Topraklama nedir?

Topraklama tanım olarak, tüm elektrik dağıtım ve iletim hatlarına bağlı bulunan cihazlarda ve tesisatta oluşabilecek elektrik kaçağı durumlarına karşı alınan tedbir olmakla birlikte ortaya çıkabilecek elektrik kaçaklarının cihaz üzerinden bir iletken aracılığı ile toprağa iletilmesidir. Bu sayede, yaşanabilecek kaçak durumları cihazlara ve insanlara zarar vermemiş olur.

Topraklama çeşitleri amaçlarına göre üçe ayrılmaktadır: İşletme topraklaması, koruma topraklaması ve fonksiyon topraklaması.

Topraklama Ölçümü Nedir? Nasıl Olmalı?

Topraklama ölçümü, özel olarak geliştirilen toprak direnç test cihazları ile yapılmaktadır. Doğru topraklama yapabilmek için topraklama ölçümü yetkili kişiler tarafından özel cihazlarla yapılmalıdır. Topraklama işleminin iyi olması için binalara yapılacak topraklama sistemi öncesi toprak ölçümlerinin yapılması ve en uygun alanın seçilmesi gerekir.

Topraklama işlemleri için toprağa gömülecek olan topraklama elektrotlarının doğru belirlenmesi kaliteli bir sonuç açısından önemlidir. Binalarda bulunan tüm metal aksam ve cihazların aktif akım kullanmayan metal bölümlerinin bir iletken yardımıyla toprakla ilişkilendirilmesi gerekir. Yapılacak topraklama sistemlerinde kullanılacak olan topraklama iletkenlerinin ölçüleri ve dayanma dirençleri elektrik mühendisleri tarafından ölçüm yapılarak kullanılmalıdır.

Toprak Direnci

Toprak test cihazları yardımıyla ortaya çıkan toprak direnci, toprağın elektrik akımını geçirme özelliğinin tespit edilmesi anlamına gelir. Toprak en zayıf iletkendir. Toprağın bir iletkene dönüşebilme sürecinde en önemli etken, yüksek akım bulunan yerlerde toprak direncinin düşük olmasından gelir.  Özdirenç, toprağın yapısında bulunan su oranının hesaplanması ve elektrik akımı iletkenlik seviyesinin tespitidir.

Koruma Topraklaması

Evlerde ve iş yerlerinde kullanılan her türlü elektrik ile çalışan cihazların bağlantı yerleri ve mekanik bölümlerinde yalıtım iyi yapılmadığı zaman cihazların hareketsiz metal bölümlerine elektrik akımı geçebilecek ve insanların temas etmesi ile çarpılma meydana gelecektir. Binalarda meydana gelebilecek elektrik kaçaklarının insan hayatını tehlikeye atmaması amacıyla yapılan topraklama çeşitleri arasında koruma topraklaması yer almaktadır. Bu çarpılmaları önlemek için cihazların metal bölümleri iletken bir tel ile toprağa bağlanır. Bağlanılacak toprağın yapılan ölçümlerinde direncinin 5 ohm’dan az olması gerekir.

Koruma Topraklama Amacı

Yapılacak olan tüm topraklama sistemleri can ve mal güvenliğini koruma altına almak içindir. Elektrik akımları 30 mA üzerine çıktığında can güvenliğini tehlikeye sokmakta, 300 mA üzerine çıktığındaysa mal güvenliğini tehlikeye sokmaktadır. Koruma topraklama sisteminin yapılmasının asıl amaçları ise şunlardır:

Can güvenliğini sağlamak,

Kullanılan cihazların dengesiz akım nedeniyle bozulmasını önlemek,

Topraklama sistemlerine tesis tesisatına akım kesiciler yerleştirilerek bir olumsuzluk durumunda bu kesicilerin devreye girerek elektrik akımını kesmesini sağlamaktır.

İşletme Topraklaması

İşletme topraklama sistemi özellikle sanayi tesisleri için yapılmaktadır. Sanayi bölgeleri yüksek akım içerdiğinden dolayı şebekeye gelecek olan aşırı gerilimlerin zararlarını önlemek, işletme topraklaması sayesinde mümkündür. İşletme topraklaması yapılmadan önce, Elektrik Mühendisleri Odasına kayıtlı bulunan elektrik-elektronik mühendisleri tarafından tesis hat gerilimleri ve toprak direnci ölçümü yapılmalıdır.

İşletme topraklamasının yapılabilmesi için toprak direncinin 2 ohm’dan az olması beklenir. İşletme çevresinde bu değerin tespit edildiği bölgeye topraklama iletkenleri yerleştirilir, bina şebekesinden ve tüm metal akşamlardan mevcut bölgeye bakır iletken teller ile bağlantı yapılır. İşletme topraklaması sayesinde üretimde kullanılan tüm cihazların güvenliği sağlanmış olur.

Topraklama Nasıl Yapılır?

Topraklama, bina ve tesislerde elektrik akımlarının neden olabileceği olumsuzluklara karşı yapılan bir güvenlik sistemidir. Topraklama yapılmasındaki amaç, cihazlar üzerinde oluşabilecek kaçak elektrik geriliminin, iletken kablolar aracılığı ile cihazdan alınarak toprağa iletimini sağlamaktır. Topraklama işlemleri için toprak ölçümü mutlaka yapılmalıdır. Bu sayede doğru topraklama işlemi yapılır.

Topraklamanın olmadığı durumlarda cihazlar üzerindeki elektrik kaçağı, hayati ve maddi kayıplara sebebiyet verebilir. Topraklama yapılabilmesi için, uygun toprak, uygun zemin, topraklama kablosu ve toprakla cihaz arasındaki akımın geçişini sağlayacak uygun bir iletkenin olması gerekir.

Nasıl Yapılır?

Topraklama sistemlerinin kurulması, topraklama yönetmeliği tarafından belirlenen standartlara göre yapılmalıdır. Standartlara uygun yapılmayan topraklama can ve mal güvenliği açısından risk taşıyacaktır. Topraklama yapılan ve canlıların dolaştığı bölgeler için toprak direnci ölçümleri test cihazlarıyla yapılmalı ve yapılacak topraklama sistemine göre olması gereken değerin altında bir dirence sahip olmalıdır. Toprak direncinin küçük olması, yıldırım düşmesi gibi yüksek elektrik akımı içeren durumlarla karşılaşıldığında bina ve canlıların zarar görmesini önleyecektir.

Topraklama İletkenleri

Topraklama ölçümü yapıldıktan sonra tespit edilen yerde, 1,5 metre derinliğinde bir çukur açılır ve bu çukura topraklama iletkeni olarak 1,5 mm kalınlığında bakır ya da 3 mm kalınlığında galvaniz levhalar diklemesine yerleştirilir. Levhaların üst bölümlerine kablo bağlayabilmek için delikler açılır. Binanın metal su tesisatları, elektrik şebekeleri ve cihazlardan çekilen topraklama kabloları bu levhalara bağlanır. Levhaların etrafı toprak ile doldurulur ve iyice sıkıştırılır. Toprak içerisinde taş, kum gibi maddelerin olmamasına dikkat edilir. Bu alanın üzeri beton ile kapatılarak topraklama işlemi tamamlanmış olur.

Bina topraklaması

Bina topraklamaları için iletken levhaların geniş yüzeyleri toprağa temas edecek şekilde, toprağın 1,5 metre derinliğine kadar toprağa gömülür. Bu levhaların etrafı kömür ile desteklenerek iletkenliğin artırılması sağlanır. İletkenlerin derine gömülmesinin nedeni, çeşitli hava şartlarında donmadan ve sudan etkilenmesini önlemek içindir. Elektrik şebekelerinden ve cihazlardan sarı-yeşil çizgili dışı yalıtımlı bakır kablolar ile topraklama iletkenlerine bağlantı yapılır. Şebekelerde gördüğümüz üç kablodan sarı-yeşil çizgili olan kablo topraklama için bulunur ve bu dünyanın her yerinde aynı şekilde kullanılmaktadır.

Topraklama Malzemeleri

Topraklama işlemlerindeki malzemeler, galvaniz veya bakır levhalar, bakır çubuklardır. Yapılacak topraklama türüne göre kullanılacak ürünlerin ölçüleri ve kalitesi farklı olabilmektedir. Topraklama sistemine bağlanacak noktalar şunlardır:

Bina genel topraklama sistemi,

İletişim sistemi kablolarının dışında bulunan iletken koruyucu kılıflar,

Binaların çelik konstrüksiyonu,

İletken özelliği olan su tesisatları,

Isıtma sistemleri, raylı sistemler, anten sistemleri ve yıldırım için kullanılan paratoner kablosu.

Topraklama işlemleri için topraklama levhalarına direkt olarak ya da kullanılacak topraklama baralarına bağlantı yapılarak sisteme sağlanmış olur.

Hava Araçlarında Topraklama

Uçaklarda, binalarda yapıldığı gibi topraklama mümkün değildir. Bunun sebebi, uçakların uçuş esnasında toprakla irtibatı bulunmamasındandır. Bununla birlikte, uçaklarda kullanılan elektrik sistemleri için nötr bağlantıya ihtiyaç yoktur. Uçak üzerinde biriken statik elektriğin toplanabilmesi için kuyruk ve kanat kısımlarında metal bölümler vardır. Bu sebeple uçaklarda paratonere gerek yoktur. Uçaklar yere indiklerinde özel iletkenleri ile toprağa bağlanır ve üzerinde biriken statik elektriğin boşaltılması sağlanır.

Reaktif Güç Nedir?

Reaktif güç kontrolü, büyük ölçekli iletim sistemlerinde var olan gerilim dengesinin korunması adına önemlidir. Reaktif güç, alternatif akım sistemlerinin bir yan ürünüdür; bunun yanında iletim hatları, motorlar, transformatör vb. gibi çeşitli elektrik sistemlerinin etkin bir şekilde çalışması için elzemdir.

Alternatif akım devrelerinde voltaj ve akım senkronize olmadığından dolayı reaktif güç oluşur ve sadece AC sistemler için tanımlanmıştır. Reaktif güç, geçici olarak kapasitif ve endüktif bileşenlerden dolayı ileri geri akan elektrik veya manyetik alan formunda saklanır.

Bir cihazdan geçen akımla gerilim arasında faz farkı varsa cihaz reaktif güç tüketir. Başka bir tanımla motorun kalkışında ihtiyaç duyulan elektromanyetik alanı oluşturmak için harcadığı güce de reaktif güç diyebiliriz.

Gerilim ve akım arasındaki faz kaymasına bağlı olarak cihazın reaktif güç tüketim oranı belirlenir. Reaktif güç, iletim hattında ileri-geri hareket ettiği için ek bir yük görevindedir. Bu sebeple reaktif güç; tüm kabloların, transformatörlerin, şalt cihazlarının kullanımında oldukça önemlidir. Dolayısıyla, bütün bu tesisatların hem aktif hem de reaktif gücü göz önünde bulundurularak görünen güç için tasarlanması gerekir. Fazla miktarda reaktif güç varsa sistem, güç faktörünün büyük kısmını düşürür, bu nedenle işletme verimliliği azalmış olur. Sonuç olarak bu durum istenmeyen voltaj düşümüne, daha fazla iletim kayıplarına, fazla ısınmaya ve daha yüksek işletme maliyetlerine sebebiyet verir.

Reaktif Güç Kaynakları

Reaktif güç, güç sistemi ağına bağlı olan elemanlar tarafından üretilir. Bundan dolayı, şebeke üzerinden reaktif güç akışı bu ekipmanlarla kontrol edilir. Reaktif güç kaynakları şunlardır:

Jeneratörler: Senkron motorlar, bobin sargılarının DC uyartımına göre reaktif güç oluşturabilirler ve sönümleyebilirler. Aşırı uyartım halinde, reaktif güç üretirken az uyartım halinde sönümleme yaparlar. Jeneratörler, voltaj kontrolünde en çok kullanılan reaktif güç kaynaklarıdır.

Kapasitörler ve Reaktörler: Kapasitif ve endüktif cihazlar, reaktif güç kontrolüyle sistem gerilimini ve kararlılığını kontrol eder. Bir kapasitör kompanzatör reaktif güç üretirken, bir endüktif kompansatör reaktif gücü absorbe eder. Reaktörler (şönt) başlıca, voltajı düşük tutmak amacıyla reaktif gücün sönümlenmesinde ve hattaki toplam kapasitif yükün kompanzasyonunda kullanılır.

İletim Hatları ve Yeraltı Kabloları: İletim hattı ve kabloları reaktif güç sönümler ve üretir. Aşırı yüklü bir iletim hattı, reaktif güç tüketir ve hattın gerilimini azaltır; az yüklü bir iletim hattı ise reaktif güç üretir ve hattın gerilimini arttırır.

Katı Hal Dönüştürücüleri: Güç sistemi işletiminde ve kullanımda birkaç katı hal dönüştürücü vardır. Bu dönüştürücüler, çalışırken reaktif güç tüketirler. Dolayısıyla, dönüştürücülerin pek çoğunda, reaktif güç gereksinimini kontrol etmek amacıyla reaktif kompanzasyon cihazları kullanılır.

Transformatörler: Manyetik alan üretmek için transformatörün reaktif güce ihtiyacı vardır. Bunun için de reaktif gücü absorbe eder. Bir transformatörün reaktif güç tüketimi, derece ve akım yüküne bağlı olarak değişkenlik gösterir.

Yükler: Sistem voltajı ve kararlılığı üzerine büyük etkisi olan, birçok reaktif güç tüketen yük vardır. Bu yüklerden birkaçı; indüksiyon motorları, indüksiyon jeneratörleri, ark fırınları, sabit yük olarak: indüksiyonlu ısıtma, mekân ısıtması, su ısıtma ve iklimlendirmedir.

Reaktif Gücün Önemi

Reaktif güç, çeşitli nedenlere bağlı olarak güç ağında hem sorun hem de çözüm teşkil eder;

► Reaktif güç gereksinimini karşılamak.

► Voltaj profillerini geliştirmek.

► Şebeke kaybını azaltmak.

► Acil durumlarda sistem güvenliği sağlamak için yeterli rezervi sağlamak.

1-) Voltaj Kontrolü

Tüm elektrikli cihazlar genellikle tüketici terminallerinde anma geriliminin belirtilen sınırları içinde (±%6) çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Voltaj değişiklikleri, güç kaynağındaki yük değişimine bağlı oluşur. Güç kaynağındaki yükün artması durumunda güç sistemi bileşenlerindeki gerilim düşümü de artar. Böylece tüketici terminallerindeki voltaj azalır veya bu durumun tersi de olabilir. Besleme sistemindeki voltaj değişiklikleri; tüketici tarafındaki gerilim varyasyonlarına duyarlı lambalar, motorlar ve diğer cihazların verimini düşürdüğü için istenmez.

 

2-) Reaktif Güç Talep Karşılanması

HVDC konvertör gibi yükler reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Yüklerin, reaktif güç ihtiyacı arttığında voltaj düşümü olur. Gerilim düştükçe, güç korunması için beslemeden daha fazla akım çekilir ve hatlar daha fazla reaktif güç tüketir. Buna bağlı olarak da voltaj düşümü gerçekleşir. Şiddetli gerilim düşümünde voltaj çökmesi meydana gelir. Bu durum da jeneratörlerin devreye girmesine, sistemin istikrarsızlığına ve güç sistemine bağlı diğer ekipmanların sendelemesine neden olur. Çözüm olarak seri kapasitörler gibi reaktif güç kaynakları, yükler tarafından reaktif güce ihtiyaç duyulan noktalara yerel olarak bağlanır.

3-) Elektrik Kesintilerini Azaltma

Elektrik kesintilerinin asıl nedenlerinden biri yetersiz reaktif güçtür. Yetersiz oranda reaktif güç, gerilim çökmesine neden olmakla beraber üretim istasyonları ve çeşitli cihazların kapanmasına yol açar.

4-) Manyetik Akı Üretimi

Motorlar, transformatörler, balastlar ve indüksiyonlu ısıtma teçhizatı gibi endüktif yükler, manyetik alan üretmek için reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Elektrikli makinelerde reaktif güç, manyetik akı oluşturmak ve sürdürmek için tüketilir. Fakat bu durum, güç faktörünü düşürür. Yüksek güç faktörüne ulaşmak için yükün kVAR değerine eşit ancak ters faz açısına sahip kondansatörler paralel şekilde bağlanır. Bu sayede işletme reaktif gücü kurduğunuz kompanzasyon kapasitörleri üzerinden sağlar.