Ünite 6: Elektrik Tesisatlarında Koruma ve Güvenlik

Giriş

Elektrik enerjisi ve tesisleri hayatımıza geniş ölçüde girmiştir. Elektrik enerjisi sayılmayacak kadar çok yerde işimizi kolaylaştırırken, elektrikli işletme araçlarında oluşan yalıtım bozuklukları vb. hatalar, insanlar ve diğer canlılar için tehlike doğurabilir. Bu tehlike “Elektrik Çarpması” olarak adlandırılır. Yalıtım bozuklukları yangınlara da yol açabilir. İnsanların ve diğer canlıların elektrik çarpması olayı etkisinde kalmaları için vücutlarının iki ayrı noktasının farklı elektriksel potansiyellerde olması ve bu sebeple üzerlerinden akım geçmesi gerekir.

Elektrik Çarpması Etkileri

Elektrik çarpması ile meydana gelen kazalar, etki bakımından üç grupta toplanabilir.

1. Elektrik akımının sinirler, adaleler ve kalp çalışması üzerindeki etkileri.
2. Elektrik akımından doğan ısınmanın ve arkların yaptığı zararlar, yanmalar.
3. Korku sebebi ile düşme, çarpma gibi mekanik zararlar. İnsanlar ve hayvanlar üzerinde elektrik çarpması olayı aynı şekilde oluşur.

Elektrik Akımının Vücuttaki Etkileri

Vücudun iki noktası arasında farklı elektrik potansiyeli varsa, bu potansiyel farkına (dokunma ya da adım gerilimi) ve vücudun direncine bağlı olarak canlı üzerinden bir akım geçer. Akımın büyüklüğüne ve uygulama süresine bağlı olarak çeşitli fizyolojik etkiler doğar. Vücuttan geçen akım kaslarda kasılmalara yol açar. Kalp adalesinin çalışma ritmini bozar. Bu olaya ventriküler fibrilasyon denir. Kalbin bozuk ritmi beynin kanla beslenmesini önlediği için beyin ölümü meydana gelir. Alçak gerilim için izin verilen dokunma gerilimi UL = 50 V’ u aşmayacaktır. Şantiyeler, tarım alanları vb. yerlerde bu değer 25 V olarak sınırlanmıştır. Alçak gerilim tesislerinde dolaylı dokunmaya karşı koruma yöntemlerinden bazıları; beslemenin otomatik olarak ayrılması ile koruma, iletken olmayan mahallerde koruma, Elektriksel ayırma ile koruma, küçük gerilimdir. Yüksek gerilim tesislerinde dolaylı dokunmaya karşı tek koruma yöntemi topraklamadır.

Topraklama Hakkında Genel Bilgiler

Topraklama kavramındaki çeşitli parametreler şunlardır:

1. Koruma topraklaması
2. Potansiyel dengeleme barası
3. Topraklama iletkeni
4. Koruma iletkeni
5. A.G.kabloları
6. Nötr (N) veya PEN
7. İşletme topraklaması (Topraklamaların birleşmesi şartlarının geçerli olması halinde)
8. Potansiyel düzenleyici topraklayıcılar
9. Temel topraklama
10. Derin topraklayıcı

Topraklayıcıdan Akım Geçme İşlemi

Bir topraklayıcıdan (topraklama elektrotundan) toprağa akım aktığı zaman, topraklayıcıdan itibaren çevreye doğru akım yayılması meydana gelir. Bu yayılma topraklayıcı çevresindeki potansiyelin yükselmesine yol açar. Bir topraklama elektrotunun yükselen potansiyeli, bu elektrotun etki alanında bulunan ikinci bir elektroda bağlı metal kısımlara taşınarak, bu kısımlarda referans toprağa karşı gerilim yükselebilir. Bu olaya Potansiyel sürüklenmesi adı verilmektedir.

Şebekelerde Topraklama Çeşitleri

Yüksek gerilim şebekeleri: Yüksek gerilim şebekelerinin nötr noktasının topraklama durumu üç şekilde olabilir. Nötr:

1. Yalıtılmış
2. Empedans üzerinden topraklanmış
3. Direkt topraklanmış

Nötr noktasının topraklanma durumu, Faz-Toprak kısa devrelerinde geçecek akıma etki ettiğinden, kısa devre akımının küçültülmesi için, nötr noktasının empedans üzerinden topraklanması tercih edilmektedir. Orta gerilim şebekeleri toprak kısa devresi akımları 1000 A’i aşmayacak şekilde sınırlandırılmaktadır. Yurdumuzda 34,5 kV’luk orta gerilim şebekelerinin 20 ohm’luk bir ohmik direnç ile topraklandığı bilinmektedir. Diğer taraftan hata akımının röleler tarafından doğru bir şekilde değerlendirilebilmesi ve toprak kısa devresi halinde sağlam fazlarda ortaya çıkan aşırı gerilimleri sınırlayabilmek için yüksek gerilimli iletim şebekelerinde hata akımının, büyük ölçüde sınırlandırılmaması yoluna gidilmektedir.

Toprak Özgül Direnci ve Elektrot Yayılma Direncinin Ölçülmesi

Toprak Özgül Direncinin Ölçülmesi

Bu ölçme dört sonda yöntemi ile yapılmalıdır. Metodun uygulanması için özel cihazlar geliştirilmiştir. Ölçmenin prensibi dış elektrotlar arasına, frekansı 150 Hz’e kadar olan bir gerilim uygulanır. Geçen akım sebebi ile iç sondalar arasında oluşan gerilim ölçülür. Geçen akım ve ölçülen gerilimden bulunan direnç değeri ve ara mesafe ile özgül toprak direnci hesaplanır. Gelişmiş toprak direnci ölçüm aletlerinde, elektrotlar arası mesafenin girilmesi ile direkt olarak özgül direnç ekrandan okunur.

Toprak Yayılma Dirençlerinin Ölçülmesi

Topraklama sisteminin büyüklüğüne göre bir yöntem uygulanır. Yukarıda sözü edilen özel toprak direnci ölçüm aletleri ile topraklayıcıların yayılma dirençleri de ölçülebilir. Yüksek gerilim indirici trafo istasyonları gibi büyük tesislerde, direklerde bulunan topraklama telleri veya kablo kılıfları istasyon topraklama tesisine bağlı olduklarından, hata akımı bu gibi bağlantılara da dağılır; topraklama tesisi üzerinden toprağa giden akım azalır. Ölçünün doğruluğundan emin olmak için ortadaki elektrot yeri iki tarafa %10 D değiştirilerek 3 ölçü yapılır. Bulunan değerler büyük farklılık göstermezse bu değer kabul edilir. Küçük elektrotlarda D mesafesi en az 10 m olmalıdır. Kareye yakın elektrotlarda ara mesafenin, kenar uzunluğunun 3-4 katı olması istenir. Topraklama tesisinin büyüklüğüne göre ara mesafe daha da arttırılır.

Koruyucu Önlemler

Küçük Gerilim Kullanmak

Kullanılacak gerilim 50 Volt veya daha küçük gerilimlerdir. Genellikle kullanılan küçük gerilimler 9, 12 ve 24 volttur. Kullanılan gerilim küçük olduğundan dolayı herhangi bir izolasyon hatası meydana gelirse tehlike oluşmaz. Bu koruma tedbirinde cihazların aktif kısımları topraklanmazlar. Küçük gerilim elde etmek için akümülatör veya pillerden faydalanılacağı gibi 220 voltluk alçak gerilim şebekesinden faydalanılabilir. Küçük gerilim; iki sargılı bir transformatör aracılığı ile elde edilebilir.

Koruma İzolasyonu

Koruma izolasyonu, işletme izolasyonuna ek olarak ikinci bir izolasyondur. İşletme izolasyonunun delinmesi halinde bile temas gerilimi meydana gelmez. Koruma izolasyonu iki türlü yapılır:

• Kişilerin ayak bastıkları yer zemine karşı yalıtılır.
• Cihazın dış muhafaza kısmı ya bir yalıtkan malzeme ile kaplanır ya da tamamen yalıtkandan yapılır veya muhafazanın kendisi yalıtkan malzemeden yapılır. Zemin izolasyon sabit tesislerde kullanılabilir. Bu yöntemin etkili olması için, bir eli hatalı bir cihaza dokunan kişinin diğer eli ile topraklanmış başka madeni cisimlere dokunma ihtimali olmamalıdır.

Koruma Ayırması

Bu sistemde primer ve sekonder sargıları birbirinden ayrı olarak sarılmış (220 Volt / 220 Volt) oranında bir transformatör kullanılmaktadır. Bu transformatörün kullanılmasındaki amaç; sekonder çıkışına bir alıcı bağlanıp çalışma yapıldığında eğer o alıcının gövdesine bir kaçak olursa çalışan kişinin çalışan kişinin çarpılmasının önlemektedir. Koruma ayırması, tüketicide bir izolasyon hatasının olması durumunda etkilidir. Ayırma transformatörünün sekonder tarafında meydana gelen bir izolasyon hatası, zararlı tesiri olmadığı için kontrolsüz bırakılmamalıdır. Bir başka yerde ikinci bir hata meydana gelmeden bakımı yapılmalıdır. Ayrıca transformatörün sekonder tarafına bağlı tüketicide evvela bir gövde kısa devresi ve ikinci olarak bağlantı iletkenlerinde bir toprak teması olursa, tehlikeli temas gerilimleri meydana gelir.

Koruma Hattı Sistemi

Koruma topraklamasının amacı, insanları ve hayvanları tehlikeli dokunma ve adım gerilimlerine karşı korumak için gerilim altında olmayan iletken tesis bölümlerinde meydana gelebilecek yüksek dokunma geriliminin sürekli olarak kalmasını önlemektir. Bütün iletken kısımların birbirine ve toprağa bağlanması neticesinde potansiyel eşitliği sağlanır ve bunlar arasında tehlikeli temas gerilimleri meydana gelmez. Koruma hattı sisteminin uygulandığı tesislerde ilk toprak hatası meydana geldiğinde, ikinci bir hata olmadan hata tamir edilmelidir. Aksi takdirde ikinci bir hata meydana gelirse kısa devre akımı geçer. Koruma hattı sisteminde ilk toprak hatası meydana geldiğinde tesisin derhal devreden çıkarılmasına gerek yoktur. Bu nedenle maden ocakları, santrallerin yardımcı tesisleri, kimya sanayi, ameliyathaneler, bir fabrikanın bir bölümü, bir hastanenin bir bölümü vb. gibi yerlerde kullanılmaya elverişlidir.

Koruma Topraklaması

İnsanları tehlikeli temas gerilimlerine karşı korumak için; tüketicilerin işletme akım devresine ait olmayan fakat bir izolasyon hatası sonucunda gerilim altına girebilen iletken kısımlarının örneğin madeni muhafazalarının toprak ile bağlanmalarına koruma topraklaması denir. Korunan tesis kısımları arızasız durumda toprak potansiyelindedir. Cihazda bir izolasyon hatası başa gösterirse bir fazlı kısa devre meydana gelmiş olur ve büyük hata akımı geçtiğinden koruma elemanlarından biri (Örneğin bir sigorta) enerjiyi keserek tehlikeli temas geriliminin sürekli olarak kalmasını önler. Koruma topraklamasının uygulandığı şebekelerde yıldız noktasının topraklanmış olması gerekir. Koruma topraklaması iki şekilde yapılır:

1. Korunacak işletme araçlarının topraklayıcılara ve topraklanmış kısımlara bağlanması ile
2. Sıhhi tesisat şebekesi borusuna bağlanması ile

Koruma topraklamasının güvenilir bir şekilde olması için dikkat edilmesi gereken kurallardan bazıları şunlardır:

1. Dış muhafazası madeni olan cihazlarda topraklı fiş kullanılmalıdır. Kullanılan bu fişlerin de topraklı prize takılmasına itina gösterilmesi gerekir.
2. Koruma topraklamasının uygulandığı şebekelerde, tüketicilerin sıfırlamasına müsaade edilmez.
3. Tüketici tesislerinde nötr hattı yalıtılmış olarak çekilir.
4. Havai hat şebekelerinde el dokunabilecek yerlerde el işletme topraklaması iletkenleri, mekanik bakımdan ve tesadüfi temaslara karşı korunmalıdır. Ağaç direklerde ve binalarda işletme topraklaması iletkenlerinin 2, 5 m uzunluğunda çıtalarla kapatılması yeterlidir. Çelik ve betonarme borularda işletme topraklaması iletkenlerinin yalıtılmış olarak çekilmesi gerekir.
5. Topraklama baralarının kesiti küçük olması gerekir.
6. Tesis işletmeye alınmadan koruma topraklamasının çalışıp çalışmadığı kontrol edilmelidir.

Sıfırlama

İnsanları tehlikeli temas gerilimlerine karşı korumak için tüketicilerin işletme akım devresine ait olmayan ve bir izolasyon hatası sonucunda gerilim altında kalabilen iletken kısımların, örneğin madeni muhafazaların nötr hattı ile iletken olarak bağlanmasına sıfırlama denir. Sıfırlama yapılmış tesislerde, koruma topraklamasında olduğu gibi, işletme araçlarında izolasyon hatası nedeniyle meydana gelen yüksek temas gerilimlerinin sürekli olarak kalması önlenir. Bu sistemde kullanılacak işletme aracının gövdesi nötr ile bağlanır. Sıfırlama iki şekilde yapılır;

1. Klasik sıfırlama
2. Modern sıfırlama

Klasik sıfırlamada nötr iletkeni koruma iletkeni olarak kullanılmaktadır. Bu sistem basit ve ekonomiktir. Ancak sistemin sakıncası vardır. Eğer nötr hattında bir kopma olursa, örneğin bir fazlı tüketicide bir hata olmasa dahi, tüketicinin madeni muhafaza kısmı faz gerilimi altında kalır. Bu ise çok tehlikeli bir durumun meydana gelmesine neden olur. Yani koruma yolu ile tehlike meydana getirmiş oluruz. Örneğin çalışmakta olan bir elektrikli fırının çalışması nötr hattının kopması sonucunda durur. Fırının kapağına dokunan kişi direkt olarak faz geriliminin tesiri altında kalarak büyük bir hayati tehlike yaşanmasına neden olur. Sıfırlama iletkenlerinin ekstradan fazla dirence sebebiyet vermemeleri için daima faz iletkenlerinin kesitine eşit olması istenir.