TT Sistem

Bu konu ile ilgili "Elk.Müh. Turgut ODABAŞI" nın çok güzel bir anlatımı var .

TT  Sistem , yani trafonun nötrü topraklanmış , korunacak cihazların da ayrıca topraklanmış olduğu bu sistemde hata akımını şu şekilde hesaplıyoruz.

İzolasyonda bir hata meydana geliyor ve faz-toprak arızası oluyor. Rph(faz iletkeni)  ,Rpe(koruma iletkeni), Rd(kontak-temas- direnci), Rh(insanın direnci)  ihmal edilebilecek küçüklükte olduğundan geriye koruma topraklaması direnci ve nötr topraklaması direnci kalıyor yani hata akımımız cihazın gövdesinden toprağa topraktan nötre gelerek devresini tamamlıyor.Yani hata akımı Ra ve Rb üzerinden geçiyor.

Id =          Uo     

             Ra +Rb

( TN sistemde hata akımı çok yüksek olduğundan oluşan gerilim düşümü sebebiyle ifadeyi 0.8 .Uo diye yazmıştık ancak TT sistemde hata akımı bu kadar yüksek olmadığı için direk Uo alıyoruz)

Nötr   Dokunma gerilimi =   Ra.Id   =     Ra.Uo

                                                              Ra +Rb

TT sistemde hata akımı; koruma elemanlarının açma akımlarına göre çok küçük olduğundan(çünkü paydadaki direnç değerleri büyük)  koruma elemanı görevini yerine getiremez bu sebepten ötürü artık akım anahtarı (kaçak akım rölesi) kullanmak şarttır.

Pekiyi  kaçak akım koruma rölesi kullanmadık ve besleme kesilmedi.   Ne Olur?

Burada mükemmel bir çizim var gerçekten olayı çok güzel izah etmiş.

Olay şu .Bilindiği üzere faz-toprak arızasında nötr gerilimi yükselir. Sağlam olan diğer iki fazında gerilimi yükselir .İşte bu gerilimlerin kaç volt olacağını bulmak çok basit.

TO'O"   üçgeninden pisagor bağıntısını kullanacağız.

OO' = Ub  (Nötrde oluşan gerilim) 

OT = Uo (Faz-Nötr Gerilimi=220V)

O"T= Uo.kök3 / 2  (sin30 u kullanarak)

OO"= Uo/2

üçgenimizdeki pisagor bağıntısını yaparsak

Sağlam faz gerilimi = TO' kare =O"Tkare +(OO"+OO')kare


Ukare =(Uo.kök3/2)karesi+   ( Uo/2 + Ub)karesi  

Yani mesela Rnötr =2 ohm Rkoruma=4 ohm olsun

Hata akımı I=220/2+4 = 36,7 A

Nötr gerilimi = 2 .36,7 = 73,4 V > 50 V  (Tehlike)

Sağlam faz gerilimi(Üstteki formüle göre) = 264 V     > 250 V       (Tehlike)

Dokunma gerilim = 4 .36,7 = 147 V  >50 V (Tehlike)

Faz-nötr gerilimi tehlike sınırı 250 Volt, dokunma gerilimi sınırı 50 Volt tur.Bu değerler aşıldığı taktirde hayati tehlike var demektir.Örnek te görüldüğü üzere TT sistemde kaçak akım koruma rölesi kullanmak şarttır.

TN Sistem de Topraklama Direnci

"Turgut Odabaşı nın anlatımından devam edelim"

TN-S    sistemlerde alçak gerilim havai hattında fazın kopup toprak ile temas etmesi ihtimalini düşünelim.
Yani havai hattan bir fazın toprakla temasında;

 Şebekede sağlam fazlara ait faz-nötr gerilimleri yükselir ve ayrıca nötr de gerilim oluşacağından koruma amacıyla bağlanan cihazların gövdeleri ,  cihazda hata olmamasına rağmen  gerilim altında kalır ve gerilimin 50 V u aşması halinde bu cihazlara dokunan insan için hayati tehlike var demektir.

Ra değerinin 7 ohm dan az olmayacağı  kabul ediliyor.

Faz-nötr gerilimi için tehlike sınırı: 250 V                       Nötr Gerilimi için  tehlike sınırı: 50 V

I =      Uo               
           Ra +Rb


Ub =  I. Rb


Üstteki iki formülden şu sonuca varıyoruz.


Rb <   Ub     .Ra        yani
          Uo-Ub

Rb <   50    .7      Rb<1,94   =yaklaşık 2 ohm.
          230-50

Hata akımı  I= 230/ 7+1,94     I= 25.72A
Nötrdeki gerilim  Ub =Rb.I   = 1,94. 25,72  =yaklaşık=50V

Sağlam fazların faz nötr gerilimi de (Bu formulün nereden geldiği TT Sistemler başlığı altında işlenmiştir.)

Görüldüğü üzere  trafonun nötr topraklama direnci 2 ohm olursa;   250 volt ve 50 volt luk tehlike sınrlarının sınırındayım
yani TN-S sistemde   nötr topraklama direnci  en fazla 2 ohm olmalıdır.

TN Sistem

Konu ile ilgili "Elk.Müh. Turgut Odabaşı" nın çok güzel bir anlatımı var.

Anladığım kadarıyla;

TN Sisteminde hata akımı şu şekilde hesaplanıyor.

Hata devresindeki dirençlerin bağlantısı bu şekilde. Rd çarpılmaya maruz kalınan yerin (örn: buzdolabı olsun) geçiş direnci. Haliyle bu direnç, faz iletkeni ve koruma iletkeninin direnci yanında çok çok küçük onun için ihmal edebiliriz. Rpe direncine paralel bağlı Rb(nötr direnci) ve Rh (insanın toprak temas direnci) Rpe den çok büyüktür paralel bağlantı olduğu için bu büyüklükler de ihmal edilir. (Zaten o esnada , cihaza bir insanın temas ederek çarpılması ilave bir durum olarak düşünülmüş fazdan gövdeye kaçak olduğu an, orda kimsenin temas etmeme ihtimali de var)
Sonuç olarak,  Hata akımı:             I =     Uo       
                                                            Rph+ Rpe

TN sistemde payda kısmındaki direnç değerleri,  faz ve koruma iletkeninin dirençleri bu direnç değerleri düşüktür (R =q .l /S formulünü düşünün)  bu nedenle  diğer sistemlerden farklı olarak hata akımı çok yüksektir kısa devre akımı seviyesindedir  . Bu nedenle devrede oluşabilecek gerilim düşümü gözünüe alınaraktan formulün son hali;



                                     I =       0,8 . Uo       
                                                Rph+ Rpe





Formulü yazdık iyi hoş.  çok sonra öğrendim ki topraklamada esas bakmamız gereken şey dokunma gerilimi , Herşey dokunma gerilimine bağlı olarak hesaplanıyor.

Çarpıldığı esnadaki dokunma gerilimi:

U: Rpe x I = Rpe x 0.8Uo/Rph+Rpe
Örn : Faz iletkeni = nötr iletkeni olsun  Uo da 230 V olsun
U dokunma gerilimi 92 Volt çıkar.
Dokunma gerilimi sınırı 50v tur.50 volttan sonrası hayati tehlike demektir.

Şimdi benim bu devreyi koruyan bir koruma elemanım var. O elemanın da açma akımı var. Bu açma akımına manyetik açma akımı veya kısa devre açma akımı diyebiliriz, çünkü koruma elemanının nominal akımından farklı bir değerdir.Bu değere Ia diyelim.
Haliyle devredeki hata akmı Ia dan büyük olmalı ki devreyi açtırsın
Id > Ia OLMALI
                           

Bir Örnek:

Bir 400V , 4 kW 3-fazlı vana motorunu beslemek üzere 350 m uzunluğunda

4x6 mm2 NYYE kablo çekilecektir. Vana motorunu korumak için hat başındaki dağitim panosuna 16A akım değerinde G-tipi anahtarlı otomatik sigorta konulmuştur. Sigortanın manyetik açma akım eşiği Ia=8.In=8x16=128 A dir.

Öncelikle hata akımını bulalım.

I = 0.8 . U
     Rph+Rpe

Rph ı bulalım          R = q.l /s   = 1/56  .   350/6   = 1.042 ohm

I =  0,8 . 230          = 88A
      1,042+1,042

Sigortanın kısa devre kesme akımı 128 Amperdi yani devreyi kesmeyecek hata akımı dolaşmaya devam edecek ,hata akımı dolaşsın bakalım dokunma gerilimi ne alemde?

Dokunma gerilimi:    Rpe . Id  =  1.042 . 88 = 92 Volt (Görüldüğü gini TN sistemde faz ve koruma iletkeninin kesiti eşitse 92 volt çıkacaktır)
Çıkan dokunma gerilimi sınırın üztünde ,yani bu sistemde kaçak olan cihaza dokunan kişi çarpılır,hayati tehlikesi vardır.


ÇARE: Kablo kesitini büyütmek ya da kısa devre kesme akımı daha düşük bir sigorta takmak.

Artık Akım Anahtarı (Kaçak Akım Rölesi)

Evlerde ve işyerlerinde elektrikli cihazların sayısı arttıkça buna paralel olarak kaçak riski de artmakta. Kacak akımı ikiye ayırabiliriz. İnsan için ve yangın için. 30 mA den sonraki kaçak akımlar insan için ; 300 mA den sonraki kaçak akımlar yangın için tehlike sınırdır. İşte bu tehlikeyi önlemek amacıyla geliştirilen artık akım anahtarı nam-ı diğer kaçak akım koruma rölesi nin kullanımı zorunlu hale gelmiş durumda.

Nasıl Çalışır?


Kaçak akım koruma röleleri  tek fazlı ve 3 fazlı olarak kullanılırlar.
Tek fazlıda ;

 Şekilde görüldüğü gibi toroidal ölçüm trafosu içerisinden faz ve nötr iletkenleri geçirilir. Elektrikteki temel kural gereği akım fazdan çıkar nötre döner. Normal şartlar altında (kaçak yoksa)  çıkan akım giren akıma eşittir. Bu eşitlikten ötürü ölçüm transformatöründen geçen bileşke akım  0  dır. Burada indüklenen gerilimde haliyle 0 olduğundan sistem çalışır haldedir. Eğer fazdan gövdeye bir kaçak olursa  nötre dönen akım faz-kaçak akım olacaktır.Artık faz-nötr bileşke akım toplamı 0 değildir bu değer 30 mA i aştığı anda ölçüm trafosunda gerilim indüklenir ve röle devreyi açtırır.

Üç Fazlıda;

Üç fazlı kaçak akım koruma rölelerinin çalışma prensibi aynıdır. Burada 3 fazın bileşke kuvveti toplamı ile nötrden akan akım aynı olmalıdır.

PÜF NOKTA :  Kaçak akım koruma rölesi mutlaka besleme geriliminden bağımsız olmalı, yani elektronik olmamalıdır. Elektronik kaçak akım koruma şalterleri besleme gerilimine ihtiyaç duydukları için gerilim değeri belirli limitlerin dışında olursa veya gelen nötr koparsa çalışmaz , koruma yapamazlar. Ayrıca gerilim gittiğinde elektronik tipte şalter açmaktadır, gerilim geldiğinde şalter tekrar devreye alınmalıdır. Bu ise evde bulunulmadığı zamanlarda büyük problemler oluşturmaktadır. Bu nedenle elektronik tip kaçak akım koruma rölelerinin Türkiye'de kullanımı, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı ve TSE tarafından yasaklanmıştır.

Metallerin standart elektrik potansiyelleri - Korozyon-

Yine geldik periyodik cetvele..işte okulda " sınavı geçtim artık bunla işim olmaz" dediğimiz periyodik cetvel yine karşımızda.

Ev temel topraklamasında bakır kesinlikle kullanılmaz.


Dünyada bulunan tüm metallerin kendine has özellikleri vardır. İşte o özelliklerden biri de kısaca SEP olarak adlandırabileceğimiz standart elektrik potansiyel. Birimi Volt. Çok kullanılan bir kaçtanesinin SEP i şöyle:

Mg :   - 2,37 V
Al  :     -1,66 V
Cr:      -0.74 V
Fe :     -0.41 V
Sn:      -0.14 V
Cu:     +0,34 V
Ag:     +0,86V
Au:     +1,50V

Kullandığımız bu metallerin kimi + kimi - SEP e sahiptir.   +  ve  -   iki metal yanyana geldiğinde birbirlerini yiyecektir. + lar yeyici  - ler ise yenici dir. Şebeke direklerinde havai hat iletkeninden kablo ile iniş yapılırken AL-CU  adını verdiğimiz klemens kullanılır. Bu klemensin kullanılmasının sebebi de işte budur. Havai hat iletkeni alüminyum (AL), kablo ise bakır(CU) .Birbirlerine direkt temas ederlerse +  -   bakır alüminyumu yiyeceğinden  bir süre sonra temas noktası yalıtkan hale gelecektir.Buna "galvanik korozyon" deniyor.

Yukarıda başlıktaki yazdığım gibi  ev temel topraklamalarında bakır kullanılmamasının sebebi budur. Aynı mantıktan hareketle demir (Fe) -    , bakır(Cu)  + dır. Temel demirine topraklama için bakır bağladığın an iyi bir topraklama yapıyorum derken büyük bir hata yapıyorsun demektir. Bakır , demiri yiyeceğinden bu binanın statiğini bile etkileyen bir durum olacaktır.

Öte yandan  elektrikte alüminyum ile bakır bir çok yerde birbiriyle temas etmek durumunda. Bunu önlemek için havai hatlarda kullanılan çözüm yukarıda bahsettiğim gibi AL-CU klemensler yani bir tarafı bakır bir tarafı alüminyum olan tümleşik bir klemens .Bakır tarafına bakır kabloyu alüminyum tarafına havai hat iletkenini bağlıyorum. Bununla beraber kullanılan başka yöntemlerde mevcut.

Ama öncelikle şunu belirtmek istiyorum bu "galvanik korozyon" olayının olması için diğer bir şart elektrolit bir ortam olması . Elektrolit,  yani akımı iletebilen ortam .              Örnek: Beton, toprak, hava, su    (Toprak içi korozyon şartları betonunkinden daha ağırdır, bu nedenle temel topraklamasını betonun içine gömerek korozyona karşı önlem almış olurum ,temel topraklamasının çevresinde kazıklar arası bağlantı da bu nedenle bakırdan yapılır. Çünkü kazıklar toprağın içindedir ve toprakta korozyon daha fazla olacağından korozyona mukavemeti daha yüksek olan bakır tercih edilir ama bakır yoksa daha yüksek kesitli galvanizli şerit veya galvaniz örgülü çelik iletken de kullanılabilir)

Diğer yöntemler olarak alüminyum ve bakırın temas yüzeyleri arasında su ve rutubet girmeyecek şekilde boyama , bantlama  ve  metallerin arasına daha düşük potansiyelli bir metal konması (örneğin kalay) ndan bahsedebiliriz. Mesela elektrik tesisatlarında kullandığımız kablo pabuçları kalay kaplı bakırdır. Bu da kablonun alimunyum veya çelik bir yüzeye (pano,şalter) bağlandığında korozyonu önlemek için kullanılmaktadır.

Ayrıca  havai hatlarda kullanılan alüminyum iletkenin yüzeyi hava ile temasından ötürü bir süre sonra alumin  denilen çok ince ve sert bir oksit tabakası ile kaplanır. Bu tabaka dış etkenlere karşı koruyucu olması açısından iyidir, ancaaak elektriksel yönden yalıtkan bir yapıya sahiptir bu nedenle temas yüzeylerinde iyi bir iletkenlik sağlaması için bu oksit tabakasının kaldırılması ve yeniden oluşmasını engellemek için önlem alınması gerekmektedir. Bu önlem olarak sarı macun kullanılır, iletkenin temas yüzeyi veya ek noktası tel fırça ile temizlenerek üzerine sarı macun sürülür böylelikle yeniden oksit tabakasının oluşması engellenir.

Hani "futbol sadece futbol değildir" diyorlar ya sanırım aynı şeyi elektrik için de söyleyebiliriz ,içine daldıkça derinleşen bir okyanus gibi...

Üç fazlı Şebekede Nötr koparsa

Şehir şebekelerinde rastlanması muhtemel olaylardan biridir nötr kopması. Nötr 3 fazlı sistemin yıldız noktasıdır  nötr koptuğu zaman bu 3 fazlı sistem seri bağlı olarak görev yapmaya başlar.bu da nötrün olduğu her yere faz gelir demektir.

Nötr koptuğunda faz-faz  380 Volt. gerilim alıcı üzerindeki yüke bağlı olarak dağılacaktır.Bu da dengesiz gerilimlerin gelmesine sebep olacaktır. Düşük gerilim elektrikli cihazlar için pek sorun teşkil etmese de hassas elektronik cihazların yanmasına sebebiyet verir. Alıcı yük durumuna göre 220 Volttan fazla gelmesi de muhtemeldir,bu da evdeki cihazların yanmasına yol açar.

İşte bu yüzden TEDAŞ trafodan sonra diktiği her hat sonu direğine  işletme topraklaması yapar eğer trafo tarafından nötr koparsa buradan dönüşünü tamamlasın diye .Eğer direk ile apartmanınız arası kopma ihtimalini düşünüyorsanız apartmanınızın dağıtım panosuna işletme topraklaması yapabilirsiniz

İşletme(Nötr) Topraklaması Neden Yapılır?

Trafoların orta gerilim  tarafına 3 faz gelir ancak alçak gerilim tarafından 4 uç çıkar. Bu 4 ucun 3 tanesi faz 1 tanesi nötrdür. Trafonun alçak gerilim tarafındaki sargı şekli gereğince nötr uç bu 3 fazın ortak noktasıdır.

Öncelikle şunu söyleyeyim. İşletme topraklaması olmadan da sistem  çalışır.
Bunun en büyük ispatı IT tipi topraklama şebekesidir. IT tipi topraklama da trafonun nötrü topraktan izoledir yani işletme topraklaması yoktur. Ama özellikle hastanelerde tercih edilen yegane sistem budur.

Peki o zaman derdimiz ne bu kadar işletme topraklamasının üzerinde duruyoruz?

1. si   3 fazlı bir sistemde özel durumlar hariç 3 fazdan çekilen yük dengeli değildir.Bu dengesiz akım nötrden akacaktır.İşletme topraklaması olmaması demek bu dengesiz akım sonucunda nötrde bir gerilim oluşması demektir. Nötrde oluşan gerilim diğer fazların faz-nötr geriliminde artışa sebep olur.İşletme topraklaması vasıtasıyla bu gerilim yükselmelerinin önüne geçmiş oluruz.
2. si
Aslında yine topraklama mantığıyla olaya yaklaşırsak topraklama bir hata anında sistemin fonksiyonlarının çalışması için gereklidir.  Bir hata anında ;
YANİ;
1. Faz -toprak arızası olduğunda;
Havai hat şebekesinde fazın biri koptu yere düştü veya bir elektrikli cihazımızda gövdeye kaçak oldu. Faz- toprak arızası.
Bu arızanın engellenmesinin yolu nedir?               Devrenin kesilmesi.
Devre nasıl kesilir?                                             İlgili koruma elemanının (sigorta) dayanabileceği max.kısa devre akımından fazla akım geçtiği an devreyi keser.
Sigortanın üzerinden hata akımı(kısa devre akımı)  nasıl dolaşır?      Faz -toprak -işletme topraklamasının kablosu- nötr -faz.

Görüldüğü üzere hata akımının döngüsünü tamamlayabilmesi için işletme topraklamasına ihtiyaç var.Eğer işletme topraklaması olmazsa  sigorta hata akımını göremez devreyi kesemez. İnsan dokunduğu an çarpılır.
Ayrıcaaa; bu arıza esnasında nötrün gerilimi 220 volta sağlam fazların gerilimi de 380 volta ulaşır. İşte bu nedenle IT tipi topraklama sisteminde yalıtımı en yüksek gerilimi karşılayabilecek teçhizatlar kullanılır.

2.Nötr Koptuğunda ;
Elektrikteki altın kural ; elektron akışı  iletken vasıtasıyla alıcıya sağlandıktan sonra üretim kaynağına veya toprağa geri dönmelidir. Geri dönüş yolu da nötr dür.
Nötr koptuğunda  faz,  dönüşünü  toprak veya  üretim kaynağı (trafo sargısı) üzerinden yapmalıdır. Nötr koptuğunda  zaten üretim kaynağına dönemeyecektir. İşletme topraklaması yoksa toprağa da akamayacaktır. Bu durumda üç fazlı sistemde 380 volt gerilimi fazlar üzerindeki alıcıların direncine bağlı olarak dağılacaktır. Bu da dengesiz gerilimden ötürü cihazların yanması anlamına gelir.

Bu nedenle trafoya yapılan işletme topraklaması ile beraber  havai hatlarda her hat sonu direği, yeraltı şebekesinde her son box a işletme topraklaması yapılır .
Nötr, trafo ile abone arasında koptuğunda hat sonu işletme topraklaması sayesinde toprağa, topraktan (toprak çok büyük bir iletkendir) trafonun işletme topraklamasıyla trafonun nötrüne gelerek devresini tamamlar.

50 Volt Dokunma Gerilimi

Topraklama konusunda en sık rastladığımız olaydır dokunma gerilimi sınırı. Bilindiği üzere koruma topraklamasının direnç değerinden çok,  hata olan yerdeki dokunma geriliminin kaç volt olduğu önemlidir. Alçak gerilimde dokunma gerilimindeki hayati tehlike sınırımız 50 volt olarak kabul edilmektedir.

EZBERCİ ZİHNİYETE HAYIR  prensibiyle bu 50 Volt a bakalım.

Yine meşhur U= I.R  formulümüze dönersek

insan vücudu için risk oluşturmaya başlayan asgari akım sınırı 25 mA  dir.Yani insan 25 mA den fazla akıma maruz kaldığında vücudunda anormallikler başlar.

İnsan vücudu direnci normal şartlarda 2000 ohm kabul edilir.(Nemli ortamda 1000ohm ıslak ortamda 500 ohma kadar düşer)

U = I.R  = 25mA  . 2000ohm = 50 volt