Topraklama Nasıl Ölçülür? Üç Uçlu ve Kelepçeli Yöntem

Aynı topraklayıcı, aynı gün, iki ayrı cihazla ölçüldüğünde iki ayrı sayı verebilir. Bu bir dikkatsizlik ya da cihaz arızası değildir. Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği — Resmî Gazete, 21.08.2001 / 24500 — yöntem farkının sonucu değiştirdiğini iki yöntemi adıyla anarak kabul eder: kompanzasyon esaslı ölçümle bulunan değerin, akım-gerilim yöntemiyle bulunandan farklı ve çoğunlukla daha yüksek çıkabileceğini yazar, ve bu yüzden iki topraklayıcı üzerinden yapılan ilk kontrollerin tek bir yönteme göre yapılmasını ister.

O cümlenin hükmü iki yöntemle sınırlıdır; bu yazının çıkış noktası ise kurduğu ilkedir. Ölçümde taşınan asıl bilgi ekranda okunan sayı değil, o sayıyı hangi devrenin ürettiğidir. Yöntem değişince ölçülen büyüklük değişir; ölçülen büyüklük değişince sayı artık aynı sorunun cevabı olmaz.

Anlatmadıkları da baştan duruyor. Okunan direncin ne anlama geldiği ve neden düşük olması beklendiği başka bir yazınındır; bu sayfada tek bir ohm değeri yazılmaz. Ölçümün ne sıklıkla tekrarlandığı kendi yazısındadır ve burada hiçbir periyot verilmez. Zeminin özdirenci ayrı bir yazıya bırakılmıştır. Toprak direnci ile yalıtım direnci de aynı büyüklük değildir — biri toprağa açılan yolun, öteki bir yalıtkanın direncidir — ve ikincisi ayrı bir sorudur. Topraklamanın ne olduğu ve neyi koruduğu Topraklama Nedir, Neyi Korur? sayfasında karşılanıyor.

Topraklama nasıl ölçülür

Toprak direnci doğrudan okunan bir büyüklük değildir; bir gerilim ile bir akımın oranı olarak üretilir. Ölçü aleti topraklayıcıdan toprağa bilinen bir akım geçirir, bu akımın yolda ürettiği gerilimi ayrı bir uçtan okur ve ikisini böler. Bütün yöntemler bu tek işi yapar; ayrıldıkları yer, akımı hangi devreden geçirdikleri ve gerilimi nereden okuduklarıdır.

Yönetmelik yayılma direnci ve topraklama empedansı için dört yöntem sayar: sonda ve yardımcı topraklayıcı kullanan bir ölçme cihazı, yüksek frekans esasına dayanan ayrı bir cihaz, büyük akımlı akım-gerilim yöntemi ve tekil dirençleri ölçüp toplam değeri hesaplama. Bunlar birbirinin alternatifi değildir; metnin kendi ifadesiyle seçim, sistemin büyüklüğüne ve etkilenme derecesine bağlıdır. Büyük akımlı yöntem kilometrelerle ölçülen mesafeler ve onlarca amperlik deney akımı ister; bir konutun panosunda karşılığı yoktur.

Listenin kapalı olmadığı da ekin kendi girişinde yazılıdır. Yönetmelik saydığı yöntemleri “referans” sıfatıyla niteler ve doğruluğu bunlardan düşük olmamak koşuluyla başka yöntemlere kapıyı açık bırakır. Ölçüt yöntemin adı değil, verdiği sonucun doğruluğudur.

Sahada karşılaşılan iki aile şudur: sonda çakılarak yapılan ölçüm — üç uçlu ölçüm de denir — ve hiçbir sonda çakmadan, iletkenin üstüne bir kelepçe geçirilerek yapılan ölçüm.

Ölçülen büyüklük her zaman aynı değildir

Bir toprak direnci ölçümünde “direnç” tek bir şeyin adı değildir ve cihaz ekranındaki etiket bunu söyler.

Yayılma direnci, tek bir topraklayıcının toprağa açıldığı noktadaki kendi direncidir. Çevrim direnci, ölçüm noktasının aşağısında kalan bütün yolların oluşturduğu halkanın toplam direncidir. Seçici direnç ise paralel bağlı bir sistemde tek bir kolun direncidir ve o kol sökülmeden okunur; kelepçe ile iki sondanın birlikte kullanılmasıyla elde edilir. Tanımı gereği seçici direnç, toplam topraklama direncinden daima büyüktür — çünkü toplam, paralel bağlantının sonucudur.

Üçü aynı sayı değildir ve birbirinin yerine yazılamaz. Bir kayıtta hangi büyüklüğün durduğu, sayının kendisi kadar bilgi taşır. Bağlantı biçimi aynı ayrımın ikinci yüzüdür: üç uçlu bağlantıda topraklayıcıya giden bağlantı iletkeninin direnci ölçümün içindedir, dört uçlu bağlantı onu dışarıda bırakır.

Yönetmeliğin bu ayrımda açtığı bir kapı da var ve yoğun yerleşim bölgelerini ilgilendirir. Referans toprağa sonda çakmanın oralarda genellikle mümkün olmadığını metin kendisi söyler ve iki topraklayıcı üzerinden çevrim direncinin ölçülmesine izin verir; ölçülen değer, şart koşulan topraklama direncini aşamaz. Bu ölçümde ölçülen topraklayıcı koruma ya da PEN iletkeninden ayrılır; sökmeden ölçme kolaylığı bu yöntemde yoktur.

Üç uçlu yöntem: iki halka ve bir oran

Aşağıda anlatılan şey bir kurulum tarifi değil, ölçümün hangi koşullar sağlandığında anlam taşıdığının açıklamasıdır.

Devre iki halkadan oluşur. Birinci halkada akım, ölçülen topraklayıcı ile uzaktaki bir yardımcı topraklayıcı arasından geçirilir. İkinci halkada gerilim, ölçülen topraklayıcı ile aradaki bir sonda arasında okunur. Direnç bu iki büyüklüğün oranıdır. Bir cihaz belgesinde akımın her iki yönde verilip ortalamasının alındığı tarif edilir.

İki halka da toprağın içinden geçtiği için ölçümün geçerliliği, elektrotların birbirini görmemesine bağlıdır. Yönetmelik bunu doğrudan yazar: üç noktanın gerilim konileri birbirini kesmemeli, hatta değmemelidir. Mesafe kuralının sebebi budur ve kural tek bir sayı değildir. Ek-N, sonda ile topraklayıcının tabanı arasındaki uzaklık için hem 20 metrelik bir taban hem de en büyük topraklayıcı uzunluğunun 2,5 katı olmak üzere iki koşul yazar; yardımcı topraklayıcı için aynı yapı 40 metre ve dört kat olarak kurulur. Koşullar “ve” ile bağlıdır, yani hangisi büyükse o geçerlidir.

Bunun okur tarafındaki karşılığı tek cümledir: sondanın ne kadar uzağa konacağı ezberlenebilecek bir sayı değildir, çünkü sayı topraklayıcının kendi boyuna bağlıdır. Yatay yayılan bir topraklayıcıda koninin biçimi de, gereken mesafe de değişir; sahada dolaşan sabit metre tarifleri bir koşulu değil, tek bir örneği anlatır.

Yönetmelik ayrıca üç noktanın olabildiğince aynı doğru üzerinde ve birbirinden uzak durmasını, ölçüm bölgesinin de metal boru hattı, gömülü iletken topraklama tesisi ve katodik korumadan arındırılmış olmasını ister; sonuncusu sağlanamıyorsa mesafe o metal kısımlardan itibaren sayılır.

Bir sınır da burada duruyor. Sondalı ölçüm, ölçülen topraklayıcının tesisatın geri kalanından ayrılmasını gerektirir; bu bir okuma değil bir tesisat işidir ve bu yüzden yetkili kişi işidir. Yönetmelik, enerji kesik olsa bile ölçme ve hazırlıkları sırasında tehlikeli dokunma gerilimlerinin doğabileceğini ayrıca not eder.

Sondanın yeri neden yüzde 62’de

Sondanın, ölçülen topraklayıcı ile yardımcı topraklayıcı arasındaki uzaklığın yaklaşık yüzde 62’sine konması bir gelenek değil, çözülmüş bir denklemin sonucudur. Konum, akım ve gerilim elektrotlarının potansiyel katkılarını dengeleyen bir bağıntının pozitif kökünden çıkar ve o kök yüzde 61,8’dir.

Kökün üç ön kabulü vardır ve bu bölümün asıl bilgisi oradadır: üçü de sahada her zaman doğru değildir. Toprağın tekdüze olduğu kabul edilir. Elektrotların, yarı küre sayılabilecek kadar küçük ve birbirinden uzak olduğu kabul edilir. Ölçülen topraklayıcıdan ve yardımcı topraklayıcıdan geçen akımların eşit olduğu kabul edilir.

Yarı küre kabulünün sebebi matematikseldir. Tekdüze bir toprakta yarı küre bir elektrodun yayılma direnci ve çevresindeki potansiyel kapalı biçimde yazılabilir; sahada yarı küre elektrot kullanılmaz, kabul hesabı mümkün kıldığı için yapılır.

Üçüncü kabul en kolay bozulanıdır. Ölçülen topraklayıcıya paralel başka bir topraklama yolu varsa — toprak teli taşıyan bir direk bunun bilinen örneğidir — iki elektrottan geçen akımlar eşit olmaz ve doğru sonda konumu artık yüzde 62 değildir. Akım oranı düştükçe doğru konum topraklayıcıya yaklaşır. Bu yazı o yeni konum için bir oran vermez; verilebilecek olan, oranın sabit olmadığıdır.

Ezberin yerine geçen şey yöntemin kendi içinde duruyor. Sonda birkaç ara konumda okunduğunda, doğru yerleşimde ölçüm eğrisi bir düzlüğe oturur: konum değişirken okunan değer belirgin biçimde değişmez. Düzlük çıkmıyorsa, değer sonda uzaklaştıkça sürekli yükseliyorsa, elektrotlar birbirini etkiliyordur ve mesafe yetersizdir. Yani yüzde 62 bir sonuç değil, sınanacak bir başlangıç konumudur.

Kelepçeli yöntem ne ölçer, ne ölçmez

Kelepçeli ölçümde sonda çakılmaz, kablo serilmez, elektrot sökülmez. Cihazın kafasında iki bobin vardır: biri bilinen bir frekansta bir gerilim uygular, öbürü doğan akımı ölçer. Sonuç yine bir orandır.

Yöntemin en önemli sınırı adının hemen yanında durur ve çoğu zaman atlanır: kelepçe tek bir elektrodun direncini ölçmez, çevrimin toplam direncini ölçer. Ölçüm noktasının aşağısındaki seri ve paralel yolların tamamı okunan değerin içindedir.

Bu yüzden yöntem ancak bir koşul sağlandığında aranan sayıyı verir: ölçüm noktasının aşağısındaki paralel ağın direnci, ölçülen elektrodun direncinden belirgin biçimde küçük olmalıdır. Koşul sağlandığında toplam, elektrodun kendi değerine yaklaşır. Sağlanmadığında okunan sayı elektrodun değil, çevrimin sayısıdır.

Koşulun sağlanmadığı en yaygın yer bir konuttur. Tek topraklayıcılı, tek yollu bir tesisatta kelepçeli yöntem kabul edilebilir bir değer vermez ve üretici belgeleri bu durumda sondalı yöntemin zorunlu olduğunu yazar. Aynı sınırın belgelerde tarif edilmiş bir dolanma yolu da var, ama o yol tesisatta geçici bir bağlantı kurmayı gerektirir; bir okuma işi değildir ve bu sayfada tarif edilmez.

Kelepçenin nereye geçirildiği sonucu tersine çevirebilir. Kesintisiz bir metal yolun üstünden tutulduğunda sinyal topraktan değil iletkenin kendisinden döner ve okuma yanlış olarak düşük çıkar. Üretici belgeleri, çok küçük okumaların bir toprak değeri değil bir çevrim işareti olduğunu yazar. Tehlikeli olan yön budur: yöntem, kötü bir topraklamayı iyi göstererek yanılır.

Kelepçeli ölçümün deney frekansı sondalı ölçümünkinden çok daha yüksektir ve bu farkın etkisi ile çevrim etkisi aynı yöne çalışır: aynı noktada kelepçeyle okunan değer, sondayla okunandan yüksek çıkma eğilimindedir. Yöntem ayrıca çok noktadan topraklanmış büyük bir gözlü topraklayıcı için — bir şalt sahası ızgarası gibi — uygun değildir. Bilinen hata kaynakları arasında toprak telinin kısmen korozyona uğraması, telin açık olması ve yüksek dirençli bir elektrotta sinyalin gürültünün içinde kaybolması sayılır.

Yöntemin gerçek kazancı da doğru yerde durmalı: tesis enerjisiz bırakılmaz, elektrot sökülmez ve bağlantı ile köprüleme kalitesi de ölçümün içine girer. Kolaylık bir üstünlük değil bir ödünleşmedir.

Aynı elektrot, farklı gün, farklı sayı

Ölçüm bittiğinde ortaya çıkan şey bir sabit değil, koşula bağlı bir okumadır.

Yönetmelik, sonuç değerlendirilirken ortam sıcaklığının ve toprak neminin mevsime bağlı etkisinin hesaba katılmasını ister. Aynı elektrot, aynı yöntemle, farklı mevsimde farklı sayı verir; bu bir ölçüm hatası değil beklenen davranıştır.

Türkiye’deki resmî kayıt biçimi bunu zaten öngörüyor. Elektrik Mühendisleri Odası’nın tip ölçüm ve muayene raporlarında hava durumu, toprak durumu ve ölçüm yöntemi ayrı alanlardır. Sayının yanında hangi yöntemle ve hangi koşulda okunduğu yazılmıyorsa sayı yorumlanamaz.

Aynı formda cihazın hata sınıfı ve kalibrasyon onayı, ölçümü yapanın adı, unvanı ve oda sicil numarası da ayrı alanlardır. Kalibrasyonsuz bir cihazın verdiği sayı bu kayıt biçiminde bir ölçüm sayılmaz; ölçüm bir kuruma değil bir kişiye bağlanır. Bu cihazların uluslararası standart karşılığı IEC 61557-5:2019’dur; burada yalnız kimliği anılır, hükmü değil.

Okunan sayının neyle karşılaştırılacağı da tek bir sabite bağlı değildir; ölçüt, seçilen dokunma gerilimi sınırına ve devrenin koruma düzenine göre kurulur ve yönetmelik bir ohm listesi değil bir koşul verir. O koşulun kendisi ayrı bir yazınındır.

Yaygın üç çıkarım ve neden tutmuyorlar

“Yönetmelikte kelepçeli yöntem sayılmıyor, öyleyse geçersizdir.” Tutmaz. Ekin girişi yöntemleri referans sıfatıyla niteler ve listeyi kapalı saymaz; doğruluğu bunlardan düşük olmamak koşuluyla başka yöntemlere kapı açıktır. Sorulması gereken “izinli mi” değil, “bu kurulumda doğru sonucu verir mi”dir.

“Kelepçeli yöntem daha kolay, öyleyse daha uygun.” Tutmaz, çünkü kolaylık ölçülen büyüklüğü değiştirir. Kelepçe çevrimi ölçer ve koşul sağlanmadığında yanılma yönü düşük tarafadır; yani kötü bir topraklamayı iyi gösterebilir.

“Okunan sayı şu kadarın altındaysa topraklama iyidir.” Bu cümle çoğu zaman yabancı kaynaklardan taşınmış bir hedef değerle kurulur ve iki yerden birden kırılır: Türkiye’de yürürlükteki yönetmelik bir ohm listesi değil bir koşul verir, ve hangi değerin beklendiği ölçümün hangi büyüklüğü ürettiği bilinmeden sorulamaz.

Özet

Toprak direnci doğrudan okunmaz; bir gerilimin bir akıma bölünmesiyle üretilir ve yöntemler yalnızca akımı hangi devreden geçirdikleriyle ayrılır. Ölçülen büyüklük de tek değildir: bir topraklayıcının yayılma direnci, bir halkanın çevrim direnci ve paralel bir sistemde tek kolun seçici direnci ayrı şeylerdir.

Üç uçlu ölçümde akım uzaktaki bir yardımcı topraklayıcıdan geçer, gerilim aradaki bir sondadan okunur. Geçerliliği elektrotların birbirini etkilememesine bağlıdır; yönetmelik bu yüzden mesafeyi tek bir sayıyla değil, bir taban ile topraklayıcı uzunluğuna bağlı bir çarpanın birlikte sağlanmasıyla tarif eder. Sondanın yüzde 62’lik konumu bir gelenek değil bir denklemin köküdür ve üç ön kabule dayanır; paralel bir topraklama yolu varken üçüncüsü bozulur. Konumun doğruluğu ezberle değil, okumanın bir düzlüğe oturmasıyla sınanır.

Kelepçeli ölçümde sonda çakılmaz ve tesis enerjisiz bırakılmaz, ama ölçülen şey tek bir elektrot değil çevrimin tamamıdır. Yöntem, ölçüm noktasının aşağısındaki paralel ağın direnci küçük olduğunda aranan değere yaklaşır; tek yollu bir tesisatta kabul edilebilir bir sonuç vermez ve yanlış bir kelepçe konumu okumayı yanlış olarak düşürebilir.

Sonuç bir sabit de değildir: mevsim, toprak nemi ve cihazın kalibrasyonu değeri etkiler. Resmî kayıt biçimi bu yüzden sayının yanında yöntemi, hava ve toprak durumunu, cihazı ve ölçümü yapan kişiyi ister; bu bilgiler olmadan bir toprak direnci sayısı yorumlanamaz.

Sık sorulanlar

İlgili yazılar

Güvenlik sınırı. Bu yazı bir tesisatın nasıl çalıştığını anlatır, ne yapmanız gerektiğini söylemez. Elektrik tesisatında ölçüm, sökme ve bağlantı işleri yetkili kişilerce ve enerji kesilerek yapılır. Tarif edilen mekanizma her tesisatta aynı değildir.