Elektrik tesislerinde topraklama projelerinin planlanması, boyutlandırılması, hesaplanması ve değerlendirilmesi için teorik ve pratik temel bilginin yanısıra her projede geçerli olan standartlara, yönetmeliklere ve bilgisayar destekli programlara ihtiyacı vardır. Elektrik tesislerinin sağlıklı kurulması, işletilmesi can ve mal güvenliği açısından çok önemlidir.

Elektrik tesislerinde topraklama iki ana bölümde incelenmektedir.

► AG tesislerinde topraklama
► YG tesislerinde topraklama
 

Topraklama uygulamaları ELEKTRİK TESİSLERİNDE TOPRAKLAMALAR YÖNETMELİĞİ referans alınarak hazırlanır ve projelendirilir. Bu yönetmelik EN (Avrupa Standartları), HD, IEC (Uluslararası Elektroteknik Komisyonu) ve VDE(Alman Standartlar Enstitüsü= gibi ulusal komitelerin standartları baz alınarak hazırlanmıştır.
 

► İlginizi Çekebilir : Dış Yıldırımlık Sistemleri

Topraklama Nedir? sorununa cevap verecek olursak;

Topraklama sistemi; panoların, cihazların ve makinelerin belirlenen dokunma noktaları ile toprak elektrodu arasında iletken bir bağlantı kurmak olarak tanımlanabilir. Bu toprak elektrodu (topraklama kazığı, topraklama levhası vs.) iletken bir parça olarak toprağa gömülür ve toprak ile elektriksel bir bağlantı gerçekleştirir.

Topraklama, cihazlar ile toprak arasında iletken bir bağlantı kurarak, cihazlarda meydana gelebilecek yalıtım arızaları gibi nedenlerde cihaz gövdesinin toprakla irtibatlanmasıdır. Bu şekilde insanlar için herhangi bir problem ortaya çıkmaz zira hata akımı toprağa doğru akar. Eğer herhangi bir topraklama mevcut değil ise, bu cihaza dokunan insan üzerinden hata akımları akacağından, bu akımın seviyesine bağlı olarak ölüm olayları meydana gelebilir. Bu nedenle topraklama sayesinde, kaçak akımlar güvenli bir şekilde toprağa yönelir ve eğer otomatik bir açma sistemi (kaçak akım rölesi vb.) ile irtibatlanır ise, elektrik enerjisi güvenli bir şekilde kesilir. 

 

AG topraklama tesislerinde max. dokunma gerilimi UT = 50V‘tur. YG tesislerinde ise 5s için 75V olarak kabul edilmektedir.

 

Bir yalıtım hatasında elektrik devresinin aşırı akım koruma aygıtları ile açılmasını sağlamak için gerilim altında olmayan iletken tesis bölümlerinin topraklayıcılara ya da topraklanmış bölümlere doğrudan doğruya bağlanmasıdır.

Koruma topraklamasına örnek olarak;

► Elektrik motor ve generatörlerinin, traverslerinin gövde metalik kısımları,
► Binaların iletken olan ve ulaşılabilen kısımları,
► Alçak ve yüksek gerilim kablolarının kurşun kılıf ve madeni zırhları,
► Ölçü transformatörlerinin sekonder sargıları,
► Yüksek gerilim hava hatlarının koruma telleri,
 

Aktif bölümlerin ve sıfır iletkeninin topraklanmasına işletme topraklaması denir. İşletme topraklaması iki şekilde yapılır. Bunlar:

► Dirençsiz işletme topraklaması: topraklama devresine direnç koymadan, doğrudan doğruya yapılan topraklamadır.
► Dirençli işletme topraklaması: Omik, endüktif ya da kapasitif bir direnç üzerinden yapılan topraklama olup genellikle OG sistemlerinde uygulanır.
 

Yıldırım düşmesi durumunda, işletme gereği gerilim altında bulunan iletkenlere atlamaları geniş ölçüde önlemek ve yıldırım akımını toprağa iletmek için işletme akım devresine ilişkin olmayan iletken bölümlerin topraklanmasıdır. Ancak bu noktada yıldırım darbe akımı tamamen toprağa aktarılamaz ve darbenin bir kısmı topraklama hattından elektrik tesisatımıza yönelir. Eğer tesisatımızda iç yıldırımlık (parafudr) sistemi bulunmuyorsa ana pano, tali pano ve cihazlarımızda hasar oluşabilmektedir.

Topraklama ile İlgili Terimler

1) Toprak: Elektrik potansiyelinin her noktada sıfır olduğu yeryüzünün madde ve yer olarak ifadesidir. Örnek: humuslu toprak, killi toprak, kumlu toprak, çamur, kayalık arazi.

2) Referans toprağı (nötr toprak): Topraklayıcıdan yeterince uzak bulunan ve topraklama tesisinin etki alanı dışında kalan yeryüzü bölümüdür. Bu bölümdeki herhangi iki nokta arasında, topraklama akımının neden olduğu gerilim ihmal edilecek kadar küçüktür (Şekil-2'ye bakınız).

3) Topraklama iletkeni: Topraklanacak bir cihazı ya da tesis bölümünü, bir topraklayıcıya bağlayan toprağın dışında veya yalıtılmış olarak toprağın içinde döşenmiş bir iletkendir. Nötr iletkeni veya ana iletken ile topraklayıcı arasındaki bağlantıya bir ayırma bağlantısı, bir ayırıcı ya da bir topraklama bobini veya direnç bağlanmışsa, bu durumda sadece topraklayıcı ile belirtilen cihazlara en yakın toprak tarafındaki bağlantı ucu arasındaki bağlantı, topraklama iletkenidir.
  

    

4) Topraklama barası (topraklama birleştirme iletkeni): Birden fazla topraklama iletkeninin bağlandığı bir topraklama barasıdır (iletkenidir).

 

Topraklayıcının çevresindeki yeryüzü potansiyelinin değişimi ve gerilimler

6) Topraklamak: Elektriksel bakımdan iletken bir parçayı bir topraklama tesisi üzerinden toprağa bağlamaktır.

7.1) Topraklamanın çeşitlerine göre tanımlar:
 

i) Dolaysız topraklama: Topraklama direncinden başka hiçbir direnç içermeyen topraklamadır. 

ii) Dolaylı topraklama: Topraklama iletkeni üzerine ek olarak bağlanan omik, endüktif veya kapasitif dirençlerle yapılan topraklamadır. 

iii) Açık topraklama: Topraklama iletkeni üzerine bir parafudr veya eklatör bağlanan topraklamadır.
 

7.2) Topraklamanın amaçlarına göre tanımlar:
 

i) Koruma topraklaması: İnsanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için, işletme akım devresinde bulunmayan iletken bir bölümün topraklanmasıdır.

ii) İşletme topraklaması: İşletme akım devresinin bir noktasının, cihazların ve tesislerin normal işletilmesi için topraklanmasıdır. Bu topraklama iki şekilde yapılabilir:

-Dirençsiz (doğrudan doğruya) işletme topraklaması: Bu durumda, topraklama yolu üzerinde normal topraklama empedansından başka hiçbir direnç bulunmamaktadır.

-Dirençli işletme topraklaması: Bu durumda, ek olarak ohmik, endüktif ya da kapasitif dirençler bulunmaktadır.
 

iii) Fonksiyon topraklaması: Bir iletişim tesisinin veya bir işletme elemanının istenen fonksiyonu yerine getirmesi amacıyla yapılan topraklamadır. Fonksiyon topraklaması, toprağı dönüş iletkeni olarak kullanan iletişim cihazlarının işletme akımlarını da taşır.

iv) Fonksiyon ve koruma topraklaması: Fonksiyon topraklamasının aynı topraklama iletkenini kullanarak ve aynı zamanda koruma topraklaması olarak da kullanıldığı topraklamadır.

v) Düşük gürültülü topraklama: Dış kaynaklardan iletilen (bozucu büyüklüklerle olan) girişimin seviyesi, bağlandığı bilgi işlem veya benzeri donanımda bilgi kayıplarına neden olan kabul edilmeyecek etkiler üretmeyen bir topraklama bağlantısıdır.

vi) Yıldırıma karşı topraklama: Yıldırım düşmesi durumunda, işletme gereği gerilim altında bulunan iletkenlere atlamaları (geri atlamalar) geniş ölçüde önlemek ve yıldırım akımını toprağa iletmek için, işletme akım devresine ilişkin olmayan iletken bölümlerin topraklanmasıdır.

vii) Raylı sistem topraklaması: İletken kısımlarla raylı sistem toprağı arasındaki dolaysız, dolaylı veya açık bağlantıdır. Raylı sistem toprağı, geri dönüş iletkeni olarak görev yapan ve traversler veya topraklama tesisleri üzerinden topraklabağlantısı olan raylar ve bunlara bağlanmış iletken kısımlardır.
 

 

7.3) Topraklamanın şekline göre tanımlar:
 

i) Münferit (tekil) topraklama: İşletme elemanı veya cihazın sadece kendine ilişkin topraklayıcıya bağlı olduğu topraklamadır.

ii) Yıldız şeklindeki topraklama: Birçok işletme elemanının veya cihaza ilişkin topraklama iletkenlerinin topraklanmış bir noktada yıldız şeklinde toplanmasıdır.

iii) Çoklu topraklama: Bir işletme elemanı veya cihazın topraklanmış birçok iletkene (örneğin potansiyel dengeleme iletkeni, koruma iletkeni (PE) veya fonksiyon topraklama iletkeni (FE)) bağlandığı topraklamadır. Bu topraklama iletkenleri aynı topraklama birleştirme iletkenine veya farklı topraklayıcılara bağlı olabilir.

iv) Yüzeysel topraklama: Topraklanacak işletme elemanları veya cihazların ve iletişim tesislerinin işletme akımı taşımayan iletken kısımlarının ağ şeklinde kendi aralarında koruma topraklamasına veya fonksiyon ve koruma topraklamasına bağlandığı topraklamadır.

 

    
8) Topraklayıcı (topraklama elektrodu): Toprağa gömülü ve toprakla iletken bir bağlantısı olan veya beton içine gömülü, geniş yüzeyli bağlantısı olan iletken parçalardır.
 

9) Topraklayıcı çeşitleri:

i) Yüzeysel topraklayıcı: Genel olarak 0,5 - 1 m. arasında bir derinliğe yerleştirilen topraklayıcıdır. Galvanizli şerit veya yuvarlak ya da örgülü iletkenden yapılabilir ve yıldız, halka, gözlü topraklayıcı ya da bunların karışımı olabilir.

ii) Derin topraklayıcı: Genellikle düşey olarak 1 m’den daha derine yerleştirilen topraklayıcıdır. Galvanizli boru, yuvarlak çubuk veya benzeri profil malzemelerden yapılabilir.
 

9.2) Biçim ve profile göre topraklayıcılar:
 

i) Şerit topraklayıcı: Şerit şeklindeki iletken malzeme ile yapılan topraklayıcıdır.

ii) Boru ve profil topraklayıcı: Boru ve profil şeklindeki iletken malzeme ile yapılan topraklayıcıdır.

iii) Örgülü iletken topraklayıcı: Örgülü iletken malzeme ile yapılan topraklayıcıdır. Örgülü iletkeni oluşturan teller ince olmamalıdır.

iv) Doğal topraklayıcı: Temel amacı topraklama olmayan, fakat topraklayıcı olarak etkili olan, toprakla veya suyla doğrudan doğruya veya beton üzerinden temasta bulunan yapıların çelik bölümleri, boru tesisatları, temel kazıkları gibi metal parçalardır. 

v) Topraklayıcı etkisi olan kablo: Metal kılıfı, siperi (ekran) ve zırhlarının iletkenliği toprağa göre şerit topraklayıcı niteliğinde olan kablodur.

vi) Çıplak topraklayıcı bağlantı iletkeni: Bir topraklayıcıya bağlanan çıplak topraklama iletkeninin toprak içinde kalan bölümü, topraklayıcının bir parçası sayılır.

vii) Temel topraklayıcı (temel içine yerleştirilmiş topraklayıcı): Beton içine gömülü, toprakla (beton üzerinden) geniş yüzeyli olarak temasta bulunan iletkendir.

 

 

10) Potansiyel düzenleyici topraklayıcı: Belirli bir yayılma direncinin sağlanmasından çok, potansiyel dağılımının düzenlenmesine yarayan topraklayıcıdır (Şekil-2'ye bakınız).
11) Toprak özdirenci (p_E): Toprağın elektriksel özdirencidir. Bu direnç, genellikle ohm m²/m ya da ohm-m olarak verilir. Bu direnç, kenar uzunluğu 1 m olan toprak bir küpün karşılıklı iki yüzeyi arasındaki dirençtir.



12) Topraklayıcının veya topraklama tesisinin yayılma direnci (R_E): Bir topraklayıcı ya da topraklama tesisi ile referans toprağı arasındaki toprağın direncidir. Yayılma direnci, yaklaşık olarak ohmik direnç kabul edilebilir.
13) Topraklama direnci: Topraklayıcının yayılma direnci ile topraklama iletkeninin direncinin toplamıdır.
14) Toplam topraklama direnci: Bir yerde ölçülebilen ve ölçüye giren bütün topraklamaların toplam direncidir.
15) Topraklama empedansı (Z_E): Bir topraklama tesisi ile referans toprağı arasındaki (işletme frekansında) alternatif akım direncidir. Bu empedansın mutlak değeri, topraklayıcıların yayılma dirençleri ile toprak iletkenleri ve topraklayıcı etkisi olan kablolar gibi zincir etkili iletken empedanslarının paralel bağlanması ile elde edilir (Şekil-3'e bakınız).
 

► İlginizi Çekebilir: Statik Elektrik Nedir ve Nasıl Oluşur?

16) Darbe topraklama direnci: Bir topraklama tesisinin herhangi bir noktası ile referans toprağı arasında, yıldırım akımlarının geçmesi sırasında etkili olan dirençtir.

17) Topraklama gerilimi (toprak potansiyel yükselmesi) (U_E): Bir topraklama tesisi ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir (Şekil-2'ye bakınız).


 

18) Yeryüzü potansiyeli: Yeryüzünün bir noktası ile referans toprağı arasındaki gerilimdir.

19) Dokunma gerilimi (U_T): Topraklama geriliminin, insan tarafından köprülenebilen bölümüdür (Şekil-2'ye bakınız). Bu durumda insan vücudu üzerindeki akım yolu elden ayağa (dokunulabilen yere yatay uzaklık yaklaşık 1 m) ya da elden eledir.

20) Beklenen dokunma gerilimi (mümkün olan en büyük dokunma gerilimi) (U_ST): İletken kısımlarla toprak arasında ortaya çıkan bir toprak hatası esnasında, bu kısımlara henüz dokunulmamış iken, ortaya çıkan gerilimdir (kaynak gerilimi).

21) Adım gerilimi (U_S): Topraklama geriliminin, insanın 1 m’ lik adım açıklığı ile köprüleyebildiği bölümüdür. Bu durumda insan vücudu üzerindeki akım yolu ayaktan ayağadır (Şekil-2'ye bakınız).

22) Potansiyel dağılımı: Topraklanmış bir elektrik işletme elemanında oluşan bir hata sonucunda bir gövde kısa devresi oluştuğunda, referans toprağından başlayarak ölçülmek üzere söz konusu elektrik işletme elemanına doğru, yeryüzündeki potansiyelin dağılmasıdır. 

 

Bir toprak hatası durumunda yıldız noktası küçük değerli bir direnç üzerinden topraklanmış bir transformatör merkezinde akım, gerilim ve dirençler

23) Potansiyel dağılımının düzenlenmesi (potansiyel düzenlenmesi): Bir topraklama tesisinin potansiyel dağılımının düzenlenmesi, adım ve dokunma gerilimlerini küçültmek için potansiyel düzenleyici topraklayıcılar yerleştirerek potansiyel dağılımına etki etmektir (Şekil-2'ye bakınız). Düzenleyici topraklayıcıların topraklama tesisine bağlı olup olmamalarının önemi yoktur.

24) Potansiyel dengelemesi: Potansiyel farklarının ortadan kaldırılmasıdır. Örneğin, koruma iletkenleri ile iletken borular ve iletken yapı bölümleri arasında ya da bu borularla yapı bölümleri arasındaki potansiyel farklarının giderilmesi amacıyla yapılan düzenlemelerdir.

25) Fonksiyon potansiyel dengelemesi: İletken kısımlar arasındaki gerilimi, bir işletme elemanının, cihazın veya tesisin sorunsuz çalışabilmesine yetecek kadar küçük değerlere düşürmek amacıyla yapılan düzenlemelerdir.

26) Koruma potansiyel dengelemesi: İletken kısımlar arasında yüksek gerilimlerin ortaya çıkmasını önlemek amacıyla yapılan düzenlemelerdir.

27) Fonksiyon ve koruma potansiyel dengelemesi: Fonksiyon potansiyel dengelemesi ile koruma potansiyel dengelemesinin birleştirilmesidir ve bir işletme elemanı, cihaz veya tesis için, gerek fonksiyon ve gerekse koruma açısından öngörülen koşulların sağlanması için yeterlidir.

28) Potansiyel dengeleme hattı (eşpotansiyel kuşaklama): Potansiyel dengelemesini sağlamak amacıyla kullanılan bağlantı iletkenleridir.

29) Üzerine basılan yerin yalıtılması: Üzerine basılan yer ile toprak arasındaki direncin, izin verilmeyen dokunma gerilimleri oluşamayacak biçimde arttırılmasıdır.

30) Potansiyel sürüklenmesi: Bir topraklama tesisinin yükselen potansiyelinin, bu tesise bağlı bir iletken (örneğin, metal kablo kılıfları, PEN iletkeni, su borusu, demiryolu) ile potansiyeli daha düşük olan bölgeye veya referans toprak bölgesine taşınmasıdır. Bu iletkende, çevresine göre bir potansiyel farkı oluşur.

31) Global topraklama sistemi: Yerel topraklama tesislerinin birbirlerine bağlanmasıyla elde edilen ve birbirlerine yakın mesafede bulunan topraklama tesislerinde hiçbir tehlikeli topraklama geriliminin (toprak potansiyel yükselmesi) ortaya çıkmamasını sağlayan bir topraklama sistemidir. Böyle sistemler, toprak arıza akımın bölünmesine izin vererek, yerel topraklama sisteminde topraklama geriliminin küçültülmesini sağlar. Böyle bir sistem bir eşpotansiyel yüzey oluşturur.

 

Kaynak: 
 

► Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği

►