Topraklama Çeşitleri

Topraklama

Topraklama Çeşitleri

Topraklama;

elektrik tesislerinde, evlerde, gerilim altında olmayan bütün tesisat kısımlarının, olmayan bölümler ile sıfır iletkenleri ve bunlara bağlı bölümlerin uygun iletkenler ile toprak kitlesi içerisine yerleştirilmiş bir iletken cisme (elektrot) bağlanmasına topraklama denir. Elektrik tesislerinde topraklamanın amacı meydana gelecek arızaların işletmeye ve işletme çalışanlarının can güvenliğini sağlamak, elektrik cihazlarının zarar görmesini önlemek ve sistem toprak katsayısı değerinin 0,8 ve daha da aşağıya düşmesini sağlamaktır.

Topraklama Çeşitleri

Tesislerde kullanılan en önemli topraklamalar;

1. Koruma topraklaması
2. İşletme topraklaması
3. Fonksiyon topraklaması
4. Yıldırım topraklaması

Koruma Topraklaması

İşletme tesislerinde çalışan insanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için işletme araçlarının aktif olmayan kısımlarının topraklanmasıdır. Koruma topraklaması alçak gerilim işletmelerinde temas gerilimine karşı korunma sağlamak için yapılan topraklama yöntemleinden biridir.  Yüksek gerilim tesislerinde insanları yüksek temas gerilimine karşı korumak için bir koruma topraklaması yapılır. Bunun için işletme akım devresine ait olmayan , ama bir hata durumunda gerilim altında kalabilen ve insanların temas edebilecekleri tüm cihazların ve tesis elemanlarının madeni kısımları, topraklama iletkeni üzerinden bir topraklayıcıya bağlanır.

Alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı koruma sağlamak amacı ile uygulanan çeşitli yöntemler arasında koruma topraklaması da vardır. Ama bunun çok iyi bir yöntem olmadığı ve çeşitli sakıncalarının olduğu açıklanmıştır. Buna ragmen yüksek gerilim tesislerinde tehlikeli temas ve adım gerilimlerine karşı koruma sağlamak için tek koruma yöntemi koruma topraklamasıdır. Koruma topraklaması tesisin boyutlandırılması bakımından ana kriter temas gerilimi olduğu için Alman VDE yönetmeliklerine göre topraklama tesisleri o şekilde yapılmalıdır ki,

• Yıldız noktası yatılmış veya kompanzasyon bobini üzerinden topraklanmış şebekelerde temel gerilimi 65 V’ un üstüne çıkmamalıdır.
• Yıldız noktası sürekli veya geçici olarak küçük değerli bir direnç üzerinden topraklanan şebekelerde temas gerilimi eğrideki değerlerin üzerine çıkmamalıdır.

Bu eğrinin her noktası için elektrik miktarının Q= 70mAs değerini aşmaması koşulu yerine getirilmiştir. Çünkü , yapılan araştırmalar sonucu, ölümle sonuçlanan elektrik kazalarında bu elektrik miktarı belirlenemediğinden, bu değer bir kriter olarak geçerlidir. Burada vücut direnci için en düşük değer olarak 1000 Ohm kabul edilmiştir.  

İşletme Topraklaması

Elektrik tesislerinde işletme akım devresine ait bir noktanın  topraklanması işlemine işletme topraklaması denir. Tesislerin ve cihazların normal işletmeleri için bu topraklama gereklidir. Alçak gerilim şebekelerinde, trafoların sıfır noktalarının , doğru akım tesislerinde bir kutbun veya orta iletkenin topraklanması ile yapılır. Böylece sistemde, toprağa karşı meydana gelecek gerilimin belirli değerleri geçmemesine dikkat edilir. Orta gerilim ve yüksek gerilim şebekelerinde işletme topraklaması her ülkenin kendi yönetmeliğine göre değişir.

Ülkemizde orta gerilim şebekeleri direnç üzerinden topraklanır. Yüksek gerilim şebekeleri ise doğrudan topraklanır. Bir işletmede trafoya şebekeden 3 faz 1 nötr gelir. Şebekeden gelen voltaj, trafo ile düşürülerek alıcılara aktarılır. Trafonun yıldız noktası bakır çubuk veya bakır levha ile topraklama yapılmış olan kabloya bağlanır. Şebekeden gelen nötr hattı da bu yıldız noktasına bağlanır. Yapılan bu işleme işletme topraklaması denir. Transformatörlerde ve jeneratörlerde uygulanan topraklamadır.

İşletme topraklaması iki türlü yapılır;

• Direkt Topraklama

Bu durumda topraklama üzerinde topraklama empedansından başka hiç bir direnç bulunmaz. Örneğin şebekenin yıldız noktasının direkt topraklanması, bu tür bir topraklamadır.

• Endirekt Topraklama

Bu durumda topraklama, ilave bir omik, endüktif ve kapasitif direnç üzerinden yapılır. İşletme topraklaması, işletme akım devresinin toprağa karşı potansiyelinin belirli bir değerde bulundurulmasını sağlar.

Koruma topraklaması üstünden sadece bir hata durumunda bir akım geçtiği halde, işletme topraklaması üzerinden arızasız durumda bile bir akım geçebilir. Hem alçak gerilim ve hem de yüksek gerilim tesislerinde yıldız noktasının topraklaması, bir  işletme  topraklanmasıdır. İşletme  topraklaması , işlev bakımından koruma topraklamasıyla yakından alakalıdır. Örneğin bir fazlı toprak temasında hata akımı, devresini işletme topraklaması üzerinden tamamlayarak arıza, bir fazlı kısa devreye dönüşür.

Alçak gerilim tesislerini besleyen akım kaynaklarının yıldız noktaları genel olarak bir işletme  topraklaması  üzerinden  topraklanır.  Bunun toplam direncinin Ro küçük yada = 2 ohm olması istenir. Çünkü bir faz toprak kısa devresinde Ro direnci üzerinden koruma hattının ve buna bağlı cisimlerin toprağa karşı gerilimi yükselir.

Topraklama ve yıldırımdan korunma amacı ile alınan önlemler genellikle TV verici ve aktarıcı istasyonlarının tesisi sırasında ikinci derece de önemsenen konulardır. Ancak, istasyonların bulunduğu coğrafik koşullar ve enerji şartları sebebi ile topraklama hatasından ve yıldırımdan meydana gelen etkiler milyarlarca değerindeki tesis ve cihazlara büyük zararlar verir. Yaptığı zararların büyüklüğüyle doğru orantılı uzun süreli yayın kesintilerinin etkisinde  kalınır.

Topraklama çeşitleri

• Fonksiyon Topraklaması

İşletmelerde, işletme elemanını yada bir iletişim tesisinin istenen fonksiyonu yerine getirmesi için yapılması gereken topraklamadır. Yıldırımdan korunma için yapılır. Zayıf akım aletlerinin ve raylı sistemlerin topraklanması fonksiyon topraklaması örneklerindendir.

Topraklama Sistemleri;

Önce topraklama megeri ile toprağın direnç ölçümü yapılır. Topraklama ölçü aleti ( meger); elektrotlar 10’ar metre aralıklarla toprağa çakılır. Çubukların çakıldığı toprağın nemli olması gerekir. Kablolar bağlantı maşalarından iyice tutturlmalıdır. Bakır elektrot uçları C-P-E toprak ölçüm cihazı üzerindeki noktalara bağlanır. Ölçü aletinin üzerinde C: red (kırmızı), P: yellow (sarı), E: green (yeşil) olarak topraklama kablosu renği belirtilmiştir. 1 m eninde 2 m derinliğinde bir çukur kazılır. Topraklama firmaları tarafından üretilen 50 cm . 70 cm veya 1m . 0,5 m ebadında 0,5-1,0 mm kalınlığında topraklama iletkeni olan bakır levha veya galvenizli levha toprağa iyice temas ettirilmelidir.

Topraklama yapılırken topraklama yönetmeliği esasına göre bakır levha zemine dikey olarak gömülür. İyi iletken toprak tabakaları kullanılmalıdır. Toprak kuru ise iletim iyi sağlanmaz. Toprak nemli olmalı, kuru ise ıslatılıp çamur haline getirilmeli, etrafındaki iri taş ve çakılların temizlenmesi gerekir. Bu çakıl ve taşlar yayılma direncini arttırır. Levhaya bağlanan kablonun iyice temas etmesine, gevşek kalmamasına dikkat edilmelidir. Sonra levhanın dik durması sağlanır. Levhanın üst kenarı toprak yüzeyinden en az 1 metre aşağı da olmalıdır. Çukur yavaş yavaş kapatılır ve toprak dövülerek sıkıştırılır. Bu topraklama sistemleri koruma ve işletme topraklamaları için yapılır.

Statik Yük;

Elektrik, insanlar için vazgeçilmez bir güçtür. Eğer statik elektrik önlemi alınmazsa, topraklama yapılmazsa kötü sonuçlar yaratabilecek bir enerji kaynağıdır. Tesislerin giriş kısımlarına statik yükü boşaltıcı statik elektrik levhaları ve topraklama sistemleri kurulur.

Bu tesislerde çalışan insanlar içeri girmeden önce ellerini bu statik yük boşaltıcı sisteme sürer statik yüklerini boşaltır ve öylece çalışmaya başlarlar. Buna benzeyen sistem benzin istasyonlarında da vardır. Benzin boşaltacak tankerler topraklama maşası yada topraklama tamburuyla önce üstlerindeki statik yükü boşaltır sonra yakıtı boşaltırlar. Cephane yüklü araçlar ile akaryakıt yüklü araçların alt taraflarında aşağı doğru sarkıtılmış, meydana gelmiş statik elektriği toprağa akıtmak için yapılmış zincir veya tel gibi metaller vardır. Sıvı yakıt yüklü tankerlerin, tankı içindeki dalgakıranlar, aynı zamanda statik elektrik önleme tedbiri olarak sayılabilir.

• Yıldırım Topraklaması

Elektrik  tesislerinde yıldırımdan koruma için , parafudrların topraklama uçları ile açık hava tesislerinde yıldırımın düşmesi olasılığı olan tüm madeni kısımlar, örneğin hava hatlarının koruma iletkenleri, madeni veya beton direkler özel bir topraklayıcı üzerinden topraklanır. Buna yıldırım topraklaması denir. Yıldırım topraklaması da bir tür koruma topraklamasıdır ve onun için iki topraklama biri birine bağlanır. Yıldırım topraklamasında amaç; her elektrik tesislerine düşen yıldırım, yıldırım düşmesi sonucu neden olduğu aşırı gerilim dalgasının işletme cihazlarına zarar vermeden  toprağa iletilmesidir. Ayrıca binalara yıldırım düşmesi sonucu yıldırımın, can ve mal kaybına ve yangına neden olmadan doğrudan toprağa aktarılarak zararsız duruma getirilmesidir.

Yıldırımdan korunma dört ayrı şekilde yapılır.

Faraday Fafesi İle Yıldırımdan Korunma

Bu koruma sisteminde Franklın çubuğu sistemindeki gibi sistemler kullanılmaktadır. Franklın çubuğu paratoneri ile korunma; Bu korunma sisteminde şu malzemeler kullanılır.

• Yakalama çubuğu
•  İniş iletkeni
•  Topraklama tesisatı

Franklın Çubuğu İle Paratonerle Yıldırımdan Korunma

Bu tür korumada sivri ucun meydana getirdiği yakalama yöntemi kullanılır. Sivri uç, iniş iletkeni ile topraklama elemanlarından olan topraklama levhasına en kısa ve düz olarak indirilir ve bağlanır.

Franklın Yakalama Ucu: 

Çelik uçlu krom nikel kaplı ve pirinç üstü krom nikel kaplı olarak Franklın yakalama ucu imalatı yapılmaktadır. Zaman içerisinde havadaki atmosferik olaylardan etkilenmemesi için pirinç tercih edilmelidir. Topraklama firmaları Franklın çubuklarını 20, 40, 50, 60cm lik boylarda imal etmektedir.

İniş İletkeni: 

Radyoaktif paratoner ve Franklın çubuğu paratonerler de iniş iletkenleri aynıdır. Yıldırımın meydana getirdiği yüksek amperli (200 000 A)akımın akması durumunda iletken telin bir zarara uğramaması gerekir. İniş iletkeni ile paratoner topraklama arası birbirine bağlanmalıdır. İniş iletkenleri 50mm² som bakır ve döşeneceği zeminden 5cm açıkta olmalıdır. Bakır iletkende ilave gerekirse ilaveler gümüş kaynak veya termo kaynak yapmalıdır. İniş iletkeni 90°’ den büyük kavislerin olmadan çekilmelidir. Ayrıca 1 metre mesafe içinde iki veya daha fazla köşeler olmamalıdır.

Topraklama Tesisatı: 

Franklın çubuklu paratoner. Faraday kafesli koruma ve radyoaktif paratoner topraklama tesisatı aynı kullanılır. Topraklama tesisatı çubuk veya düz levha bakırdan yapılır. Topraklama direnci maksimum 5 ohm olmalıdır. Topraklama direnci 5 ohmdan büyük olursa sisteme topraklama çubuğu veya levhası ilave edilerek direncin limitler içinde olması sağlanır. İniş iletkeni topraklama çubuklarına gümüş kaynağı ile yapılmalıdır. Ayrıca çubuk sayısı birden fazla ise çubuklar arasındaki mesafelerin 5m den daha az olmamalı ve aradaki bağlantı iletkeninin 50mm² saf bakırdan olmalıdır.

Yakalama Ucu:

Yakalama uçları olarak franklın çubuğu kullanılır. Binanın çatısına bu çubuklar dik olarak çatıyı kaplayacak şekilde aralıklarla dik olarak yerleştirilir ve topraklama iletkenleri ile birbirlerine bağlanırlar.

İniş Tesisatı: 

Dik olarak binanın çatısına yerleştirilen franklın çubuğu 50mm² lik saf bakırla ve bütün binayı kafes gibi saracak şekilde üstten, yanlardan ve toprak altından saracak şekilde tesis edilmelidir. Bakır iletkenler kroşelerle döşenmeli ve hiçbir noktadan binaya temas etmemelidir.

Radyoaktif Paratoner İle Yıldırımdan Korunma

• Radyoaktif paratoner ünitesi
• Radyoaktif paratoner iniş iletkeni
• Radyoaktif paratoner topraklama tesisatı, sistemleri kullanılmaktadır.

Yıldırımın Düşmesini Engellemek

Yıldırımdan korunma yöntemlerinin yeterli olmadığı TV ve radyo verici tesislerinde daha kompleks bir koruma gerekir. Özellikle yüksek yapılar ve kuleler yıldırımı daha çok çekerler. Bu tür bina ve kuleler normalde düşmeyecek olan yıldırımları tetikleyerek düşmesine sebep olurlar. Yıldırım bulutlardaki yüksek potansiyellin toprağa deşarj işlemidir. Bu işlemin yavaş ve devamlı olarak yapılması durumunda bulutlardaki potansiyel azalacağı için o bölgeye yıldırımın düşmesi engellenmiş olur.

Enerji Nakil Hatlarının Yıldırımdan Korunması

Enerji nakil hattının, enerji taşıyan tellerinin ve direklerin üst tepesinden yıldırımdan korunma iletkeni geçmelidir. Enerji nakil hattındaki direklerden birine yıldırım düştüğü zaman direğin ortalama direncinin 50 ohm olduğunu düşünülürse direk üzerinde düşen gerilim ortalama olarak 800 KV olur. Direk üzerinde meydana gelen bu gerilimden faz hattına izolatörlerden atlama oluşur. Atlayan bu gerilim, enerjinin beslediği sistemlere hasar verir. Enerji nakil hattının topraklamalarının iyi yapılarak topraklama direncinin küçük olmasına dikkat edilmelidir. Bu direnç maksimum 10 ohm olmalıdır. Enerji nakil hatları direklerinin topraklama dirençlerinin 10 ohm olması halinde direk üzerinde meydana gelebilecek yaklaşık gerilim 475 KV civarındadır.

Enerji nakil hatlarında yıldırımdan korunma için iki yöntem uygulanır.

Paralel Koruyucu Yöntem: 

Bu yöntemde faz ile toprak arasına yüksek gerilimi kısa devre yapacak malzemeler konulur. Bunlar paralel bağlanmış gaz tüplerinden, metal oksit varistörlerden meydana gelir. Bu tür koruma yöntemiyle yüzde yüz koruma sağlanmayabilir. Bunların hatlara montajı kolay olduğu için ve fiyatları ucuz olmasından dolayı sık olarak kullanılır.

Seri Koruyucu Yöntem:

Koruyucu malzeme faz iletkenine seri bağlanır. Malzemenin içinde yıldırım enerjisini sınırlayan devre elamanları vardır. Enerji hattına seri 1mhz’ lik yüksek empedans değerinde bir bobin bağlanır. Yıldırım bu bobinden geçemez ve toprağa kısa devre yapılır. Yıldırımın bobinden geçen bölümleri de faz hatlarına bağlanan gerilim sınırlayıcı kontaktörler ile sistemlere erişmesi engellenir.

Kritik Açıklık:

Yıldırımdan korunma tesisatlarında dikkat edilmeyen konulardan biri de kritik açıklıktır. Kritik açıklık, paratoner topraklama iniş iletkeninin diğer iletkenler ile arasındaki (elektrik tesisatı, zayıf akım tesisatı, telefon tesisatı vs.) mesafedir. Bu açıklık belirli bir değerden küçük tutulduğu zaman iki iletken arasında indüksiyon yolu ile aşırı gerilimler meydana gelebilir. Buda sisteme zarar verir. Kritik açıklık güvenilir bir uzaklığın altına getirilmelidir.

Birbirine Bağlanabilecek Olan Topraklamalarda

1 – Santrallerin, bağlama ve trafo istasyonlarının iç gereksinim tesisleri: Yüksek gerilim topraklama tesislerinin içinde bulunan ve yüksek gerilim tesisleri tarafından beslenen alçak gerilim tesislerinde bütün koruma ve işletme topraklamalarının birleştirilmeleri gerekir.

2 – Bir yüksek gerilim topraklama tesisinin dışında bulanan alçak gerilim tesisleri: Böyle bir tesiste koruma ve işletme topraklamalarının birbirine bağlanabilmeleri için aşağıdaki şartların gerçekleşmesi gerekir.

• Ortaklaşa bir topraklayıcı tesisinde topraklayıcı gerilimi 65 V’ u aşmamalıdır.
• Yüksek gerilim istasyonu sanayi tesislerinin içinde yada kapalı bir binada bulunmalıdır.

3 – Yıldırım topraklaması, alçak gerilim tesislerinde hava hattına ait koruma iletkeni , trafo istasyonlarının ve bağlama tesislerinin topraklama tesisleri ile bağlanırlar. Ayrıca bina yıldırımlık tesislerinin koruma işletme topraklamaları ile bağlanmasına izin verilir.

Kaz Ayağı Şeklinde Topraklama

Kaz ayağı şeklinde topraklama, topraklama iletkeni boyu 25 metrelik ve 30 . 2 yada 30 . 3 mm’ lik bakır şeritten yapılır.

Topraklama şeridi üç kol şeklinde toprağın 80 cm derinliğine yelpaze biçiminde kazılan kanal içine yerleştirilir. Bu kaz ayağının uzun kolu 8-12 metre arasında ve bir ucundan kontrol klemensiyle desteklenmelidir. Diğer iki kolun boyu da 6-9 metre olmalı, uzun kola özel kaz ayağı klemensiyle bağlanmalıdır.

Yıldız topraklayıcılar:

Işın dağılımı düzgün ve komşu iki ışının açıları 60° küçük olmamalıdır. Işınların birbirlerini etkilemeleri sonucu çok ışınlı yıldız topraklayıcılar da yayılma direnci artar. Bundan dolayı üç veya dört ışınlı yıldız topraklayıcılar kullanılır.

Halka şeklinde:

Bu tip topraklayıcılar 0,5 ile 1 m derinliğe gömülür. Halka şeklinde olan topraklayıcılar binalarda, fabrikalarda ve transformatör merkezinde topraklama direncinin düzeltilmesinde kullanılır.

Gözlü şeklinde:

Bu topraklayıcılar 0,5 ile 1 m derinliğe gömülerek santrallerde ve trafo merkezlerinde kullanılır.