Neden Topraklama?
Zayıf topraklama, yalnızca gereksiz duruşlara neden olmakla kalmaz, aynı zamanda tehlikelidir ve ekipmanın arızalanma riskini arttırır.
Etkili bir topraklama sistemi olmadan, ekipman arızalarını, harmonik bozulmaları, güç faktörü sorunlarını ortadan kaldıramayız ve olası aralıklarla ortaya çıkabilecek açmazlardan bahsetmiyorum bile, elektrik çarpma riskine maruz da kalabiliriz.
Uyarı: Bu makalenin içeriği Fluke'nin Prensipler, Test Yöntemleri ve Uygulamaları Rehberinden alıntıdır!
Eğer düzgün tasarlanmış ve korumalı bir topraklama sistemi vasıtasıyla, arıza akımlarının toprağa aktığı bir yol yoksa, bu akım insanların arzu etmediği yolları bulacaktır. Su yolunu bulur misali...
Neden Topraklama Sistemlerini Test Etmeliyiz?
İyi topraklama sistemi, yalnızca güvenlik için değildir. Ayrıca, endüstriyel tesislerin ve teçhizatların zarar görmemesi için kullanılır. İyi bir topraklama sistemi, ekipmanın güvenilirliğini artıracak ve yıldırım veya arıza akımlarından kaynakları hasarların meydana gelme olasılığını azaltacaktır.
Zamanla, yüksek nem, tuz ve sıcaklık içeren aşındırıcı topraklar, topraklama çubuklarını ve bağlantılarını bozabilir. Bu nedenle, topraklama sistemi ilk kurulduğunda, düşük topraklama direnç değerlerine rağmen, topraklama çubukları zamanla aşınırsa (aşındırıcı topraktan kaynaklı) topraklama sisteminin direnci artabilir.
Topraklama test cihazları, çalışma sürenizi efektif kullanmanıza yardımcı olmak için vazgeçilmez sorun giderme araçlarıdır. Arada bir ortaya çıkan sinir bozucu elektrik sorunları; zayıf topraklama veya düşük güç kalitesi ile ilgili olabilir.
Bu nedenle, tüm topraklamanın ve bağlantılarının, normal öngörülen bakım planınızın bir parçası olarak, en az yılda bir kez kontrol edilmesi önerilmektedir.
Bu periyodik kontroller sırasında, % 20'den fazla bir direnç artışı ölçülürse, teknisyenler, topraklama sistemindeki elektrod kazıklarını değiştirerek veya ilave ederek, sorunun kaynağını araştırmalı ve direnci düşürmek için düzeltmeler yapmalıdır.
İyi Bir Topraklama Direncinin Değeri Nasıl Olmalıdır?
Neyin iyi bir zemin topraklaması oluşturduğuna ve toprak direncinin değerinin ne olması gerektiği konusunda çok fazla kafa karışıklığı vardır. Lakin İdeal koşullarda topraklama direnci sıfır ohm direnç olmalıdır.
Herkes tarafından tanımlanmış bir standart topraklama direnci eşiği yoktur. Bununla birlikte, NFPA ve IEEE, topraklama direncinin değerinin 5.0 ohm ve altında bir değer olmasını önermektedir.
Dirençlerin Bulunduğu Yerler
(a) Topraklama elektrodu ve bağlantısı: Toprak elektrodunun ve bağlantılarının direnci genellikle çok düşüktür. Topraklama kazıkları (elektrodları) genellikle çelik veya bakır gibi yüksek iletken / düşük dirençli malzemelerden yapılır.
(b) Topraklama elektrodunun çevresindeki temas direnci: Ulusal Standartlar Enstitüsü (ABD Ticaret Bakanlığı bünyesinde bir devlet kurumu), bu temas direncinin, toprak elektrodunun boya, yağ vb. içermemesi ve elekrodun toprakla çok sıkıca temas halinde olması koşullarıyla neredeyse ihmal edilebilir düzeyde olduğunu göstermiştir.
(c) Yeryüzü toprak katmanları direnci: Topraklama elektrodu, kavramsal olarak aynı kalınlığa sahip konsantrik kabuklardan oluşan toprakla çevrilidir. Toprak elektroduna en yakın kabuklar, en az direnç derecesine neden olan en küçük alana sahiptir. Ardından gelen her kabuk, daha düşük bir direnci sağlayan daha büyük bir alana sahiptir. Bu kabukların sonuncusu, toprak elektrodunu çevreleyen yere, en az direnç kazandıran bir mesafededir.
Her Toprak Elektrodunun Sahip Olduğu "Etki Alanı"
Topraklama Direncini Neler Etkiler?
Birincisi, NEC kodu 250-83-3, toprakla iyi temas etmesi için toprak elektrodunun uzunluğunun minimum 2.5 metre olması gerektiğini göstermektedir.
Ancak, bir topraklama sisteminin direncini etkileyen dört değişken vardır:
Topraklama elektrodunun uzunluğu / derinliği
Topraklama elektrodunun çapı
Topraklama elektrodunun sayısı
Topraklama sisteminin tasarımı
1) Topraklama elektrodunun uzunluğu / derinliği
Topraklama direncini düşürmenin en etkili yollarından biri, toprak elektrod-kazıklarını daha derinlere çakmaktır. Topraklama direnci tutarlı değildir ve oldukça öngörülemez olabilir. Topraklama elektrodunu çakarken, donma çizgisinin altında olması kritik öneme sahiptir. Bu, yeryüzündeki toprağın donmasıyla, toprak direncinin büyük ölçüde etkilenmeyeceği şekilde yapılır.
2) Topraklama Elektrodunun Çapı
Topraklama elektrodunun çapının arttırılması direnci düşürmede çok az etkiye sahiptir. Örneğin, bir toprak elektrodunun çapını ikiye çıkardığınızda, direnciniz sadece % 10 oranında azalacaktır.
3) Topraklama Elektrodunun Sayısı
Topraklama direncini düşürmenin bir başka yolu ise, çok sayıda topraklama elektrodu kullanmaktır. Bu topraklama tasarımında, birden fazla elektrod-kazık toprağa çakılır ve direnci düşürmek için paralel bağlanırlar. İlave elektrod-kazıkların etkili olabilmesi için ek kazıkların aralığı en azından merkezi kazığın derinliğine eşit olmalıdır. Elektrod kazıkların uygun aralıklarla yerleştirilmemesinden kaynaklı olarak, elektrodların etki alanları kesişir ve direnç azalmaz.
4) Topraklama Sisteminin Tasarımı
Basit topraklama sistemleri, yere çakılan tek bir toprak elektrod-kazığından oluşur. Tek bir toprak elektrodu kullanımı en yaygın topraklama biçimidir ve evinizin veya iş yerinizin dışında bulunabilir.
Kompleks topraklama sistemleri, çok sayıda topraklama kazığından, ağ veya ızgara ağları, toprak plakaları ve topraklama ilmeklerinden oluşur. Bu sistemler tipik olarak elektrik santralleri, merkezi ofisler ve baz istasyonlarında olabilir. Karmaşık topraklama sistemleri, toprak ile temas miktarını önemli ölçüde arttırır ve zemin direncini önemli ölçüde düşürür.
Topraklama Sistemlerinin Test Yöntemleri Nelerdir?
Dört tür topraklama test yöntemi mevcuttur:
Toprak Direnci (kazıklar kullanılarak)
Potansiyel Düşüşü (kazık kullanarak)
Seçici yöntem (1 kıskaç ve kazık kullanarak)
Kazıksız (yalnızca 2 kıskaç kullanarak)
Toprak Direnci Ölçümü | Toprak direnci neden belirlenir?
Toprak Direnci, toprak direnci gereksinimlerinizi karşılamak için yeni kurulumlar (yeşil alan uygulamaları) için topraklama sisteminin tasarımını belirlerken çok gereklidir.
İdeal olarak, mümkün olan en düşük dirence sahip bir yer bulursunuz. Ancak daha önce tartıştığımız gibi, zayıf toprak koşulları daha ayrıntılı topraklama sistemleriyle aşılabilir.
Toprak bileşimi, nem içeriği ve sıcaklık, hepsi toprak direncini etkiler. Toprak nadiren homojendir ve toprağın özdirenci coğrafi olarak ve farklı toprak derinliklerinde değişecektir. Nem içeriği mevsimsel olarak değişmekte, toprak alt katmanlarının yapısına ve kalıcı su tablasının derinliğine göre değişmektedir. Toprak ve su genellikle daha derin tabakalarda daha stabil olduğundan, topraklama kazıklarının mümkün olduğu kadar toprağın derinliklerine, su tablasına mümkünse yerleştirilmesi önerilir.
Ayrıca, sabit bir sıcaklığın olduğu yerlere, yani donma çizgisinin altına topraklama kazıkları yerleştirilmelidir.
Bir topraklama sisteminin etkili olabilmesi için mümkün olan en kötü koşullara dayanacak şekilde tasarlanması gerekir.
Toprak direncini nasıl hesaplarım?
Aşağıda açıklanan ölçüm prosedürü, 1915'te ABD Standartları Bürosu'ndan Dr. Frank Wenner tarafından geliştirilen evrensel olarak kabul edilmiş Wenner yöntemidir.
Formül aşağıdaki gibidir:
ρ = 2 (pi) A R
(ρ = ohm cinsinden A cm derinliğinde ortalama toprak direncidir)
pi = 3.1416
A = cm cinsinden elektrotlar arasındaki mesafe
R = test cihazından ohm cinsinden ölçülen direnç değeridir
Örnek: Topraklama sisteminizin bir parçası olarak üç metre uzunluğunda topraklama çubukları kurmaya karar verdiniz. Üç metre derinlikte toprak direncini ölçmek için, üç metrelik test elektrotları arasındaki mesafeyi tartıştık.
Toprak direncini ölçmek için Fluke 1625'i çalıştırın ve ohm cinsinden direnç değerini okuyun. Bu durumda direnç okumasının 100 ohm olduğunu varsayın. Yani, bu durumda biliyoruz ki:
A = 3 metre ve
R = 100 ohm
O zaman toprak direnci şuna eşit olacaktır:
ρ = 2 x pi x A x R
ρ = 2 x 3,1416 x 3 metre x 100 ohm
ρ = 1885 ohm-m
Toprak direncini nasıl ölçebilirim?
Toprak direncini test etmek için, zemin test cihazını aşağıda gösterildiği gibi bağlayın.
Gördüğünüz gibi, dört adet toprak kazığı, birbirine eşit uzaklıkta, düz bir çizgi halinde toprağa yerleştirilmiştir.
Topraklama kazıkları arasındaki mesafe, kazık derinliğinden en az üç kat daha fazla olmalıdır. Bu nedenle, her bir zemin kazığının derinliği bir fit (0,30 metre) ise, kazıklar arasındaki mesafenin üç fitten (0,91 metreden) fazla olduğundan emin olun.
Fluke 1625, iki dış toprak kazığı boyunca bilinen bir akım üretir ve voltaj potansiyelindeki düşüş iki iç toprak kazığı arasında ölçülür.
Ohm Yasasını (V = IR) kullanarak Fluke test cihazı, toprak direncini otomatik olarak hesaplar.
Ölçüm sonuçları genellikle yer altındaki metal parçalar, yer altı akiferleri vb. tarafından bozulur ve geçersiz kılınır. Kazığın ekseninin 90 derece döndürüldüğü ek ölçümler her zaman önerilir. Derinlik ve mesafe birkaç kez değiştirilerek uygun bir toprak direnç sistemi belirleyebilen bir profil üretilir.
Toprak özdirenç ölçümleri, genellikle toprak akımlarının varlığı ve harmonikleri nedeniyle bozulur. Bunun olmasını önlemek için Fluke 1625, Otomatik Frekans Kontrol (AFC) Sistemi kullanır. Bu, en az gürültülü test frekansını otomatik olarak seçer ve net bir okuma elde etmenizi sağlar.
Potansiyel Düşüş Ölçümü
Potansiyel Düşüşü test yöntemi, bir topraklama sisteminin veya tek bir elektrotun bir sahadaki enerjiyi dağıtma yeteneğini ölçmek için kullanılır.
Potansiyel Düşüş testi nasıl çalışır?
İlk olarak, ilgilenilen toprak elektrodunun sahaya olan bağlantısının kesilmesi gerekir.
İkinci olarak, test cihazı topraklama elektroduna bağlanır. Ardından, 3 kutuplu Potansiyel Düşüş testi için, toprağa iki topraklama direği doğrudan bir hat üzerinde - toprak elektrotundan uzağa yerleştirilir. Normalde 20 metrelik (65 fit) boşluk yeterlidir.
Fluke 1625 tarafından dış direk (yardımcı topraklama direği) ve toprak elektrodu arasında bilinen bir akım üretilirken, voltaj potansiyelindeki düşüş iç topraklama direği ile toprak elektrodu arasında ölçülür. Ohm Yasasını (V = IR) kullanarak, test cihazı otomatik olarak toprak elektrodunun direncini hesaplar.
Topraklama test cihazını resimde gösterildiği gibi bağlayın. BAŞLAT'a basın ve RE (direnç) değerini okuyun. Bu, test edilen toprak elektrodunun gerçek değeridir. Bu topraklama elektrodu diğer topraklama kazıklarıyla paralel veya seri ise, RE değeri tüm dirençlerin toplam değeridir.
Kazıkları nasıl yerleştiriyoruz?
3 kutuplu bir toprak direnci testi gerçekleştirirken en yüksek doğruluk derecesini elde etmek için, probun test edilen topraklama elektrodunun ve yardımcı toprağın etki alanının dışına yerleştirilmesi önemlidir.
Etki alanının dışına çıkmazsanız, etkili direnç alanları üst üste binecek ve aldığınız tüm ölçümleri geçersiz kılacaktır. Aşağıdaki tablo, probu (iç direk) ve yardımcı zemini (dış direk) uygun şekilde ayarlamak için bir kılavuzdur.
Sonuçların doğruluğunu test etmek ve zemin kazıklarının etki alanlarının dışında olduğundan emin olmak için iç kazığı (sonda) her iki yönde 1 metre (3 fit) yeniden konumlandırın ve yeni bir ölçüm yapın.
Okumada önemli bir değişiklik varsa (% 30), test edilen topraklama çubuğu, iç kazığı (prob) yeniden konumlandırırken ölçülen değerler oldukça sabit kalana kadar iç direk (sonda) ve dış direk (yardımcı zemin) arasındaki mesafeyi artırmanız gerekir.
