BiRİNCİ BÖLÜm amaç, Kapsam, Dayanak, Uygulama ve Tanımlar Amaç ve Kapsam Madde 1

Ek-R

 

İzin Verilen Dokunma Gerilimi Dikkate Alınarak Yapılan Doğru Tasarımın Kontrol Edilmesi İçin Örnekler

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Şekil-R.1 Özel durumlar için hata akımının geri dönüş yoluna bağlı olarak çözüm örnekleri.

a) Pratik olarak bütün hata akımı, transformatörün nötrüne metalik parçalar üzerinden döner.

Not: Bazen bir sanayi tesisi içerisinde bulunur.

b) Yalnız hata akımının bir kısmı, ilgili topraklama sistemi üzerinden toprağa akar.

Not : Bazen bir elektrik dağıtım sisteminde bulunur.

c) Hata akımının büyük bir parçası ilgili topraklama sistemi üzerinden akar(örneğin, bağımsız yerel topraklama sistemi).

Ek-S

Topraklayıcı, Koruma İletkeni ve Potansiyel Dengeleme İletkenlerinin Gösterilişi

Şekil-S.1’de topraklayıcılar, koruma iletkeni ve potansiyel dengeleme iletkenleri şematik olarak gösterilmiştir.

 

1	Koruma iletkeni,
2	Ana potansiyel dengeleme iletkeni,
3	Topraklama iletkeni,
4	Tamamlayıcı potansiyel dengeleme iletkeni,
T	Topraklayıcı (topraklama elektrodu),
C	Yabancı iletken kısım,
B	Ana topraklama barası, bağlantı ucu veya klemensi,
M	Açıktaki iletken bölümler (gövde v.b.),
P	Ana su hattı (kullanma suyu hattı).

Şekil-S.1 Topraklayıcı, koruma iletkeni ve potansiyel dengeleme iletkenlerinin gösterilişi

Ek-T 

Çeşitli Topraklayıcı Tiplerine İlişkin Hesaplama Örnekleri

 

Topraklayıcılar, akımın yere akmasını sağlayan metal parçalarıdır. Akımın  topraktaki dağılımı en basit şekilde  bir yarım küre topraklayıcı ile açıklanır. Homojen toprakta toprağa akan akım, her yöne simetrik olarak yayılır ve akım ilk önce çok az bir dirençle, uzaklığa bağlı olarak gittikçe yükselen  bir direnç ile karşılaşır (Şekil-T.1’e bakınız). Toprağa  akan akım,  topraklayıcı etrafında yarı küresel eşpotansiyel yüzeyler oluşturur. Örnek olarak 0,5 m yarıçaplı bir topraklayıcı ve çevresindeki 1 m aralıklı eşpotansiyel yüzeyler göz önüne alınsın. Şekil-T.1’de görüldüğü gibi bu topraklayıcıdan 10 A hata akımı aktığı ve yerin toprak özdirencinin 150 m olduğu kabul edilsin. İkinci eşpotansiyel yüzeyin kesiti, topraklayıcı ile arasındaki direnç ve gerilim aşağıdaki formüller ile hesaplanabilir.

Şekil-T.1 Bir yarım küre topraklayıcıdan akımın toprağa yayılması

  m²





          

Olası bir hatada insan veya hayvanın hangi potansiyel aralıklarında durduğu, yani topraklayıcıya olan uzaklık en önemli  etken olup buna adım gerilimi denilir. Adım gerilimi insanlar için 1 m, hayvanlar için 2 m aralıktaki potansiyel farkı (gerilim) olarak kabul edilmektedir. Düzenleyici topraklayıcılar ile dokunma ve adım gerilimlerini düşürmek mümkündür (Şekil-T.2’ye bakınız).

Şekil-T.2 Adım (U_S), dokunma(U_ST) ve topraklama (U_E) gerilimlerinin şematik olarak gösterilmesi

Toprak özdirencinin 150m, topraklayıcı yarıçapının 0,5 m ve topraklayıcıdaki gerilimin  100 V verildiğini varsayarak, topraklayıcıdan 4 metre uzaktaki bir noktaya kadar olan direnç:

Topraklayıcıdan akacak akımın değeri:

                          

4 metredeki potansiyelin değeri:

olur. Bu hesaptan da görüldüğü gibi 50 m uzaklıktaki potansiyelin değeri sadece 1 V olmaktadır. Bu noktaya  referans toprağı da denir. Adım gerilimi iki nokta arasındaki potansiyel farkı ile hesaplanabilir. 1 metredeki adım  gerilimi:

Şekil-T.3 bir yarım küre topraklayıcının potansiyel dağılımını ve  eşpotansiyel çizgilerini göstermektedir.

Şekil-T.3  Bir yarım küre topraklayıcı çevresindeki potansiyel dağılımı, eşpotansiyel çizgileri ve adım gerilimleri

Topraklayıcıların yayılma direnci (Şekil-T.4), zeminin cinsi ve özelliği (toprak özdirenci) ile topraklayıcıların boyutlarına ve düzenleme biçimine bağlıdır.

Topraklayıcının, çevresindeki toprağa iyi temas etmesi gerekir. Topraklayıcıların tesisinde iyi iletken toprak tabakaları kullanılmalıdır. Toprak tabakalarının kuru olması durumunda, topraklayıcının çevresindeki toprak yapışkan değilse ıslatılıp çamur durumunda getirilmeli; yapışkan ise topraklayıcı gömüldükten sonra dövülerek sıkıştırılmalıdır. Topraklayıcının yanındaki taş ve iri çakıllar yayılma direncini arttırırlar. Bunlar ayıklanmalıdır. Şerit ve çubuk topraklayıcıların yayılma direnci daha çok kendi uzunluklarına, daha az olarak da kesitlerine bağlıdır.

 

 

 

Şekil-T.4  Bir topraklayıcıda yayılma direncinin uzaklıkla değişim

a) Yarım küre topraklayıcı: Yarım küre topraklayıcının  direncini Şekil-T.5’te açıklayalım: Toprak özdirenci ve toprağa akan akım  ile yarı kürenin potansiyel değişimi, x uzaklıktaki kesit S = 2.x²  ile;

Kürenin merkezinden herhangi bir r uzaklığındaki potansiyel

Kürenin yarıçapı r₀   ile, yarı küreden toprağa geçiş anındaki potansiyel değeri

Şekil-T.5 Yarım küre topraklayıcıda akım ve potansiyel dağılımı

Yarım küre topraklayıcının  topraklama direnci  R_E   =  / I      ile

Adım gerilimi, adım uzunluğuna ve bulunan yere göre değiştiği için, iki nokta arasındaki potansiyel farkı

Topraklama gerilimi,  topraklayıcıdan akan akıma ve yayılma direncine bağlıdır.

 U_E = R_E . I_E

 b) Derin (çubuk) topraklayıcı: Boru ya da profil çelikten yapılan ve toprağa çakılarak kullanılan topraklayıcılardır. Çubuk topraklayıcılar yere olabildiğince dik olarak çakılmalıdır. İstenilen küçük yayılma direncinin sağlanabilmesi için birden çok çubuk topraklayıcının kullanılması gerekiyorsa, bunlar arasındaki açıklık, en az bir topraklayıcı boyunun iki katı olmalıdır. Toprağın üst tabakasının kuruması ve donması gibi nedenlerle paralel bağlı çubuk topraklayıcılar bütün uzunlukları boyunca etkili olmadıklarından, bunlar arasındaki uzaklık bir topraklayıcının etkili boyunun en az iki katı olmalıdır.

 

 

Şekil-T.6 Derin (çubuk) topraklayıcı

 Ana formül

Yaklaşık hesap ile

 bulunur.

Bu formüllerde, l topraklayıcının boyu, d topraklayıcının çapı ve _E toprak özdirencidir.

 c) Yüzeysel (şerit) topraklayıcı:  Şerit, yuvarlak iletken ya da örgülü iletkenden yapılan ve genellikle derine gömülmeyen topraklayıcılardır (Şekil-T.7). Bunlar, uzunlamasına döşenebileceği gibi yıldız, halka, gözlü topraklayıcı ya da bunların bazılarının bir arada kullanıldığı biçimde düzenlenebilir. Zemin koşulları elverişli ise, şerit topraklayıcılar genel olarak 0,5 ila 1m derinliğe gömülmelidir. Bu arada yayılma direncinin üst zemin tabakasının nemine bağlılığı ve donma olasılığı göz önünde bulundurulmalıdır. Şerit topraklayıcıların uzunluğu istenen yayılma direncine göre seçilmelidir.

 

 Şekil-T.7 Yüzeysel topraklayıcıların  yüzeye veya  H derinliğine  tesis edilmesi durumu

 Ana formül:

 Topraklayıcı H derinliğine tesis edilmiş ise:



   veya       

Bu formüllerde,

l	Topraklayıcının uzunluğu,
b	Topraklayıcının kalınlığı,
d	Topraklayıcı kalınlığının yarısı veya yuvarlak iletkenin çapı,
s	Topraklayıcının genişliği,
H	Topraklayıcının gömülme derinliği.

 d) Yıldız topraklayıcı: Yıldız topraklayıcılarda (Şekil-T.8) ışınların dağılımı düzgün olmalı ve komşu iki ışın arasındaki açı 60º’den küçük olmamalıdır. Işınların birbirine karşılıklı olarak etki etmesi sonucunda çok ışınlı yıldız topraklayıcılarda yayılma direnci artabileceğinden, üç yada en çok dört ışınlı yıldız topraklayıcıların kullanılması tavsiye edilir. Levha topraklayıcılar zemine düşey olarak gömülmelidir. Bunların boyutları gerekli yayılma direncine göre seçilmelidir. Topraklama tesislerinde genel olarak 1 m x 0,5 m’lik levhalar kullanılır. Levhanın üst kenarı toprak yüzeyinden en az 1 m derinde olmalıdır. Küçük bir yayılma direnci elde etmek için birden çok levha topraklayıcı kullanılması gerektiğinde bunlar arasındaki uzaklık en az 3 m olmalıdır. Aynı yayılma direncini elde etmek için şerit ve çubuk topraklayıcılar yerine levha topraklayıcı kullanıldığında, bunlara oranla daha fazla gereç kullanılması gerekir.

 

 Şekil-T.8 Yıldız topraklayıcı çeşitleri

 Yıldız topraklayıcının topraklama direnci kollar arası açılara göre değişir.

 1) Üç kollu 120⁰  açılı  yıldız topraklayıcı için:

2) Dört  kollu 90⁰  açılı  yıldız topraklayıcı için:

3) Altı kollu 60⁰  açılı yıldız topraklayıcı için:

Bu formüllerde, l yıldız topraklayıcının kol uzunluğu, d kol çapı, H topraklayıcının gömülme derinliği ve _E toprak özdirencidir.

e) Gözlü topraklayıcı: Gözlü topraklayıcılar  daha çok santrallerde, transformatör merkezlerinde kullanılır (Şekil-T.9).

 

 Şekil-T.9 Gözlü topraklayıcı

 Bu formülde, D gözlü topraklayıcının alanına eşit alanlı dairenin çapı, L topraklayıcıda kullanılan toplam iletken uzunluğu ve _E toprak özdirencidir.

f) Halka (ring) topraklayıcı: Halka (ring) topraklayıcı (Şekil-T.10) özellikle transformatör merkezlerinde, bina ve fabrikalarda topraklama direncini düzeltmede kullanılır.

 

 Şekil-T.10 Halka (ring) topraklayıcı

 Ana formül:

Yaklaşık formül:

g) Daire şeklindeki levha topraklayıcı: Dolu ya da delikli levhalardan yapılan topraklayıcılardır. Bunlar genel olarak öteki topraklayıcılara göre daha derine gömülürler (Şekil-T.11).

1) Levha topraklayıcı düşey olarak gömülürse;

 

 Şekil-T.11 Toprağa düşey olarak gömülen levha topraklayıcı

 

 Bu formülde, D topraklayıcının çapı, d topraklayıcının (levhanın) kalınlığı, H topraklayıcının merkezine göre gömülme derinliği ve _E toprak özdirencidir.

2) Levha topraklayıcı yatay olarak yere gömülürse:

Bu formülde, D topraklayıcının çapı ve _E toprak özdirencidir.

 h) Kare şeklindeki levha topraklayıcı: Kare şeklindeki levha topraklayıcı ana topraklama şeridini korozyondan korumak için yardımcı topraklayıcı olarak kullanılır. Günümüzde önemini yitirmiştir (Şekil-T.12).

 

 Şekil-T.12 Kare şeklindeki levha topraklayıcı

 1) Levha topraklayıcı yüzeyde tesis edilirse;

2) Levha topraklayıcı H derinliğine gömülürse;

  eğer H < S ise

      eğer H > S ise

 Bu formüllerde, S kare topraklayıcının bir kenarının uzunluğu, H kare topraklayıcının ortasına göre gömülme derinliği ve _E toprak özdirencidir.

j) Küre şeklindeki topraklayıcı

 

Şekil-T.13  Küre şeklindeki topraklayıcı

Bu formülde, r küre topraklayıcının yarıçapı, H küre topraklayıcının merkezine göre gömülme derinliği ve _E toprak özdirencidir.

 Bu formülde,küre çapı d < H  dir.

 l) Yarım küre şeklindeki topraklayıcı

  Şekil-T.14 Yarım küre şeklindeki topraklayıcı

  Ek-U

Malzeme Katsayısı k’nin Elde Edilmesi İçin Yöntem

Malzeme katsayısı k aşağıdaki denklem yardımıyla belirlenir :

 

Buradaki büyüklüklerin açıklaması :

QC	İletken malzemesinin hacimsel ısı kapasitesi (J/C mm^3),
	İletken malzemesinin 0 C’deki özgül direncine ilişkin sıcaklık katsayısının tersi (C),
20	İletken malzemesinin 20 ^0C’deki özgül direnci ( mm),
i	İletkenin başlangıç sıcaklığı (C),
f	İletkenin son sıcaklığı (izin verilen en yüksek sıcaklık) (C).

 Çizelge-U.1              

İletken malzemesi	       (^0C)	QC       (J / C mm^3 )	20       ( mm)	A s^1/2 /mm^2
Bakır Alüminyum Kurşun Çelik	234,5 228 230 202	3,45 . 10^-3 2,5   . 10^-3 1,45 . 10^-3 3,8   . 10^-3	17,241 . 10^-6   28,264 . 10^-6 214        . 10^-6 138        . 10^-6	226 148 42 78

  Ek-V