ÖNSÖZ

Marmara Üniversitesi Dr. Öğr. Üyesi İsmail Bozkurt tarafından kaleme alınan teknik yazımızda, günümüzün karmaşık enerji ve elektrik altyapılarında can, mal ve cihaz güvenliğini sağlamanın en kritik mühendislik bileşeni olan Topraklama Sistemleri konusu ele alınmaktadır. Enerji üretim, iletim ve dağıtım şebekelerinden endüstriyel tesislere ve yüksek yapılara kadar geniş bir alanda karşılaşılan operasyonel riskleri, elektrik kaçaklarına karşı koruma, işletme ve fonksiyon odaklı tasarım gereksinimlerini ve yasal mevzuata uygun, sürdürülebilir ve yüksek emniyete sahip çözümlere nasıl ulaşılabileceğini net biçimde ortaya koymaktır.

TOPRAKLAMA NEDİR?

Enerji üretim, iletim ve dağıtım şebekelerinde insan hayatı ve bazı aygıtların korunması bakımından yapılan en etkili önlemlerden biri de topraklamadır. Gerilim altında olmayan bütün tesisat kısımlarının, uygun iletkenlerle toprak kitlesi içerisine yerleştirilmiş bir iletken cisme bağlanmasıdır.

Topraklama sistemi olmadan önce insanoğlu birçok kez elektrik kaçakları ile karşılaşmıştır. Bu nedenle, topraklama insan hayatını güvene alabilmek adına, yapılması ve kullanılması gerekilen bir sistemdir.

Kaçak elektriğin bir iletkenle toprağa verilmesini sağlayan basit bir sistemdir. İnsan hayatını ve cihazların kullanım ömrünü riske atmamak için elektrik kaçağı riskine karşı topraklama kesinlikle yapılmalıdır. Böylece cihazda oluşabilecek fazla elektrik yükü direnci çok az olan toprak hattı üzerinden toprağa verilecek ve cihaza dokunan kişilerin hayati tehlikesi ortadan kalkmış olacaktır.

Topraklama kanuni bir zorunluluktur, hayati tehlikesi olduğu için bir lüks değil yükümlülüktür. Fakat gerek ülkemizde gerekse dünya genelinde bu konuya çok az özen gösterilmekte, gerekli denetimler yapılmamaktadır.

Topraklama tesisi can ve mal güvenliğini sağlayarak daha güvenli ve sağlıklı bir yaşam koşulu sağlar.

TOPRAKLAMA ÇEŞİTLERİ NELERDİR?

Topraklama çeşitlerini amacına göre 3 farklı şekilde sınıflandırılabiliriz:

Koruma topraklaması
İşletme Topraklaması
Fonksiyon Topraklaması

Koruma topraklaması bir yalıtım hatasında elektrik devresinin aşırı akım koruma aygıtları ile açılmasını sağlamak için gerilim altında olmayan iletken tesis bölümlerinin topraklayıcılara ya da topraklanmış bölümlere doğrudan doğruya bağlanmasıdır.

İşletme Topraklaması aktif bölümlerin ve sıfır iletkeninin topraklanmasına işletme topraklaması denir.

Fonksiyon Topraklaması bir iletişim tesisinin veya bir işletme elemanının istenen fonksiyonu yerine getirmesi amacıyla yapılan topraklamadır. Fonksiyon topraklaması, toprağı dönüş iletkeni olarak kullanan iletişim cihazlarının işletme akımlarını da taşır. İşletme elemanının istenen fonksiyonu yerine getirebilmesi amacıyla yapılan topraklamadır. Yıldırım etkilerine karşı koruma, raylı sistem topraklaması, zayıf akım cihazlarının topraklaması, telsiz haberleşme sistemleri bunlara örnek gösterilebilir.

Topraklama elemanları Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından yayınlanan “Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği” ne uygun olarak şerit, profil (köşebent), levha ve örgülü iletken topraklama elemanları üretilmektedir.

Topraklama elektrodu: Toprağa gömülü ve toprakla iletken bir bağlantısı olan veya beton içine gömülü, geniş yüzeyli bağlantısı olan iletken parçalarıdır.

Topraklayıcı olarak,

Şerit veya örgülü iletken topraklayıcı
Çubuk topraklayıcı
Levha topraklayıcı
Profil (Köşebent) topraklayıcı

kullanılır.

TOPRAKLAMA DİRENCİ

Özellikle insanların ve hayvanların bulunduğu alanlarda toprağa geçiş direncinin mümkün olduğunca küçük tutulması önemli ve hayatidir. Topraklama Direnci (toprak direnci) toprağın elektrik akımını geçirebilmesi sırasında gösterdiği tepkidir. Toprak aslında bakır gibi normal iletkenlere göre daha zayıf bir iletkendir. Ancak akım için alan yeteri kadar büyükse, direnç düşük olup toprak iyi bir iletken haline gelebilir. İletkenin Toprağa karşı direnci test cihazı (toprak megeri) ile ölçülür.

Uçakta, helikopterlerde, otomobil ve gemilerde topraklama da DC güç kaynağından, yük elemanlarına yalnızca bir hat uzatılır ve dönüş hattı olarak, aracın metal gövdesi kullanılır. Bunun için, güç kaynağının kutuplarından birini yüke, yükün diğer ucuyla güç kaynağının serbest kalan kutbunu da metal gövdeye bağlamak yeterlidir. “Topraklama” ucu diye, metal gövdeye bağlanan uca denir ve bu aslında toprakla ilgisi olmayan “hayali” bir topraklamadır.

YÜKSEK YAPILARDA TOPRAKLAMA

Yüksek yapılarda topraklama sistemi, elektriksel altyapının en önemli unsurlarından biridir ve yürütülecek işlerin güvenliğini doğrudan etkiler. Topraklama sistemi, kısa süreli arıza akımları, durağan akımları ve bunları kaynağa ya da toprağa geri taşıyan yüksek frekanslı gürültü akımlarını karşılayabilmeli ve gürültü akımları için gerilim düşmesini sıfıra yakın tutarak hata akımlarının da tehlike yaratmasını önlemelidir. Aynı zamanda topraklama sistemindeki yıldırım etkilerine karşı da insanları ve aygıtları koruyabilmelidir.

Yüksek yapılarda tesisin kullanıma açılması ve aygıtların topraklama sistemine bağlanması ile birlikte problemler de ortaya çıkmaya başlar. Toprağın temizlik düzeyi, yakınında bulunan diğer topraklama sistemlerinin ve bundan daha fazla olarak da tesisatın kendisine ait aygıtların yaratacağı etkilere bağlıdır.

Örneğin A.G. şebekelerinden biri olan TN-C sisteminde üçüncü harmonikler içinde olmak üzere nötr ve toprak akımları, tesisatın nötr iletkenlerinde, koruyucu iletkenlerde ve metal bağlantılarda birbirine karışmaktadır. Ortak bağlantı noktasının besleme tarafında TN-C sistemleri ile bağlantılı olsalar dahi yüksek yapılarda tüm elektrik tesisatlarında TN-S sistem kullanılmalıdır. Tek bir toprak-nötr bağının var olması son derece önemlidir.

SONUÇ

Topraklama sayesinde olası bir hata akımı direkt olarak toprağa akar. Ancak herhangi bir topraklama yapılmadığı takdirde hata akımı doğrudan arızalanan cihaza dokunan kişilere geçer.

Topraklama uygun şekilde yapılmadığında ise cihaz ve makinelerin arızalanması riskinin yanı sıra elektrik çarpması tehlikesi de artar. Bunlara ek olarak ekipmanlar hata verebilir, istenmeyen gerilim ve akım değişiklikleri yaşanabilir veya güç faktörü sorunları görülebilir.

Topraklama sistemi, hata akımını bir iletken yardımıyla toprağa iletir. İyi bir topraklama sistemi sadece güvenliği sağlamaz aynı zamanda hem topraklama tesisinin hem de ekipmanların görebileceği hasarlar ile yangınların da engellenmesine yardımcı olur. Doğru yapılmış bir topraklama sistemi ile kaçak akımların toprağa güvenli bir şekilde iletilmesi sağlanır.

Kaynaklar:

1. Elk.Müh. Ahmet Becerik Yüksek Yapılar’da Elektrik Mühendisliği-IX “Topraklama ve Elektromanyetik Uyum (EMC)”
2. ANASIZ Kadir, Elektrik Ölçü Aletleri ve Elektriksel Ölçmeler
3. “Elektrik Güç Tesisleri Yönetmeliği”
4. Nacar Mahmut, Elektrik şebeke ve Tesisleri, Color Ofset Matbaacılık, İskenderun