1

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

ENERJİ SİSTEMLERİNDE KORUMA DERS SEMİNERİ

SEMİNER KONUSU : ENERJİ SİSTEMLERİNDE TOPRAKLAMA

SİNAN AKTUKMAK:12060130

TOLGA GÖRGÜLÜ:13061393

SİMGE KOP :12060657

ÜMMÜGÜLSÜM BATU:12060158

ZAKİR YUSUFOĞLU:11060586

ŞABAN KAPLAN:13061424

2

İÇİNDEKİLER

1.TOPRAKLAMA NEDİR? ................................................................................................ 4

1.2. Topraklamanın Amacı .................................................................................................. 4

1.3. Temel Kavramlar .......................................................................................................... 4

2. TOPRAKLAMA ÇEŞİTLERİ ........................................................................................ 8

2.1. Koruma Topraklaması ................................................................................................. 8

2.2. İşletme Topraklaması ................................................................................................... 9

2.2.1. Doğrudan Topraklama .............................................................................................. 9

2.2.2. Transformatörlerin Yıldız Noktalarının Doğrudan Topraklanması .................. 10

2.2.3. Dolaylı Topraklama ................................................................................................. 11

2.2.4.Transformatörlerin Yıldız Noktalarının Direnç Üzerinde Topraklanma ........... 11

2.2.5.Generatörlerin Yıldız Noktalarının Topraklanması .............................................. 12

2.2.6. Yıldırım Topraklaması ............................................................................................ 12

2.2.7 Yıldırıma Karşı Topraklama Koşullarının Sağlanması ........................................ 14

2.4. İşlev(Fonksiyon) Topraklaması ................................................................................. 14

3.YÜKSEK GERİLİM TESİSLERİNDE TOPRAKLAMA .......................................... 14

3.1. Topraklama Tesisinin Görevi .................................................................................... 14

3.2. Toprak Tesislerinin Boyutlandırılması ..................................................................... 15

3.3.Yüksek Gerilim Şebekelerinin Değerlendirilmesi ..................................................... 16

3.3.1. Yıldız noktası yalıtılmış şebeke ............................................................................... 16

3.3.2.Toprak teması kompanze edilmiş şebeke; X<<R olmak üzere Z = R+jX ............ 16

3.3.3.Yıldız noktası doğrudan ya da direnç üzerinden topraklanmış şebekeler .......... 16 3.3.4.Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmış şebekeler ...................................................................................................... 16 3.4.Yüksek Gerilim Tesiislerinde Topraklama Dirençleri ............................................. 16

4. ORTA GERİLİM ŞEBEKELERİNDE NÖTR TOPRAKLAMASI ......................... 17 5.ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ.............17

5.1.TT Sistemi ..................................................................................................................... 17

5.2. IT Sistemi ..................................................................................................................... 19

5.3.TN Sistemi ..................................................................................................................... 20 6.YÜKSEK GERİLİM VE ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNİN BİRLEŞTİRİLMESİ .......................................................................................................... 22

7. TOPRAKLAYICI ÇEŞİTLERİ .................................................................................... 22

7.1. Şerit Topraklayıcı ........................................................................................................ 23

3

7.2.Çubuk Topraklayıcı ..................................................................................................... 23

7.3.Levha Topraklayıcı ...................................................................................................... 23

7.5.Gözlü Topraklayıcılar .................................................................................................. 24

7.5.Özel Topraklayıcılar .................................................................................................. 304

7.6.Birleşik Topraklayıcılar ............................................................................................... 24

8.TOPRAKLAMA DİRENCİNİN ÖLÇÜLMESİ .......................................................... 26 8.1.Ölçüm Yöntemleri ........................................................................................................ 27

8.1.1.Toprak Megeri İle Ölçme ......................................................................................... 27

8.1.2.Voltmetre-Ampermetre Yöntemi ............................................................................. 28

8.1.3.Wattmetre-Ampermetre Yöntemi ........................................................................... 29

8.1.4. Salvaz Yöntemi ......................................................................................................... 30

8.1.4.1. Standart SEL-VAZ Yöntemi Ölçüm Kuralları .................................................. 31

9.TOPRAKLAMA HESAP YÖNTEMLERİ .................................................................. 32 9.1.Laurent Topraklama Yöntemi .................................................................................... 32

9.2.Koch Topraklama Yöntemi ......................................................................................... 33

9.3.Schwarz Topraklama Yöntemi ................................................................................... 33

10.ŞALT SAHASINDA TOPRAKLAMA YÖNTEMİ ................................................... 36 11.KAYNAKLAR ............................................................................................................... 38

4

1.TOPRAKLAMA NEDİR?

Topraklama çok sık duyduğumuz elektrik ile ilgili terimlerden birisidir. Topraklama; Elektrik tesislerinde, evlerde, gerilim altında olmayan bütün tesisat kısımlarının, olmayan bölümler ile sıfır iletkenleri ve bunlara bağlı bölümlerin uygun iletkenlerle toprak kitlesi içerisine yerleştirilmiş bir iletken cisme bağlanmasına topraklama denilmektedir .

1.2. Topraklamanın amacı;

Meydana gelebilecek 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 yalıtılırlar. 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.

1.3. Temel Kavramlar Burada elektrik sistemlerinde adı geçen ve yeri geldikçe bahsedilecek bazı temel kavramlar üzerinde

durulacaktır.

1.3.1.Alçak Gerilim: Etkin değeri 1000 Volt yada 1000 Volt'un altında olan gerilimdir.

1.3.2.Yüksek Gerilim: Etkin değeri 1000 Volt'un üstünde olan gerilimdir.

1.3.3.Tehlikeli Gerilim: Etkin değeri 65 Volt'un üzerinde olan gerilimdir. (Bu değerin 50 Volt

alınması tavsiye edilir. ( IEC'de kabul edilen değer. )

5

1.3.4.Toprak: Dünyanın doğal yapısını oluşturan madde olup, nemle karışık, killi, kumlu, humuslu

toprak veya nemle birlikte toprak, kum, çakıl, taş veya bunların karışımıdır.

1.3.5.Topraklama: Topraklanacak olan iletken kısımların bir topraklama tesisi üzerinden toprağa

bağlanmasıdır.

1.3.6.Topraklayıcı: Yeraltında toprağa gömülen ve bununla iletken bağlantıda bulunan bir

iletkendir. Topraklayıcı çeşidi olarak; şerit, çubuk, levha ve şerit topraklayıcıların bir çeşidi

olan topraklama ağları veya bunların birlikte kullanımı bulunmaktadır.

1.3.7.Topraklama İletkeni Bir elektrik tesisatının açıktaki iletken kısımlarını toprak elektrotu ile

bağlantısını sağlayan veya toprak elektrotlarını birbirine bağlaya iletkendir.

1.3.8.Topraklama Direnci: Topraklama iletkeninin direnciyle toprağa geçiş direncinin toplamıdır.

1.3.9.Yayılma Direnci: Topraklayıcı ile referans toprağı arasındaki geçiş direncidir.

1.3.10.Elektrot: Topraklayıcı (topraklama elektrodu): Toprağa gömülü ve toprakla iletken bir

bağlantısı olan veya beton içine gömülü, geniş yüzeyli bağlantısı olan iletken parçalarıdır.

1.3.11.Potansiyel Dağılımı: Yüksek gerilim transformatör merkezlerindeki herhangi bir faz-toprak

kısa devresi veya bir yıldırım darbesinin isabet etmesi sonucu toprağın “h” kadar altına gömülü

topraklama ağının referans toprağa göre yer yüzeyinde meydana getirdiği potansiyel dağılımıdır.

Şekil-1.5.Referans Toprağa göre topraklayıcının yer yüzeyinde meydana getirdiği potansiyel

6

1.3.12.Referans Toprağı: Topraklayıcıdan yeteri kadar (en az 20 m) uzakta bulunan ve topraklayıcı

ile herhangi bir noktasında hissedilebilir bir gerilim oluşmayan toprağın belirli bir bölgesidir.

1.3.13.Aktif Kısım: İşletme bakımından ve normal kullanılması gereğince gerilim altında bulunan ve

işletme akım devresine ait olan sargıdır. Direnç gibi kısımları olup pasif kısımlara karşı işletme

yalıtımı ile yalıtılmıştır.

1.3.14.Gövde veya Pasif Kısım: İşletme aracının her an dokunulabilen aktif kısımdan işletme yalıtımı

ile ayrılan ve bir bozukluk halinde gerilim altında kalabilen madeni ve iletken kısımdır.

1.3.15.Nötr İletken: 3 fazlı sistemde nötr noktasından çıkan iletkendir.”0” veya “Mp” ile gösterilir.

1.3.16.Yalıtım Bozukluğu: Mekanik elektriksel zorlama sonucunda devrede yıpranma nedeniyle

görevini yapamayacak biçimde yalıtkanın bozulmasıdır. Elektrik tesislerinde oluşan arızaların başlıca

sebebi yalıtım bozukluğudur.

1.3.17.Hat Teması: Bozukluk akım devresinde bir lamba veya tüketicinin bulunduğu kısa devre

halidir.

1.3.18.Gövde Teması: Bir yalıtım sonucunda, elektrikli işletme araçlarının aktif kısımları ile

gövdeleri arasında oluşan iletken bağlantıdır.

1.3.19.Toprak Teması: Bir yalıtkan bozukluğu sonucunda, bir faz iletkeni ile toprak veya

topraklanmış iletken kısımlar arasındaki bağlantı olup, bazı hallerde bu bağlantı kendini ark teması

halinde gösterir. Gövde topraklanmışsa, gövde teması aynı zamanda bir toprak temasıdır.

1.3.20.İşletmede Yalıtım: İşletme aracının aktif kısımlarının birbirine karşı ve toprağa karşı, yalıtım

gerilimine göre boyutlandırılmış yalıtımdır.

1.3.21.Bozukluk Akımı: Bir yalıtım bozukluğu sonucunda işletme akımının dışında, gövde ve toprak

üzerinden geçen akımdır.

1.3.22.Bozukluk Gerilimi: Bir yalıtım bozukluğu sonucunda bir işletme aracının gövdesi ile toprak

arasında oluşan gerilimdir.

1.3.23.Topraklayıcı Gerilimi: Topraklayıcı veya topraklama tesisi üzerinden bozukluk akımı geçmesi

halinde topraklayıcı ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir. Bu gerilim, gerilim altında kalan

topraklayıcı ile bundan yaklaşık 20 m uzaklıkta referans toprağı arasında görülür.

1.3.24.Temas Gerilimi: Topraklayıcı veya bozukluk geriliminin insan gövdesi tarafından köprülenen

kısımdır.

7

Şekil-1.6.Yüksek gerilim tesisinde toprak teması olması halinde, temas gerilimi

1.3.25.Adım Gerilimi: Topraklayıcı gerilimin, adım aralığı yaklaşık 1 m olan bir insan tarafından

ayağı arasında köprülenen kısımdır.

Şekil-1.7. Bir toprak kısa devresinde oluşan potansiyel dağılımı, toprak üzerindeki eş potansiyel

çizgileri ve bu alandaki insanın maruz kaldığı adım gerilimi gösterilmiştir.

1.3.26.Kaçak Akım: Eğer aygıtların aktif olmayan kısımları ve gövdeleri sistemin yıldız noktasına veya doğrudan doğruya topraklanmış şebeke noktasına yada toprağa iletken olarak bağlanmışsa işletme esnasında işletme araçlarının aktif kısımlarının işletme yalıtımı üzerinden, söz konusu aygıtların aktif olmayan kısımlarına yani aygıtların gövdelerinden geçen akımdır.

8

2. TOPRAKLAMA ÇEŞİTLERİ Elektrik tesislerinde yapılan topraklamaların uygulama alanları, amaçları ve etki alanları

farklıdır. Şekil 1.8 da topraklama çeşitleri görsel olarak sunulmuştur. Aşağıda tesislerde kullanılan en önemli topraklamalar açıklanmaktadır 1. Koruma topraklaması 2. İşletme topraklaması 3. İşlev(fonksiyon) topraklaması

Şekil 1.8. Topraklama çeşitleri

2.1. Koruma Topraklaması Canlıları tehlikeli temas ve adım gerilimlerine karşı korumak amacı ile tesislerin işletme akım devresine ait olmayan,fakat yalıtım hatası veya ark tesiri ile gerilim altına girebilen ve canlıların temas edebileceği iletken kısımlarını toprağa bağlamak için yapılan topraklama tesislerine "koruma topraklaması" denir. Bu amaçla işletme akım devresine ait olmayan, fakat bir yalıtım hatası durumunda gerilim altında kalabilen ve insanların temas edebilecekleri bütün cihazların ve tesis elemanlarının madeni kısımları, topraklama iletkeni üzerinden bir topraklayıcıya bağlanırlar. Şekil 1.9 da gösterilen yüksek gerilim tesislerinde tehlikeli temas ve adım gerilimlerine karşı koruma sağlamak için en etkin koruma metodu koruma topraklamasıdır.

Koruma topraklamasında yalıtım bozukluğu doğrudan ya da dolaylı sebeplerden oluşur.

9

Yalıtım bozukluğunu oluşturan doğrudan sebepler:

İletken kopması, yalıtım maddesinin ısınarak elektrik dayanımının azalması,aşırı gerilimli yalıtım maddesinin delinmesi,malzemenin eskimesi ve herhangi bir nedenden dolayı yalıtım özelliğini kaybederek kaçak akımların oluşmasıdır.

Yalıtım bozukluğunu oluşturan dolaylı sebepler:

Dış tesislerle yalıtkanın tahrip edilmesi,atmosferik boşalmalarla(yıldırım düşmesi) oluşan arklar. Örneğin, havai hatta yalıtkanın kirlenerek üzerinden akım geçirmesi,gerilim atlaması ve yalıtkanın kırılması.

Yüksek gerilim tesislerinde koruma topraklamasının yapıldığı teçhizatlar:

• Elektrik motorları, cihazlar ve tesisler • Trafo merkezlerinde kapı, merdiven, fens telleri gibi madeni aksanlar. • Alçak, orta ve yüksek gerilim kablolarının madeni kılıf ve aksesuarları • Trafo merkezlerinde, trafo rayları • Yüksek gerilim merkezlerinde teçhizatın mesnet yapısı • Yüksek gerilim hatlarının koruma telleri • Trafo merkezlerinde kumanda cihazlarının madeni kısımları, kumanda kolları, • Trafo merkezlerinde madeni kapılar, kapaklar, koruma ızgaraları

2.2. İşletme Topraklaması Elektrik tesislerinde işletme akım devresine ait bir noktanın topraklamasına işletme

topraklaması denir. Cihazların ve tesislerin normal işletmeleri için bu topraklama gerekir. Orta ve yüksek gerilim şebekelerinde işletme topraklaması ülkenin yönetmeliklerine göre değişmektedir. Ülkemizde orta gerilim şebekeleri direnç üzerinden topraklanmaktadır. İşletme topraklaması, işletme akım devresinin toprağa karşı potansiyelinin belirli bir değerde bulundurulmasını sağlar bu sebepten dolayı yüksek gerilim şebekelerinin ise direkt olarak topraklanması yoluna gidilmektedir.

Yüksek gerilim tesislerinde işletme topraklaması yapılan teçhizatlar ve topraklanacak olan noktaları:

2.2.1.Doğrudan topraklama

Şekil -2.1. Doğrudan topraklama

10

Şebekelerin yıldız noktasının topraklanması doğrudan topraklamadır. Toprak rölesi sistemde gövdeye kaçak arızası oluştuğunda transformatörleri veya generatörleri korumak amacı ile bağlanmıştır. Burada koruma rölesi konumunda olup sistemde arıza neticesinde enerjinin kesilmesini sağlamaktadır.

2.2.2.Transformatörlerin Yıldız Noktalarının Doğrudan Topraklanması

Şekilde gösterilen transformatörün yıldız noktasının doğrudan topraklanması bir kutuplu bir toprak

kısa devre durumu halinde bozukluk olmayan faz iletkenlerinin toprağa karşı faz arası gerilim değerini

almasına engel olmak için yapılır.

Şekil 2.2. Transformatörün yıldız noktasının doğrudan topraklanması

Şekil 2.3. Doğrudan topraklı devrede generatör veya transformatörlerin toprak koruması

11

2.2.3.Dolaylı Topraklama

Şekil 2.4. Dolaylı topraklama

Topraklamaya ek olarak omik, endüktif ve kapasitif empedans üzerinden yapılırsa bu biçimde yapılan

topraklamaya dolaylı topraklama denir.

Yapıldığı yerler; generatör ve transformatör merkezlerinde uygulanan koruma düzenleri, koruyacakları

transformatör, bara veya hattın kesicisine, mekaniksel veya elektriksel açma yaptıracak biçimde

çalışırlar. Röleler ya doğrudan doğruya ana akım devresine bağlanır ya da ana akım devresine bir akım

transformatörü veya bir gerilim transformatörü yardımıyla bağlanır.

Yönetmelik hükümlerine göre alçak gerilim tesislerinde toprağa karşı gerilimin 250 V üzerine

çıkmamalıdır. Bu nedenle şebekenin yıldız noktası topraklanır. 220/380 V'luk bir alçak gerilim

şebekesinde yıldız noktası topraklanırsa,her bir faz hattının toprağa karşı gerilimi 220 V olur. Yıldız

noktası topraklanmamış olsaydı,bir fazın toprak ile temas etmesi halinde diğer iki fazın toprağa karşı

gerilimleri 380 V olurdu. Bu da yönetmeliğe aykırıdır.

2.2.4.Transformatörlerin Yıldız Noktalarının Direnç Üzerinden Topraklanması

Toprak kısa devre akımını sınırlandırmak amacı ile transformatörlerin yıldız noktası bir direnç

üzerinden topraklanır. Direnç üzerinden gerçekleştirilen işletme topraklamasında, koruma ve işletme

topraklamaları birleştirilebilir. Hesaplamalar izin verilen adım ve temas gerilimine göre

gerçekleştirilir. Arıza başlangıcındaki geçici düzenin daha çabuk sönmesi ve rezonans etkisi

yapmaması gibi nedenlerden dirençli topraklama reaktans bobinine göre daha fazla üstünlük gösterir.

12

Şekil 2.5. Direnç üzerinden topraklı devrede generatör veya transformatörlerin toprak koruması

2.2.5.Genaratörlerin Yıldız Noktasının Topraklanması

Genaratörlerin yıldız noktalarını topraklanmasında bozukluk akımlarını sınırlandırmak için reaktans bobinleri kullanılır. Genaratörlerin yıldız noktasına bağlı bulunan yüksek ohm'lu reaktans, toprak akımının zararsız bir değerde tutulmasını sağlar. Elektrik santrallerinde genaratör yıldız noktaları hiçbir zaman doğrudan topraklanmazlar. Aksi taktirde toprak ve gövde kısa devre akımları büyük değerlere ulaşır.

2.2.6. Yıldırım Topraklaması(Parafudr Toraklaması) Elektrik tesislerinde yıldırıma karşı korunmak için, parafudurların topraklama uçları ile açık hava tesislerinde yıldırımın düşmesi ihtimali olan bütün madeni kısımlar, mesela hava hatlarının koruma iletkenleri, madeni veya beton direkler özel bir topraklayıcı üzerinden topraklanır; buna yıldırım topraklaması denir.Yıldırım topraklamasının amacı, elektrik düşmesinin neden olduğu aşırı gerilim dalgasının işletme araçlarına zarar vermeden toprağa iletilmesi ve binalara düşen yıldırımın insan hayatına zarar vermeden toprağa atılarak zararsız hale getirilmesidir.

13

Şekil 2.6.Parafadur kesiti ve devreye bağlanışı

Şekil 2.6 da kesiti ve devreye bağlanışı gösterilen parafudur emniyet supabı gibi

çalışır. Aşırı gerilim dalgalarını toprağa akıtır. Parafudur bir direnç ile buna seri bağlı bir ark söndürme eklatöründen ibarettir. Şekil 1.15 da yüksek gerilim tesisinde toprağa bağlanışı gösterilen parafudurlar koruyacağı yüksek gerilim cihazına en yakın yere bağlanmalıdır. Parafudurlar, havai hat sonlarına ve trafo girişlerine her faza birer adet bağlanırlar.

Topraklanmış bir tesis kısmına bir yıldırım düştüğünde geçen yıldırım akımının etkisi ile meydana gelen darbe geriliminin yüksekliği; 1. Yıldırım akımının zamana bağlı olarak değişimine yani artış hızına ve süresine 2. Yıldırım akımının tepe değerine 3. Topraklama durumuna, yani topraklayıcının cinsine, yapılışına ve darbe yayılma direncine bağlıdır.

Şekil 2.7 Yüksek gerilim tesislerinde parafadur topraklması

14

2.2.7.Yıldırıma Karşı Topraklama Koşullarının Sağlanması Elektrik tesislerinin topraklanmış bölümlerine (toprak iletkenleri, demir ve beton direkler,

topraklama iletkeni toprağa kadar indirilmiş ağaç direkler, açık hava tesislerindeki dayanaklar) yıldırım düştüğünde, topraklanmış tesis bölümleri ile işletme gereği gerilim altında bulunan bölümler arasında atlama (geri atlama) olabilir.

Darbe topraklama direnci

Bağıntısını sağlayacak değerde ise, genel olarak geri atlamalar beklenmez. Burada: Rda : Direk Dayanak topraklama tesisinin darbe topraklama direnci Uda: Yalıtkanın darbe dayanım gerilimi, Ida : Direk ya da dayanaktan geçen yıldırım akımının tepe değeri. 2.3.İşlev(fonksiyon) Topraklaması Bir işletim tesisinin veya bir işletme elemanının işlevini yerine getirmesi için yapılan topraklamadır. İletişim aygıtlarında toprağı dönüş iletkeni olarak kullanmak suretiyle işletme akımlarını da taşır.Yıldırım etkilerine karşı koruma, raylı sistem topraklaması, zayıf akım aygıtlarının topraklanması işlev (fonksiyon) topraklamasına birer örnektir

3.YÜKSEK GERİLİM TESİSLERİNDE TOPRAKLAMA

3.1. Topraklama Tesisinin Görevi Yüksek gerilim tesislerinde ekseriya işletme personeli, alçak gerilim tesislerinde ise hem

işletme personeli hem de çeşitli alçak gerilim makineleri ve cihazları kullanan şahıslar, bir izolasyon hatası halinde daima tehlikeli temas veya adım gerilimine maruz kalabilirler ve her an hayatları tehlikeye girebilir. Enerji tesislerinde yapılan topraklama tesislerinin görevi ise, böyle bir izolasyon hatası meydana geldiğinde, bozukluklu fazdan geçen hata akımının yardımı ile hata akım devresini kesmek veya bu akımların insan hayatını tehlikeye sokacak bir yoldan geçmelerini önlemek yahut da hata gerilimlerinin tehlikeli sınır değerlerin altında kalmasını sağlamaktır. Topraklama tesisinin yukarıda üç madde halinde sayılan görevi şu şekilde açıklanabilir. Tesisin yıldız noktasının direkt topraklanmış olduğu ve şebekeye bağlı olan cihazında topraklandığı kabul edilsin. Söz konusu cihazda bir izolasyon hatası sonucunda bir gövde teması(yada gövde kısa devresi) meydana gelirse devreden büyük bir akım geçer. Bu akımın etkisi ile yüksek gerilim tesislerinde sigorta veya güç anahtarı kısa zamanda devreyi keserek tehlikeli hata gerilimini ortadan kaldırır. Bu durumda söz konusu cihaza temas eden canlının hayatı da korunmuş olur. Bu durumda yapılan topraklamalar sayesinde hata akımı şiddetlendirilir ve kısa devre akımı mertebesine çıkan bu hata akımlarının etkisi ile devrenin aşırı akıma karşı koruma cihazları(örnek olarak sigorta…)yardımı ile kesilmesi sağlanır. Eğer tesisin yıldız noktası topraklanmamışsa ve korunması söz konusu olan cihaz da bir topraklama tesisi ile donatılmış ise, bir faz iletkenin cihazın gövdesi ile temas etmesi halinde, alçak gerilim tesislerinde pratik olarak bir akım geçmez; buna karşılık yüksek gerilim tesislerinde küçük bir kapasitif akım geçer. Böyle bir tesiste bir eli ile söz konusu cihaza dokunan bir şahıs ayakları ile de çıplak zemin üzerinde durursa, topraklama tesisi bu şahıs tarafından köprülenir ve insanın gövde direnci topraklama tesisine paralel bağlanmış olur. Bu durumda insan hayatının tehlikeye düşmemesi için hata akımı insan üzerinden

15

değil topraklama tesisinden geçmelidir; başka bir deyişle, insan tarafından köprülenen kısımda meydana gelen gerilim düşümü tehlikeli temas gerilimi sınırının altında kalmalıdır.

3.2. Toprak Tesislerinin Boyutlandırılması

Topraklama tesislerinin kurulması için temel koşullar: 1. Mekanik dayanım ve aşındırmaya karsı dayanıklılığın sağlanması, 2. Isıl bakımdan en yüksek bozukluk akımına (hesap yolu ile bulunan) dayanıklılık 3. İşletme araçları ve nesnelerin zarar görmesinin önlenmesi 4. En yüksek toprak bozukluk akımı esnasında, topraklama tesislerinde ortaya çıkabilecek gerilimlere karsı insanların güvenliğinin sağlanması. Bu koşulların sağlanması için: • Bozukluk akımının değeri, • Bozukluğun süresi, • Toprağın özellikleri önemlidir.

3.3.Yüksek Gerilim Şebekelerinin Değerlendirilmesi Üç fazlı bir alternatif akım şebekesinde, bir toprak hatasından sonra, UT / UFF oranının

alabileceği değere “topraklama katsayısı” denir ve e harfi ile gösterilir.

-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.

3.3.1. Yıldız noktası yalıtılmış şebeke İzole yıldız noktası kullanmak en kolay ve en ekonomik yoldur. Hata akım kompanzasyonu ve topraklama gibi yatırım gerektirmez. Toprak temas akımı 1-100 A arasındadır. ICE < 35 A ise toprak arkları bastırılabilir. 35 A <ICE <100 A iken arkların bastırılması çok zordur. Kablolu sistemlerde iki ya da üç faz kısa devre olasılığı artar. ICE ≤ 20 A ile sınırlı kalmıyorsa çok hızlı çalışan toprak bozukluk röleleri kullanılmak zorundadır.

3.3.2.Toprak teması kompanze edilmiş şebeke; X<<R olmak üzere Z = R+jX Bu sistemde yıldız noktasına konan sargı ile toprak temas akımı kompanze edilir. Geriye çok

küçük artık akım kalır. Bu sistemde ark tehlikesi yoktur. Bozukluk sırasında beslemeyi kesmeden devrenin çalışmaya devam etmesi söz konusu yöntemin en büyük kazanımıdır.

16

3.3.3.Yıldız noktası doğrudan ya da direnç üzerinden topraklanmış şebekeler Toprak kısa devre akımı büyüktür. Topraklama diğerlerine göre daha fazla önem kazanır.

Transformatör ve tesislerdeki dokunma gerilimleri değerlendirilmelidir. Paralel giden kontrol ve iletişim hatları ile etkileşim olasılığı belirir. YG motor sargılarının yanma tehlikesi söz konusudur. Röle es güdümü önem kazanır.

3.3.4.Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmış şebekeler

3.3.2 no’lu ve 3.3.3 no’lu şebeke yöntemlerinin karmasıdır. Bir fazlı toprak bozukluğu oluştuğunda önce rezonans devresi söz konusu olur. Toprak bozukluk akımları kendi kendini bastıramayan arklar oluşturursa, anahtarın(şalterin) kapatılmasıyla direnç üzerinden topraklanmış yıldız biçimine geçilir. 3.4. Yüksek Gerilim Tesislerinde Topraklama Dirençleri Yüksek Gerilim tesislerinde çeşitli topraklama dirençleri için tavsiye edilen değerler:

• İşletme topraklaması R_B < 2 ohm

• Koruma topraklaması R_A koruma düzeneğine bağlı olarak

• Dengelenmiş şebekelerde R_A < 2 ohm

• Transformatör merkezlerinde, direklerde R_A < 4 ohm

• A.G. ve Y.G. Bağlama tesisleri birleştirildiğinde R_A < 1 ohm

• Parafudr topraklama direnci R_A < 5 ohm

17

4.ORTA GERİLİM ŞEBEKELERİNDE NÖTR TOPRAKLAMASI Nötr topraklaması iki şekilde yapılır;

-Nötr noktaları yalıtılır.

-Nötr noktası topraklanır.

Nötr noktasının toprağa bağlanmasında aşağıdakiler yapılmalıdır;

-Sönümlü aşırı gerilimleri,yeterli düzeyde tutmak.

-Toprak kısa devrelerinin neden olduğu donanım hasarlarını sınırlamak.

-Basit ve seçici korumayı sağlamak.

5.ALÇAK GERİLİM ŞEBEKELERİNDE TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ

Tesisat yönetmeliklerinde alçak gerilim şebekelerinde kullanılmak üzere 3 çeşit topraklama bağlantısı

verilmektedir. Bağlantı şekillerini belirleyen isimlerde ilk harf transformatörün nötr noktasının

toprakla bağlantı durumunu gösterir.

T: toprağa bağlı

I: Topraktan yalıtılmış

İkinci harf ise aygıtların toprağa bağlantı durumunu belirtir.

T: Toprağa bağlı

N: Nötr 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).

5.1.TT sistemi

Bu sistemde bir nokta (örneğin yıldız noktası) doğrudan topraklanır. Bu bir işletme topraklamasıdır.

Tesise ait metal kısımlar ise, işletme topraklamasından ayrı olarak bir topraklayıcıya bağlanırlar;

bunlarda koruma topraklanmasıdır. Bu sistemde PEN gibi bir koruma hattı yoktur. Buradaki nötr hattı

bir fazlı tüketiciler için işletme akım devresine ait olup, koruma konusuyla ilgili değildir.

TT tipi şebekede şunlar uygulanabilir:

• Koruma topraklaması

• Bozukluk gerilimi ile koruma bağlaması

• Bozukluk akımı ile koruma bağlaması

18

Şekil 5.1 TT Sistemlerde bozukluk akımı ve gerilimi

Yalıtımda bir bozukluk meydana geldiğinde bozukluk akımı topraklama direnci tarafından belirlenir.

Rd=0 kabul edildiğinde ve RPH ve RPE dirençleri RA ve RB ye göre sonucu etkilemeyecek kadar küçük

olduğundan ihmal edildiğinde bozukluk devresi diyagramı aşağıdaki gibi olur:

Şekil 5.2 TT sisteminde bozukluk devresi diyagramı

Bozukluk devresinde RA topraklama direncine paralel bağlı RH insan vücudu direnci, hesap

sırasında RA direnç değerini önemli miktarda değiştirmeyeceğinden hesapları kolaylaştırmak

için ihmal edilecektir.

Şekil 5.3.Basitleştirilmiş bozukluk devresi diyagramı

19

TT sistemlerde bozukluk akımları çok yüksek değerlerde olmayacağından etkili gerilim olarak U0

alınacaktır.

Bozukluk akımı ;

BA RRUId+

= 0

Bozukluk esnasında meydana gelen dokunma gerilimi;

5.2.IT sistemi

Bu sistemde yıldız noktası toprağa karşı yalıtılmıştır veya yeteri kadar yüksek bir empedans üzerinden

topraklanmıştır.

Şekil 5.4. IT sistem

IT sisteminde iki bozukluk söz konusudur.

1.bozuklukta devre kapanmaz yalıtım izleme aygıtı tarafından haber verilir ve bu bozukluk kısa

zamanda elektrik ustası veya teknisyen tarafından giderilir.

2. bozukluk sigorta veya kesiciler tarafından TN veya TT sistemi oluşmasıyla derhal kesilir.

Genellikle 1.bozukluk 2. bozukluğu oluşturur.

Pratikte IT tipi sistemde yalıtım durumu, bir kontrol aygıtı ile sürekli olarak kontrol edilir. İlk yalıtım

bozukluğu algılandığında ışıklı ve/veya sesli bir sinyal verilir.

1. bozukluk RA ≤UTId

2.bozukluk RA ≤ UTIa

RA :Topraklama direnci

20

UT :Dokunma gerilimi

Id :Artık akım

Ia : Koruyucu düzenin otomatik açma akımı

5.3.TN sistemi

Bu sistemde 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.

Şekil 5.5. TN sistemde bozukluk gerilimi ve akımı

Bir yalıtım bozukluğu meydana geldiğinde Id bozukluk akımı bozukluk devresine ait kablolardan

oluşan devrenin göz empedansı ile belirlenir.

Şekil 5.6. TN Sistemde toprak bozukluk devresi diyagramı

21

Şekilde görülen devrede Rd kontak geçiş direnci, RPH1 ve RPE dirençleri yanında çok küçük , devredeki

RPE direncine bağlı RH+RB direçleri RPE direncine göre çok büyük olduklarından Id bozukluk akımı

hesabında sonuca ihmal edilebilecek kadar az etki ettikleri için ifadeleri kolaylaştırmak amacıyla

aşağıda verilen toprak bozukluk devresi esas alınarak hesap yapılacaktır.

0U =230V 400/230 V alçak

gerilim sistemlerinde faz-nötr gerilimi

Şekil 5.7 Bozukluk akımı için;

PEPHd RR

UI+

= 08,0

B noktasındaki bozukluk dokunma gerilimi;

PEPH

PEdPEd RR

RUIRU+

==1

0.8,0.

Koruma aygıtının gerçekten çalışmasından emin olmak için Id akımı koruma aygıtının Ia çalışma

akımı eşik değerinden büyük olması gerekir.

TN-C sistemi: Sistemin tamamında nötr ve koruma fonksiyonları tek iletkende birleştirilmiştir.

TN-S sistemi: Sistemin tamamında ayrı bir koruma iletkeni kullanılır.

TN-C-S sistemi: Nötr ve koruma fonksiyonları sistemin bir bölümünde tek iletkende birleştirilmiştir.

S: Nötr veya topraklanmış hat iletkeninden ayrı bir iletkenle koruma fonksiyonun sağlanmasıdır.(PE

iletkeni)

C: Nötr ve koruma güvenliğinin tek iletken üzerinden birleştirilmesi(PEN iletkeni).

22

6.YÜKSEK GERİLİM VE ALÇAK GERİLİM SİSTEMLERİNDE TOPRAKLAMA TESİSLERİNİN BİRLEŞTİRİLMESİ

Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliğinde [3] madde 11-a’ya göre, bir

yüksek gerilim tesisinde, toprak hatası esnasında, alçak gerilim şebekesinde veya tüketim tesislerinde tehlikeli dokunma gerilimleri ortaya çıkmaz ise iki sistemin topraklaması birleştirilebilir. YG de meydana gelen hata sonucu oluşan potansiyel yükselmesi, alçak gerilim tesislerinde, tablo 1.4. de verilen değerlerden küçük olmalıdır.

Bu koşulların yerine getirilememesi durumunda YG ve AG topraklama tesisleri mutlaka ayrılmalı; 50 kV’un altındaki işletme gerilimli tesislerde YG ve AG sistemleri topraklayıcıları arasındaki uzaklık en az 20m olmalıdır. YG tesislerinin içinde bulunan AG işletme araçlarının gövdeleri koruma iletkeni yolu ile YG topraklama tesisine bağlanır

7.TOPRAKLAYICI ÇEŞİTLERİ Topraklanması istenen makinenin, aygıtın veya tesisin toprak ile iletken bir bağlantı sağlanmasını

sağlayan elemanına topraklama elektrotu veya topraklayıcı denir. Topraklayıcılar genellikle yapay

olarak yapılırlar bazı özel durumlarda doğal topraklayıcılardan yararlanılır. Topraklayıcı daima

yeraltına gömülür ve bu bağlı topraklama iletkeni (veya topraklama barası) aracılığı ile makine, aygıta

veya tesise bağlanır. Böylece topraklama tesisinden gelen akım toprağa geçirilir.

Toprağın durumuna göre ve topraklayıcı olarak kullanılan malzemenin türüne göre çeşitli

topraklayıcılar kullanılmaktadır. Topraklayıcıların geometrik biçimleri kullanılan malzemenin türü ve

toprağa gömülme derinliğine göre birçok çeşidi vardır. Topraklayıcı çeşitlerinin seçilmesinde ve

güçlenmesinde mahalli şartlar göz önüne alınır. Aynı zamanda zeminin yapılışı ve izin verilen yayılma

direnci de göz önüne alınır. Aşağıda en çok kullanılan topraklayıcı çeşitleri belirtilmiştir.

23

7.1. Şerit topraklayıcıları

Bunlar en az 3mm kalınlığında ve 100 mm2 kesitinde galvanizli demir şeritten yapılan, 0.5-1 m

derinliğe gömülen topraklayıcılardır. Yassı şeritler, toprağa yüksek kenarı yukarı gelecek biçimde

döşenir. Böylece toprakla şerit arasında kalmaması ve akımın toprağa daha iyi geçmesi sağlanır. Şerit

topraklayıcı da yayılma direnci kesitten daha çok uzunluğa bağlıdır.

Resim 7.1. Şerit Topraklayıcı

7.2. Çubuk topraklayıcılar

Bunlar genellikle 1 cm çapında çelik borudan veya eşdeğer profil çelikten yapılan ve zemine dik

olarak çakılan 3-5 m boyundaki topraklayıcılardır.. Bu topraklayıcılara derin topraklayıcılar da denir.

Boru çapı veya profil kesiti mekanik dayanıma veya aşınma olaylarına göre belirlenir. Yayılma direnci

daha çok çubuk uzunluğuna bağlıdır.

Resim 7.2.Çubuk topraklayıcılar

7.3. Levha Topraklayıcısı

Levha topraklayıcıda belirli bir yayılma direnci elde etmek için başka tür topraklayıcılara göre çok

daha fazla bir malzemeye ihtiyaç vardır. Çünkü topraklayıcı levhanın şeritlere ayrıldığı kabul edilirse

bunlar karşılıklı olarak akımın toprağa geçmesine engel olurlar. Günümüzde kullanımı çok azdır.

24

Resim 7.3.Levha topraklayıcı

7.4. Gözlü topraklayıcı

Gözlü topraklayıcılar da paralel şeritlerden meydana gelir. Ayrıca hem iyi bir akım dağılımı sağlamak

ve hem de topraklanacak başka makine, aygıt veya tesisleri bağlayabilmek için enine bağlamalar da

yapılır. Buna karşılık doğrudan topraklanmış şebekelerde temas ve adım gerilimlerinin izin verilen

sınırlar içinde kalması için alan şiddetinin küçük olmasını sağlarlar. Gerek paralel şeritlerden yapılmış

topraklayıcılarda ve gerekse hasır şeklinde gözlü topraklayıcılarda karakteristik büyüklük, bu

topraklayıcıların kapladıkları alanın çevresi ve alanıdır.

7.5. Özel topraklayıcılar

Fonksiyon bakımından koruma,işletme ve parafudr topraklaması maksadı ile kullanılmayan bazı çeşit

topraklayıcılarda vardır ki,bunlar yapılış ve geometrik şekli bakımından yukarıda sözü geçen

topraklayıcılar gibidir. Fakat görevleri farklıdır .Özel topraklayıcıların başında düzenleyici topraklayıcı

gelir. Bunlar topraklayıcı civarında,potansiyel değişimini yatıklaştırarak temas ve adım gerilimlerinin

küçülmesini sağlarlar. Düzenleyici topraklayıcılar şerit topraklayıcı olarak yapılır. Yalnız yeryüzünde

potansiyel dağılımı üzerine tesir ettiklerinden sabit rutubet durumu ve don tehlikesi göz önüne

alınarak en az 0,8 m derinliğe döşenmesi gerekli değildir. Buna rağmen potansiyel yatıklaştırıcı tesir,

ancak bunların topraklayıcının altına döşenmesi halinde baş gösterir. Düzenleyici topraklayıcılar şerit

topraklayıcı olarak yapılır.

Özel akım kaynağı olan topraklama ölçü aygıtları ile topraklama direncini ölçerken ölçme

akımı toprağa esas topraklayıcı ile verilir. Akım topraktan özel ve geçici bir topraklayıcı üzerinden

devresini tamamlar. Buna yardımcı topraklayıcı denir. Akım ve ölçme metoduna göre yapılan

ölçümlerde buna karşı topraklayıcı denir.

Özgül toprak direncinin ölçülmesinde ölçme akımının girdiği ve çıktığı yerde elektrot ve bütün

topraklama ölçülerinde gerilim almaya yarayan uca "sonda" denir.

7.6. Birleşik Topraklayıcılar: İstendiği kadar küçük bir yayılma direnci elde edebilmek için

bazen çeşitli tip topraklayıcılarının birlikte paralel bağlanması gerekir. Bu topraklayıcı sistemleri;

25

7.6.1-Paralel topraklayıcılar: Aynı geometrik yapıda olan topraklayıcılar paralel bağlanarak

topraklayıcı elde edilir. Bunların aralarında yeteri kadar uzaklık olması halinde bunların birbirine karşı

tesiri bahis konusu olamaz. Paralel bağlı topraklayıcıların boyutları farklı olabilir. Her bir

topraklayıcının yayılma direnci R1,R2,R3,................Rn ise toplam yayılım direnci

1

Rtoplam=

1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ......+1/Rn ifadesine göre hesaplanır.

Topraklayıcıların yayılma dirençleri eşit ise n sayıdaki paralel topraklayıcıların toplam

direnci

R Rtoplam =

N

Çubuk uzunluğunun iki katı olarak alınır. Levha topraklayıcılar da 3 m olmalıdır.

7.6.2 Karma topraklayıcılar: Geometrik bakımından farklı yapıdaki topraklayıcıların paralel

bağlanmasına karma topraklama denir. Yüksek gerilimli açık hava bağlama tesislerinde bir normal

gözlü topraklayıcı bulunduğu gibi buraya giren ve çıkan hava hatlarına ait toprak iletkenleri,kablolara

ait kurşun kılıf ve çelik zırh,demir yolu rayları,madeni su boruları ve benzeri gibi tabii

topraklayıcılardır.

7.6.3 Kombine topraklayıcılar: Yüzey ve derin topraklayıcıların paralel bağlanması ile

kombine topraklayıcılar elde edilir. Gözlü şebekelerde bu tip topraklayıcılar kullanılır ve bu şebekenin

düğüm noktalarına çubuk topraklayıcılar bağlanır.

Topraklayıcıların gömüldükleri derinliğe göre bunlara yüzey veya derin topraklayıcı denir.

Şerit topraklayıcılar ve 3 m derinliğe kadar inen çubuk topraklayıcılar yüzey topraklayıcılardır. Daha

derinlere kadar inen topraklayıcılar derin topraklayıcılardır. Bütün imkanlardan yararlanmak şartıyla

yüzey topraklayıcılarla gereken yayılma direnci elde edilemezse,bu taktirde zemin suyuna daha düşük

özgül direnci olan zemin tabakalarına ulaşıncaya kadar derine inilir. Bundan başka zeminin hemen

altında yüzey topraklayıcılar yerleştirmek için yeteri kadar yer olmazsa,bu durumda derin topraklayıcı

uygulanır. Derin topraklayıcıların yayılma direnci daima küçüktür. Zemin yüzeyinde olduğu gibi iklim

şartlarına bağlı olarak zemin özgül direncindeki değişmelerde burada söz konusu olmaz.

26

3 m'den uzun çubuk topraklayıcılar,derin topraklayıcılardır. Parçalardan oluşan çubuk

topraklayıcılarla çok uygun bir biçimde derin topraklayıcı yapılabilir. Yalıtılmış topraklama iletkeni

kullanılmak şartıyla derin topraklayıcılarla adım gerilimini düşürmek mümkündür. Buna karşılık temas

gerilimi yüzey topraklayıcılarla sağladığı ölçüde küçültülmez.

7.6.4. Toplu veya yaygın topraklayıcılar: Çubuk veya levha topraklayıcılara toplu,şerit

topraklayıcılara da yaygın topraklayıcı denir. Topraklayıcıların bu biçimde sınıflandırılması bir defa

yayılma direncinin ölçülmesiyle ve de yıldırım akımının toprağa verilmesi bakımından önemlidir.

Toplu topraklayıcı az yerde ihtiyaç gösterir ve malzeme ihtiyacı oldukça küçüktür. Buna karşılık yaygın

topraklayıcının kullanılabilmesi için büyük bir alanın var olması şarttır. Malzeme ihtiyacı da büyüktür.

Fakat yaygın topraklayıcı ile küçük yayılma direnci sağlamak daha kolaydır. Yıldırım akımının toprağa

verilmesi bakımından 10 m uzun çubuk topraklayıcılar ve 20 m' den uzun şerit topraklayıcılar yaygın

topraklayıcı sınıfına girerler.

8. TOPRAKLAMA DİRENCİNİN ÖLÇÜLMESİ Topraklama sisteminin genellikle dirençli, kapasitif ve indüktif bileşenlerden oluşan bir empedansı

vardır. Topraklama sisteminin dirençli bileşeni işletme frekansında (50 Hz), kapasitif ve indüktif

bileşenleri de yüksek frekansta (yıldırım boşalması, iletim frekansları vb etkinliklerini gösterir.

Toprak direncinin önceden hesabı mümkün değildir. Fakat elde edilen sonuçların doğruluğu, birinci

derecede toprağın özgül direnci için kabul edilen değerin gerçeğe uyup uymamasına bağlıdır. Toprak

hiçbir zaman homojen olmadığından özgül direnç belirli toprak kesimlerinde çok farklı değerler

alabilir. Ayrıca özgül direnç, toprağın nem derecesine çok bağlıdır; bu ise mevsimin yağışlı veya kurak

olmasına göre değişir. Sıcaklığın ve nem miktarının artması ile toprak özgül direnci ters orantılıdır. Bu

nedenle toprak özgül direncinin ölçümü için en uygun zaman toprağın kuru olduğu dönemdir. Bu

dönemde yapılacak ölçümde toprak özgül direnci en yüksek değerini alır. Bu da Türkiye’nin yağış alma

dönemleri göz önüne alındığında temmuz-ağustos aylarıdır.

Topraklama direncinin ölçümündeki amaçlar kısaca:

• Topraklama sisteminin gerçek direncinin saptanması

• Yapılan hesapların denetlenmesi

• Topraklama sisteminde gerilim yükselmesinin ve bütün bir alan boyunca gerilim değişiminin

belirlenmesi

• Topraklama sisteminin yıldırım boşalmalarına karşı koruma etkisinin belirlenmesi

• Alan içerisinde yapılacak binaların koruma projelerinin hazırlanması için gerekli verilerin elde

edilmesi

27

• Topraklama direnç değerinin yüksekliği durumunda alınacak ek tedbirlerin saptanması

Topraklama sistemlerinin karakteristikleri toprağa gömülü elektrotların düzenine, kapladığı alana ve toprağın bileşimine bağlıdır

Topraklama direnç sınır değerleri:

İşletme topraklaması <2 Ohm Koruma topraklaması koruma düzeneğine bağlı olarak; Dengelenmiş şebekelerde <2 Ohm Trafo merkezlerinde direklerde <4 Ohm AG ve YG bağlama tesisleri birleştirildiğinde <1 Ohm Parafudur topraklama direnci <5 Ohm

8.1. Ölçüm Yöntemleri

• Toprak Megeri ile ölçme • Voltmetre-Ampermetre yöntemi ile ölçme • Wattmetre-Ampermetre yöntemi ile ölçme • Salvaz Yöntemi

8.1.1. Toprak Megeri ile Ölçme Şalt ya da trafo merkezlerinin toprak dirençleri ölçümünde kullanılan bu basit sistem üç uçlu

Megger ya da dört uçlu Megger kullanılarak yapılır. Üç uçlu Megger kullanılıyorsa Şekil 1.27’da da görüldüğü gibi uçlardan biri merkezin toprağına, diğer ikisi de ölçüme yardımcı olacak toprağa bağlanır. Dört uçlu Megger kullanıldığı zamanda Şekil 1.27 ’da görüldüğü gibi uçlardan ikisi merkezin toprağına diğer iki uçta ölçüme yardımcı olacak toprağa bağlanır.

Her iki durumda da devre akımı merkezin toprağı ve toprağa bağlanan akım ucu yolu ile

ölçü aletinin akım devresinden akar. Ölçü aletinin gerilim devresi ise merkezin toprağı ile aletin toprağa bağlı diğer gerilim ucu arasına bağlanır. Megerin dıştaki iki ucundan akım akıtılır ve içerdeki uçlar sayesinde gerilim düşümü prensibine göre toprak direnci ölçülür. Üç uçlu Meger kullanılması durumunda ölçü aleti ile merkezin toprağı arasındaki bağlantının direnci ayrıca ölçülür ve deney değerinden çıkarılır. Akım ucunun yüksek dirençli olması ölçü aletinin hassasiyetini düşürür ancak okumanın doğruluğunu etkilemez.

Wenner–4 uç metodu toprak özgül direncinin ölçümünde en çok kullanılan ölçüm yöntemidir. Kazıkların çok derine çakılmadan toprağın alt tabakaları hakkında bilgi verir.Bu metoda ölçüm kazıkları eşit mesafelerle (a), eşit derinliklere gömülür (b). Bunun dışında toprak kazıklarının direnci ölçüm sonuçlarını ihmal edilecek oranda etkiler.

28

Wenner metodu için görünen özgül direnç hesabı:

Bu ölçüm şeklinin aşağıda sıralanan durumlarda kullanılması uygun değildir:

• Ölçümü yapılacak merkezin topraklaması uzakta direnci düşük bir topraklamaya bağlıysa,

• İndüksiyon ya da kaçak akımlar nedeni ile doğan gerilim yükselmeleri önemli düzeylerdeyse,

• Topraklamanın direnci Meger’den okunabilecek en küçük değerden daha küçükse,

• Deney için kullanılan kablolar birbirine paralel ve en kısa kablonun direnci, ölçülecek topraklamanın direncinden büyükse Bu gibi durumlarda Voltmetre- Ampermetre yöntemini kullanmak daha doğru sonuçlar verir.

8.1.2. Voltmetre-Ampermetre Yöntemi Şekil 1.28 de Voltmetre-Ampermetre yöntemi ile toprak direncinin ölçümünde, merkez ile

yardımcı toprak uçları arasında paralel toprak kesitlerinin olmaması ve bu bağlantıların genel doğrultuları arasında 91 dereceden büyük açıların olması durumunda uygulanır. Merkezin topraklama direnci:

29

Gerilim devresinin toprak ucunun direnci yüksek ise Voltmetrede ölçülen değer aşağıdaki düzeltme çarpanları ile çarpılmalıdır.

8.1.3. Wattmetre-Ampermetre Yöntemi Merkezin topraklama iletkenleri ile yardımcı toprak bağlantılarının kısmen ya da tamamen paralel olması durumunda bu yöntemin kullanılması uygun olur.

Bu yöntem Şekil 1.29 görüldüğü gibi Voltmetre-Ampermetre yöntemindeki devreye bir Wattmetre’nin eklenmesi ile elde edilir.

R Topraklama sisteminin direnci Pt Ölçülen güç It Deney akımı Kt Yardımcı toprak elektrotlarının birbirine yakınlığı nedeniyle doğan hatayı düzelten çarpandır.

30

8.1.4. Salvaz Yöntemi

SEL-VAZ (SELected-Voltage-Amper-Z,empedans) seçilmiş bir sıklıkta (50 Hz) Volt, Amper, Empedans (Z) ölçümüdür.

Yüksek Gerilim şalt sahası büyüklüğü ne olursa olsun toprakta dolaşan akımlarla birlikte, bu akımların toprakta oluşturduğu gerilim farkları da büyümektedir. Bu gerilim farklarının toprak megerine etkisi nedeniyle toprak megeri ile yapılan ölçümler doğru sonuçlar vermemektedir. Bu nedenle yüksek gerilim şalt sahalarında SEL-VAZ yöntemi ile ölçüm yapılması gerekmektedir.

Bu yöntemde kullanılan cihaz, ilave teçhizat ve bağlantı devresi aşağıda şekilde de gösterilmektedir. Şekilde görüldüğü gibi istasyon toprağı ile akım elektrotu arasından 5-10 A arasında akım (kullanılan ana besleme trafosu vasıtasıyla akıtılarak akım elektrotunun aksi istikametinde çit telinden (çit teli istasyon toprağına bağlanmamış ise) başlayarak belirli aralıklarla gerilim elektrodu vasıtasıyla gerilim ölçülmektedir. Ölçülen bu gerilim ve akımlarla istasyonun topraklama empedansı hesaplanmaktadır. Burada dikkat edilecek husus gerilim elektrodunun arka arkaya yaklaşık (%10 toleransla) üç değer okununcaya kadar aynı doğrultuda ve belirli aralıklarla kaydırılmasıdır. Bu cihazın önemli özelliklerinden biriside cihaz içine yerleştirilmiş olan dengeleme devresi ile gerilim elektrodunda oluşturulan kaçak voltajların test akımı devreden akıtılmadan önce yok edilmesi veya minimuma indirilmesidir.

31

8.1.4.1. Standart SEL-VAZ Yöntemi Ölçüm Kuralları

- Şalt sahasının tüm enerjisi kesilecektir. Şalt sahası giriş ve çıkış fiderleri hem trafo merkezinden hem de karşı taraftan açılır ve topraklanır. İç ihtiyaç trafosu açılır, tersten beslemeye karşı önlem alınarak müşteriler uyarılır ve hatları topraklanır. Tüm ayırıcılar emniyet tedbiri olarak açılır. Trafo merkezi yakınından direk geçen enerji iletim hatlarının koruma teli iletkenleri şalt sahasına irtibatlı ise, bu iletim hatlarının enerjisi kesilir ve topraklanır. Eğer şalt sahasına 100 metreden daha yakın mesafede dağıtım hatları var ise tehlike arz edeceğinden söz konusu dağıtım hatları açılır ve topraklanır.

- Trafo merkezi toprağı ile akım elektrodu arasında en az 5 A,en fazla 10 A akım akıtılacaktır. İdeal test akımı 8-10 Amperdir.

- Akım elektrotlarının ters istikametinde gerilim elektrodu ile ölçüme başlanacak ve ters istikamette testlere devam edilecektir. Gerilim elektroduna potansiyel elektrodu da denmektedir.

- İlk ölçüme çit(fens) telinden başlanacaktır. Çit teli trafo merkezi toprağına bağlanmamış olacaktır.(yeni trafo merkezleri için)

- Akım elektrotları mutlaka 5a(şalt sahasının köşegen uzunluğunun 4-5 katı) uzaklığında şalt sahasının topraklama sisteminden uzağa yerleştirilecektir.

- Test elektrotları mutlaka 90 derecelik bir açıyla yere çakılacaktır.

- Akım elektrotlarının direnci küçük olacaktır.( Direnci düşürmek için 2-5 adet kazık elektrot çakılır ve kazıklar paralel bağlanır. Kazıklar arasındaki mesafe en az kazık boyu kadar olacaktır.)

- Devreden 10 A geçirmek amacıyla 720 volttan yukarı tehlikeli gerilim değerlerine çıkılmayacaktır.

- Canlıların ölçüm esnasında akım elektrotlarına yaklaşması önlenecektir.

- Gerilim elektrodu direnç ölçümünü etkilemeyecek şekilde olacak ve mukavemet bakımından ise dayanıklı olacaktır.

- Akım ve gerilim elektrotları diğer topraklama alanlarının mutlaka en az 10 metre açığına yerleştirilecektir (yüksek gerilim direkleri de dahil).

- Ölçmeler en az 50 metre aralıklarla gerilim elektrodu yer değiştirmek suretiyle yapılacaktır.

- Gerilim elektrodunun derinliği en az 80 cm olacaktır.

- Trafo merkezinin etrafında çit teli tesis edilmemiş ise, ilk ölçme gerilim elektrodu çit telinin tesis edileceği yere çakılarak yapılacaktır. Trafo merkezine çit teli tesis edilmiş ancak trafo merkezi toprağı ile irtibatlı değil ise, çit teli ilk gerilim elektrodu olarak kabul edilecektir.

- Ölçme işlemi arka arkaya %10 toleransla üç eşit değer alınıncaya kadar devam edecektir.

- Akım ve gerilim elektrotlarının yeri, birbirine arasında en az 90 derece en fazla 180 derece olacak şekilde seçilecektir.

32

- SEL-VAZ bağlantısındaki trafo merkezi-toprak irtibatı mümkün olan en kısa kablolarla iki ayrı yerden bağlanacaktır.

- Maksimum gerilim verildiği halde sistem düzeneğinde akıtılan akım 5A’den düşük ise, akım elektrotuna ilave elektrotlar bağlanacaktır.

- Son gerilim elektrotunun bulunduğu yerde çit telinin topraklama direnci mutlaka ölçülecektir.

- Arka arkaya alınan üç değer birbirlerine %10 toleransla eşit olur ise(Genellikle 5a değerinin %62’si mesafesinde ölçülen değer alınmaktadır.) bu üç değerin ortalaması topraklama direncinin değeri olarak alınacaktır.

9.TOPRAKLAMA HESAP YÖNTEMLERİ

Değişik tipte topraklayıcıların kullanıldığı topraklama sistemlerinde üç adet topraklama

yöntemi bulunmaktadır.

9.1. Laurent Topraklama Yöntemi

Laurent yönteminde topraklama ağının yayılma direnci topraklama ağının geometrik

boyutlarından yararlanılarak bulunabilir. Aşağıda topraklama ağı gösterilmiştir.

Resim 19 - Topraklama Ağı

Topraklama ağındaki yayılma direnci R;

Bu eşitlikte;

D : Eşdeğer çapı ( metre ) ,

LToplam : Toplam iletken uzunluğu ( metre ) ile ifade edilmektedir.

Topraklama yayılma direncinin hesaplanmasında birinci terim, yüzeyde dairesel levhadaki

yayılma direncini ikinci terim ise kullanılan ağın yayılma direncini ifade etmektedir. Bu denklem,

uzunluğunun genişliğine oranı 1 dolayında olan ve r yaklaşımını verir.

33

9.2. Koch Topraklama Yöntemi

Koch yönteminde eşdeğer dairesel levha toprak yayılma direnci bulunur. Bu değer bir “k”

düzeltme katsayısı ile çarpılır. Gözlü şebekenin potansiyel ifadesi ve yayılma direnci yaklaşık olarak

eşdeğer alandaki levha topraklayıcının potansiyel ifadesi ve yayılma direncine eşit olarak alınır.

Gözlü topraklayıcının yayılma direnci :

σ

R = * k olarak bulunur.

2D

Topraklama ağında topraklayıcının l2 genişliği en azından l1 uzunluğunun yarısına eşit alınmalıdır. Yukarıdaki denklemde “k” katsayısı topraklayıcının l1 uzunluğu ile “a” göz uzunluğunun oranına bağlıdır.

l1 l1

< 10 ise k = 1.3 ve ≥ 20 ise k = 1.2

a a

olarak alınır.

Ayrıca sıcaklık ve nem değişimi toprağın özgül direncini değiştirdiğinden topraklama

sistemine çubuk topraklayıcılarına ilave edilir.

Çubuk sayısı 10 ‘den fazla ise karşılıklı etki değeri için % 10 alınabilir. Çubuk ve ağ yayılma

dirençlerinin ortak hesaplanan değeri de birbirlerine etkisi göz önüne alınarak % 10 arttırılır.

9.3. Schwarz Topraklama Yöntemi

Schwarz yöntemi büyük merkezler için kullanılmaktadır. Yöntem gereği çok yakın değerler

verilmektedir. Topraklama ağının karesel durumdan sapması ve iletkenlerin h derinliğine

gömülmesine bağlı olarak k1 ve k2 katsayıları aşağıdaki tablolardan bulunur.

34

Şekil 9.3. Schwarz katsayılar grafiği

Ağın yayılma direnci, çubukların yayılma direnci ve karşılıklı etki direnci hesaplanır. Ortak

yayılma direnci ifadesinde yerine koyularak sonuç elde edilir.

σ 2 . la la

R11 = ln + k1 - k2

π . la √( do . h ) √A

Bu ifadede;

σ : Özgül toprak direncini ( Ωm ),

la : Gömülü şerit iletken uzunluğunu ( m ),

do : Şerit iletken çapını ( m ),

h : Ağın gömülme derinliği ( m ),

A : Ağın kapladığı alan ( m2 ),

k1 , k2 : Schwarz katsayılarını göstermektedir.

Schwarz katsayıları karesel yapıda h derinliği göz önünde alınmadan,

35

k1 = 1 . 4 ve k2 =5 . 6 alınabilir.

σ 8 . lç 2 . k1 . lç

R22 = ln + . (√n – 1 )2 -1 π . n . lç d √A

Bu ifadede ise

lç : Çubuk uzunluğu ( m )

d : Çubuk çapı( m)

n : Çubuk sayısını ifade etmektedir.

σ 2 . la la

R12 = R21 = ln + k1 - k2 + 1

π . la lç √A

ve ortak yayılma direnci ise;

R11 . R22 – R212

R = olarak yazılmaktadır . R11 + R22 – 2 . R12

36

10.ŞALT SAHASINDA TOPRAKLAMA YÖNTEMİ

Şalt sahası; güç trafoları, baraları ve diğer bütünleşik elemanları ile elektrik üretim, iletim ve dağıtımın yapıldığı tesislerdir. Şalt sahalarında trafolar aracılığıyla elektrik alçaltılıp veya yükseltilerek istenilen iletim seviyesine getirilir aynı zamanda bunun dışında da önemli fonksiyonları gerçekleştirilir. Kısaca elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan birimlerdir.

Şalt sahalarında bulunan başlıca donanımlar; güç trafosu, bara düzeneği, ölçü aletleri, kontrol ekipmanları, anahtarlama elemanlarıdır. Büyük şalt sahalarında olası kısa devreveya meydana gelen aşırı akımlara müdahale edilmesi için devre kesiciler kullanılır. Küçük şalt sahalarında ise recloser devre kesiciler veya koruma amacıyla dağıtım ağlarındasigortalar kullanılır. Şalt sahalarında genellikle jeneratör bulundurulmaz. Hemen yakınlarında başka trafo merkezleri bulundurur. Şalt sahaların diğer tehçizatlara örnek olarak kapasitöler, voltaj regülatörleri de verilebilir.

Şalt sahaları yeraltına, çitle çevrili muhafazalı açık havada ya da özel amaçlı tasarlanmış binalarında bulunabilir. Yüksek katlı binalarda yapılış amacı itibariyle bir şalt sahası olabilir. Kapalı şalt sahaları genellikle kentsel alanlarda trafolardan gelen gürültüyü azaltmak, şalt elemanlarını korumak ve kötü iklim koşulları nedeniyle kullanılabilir.

1. Birinci İletim Hattı, 2. Topraklama Hattı, 3. Havai Hat, 4. Gerilimin Trafolar İçin Ölçümü, 5. İzolatörler, 6. Kesiciler, 7. Akım Transformatörü, 8. Yıldırım Parafudru, 9. Ana Trafo, 10. Kontrol Binası, 11. Güvenlik Çitleri, 12. İkincil İletim Hattı

Yüksek gerilim tesislerinde açma-kapama olayları, yıldırım, elektrostatik deşarjlar, kısa

devreler ve toprak temasları gibi nedenlerle meydana gelen darbe akımlarının direkt olarak toprağa akıtılması gerekmekte ve bu nedenle topraklama ağı tasarımının standartlara uygun olması istenmektedir. Yüksek Gerilim tesisi olan santral ve şalt sahalarının topraklama empedanslarının ölçülmesinde bugün geliştirilmiş özel yöntemler uygulanmaktadır. Bunlardan en yaygın olarak kullanılanı SEL-VAZ yöntemidir.

SEL-VAZ (SELected-Voltage-Amper-Z,empedans) se- çilmiş bir frekansta (50 Hz) Volt, Amper, Empedans (Z) ölçümüdür. SEL-VAZ yöntemi kullanılarak tasarlanan topraklama ağlarında, adım ve temas (dokunma) gerilimlerinin topraklama projesinde hesaplanan müsaade edilebilir maksimum adım ve temas gerilimlerinden küçük olması, topraklama direnç değerlerinin standartlarda öngörülen sınır değerlerin içinde kalması, topraklama ağı gömülme derinliğinin en uygun değerlerde olması ile mümkündür.

Yüksek Gerilim şalt sahası büyüklüğü ne olursa olsun toprakta dolaşan akımlarla birlikte, bu

akımların toprakta oluşturduğu gerilim farkları da büyümektedir. Bu gerilim farklarının toprak megerine etkisi nedeniyle toprak megeri ile yapılan ölçümler doğru sonuçlar vermemektedir.

Bu nedenle yüksek gerilim şalt sahalarında SEL-VAZ yöntemi ile ölçüm yapılması gerekmektedir. Bu yöntemde kullanılan cihaz, ilave teçhizat ve bağlantı devresi aşağıda Şekil 1’de gösterilmektedir. Şekilde görüldüğü gibi istasyon toprağı ile akım elektrotu arasından 5-10 A arasında akım (kullanılan ana besleme trafosu vasıtasıyla) akıtılarak akım elektrotunun aksi istikametinde çit telinden (çit teli istasyon toprağına bağlanmamış ise) başlayarak belirli aralıklarla gerilim elektrodu vasıtasıyla gerilim ölçülmektedir.

37

Ölçülen bu gerilim ve akımlarla istasyonun topraklama empedansı hesaplanmaktadır. Burada dikkat edilecek husus gerilim elektrodunun arka arkaya yaklaşık (%10 toleransla) üç değer okununcaya kadar aynı doğrultuda ve belirli aralıklarla kaydırılmasıdır.

Bu cihazın önemli özelliklerinden biriside cihaz içine yerleştirilmiş olan dengeleme devresi ile

gerilim elektrodunda oluşturulan kaçak voltajların test akımı devreden akıtılmadan önce yok edilmesi veya minimuma indirilmesidir. Bu dengeleme devresi faz açısı değişebilen 15 Volta kadar gerilim üretebilmektedir. Hataları minimuma indirebilmek için ayrıca besleme trafosunun girişine polarite değiştirici anahtar konulmak suretiyle ölçmeler her iki polaritede yapılmakta ve ortalaması alınmaktadır.

Test elektrotları (akım ve gerilim elektrotları) minimum 90 derecelik bir açı yapacak şekilde ve en uygun 180 dereceye yakın olarak yerleştirilmelidir.

Akım elektrodu istasyon toprağından 500-2500 metre uzağına (istasyonun büyüklüğüne göre) yerleştirilmelidir. Akım elektrodunun direnci tehlikeli gerilim seviyesine çıkılmaksızın 10 A’ i geçirecek kadar kü- çük olmalıdır. Bunun empedansı akım elektrodunu derine çakmak veya başka elektrotlar çakarak paralel bağlamak suretiyle düşürülebilir.

Ayrıca akım elektrotlarının diplerine tuz ve su dökülerek de düşürülebilir. Eğer hala istenen akım akıtabilmek için yüksekçe bir gerilime ihtiyaç duyulursa bu durumda çevredeki canlıların buraya yaklaşmasına engelolmak için gerekli tedbirler alınmalıdır.

Gerilim elektrodunun empedansı önemli değildir. Bununla beraber gerilim elektrodunun yerinin değiştirilmesinde gerekli okumaları yapmadan önce kaçak voltajları yok etmek gerekir.

Akım elektrodu ve gerilim elektrodu diğer topraklama alanlarına yakın olmamalıdır. Böyle bir alan varsa onun en az 5-10 metre uzağına yerleştirilmelidir.

38

Eğer çit teli (koruma teli) tesis edilmemiş ise ilk ölçme gerilim elektrodunu çit telinin tesis edileceği yere çakarak yapılmalı yok eğer tesis edilmiş ve istasyon toprağı ile irtibatlı değilse çit teli ilk gerilim elektrodu kabul edilmelidir.

Diğer ölçmeler çit telinden itibaren 50 şer metre aralıklarla gerilim elektrodu çakılarak yapılmalıdır. Bu işleme arka arkaya üç değerin yaklaşık olarak (% 10 toleransta) birbirine eşit oluncaya kadar devam edilmelidir.

Üçüncü ve sonuncu aynı değerden sonra bağlantılar çit telinin topraklama empedansını ölçecek şekilde değiştirilmelidir. 11.KAYNAKÇA 1. Güner, E., Yüksek Gerilim Merkezlerinin Topraklanması, EMO Elektrik Mühendisliği Dergisi (1977).

2.Bayram,M.,(2000),Elektrik Tesislerinde Topraklama,Birsen Yayınevi,İstanbul.

3.The Institude of Electrical and Electronics Engineers, IEEE Guide for Safety in AC

Substation Grounding, IEEE 80-2000, New York, 2000.

4.Mürtezaoğlu, K., Yüksek Gerilim İstasyonlarında Topraklama Sistemleri, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 1998.

5.Kaşıkçı, İ., Yüksek Gerilim Elektrik Tesislerinde Topraklama, 2005, İzmir

6.Hocaoğlu, M. H., Hocaoğlu, A. T., 1999. Yüksek Gerilim Tesisleri Topraklama Standartlarının Karsılastırılması, Elektrik, Elektronik, Bilgisayar Mühendisliği 8. Ulusal Kongresi, Gaziantep, 395-398.

7.Markiewicz, H. ve Klajn, A., ,Topraklama Sistemi Hesaplama Ve Tasarım Esasları, Güç Kalitesi Uygulama Klavuzu, (2004)