Y.G. Sistemlerinde Yıldız Noktası Topraklaması

Özellikle 154 kV veya 35 kV Y.G.' den enerji alan ve kendisine ait birY.G. dağıtım tesisatı bulunan sanayi tesislerinde, yıldız noktasınıntoprağa göre durumu önemli bir konudur.

Yıldız noktası için dağıtım sistemlerinde dört çözüm kullanılmaktadır:

Yıldız noktası yalıtılmış şebekeler.

Toprak teması kompanze edilmiş(dengelenmiş )şebekeler.

Yıldız noktası değeri düşük bir empedans (direnç) üzerinden topraklanmış şebekeler.

Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası, değeri düşük bir empedans üzerinden topraklanmış şebekeler.

1. Yıldız noktası yalıtılmış şebekeler



İzole yıldız noktası kullanmak en kolay ve ekonomik yoldur. Çünkü ilaveyatırım gerektirmez. (Hata akımı kompanzasyonu ve topraklama sistemigibi...) Toprak hatası durumunda elektrik cihazları ve oluşansistemlerin kontrolünün yedekleme (redundance) ihtiyacı yoktur. Paralelgiden kontrol ve haberleşme kabloları ile etkileşim ihtimali düşüktür.

Ama yine de yalıtılmış yıldız noktası, sanayi tesislerindekiuygulamalarda, sadece küçük kapasitif toprak hata akımları (ICE) içingeçerlidir.

Uygulama sınırlarının en önemlisi, toprak hatası arklarının bastırılması ile ilgilidir.

ICE < 10 A olan toprak hataları için, kablolu ve yalıtılmışyıldız uygulamalarına, ilave tedbirler almadan izin verilmesi tavsiyeedilmez. Çünkü bu durumda ardışık toprak hataları tehlikesi vardır.Ardışık toprak hataları sisteme tehlikeli aşırı gerilimler sürerler vebaşka hatalara neden olurlar. 10 A < ICE < 35 Aaralığındaki kapasitif toprak hatalarında ise toprak hatası arkları çokdaha durağandır ve kendi kendisini bastırabilmektedir.

ICE >= 35 A olduğunda ise arkı bastırma özelliği ve güvenlidurum ortadan kalkar. Kablolu sistemlerde, arklar yüzünden yalıtımmalzemesinin tahrip olmasına engel olmak için hata akımlarının (ICE< 35 A) 35 A' den büyük olmaması gereklidir. Bunu aşandeğerlerde, iki ya da üç faz kısa devre ihtimali doğabilir. Bu nedenlede kapasitif toprak hata akımlarının ICE <= 20 A ilesınırlandırılması gereklidir.

Bu limitlerin aşıldığı kablolu dağıtım sistemlerinde, yalıtılmış yıldızuygulanacaksa çok hızlı çalışan hata yeri koruma cihazları, çok hassasgeçici toprak arıza röleleri kullanılması gerekecektir.

2. Toprak teması kompanze edilmiş (dengelenmiş )şebekeler



Toprak teması kompanze edilmiş (dengelenmiş )şebekelerin yıldız noktasıtopraklaması, sanayi tesislerinde en çok kullanılan yöntemdir.

Bu yöntemde asıl amaç toprak hata akımı oluştuğunda beslemeyi kesmedendevrenin çalışmasına devam edebilmesidir. Bunun için kapasitif toprakhata akımı yıldız noktasına uygulanan bir bobin ile kompanze edilir.Geriye çok küçük bir artık akım kalır. Hata yerinden bu Ir artık akımıakar. Bu artık akım için şu eşitlik verilebilir:

ICE : Kapasitif toprak hata akımı
IL : İndüktif bobin (reaktör) akımı
Irw : Etkin artık akım
Irv : Artık akımın harmonik bileşeni (v sırasındaki harmonik için)

v = 0 için ICE = IL yapıldığında, bir kablolu dağıtım sistemindeki artık akım için
Ir (v=0) = 0.08 x ICE eşitliliği kullanılabilir.

Bu yöntemde, yalıtılmış yıldız noktası yönteminin tersine, fasılalı toprak hataları oluşmaz.
Toprak hata arkının bastırılmasından sonra oluşan gerilim tekrar ark meydana gelmesine yol açmaz.
Kendi kendini bastıramayan toprak hata arkları için DIN VDE 0105 'de belirtilen uygun önlemler alınarak hata yeri bulunabilir.
Oldukça küçük toprak hata akımları meydana geleceğinden, hata yerini belirlemek için çok zaman kazanılmış olacaktır.

Bu sistemde, toprak hatasını belirlemek üzere yüksek hassasiyette transient hata röleleri tavsiye edilir.
Ayrıca, kesin hata yeri için dijital zamana bağımlı aşırı akım koruma cihazları kullanılmalıdır.
Bunun için toprak hata akımı ve artık gerilimin ölçülmesi için hassas transducer' ler gereklidir.


3. Yıldız noktası değeri düşük bir empedans (direnç) üzerinden topraklanmış şebekeler



Bu yöntemde amaç, tek fazlı toprak hatalarında faz kısa devrelerinde olduğu gibi beslemeyi selektif olarak kesmektir.

Bu yöntemle ilgili olarak aşağıdaki önlemlerin alınması gereklidir.

Toprak hata akımı yüzünden besleme kesileceği için prosesle ilgiliyedek makine, yedek besleme veya yedek besleme hattı önlemlerialınmalıdır.

Her toprak hatası koruma cihazları tarafından izleneceğinden aşırı akımve diferansiyel koruma için üç fazın da akım trafosu ile donatılmasıgerekecektir. Sabit zamanlı (I&gtaşırı akım rölelerinde, hata akımı değerinin akım trafosu nominaldeğerini aşması gerekmektedir. Bu durumda min. hata akımı 300 A veya400 A değerlerini geçmesi gereklidir.

Genel olarak yüksek dirençli toprak hataları akımın yükselmesine engelolduğu için sıfır akımla çalışan koruma cihazları tavsiye edilmektedir.Bunu sağlamak için kablo tipi akım trafoları gerekli olmaktadır.

Ayrıca düşük empedanslı yıldız toprağı olan sistemlerde, dijital aşırıakım röleleri ile akım trafosunun nominal akımının % 10' useviyelerindeki akımlarla bile açma işlemi sağlanabilmektedir.

Dağıtım sistemindeki dijital koruma cihazlarını tam anlamıyla selektifkullanabilmek için simülasyon programı ile hesaplama yapmak gerekebilir.

Bu yöntemdeki akım değerleri diğerlerinden büyük olduğu için cangüvenliği yönünden trafo ve tesislerdeki temas gerilimlerinindeğerlendirilmesi de önem taşımaktadır.

Toprak hata akımlarının sınırlandırılması, bu yöntemde direnç ilesağlanmaktadır. ICE akımlarının hata akımı üzerindeki etkisi hayliazdır. Sınırlama reaktans ile yapıldığında bir fazlı toprak hataakımlarının ICE değerinden hayli büyük tutulması gerekir ki güvenli birçalışma limiti üzerinde kalınabilsin.
Sanayi tesislerindeki etkileşim, topraklama problemleri, yüksek gerilimmotorlarının tahrip olması nedeniyle I"k(l)>>ICE şartınısağlamak da mümkün olmamaktadır.

Yıldız noktası direnç değeri t= 5 ... 10 s aralığındaki yüklenmeleriçin hesaplanmaktadır. Hesaplanan direnç değerinin bu süre içindeoluşan toprak hata akımı ısıl yüklerine dayanacak seviyede olmasıgereklidir.

Yüksek gerilim motorları kullanılan orta gerilim tesislerinde, düşükempedanslı yıldız topraklaması tercih edilmesi durumunda, bir fazlıtoprak hata akımlarının 200 A' e sınırlandırılması önerilmektedir. Aksihalde yüksek gerilim motorlarında stator sargılarının yanması , rotorçekirdeğinin tahrip olması söz konusu olabilmektedir.

Yukarıda belirtilen hususlar göz önüne alınır ve ilgili şartlarsağlanırsa sanayi tesislerinde düşük empedanslı yıldız topraklamasıuygulanabilir.

Ülkemizde YG/OG trafolarının nötr topraklama direnci uygulaması ileilgili dengesiz beslemedeki röle koordinasyonu ve seçiciliktekarşılaşılan olumsuzluklar nedeniyle bu konudaki ilgili kurumlarca ;toprak akımını sınırlamak amacıyla nötr topraklama direnç değerinin1000 A (20 Ohm) 5sn. olması kararlaştırılmış olup uygulamalar buşekilde yapılmaktadır.

Ancak bu durumda toprak hataları oluştuğunda potansiyel sürüklenmesi veyüksek gerilim motorlarının tahrip olması riski vardır.Konunun ilgilikurum ve kuruluşlarca oluşturulacak bir çalışma grubunca incelenerek,enkısa zamanda çözüm önerileri getirilmesinin gerekli olduğunudüşünmekteyiz.

4. Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası,değeri düşük bir empedans üzerinden topraklanmış şebekeler



Bu yöntem toprak teması kompanze edilmiş ( dengelenmiş )şebekeler veyıldız noktası değeri düşük bir empedans ( direnç ) üzerindentopraklanmış şebekeler yöntemlerinin karmasıdır. Bir fazlı toprakhatası olduğunda önce rezonans devresi fonksiyonel olacaktır.

Toprak hatası akımları, kendi kendini bastıramayan arklar oluşturursaresimde görülen şalterin kapatılmasıyla düşük empedanslı yıldızmodeline dönüştürülür ve otomatik açma gerçekleştirilir. Direncindevreye girişi manuel veya otomatik olabilir.

TOPRAKLAMA
Toprak sonsuz büyüklükte iletken bir kitledir ve bütün elektrik tesislerinin bulunduğu binaları veya açık hava tesislerini sinesinde taşır. Arızasız bir şebeke işletmesinde toprak üzerinden önemsiz derecede küçük akımlar geçerler. Eğer elektrik tesislerinde bir motor isteyerek veya bir hata sonucunda toprak bir iletkenin bağlantı haline gelirse tesisin bu noktası ile toprak aynı potansiyeli alırlar. Bundan başka simetrik olmayan şebeke hatalarında toprak üzerinden büyük akımların geçmesi beklenebilir. Topraktan geçen akımın bir kısmı arıza yerinde bulanan bir kimsenin üzerinden geçerse , bunun hayatı tehlikeye girebilir.Topraktan geçen kaçak akımlar ayrıca yangına da sebep olabilirler. Toprağın kendi direnci ,0,05 ohmkm gibi gayet küçük bir değerdedir. Fakat toprak üzerinden geçen akımın değerini tayin eden devre direnci,toprak ile temas haline gelen noktalardaki geçiş veya yayılma direncidir. Bazı hallerde bu temas , bir izolasyon hatası sonucunda tesadüfi olarak meydana gelir.Bazı hallerde ise,özel olarak toprağa yerleştirilen bir topraklayıcı elektrot üzerinden toprak ile temas sağlanır: buna topraklama denir.bunlarda aranan en önemli özellik , toprak geçiş (veya yayılma) direncinin mümkün olduğu kadar küçük olmasıdır.Toprak üzerinden geçen hata akımın değeri , ayrıca şebekenin yıldız noktasının durumuna bağlıdır.Mesela yıldız noktası yalıtılmış şebekelerde bir toprak teması halinde , şebekenin cinsine ve büyüklüğüne bağlı olarak 50-100 A mertebesinde bir kapasitif akım geçer.Toprak teması akımı , yıldız noktasına bağlı bir petersen bobini üzerinden yaklaşık olarak 5-10 A gibi bir aktif artık akım geçer.Yıldız noktası direkt topraklanmış bir şebekede ise bir toprak kısa devresi akımı 1kA kadardır. Elektrik şebekelerinde topraklama tesisleri , bir arıza halinde kısa devre akımlarının insan hayatını tehlikeye sokmayacak yoldan geçmelerini sağlar. Bu bakımdan ,güvenilir bir topraklamanın elde edilmesi için bunun iyi hesaplanması ve şartlara uygun bir şekilde tesis edilmesi gerekir. Topraklamanın hesaplanmasında , tesisin geriliminden ziyade toprak hatalarında geçen akımlar rol oynarlar.Topraklama tesisinin hesaplanmasında şu işlemlerin yapılmaları gerekir:
1) Muhtemelolan en büyük hata akımının hesaplanması,
2) En büyük toprak akımının tayini,
3) Yayılma direncinin hesaplanması,
4) Topraklayıcı geriliminin tayini
5) Temas ve adım gerilimlerinin bulunması.

Topraklama tesislerinde büyük hayati önemi haiz olan temas ve adım gerilimleri , üç boyutlu bir akım alanının kısımları olduklarından, bir topraklama tesisinin hesaplanması , elektrotekniğin zor problemleri arsındadır. Ayrıca toprağın özgül direncinin tayinindeki güvensizlik yüzünden , yapılan hesaplar sonucun da güvenilir değerlerin bulunması mümkün olmaz.
Aşağıda açıklanacağı gibi , tesislerde kullanılan en önemli topraklamalar.

-koruma topraklaması,
-işletme topraklaması ve
-yıldırım topraklamasıdır.

Koruma Topraklaması
Yüksek gerilim tesislerinde insanları yüksek temas gerilimine karşı korumak için bir koruma topraklaması yapılır. Bunun için işletme akım devresine ait olmayan , fakat bir hata halinde gerilim altında kalabilen ve insanların temas edebilecekleri bütün cihazların ve tesis elemanlarının madeni kısımları , topraklama iletkeni üzerinden bir topraklayıcıya bağlanırlar.
Alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı koruma sağlamak için uygulanan çeşitli metotlar arasında koruma topraklaması da vardır:fakat bunun çok iyi bir metot olmadığı ve çeşitli sakıncalarının olduğu açıklanmıştır. Buna karşılık yüksek gerilim tesislerinde tehlikeli temas ve adım gerilimlerine karşı koruma sağlamak için yegana koruma metodu koruma topraklamasıdır.Koruma topraklaması tesisin boyutlandırılması bakımından ana kriter ’’ temas gerilimi’’ olduğundan Alman VDE yönetmeliklerine göre topraklama tesisleri o şekilde yapılmış olmalıdır ki,

1-) Yıldız noktası yatılmış veya kompanzasyon bobini üzerinden topraklanmış şebekelerde temel gerilimi 65 V’un üstüne çıkmamalıdır.
2-) Yıldız noktası sürekli veya geçici olarak küçük değerli bir direnç üzerinden topraklanan şebekelerde temas gerilimi şekilde verilen eğrideki değerlerin üzerine çıkmamalıdır.
Bu eğrinin her noktası için elektrik miktarının Q= 70mAs değerini aşmaması şartı yerine getirilmiştir. Zira , yapılan araştırmalara göre , ölümle sonuçlanan elektrik kazalarında bu elektrik miktarı tespit edilmediğinden , bu değer bir kriter olarak geçerlidir. Burada vücut direnci için en düşük değer olarak 1000ohm kabul edilmiştir.

İşletme Topraklaması Elektrik tesislerinde işletme akım devresine ait bir noktanın topraklanmasınaişletme topraklaması denir:cihazların ve tesislerin normal işletmeleri için butopraklama gerekir. İşletme topraklaması iki cinstir. Direkt Topraklama
Bu durumda topraklama üzerinde topraklama empedansından başka hiç bir direnç bulunmaz.Mesela şebekenin yıldız noktasının direkt topraklanması , bu cins topraklamadır.
Endirekt Topraklama
Bu durumda topraklama , ilave bir ohmik, endüktif ve kapasitif direnç üzerinden yapılır.İşletme topraklaması , işletme akım devresinin toprağa karşı potansiyelinin belirli bir değerdebulundurulmasını sağlar.
Koruma topraklaması üzerinden yalnız bir hata halinde bir akım geçtiği halde , işletme topraklaması üzerinden arızasız durumda dahi bir akım geçebilir.Hem alçak gerilim ve hem de yüksek derilimtesislerinde yıldız noktasının topraklaması , bir işletme topraklanmasıdır. İşletme topraklaması , fonksiyon bakımından koruma topraklaması ile yakından ilgilidir.Mesela bir fazlı toprak temasında hata akımı , devresini işletme topraklaması üzerinden tamamlayarak arıza , bir fazlı kısa devreye dönüşmektedir. Alçak gerilim tesislerini besleyen akım kaynaklarının yıldız noktaları genellikle bir İşletme topraklaması üzerinden topraklanır. Bunun toplam direncinin Ro küçük veya =2ohm olması arzu edilir.Zira bir faz toprak kısa devresinde Ro direnci üzerinden koruma hattının ve buna bağlı cisimlerin toprağa karşı gerilimi yükselir.Topraklama ve yıldırımdan korunmak içinalınan önlemler genel olarak TV verici ve aktarıcı istasyonlarının tesisi sırasındaikinci derece de önemsenen hususlar içinde yer alır. Ancak, istasyonlarınbulunduğu coğrafik koşullar ve enerji şartları nedeniyle topraklama hatasındanve yıldırımdan meydana gelen etkiler milyarlarca değerindeki tesis ve cihazlarabüyük zararlar verir. Yaptığı tahribatın büyüklüğü ile doğru orantılı uzunsüreli yayın kesintilerine maruz kalınır.
Yıldırım Topraklaması
Elektrik tesislerinde yıldırıma karşı korumak için , parafudurların topraklama uçları ile açık hava tesislerinde yıldırımın düşmesi ihtimaliolan bütün madeni kısımlar,mesela hava hatlarının koruma iletkenleri ,madeniveya beton direkler özel bir topraklayıcı üzerinden topraklanır:buna yıldırımtopraklaması adı verilir.Yıldırım topraklaması da bir nevi koruma topraklamasıdır ve onun için iki topraklama biri birine bağlanır.Yıldırım topraklamasınınamacı ,her elektrik tesislerine düşen bir yıldırım düşmesinin sebep olduğuaşırı gerilim gerilim dalgasının isletme araçlarına zarar vermeden toprağa iletilmesi ve hem de binalara düşen yıldırımın,insan hayatına zararvermeden ve bir yangına sebep olmadan toprağa atılarak zararsız halegetirilmesidir.
Tarih boyunca yıldırımdan anlaşıldığı kadarıyla,yıldırımdan korunma sistemleri de o oranda gelişmiştir. Yıldırım üzerine ilkteoriler 17. Yüzyılda tespit edilmeye başlanmıştır. Descartes adındaki bilimadamı bulutların çarpışmasından sıkışan havanın ışık ve ısı etkisi meydanagetirdiğini ve ısının gürültüye neden olduğunu söyleyerek yıldırımla ilgili ilkteoriyi ortaya atmıştır. 18. Yüzyılın ortalarında Rahip Nollet Denel fizikdersleri adlı kitabında elektrikle yıldırımın ilgisini anlatmıştır. Bu tarihtensonra fizikçi Jallbert, yıldırım olayı ile sivri uçların ilgisini dilegetirmiştir. Yine aynı yıllarda Romans, yıldırım olayının bir elektriksel olayolduğunu söyleyerek yıldırım olayında elektrikten bahsediyordu.Franklın 1725yılında balon deneyi yaparak bulutların elektrik yüklü olduğunu ispatlamıştır.Daha sonra yıldırım konusundaki gelişmeler 1929 yılında İngiliz doktor Simsonve Fransız Mathias tarafından yapılan açıklamalarla devam etmiştir. Yıldırımınmeydana gelişimi yapılan gözlemler ve incelemeler sonunda dört şekilde olduğunuortaya koymaktadır.
(-) inişli
(-) çıkışlı
(+) inişli
(+) çıkışlı
Bunlardan en fazla görüleni (-) inişli olanıdır.
Yıldırım, bulut ile yer arasındakielektrik yüklerinin hızlı deşarj olma olayıdır.
Havada asılı bulunan elektrik yüklü bulutlarda hava iyi bir iletken olmadığıiçin yaklaşık 10 milyon voltluk gerilim oluşturur. Bu bulutların şarj olmasıanında fırtına bulutunun tabanı yere yakın olan kısmı negatif yükle yüklenir.Bu arada yer pozitif yükle yüklenir. Bazı durumlarda bunun terside mümkündür.Sonuç olarak yüklenme işlemi bulut boyutunda yerde de oluşur.
Fırtınanın artmasıyla bulutlardaki negatif ve yerdeki pozitif yük ayrışmasıdevam eder. Fırtına şiddetlendikçe bulutla yer arasında bulunan yalıtkan havailetken hale geçmeye başlar ve bulutla yer arasındaki potansiyel farkı daarttıkça havayı delmesi kolaylaşır. Havanın delinmesiyle buluttaki yüksekvoltaj toprağa deşarj olur. Bu deşarjlarda 2000 ile 200 000 amper arası akımakmaktadır. Atmosferik olaylarda bulutla bulut arasında voltaj boşalmasınaşimşek, bulutla yer arasındaki voltaj boşalmasına yıldırım denilir.
Yıldırımın oluşması, bir bulutun altkısmındaki enerjinin yeterli seviyeye geldiği zaman (10kv/cm2) toprağa doğrubir elektron demeti olarak harekete geçmesidir. Birinci demet 10 ile 50metrelik mesafeyi 60 – 50 000 km/sn arasındaki hızla kat eder. 30 ile 100mikron saniye süren bir aradan sonra ikinci bir deşarj birinci deşarjın yolunuizler ve birinciden 30 ile 50 metre arası daha ileri gider. Daha sonra üçüncü deşarjardından dördüncü deşarj meydana gelir. Her bir deşarj öncekinden 30 ile 50 metre ileri giderekşimşeğin ucunun yeryüzüne yaklaşmasını sağlar. Bu arada yeryüzü ile bulutarasındaki potansiyel farkı gittikçe artar ve havanın delinmesi sonundayeryüzünde bulunana sivri bir uç, bina, ağaç veya kule gibi bir noktaya pozitifyüklü bir demet deşarj olur ve bunun boyu 150 metreyi geçebilir. Bu deşarjesnasında 200 000 Ampere kadar çıkan akım 100 milyon voltluk bir gerilim iletoprağa akar. Bu akıma deşarj akımı denilir. Bu akım saniyenin milyonda birimertebesinde aralıklarla art arda gerçekleşmesiyle tamamlanır.
Elektrostatik yük; Elektrik yüklü bulutun altında kalan yer yüzünün üstündeki tümteçhizatlar elektrostatik alana maruz kalırlar. Bu elektrostatik alan yerküreden yüksekliğe bağlı olarak değişmektedir. Örneğin topraktan 10 m yükseklikte bulunan ENHattı fırtına sırasında toprağa göre 100 ile 300 KV arası fazla gerilime sahipolur. Deşarj esnasında bu yükün toprağa akması gerekmektedir.
Toprak akımı; Yıldırımın hemen ardından yıldırım akımı sonucu toprakakımları oluşur. Bulutun kapsadığı toprak alanından yıldırımın düştüğü noktayadoğru akım akamaya başlar. Bu bölgede bulunan herhangi bir iletken bu akım içintopraktan daha kolay iletim sağladığından akım bu iletkenden geçmeye başlar vebu akıma toprak akımı denilir. Bu boşalma işlemi çok hızlı olduğundan (20 mikrosaniye) bu metaller üzerinde indüklenen gerilimler çok yüksek olmaktadır.

Yıldırımdan korunma dört ayrı şekildeyapılmaktadır.
1. Franklın çubuk paratoneri ile korunma; Butür korunma sisteminde aşağıdaki malzemeler kullanılmaktadır.
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/tedas/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]
Yakalama çubuğu,
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/tedas/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]
İniş iletkeni,
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/tedas/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]
Topraklama tesisatı,
2. Faraday kafesi ile koruma; Bu tür korumasisteminde de Franklın çubuk sistemindeki gibi sistemler kullanılmaktadır.
3. Radyoaktif paratoner ile korunma;
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/tedas/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]
Radyoaktif paratoner ünitesi,
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/tedas/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]
Radyoaktif paratoner iniş iletkeni,
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/tedas/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif[/IMG]
Radyoaktif paratoner topraklama tesisatı, sistemleri kullanılmaktadır.
4. Yıldırımın düşmesini engellemek.
Franklın çubuklu paratonerle koruma;
Bu tür korumada sivri ucun oluşturduğu yakalama metodu kullanılır.Sivri uç, iniş iletkeni ile topraklama levhasına en kısa ve düz olarakindirerek irtibatlandırır.
Franklın yakalama ucu;Çelik uçlu krom nikelkaplı ve pirinç üstü krom nikel kaplı olarak üretilmektedir. Zamanla havadakiatmosferik olaylardan etkilenmemesi için bunlardan pirinç olanı tercihedilmelidir. Franklın çubukları 20,40,50,60cm lik boylarda üretilmektedirler.
İniş iletkeni; Radyoaktif paratoner ve Franklın çubukluparatonerlerde iniş iletkenleri aynıdır. Yıldırımın oluşturduğu yüksek amperli(200 000 Aakımınakması halinde iletken teline herhangi bir zarara uğramaması gerekmektedir.İniş iletkeni ile paratonerle topraklama arasını en kısa yoldan birbirineirtibatlandırmak gerekmektedir.
İniş iletkenleri 50mm2 som bakır ve döşeneceği zeminden 5cm açıkta olacakşekilde olmalıdır. Bakır iletkende ek yapmak gerekirse ekleri gümüş veya termokaynağı ile yapmak gerekmektedir. İniş iletkeni mümkün olduğu kadar en kısayoldan ve 90 dereceden büyük kavislerin olmamasına dikkat edilerekçekilmektedir. Ayrıca bir metre mesafe içinde iki veya daha fazla köşelerinolmamasına dikkat edilmelidir.
Topraklama tesisatı; Franklın çubuklu paratoner. Faraday kafeslikoruma ve radyoaktif paratoner de topraklama tesisatı aynı kullanılmaktadır.Topraklama tesisatı çubuk veya düz levha bakırdan yapılmaktadır. Topraklamadirenci maksimum 5 ohm olmalıdır. Topraklama direnci 5 ohmdan büyük olursa sistemetopraklama çubuğu veya levhası eklenerek direncin limitler içinde olmasısağlanır. Topraklama çubukları veya levhalarının gömüleceği toprağın dünyanıntoprağı ile bağlantısı olması gerekmektedir. İniş iletkeni topraklamaçubuklarına gümüş kaynağı ile yapılmalıdır. Ayrıca çubuk sayısı birden fazlaise çubuklar arasındaki mesafelerin 5m den daha az olmamasına ve aradakibağlantı iletkeninin 50mm2 saf bakırdan olmasına dikkat edilmelidir.
Bu koruma tipi radyoaktif paratonerlerden önce kullanılmakta ise de yüksekyerlerdeki istasyon veya yerleşim yerlerinde radyoaktif paratonerle birliktekullanılmaktadır. Faraday kafesli korumda istasyon binasının çatısının üzerineve istasyonun kulesine muhtelif aralıklarla franklın çubukları cerleştirilerekiniş iletkenleri ile topraklama çubuklarına irtibatlandırılır. Şekil 1 degörüldüğü gibi.
Yakalama uçları;Yakalama uçları olarak franklın çubuklarıkullanılmaktadır. Binanın çatısına bu çubuklar dik olarak çatıyı kaplayacakşekilde aralıklarla dik olarak yerleştirilir ve topraklama iletkenleri ilebirbirlerine irtibatlandırılırlar.
İniş tesisatı; Dik olarak binanın çatısına yerleştirilenfranklın çubukları 50mm2 lik saf bakırla ve tüm binayı kafes gibi saracakşekilde üstten, yanlardan ve toprak altından saracak şekilde tesis edilmelidir.Bakır iletkenler kroşelerle döşenmeli ve hiçbir noktadan binaya değmemelidir.

Radyoaktif paratoner ile korunma franklın çubuklu korunmaya benzemektedir. Aradaki tek farkı yakalama ucu olarak radyoaktif malzemeden yapılmış paratoner ünitesi kullanılmaktadır. Bununda yıldırımı yakalama yeteneği daha fazladır.
Radyoaktif paratoner ünitesi; Radyoaktif paratonerdeki amaç fırtınalı havalarda bulutlarda biriken elektrik yüklerinin insanlara, tesislere ve yapılara zarar vermeden olabilecek yüksek gerilimleri oluşturulan iyonize kanallarla toprağa vermektir.
Radyoaktif paratonerler sivri bir ucun yaydığı iyonlara ek olarak radyoaktif maddenin oluşturduğu yüksek iyonlar sayesinde iyonize kanallar oluşturmaktadır. Yakalama ucunun toz ve yabancı maddeleri üzerinde bulundurmaması ve paratonerin alt kısımlarına iyon yaymaması istenmektedir.


Radyoaktif paratoner koruma yapacağı alanın en yüksek ve orta yerinekonmalıdır. Ayrıca en yüksek noktadan 1.5m yükseğe tesis edilmelidir.Topraklama kazıklarının birbirine olan mesafeleri boylarının 1.5 katından dahaküçük olmamalıdır çünkü çubuklar boyları kadar küresel bir alanda toprağadeşarj yapmaktadırlar.

Yıldırımın düşmesini engellemek;
Geleneksel yıldırımdan korunma metotlarının yeterli olmadığı TV ve radyo verici tesislerinde daha kompleks bir koruma gerekmektedir. Özellikle yüksek yapıların ve kulelerin yıldırımı daha çok çektiği düşünüldüğünde ,bu tür bina ve kuleler normalde düşmeyecek olan yıldırımları tetikleyerek düşmesine neden olurlar. Dağlık bölgelerdeki kuleler ve binalar yıldırımı daha fazla çekerler. Yıldırım bulutlardaki yüksek potansiyellin toprağa boşalması işlemidir. Bu işlemin yavaş, yavaş ve sürekli olarak yapılması halinde bulutlardaki potansiyel azalacağından o bölgeye yıldırımın düşmesi engellenmiş olacaktır.
Enerji nakilhatlarının yıldırımdan korunması;
E.N.Hattının enerji taşıyan tellerinin ve direklerin tepesinden geçecekşekilde yıldırımdan koruma iletkeni olmalıdır.
E.N Hattındaki direklerden birine yıldırım düştüğünde direğin ortalamadirencinin 50 ohm olduğunu varsayarsak direk üzerinde düşen gerilim yaklaşıkolarak 800 KV olur. Direk üzerinde oluşan bu gerilimden faz hattınaizolatörlerden atlama meydana gelir. Atlayan bu gerilimde enerjinin beslediğisistemlere zarar verir. Buradan da anlaşılacağı gibi E.N. Hattınıntopraklamalarının iyi yapılarak topraklama direncinin küçük olmasısağlanmalıdır. Bu direncin maksimum 10 ohm olması gerekir. E.N. Hatlarıdireklerinin topraklama dirençlerinin 10 ohm olması durumunda direk üzerindeoluşabilecek yaklaşık gerilim 475 KV mertebesindedir.
E.N.Hatlarında genel olarak yıldırıma karşı koruyucu olarak iki yöntem uygulanır.
Paralel koruyucu yöntemi; Bu yöntemde faz ile toprakarasına yüksek gerilimi kısa devre yapacak malzemeler konulur. Bunlar paralelbağlanmış gaz tüplerinden, metal oksit varistörlerden oluşmaktadırlar. Bu tür korumayöntemiyle yüzde yüzlük koruma sağlanamamaktadır, ancak bunların hatlara tesisedilmesi kolay olduğundan ve fiyatlarının ucuz olması nedeniyle sık olarakkullanılmaktadır.
Seri koruyucu yöntemi; Koruyucu malzeme faz iletkenine seri olarakbağlanır. Malzemenin içinde yıldırım enerjisini sınırlayan devre elamanlarımevcuttur. Enerji hattına seri 1mhz e yüksek empedans gösterecek bir bobinbağlanır. Yıldırım bu bobinden geçemeyerek toprağa kısa devre edilir.Yıldırımın bobin den geçen kısımları da faz hatlarına bağlanan gerilimsınırlayıcı kontaktörlerle sistemlere ulaşması engellenmiş olur.
Kritik açıklık; Yıldırımdan korunma tesisatlarında fazladikkat edilmeyen hususlardan biriside kritik açıklıktır. Kritik açıklıkparatonerle topraklama arasındaki iniş iletkeninin diğer iletkenlerle (elektriktesisatı, zayıf akım tesisatı,telefon tesisatı vs.) arasındaki uzaklıktır. Buaçıklık belirli bir değerden küçük tutulduğunda iki iletken arasında endüksiyonyolu ile aşırı gerilimler oluşabilmektedir. Buda sistemlere zarar vermektedir.Kritik açıklık emniyetli bir uzaklığın altına düşürülmemelidir.
Bazı ülkelerde kabul edilen kritik açıklıklar Almanya’da 1,5m, İngiltere’de1.83m,Hollanda’da 1m dir.
Topraklama; Topraklama malzemeleri olarak aşağıdakimalzemeler kullanılmaktadır. Topraklamanım yeterli seviyeye indirilememesihalinde bunlardan ikisi kullanılabilmektedir.
Bakır levhalar; 140m2 alanında 1mm, 1.5mm kalınlığında bakırdan yapılmış düzlevhalardır.
Bakır çubuklar; 20cm, 16mm çaplarında 1m,1.5m boylarında üretilmişlerdir.
Galvanizli çubuklar; Sıcak daldırma ile kaplanmış demir çubuklardır.
Statik topraklama; Ülkemizde fazla önemsenmeyen statik topraklama aslında elektronik cihazlar ve insan hayatı için önemlidir. Bina ve istasyonlardaki elektrik tesisatındaki arızalar nedeniyle binaya veya cihazlara kaçan elektriğin insanlara zarar vermeden toprağa boşalması için zorunlu olarak kullanılmalıdır.
Ayrıca bilgisayar ve vericiler gibi elektronik cihazların üzerinde biriken manyetik alanları toprağa boşaltmak için kullanılması zorunludur. TV verici istasyonlarında istasyonun bir köşesine topraklama barası yapılır istasyonda bulunan tüm cihazlar bu baraya bağlanır.


Koruma topraklaması;Canlıların dokunma ve adım gerilimlerine karşı korunmak için gerilimaltında olmayan iletkenlerin topraklanması için yapılan topraklamaya denir.
Televizyon ve Radyo İstasyonlarında Yıldırım ve Topraklama ile ilgili işlemlerbir üste yer alan maket şekil içerisinde kalın çizgilerle belirtilmektedir.Anten, kulesindeki paratoner için yapılan topraklama bağımsızdır. Ancak antenkulesi, binanın ve cihazlara ait topraklama yapıldıktan sonra, topraklamabaraları birleştirilir. Enerji hattı üzerinden gelebilecek yıldırımdan korunmakiçin gerilim sınırlayıcı kontaktörler bulundurulmalıdır. Anten kulesi tepesiüzerindeki ikaz ledlerinin bulunması yıldırımın çekmelerinde etkili birfaktördür. Bu amaçla led’i besleyen enerji hattı da yıldırımdanetkilenebilecektir. Bu hat üzerinde de koruyucu devrelerin bulundurulmasıkoruma sağlayacaktır.
TopraklamalarınBirleştirilmesi
Bir tesiste koruma,işletme ve yıldırım topraklamaları bulunabilirler.Koruma ve işletme topraklamalarının bir kısmı alçakgerilim ve bir kısmı yüksek gerilim tesislerine ait olabilirleri. Birtesiste bulunan bu çeşitli cins topraklamaların biri biri ile birleştirilmesibazı faydalar sağladığı halde bazı Zaralarda yolaçabilirler. Topraklamaların birleştirilmesinin sağladığı en önemli yarar , toplam topraklama direncinin düşmesidir. Böylece topraklamaların daha ekonomik bir şekilde gerçekleştirilmesi mümkün olur Ayrıca farklı topraklamaların birleştirilmesi ile , bu topraklamalara bağlı kısımlar arasında tehlikeli gerilim farklarının meydana gelmesi önlenmişolur.Topraklamaların birleştirilmelerinden doğan sakıncaların başında tehlikeli potansiyel sürüklenmeleri gelir. Onun için ,65 V’dan daha büyük topraklayıcı gerilimlerinin baş göstermesi halinde ,sıfır hatları , kablo mahfazaları , su boruları ,demir yolu rayları veya çitler üzerinden topraklayıcı geriliminin müsaade edilmeyen büyük bir kısmının civara sürüklenip sürüklenmediğini ve çok büyük temas ve adım gerilimlerinin meydana gelip gelmediklerini kontrol etmek gerekir.
Aşağıda birbirine bağlanabilecek olan topraklamaların en önemlileri özet olarak verilmiştir.
1) Santrallerin , bağlama ve transformatör istasyonlarının iç ihtiyaç tesisleri:Yüksek gerilim topraklama tesislerinin içinde bulunan ve yüksek gerilim tesisleri tarafından beslenen alçak gerilim tesislerinde bütün koruma ve işletme topraklamalarının birleştirilmeleri gerekir.
2) Bir yüksek gerilim topraklama tesisinin dışında bulanan alçak gerilim tesisleri:Böyle bir tesiste koruma ve işletme topraklamalarının birbirine bağlanabilmeleri için aşağıdaki şartların gerçekleşmesi gerekir.
· Müşterek bir topraklayıcı tesisinde topraklayıcı gerilimi 65 V’ u aşmamalıdır.
· Yüksek gerilim istasyonu sanayi tesislerinin içinde veya kapalı bir binada bulunmalıdır.

3) Yıldırım topraklaması , alçak gerilimtesislerinde hava hattına ait koruma iletkeni , transformatör istasyonlarının ve bağlama tesislerinin topraklama tesisleri ile bağlanırlar.Ayrıca bina yıldırımlık tesislerinin koruma işletme topraklamaları ile bağlanmasına müsaade edilir.