Topraklama Değeri Kaç Olmalı? Yayılma Direnci ve Sınırın Hesabı

Güvenlik sınırı. Elektrik tesisatında ölçüm, sökme ve bağlantı işleri yetkili kişilerce ve enerji kesilerek yapılır. tam notu oku

Bir ölçüm tutanağının sonunda tek bir sayı durur: tesisatın toprak direnci. Aynı sayı bir tesiste sınırın rahatça içinde, başka bir tesiste sınırın kat kat üstünde olabilir. Arama kutusuna en çok yazılan biçimiyle “topraklama değeri kaç olmalı” sorusu tek ve evrensel bir cevap bekler; oysa yürürlükteki Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği’nin metninde “topraklama değeri” diye bir ifade hiç geçmez ve bütün tesisler için konmuş tek bir ohm sınırı da yoktur. Mevzuatın verdiği şey bir liste değil, bir hesaptır: izin verilen en büyük direnç, seçilen gerilim sınırının devredeki koruma cihazının açma akımına bölünmesiyle bulunur. Bu yazı o hesabın nasıl kurulduğunu, okunan sayının hangi büyüklüğe ait olduğunu ve direncin neden düşük tutulduğunu anlatır.

Üç sınır baştan çizilsin: direncin sahada hangi düzenekle, hangi mesafelerle okunduğu bu yazının değil, ölçüm yazısının işidir. Zemin cinsinin ve toprak özdirencinin sayıya etkisi kendi yazısını bekler; ölçümün hangi aralıklarla yenileneceği de öyle. Burada kalan soru şudur: okunan sayı nedir, neyle karşılaştırılır ve karşılaştırmanın sınırı nereden gelir.

Okunan sayı hangi büyüklük? Aynı yerde dört ayrı direnç

Yönetmelik “toprağın direnci” gibi tek bir kavramla yetinmez; tanımlar bölümünde birbirine komşu dört büyüklük ayırır. Yayılma direnci, topraklayıcı ile referans toprağı arasında kalan toprağın direncidir. Topraklama direnci, bu değere topraklama iletkeninin kendi direncinin eklenmiş hâlidir. Toplam topraklama direnci, ölçüye giren bütün topraklamaların birleşik değerini; topraklama empedansı ise aynı yerin işletme frekansındaki alternatif akım karşılığını anlatır. Dördü de Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği’nde (Resmî Gazete 21.08.2001/24500), tanımlar maddesi Madde 4-b’de yan yana durur.

Bu ayrım kılı kırk yarmak değildir; sorunun kendisidir. Başlıktaki soru yayılma direncini sorar, sahada okunan sayı ise çoğu zaman topraklama direnci ya da toplam dirençtir — araya iletkenin ve öteki toprak yollarının payı girer. Hangi büyüklüğün okunduğu bilinmeden “kaç çıktı” sorusu değerlendirilemez.

Referans toprağı da bir yer adı değil, bir sınır tanımıdır: topraklayıcıdan yeterince uzakta, onun etki alanının dışında kalan ve içinde kayda değer gerilim farkı doğmayan bölge. Yayılma direnci işte bu iki uç arasında tanımlıdır — mutlak bir “toprağın direnci” değil, belirli bir aralığın direnci. Bu direnci omik saymak, yani düz bir direnç gibi okumak, yönetmeliğin kendi kabulüdür; büyük tesislerde doğru kelime empedanstır.

Neden düşük olmalı: direnç, arıza akımını dokunulur gerilime çevirir

Bir faz iletkeni cihaz gövdesine kaçtığında arıza akımı topraklayıcı üzerinden toprağa döner. O anda topraklama tesisinde doğan gerilim, akım ile direncin çarpımıdır: aynı arıza akımı, düşük dirençli bir topraklamada küçük, yüksek dirençli bir topraklamada tehlikeli bir gerilim üretir. Yayılma direnci, hata akımını dokunulabilir gerilime çeviren katsayıdır; “neden düşük olmalı” sorusunun bir cümlelik cevabı budur.

Sınırın kendisi de mevzuata bir direnç olarak değil, bir gerilim olarak yazılmıştır. Alçak gerilim tesislerinde temel ilke şudur: arıza durumunda, birlikte erişilebilen iletken bölümler arasında 50 voltu — dalgacıksız doğru gerilimde 120 voltu — aşan dokunma gerilimi, tehlikeli fizyolojik etki doğuracak süre boyunca kalamaz; koruma düzeni beslemeyi otomatik olarak ayırır (Madde 8-a1). Sistem tipine göre bazı durumlarda beş saniyeye kadar ayırma süresine izin verilir. Yani sınır tek bir sayı bile değildir; bir gerilim-süre çiftidir ve 50 volt, sürekli dokunma için konmuş uçtur.

Gerilimin insan tarafı iki tanımla kurulur. Dokunma gerilimi, topraklama geriliminin el ile ayak arasında — yatayda yaklaşık bir metre — köprülenebilen bölümüdür; adım gerilimi, bir metrelik adımla köprülenen bölümü anlatır (Madde 4-b). Direnç büyüdükçe, köprülenecek gerilim de büyür.

Gerilim hunisi: düşüşün neredeyse tamamı topraklayıcının dibindedir

Toprağa akan akımın ürettiği gerilim, topraklayıcıdan uzaklaştıkça nasıl azalır? Hesap geleneği elektrodu düşünsel olarak yarım küre sayar; çünkü tekdüze toprakta yarım kürenin çevresindeki potansiyel kapalı bir bağıntıyla yazılabilir ve uzaklıkla ters orantılı düşer. Ortaya çıkan resim, sahada gerilim hunisi diye anılan biçimdir: potansiyel, elektrodun hemen dibinde dik bir yamaçla iner, uzaklaştıkça düzleşir.

Bu resmi taşıyan örnek yönetmeliğin kendi ekindedir. Ek-T’nin sayısal örneğinde, yarıçapı yarım metre alınan bir topraklayıcının gerilimi 100 volt iken 50 metre uzaklıkta potansiyel yalnız 1 volttur — ve metin bu noktaya “referans toprağı da denir” diye ekler. Örnek belirli bir zemin kabulüyle kurulmuştur ve zeminin payı ayrı bir yazının sorusudur; ama biçim geneldir: düşüşün neredeyse tamamı topraklayıcının yakın çevresinde olur. Huninin dik yamacında duran bir canlı, iki nokta arasındaki farkı vücuduyla köprüler; dokunma ve adım geriliminin tehlikesi tam bu yamaçta birikir.

Bu yüzden direnci düşürmek tek güvenlik aracı da değildir. Yönetmeliğin tanım listesinde potansiyel düzenleyici topraklayıcı diye ayrı bir sınıf vardır; işi düşük direnç sağlamak değil, potansiyel dağılımını biçimlendirmek — huninin yamacını yatırmaktır (Madde 4-b/10 ve Ek-J). “Neden düşük olmalı” sorusunun dürüst cevabı iki bacaklıdır: toplam gerilimi küçültmek dirençle, kalanı güvenli biçimde dağıtmak geometriyle olur.

Kaç olmalı: cevap bir liste değil, bir bölme işlemi

Yönetmelik topraklayıcının yayılma direnci için tek bir sayı yazmaz; ölçüt yazar: değer, koruma için gerekli koşullara ve tesisin işletmesine uygun olmalıdır (Madde 9-a2). “Topraklama şu kadar ohm olmalı” cümlesi mevzuattan türetilemez. Türetilebilen cümle şudur: seçilen gerilim sınırına ve devredeki koruma cihazına göre izin verilen en büyük direnç şudur.

Hesabın çekirdeği, TT tipi sistemler için yazılmış koşuldur: RA × Ia ≤ 50 V (Madde 8-a4/ii). Burada RA topraklayıcı ile koruma iletkeninin toplam direnci, Ia koruma düzenini otomatik açtıran akımdır; koruma bir kaçak akım rölesiyse Ia, rölenin beyan artık akımı IΔn olarak alınır. Şebeke tiplerinin birbirinden nasıl ayrıldığı ayrı bir yazının işidir; buradaki iş bölme işleminin kendisidir: izin verilen direnç, gerilim sınırının açma akımına bölünmesiyle çıkar. Sınır listeden değil, cihazdan gelir.

İki sınır sütunu vardır ve seçim tesise aittir. Çizelgeler 50 volt ve 25 volt sınırları için ayrı değerler verir; denetim maddesi geçerli olanı “tesis için kararlaştırılmış bulunan izin verilen sürekli dokunma gerilimi” diye anar (Madde 10-c6.3). Bu yüzden “sınır 1666 ohmdur” denemez; “beyan artık akımı 30 miliamper olan rölede, 50 volt sınırıyla 1666 ohmdur” denebilir.

Sayı arayan okur için yönetmelikte iki çizelge vardır. Çizelge-11, sigorta ya da kesiciyle korunan TT tesislerinde 0,2 ve 5 saniyelik açma zamanlarına karşılık gelen açma akımlarını ve gövdeler için izin verilen en büyük topraklama dirençlerini listeler. Örnek satırında 2 amperlik gL sigorta için açma akımı 9,5 amperdir; izin verilen direnç 50 volt sınırında 5,26 ohm, 25 volt sınırında 2,63 ohm olur. Çizelgenin altındaki kesici örneği ölçeği daha da sertleştirir: gecikmesiz açma akımı 100 amper olan bir kesicide hesap, yüzde yirmilik tolerans payıyla 120 amper üzerinden yapılır ve izin verilen direnç yaklaşık 0,417 ohma iner. Yönetmelik bunun anlamını kendisi söyler: sigorta ve kesici gibi aşırı akım koruma düzenleri, TT sisteminde dolaylı temasa karşı koruma olarak yalnız direncin çok düşük olduğu durumlarda uygulanabilir (Madde 8-a4/iv Not 1).

Çizelge-12 ise kaçak akım rölesiyle korunan tesisler içindir ve sınırı rölenin beyan artık akımına göre yazar: 30 miliamperlik rölede izin verilen en büyük direnç 50 volt sınırında 1666 ohm, 25 volt sınırında 833 ohmdur; 300 miliamperlik satırda bu değerler 166 ve 83 ohma iner. Çizelge bu akımlara bir koruma amacı atamaz; satırlar cihazın etiketindeki beyan değerini izler. Aynı 50 voltluk sınır, kesicili devrede yarım ohmun altını isterken 30 miliamperlik rölede bin altı yüz ohmun üstüne çıkar. “Kaç olmalı” sorusunun cevabının cihaza göre iki ayrı dünya olması budur — ve alçak gerilimli TT tesislerinde dolaylı temas korumasının fiilen kaçak akım rölesine emanet edilmesini açıklayan ölçek de budur.

Sınırın altında olmak yetmez: sayıyı ne bozar, zinciri ne tamamlar

Ölçülen sayı tek başına hüküm değildir. Denetimde koruma, arkasında kasten oluşturulan ve artırılarak verilen bir kaçak akımla sınanır; açtıran akım ile o anda doğan dokunma gerilimi ölçülür ve bu değerlerden hesaplanan direnç, çizelgelerde izin verilen en büyük değerlerle karşılaştırılır (Madde 10-c6.3). Hüküm sayının kendisinde değil, kayıtlı sınırla karşılaştırılmasındadır. Resmî ölçüm formlarının ölçülen değer ile hesaplanan sınırı ayrı alanlar olarak taşımasının sebebi de budur: form, cevabın bir bölme işlemi olduğunu kendi yapısıyla söyler.

Sayı bir etiket de değildir; yaşar. Yayılma direnci toprak özdirencine, topraklayıcının boyutlarına ve düzenleme biçimine bağlıdır — ve yönetmeliğin ekleri belirleyici olanın esas olarak uzunluk olduğunu, kesitin payının küçük kaldığını yazar (Ek-K ve Ek-T). “Daha kalın kablo daha iyi topraklama” sezgisinin yanılması bundandır; kesit başka gerekçelerle seçilir ve bu yazının dışında kalır. Üst tabakanın kuruması ve donması direnci yükseltir; yönetmelik, topraklayıcı türünün ve gömme derinliğinin bu iki durumda bile direnci gereken değerin üstüne çıkarmayacak biçimde seçilmesini, korozyonla yükselmenin de tasarımda hesaba katılmasını ister (Madde 9-b). Yeni yapılacak binalarda temel topraklayıcı zorunludur (Madde 9-b7): düşük direnç orada sonradan çakılan bir kazığın değil, temele gömülü topraklayıcının işidir.

İki tuzağın da adı konsun. Birincisi: yabancı kaynaklarda dolaşan sabit ohm hedefleri — belirli bir sayının altını kendiliğinden yeterli sayan listeler — Türk mevzuatının hükmü değildir; buradaki hüküm cihaza bağlı bir koşuldur. İkincisi: “ne kadar düşükse o kadar iyi” cümlesi yarımdır. Sıfır ohm diye bir hedef yoktur; sınırın işi, arıza anındaki gerilimi koruma cihazı devreyi ayırana kadar güvenli bölgede tutmaktır. Düşük direnç bu zincirin bir halkasıdır; koruma cihazı ve düzenli karşılaştırma olmadan, sayısı iyi bile olsa zincir kurulmaz.

Özet

“Topraklama değeri kaç olmalı” sorusunun mevzuattaki karşılığı bir sayı değil, bir hesaptır. Yönetmelik birbirine komşu dört direnç tanımlar ve başlıktaki soru yayılma direncini sorar. Sınır gerilim üzerinden konur: arızada 50 voltu aşan dokunma gerilimi kalıcı olamaz ve izin verilen en büyük direnç, bu gerilim sınırının koruma cihazının açma akımına bölünmesiyle bulunur. Kesiciyle korunan devrede sonuç yarım ohmun altına inebilir; beyan artık akımı 30 miliamper olan kaçak akım rölesinde, 50 volt sınırıyla 1666 ohmdur. Gerilimin sahadaki biçimi bir hunidir ve tehlike topraklayıcının dibinde birikir; sayı zeminle ve mevsimle oynar. Hüküm tek başına sayıda değil, ölçülen değerin kayıtlı sınırla karşılaştırılmasındadır.

Sık sorulanlar

İlgili yazılar