Yazar: Emre METİN – USB Belgelendirme Teknik ve Akreditasyon Direktörü
Teknik makalemizde yazarımız USB Belgelendirme firmasından Emre Metin‘in IEC 60364 serisi uluslararası standartlara göre topraklama şemaları, artık akım koruma cihazları (RCD), ark hatası algılama cihazları (AFDD), yangın koruması ve tesisat doğrulama prosedürlerinin teknik analizi detaylarıyla açıklanmaktadır.
1. Giriş
Alçak gerilim (AG) elektrik tesisatlarında topraklama, insan hayatının korunmasında en temel mühendislik uygulamalarından biridir. IEC 60364 serisi uluslararası standartlar çerçevesinde topraklama sistemleri; doğrudan ve dolaylı dokunmaya karşı koruma, aşırı gerilim koruması ve sistemin kararlı çalışması için üç farklı işlevi eş zamanlı olarak yerine getirir. Topraklama sistemi, elektrikli cihazların iletken gövdelerini düşük empedanslı bir iletken aracılığıyla referans toprak potansiyeline bağlar.
Yalıtım arızası meydana geldiğinde, oluşan arıza akımı koruma cihazlarını tetikleyerek devreyi belirli bir süre içinde otomatik olarak keser ve tehlikeli dokunma gerilimlerinin oluşmasını engeller. Bu makale, topraklama şemaları ve RCD korumasının yanı sıra IEC 60364-4-42:2024 Edition 4.0 ile getirilen termal etkilere karşı koruma gereksinimlerini (yangın koruması, AFDD, iç ark hatası koruması) ve IEC 60364-6:2016 Edition 2.0 ile belirlenen doğrulama ve test prosedürlerini kapsamaktadır.
TEMEL STANDART REFERANSI: IEC 60364-4-41, dokunma gerilimi UC için güvenli sınır değerini normal koşullarda 50 V AC (DC sistemlerde 120 V) olarak belirler.
2. Temel Kavramlar: Doğrudan ve Dolaylı Dokunma
Doğrudan dokunma (Basic protection): Normalde gerilim altında olan aktif iletkenlere temas. Koruma: yalıtım, IP2X/IPXXB mahfazalar, engeller.
Dolaylı dokunma (Fault protection): Yalıtım arızası sonucu normalde gerilimsiz iletken gövdelerin gerilim altına girmesiyle oluşan temas. Koruma: topraklama + otomatik kesme.
3. Topraklama Şemaları
IEC 60364-3, AG tesisatlarında üç ana topraklama şeması tanımlar:
Harf | Konum | Anlamı |
T (terre) | 1. harf — Kaynak | Kaynağın doğrudan topraklanması |
I (isole) | 1. harf — Kaynak | Kaynağın topraktan yalıtılması |
T | 2. harf — Tesisat | İletken gövdelerin doğrudan toprağa bağlanması |
N (neutre) | 2. harf — Tesisat | Tesisat, İletken gövdelerin kaynak topraklama noktasına bağlanması |
3.1 TT Sistemi
TT sisteminde güç kaynağının nötr noktası doğrudan topraklanır; tesisat tarafındaki iletken gövdeler bağımsız bir tesisat topraklama elektroduna bağlanır. Arıza akımı iki elektrot direncinin toplamıyla sınırlanır, RCD kullanımı zorunludur.
IΔn ≤ 50 V / RA
IΔn = RCD anma artık çalışma akımı | RA = Tesisat topraklama elektrot direnci | 50 V = Güvenli dokunma gerilimi sınırı (geçici tesisler için 25 V)
RCD Hassasiyeti | Maks. RA (UL=50V) | Maks. RA (UL=25V) |
3 A | 16 Ω | 8 Ω |
1 A | 50 Ω | 25 Ω |
500 mA | 100 Ω | 50 Ω |
300 mA | 166 Ω | 83 Ω |
30 mA | 1666 Ω | 833 Ω |
3.2 TN Sistemi
TN sisteminde tüm iletken gövdeler PE iletkeni aracılığıyla doğrudan kaynağın topraklanmış nötr noktasına bağlanır. Arıza akımı metalik yoldan döner ve yüksektir; aşırı akım koruma cihazları devreyi açabilir.
TN-S: N ve PE ayrı. RCD uyumlu. EMC için en iyi. Hassas elektronik devrelerde tercih edilir.
TN-C: Birleşik PEN iletkeni. RCD kullanılamaz. PEN kesiti ≥ 10 mm² Cu / 16 mm² Al.
TN-C-S: En yaygın. Şebekede PEN, servis girişinde N ve PE olarak ayrılır. Ayırımdan sonra RCD kullanılabilir.
Uo (V AC) | TN Maks. Kesme | TT Maks. Kesme |
50 < Uo ≤ 120 | 0.8 s | 0.3 s |
120 < Uo ≤ 230 | 0.4 s | 0.2 s |
230 < Uo ≤ 400 | 0.2 s | 0.07 s |
Uo > 400 | 0.1 s | 0.04 s |
Tablo: IEC 60364-4-41’e göre azami otomatik kesme süreleri. Dağıtım devreleri: TN 5 s, TT 1 s.
3.3 IT Sistemi
IT sisteminde güç kaynağı topraktan izole edilmiştir. Birinci arızada akım çok düşüktür, sistem çalışmaya devam eder. Ameliyathaneler, veri merkezleri ve sürekli üretim hatlarında tercih edilir.
IT SİSTEMİ ZORUNLU KOŞUL: IEC 60364-4-41’e göre yalıtım izleme cihazı (IMD) zorunludur. Birinci arızada sesli/görsel alarm verilmelidir.
4. Artık Akım Koruma Cihazları (RCD)
Artık Akım Koruma sistemlerinin en önemli bileşenlerinden biri olan RCD’ler (Residual Current Device), elektrik devresine giren ve çıkan akımları sürekli olarak karşılaştırır. Bu iki akım arasında oluşan en küçük farkı dahi algılayabilen bu sistemler, kaçak akım oluştuğu anda devreyi otomatik olarak keserek olası tehlikelerin önüne geçer. Bu sayede hem elektrik tesisatının güvenliği sağlanır hem de olası yangın riskleri minimize edilir.
Artık Akım Koruma teknolojisi, özellikle insan hayatını koruma açısından kritik bir rol üstlenir. Toprağa kaçak akım oluşması veya bir kişinin aktif iletkene temas etmesi durumunda devreyi anında keserek elektrik çarpması riskini büyük ölçüde azaltır. Bu nedenle konutlardan endüstriyel tesislere kadar tüm elektrik sistemlerinde Artık Akım Koruma çözümlerinin kullanılması, güvenli ve sürdürülebilir bir enerji altyapısı için vazgeçilmezdir.
RCD Hassasiyeti | Koruma Amacı | Tipik Uygulama |
≤ 30 mA | Doğrudan dokunmaya ek koruma + dolaylı dokunma | Priz devreleri (≤ 32 A), ıslak hacimler, aydınlatma |
100-300 mA | Dolaylı dokunma + yangın koruması | Dağıtım devreleri, motor yükleri |
300 mA | Yangın koruması | Yangın riski yüksek alanlar |
IEC 60364-4-41 ZORUNLU RCD: ≤ 32 A priz devrelerinde, açık hava cihazlarında ve konut aydınlatma devrelerinde ≤ 30 mA RCD zorunludur.
RCD Tipleri:
- Tip AC: Sinüzoidal AC.
- Tip A: AC + darbeli DC.
- Tip F: Tip A + frekans dönüştürücü akımları.
- Tip B: Tüm akım biçimleri. Elektronik yüklerin yaygınlaşması ile Tip A/B kullanımı artmaktadır.
5. Termal Etkilere Karşı Koruma (IEC 60364-4-42:2024)
IEC 60364-4-42:2024 Edition 4.0, alçak gerilim tesisatlarında termal etkilerden kaynaklanan risklere karşı kapsamlı koruma gereksinimleri belirler. Bu standart, grup güvenlik yayını (GSP) statüsüne yükseltilmiş olup yangın, yanıklar ve aşırı ısınma gibi termal tehlikeleri kapsar.
5.1 Elektrikli Ekipmanın Neden Olduğu Yangına Karşı Koruma (Madde 421)
IEC 60364-4-42:2024 kapsamında, elektrikli ekipmanlardan kaynaklanabilecek risklere karşı yangına karşı koruma önlemleri büyük önem taşımaktadır. Kişiler, hayvanlar ve mülkler; elektrik kaynaklı ısı, yangın ve elektrik arkı gibi tehlikelere karşı korunmalıdır. Madde 421.1’e göre yangına karşı koruma kapsamında değerlendirilmesi gereken başlıca riskler; ısı birikimi, ısı ışıması, arıza bağlantıları, aşırı akımlar, yalıtım arızaları, paralel ve seri arklar, harmonik akımlar ile uygunsuz ekipman seçimi ve montaj hatalarıdır.
- Sabit ekipman (421.2): Yangın tehlikesi oluşturabilecek sıcaklıklara ulaşan ekipmanlar için yangına karşı koruma kapsamında; bu ekipmanların ısıya dayanıklı ve düşük ısıl iletkenliğe sahip malzemeler üzerine monte edilmesi, uygun bariyerlerle ayrılması veya güvenli mesafede konumlandırılması gerekmektedir.
- Ark ve kıvılcım üreten ekipman (421.3): Elektrik arkı ve kıvılcım riski bulunan sistemlerde yangına karşı koruma sağlamak amacıyla ekipmanlar arka dayanıklı malzemelerle tamamen kapatılmalı, arka dayanıklı bariyerlerle ayrılmalı veya güvenli montaj mesafeleri korunmalıdır.
- Yanabilir sıvı içeren ekipman (421.4): 25 litreden fazla yanıcı sıvı barındıran ekipmanlarda yangına karşı koruma önlemleri kapsamında; sıvının yayılmasını önleyici sistemler kurulmalı, alevlerin yayılması engellenmeli ve yanma sonucu oluşabilecek ürünlerin etkisi sınırlandırılmalıdır.
5.2 Yanıklara Karşı Koruma (Madde 423)
Erişilebilir mesafe içindeki elektrikli ekipman parçaları, aşağıdaki tabloda belirtilen sıcaklıkları aşmamalıdır:
Erişilebilir Parça | Malzeme | Maks. Sıcaklık (°C) |
Elle tutulan kumanda organları | Metalik | 55 |
Elle tutulan kumanda organları | Non-metalik | 65 |
Dokunulması öngörülen (el hariç) | Metalik | 70 |
Dokunulması öngörülen (el hariç) | Non-metalik | 80 |
Normal işletmede dokunulmayan | Metalik | 80 |
Normal işletmede dokunulmayan | Non-metalik | 90 |
Tablo: IEC 60364-4-42:2024, Tablo 1 — Normal işletmede erişilebilir parçaların azami sıcaklıkları.
5.3 Arıza Akımlarından Kaynaklanan Yangına Karşı Koruma (Madde 425)
IEC 60364-4-42:2024 Madde 425’e göre, IT sistemlerindeki birinci toprak arızası hariç, herhangi bir kısa devre akımı yangın riskini önlemek için 5 saniye içinde kesilmelidir.
5.4 Ciddi Yangın Sonuçları Olan Mahaller İçin Ek Koruma (Madde 426)
Madde 426, yangın sonuçlarının ağır olabileceği mahallerde (uyku alanları, yaşlı bakım tesisleri, oteller, okullar, konutlar, yüksek binalar, müzeler, tarımsal yapılar) ek koruma önlemleri gerektirir.
5.4.1 Yalıtım Arızasından Kaynaklanan Termal Etkilere Karşı Koruma (426.2)
Madde 426.4’te belirlenen mahalleri besleyen tüm devreler, yalıtım arızasının etkilerine karşı korunmalıdır:
TT, TN ve IT sistemlerinde: Rezistif yük içinde yalıtım arızası olabilecek durumlarda ≤ 30 mA RCD; diğer tüm durumlarda ≤ 300 mA RCD kurulmalıdır.
IT sistemlerinde (galvanik ayrılmış): Tüm tesisat için IMD (yalıtım izleme cihazı) kurulmalı ve birinci toprak arızası en kısa sürede giderilmelidir.
Mineral yalıtımlı kablolar (IEC 60702-1) ve kanaliz önden üretimli sistemler (IEC 61439-6) yalıtım arızasından yangın çıkarma riski taşımaz ve bu korumadan muaf tutulur.
5.4.2 Son Devre Ark Hatalarından Kaynaklanan Termal Etkilere Karşı Koruma (426.3)
Madde 426.4’te tanımlanan mahallerde, son devre ark hatalarına karşı koruma sağlanmalıdır:
Priz devreleri için: Bir veya daha fazla priz içeren son devrelerde AFDD kullanımı zorunludur (shall).
Diğer son devreler için: AFDD kullanımı tavsiye edilir (should).
AC devrelerde IEC 62606’ya uygun ark hatası algılama cihazları (AFDD), korunacak son devrenin başlangıcına yerleştirilmelidir.
AFDD KULLANILAMAYAN DEVRELER: AFDD’nin devreyi kesmesi tehlike yaratabilecek durumlarda kullanılmamalıdır: dönen makine uyarma devreleri, kaldırma mıknatıs devreleri, yangın söndürme ekipmanları (sprinkler, duman tahliye), güvenlik hizmetleri (yangın alarmı, gaz alarmı), IT sistemi içeren tıbbi alanlardaki yaşam destek ekipmanları.
5.5 Ensemble İç Ark Hatası Koruması (Madde 427)
IEC 60364-4-42:2024 Madde 427, elektrik panolarında oluşabilecek ark hatası risklerine karşı koruma gereksinimlerini ilk kez standarda dahil etmiştir. Özellikle yüksek güçlü AC sistemlerde meydana gelen ark hatası durumları; ekipman hasarı, enerji kesintisi ve ciddi iş güvenliği riskleri oluşturabileceğinden, bu tür sistemlerde ek koruma önlemleri kritik önem taşır. Bu kapsamda, anma akımı ≥ 800 A ve montaj noktasında prospektif kısa devre akımı ≥ 25 kA olan ensemble yapılar için aşağıdaki önlemlerden biri veya birkaçı uygulanmalıdır:
- a) Ensemble’ın yalnızca yetkili kişilerin (BA5) erişebileceği kapalı elektrik alanına yerleştirilmesi — bu sayede ark hatası durumunda insan teması riski minimize edilir.
- b) IEC TR 61641’e göre tasarlanmış ve test edilmiş ensemble kullanılması — bu yapılar, olası ark hatası etkilerine karşı dayanım sağlayacak şekilde geliştirilmiştir.
- c) Ensemble’ın besleme tarafında akım sınırlandırıcı aşırı akım koruma cihazları kullanılması — ark hatası sırasında oluşabilecek yüksek enerji hızlı şekilde sınırlandırılır.
- d) İç Ark Hatası Azaltma Sistemi (IAMS) kullanılması — ışık, gaz basıncı, harmonikler veya akım büyüklüğü gibi parametreler ile ark hatası anlık olarak algılanır ve sistem hızlı şekilde devreyi keser.
Ayrıca, IEC 60947-9-1 standardına uygun ark söndürme cihazları (AQD) kullanılarak ark hatası sırasında açığa çıkan enerji etkin şekilde sınırlandırılır. Bu sayede hem sistem güvenliği artırılır hem de ekipmanların zarar görmesi önemli ölçüde engellenir.
6. Topraklama Elektrotları ve Malzemeler
Çubuk (Rod) Elektrotlar:
R = ρ / L
R = topraklama direnci (Ω) | ρ = toprak özdirenç (Ω·m) | L = çubuğun gömülü uzunluğu (m)
Birden fazla çubuk kullanıldığında aralarındaki mesafe gömülü uzunluğun en az 2-3 katı olmalıdır (mesafe ≥ 4L).
Toprak Özdirenci:
Zemin Tipi | Ortalama Özdirenç (Ω·m) |
Bataklık, turbalık | 1-30 |
Alüvyonlu silt | 20-100 |
Verimli toprak | 50 |
Killi kum | 50-500 |
Silikat kum | 200-300 |
Kireçtaşı | 1000-5000 |
Granit, kumtaşı | 1500-10000 |
7. Doğrulama ve Test Prosedürleri (IEC 60364-6:2016)
IEC 60364-6:2016 Edition 2.0, elektrik tesisatlarının ilk doğrulaması (initial verification) ve periyodik doğrulaması (periodic verification) için gereksinimleri belirler. Doğrulama; gözle muayene, test/ölçüm ve raporlama aşamalarından oluşur.
7.1 İlk Doğrulama (Initial Verification) — Madde 6.4
Her tesisat, montaj sırasında ve tamamlandığında, devreye alınmadan önce doğrulanmalıdır. Doğrulama, IEC 60364 serisinin gereksinimlerinin karşılanıp karşılanmadığını belirlemek için yapılır.
Gözle Muayene (Inspection) — Madde 6.4.2
Gözle muayene, testlerden önce ve normalde enerji verilmeden yapılır. Aşağıdaki kontrolleri içerir:
- Elektrik çarpmasına karşı koruma yönteminin kontrolü (IEC 60364-4-41)
- Yangın bariyerleri ve termal etkilere karşı koruma önlemlerinin varlığı (IEC 60364-4-42)
- İletken seçimlerinin akım taşıma kapasitesine uygunluğu
- Koruma ve izleme cihazlarının seçimi, ayarı, selektivitesi
- Topraklama düzenlemeleri, koruma iletkenleri ve bağlantılarının kontrolü
- Nötr ve koruma iletkenlerinin tanımlanması, şemaların ve uyarı işaret ve bilgilerinin mevcudiyeti
Testler (Testing) — Madde 6.4.3
Testler aşağıdaki sırada yapılmalıdır:
- İletkenlerin sürekliliği (Continuity) — Koruma iletkenleri, eşpotansiyel bağlantılar ve halka son devrelerin direnç ölçümü.
- Yalıtım direnci (Insulation resistance) — Aktif iletkenler arasında ve aktif iletkenler ile koruma iletkeni arasında ölçülür.
- SELV, PELV veya elektriksel ayrımın etkinliği
- Zemin ve duvar yalıtım direnci/empedansı
- Kutupluluk testi (Polarity)
- Beslemenin otomatik kesilmesinin etkinliği
- Ek korumanın etkinliği (RCD testi)
- Faz sırası testi
- Fonksiyonel testler
- Gerilim düşümü doğrulaması
Yalıtım Direnci Gereksinimleri:
Anma Devre Gerilimi | Test Gerilimi (DC) | Min. Yalıtım Direnci |
SELV ve PELV | 250 V | 0,5 MΩ |
500 V’a kadar (FELV dahil) | 500 V | 1 MΩ |
500 V üstü | 1000 V | 1 MΩ |
Tablo: IEC 60364-6:2016, Tablo 6.1 — Minimum yalıtım direnci değerleri.
Otomatik Kesmenin Doğrulanması (6.4.3.7):
TN sistemi: Toprak arıza çevrimi empedansı (Zs) ölçümü ve koruma cihazının etkinliğinin doğrulanması. Aşırı akım cihazları için görsel kontrol; RCD’ler için IEC 61557-6’ya uygun test cihazı ile doğrulama.
TT sistemi: Tesisat topraklama elektrodu direncinin (RA) ölçümü ve RCD’nin IEC 61557-6’ya göre test edilmesi. RA ölçümü pratik değilse, dış toprak arıza çevrimi empedansı kullanılabilir.
IT sistemi: Birinci arızadaki akımın (Id) hesaplama veya ölçümle doğrulanması. Çift toprak arızası durumunda çevrim empedansı TN veya TT kuralına göre doğrulanır.
7.2 Periyodik Doğrulama (Periodic Verification) — Madde 6.5
Periyodik doğrulama, mevcut tesisatın ve tüm bileşenlerinin güvenli kullanım için yeterli durumda olup olmadığını belirler. Doğrulama sıklığı; tesisat tipi, kullanım koşulları, bakım kalitesi ve dış etkenlere göre belirlenir.
Tipik aralıklar: Genel tesisatlar için örneğin 4 yıl; konutlar için 10 yıl. Elektrik çarpması, yangın veya patlama riski yüksek alanlarda daha kısa aralıklar gerekebilir. Konut el değiştirmesinde doğrulama şiddetle tavsiye edilir.
Etkin bir önleyici bakım yönetim sistemi altındaki tesisatlar için periyodik doğrulama, yetkili kişiler tarafından yapılan sürekli izleme ve bakım rejimi ile değiştirilebilir. Uygun kayıtlar tutulmalıdır.
8. Uygulamada Yaygın Hatalar
- Topraklama direnci ile RCD hassasiyetinin eşleştirilmemesi: RA ≤ UL/IΔn formülü ile doğrulama yapılmalıdır.
- Eşpotansiyel bağlantı eksikliği: Ana ve tamamlayıcı eşpotansiyel bağlantı ihmal edildiğinde tehlikeli potansiyel farkları oluşabilir.
- TN-C sisteminde RCD kullanma girişimi: PEN iletkeninin birleşik yapısı nedeniyle TN-C bölgesinde RCD çalışmaz.
- Doğal kaçak akımların göz ardı edilmesi: Bir RCD’ye bağlı toplam doğal kaçak akım 0.5 x IΔn değerini aşmamalıdır.
- Periyodik test eksikliği: Topraklama direnci mevsimsel nemlilik, don ve korozyonla değişir. RCD test butonu düzenli çalıştırılmalıdır.
- AFDD uygulamasının göz ardı edilmesi: IEC 60364-4-42:2024 Madde 426.3, ciddi yangın sonuçları olan mahallerde son devrelerde AFDD kullanımını zorunlu/tavsiye etmektedir. Özellikle priz devrelerinde AFDD zorunludur.
- BE2 sınıfı mahallerde yetersiz koruma: Yangın riski yüksek mahallerde ekipman muhafaza koruma derecesi (IP4X/IP5X/IP6X), sıcaklık sınırları (90°C normal, 115°C arıza) ve kablo tipleri özenle seçilmelidir.
Referanslar
- IEC 60364-4-41:2005/Amd.2017 — Protection against electric shock
- IEC 60364-4-42:2024 Edition 4.0 — Protection against thermal effects
- IEC 60364-6:2016 Edition 2.0 — Verification
- IEC 60479-1 — Effects of current on human beings and livestock
- IEC 62606 — General requirements for arc fault detection devices (AFDD)
- IEC 61557 serisi — Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures
- Schneider Electric — Electrical Installation Guide 2018
Topraklama ile ilgili ilginizi çekebilecek diğer yazılarımız:
1. Topraklama ile İlgili Tanımlar ve Terimler
3. Kaçak Akım Durumunda Topraklama Ölçümünün Önemi
4. Topraklama Tipine Göre Dağıtım Şebekeleri
