Aşırı gerilimler, havai hatlara, yeraltı kablolarına, dağıtım transformatörlerine, izolatörlere, kablo başlıklarına, elektriksel alıcılara zarar vermektedir. Elektrik tesislerinde kısa veya uzun süreli kesintilere yol açacak bu tehlikenin varlığı dikkate alınarak tesislerin yapımı ve işletilmesi gerçekleştirilirse hem milli ekonomimiz daha az zarar görür hem de kesintisiz ve kaliteli bir elektrik enerjisi kullanıma sunulmuş olur.
 

Yıldırım darbesi, bina ve tesiste bulunan dış yıldırımlık sistemine veya herhangi bir taşıyıcı metal noktaya düştüğünde, topraklama empedansında meydana gelen gerilim yükselmesi ile birlikte topraklama sistemi üzerinden bina ve tesis içi tesisata yönelir ve bağlı cihazlara yüksek kısmi yıldırım akımları uygulanmasına sebep olur. Yıldırım benzer şekilde doğrudan enerji hatları ve data hatlarına da isabet edip yüksek kısmi yıldırım akımlarının bina içine iletilmesine sebep olur.

 

Yıldırım akımının ikincil etkisi, iki farklı kanal ile ani aşırı gerilimlere sebep olur. Bunlar dirençli kuplaj ve indüktanslı kuplaj etkileridir.

Dirençli kuplaj, aralarında elektriksel bağlantı bulunan binalar veya binalar grubuna yıldırım düşmesi halinde meydana gelir. Yıldırımdan etkilenen bina ile elektriksel olarak bağlı bulunan bina arasındaki elektrik akışı, dolayısıyla elektriksel bağlı binalarda da aşırı gerilimler oluşur.

İndüktanslı kuplaj, yıldırım akımı ile hatlar arasındaki transformatör etkisi olarak tanımlanabilir. Çok büyük değerdeki yıldırım akımı manyetik alan oluşturur ve bu manyetik alan da yakın hatlarda gerilimler indükler.

 

Ani aşırı gerilimler, gerilimin arttığı ve tasarım sınırını aştığı yüksek seviyeli enerji darbeleridir. Bu durum, sisteme bağlı makineler veya ilgili ekipmanlara zarar verecek hasarlara neden olabilir. Aşırı gerilim, oluşma şekline bağlı olarak iç aşırı gerilimler (anahtarlamaya bağlı oluşan) veya dış aşırı gerilimler (genellikle yıldırım) olmak üzere ikiye ayrılır. Anahtarlamadan kaynaklanan aşırı gerilimler arıza akımlarının kesilmesi veya motor – kondansatör blokları gibi bazı yük gruplarının devreye girip çıkması esnasında oluşur.

Ani aşırı gerilimler genel olarak mikrosaniye gibi çok kısa sürelerde meydana gelerek kilovolt seviyelerine kadar çıkabilen darbelerdir. Bu yüksek enerjili darbeler, elektrikli-elektronik cihazların dayanma kapasitelerinin çok üzerinde oluşur. Günümüzde kullanımı artan elektronik bileşenlerin aşırı gerilime karşı hassasiyetini düşünürsek aşırı gerilim nedenlerini anlamak ve bunlara çözüm getirmek daha da önem kazanmıştır.

Güç sistemlerinde aşırı gerilim, yıldırım, arızalar ve bağlantının kesilmesi gibi çeşitli nedenlerle meydana gelebilir. En yıkıcı aşırı gerilim durumu güç sistemine yıldırım düşmesinden kaynaklanır. Toprakla hava arasındaki enerji deşarjı olan yıldırım, 500 kV'a kadar gerilim ve genel kabul görmüş 200 kA akım taşıyabilir. Örneğin 500 V'luk bir darbe geriliminin anma gerilim olan 230 VAC 'nin 2 katından fazla olduğu düşünüldüğünde yıldırımın etkisinin hangi seviyelere çıkacağı iyi düşünülmelidir.

 

Genel olarak paratoner veya faraday kafesi uygulamaları gibi dış yıldırımlık sistemlerinin bir tesisi/yapıyı tamamen koruma altına aldığı bilgisi eksik ve yanlış bir kabuldür. Bu sistemler, yapıya doğrudan yıldırım darbelerine karşı güvenliğin sağlanması açısından gereklidir. Yapıların ve insanların yıldırımdan ve aşırı gerilimden tam olarak korunabilmesi için aşağıdaki 4 maddenin birlikte sağlanması gerekmektedir.

► İyi bir topraklama sistemi
► Binamızın dışında yer alacak yapı tipine göre seçilmiş dış yıldırımlık sistemi
► Kademeli olarak yerleştirilmiş iç yıldırımlık (ani aşırı gerilim koruyucu) sistemi.
► Doğru projelendirilmiş bir eş potansiyel sistem olarak sıralanmaktadır


Bu sistemler ve standartlar teknik olarak değerlendirdiğimizde bir tesiste/yapıda birlikte kullanılmalıdır. Tesise/yapıya iç yıldırımlık sistemi kurulmayacaksa sadece dış yıldırımlık sistemi uygulaması ile tüm enerji, veri hatlarımızı ve elektronik cihazlarımızı riske atmış oluruz. Diğer taraftan ise yapıda/tesiste topraklama sistemi yok ise iç yıldırımlık sistemini o yapıya entegre edemeyiz ve ayrıca eş potansiyeli eksik olan bir tesis dış yıldırımlık sisteminin kuplaj etkilerinden dolayı zarar görebilmektedir. Özet olarak bir yapıyı yıldırımdan koruyup aynı zamanda yangın riskini azaltmak ve canlıları korumak için dış yıldırımlık sistemi, elektronik cihazları korumak için ise iç yıldırımlık sistemi o yapıda olmak zorundadır.

 

Topraklamada en güvenli sistem eşpotansiyel sistemdir. Bu sistemde tüm topraklamalar ve metal bölümler, eş potansiyel baraları ile birbirine irtibatlanır. Tesis içerisinde herhangi iki noktada oluşabilecek gerilim farkı önlenmiş ve tüm noktalarda eş potansiyel sağlanmış olur. Yıldırımdan korunma sistemi ile eş potansiyel sistem irtibatlandırılırken, oluşabilecek aşırı gerilimlere karşı da önlem almak gerekir. Bu nedenle mutlak suretle “İç yıldırımlık” (Aşırı Gerilim Darbe Koruyucu) ürünlerinin bu sisteme dahil edilmesi gerekmektedir. Aksi halde elektrik-elektronik sistem ve ekipmanlar için büyük risk söz konusudur. Farklı topraklamalar birbirlerine bağlanırken potansiyel dengeleyiciler üzerinden bağlantı yapılmalıdır.
 

Dahili nedenleri devrenin kendisinde çıkan anormal durumlar olarak tanımlayabiliriz. Bu anormal durumlar sadece sistemin parametrelerini değiştirmekle kalmaz, ağır koşullar altında devreye kalıcı hasarlar verir. Temel dahili nedenler aşağıdaki gibidir.

► Anahtarlama Dalgalanmaları: Elektriksel anahtarlamanın sebep olduğu ani aşırı gerilimler çok yaygındır. Bilindiği üzere iletkenden geçen akım, çevresinde manyetik alan oluşturur ve anahtar açıldığında manyetik alan aniden azalır. Manyetik alandaki bu değişim ise yakın alanda bulunan diğer iletken yapılar üzerinde gerilim indüklenmesi ile sonuçlanır.

► Yalıtım Hatası: Aşırı gerilim, faz iletkenlerinin toprak iletkeni ile teması sonucu oluşabilir.

► Rezonans: Bir elektrik sisteminde, devrenin endüktif reaktansı kapasitif reaktansa eşit olduğu rezonans gerçekleşir. İletim hatlarında oluşan rezonans nedeniyle güç sisteminde yüksek gerilim dalgalanmaları ortaya çıkar. Kablolarda 5. harmonik bileşen nedeniyle rezonans meydana gelebilir.


 

Bir güç sisteminde harici nedenlerden dolayı oluşan aşırı gerilimin temel sebebi genelde yıldırımdır. Elbette farklı faktörler de bulunmaktadır.

► Hattın yakınında meydana gelen yıldırım deşarjı gibi dolaylı yıldırım darbeleri, elektromanyetik olarak indüklenen aşırı gerilimlere neden olur.
►  Hat uzunluğu boyunca farklı atmosferik koşullar aşırı gerilimlere neden olacaktır.
► Toz, kuru kar vb. gibi atmosferik parçacıklar arasındaki sürtünme nedeniyle aşırı gerilimler üretilir.
► Yakındaki iki bulut arasındaki yıldırım nedeniyle aşırı gerilimler üretilir.

Genel olarak, güç sistemindeki arızaların çoğu geçicidir ve anahtarlama işlemleri veya yıldırım dalgalanmalarından kaynaklanır. Üretilen yüksek gerilimler komşu iletim hatlarında da bozulmalara neden olabilir. Bu nedenle güç sistemlerinde şebekeye bağlı tüm hatların ve ekipmanların korunması gerekmektedir.

 

Aşırı gerilim koruyucu kullanılmadığı takdirde karşılaşılabilecek muhtemel sorunlar aşağıdaki gibidir.

► Kimyasal ve nükleer tesislerde ölçüm-kontrol sistemlerinin durması sonucu toksin maddelerin sızması.
► Robotik sistemlerin kontrolden çıkması sonucu zarar ve aksamalara sebep olması.
► Hastanelerde kullanılan tıp elektroniği cihazlarında ve yaşam destek ünitelerinde hasar ve aksamalar.
► Telefon santrallerinin hasar görmesi sonucu haberleşmenin durması.
► Pahalı ekipmanların zarar gördüğü için yenilenmesi.
► Fabrikalarda imalatın durması. (Özellikle bilgisayar destekli imalatın-CAM-bulunduğu tesisler)
► Kamera ve alarm sistemlerinin meydana gelecek hasar ve aksamalar.

 

Bir tesisi/yapıyı yıldırımdan doğru şekilde korumak, binalardaki yangın riskini azaltmak ve canlıları korumak için dış yıldırımlık sistemi, elektronik cihazları korumak için ise iç yıldırımlık sistemi o yapıda olmak zorundadır.

 

Aşırı gerilimden korunma prensibi, sistem içerisinde yer alan tüm enerji akış yollarının sistematik bir kademeli koruma konseptine uygun cihazlar ile güvenliğin sağlanmasına dayalıdır. Sistem içerisinde en uç noktada bulunan son cihazdan başlayarak elektrik kaynak noktasına kadar tüm devre, çeşitli performans sınıflarında bulunan aşırı gerilimden korunma cihazları ile donatılmalıdır.
 

Alçak gerilim tesislerinde faz-toprak ve nötr-toprak arasına bağlanan aşırı gerilim parafudrları, aşırı gerilim darbe oluşması halinde devreye girerek yani sistemimizin maruz kalacağı aşırı gerilimleri kendi üzerinden söndürür ve sistemin zarar görmesini engeller. Bunun için DIN-IEC normlarında bir kademeli koruma öngörülmektedir

► Dışardan gelen yıldırım darbeleri için B sınıfı koruma
► Sistem içerisindeki ani aşırı gerilimler için C sınıfı koruma
► Hassas koruma için D sınıfı koruma kullanılır.

Sınıflandırmalarda;

► B sınıfı Class 1 ya da Tip 1,
► C sınıfı Class 2 ya da Tip 2,
► D sınıfı parafudrlar ise Class 3 ya da Tip 3 olarak da adlandırılabilmektedirler.

Enerjinin binaya ilk giriş yaptığı bölümde ana panolarımıza B sınıfı ürünler, enerjinin bina içerisinde dağıtıldığı tali panolarda C sınıfı ürünler, hassas cihaz korumasına yönelik ise cihaz önlerine D sınıfı ürünler yerleştirilmelidir.

Sistemlerin ani aşırı gerilim darbelerine karşı korunması ise ancak doğru yapılmış temel topraklama, eş potansiyel sisteminin gerçekleştirilmesi, dış ve iç yıldırımdan korunma (parafudrlar) ile sağlanır. Şimdi hep birlikte Sigma ekipmanlarını inceleyelim.

 

Parafudrlar, elektrik tesisatı koruma sisteminin bir bileşenidir. Bu cihaz, koruması gereken yüklerin güç kaynağı devresine paralel olarak bağlanır. Parafudrlar, en yaygın kullanılan ve en verimli aşırı gerilim koruma türüdür.

Parafudr, atmosferik kaynaklı geçici aşırı gerilimleri sınırlamak ve akım dalgalarını toprağa yönlendirmek için tasarlanmıştır, böylece bu aşırı gerilimin genliğini, elektrik tesisatı ve elektrik şalt ve kontrol tertibatı için tehlikeli olmayan bir değerle sınırlandırır. Temelde 3 tip parafudr bulunmaktadır.

Yıldırım akımının yüzde 50’si bina içinde kalır IEC 61312-1 uyarınca, harici yıldırım koruma sistemi (parafudr) üzerinden, yıldırım akımının yaklaşık yüzde 50’sinin topraklandığı varsayılır.

Tip 1 Yıldırıma Karşı Koruyucu Parafudr: Elektrik tesisatlarını yıldırım kaynaklı gerilim darbelerine karşı korur. Toprak iletkeninden ağ iletkenlerine yayılan yıldırımdan gelen ters akımı toprağa deşarj eder. Tip 1 parafudr, 10/350 µs akım dalgası ile karakterize edilir.

Tip 2 Parafudr: İç aşırı gerilim darbelerine karşı koruma sağlar. Tali kullanılır. Tip 2 parafudr, 8/20 µs akım dalgası ile karakterize edilir.

Tip 3 Parafudr: Tip3 diğer bir ismi ile D sınıfı parafudrlar daha hassas koruma sağlamak amacıyla Tip 2 parafudra ek olarak kullanılır ve yüklerin yakınına monte edilmelidirler. Tip 3 parafudr, gerilim dalgalarının (1,2/50 μs) ve akım dalgalarının (8/20 μs) bir kombinasyonu ile karakterize edilir.



 

Sigma parafudrları TS EN ve Avrupa standartlarına uygun bir şekilde üretilir. Sigma, geniş ürün portföyü sayesinde tesisinize uygun koruma sistemini seçmenize olanak sağlar. Sigma parafudrları farklı özelliklere de sahiptir. Örneğin Sigma AG parafudrları Sınıf I Tip 1 B sınıfı hariç diğer tüm parafudrlar için hata sinyal kontağı ile birlikte sevk edilir. Bu sayede darbe gerilimi meydana geldiğinde, istenirse ikaz sinyali alınır. Bunun yanında Sınıf II, Sınıf I+II,Sınıf III parafudrların kartuşları kolayca değiştirilebilir. Ayrıca hızlı tepki süresi ve yüksek deşarj kapasitesi ile bakım maliyetinin oldukça düşmesine olanak sağlar.

Sigma AG parafudrları Sınıf I Tip 1 B sınıfı hariç diğer tüm parafudrlar için hata sinyal kontağı ile birlikte sevk edilir. Bu sayede darbe gerilimi meydana geldiğinde, istenirse ikaz sinyali alınır.
 

 

Faz Gerilim Koruma Röleleri ile Parafudrlar birbirleri ile karıştırılmamalıdır.

Parafudrlar da gerilim koruma röleleri de temelde gerilime karşı koruma sağlayan elemanlardır fakat, parafudrlar çok kısa bir süre içerisinde (µs-ms) binlerce volt seviyesine ulaşan yüksek enerjili gerilimlere karşı koruma sağlarken gerilim koruma röleleri daha düşük seviyeli ve daha uzun süreli gerilim yükselmelerine karşı koruma sağlar.

 

 

Röle, bir elektrik devresinin açılıp kapatılmasını sinyal çıkışı sağlayarak kontrol eden elemanlardır. Devrenin açılıp kapatılması rölenin çeşidine göre belirli bir durumun gerçekleşmesine bağlıdır. Örneğin Faz gerilim koruma rölelerinde rölenin bağlı bulunduğu hattın gerilimi limit değerler dışına çıkarsa, röle bunu algılayarak kontakları üzerinden sinyal verir. Bu sinyal bir kontaktörü yönetmek için veya bir devre kesicinin açtırma bobinine devreyi açma sinyali göndermek için kullanılabilir.

 

Bağlı bulunduğu hattın gerilim değerlerini izleyerek , aşırı-düşük gerilimin oluşması, faz kopması veya faz sırası hatası durumlarından herhangi birini algıladığında , bu devrelerin kontrolünü sağlayan elemanlara sinyal çıkışı veren röle çeşididir.

Faz gerilimi koruma rölesi veya motor koruma rölesi olarak da adlandırılan üç faz koruma rölesi, kurulumu kolay olan ekonomik bir güvenlik önlemidir. Burada önemli olan bir noktayı belirtmek gerekir ki faz gerilim koruma rölelerinin doğrudan koruma sağlamayıp yalnızca aşırı/düşük gerilim, faz kopması ve ters faz sırası gibi anormallikleri algılayarak anahtarlama sağlayacak elemana sinyal gönderir. Faz gerilim koruma rölesi, motor koruma rölesi, faz sırası koruma rölesi gibi birçok isimle bilinmektedir.

Üç fazlı bir sistemde faz kaybı, aşırı yük, kopan bir kablo veya mekanik bir arızadan dolayı meydana gelebilir ve anlık olarak gerçekleşen bir faz kaybı, ekipman arızalarına neden olabilir. Faz kaybında motorlar, pompalar, fanlar ve diğer ekipmanlar, kalan iki fazın aşırı akım çekmesine, motor sargılarının aşırı ısınmasına ve bundan dolayı motorda hasara neden olabilir.

 

Faz Gerilim Koruma Röleleri sistemde fazlarda veya gerilimde bir dengesizlik oluşması halinde bu durumu algılayarak devreyi kesebilecek cihazlara kontakları ile çıkış sinyali verir.

 

Gerilim Düşümü-Yükselmesi: Elektriksel cihazlar nominal çalışma durumlarının üstünde veya altında çalıştırılırlarsa zarar görmektedirler. Cihazın üretimi sırasında belirlenen nominal değerler dışındaki sınır koşullar dışında bir artış-azalma oluşması durumunda röle kontağı çıkış sinyali verir.

Faz Kaybı: Fazlardan herhangi birisinin kesilmesi durumunda çıkış rölesi aktif röle olur ve motoru devre dışı bırakır.

Faz Sırası Hatası: Üç fazlı sistemlerde fazların bağlanması sırası motorun dönüş yönünü belirler ve bir sebepten dolayı fazları sırası değişirse motor anında şebekeden ayrılmalıdır. Fazların sırasının yanlış bağlanması veya değişmesi durumunda röle kontağı çıkış sinyali verir.


Faz kaybı, üç fazlı bir motorun bir fazdaki gerilim kaybından dolayı sadece iki fazda çalışmasıdır. Faz kaybı, gerilim dengesizliğinin maksimum koşuludur. Bu, ekipman içinde mekanik bir arıza, kopmuş bir güç hattı, açık besleme trafo sargısı veya bir yıldırım çarpması sonucu sigorta attığında meydana gelir. Bir faz kaybolduğunda motor çalışmaz veya çalışsa bile düzgün çalışmaz ve sonuç olarak motor belirtilen çıkışı sağlamaz ve motorun kendisi aşırı ısınıp yanabilir.

Elektriksel sistemlerde gerilim düşümü-yükselmesi en yaygın arıza kaynaklarından biridir. Birçok cihaz gerilim düşümü ya da yükselmesi sırasında hasar görür. Örneğin bir motor devresinde motor sargılarında yüksek ısı oluşturarak arızaya sebep olması sonucu motor ömrü kısalır.

 

Sigma Faz-Gerilim Röleleri IEC/EN 60255-1, IEC/EN 61010-1 uluslararası standartlarına uyumlu üretilir. Esnek uygulamalarda esnek çözümler sunmaya yönelik olarak ayarlanabilir zaman gecikmesi 10 sn'ye kadar kullanıcı kontrolüne sunulmuştur. Ayrıca 220V-460V aralığında 8 seviyeli nominal çalışma gerilimi seçim imkanı ile farklı uygulamalara tam uyum sağlanır. %1 den düşük olan ölçüm hata oranı ile hassas koruma sağlanmaktadır.
 

 

Faz-Gerilim Röleleri IEC/EN 60255-1, IEC/EN 61010-1 uluslararası standartlara tam uygunluk ile üretilmektedir.
 

Kaynak: