 kV’ a kadar olan yüksek gerilim tesislerinde gerilim yansımalarının sebep olduğu iç aşırı gerilimler sebebi ile yürüyen dalgalar parafudrlar ile denetim altına alınmalıdır.

Bundan dolayı hava hatları ile uzunluğu 30 m. aşan yer altı kabloları, birleştiği noktalara parafudr yerleştirerek korunmalıdır. Hava hattı ile arka arkaya yer altı kabloları bağlanıyorsa, kabloların hava hattı ile birleştiği yerlere parafudrlar yerleştirilmeli, sistem hava hattından yansıyacak dış aşırı gerilimlere karşı korunmalıdır.

Parafudr Çeşitleri  

Parafudr çeşitleri yapılışlarına, gerilimlerine ve tesisatın özelliğine göre incelenebilir. Ayrıca parafudr imalatı porselen gövdeli ve polimer gövdeli olarak yapılır.

• Yapılışlarına Göre Parafudr Çeşitleri

1. Metal oksit,
2. Değişken dirençli,
3. Deşarj tüplü,

Metal Oksit Parafudr

Bu parafudrlarda değişken direnç kullanılmaz. Bunun yerine çinko oksit bloklar kullanılmaktadır. Bunlar yarı iletken malzemedir. Bunlarda seri eklatör bulunmaz. Bundan dolayı çalışmaları değişken dirençli olanlara göre kolay ve emniyetlidir.

Metal oksit parafudrların esas elmanı metal oksit direnç elemanlarının meydana geldiği malzemeler; mangan oksit, bizmut oksit, antimon oksit ve çinko oksittir.

Değişken Dirençli Parafudr

Parafudrlar izolasyon düzeyini aştığı gerilimde, aynı zamanda değişken direncin değeri de düşmüş olur. Bu sırada atlamada izolasyon delinir. Delinme sonucu kıvılcım (ark) başlar. Boşalma sırasında aşırı gerilim azalır. Direnç değeri yükselir ve akım belli bir sınırda kalır. Bu deşarj kısa bir saniye sonra atlama işlemleri tamamlanır. Kıvılcımlar sönerek boşalma işlemi biter.

Borulu Parafudr

Dirençsiz bağlantı ile aşırı gerilimdeki arkları topraklayan parafudrlara borulu parafudr denir. Borunun içinde oluşan basınçlı gazla deşarj akımı kesilir.

Deşarj Tüplü Parafudr

Dirençsiz bağlantı ile aşırı gerilimdeki arkları belli sınırlar içinde topraklayan parafudrlara deşarj tüplü parafudr denir. Burada boru yoktur. Yerine deşarj tüpü vardır. Şebeke gerilimine bağlı olarak  deşarj akımı kesilir.

• Gerilimlere Göre Parafudr Çeşitleri  

Gerilimlerine göre parafudrlar, alçak gerilim ve yüksek gerilim parafudrları olmak üzere iki çeşittir.

 Alçak Gerilim Parafudrları

Havai hatlarla beslenen alçak gerilim tesisatları, S tipi veya gecikmeli abone devre kesicisinden hemen sonra korunmalıdır. Aşağıdaki parafudr bağlantı şemasında olduğu gibi parafudr, elektrik tablosunun toprak hattına bağlanmış olmalıdır. Bu parafudrlar entegre bir termik koruma ile teçhiz edilmiş olup bir kaide ve mekanik sinyalizasyonlu işaret lambalı çıkartılabilen bir yedek modülden oluşmaktadır.

Yeşil işaret lambası parafudr çalışır konumda demektir, kırmızı işaret lambası yedek modülün değişmesi gerekir anlamına gelir. Alçak gerilim parafudrları, 5 kA’lik 20 darbeyi kaldıracak şekilde tasarlanmıştır. Çalışma gerilimi monofaze için 250 volt, trifaze için 400 volt’tur.

Parafudr Bağlantı Şeması

NOT: 

Özellikle ana toprak hattının uzak olduğu yerlerde, parafudr’u ana toprak hattının üzerine bağlamak gerekmez. En yakın eş değer toprak hattına 0,5 metre kuralına (parafudr ile toprak hattı arasındaki uzunluk) uygun olacak şekilde gerçekleştirilen bağlantının performansı daha yüksek olacaktır. Minimum kablo kalınlıkları deşarj akımının maximum değeri ile bağlantılıdır. Yüksek frekanslarda iletkenlerin empedans değerleri direkt olarak uzunluklarına bağlıdır.

Parafudr Bağlantı Kablolarının Minimum Değerleri

Parafudr ve paratoner karşılaştırdığımızda: Parafudr bağlı olduğu sistemi veya ekipmanı enerji veya besleme hatları üzerinden gelebilecek aşırı gerilimlere karşı koruma sağlayan ekipman olarak tanımlanır. Paratoner ise doğrudan doğruya yapıyı veya binayı yıldırıma karşı koruyan bir ekipmandır. İkisinin fonksiyonları ve kullanım yerleri farklıdır. Paratoner yapıyı / binayı korur ve harici kullanılır, hiçbir şekilde elektronik ekipmana koruma sağlamaz. Parafudr ise enerji hatları üzerinden gelebilecek aşırı gerilim darbelerine karşı, enerji sistemini veya enerji sistemine bağlı olan ekipmanı koruyan elemandır.

Kullanılan Gerilime Göre Parafudrlar Üçe Ayrılır

1. Faz Parafudrları,
2. Yıldız Noktası Parafudrları,
3. Özel Amaçlı Parafudrlar

Faz Parafudrları

Faz iletkeniyle toprağa bağlanan parafudrlar faz parafudrlardır.

Yıldız Noktası Parafudrları

Yıldız noktası (trafo sargıları) ile toprak arasına yerleştirilen parafudrlardır.

topraklama çeşitleri ve yıldız noktası parafudr

Özel Amaçlı Parafudrlar

Özel durumlarda ve özel mahallerde kullanılan parafudrlar özel amaçlı parafudrlardır.

Parafodur montajı nerelere yapılır?

• Şalt sahalarına
• Hat ve trafo direklerine
• Trafo merkezlerine
• Hava hattı devamı kablo iki ucuna
• Panolarda (ag parafudr)

Şalt Sahaları; üretimi yapılan elektrik enerjisinin toplanması ve dağıtılması işleminin gerçekleştiği elektrik işletmelerine şalt sahası denir. Ayırıcılarla beraber devre açma kapama işlemleri şalt sahalarda yapılır.

Hat ve Trafo Direkleri; elektrik enerjisi dağıtımı sırasında hat ve direk tipi trafoların korunması amacı ile kullanılan parafudrlardır.

Trafo Merkezleri; dağıtım ve iletimi yapılan enerji için çeşitli trafo merkezleri kurulur. Kurulan merkezler aşırı gerilimlerden korumak amacıyla ayırıcı ile beraber parafudr kullanılmaktadır.

Hava Hattı; parafudrlar enerji naklinde havai iletkenlerinin iki ucunda aşırı gerilimlerden korumak amaçlı parafudr kullanılır.

Panolarda (ag parafudr); aşırı gerilimlerden, OG işletmelerinde ki dağıtım panolarını korumak amacı ile kullanılan parafudr, ag parafudr’ dur.

Şalt malzemeleri ve parafudr üreticileri, yıldırımdan korunma sistemlerinde üstün teknoloji ve düzgün tasarımı ile parafudr imalatı yapmaktadır. Ülkemizde parafudr kullanımının son yıllarda yaygınlaşmaya başladığı ve dünyaca ünlü markalarda elektrik malzemesi üreticileri parafudr imalatına başlamıştır. Parafudr firmaları, yıldırımdan korunma ürün çeşitliliği ve uygun parafudr fiyatları ile ürünlerini yatırımcıların hizmetine sunmaktadırlar.