a) Topraklama tesislerinin kurulması için temel koşullar: Topraklama tesislerinin kurulmasında dört koşul yerine getirilmelidir.
1) Mekanik dayanım ve korozyona karşı dayanıklılığın sağlanması,
2) Isıl bakımdan en yüksek hata akımına (hesaplanarak bulunan) dayanıklılık,
3) İşletme araçları ve nesnelerin zarar görmesinin önlenmesi,
4) En yüksek toprak hata akımı esnasında, topraklama tesislerinde ortaya çıkabilecek gerilimlere karşı insanların güvenliğinin sağlanması.
Bu koşullardan dolayı topraklama tesislerinin boyutlandırılması için aşağıdaki parametreler önemlidir:
-Hata akımının değeri,(*)
-Hatanın süresi,(*)
-Toprağın özellikleri.
(*): Bu parametreler, esas olarak yüksek gerilim sisteminin nötrünün topraklanma şekline bağlıdır. Farklı gerilim seviyelerinin kullanıldığı bir tesiste, bu dört koşul her bir gerilim seviyesinde yerine getirilmelidir. Farklı gerilim sistemlerinde aynı anda meydana gelen hatalar veya arızalar dikkate alınmayabilir. Bu kurallar, çalışma ve ayırma mahallerindeki geçici toprak bağlantılarına uygulanmaz.
b) Mekanik dayanım ve korozyona karşı dayanıklılık bakımından topraklama tesisinin boyutlandırılması:
1) Topraklayıcı (Topraklama elektrodu) : Topraklayıcılar toprak ile sürekli temasta bulunduğu için korozyona (kimyasal ve biyolojik etkiler, oksitlenme, elektrolitik korozyon oluşumu ve elektroliz vb.) karşı dayanıklı malzemelerden oluşmalıdır. Bunlar, hem montaj esnasında çıkabilecek mekanik zorlanmalara karşı dayanıklı olmalı hem de normal işletmede oluşan mekanik etkilere dayanmalıdır. Beton temeline gömülen çelik ve çelik kazıklar veya diğer doğal topraklayıcılar topraklama tesisinin bir kısmı olarak kullanılabilirler. Topraklayıcılar için, mekanik dayanım ve korozyon bakımından en küçük boyutlar Ek-A‘da verilmiştir. Ek-A‘da belirtilenlerden başka bir malzeme kullanıldığı zaman (örneğin paslanmaz çelik) Madde 5-a’daki ilk iki koşula uygun olmalıdır.
Çıplak bakır yada bakır kaplamalı çelikten yapılmış geniş topraklayıcı sistemlerinin; boru hatları, vb. çelik yeraltı tesislerine olabildiğince metalik olarak temas etmemesine dikkat edilmelidir. Aksi durumda çelik bölümler büyük bir korozyon tehlikesine uğrayabilir.
2) Topraklama iletkenleri: Topraklama iletkenlerinin mekanik dayanım ve korozyona karşı dayanıklılık bakımından en küçük kesitleri aşağıda verilmiştir.
-Bakır: 16 mm2 ( Ek-F, F.5’deki istisnaya bakınız)
-Alüminyum: 35 mm2
-Çelik: 50 mm2
3) Potansiyel dengeleme iletkeni: Potansiyel dengeleme iletkenlerinin boyutlandırılması için Madde 5-b2’deki veriler asgari şartlarda öngörülmüştür.
Not: Çelikten yapılmış topraklama ve potansiyel dengeleme iletkenleri, korozyona karşı uygun güvenlik önlemlerini gerektirir.
c) Isıl zorlanmalara göre boyutlandırma:
Topraklama iletkenleri ve topraklayıcılar için göz önünde bulundurulması gereken akımlar Çizelge-1’de verilmiştir.
Not 1: Bazı durumlarda hata olmayan işletmede (kararlı durum) ortaya çıkan sıfır bileşen akımları topraklama tesisinin boyutlandırılmasında göz önünde bulundurulmalıdır.
Not 2: Proje tasarımı sırasında iletken kesitinin hesaplanmasında kullanılan akımlar için tesisin gelecekteki gelişmeleri göz önünde bulundurulmalıdır.
Topraklama tesislerinde hata akımı çoğu kez kollara ayrılır. Bundan dolayı, her topraklayıcı için, bu kısımdan geçen hata akımının göz önüne alınmasında yarar vardır.
Bu boyutlandırma için göz önünde bulundurulan son sıcaklıklar Ek-B’de verildiği gibi seçilerek, malzemenin dayanıklılığının azalması ve çevredeki malzemelerin zarar görmesi (örneğin beton veya yalıtkan maddeler) önlenmelidir.
Bu Yönetmelikte, topraklayıcıların etrafındaki toprak için izin verilen sıcaklık artış değerleri verilmemiştir. Deneyimler böyle bir sıcaklık artışının önemsiz olduğunu göstermiştir.
Topraklama iletkenlerinin veya topraklayıcıların kesitlerinin hesabı, hata akımının süresi ve büyüklüğüne bağlı olarak Ek-B de verilmiştir. Hata süresinin 5 saniyeden küçük (adyabatik sıcaklık artışı) ve 5 saniyeden büyük olması arasında bir ayrım bulunmaktadır. Son sıcaklık, malzeme ve çevre koşullarına göre seçilmelidir. Bununla birlikte, Madde 5-b2’deki en küçük kesitler dikkate alınmalıdır.
Not: Kullanılan ek bağlantıların akım taşıma kapasitesi ( özellikle vidalı bağlantılar ) dikkate alınmalıdır.
d) Dokunma ve adım gerilimlerine göre boyutlandırma:
1) İzin verilen değerler : İnsanlar için tehlikeli olan, vücuttan akan akımdır. Bu akımın etkileri, IEC/TR2 60479-1’de akımın süresi ve büyüklüğüne bağlı olarak açıklanmıştır. Uygulamada dokunma geriliminin dikkate alınması yeterlidir. Dokunma gerilimi için sınır değerler, hata süresine bağlı olarak Şekil-6’da verilmiştir.
Bu eğri, çıplak elden çıplak ayağa insan vücudu boyunca oluşabilen gerilim değerlerini gösterir. Bu değerlerin hesaplanmasında başka ek dirençler dikkate alınmamıştır. Bununla birlikte Ek-C’de verilen hesap yöntemi ile bu ek dirençler (örneğin ayakkabı, yüksek dirençli yüzey kaplama malzemeleri) bulunabilir.
Her toprak hatasında akım devresi kesilir, dolayısıyla toprak hataları sonucunda uzun süreli veya belirsiz süreli dokunma gerilimleri oluşmaz.
Adım gerilimleri için izin verilen değerlerin tanımlanması gerekli değildir.
Not: Adım gerilimleri için izin verilen değerler, dokunma gerilimleri için izin verilen değerlerden bir miktar daha büyüktür. Dolayısıyla topraklama sistemi dokunma gerilimi koşullarını yerine getirdiğinde, genellikle tehlikeli adım gerilimlerinin oluşmayacağı varsayılır.
Göz önüne alınan hata akımı süresinde, koruma düzenlerinin ve devre kesicilerin doğru çalıştığı varsayılır.
2) İzin verilen dokunma gerilimlerinin elde edilmesi için alınacak önlemler: Topraklama tesisinin temel tasarımında Madde 5-a’da verilen ilk üç koşul kullanılır. Tasarım, dokunma gerilimlerine göre kontrol edilmelidir ve sonra benzer durumlar için bir tip tasarım olarak dikkate alınabilir. Şekil-7’deki akış diyagramı uygun çözüm yolunu göstermektedir. Hata akımlarının geri dönüş yoluna bağlı olan özel durumlar için çözüm örnekleri Ek-R’de verilmiştir.
İzin verilen dokunma gerilimi UTp’nin değerleri için Şekil-6 kullanılmalıdır. Ek dirençler, Ek-C’de kullanılan hesap yöntemine göre dikkate alınabilir. İzin verilen bu değerler, aşağıdaki hususlardan birisinin veya diğerinin yerine getirilmesi ile gerçekleştirilmiş sayılır:
-Ya; C1 ve C2 den birinin sağlanması durumunda,
C1: Söz konusu olan tesis, global topraklama sisteminin bir parçası ise,
C2: Ölçme yoluyla veya hesaplama yoluyla bulunan topraklama gerilimi (potansiyel yükselmesi), Şekil-6’ya uygun olan izin verilen dokunma geriliminin iki kat değerini aşmıyorsa;
-Ya da, toprak potansiyel yükselmesinin büyüklüğüne ve hata süresine bağlı olarak kabul ve tespit edilen
Ek-D’deki M önlemleri alınmış ise. Bu önlemler Ek-D’de açıklanmıştır.
M önlemleri ve C1 veya C2 koşullarının hiç birisi yerine getirilmezse, genellikle ölçme yaparak Şekil-6’da izin verilen dokunma geriliminin sağlanıp sağlanmadığı kontrol edilmelidir.
Buna alternatif olarak, Madde 5-a’daki tüm koşulları yerine getiren bir tip tasarım da kullanılabilir.
Not: C1 veya C2 koşullarının ve M önlemlerinin alınmasına alternatif olarak, dokunma gerilim değerleri sahada yapılan ölçmelerle kontrol edilebilir.
Potansiyel sürüklenmeleri, daima ayrı olarak kontrol edilmelidir.
Bir topraklama sisteminin dokunma ve topraklama gerilimleri elde bulunan verilerden (toprak özdirenci, mevcut topraklama tesislerinin topraklama empedansı, Ek-K’ya bakınız) hesaplanabilir. Hesaplama için, yeterli akım taşıma kapasitesine sahip olan ve topraklama tesisi ile güvenli bir şekilde bağlanmış olan tüm topraklayıcılar ve diğer topraklama tesisleri göz önünde bulundurulabilir. Bu husus özellikle, tesis edilmiş hava hattı topraklama iletkenleri ve topraklama etkisi olan kablolar için geçerlidir. Aynı şekilde bu husus kablo zırhı veya kılıfı, PEN iletkeni veya başka bir yolla, göz önünde bulundurulan topraklama tesisine bağlanmış bulunan topraklama sistemlerine de uygulanabilir.
Şekil-K3 yardımıyla yapılacak hesaplamaların ispatı için, dörtten fazla güzergahta döşenmemiş topraklama etkisi olan kabloların tümü göz önüne alınabilir. Bu kablolar farklı gerilimli sistemlere ilişkin olabilir.
Not: Güzergah sayısının dörtten fazla olması durumunda karşılıklı etkilenme göz ardı edilemez. Bundan dolayı, sadece mevcut güzergahlardan dördünün seçilmesine izin verilir. Bir güzergahta çok sayıda kablo bulunması halinde, yalnızca bir uzunluk dikkate alınabilir.
Dokunma ve topraklama gerilimlerinin tespiti için gerekli olan akımlar Çizelge-1’de verilmiştir.
Ölçme yoluyla ispat için Madde 7 (sırasıyla Ek-N ve Ek-G) dikkate alınmalıdır.
Topraklama tesislerinin boyutlandırılmasında iki durum özel olarak dikkate alınmalıdır:
-Toprak teması dengelenmiş (kompanze edilmiş) şebekeler,
-Yıldız noktası yalıtılmış şebekeler.
Yıldız noktası geçici olarak değeri düşük bir empedans üzerinden topraklanmış elektrik tesislerindeki topraklama sistemleri, toprak hatasının beş saniyeden daha kısa zamanda kesildiği şebekeler gibi boyutlandırılabilir; aksi taktirde beş saniyeden daha büyük toprak hata açma zamanlı şebekelerde olduğu gibi boyutlandırılır (Ek-D’deki Çizelge-D.1’e bakınız).