Evlerde Kullanılan Sistemlerde Koruma

Kaçak akım ile ilgili bilgiler ve korunma yolları

1.1- CİHAZLARI ve İNSANLARI KORUMA:

KAÇAK AKIM KORUNMASI

Gerilimli bir iletkenin bir gövdeye yalıtım hatası sonucu temas etmesi ile toprağa akan akıma “toprak kaçak akımı” denir.

Kaçak Akım Koruma Rölesinin görevleri

Kaçak akım koruma rölesinin görevi bir yalıtım hatasından kaynaklanan Idn hata akımı olduğu anda devreyi kesip o hata akımına maruz kalabilecek bir insanın hayatını kurtarmaktır. 30mA hassasiyetindeki kaçak akım koruma rölesi insan hayatını korumaya yönelik kullanılır. 300mA hassasiyetindeki kaçak akım koruma rölesi büyük ölçüdeki bir yalıtım hatasının olusturdugu yangın riskini engellemeye yönelik kullanılır.

Can Güvenliği

Elektrik hatası olustuğunda , insan vücudu toprağa dönmek için bir yol arayan elektrik akımına iletken vazifesi görür. Akımın vücuttan geçisi ile meydana gelen tehlikenin büyüklüğü asagıdaki etkenlere bağlıdır.

• Gerilim
• Vücudun elektrik direnci
• Akımın değeri ve frekansı
• Akımın geçis süresi
• Akımın vücutta izledigi yol
• Yaş

Bir insanın elektriğe karşı gösterdiği direnç yukarıdaki koşulların bağlı olarak 700 ila 6.100 ohm arası degisir. Hesaplamalarda ortalama olarak bir insanın direnci 1.666 ohm alınır. Bu insan vücudundan geçecek olan akım degeri;
I = V/R formülünden;
50V için I = 30mA
230V için I = 130mA olarak hesaplanır.
IEC 60479-1 standartına göre insan hayatı için kritik akım esigi 30mA olarak belirlenmistir.

Yapılan deneyler sonucu 300mA’lik bir toprak kaçak akımının kısa bir süre içerisinde çevresindeki malzemeleri tutuşma sıcaklığına getirerek yangına sebebiyet verdiği gözlenmiştir. Medyada ve haberlerde elektrik kökenli yangınlar konu edildiğinde genelde “elektrik kontağından çıkan yangın” diye belirtilir ve aklımıza kısa devre gelir. Oysaki gerçek daha farklıdır, zira kısa devre söz konusu olsa sigortalar ve kesiciler bunu kısa bir sürede ortadan kaldırabilirler. Bu yangınlar asıl sebebi kısa devre degil izolasyon hataları ve kablolardaki deformasyondan kaynaklanan “toprak kaçak akımı”dır.

Temas Tanımları

Doğrudan temas durumu:

Bir kişinin normal şartlarda “canlı” olan bir iletkene dokunması “dogrudan
temas” olarak adlandırılır. Doğrudan temas durumunda maruz kalınan gerilim
hat gerilimidir. Bu durumda kisinin vücudu üzerinden maksimum akım geçer ve
devreyi otomatik kesmede, kaçak akım hassasiyeti yüksek, tepki süresi çok kısa
olan toprak kaçak akım koruma cihazları kullanılmalıdır. ( <30mA, < 30ms)

Dolaylı temas durumu:

Bir yalıtım hatası sonucunda kaza ile gerilim altında kalan cihazın gövdesine
dokunan bir kisinin halidir. Dolaylı temas durumunda alınması gereken iki temel
önlem vardır;
1 – Temasın söz konusu oldugu devrede toprak kaçak akım cihazı kullanılması
2 – Temasa müsait tüm gövdelerin topraklanması
Kaçak Akım Koruma Rölesi Çalısma Prensibi
Toprak kaçak akım koruma rölesinin temel yapısı asagıdaki sekilde gözükmektedir.

Akım tasıyan iletkenler bir toroidal yapı içerisinde gerçirilerek faz ile nötr iletkenleri arasındaki denge ölçülür. Tek fazlı dağıtımda faz ile nötr arasında aritmetik toplam, faz sayısı birden fazla oldugu dağıtımda ise vektörel toplam alınır. Normal hallerde bu toplam sıfıra esittir, yani toroide giren ve çıkan akımlar esittir. Bu sebepten dolayı toroid üzerinde bir manyetik akı olusmaz ve e.m.k (elektro motor kuvveti) sıfırdır.
Ifaz = Inötr (kaçak akım yoktur)

Herhangi bir toprak kaçağı olustugu anda Ifaz ≠ Inötr eşitsizliği olusur ve böylece toroid üzerindeki denge bozulur. Oluşan “fark akımı” nedeniyle bir e.m.k endüklenir. Bu sayede toroid üzerinde bir akı oluşur, bu akı da algılama sargısı üzerinde akıma dönüsür ve ölçme tarafındaki mıknatısı açacak manyetik güce ulaştığında kaçak akım koruma rölesinin kontakları açılmıs olur, devrenin enerjisi kesilir.

İÇ

YILDIRIMLIK

İç yıldırımlık yada parafudur, farklı tipteki malzemelerden olabilir. Bunlar VDR, MOV yada gaz boşalmalı tiplerdir. VDR (Voltaja Bağlı Olarak Değişen direnç) üzerine gelen voltaj yükseldikçe direnç değerini düşürerek koruma yapar. Faz-Toprak, Faz-Nötr tada Nötr-Toprak arasında kullanılabilir. MOV (Metal Oksit Varistör) yarı iletgen malzemeden yapılmıştır. Üzerindeki voltaj belirtilen voltaj değerini aştığında voltajın daha da yükselmesine izin vermeyerek sınırlandırır. Faz-Toprak, Faz-Nötr tada Nötr-Toprak arasında kullanılabilir. Gazlı tipte olanlar da MOV a benzer özellik gösterirler. Faklı olarak devre dışı kalmaları için üzerindeki voltajın oldukça azalması gereklidir.

Aşağıdaki şekilde tipik olarak bir panodaki parafudur bağlantısı görülmektedir.

MOV parafudurlar yaygın olarak elektrik ve elektronik endüstrinde kullanılmaktadır. Oldukça geniş ürün yelpazesine sahip olan MOV için aşağıdaki resimler bir fikir verebilir.

Elektrik tesisatlarında kullanılan parafudurlar sadece 220/380VAC sistemler için düşünlmemeli. 24VDC gibi endüstriyel sistemler için de pano tipi parafudurlar vardır.
Elektronik devreler elektrik devrelerinden voltaja karşı daha duyarlıdır. Bu nedenle besleme devreleri çoğunlukla bir voltaj regülatörü içerir. Fakat bu voltaj regülatörü de elektronik devrelerden oluştuğu için koruma gerektirir. Besleme girişindeki bu korumanın sebebi hem yıldırım düşmesi gibi olaylardan olan voltaj dalgalanmaları hemde bağlı olduğu sistemdeki dengesiz yüklerin yarattığı Faz-Faz yada Nötr-Toprak arasındaki voltaj dalgalanmalıdır.
Elektronik cihazlarda kullanılanlar ise daha çok devre elemanı görüntüsündedir. Bunun sebebi gerek koruduğu devrenin küçüklüğü gerekse devrenin bağlı olduğu elektrik panosunda zaten büyük güçlü bir parafudurun olmasıdır.

Elektronik ya da elektrik devrelerde kullanılan koruyuculara bir özet yapacak olursak:

Özellikler;
Kesme voltajı: Çok geniş kesme voltaj skalasına sahip üretimden dolayı MOV burada ön plana çıkmaktadır.

Jül: Bir koruma anıdan üzerinden taşıyacağı enerji kapasitesidir. Bu değer büyüdükçe doğal olarak koruyucunun büyüklüğü de artmaktadır. Büyük koruyucular 1000 jül, 40,000 A kadar çıkmaktadır.

Cevap Zamanı: Koruyucular anında çalışmazlar. Çalışmaları içi azda olsa bir süreye ihtiyaçları vardır. MOV lar nS değerlere çalışabilmektedir.

Türlerine Göre;
Metal oxide varistor: Çinko Oksit temel alınarak yapılmıştır. Çift yönlü kesme karakteristiğine sahiptir. Oldukça geniş skalada üretilir. Seri/Paralel kombinasyonlarda kullanılabilir. Her korumada özelliğini biraz yitirir.

Transient suppression diyot (transzorb or transil); Zener diyot karakteristiğine sahiptir. Akım taşıma kapasitesi düşüktür. İçi kapasitesi düşük olanlar iletişim devrelerinde tercih edilir.

Gas discharge tube (GDT): Cam bir tüp içinde gazlı ortamda iki plakadan oluşur. Yüksek akım taşıma kapasitesine sahiptir. Aynı MOV larda da olduğu gibi her korumadan sonra özelliğini biraz yitirir. Korumaya geçtikten sonra normal duruma geçmesi için üzerindeki voltajın epeyce düşmesi gerekir. GDT ler düşük iç kapasiteye sahiptir. Yüksek frekanslı hatlarda tercih edilir.

Selenium voltage suppressor: MOV özelliğine sahiptir. Fakat karakteristiği MOV kadar iyi değildir. Daha çok yüksek enerjili DC devrelerde tercih edilir.

Carbon block spark gap overvoltage suppressor: Eski bir teknolojidir. Telefon hatlarında girişinde kullanılır.

Quarter-wave coaxial surge arrestor: RF sinyal yollarında kullanılır. Ayarlandığı bir frekansta ve bant genişliğinde sinyalin geçmesine izin verir. Düşük frekansı sistemlerde tavsiye edilmez. Hat üzerinde DC varsa kullanılmaz. Geniş bantlı koruma için GDT ler ile birlikte kullanılır.

Buraya kadar olan koruyucuların hepsi devreye paralel olarak bağlanmaktadır.
Series Mode (SM) surge suppressors: Seri olarak kullanılan bir sitemdir. Korumada toprak hattı kullanmaz.

Bu yazılarımızda elektriği mahalledeki trafodan eve kadar taşıyıp, olabilecek tehlikeli durumlardan, yıldırımdan kurtulma yöntemlerini ve topraklamayı bir özet olarak anlatmaya çalıştım. Yazıyı hazırlarken internet üzerindeki yerli yabancı pek çok kaynağı taradım. Hepsine teşekkür ederim.