ANSI 21 (Amerikan Standardıdır) ‘e göre Mesafe koruma

Mesafe koruması diğer adıyla empedans koruma,   hataları tespit etmek için hem akım hem de gerilimi kullanır. Bu iki büyüklükten, empedans (sürekli) sürekli olarak hesaplanmaktadır.

Kısa devre durumunda gerilim bir anda çöker ve yüksek bir akım akar. Bu durum Z = U/I formülüne göre küçük bir empedansa neden olur.

(İdeal kısa devre U = 0'da gerçekleşmektedir.) 

Mesafe Koruma Tertibatının Konumlandırılışı 

Bir empedans bölgesi için bu bölgeye ait bir tetikleme süresi (örn. 0 - 2 Ω → 0,2 s | 2 - 4 Ω → 2,5 s) atanır. Böylelikle bir mesafe koruma rölesi birden fazla tetikleme zamanı sunar.Koruma rölesinin ölçmeyi gerçekleştirdiği noktaya yakın bir yerde gerçekleşen hata, uzakta gerçekleşen bir hatadan daha küçük bir empedans değerine sahiptir. (esas olarak empedans değeri, arıza noktasına kadar olan mesafe boyunca akımın üzerinde aktığı hat ya da kablo parçası tarafından saptandığı için) Yine, hatanın yönü saptanabilir olmakla beraber mesela 0,12 ohm değerli ileri yönde gerçekleşen bir arızanın şebekeden 0,05 saniye içinde ayrılması sağlanabilirken bu süre aynı empedans değerine sahip ters yönde gerçekleşen bir arıza için 1,5 saniye olarak tayin edilebilir.

Elektronik İşletme Araçları Kullanan Elektrik Tesislerinde Geçici Rejimde Oluşan Yüksek Sızıntı Akım Değerlerinin Düşürülmesi

Elektronik işletme araçlarının ( örneğin motor hız sürücülerinin ) kullanıldığı işletmelerde elektro manyetik uyumluluk normlarına uygun olarak filtrelerin kullanılması gerekir. Bu filtreler örneğin 3 iletkenli standart filtre yapısı içerisinde birleşme noktaları toprağa bağlantısı yapılmış yıldız bağlantı üç faz çalışan kondensatör içermektedir. Piyasada kullanılan pek çok kaçak akım şalterinin devre yapısı oldukça basit olup açma kapama hızlarına bağlı olarak her bir akım yolunun açılması ve kapanması sırasında diğer akım yolları ile aralarında 10-20 ms kadar bir açma/kapama gecikmesi oluşabilmektedir. Bu süre zarfında kondensatörlerin yıldız noktasının simetrisi bozularak koruma iletkeni üzerinden dönecek önemli büyüklükte bir sızıntı akımı (Yani cihaz ve hattan toprağa akan tesisat akımlarını kastediyoruz ) meydana gelecek ve aynı zamanda kaçak akım koruma cihazını çalıştıracaktır. Böylelikle, sadece kaçak akım koruma cihazı ile açma kapama yerine tüm kontaklarını aynı anda açıp kapama özelliğine sahip ayırıcı veya kontaktörler kullanılması daha uygun olacaktır.

Elektromanyetik Uyumluluk Filtresi(3 faz ) 

Çok sayıda elektronik işletme aracı/ hız sürücüsüne sahip elektrik tesislerinde devre kapama yapıldığı durumda az önce bahsettiğimiz aynı anda açma kapama yapan şalt cihazlarının kullanılmış olmasına rağmen istisnai durumlarda kaçak akım şalterinin triplendiğine şahit olmamız olasıdır. Bu durumda boş durumdaki filtre kondensatörleri kapama anında belli bir süre için çok büyük sızıntı akımlarının (demaraj akımına benzer bir etkisiyle ) akmasına neden olur ki bu süre ve akım kaçak akım şalterinin limit değerlerini aşacağından trip söz konusu olabilir. Bu durumda tüm hız cihazlarının filtrelerini ve dolayısıyla kondensatörlerini tek bir filtre(kondensatör) bloğu  (tüm filtreleri kaldırıp yerlerine tek bir büyük filtre koyarak )ile değiştirerek bu tip açmaların önüne geçilmiş olacaktır.

Otomobil Alternatörlerinde Ani Yük Kalkmasına (Load Dump ) Karşı Koruma

Yük Düşmesi durumu otomobil alternatörlerinde yükün ani bir şekilde kalkması yani devreden çıkması sonucunda gerilimde meydana gelen ani yükselmedir. İngilizce tabiriyle load dump İfadesi daha çok jeneratörleri ilgilendiren bir durumdur.

Otomobil Alternatörlerinda Ani Yük Kalkması

Normal şartlarda , otomobil alternatörlerinde regülatör devresi, sürekli değişen yük durumlarında alternatör gerilimini, uygun ikaz akımı meydana getirerek kontrol altında ve sabit tutar. Yük (bataryanın kendisi, otomobilin iç ihtiyaçları vs.. ) ani bir şekilde devreden çıkarsa, ikaz devresinin oluşturduğu manyetik alanın çökmesi için belli bir zaman alacaktır. Bu süre içerisinde gerilim ciddi şekilde yükselecektir. Bunun sebebi, alternatör/jeneratör akımının yük akımı kadar hızlı azalamamasıdır. 

Örnek olarak otomobillerde batarya boş veya boşa yakın bir durumda ise, ilk anda çok yüksek bir akım çekileceğinden, tam bu sırada batarya kablosunun kopması veya bataryanın devreden çıkartılması sonucunda alternatör üzerinde tehlikeli ve tahrip edici bir gerilim oluşacaktır. 

Bu yüksek gerilim otomobildeki elektronik donanımı tahrip edebileceğinden, bu durumu engellemek için zener diyot kullanılması gerekecektir. Bu yüzden otomobillerdeki alternatör (alternatif akım jeneratörü) üzerindeki ana diyotlar zener diyot olarak seçilir. 

Kaynak : Wiki.de 

Koruma İletkeninlerinin Dirençlerinin Pratik Ölçümü (IEC 62638 )

Koruma iletkenlerinin IEC 62638 e göre dirençlerinin hesaplanması

Ters Güç Rölesi

Bugün sizlere Ters Güç Rölesi’ni tanıtmak istiyorum . Bu röle ingilizcede karşılığı Reverse Power Relay olarak geçer,  elektrik gücünün ters yönde akmasını engelleyen yönlü bir röledir. Bu röle bir jeneratörün şebeke ile veya başka bir jeneratör ile paralel çalıştığı yerlerde , aktif olarak çalışmakta olan jeneratörlerden bir tanesinin çıkışındaki gerilim seviyesi düşer veya bu gerilim tamamen ortadan kalkar ise baradan jeneratöre güç akışına engel olabilmek için kullanılmaktadır.

Ters Güç Akışı 

Bu röle jeneratörden baraya akan gücü izler ve çıkışta herhangi bir sorun ortaya çıkarsa yani gerilim seviyesi belli bir değerin altına düşer ise jeneratör sargısının yanmasını/zarar görmesini engellemek amacıyla kesiciye açma yaptırır. 

Genellikle jeneratör çıkışındaki arızanın (gerilimin ortadan kalkması/belli bir değerin altına düşmesinin vb..) sebepleri arasında, tahrik düzeneği olan türbin , veya motordan kaynaklı arızalar, hız guvarnörü veya senkrona sokma sırasında meydana gelen farklı frekans durumları yatmaktadır. 

Türbinde bir arıza meydana geldiğinde , jeneratör güç üretemez ve bunun yerine baradan güç emerek bir motor gibi çalışmaya başlayabilir. Ters güç rölesi böyle bir güç akışını tespit ederek jeneratörün devresini açar ve koruma gerçekleştirir. 

Ters Güç Rölesi Yapımı ve Çalışma Prensibi

Bu rölelerde iki yumuşak lamine demir çekirdekli elektromıknatıs arasında bulunan, düşük sürtünmeli rulmanlar üzerinde dönen bir mil üzerine sabitlenmiş ,çok hafif ve manyetik özellikler taşımayan bir alüminyum disk mevcuttur. Üstteki elektromıknatıs etrafına, jeneratör çıkışında oluşturulan yapay bir nötr üzerinden ve fazların herhangi birinden beslenen bir gerilim bobini sarılmıştır. Alttaki mıknatıs, üstteki mıknatısın bağlı olduğu faza bağlı bir akım trafosunun sekonderinden beslenen bir akım bobinine sahiptir. 

Ters Güç Rölesi (Prensip Çizim)

Gerilim bobini gerilimin akımın 90 derece gerisinde olmasını sağlayacak şekilde yüksek endüktanslıdır. Bu gecikme üst mıknatıstan akan akımın ürettiği manyetik alanın, alt mıknatıstan akan akımın yarattığı manyetik alanın gerisinde kalmasını sağlamaktadır. 

Bir birleriyle faz farkı bulunan bu iki manyetik alan alüminyum disk üzerinde diski döndüren bir girdap akımı oluşturmaktadır. 

Normal çalışma halinde güç akışı beklendiği şekildedir ve rölenin trip kontakları açıktır. Aynı zamanda disk bir durdurma diline takılı dönmektedir. Eğer ters yönde bir güç akışı olursa disk bu durdurma dilinden kurtularak trip kontaklarına yaslanarak trip devresini devreye sokar. 

Ters güç rölelerinin çoğunda kullanıcıların tesisatın gereksinimlerine uygun olarak ayar yapabilmesine olanak sağlayan ayar mekanizmaları bulunmaktadır. Trip noktası genelde giriş akımının % 2 -20 si arasında değiştirilebilir iken zaman gecikmesi 0-20 sn aralığında belirlenebilmektedir. 

Koruma Potansiyel Dengelemesi

(Almancadan Çeviridir. )

“Alçak Gerilim Tesisat Normları 2010”  da ana potansiyel dengeleme kavramı karşımıza artık koruma potansiyel dengeleme olarak çıkmıştır.  Bu şekilde bir tanımlama sayesinde elektrik çarpmalarına karşı kısmi bir önlem olan koruma potansiyel dengeleme ile  özellikle bilişim tesislerinde bozulmalara karşı korunaklı bir sinyal referansı oluşturabilmek amacıyla yapılan işlevsel/fonksiyon  potansiyel dengeleme kavramları arasındaki fark daha da anlaşılır kılınmıştır.

Günümüzde inşa edilen binalarda tesis edilen  su, gaz ve kuvvetli akım tesisatları geçmişe nazaran teknik gelişmelerle de  paralel olarak gözle görülür şekilde daha komplike hale gelmiştir. Ayrıca bu tesisata sıklıkla şu sistemlerin eklendiğini görüyoruz.

-Isıtma hatları

-Soğutma ve Klima sistemler

-Anten tesisatı- haberleşme- Bilişim altyapıları

-Evrensel Bina Yapısal Kablolamaları

-MSR (ölçme-denetleme –yönetme ) sistemler,

-Bus sistemler vs…

Bu farklı görevler gören hat ve boru toplulukları binalarda metal akşamdan oluşan çok dallı ve kompleks şekilde içiçe geçmiş  şebekeler meydana getirmektedir.  Bunlardan başka ayrıca konutlarda ve ticari/sanayi maksatlı hizmet gören binalarda bulunan ve  sayısı sürekli artan çok sayıdaki  elektrikli tüketim araçlarını da  dikkate almamız gerekmektedir.  Koruma potansiyel dengeleme sistemi bu yüzden çok ama çok önemli bir hale gelmektedir. Bu koruma önlemi ile bir arıza / hata durumunda  elektrik sisteminde ve diğer hizmetlere ait hatlarda  oluşabilecek zararların önüne geçilmesi ve özellikle  potansiyel sürüklenme riskinin yok edilmesi sağlanmaktadır.

Şekil. 1 Koruma İletkeni İle Bina Aksamı Arasında Ortaya Çıkan Temas/Dokunma Gerilimi 

Potansiyel Dengelemenin  İşleyişi  ve Önemi

Elektrik şebekesindeki bir takım kusurlardan, özellikle de dokunma gerilimlerden korunmayı iyileştirebilmek için “Alçak Gerilim Tesisat Normları 2010”  binaya dağılıp giden tüm metal aksamın birbirine bağlayan  ve böylelikle tüm bu aksamın hemen hemen aynı potansiyele getirilmesini sağlayan bir koruma potansiyel dengeleme işlemini  gerekli görmektedir.

Bir arıza durumunda ve  bir koruma potansiyel dengelemesi bulunmadığı takdirde farklı tür  sistemlerin   (su borusu, anten tesisatı , binanın diğer kabloları vs.. )arasından ortaya çıkabilecek olan  dokunma gerilim değerleri bu şekilde önemli ölçüde düşürülmüş olur.

Şekil 2. Topraklama Sistemi ile Koruma Potansiyel Dengeleme Sistemlerinin Bağlantı Şekilleri

Koruma  potansiyel dengeleme ile, bir işletmenin merkezi bir noktasında binaya dağılıp giden tüm yabancı ve iletken metalik aksam birbirleriyle ve  koruma iletkeni üzerinden tüketicilerin gövdeleriyle birleştirilmiş olur.   Bir arıza halinde ( örneğin bir işletme aracının gövde teması ) koruma potansiyel dengeleme sistemine dahil edilmiş olan tüm yabancı iletken kısımların hepsi aynı arıza gerilimine sahip olur.  Potansiyel dengelemenin etki sahasında bulunan tüm duvar ve platformlarda  da hemen hemen   benzer bir durum söz konusudur. Burada ortaya çıkan hata gerilimi,  hatanın gerçekleştiği işletme aracının gövdesinde ortaya çıkan hata geriliminden, koruma iletkeni üzerinde ortaya çıkan gerilim düşümü nedeniyle/ kadar  (vektörel olarak) farklıdır.  Koruma  potansiyel dengeleme işlemi, olası dokunma gerilim değerlerini düşürerek  personel güvenliğini artırmış olur. Koruma potansiyel dengeleme ile koruma iletkenlerinin sağladığı güvenlik daha da artacaktır.

Daha Yüksek Güvenilirlik

Koruma potansiyel dengelemesi, otomatik ayırma ile korumanın tek başına yeterli olmadığı veya bu ayırmanın arıza nedeniyle çalışmaması gibi durumlarda  hatalardan korunmayı iyileştirici bir etkiye sahiptir.  Özellikle ayırmanın

böylesi bir çalışmama durumunda koruma potansiyel dengeleme koruma iletkeniyle alınan koruma önleminin güvenilirliğini ciddi şekilde artırmaktadır. Çünkü böyle bir dengeleme  durumunda bu dengeleme iletkeni koruma iletkenine  paralel olarak bağlandığı için hem koruma görevi gören iletkenlerin kesiti artmış olur hem de herhangi şekilde koruma iletkeni kopacak olursa rezerv bir koruma iletkeni gibi işlev görür. TN  topraklama sistemli bir binada bu dengelemenin gerçekleştirilmesi istenir ve bu sebeple PEN (yani sıfır iletkeni )  iletkeni koruma potansiyel dengeleme sistemi ile birleştirilirse  koruma dengeleme sistemine irtibatlandırılmış olan tüm topraklanmış parçalar  (temel topraklama veya metal su boruları gibi) dağıtım şebekesinin işletme toprağının iyileşmesine yardımcı olur. Koruma potansiyel dengelemesi  çoğu zaman binanın belirli bir mahallinde gerçekleştirilir. Dengeleme sistemi içinde yabancı iletken kısımlar arasında izin verilen en yüksek gerilim düşmesi gibi bir sınırlama bulunmamaktadır.

Tartışmasız Etkinlik

Potansiyel dengelemenin dokunma gerilimlerini azalttığı gerçeği tartışmasız şekilde açıktır. Aynı şekilde açıktır ki böyle bir dengelemenin etkili oluşunun da bir sınırı vardır. Buna bir örnek teşkil etmesi açısından TN topraklama sistemlerinde otomatik ayırma önleminin kullanılması verilebilir. Burada bir gövde kaçağının(tek fazlı bir kısa devre ) oluşması ile arızanın giderilmesi arasında geçen zaman dilimine dikkat edilmesi gerekir(bu süre içerisinde ciddi bir elektrik çarpması riski vardır). Koruma potansiyel dengelemesi ilk etapta kendisine bağlı olan gövdeler ile metal aksamlar (su borusu vs gibi) arasında oluşan dokunma gerilimini azaltacaktır.  Ayrıca duvarlar , zemin ve  potansiyel dengeleme sistemine dahil edilmemiş diğer metal aksama karşı oluşan dokunma gerilimi azaltılmış olacaktır. Bir noktadan değil pek çok noktadan gerçekleştirilecek olan potansiyel dengeleme sayesinde tüm bu irtibat iletkenlerinin paralel olmaları nedeni ile koruma iletkenlerinin direnç değerleri giderek düşecek ve böylece daha sağlıklı bir koruma gerçekleştirilmiş olacaktır.

Nelere Dikkat Etmeli?

Bina içerisinde iletken özellikteki bir kısmın potansiyel dengelemeye dahil edilip edilmemesi sorusuna cevap vermede aşağıdaki soruların cevapları önemli ölçüde yararlı olacaktır:

-Bu kısım yabancı ( elektrik sisteminin bir parçası olmayan )  ve iletkenlik gösterebilir bir özellikte midir?  

- Bir (veya çok daha fazla sayıda) koruma iletkeninin mevcut olması yeterli midir?

Ark Arızası Devre Kesicisi (AFCI)

Bu devre kesiciler,ya tek başına sadece ark arızasını tespit ederek devreyi kesen tipte olur ya da bildiğimiz w-otomatlara hem kaçak akım şalterin hem de ark arızası durumunda devreyi kesen bir elektronik devrenin eklenmesiyle elde edilir. NEC yani ABD elektrik kodunda sadece yatak odalarında kullanılması tavsiye edilen bu cihazlar gerçekte yaygın kullanımıyla birlikte yangın risklerini önemli ölçüde azaltabilecek önemli bir tesisat ekipmanıdır. Yandaki şekilde bir ark arızası devre kesicisi AFCI'nin bir prize bağlantı şekli verilmiştir. 

Resim yazısı Ark Arızası Devre Kesicisinin Prize Bağlantısı

Bu tip bir devre kesici yangın riskini ortadan kaldırabilecek bir tespiti yaparken, sıcaklığı 100000 dereceye kadar çıkabilen ark olayının belli bir takım karakteristiklerinin analizinin yapılması, ve bu karakteristiğe uygun düşen açma projeksiyonunun elektronik koruma devresine algoritmik olarak yüklenmesi prensibini kullanır. 

Bir Arkın Oluşumu ve Akım/Gerilim Şekilleri

Bu cihazlar paralel ark (faz nötr arası ) ve seri ark (devreye seri olan ve genellikle gevşek bağlantı neticesinde ortaya çıkan ) arasında ayrım yapabilirken , çalışması esnasında yüksek bir arklanma gerçekleşen elektrik süpürgesi motoru, ocak motoru vs gibi cihazların meydana getirdiği normal işletme arkları neticesinde , bu arklar normal kabul edildiklerinden açma yapmazlar.

Bir Seri Arkta ( Saf Direnç durumu) Ark Karakteristiği

Bir arkın analizi yapılarak elektronik ark algılama devresinin bir arkın varlığına ve tipine dair genel kabullenmelerini şöyle özetleyebiliriz.

• Sıfır akım geçişi sırasında akımda omuz düzlüğü
• İdeal akımdan daha düşük arklanma akımı
• Ark üzerindeki gerilimin bir kare dalgaya benzemesi
• Her yarım dalgada, arkın ateşlenmesi ve sönmesi sırasında gerilim pikleri
• yüksek frekanslı gürültü

Yukarıdaki şekilde akımın kısa süre için düz bir seyir takip ettiği kısma omuz düzlüğü denir ve bu bozulma cihazın arkın varlığınu tespiti için önemli bir karakteristiktir.

Ayrıca akımın omuz düzlüğü yaptığı ateşleme sürecinde gerilimin kare dalgaya benzer bir hal aldığına dikkat ediniz.

Elektrik Tesisatında Arıza Durumları

Bu güzel şekil ile bir elektrik tesisatında meydana gelebilecek hatalar genel hatları ile verilmektedir.

Elektrik Tesisatında Arıza Durumları