Tavsiye Edilen Topraklama İlkeleri
Önde gelen yıldırım mühendisleri ve önemli teknik yönetmelikler ve standartlar en önemli topraklama ilkelerinde anlaşırlar. Bu ilkeleri özetle aşağıda veriyoruz.
1- Tüm metal tesisatta potansiyel dengelemesi yapmak gerekir. Binalarda yıldırım koruma için bu durum topraklama direncinden daha fazla önem taşır. Potansiyel dengelemede en iyi yöntem ring şebeke veya temel topraklamasıdır. Aşağı iniş iletkenleri böyle bir ring şebeke toprağıyla birleştirilir. Bu durumda ilave toprak elektrotları gereksiz hale gelebilir.
2- Yeterli topraklama , söz konusu frekansta toprak direncinin, bağlı bulunduğu devrenin direnci ile karşılaştırıldığında daha küçük olmasını gerektirir. Bu kritere göre, yalıtılmış şase ile toprak arasında çok yüksek dirençler söz konusu olabilen elektrostatik cihaz topraklamalarında olduğu gibi binlerce ohmluk yüksek dirençli toprak değerlerine izin verilebilir. Ne var ki etkili bir topraklama için sadece bir kaç ohmluk dirençler gerekir.
3- Yıldırım koruma sistemlerinin topraklaması, tehlikeli potansiyel farkları yaratmaksızın yıldırımı toprak içerisinde dağıtır. Bu amaçla en etkili topraklama korunacak nesneyi çevreler. Topraklama sistemi ve tüm topraklı metal parçalar üzerinde referansuzak bir mesafedeki sıfır toprağa göre ortaya çıkan potansiyel farkı yükselir. Çok yüksek bir değere ulaşabilir fakat korunacak nesne (örneğin binanın tümü) içerisindeki potansiyel farkları sınırlandırılırsa herhangi bir tehlike söz konusu olmaz. (Önemli olan farkın büyük değerde olmamasıdır, bina veya nesnenin genel potansiyel seviyesinin yükselmesi tek başına tehlike oluşturmaz) . Tüm metal aksam birleştirilirse etkili bir dengeleme gerçekleştirilmiş olur.
4- Bütüncül bir yıldırımdan korunmaya ait potansiyel dengelemesi işlemi, dahili yıldırımdan korumanın gerçekleşmesi için bir temel oluşturur. Bu temelde, elektrik ve elektronik veri aktarma teçhizatını koruma amacıyla yapılan yıldırımdan kaynaklı aşırı gerilim koruması vardır.Bir yıldırım darbesi sonucunda (parafudur takılmış olan canlı iletkenler de dahil ), yıldırımdan etkilenen binadaki tüm tesisatların potansiyeli (parafudr takılı elektrik sisteminin faz iletkenleri de dahil olmak üzere) topraklama sistemindeki potansiyel yükselmesiyle aynı olacaktır. Böylece sistemde tehlikeli bir aşırı gerilim ortaya çıkamayacaktır.Bugünlerde yıldırımlık sistemlerinde eşpotansiyel dengeleme vazgeçilmez bir uygulama haline gelmiştir. Bu uygulamaya göre, binaya giren tüm metal su, elektrik, telefon gibi hizmet hatları ile elektrik sistemi, yıldırımlık sistemine ve topraklama sistemine ayırıcı atlama aralıkları üzerinden direkt bağlantılarla ya da parafudrlar (faz iletkenleri için ise ) ile bağlanırlar.
5- Telefon ve veri teçhizatı , A.C güç sistmelerinin elektriksel güvenliğine yönelik topraklama sistemi ve bina topraklama elektrodu sistemleri için düşük empedanslı topraklama ve birleştirme bağlantılarının sağlanması önemlidir. Bu tavsiye yıldırımlık topraklama ağı gibi oluşturulmuş topraklama elektrotlarına ek olarak düşünülür. Topraklama gerekliliğinin kısmen de olsa ihmali neticesinde, veri-telefon teçhizatı ile aynı anda personelin temas halinde bulunabileceği topraklı bir cihazın arasında tehlikeli olabilecek gerilim yükselmeleri oluşabilir.
6.
"In order to disperse the lightning current into the earth without causing dangerous overvoltages, the shape and dimensions of the earth-termination system are more important than a specific value of the resistance of the earth electrode. However, in general, a low earth resistance is recommended.
From the viewpoint of lightning protection, a single integrated structure earth termination is preferable and is suitable for all purposes (i.e. lightning protection, low voltage power systems, telecommunication systems).
Earth termination systems which must be separated for other reasons should be connected to the integrated one by equipotential bonding…"
7. From FAA-STD-019b, Lightning Protection, Grounding, Bonding, and Shielding Requirements for Facilities, Federal Aviation Administration, Washington DC, 1990, p. 20:
"The protection of electronic equipment against potential differences and static charge build up shall be provided by interconnecting all non-current carrying metal objects to an electronic multi-point ground system that is effectively connected to the earth electrode system."
8. From MIL-STD-188-124B, Grounding, Bonding and Shielding, Department of Defense, Washington DC, 1992, p. 6 and p. 8:
"The facility ground system forms a direct path of known low voltage impedance between earth and the various power and communications equipments. This effectively minimizes voltage differentials on the ground plane which exceed a value that will produce noise or interference to communications circuits." (p.6)
"The resistance to earth of the earth electrode subsystem should not exceed 10 ohms at fixed permanent facilities." (p. 8)
9. From MIL-STD-1542B (USAF), Electromagnetic Compatibility and Grounding Requirements for Space Systems Facilities, Department of Defense, Washington DC, 1991, p. 19:
"This Standard, MIL-HDBK-419, and MIL-STD-188-124 do not recommend the use of deep wells for the achievement of lower impedance to earth. Deep wells achieve low dc resistance, but have very small benefit in reducing ac impedance. The objective of the earth electrode subsystem is to reduce ac and dc potentials between and within equipment. If deep wells are utilized as a part of the earth electrode subsystem grounding net, the other portion of the facility ground network shall be connected to them."
10. From National Electrical Code, NEC-70-1996, National Fire Protection Association, Quincy MA, 1996, Article 250 - Grounding, p. 120 & p. 144:
"Systems and circuit conductors are grounded to limit voltages due to lightning, line surges, or unintentional contact with high voltage lines, and to stabilize the voltage to ground during normal operation. Equipment grounding conductors are bonded to the system grounded conductor to provide a low impedance path for fault current that will facilitate the operation of overcurrent devices under ground-fault conditions." (p. 120)
"Metal Underground Water Pipe. A metal underground water pipe in direct contact with the earth for 10 ft. (3.05 m) or more (including any metal well casing effectively bonded to the pipe) and electrically continuous (or made electrically continuous by bonding around insulating joints or sections or insulating pipe) to the points of connection of the grounding electrode conductor and the bonding conductors. Continuity of the grounding path or the bonding connection to interior piping shall not rely on water meters or filtering devices and similar equipment. A metal underground water pipe shall be supplemented by an additional electrode of a type specified in Section 250-81 or in Section 250-83. The supplemental electrode shall be permitted to be bonded to the grounding electrode conductor, the grounded service-entrance conductor, the grounded service raceway, or any grounded service enclosure." (p. 145)
11. From MIL-HDBK-419A, Grounding, Bonding, and Shielding for Electronic Equipments and Facilities, Department of Defense, Washington DC, 1987, p. 1-2, p. 1-6, p.1-102 and p. 1-173:
"The value of 10 ohms earth electrode resistance recommended in Section 1.2.3.1a represents a carefully considered compromise between overall fault and lightning protection requirements and the estimated relative cost of achieving the resistance in typical situations." (p. 1-2)
"At fixed C-E facilities, the earth electrode subsystem should exhibit a resistance to earth of 10 ohms or less." (p.1-6)
"All metallic pipes and tubes (and conduits) and their supports should be electrically continuous and are to be bonded to the facility ground system at least at one point." (p. 1-102)
"Water pipes and conduit should be connected to the earth electrode subsystem to prevent ground currents from entering the structure." (p. 1-173)
