F.1 Elektrik kuvvetli akım tesisleri etrafındaki çitler: Çıplak metal çitler topraklanmak zorundadır. Bunun için, örneğin her köşede birden fazla topraklama noktası kullanılmak zorundadır. Yerel koşullara uygun olarak (çitin topraklama tesisinin içinde veya dışında olması durumuna göre) toprak bağlantısı, ya YG topraklama sistemine bağlantı yapılarak veya özel topraklayıcılarla yapılmalıdır.
Yalıtkan malzeme ile kaplanmış çitlerin çıplak metal kısımları topraklanmak zorunda değildir.
Bir tesisi çevreleyen çitteki bütün mekanik kesintiler (örneğin kapılar), çit bölümleri arasında tehlikeli potansiyellerin meydana gelmesi önlenecek şekilde bağlanmalıdır.
F.2 Metal borular: Transformatör merkezi içerisindeki metal borular istasyona ilişkin topraklama tesisiyle bağlanmalıdır.
Transformatör merkezi dışından gelen örneğin su beslemesi için kullanılan metal boruların kullanılmasından kaçınılmalı ve bunun için metal olmayan malzemeler kullanılmalıdır.
F.3 Demiryolu rayları: Transformatör merkezi sahası içinden geçen ve elektrikli olmayan demiryolu sistemlerindeki raylar transformatör merkezine ilişkin topraklama sistemine bağlanmalıdır.
Transformatör merkezinin sahası sınırında, demiryolu sisteminin diğer kısımlarıyla elektriksel ayırmanın sürekliliğini sağlamak üzere uygun yalıtkan ray ekleri öngörülmelidir. Bazı durumlarda, tren vagonlarıyla köprülemeyi önlemek için iki yalıtkan ray eki gerekli olabilir. Ray kenarındaki kumanda yerlerine özel dikkat gösterilmelidir. Önlemlerin belirlenmesinde demiryolu sistemi işletmecisiyle bilgi alışverişinde bulunulmalı ve bunun dışında Madde 6-c’deki tespitler göz önüne alınmalıdır.
F.4 Direk tipi transformatörler ve /veya direk tipi anahtarlama elemanları: Genel olarak, anahtarlama donanımı olsun, yada olmasın direk üzerine monte edilen transformatör tesisleri topraklanmalıdır.
Sadece bir transformatörün yerleştirildiği direkler söz konusu olduğunda küçük bir topraklama tesisi (örneğin, derin topraklayıcı, halka topraklayıcı veya iletken malzemeden yapılmış direğin temeli) bir transformatörün topraklanması için gerekli koşulları sağlar.
Genel olarak çelikten veya başka bir iletken malzemeden yada betondan yapılan direklerin üzerine bulunan anahtarlama tesisleri topraklanmalıdır. Kumanda yerlerindeki topraklama tesisi, en azından eş potansiyel dengelemeyi sağlayacak bir topraklama ağıyla yapılmalıdır. Eğer kumanda için bulunulan yerin yalıtılması yapılmışsa veya anahtarlama işlemi yalıtkan bir düzenek yardımı ile yapılıyorsa (örneğin, yalıtılmış aletlerle, çubuklarla veya eldivenlerle) , küçük bir topraklama tesisi (örneğin, derin topraklayıcı veya halka topraklayıcı) yeterli olabilir.
İletken olmayan malzemeden yapılmış direkler üzerine monte edilmiş anahtarlama donanımları topraklanmayabilir. Eğer bu tesisler topraklanmamışsa mekanik olarak güvenilir izolatörler (örneğin, dolu çekirdekli izolatörler) kumanda çubuğunun elle ulaşılması mümkün olmayan bölümleri içerisine yerleştirilmiş olmalıdır.
Bunlar anma gerilimine uygun olarak boyutlandırılmış olmalıdır. Tahrik mekanizmasının toprak yüzeyinden erişilebilen bölümü olası kaçak akımların iletilmesi için topraklanmak zorundadır. Bunun için en az 1 m uzunluğunda bir topraklama çubuğu veya direk etrafında 1 m açıklıkta bulunan yüzeysel topraklayıcı yeterlidir. Topraklayıcı ve topraklama iletkenlerinin en küçük kesitleri Ek-A ve Madde 5-b ve Madde 5-c’ye uygun olmalıdır.
F.5 Ölçü transformatörlerinin sekonder devreleri: Bütün ölçü transformatörlerinin sekonder devreleri, ölçü transformatörlerinin sekonder bağlantı uçlarına mümkün olduğu kadar yakın topraklanmalıdır.
Madde 5-b2’deki en küçük kesitler donanımın bu tiplerine uygulanmaz. En küçük kesit olarak 2,5 mm2 bakır kullanılması şarttır. Eğer topraklama iletkeni mekanik olarak korunmamış ise 4 mm2 bakır iletken gereklidir.
Bununla birlikte eğer başka noktalardan da topraklanması gerekli ise, bu durumda oralarda toprağın yanlışlıkla ayrılması olanağı bulunmamalıdır.
F.6 Direkler: Tüm YG şebekelerinde kullanılan direkler ve bunların traversleri ile, AG şebekelerinde, çok sayıda insanın bulunduğu ya da girip çıktığı bina ve tesislerin (okul, sinema, hastane, stadyum, tören alanı vb.) yakınında bulunan direkler ve bunların traversleri etkin şekilde topraklanacaktır. Alçak gerilimli ağaç direkli şebekelerde koruma topraklaması yapılacaksa, izolatörler direklere deve boyunları ile bağlanmayıp metal konsollar üzerinden bağlanacaktır. Ayrıca sistem (şebeke) tipinin gerektirmesi durumunda AG hava hattı şebekelerinde tüm nihayet direkleri ile AG yeraltı kablo şebekelerinin sonundaki nihayet panolarında işletme topraklaması yapılacaktır.
Toprak iletkeni bulunan YG hava hatlarının toprak iletkenleri, hat boyunca faz iletkenleri üzerinden bağlama tesisine kadar gelmeli ve tesisin topraklamasına bağlanmalıdır.Ayrıca açık hava merkezlerindeki demir ve çelik yapılar hava hattı direkleri gibi topraklanmalıdır.
Ek-G
Dokunma Gerilimlerinin Ölçülmesi
Dokunma gerilimlerinin ölçülmesi için, akım-gerilim ölçme yöntemi kullanmak zorunludur (Ek-N ‘ye bakınız).
Dokunma gerilimi, insan vücudu direncinin 1 k olduğu kabul edilerek belirlenir.
İnsan ayağı yerine kullanılan ölçme elektrodu(ları) 400 cm2 toplam alana sahip olmalı ve toprak üzerine minimum 500 N’luk bir toplam kuvvetle basmalıdır.
Eğer ek dirençler dikkate alınmak zorunda değilse, ölçme elektrodu yerine toprağa en az 20 cm çakılmış bir sonda kullanılabilir. Tesisin her hangi bir kısmındaki dokunma geriliminin ölçülmesi için, elektrot dokunulabilecek tesis kısmından 1 m açıklığa yerleştirilmelidir. Beton veya kurumuş toprak durumunda bu elektrot ıslak bir bez üzerine veya bir su tabakasında bulunmalıdır. İnsan eli yerine, boya (yalıtım malzemesi olarak kullanılmamış) tabakasını güvenlikli şekilde delebilecek sivri bir ucu olan elektrot kullanılmak zorundadır. Voltmetrenin bir bağlantı ucu el elektroduna, diğeri ayak elektroduna bağlanır. Bu ölçmelerin bir tesiste numune deneyi şeklinde yapılmış olması yeterlidir.
Not : Dokunma akım devresinin kaynak gerilimi (USDp) hakkında çabuk bir karar verebilmek için, ölçmenin iç direnci yüksek bir voltmetre ve 10 cm derinliğe çakılmış bir sonda ile yapılması çoğunlukla yeterlidir.
Ek-H
Doğrudan Yıldırım Darbelerine Karşı Koruma Yöntemleri
Uzun yıllar boyunca yapılan model çalışmaları, ölçümler, gözlemler ve deneylerden elde edilen bilgiler sonucunda; aşağıda açıklanan düzende yerleştirilmiş yıldırımdan koruma telleri ve yakalama çubukları yardımıyla doğrudan yıldırım darbelerine karşı yeterli güvenirlilikle koruma sağlanabilir. Koruma bölgeleri (Şekil-H.1’den Şekil-H.4’e kadar) 25 m. yüksekliğe kadar olan tesisler için geçerlidir. 25 m’den yüksek tesisler için koruma güvenliği azaltılır.
Not : 420 kV’a kadar olan şebeke yapıları ortalama 25 m yüksekliğindedir.
Aşağıda verilen yöntemlerle, ayrıntılı yalıtım koordinasyonu çalışmaları yapmaya gerek olmadan, yeterli bir koruma seviyesi elde edilir.
H.1 Koruma telleri:
Tek bir koruma teli koruma bölgesi sağlar. Koruma bölgesinin sınırları, H yüksekliğindeki koruma telinden başlayan (Şekil-H.1’e bakınız), yere teğet olan ve koruma teli boyunca devam eden 2 x H yarıçapında daire yaylarıdır.
İki koruma teli ile koruma durumunda teller arasındaki uzaklık 2 x H’dan daha küçük tutulup, koruma bölgesi tellerin her biri tarafından korunan bölgelerin genişletilmiş halidir. İki koruma teli arasındaki koruma bölgesi, koruma tellerinden geçen, 2 x H yükseklik çizgisindeki MR merkezli ve R yarıçaplı yay ile belirlenir. (Şekil H.2’ye bakınız). Bu bölge, koruma telleri boyunca devam eder.
H.2 Yıldırım yakalama çubukları:
Yıldırım yakalama çubukları, kanal boşalmasının yukarıya doğru (buluta doğru) gelişmesini koruma tellerinden daha önce sağlar.
Yıldırım yakalama çubuklarının koruma bölgesi genellikle aynı yükseklikteki koruma tellerinden daha geniştir.
Tek bir yakalama çubuğu, tepesinden geçen 3 x H yüksekliğindeki yayın sınırladığı konik şekilli, koruma bölgesi sağlar (Şekil-H.3’e bakınız).
İki yıldırım yakalama çubuğu arasındaki uzaklığın 3 x H’dan az olması durumunda, yakalama çubukları arasındaki koruma bölgesi, yakalama çubuklarının tepesinden geçen, 3 x H yükseklik çizgisindeki MR merkezli R yarıçaplı yayın altında kalan bölgedir (Şekil-H.4’e bakınız).
H.3 Yıldırım etkilerine karşı topraklama koşullarının sağlanması:
Elektrik tesislerinin topraklanmış bölümlerine (toprak iletkenleri, demir ve beton direkler, topraklama iletkeni toprağa kadar indirilmiş ağaç direkler, açık hava tesislerindeki dayanaklar) yıldırım düştüğünde, topraklanmış tesis bölümleri ile işletme gereği gerilim altında bulunan bölümler arasında atlama (geri atlama) olabilir.
Darbe topraklama direnci Rda
bağıntısını sağlayacak değerde ise, genel olarak geri atlamalar beklenmez.
Direk ya da dayanaktan geçen yıldırım akımının tepe değeri.
Yıldırım akım şiddetleri üzerine bir görüş edinmek için Çizelge-H1’de hava hattı direklerinden geçen bazı yıldırım akım değerleri verilmiştir. İkinci sırada da tüm yıldırım düşmelerinin yüzde kaçında bu akım değerlerinin üzerine çıkılmadığı belirtilmiştir. Örneğin bir direğe düşen tüm yıldırımların %95’inde bu direkten geçen yıldırım akımlarının şiddeti 40 kA’i aşmamaktadır. Geri atlamayı azaltmak için tesisin güvenliği düşünülerek gerekli önlemler alınabilir. Açık hava bağlama ve transformatör tesislerinde darbe topraklama direnci, genellikle geri atlamalar oluşmayacak kadar küçüktür.
Çizelge-H1 Toprak iletkeni bulunan hava hattı direklerinde direkten geçen yıldırım akımları
Ida kA
20
30
40
50
60
Bir direğe düşen tüm yıldırım akımlarının % si olarak aşılmayan değerler
80
90
95
98
99
Bir topraklayıcının darbe topraklama direnci bunun RE yayılma direncinden farklıdır. Küçük boyutlu topraklayıcılarda (örneğin direk ayaklarında, uzunlukları yaklaşık 10 m’ ye kadar olan derin topraklayıcılarda ve ışınlarının uzunluğu 20 m’yi pek aşmayan yıldız topraklayıcılarda), darbe topraklama direnci yaklaşık olarak yayılma direncine (toprak iletkeninin direkten çözülüp ayrılması durumunda) eşit alınabilir.
Şekil-H.1 Tek koruma teli
Şekil-H.2 İki koruma teli
Şekil-H.3 Tek yıldırım yakalama çubuğu
Şekil-H.4 İki yıldırım yakalama çubuğu
Ek-J
Hava Hattı Koruma Telleri ve Yeraltı Kablolarının Metal Kılıfları ile İlgili Azalma Katsayıları
J.1 Genel:
Hava hatları koruma telleri ve yeraltı kablolarının metal kılıfları toprağa akan hata akımlarının bir kısmını taşır. Bunlar, Şekil-3’e uygun olarak, ilgili devrenin toprak akımının bir kısmını taşırlar. Toprak hatasından etkilenen yüksek gerilim tesislerinin topraklama sistemi, bu etkiyle toprak hata akımı bakımından, etkin bir şekilde deşarj edilecektir. Bu durum azalma faktörü ile ifade edilir.
Üç fazlı hava hattının bir toprak teli için azalma katsayısı r, toprak dönüş akımının, üç fazlı devrenin toplam sıfır bileşen akımlarına oranıdır.
Burada,
IEW
Toprak telindeki akım (dengeli durum),
IE
Toprak dönüş akımı,
3I0
Sıfır bileşen akımlarının toplamı.
Benzer tanım metal kılıflı, ekranlı, zırhlı yeraltı kabloları veya civardaki çelik borular için yapılabilir. Toprak telindeki akım IEW yerine metal kılıf ve benzerlerindeki akım kullanılabilir.
Bir hava hattının dengeli akım dağılımında bir toprak telinin azalma katsayısı, faz iletkenlerinin self empedansları ZL-E ve toprak teli empedansı ZEW-E ve faz iletkenleri ve toprak teli karşılıklı empedansları ZML-EW göz önüne alınarak hesaplanır.
En etkileyici terim ZML-EW için, faz iletkenleri ile toprak teli arasındaki ortalama mesafe, ZEW-E için ise toprak teli direncidir. Böylece, toprak akımıyla bağlantılı olarak toprak telinin azalma etkisi, daha düşük toprak teli direnci ve faz iletkenleri ile toprak teli arasındaki uzaklığın azalması ile artar (r azalma eğilimi gösterir).
J.2 Hava hatlarının ve kabloların azalma katsayılarının tipik değerleri (50 Hz)
Hava hatlarının toprak telleri (110 kV)
Çelik 50 ila 70 mm2
r = 0,98
ACSR 44/32 mm2
r = 0,77
ACSR 300/50 mm2
r = 0,61
Kağıt yalıtımlı kablolar (10 ve 20 kV)
Cu 95 mm2/1,2 mm kurşun kılıf
r = 0,20 - 0,60
Al 95 mm2/1,2 mm alüminyum kılıf
r = 0,20 - 0,30
Tek damarlı XLPE kabloları (10 ve 20kV)
Cu 95 mm2/16 mm2 bakır ekran
r = 0,50 - 0,60
Tek damarlı yağlı kablolar (110 kV)
Cu 300 mm2/2,2 mm alüminyum kılıf
r = 0,37
Çelik boru içerisinde gaz basınçlı kablolar (110 kV)
Toprak özdirenci E değişik yerlerdeki toprak cinsine, tane yapısına, yoğunluğuna ve neme bağlı olarak değişir (Çizelge-K.1’e bakınız). Tasarımda yerinde ölçme yapılmalıdır.
Çizelge-K.1 Alternatif akım frekanslarında toprak özdirenci (sık ölçülen değerler)
Toprak cinsi
Toprak özdirenci E
(.m)
Bataklık
Çamur, kil, humus
Kum
Çakıl
Havanın etkisiyle dağılmış taş
Kumtaşı
Granit
Morenin(Buzultaş)
5-40
20-200
200-2500
2000-3000
çoğunlukla <1000
2000-3000
> 50000
> 30000
Birkaç metre derinliğe kadar topraktaki nem oranının değişimi, toprak özdirencinde geçici değişimlere neden olur. Göz önüne alınması gereken diğer bir durum, değişik derinliklerdeki farklı toprak özdirençli toprak tabakalarının varlığı nedeniyle toprak özdirencindeki değişimdir.
K.2 Topraklayıcının yayılma direnci
Topraklayıcının yayılma direnci RE topraklayıcının düzenlenmesine ve boyutlarına bağlı olduğu kadar toprak özdirencine de bağlıdır. Esas olarak topraklayıcının uzunluğuna ve daha az olarak kesitine bağlıdır. Şekil-K.1 ve Şekil-K.2’de yüzeysel topraklayıcıların ve derin topraklayıcıların toplam uzunluğuna göre yayılma dirençlerini gösteren eğriler verilmiştir.
Şekil-K.1 Homojen toprak içerisinde halka şeklinde veya düz olarak yerleştirilmiş (şeritten, yuvarlak malzemeden veya örgülü iletkenden yapılmış) yatay topraklayıcıların yayılma direnci
Uzun yüzeysel topraklayıcıların bulunması durumunda (örneğin topraklayıcı etkisi olan kablolar) topraklama direnci uzunluğa bağlı olarak düşer, ancak belirli bir son değere yaklaşır. (Şekil-K.3’e bakınız)
Temel topraklayıcılar, toprak içine gömülü bir topraklayıcı olarak kabul edilebilir.
Gözlü topraklayıcının toprak direnci, D Gözlü topraklayıcının alanına eşdeğer alanlı daire çapı olmak üzere yaklaşık olarak:
Şerit ve halka topraklayıcılar için yayılma direnci hesapları aşağıdaki formüllere göre yapılır.
Şerit topraklayıcı
Halka topraklayıcı
L
Şerit ve halka topraklayıcının uzunluğu (m),
D = L /
Halka topraklayıcının çapı (m),
d
Örgülü iletken çapı veya şerit kalınlığının yarısı (m) (burada 0,015 m. kabul edilmiştir),
E
Toprak özdirenci ( m).
Şekil-K.2 Homojen toprak içinde düşey olarak gömülmüş derin topraklayıcıların yayılma direnci
Hesaplamalar aşağıdaki formüle göre yapılır.
L
Derin topraklayıcının uzunluğu (m),
d
Derin topraklayıcının çapı (0,02 m kabul edilmiştir),
E
Toprak özdirenci ( m).
Şekil-K.3 Kablo boyuna ve toprak özdirencine bağlı olarak topraklayıcı etkisi olan kablonun yayılma direncinin tipik değerleri
Muhtelif topraklayıcı tiplerine ilişkin hesaplama örnekleri Ek-T’de verilmiştir.
Ek- L
Topraklayıcıların ve Topraklama İletkenlerinin Tesisi
L.1 Topraklayıcıların tesisi
L.1.1 Yüzeysel topraklayıcılar: Yüzeysel topraklayıcılar genellikle kanal diplerine veya temel kazılarına döşenirler.
Topraklayıcıların;
- Dolgu toprakla sıkıştırılması,
- Kayaların veya çakılların doğrudan gömülmüş elektrotlarla temasının önlenmesi,
- Mevcut toprağın uygun olmaması durumunda uygun dolgu toprakla değiştirilmesi tavsiye edilir.