Kısa cevap: Topraklama, elektrik tesisatındaki iletken gövdelerin ve sistemin belirli noktalarının bir iletkenle toprağa bağlanmasıdır. Amaç, bir izolasyon arızasında gövdede tehlikeli gerilim kalmasını önlemek ve koruma cihazının (sigorta, kaçak akım rölesi) devreyi hızla açmasını sağlamaktır. Endüstriyel tesislerde topraklama ayrıca makine elektroniğinin parazitsiz çalışması için gereklidir.
Bu yazıda topraklamanın amacını, TN, TT ve IT sistemlerini, ölçümleri, pano ve makine topraklamasını ve sinyal kablosu blendajının topraklanmasını anlatıyoruz.
Güvenlik notu: Topraklama tesisatının yapımı, değiştirilmesi ve ölçümü can güvenliğiyle ilgilidir. Bu işler yetkili ve ehliyetli bir elektrik mühendisi veya elektrik teknisyeni tarafından, gerektiğinde enerji kesilip kilitlenerek; enerjili devrede yapılması gereken ölçümler (çevrim empedansı, kaçak akım rölesi testi) ise uygun ölçü cihazı ve kişisel koruyucu donanımla yapılmalıdır. Bu yazı bilgi amaçlıdır, uygulama talimatı değildir.
Bu yazıda (10 başlık)
Topraklama neden yapılır?
- Can güvenliği: Bir motorun sargısı gövdeye kaçarsa topraklanmamış gövde gerilim altında kalır; dokunan kişi akımın yolu olur. Topraklanmış gövdede arıza akımı koruma iletkeninden akar ve sigorta ya da kaçak akım rölesi devreyi açar.
- Koruma cihazlarının çalışması: Arıza akımının geri dönebileceği düşük empedanslı bir yol yoksa sigorta yeterince hızlı atmaz.
- Eş potansiyel: Aynı anda dokunulabilen metal parçalar arasında tehlikeli gerilim farkı oluşmaması sağlanır.
- Yıldırım ve aşırı gerilim: Darbe akımlarının güvenli şekilde toprağa iletilmesi.
- Elektromanyetik uyumluluk (EMC): PLC, sürücü, enkoder ve haberleşme hatlarının parazitten etkilenmemesi.
Koruma topraklaması ve işletme topraklaması
- Koruma topraklaması: Normalde gerilim altında olmayan iletken gövdelerin (motor gövdesi, pano kapağı, makine şasisi) topraklanmasıdır. Amaç insan güvenliğidir.
- İşletme topraklaması: Sistemin bir noktasının, genellikle trafonun yıldız noktasının (nötr) topraklanmasıdır. Amaç sistemin düzgün çalışmasıdır.
- Fonksiyonel topraklama: Elektronik cihazların doğru çalışması için yapılan, güvenlikten çok sinyal kalitesine yönelik topraklamadır; koruma topraklamasının yerine geçmez.
TN, TT ve IT sistemleri
Alçak gerilim şebekeleri, kaynağın (trafonun) ve tüketici gövdelerinin toprakla ilişkisine göre adlandırılır. Birinci harf kaynağı, ikinci harf gövdeleri anlatır: T (terre) toprağa doğrudan bağlı, I (isolé) topraktan yalıtılmış veya empedans üzerinden bağlı, N gövdelerin nötr noktasına bağlı olduğunu gösterir.
| Sistem | Kaynak | Gövdeler | Nerede görülür? |
|---|---|---|---|
| TN-S | Topraklı | Ayrı koruma iletkeni (PE) ile kaynağın topraklama noktasına bağlı | Kendi trafosu olan sanayi tesisleri |
| TN-C | Topraklı | Nötr ve koruma aynı iletkende (PEN) | Eski tesisler, dağıtım hatları |
| TN-C-S | Topraklı | Önce PEN, bir noktadan sonra N ve PE ayrılır | Yaygın bina ve tesis yapısı |
| TT | Topraklı | Kaynaktan bağımsız, tesisin kendi topraklayıcısına bağlı | Şebekeden beslenen küçük işletmeler, konutlar |
| IT | Yalıtılmış veya empedans üzerinden | Kendi topraklayıcısına bağlı | Kesintinin kritik olduğu özel tesisler |
Pratik farklar:
- TN sistemlerde gövde kaçağı neredeyse bir kısa devre gibi davranır; arıza akımı yüksektir ve sigorta veya otomat devreyi açar. Bunun için çevrim (loop) empedansının yeterince düşük olması gerekir.
- TT sistemlerde arıza akımı toprak üzerinden döner ve sınırlıdır; sigorta çoğu zaman atmaz. Bu nedenle kaçak akım rölesi koruması belirleyicidir. Ayrıntılar: kaçak akım rölesi nedir.
- IT sistemlerde ilk izolasyon arızası devreyi açmaz, sistem çalışmaya devam eder. Bu yüzden ilk arızayı haber veren bir izolasyon izleme cihazı kullanılır; ikinci bir arıza oluşmadan ilk arıza giderilmelidir.
- TN-C sistemde PEN iletkeni koptuğunda gövdeler gerilim altında kalabilir. Ayrıca nötr akımı PEN üzerinden aktığı ve PEN’e bağlı gövdeler, metal yapılar ve kablo blendajları üzerinden de dolaşabildiği için EMC sorunlarına yol açar. PEN iletkenli devrede kaçak akım rölesi de kullanılamaz. Elektronik yoğun tesislerde TN-S tercih edilir.
Türkiye’de yönetmelik
Türkiye’de temel düzenleme Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği‘dir. Yönetmelik 21 Ağustos 2001 tarihli, 24500 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanmıştır (Resmî Gazete, 21.08.2001). Kapsamı, frekansı 100 Hz’in altındaki alternatif akım ve doğru akım elektrik tesislerinin topraklama tesislerinin kurulması, işletilmesi ve denetlenmesidir.
Periyodik kontrol tarafında İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve Güvenlik Şartları Yönetmeliği belirleyicidir. Yönetmeliğin Ek-III’üne göre ilgili standartlarda aksi belirtilmedikçe tesisatların periyodik kontrolü yılda bir yapılır; Tablo-3, elektrik ve topraklama tesisatı için standartta süre yoksa 1 yıl öngörür ve kontrolün Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği, Elektrik Kuvvetli Akım Tesisleri Yönetmeliği, Elektrik İç Tesisleri Yönetmeliği ile TS HD 60364 ve TS EN 60079 serisi standartlara göre yapılacağını belirtir. Aynı ek, bu kontrolleri yapabilecek kişileri de sayar: yetkili elektrik ve elektrik-elektronik mühendisleri, elektrik teknikerleri ve yüksek teknikerleri ile elektrik eğitimi bölümü mezunu teknik öğretmenler; 1 kV ve altındaki tesisatlarda yetkili elektronik mühendisleri de (mevzuat.gov.tr). Uygulamada geçerli olan, bu yetkili kişinin hazırladığı ölçüm ve kontrol raporudur.
Topraklama ölçümü
Bir topraklama tesisinin yeterli olup olmadığı ölçümle anlaşılır. Başlıca ölçümler:
- Topraklama direnci ölçümü: Topraklayıcının toprağa geçiş direnci, yardımcı kazıklarla yapılan gerilim düşümü yöntemiyle veya, birden fazla paralel topraklama yolu bulunan sistemlerde, pens tipi cihazlarla ölçülür. Ölçüm için topraklayıcı bağlantısı ayrılacaksa bu sırada koruma devre dışı kalır; iş yalnızca yetkili kişi tarafından, gerekli önlemler alınarak yapılmalıdır.
- Toprak özdirenci ölçümü: Yeni topraklayıcı tasarımında zeminin iletkenliği belirlenir.
- Çevrim (loop) empedansı ölçümü: TN sistemlerde arıza durumunda koruma cihazının açacağı akımın yeterli olup olmadığını gösterir.
- Koruma iletkeni süreklilik ölçümü: Prizlerden, makinelerden ve pano gövdelerinden ana topraklama barasına kadar PE hattının kopuk veya yüksek dirençli olmadığı kontrol edilir.
- Kaçak akım rölesi testi: Rölenin belirtilen akımda ve sürede açıp açmadığı ölçülür.
Hangi değerin yeterli kabul edileceği sistem tipine, koruma cihazına ve ilgili yönetmelik ile standartlara göre belirlenir. Bu değerlendirme ölçümü yapan yetkili kişinin raporunda yer alır.
Pano ve makine topraklaması
Bir otomasyon panosunda topraklama birkaç katmandan oluşur:
- PE barası: Besleme kablosunun koruma iletkeni ana PE barasına bağlanır. Tüm cihazların PE uçları buraya döner.
- Gövde bağlantıları: Pano kapağı, montaj plakası ve yan paneller esnek örgülü bağlantı iletkenleriyle gövdeye bağlanır. Menteşe tek başına güvenilir bir topraklama yolu değildir.
- Montaj plakası: Boyasız, galvanizli bir montaj plakası, sürücü ve filtrelerin geniş yüzeyle topraklanmasını sağlar. Boyalı yüzeyde bağlantı noktası boyadan arındırılmalıdır.
- Makine şasisi ve motorlar: Motor gövdesi besleme kablosundaki PE ile topraklanır; makine iskeleti eş potansiyel iletkeniyle bağlanır.
- Frekans konvertörlü motorlar: Ekranlı motor kablosu ve sürücü ile motor arasında düşük empedanslı bir topraklama yolu, yüksek frekanslı kaçak akımların kontrollü dönmesini sağlar.
Pano elemanları ve yerleşimi için: elektrik pano elemanları ve EPLAN ve pano montaj standartları.
Blendajın (ekranın) EMC topraklaması
Ekranlı kablonun blendajı, parazitin sinyal iletkenlerine ulaşmasını engeller; ama yalnızca doğru topraklanırsa.
- 360 derece bağlantı: Blendaj, EMC kablo rakoru veya blendaj kelepçesiyle çevresi boyunca geniş yüzeyden topraklanmalıdır. Blendajı burup tek bir tel (“domuz kuyruğu”) halinde klemense bağlamak, yüksek frekansta etkisini büyük ölçüde azaltır.
- İki uçtan mı, tek uçtan mı? Sürücü-motor kabloları ve PROFINET, PROFIBUS gibi dijital haberleşme hatlarında blendaj genellikle iki uçtan topraklanır. İki uç arasında potansiyel farkı varsa blendajdan dengeleme akımı akar; bunu önlemek için kabloya paralel bir eş potansiyel iletkeni çekilir. Bazı hassas analog ölçümlerde cihaz üreticisinin önerisine göre tek uçtan topraklama tercih edilebilir.
- Kablo ayrımı: Güç kabloları ile sinyal kabloları ayrı kanallardan götürülmeli, kesişmeler dik açıyla yapılmalıdır.
Haberleşme hatlarındaki kopma ve parazit sorunları için: PROFINET nedir.
Sık yapılan topraklama hataları
- PE yerine nötr iletkenini gövdeye bağlamak.
- Makineyi “ayrı topraklama” adıyla tesisin topraklama sisteminden bağımsız bir kazığa bağlamak; arızada gövdeler arasında tehlikeli gerilim farkı oluşabilir.
- Boyalı yüzeye topraklama cıvatası bağlamak.
- Bakım sonrası sökülen topraklama bağlantısını geri takmamak.
- Blendajı yalnızca bir telle bağlamak veya hiç bağlamamak.
Pano arızalarında topraklama da kontrol listesinde yer almalıdır: pano arıza tespiti ve onarımı.
Sıkça Sorulan Sorular
Topraklama ne işe yarar?
Topraklama, bir izolasyon arızasında cihaz gövdesinde tehlikeli gerilim kalmasını önler ve sigorta veya kaçak akım rölesinin devreyi açmasını sağlar. Ayrıca yıldırım ve aşırı gerilime karşı koruma ile elektronik cihazların parazitsiz çalışmasına katkı sağlar.
TN, TT ve IT sistemleri arasındaki fark nedir?
TN sistemde gövdeler koruma iletkeniyle kaynağın topraklama noktasına bağlıdır. TT sistemde gövdeler kaynaktan bağımsız bir topraklayıcıya bağlıdır. IT sistemde kaynak topraktan yalıtılmıştır veya bir empedans üzerinden topraklanır; ilk arızada devre açmaz.
Topraklama ölçümü ne sıklıkla yapılır?
İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve Güvenlik Şartları Yönetmeliği’ne göre, ilgili standartta farklı bir süre belirtilmemişse elektrik ve topraklama tesisatının periyodik kontrolü yılda bir yapılır. Kontrolü yetkili elektrik mühendisi veya teknikeri yapar ve raporlar.
Pano topraklaması nasıl yapılır?
Besleme kablosunun koruma iletkeni ana PE barasına bağlanır, tüm cihazların PE uçları ve pano kapağı ile montaj plakası bu sisteme bağlanır. Bu iş yetkili bir elektrikçi tarafından, ilgili yönetmelik ve standartlara göre yapılmalıdır.
Kablo blendajı iki uçtan mı topraklanır?
Sürücü-motor kablolarında ve dijital haberleşme hatlarında blendaj genellikle iki uçtan, 360 derece bağlantıyla topraklanır ve gerekirse paralel eş potansiyel iletkeni çekilir. Bazı hassas analog ölçümlerde tek uçtan topraklama tercih edilebilir; cihaz üreticisinin önerisine bakılmalıdır.
Eskişehir’de pano topraklaması ve EMC desteği
AveA Otomasyon olarak Eskişehir ve çevre illerdeki tesislerde otomasyon panolarının tasarım ve imalatında PE ve eş potansiyel düzeni, sürücü ve haberleşme kablolarında EMC uyumlu blendaj topraklaması ve parazit kaynaklı arızaların tespiti üzerine çalışıyoruz. Bina topraklama tesisatının yapımı ve yasal ölçümleri için yetkili elektrik mühendisi veya ölçüm firmasıyla çalışılmasını öneriyoruz. Bize 0533 454 52 32 numarasından ulaşabilirsiniz; mesai dışında da arayabilirsiniz.