Parafudr paratoner

TMMOB ELEKTRĠK MÜHENDĠSLERĠ ODASI BURSA ġUBESĠ

PARAFUDR ve PARATONER

TOPRAKLAMALARININ DĠĞER

TESĠS TOPRAKLAMALARI ĠLE

ĠLĠġKĠLERĠ ve PARAFUDR

SEÇĠMĠ

NECMETTĠN ÇAMLI

ELEKTRĠK MÜHENDĠSĠ

BURSA 15 EKĠM 2004


PARAFUDR ve PARATONER TOPRAKLAMALARININ

DĠĞER TESĠS TOPRAKLAMALARI ĠLE ĠLĠġKĠLERĠ ve

PARAFUDR SEÇĠMĠ

1. GENEL DEĞERLENDĠRME

2. YILDIRIM BOġALMALARINDA GERĠ ATLAMA

TOPRAKLAMA DĠRENCĠNĠN BELĠRLENMESĠ

2.1. PARAFUDRLARIN TOPRAKLAMA DĠRENCĠNĠN

BELĠRLENMESĠ

2.2. PARAFUDRLARIN TĠPĠNĠN BELĠRLENMSĠ

2.3. PARAFUDRLARIN YERĠNĠN BELĠRLENMESĠ

2.4. EKLATÖRLERLE KORUMA ve AYARLARI

2.5. PARAFUDR SEÇĠMĠ ve ARK BOYNUZU AYAR

LĠSTESĠ

3. SONUÇ


1. GENEL DEĞERLENĠRME:

Bilindiği gibi elektrik tesislerinde yalıtkanların yalıtım

düzeyleri; bozulmadan, delinmeden görev yapabilecek

Ģekilde oluĢturulmalıdır. AĢağıda belirtilen iki nedenden

dolayı delinmeler ve bozulmalar olabilmektedir.

a) Ġç aĢırı gerilim denen ve Ģebekenin açma - kapama

iĢlemleri sırasında, geçici rejimlerin neden olduğu ve

milisaniye düzeyinde süren, anma geriliminin iki katı gibi bir

değere ulaĢan gerilimler,

b) DıĢ aĢırı gerilim denen ve atmosferik deĢarjlar, yıldırım

akımları sırasında oluĢan ve mikrosaniye düzeyinde süren

ancak genliği anma geriliminin birkaç katına kadar çıkan

gerilimler, ile bozulabilmektedir.


Cihaz, teçhizat ve elektrik elemanlarının yalıtımları, iç aĢırı

gerilime dayanabilecek düzeyde imal edilmektedirler. Bu

arada özellikle güç ve akım trafoları, dıĢ aĢırı gerilimlere de

belirli bir düzeye kadar dayanacak Ģekilde imal

edilmektedir. Ancak, bilindiği gibi, dıĢ aĢırı gerilime karĢı,

koruma aygıtları olarak, uygun topraklama sistemleri ile

donatılmıĢ parafudr ve eklatörler vd. kullanılır. Topraklama

Ġletkenlerinin kesiti, kısa devre yük akımları ve aĢırı

atmosferik gerilimlerin yarattığı çok yüksek değerdeki

akımları, kısa sürede en kısa yoldan toprağa ulaĢtırmalıdır.

Ġletkenlerin kesiti, bu durumdaki sıcaklıkları 300oC ve daha

yüksek değerlere kadar artacağı varsayımına göre

belirlenmektedir. (bkz. ELEKTRĠK TESĠSLERĠNDE

TOPRAKLAMALAR YÖNETMELĠĞĠ (ETTY) Ek-B).


Bu bakımdan topraklama iletkeni olarak çıplak iletkenler

kullanılmalıdır. Bazı özel durumlar için yalıtkanlı iletken

kullanmak gerekiyor ise bu iletkenin özellikle örgülü iletken

değil, dolu iletken olmasına dikkat edilmelidir. Ek

elemanları ise, korozyona dayanıklı malzemelerden

seçilmeli ya da korozyonu önleyici önlemler alınmalıdır.

Genel de topraklama sistemleri bir kere yapıldıktan sonra

bir daha bakım yaparak iyileĢtirme olanağı kalmamaktadır.

Bu bakımdan ilk tesis, son derece güvenli malzeme ve

iĢçilik ile yapılmıĢ olmalıdır. Bilindiği gibi topraklama olayı

bir sistemler bütünüdür. Direnci düĢük çok iyi bir

topraklama yapılmıĢ olabilir, ancak cihazın topraklama

noktasına ulaĢıncaya kadar, tüm ek noktaları özenle ve

bağlantı iletkenleri de nitelikli malzeme ile yapılmıĢ

olmalıdır.


2. YILDIRIM BOġALMALARINDA GERĠ ATLAMA

TOPRAKLAMA DĠRENCĠNĠN BELĠRLENMESĠ

Yıldırım etkilerine karĢı, elektrik cihazlarının, etkili bir

Ģekilde korunabilmesi için topraklama iletken ve

sistemlerinin çok iyi boyutlandırılması gerektiği

belirtilmektedir. (bkz. ETTY Ek-H). “ETTY Ek-H, H.3

maddesinde: elektrik tesislerinin topraklanmıĢ bölümlerine

yıldırım düĢtüğünde, topraklanmıĢ tesis bölümleri ile

iĢletme gereği gerilim altında bulunan bölümler arasında

atlama (geri atlama) olabilir.” Denmektedir. Geri atlama

olmaması için aĢağıdaki koĢullardan söz edilmektedir.

Bunun için darbe topraklama direnci:

Rda = Uda / Ida

bağıntısını sağlayacak değerde ise geri atlama beklenmez.

(Bkz. ETTY Ek-H)


Burada:

Rda : Direk yada dayanak topraklama tesisinin darbe

topraklama direnci

Uda : Yalıtkanın darbe dayanım gerilimi

Ida : Direk yada dayanaktan geçen yıldırım akımının tepe

değeri

Uda Yalıtkanın darbe dayanım gerilimi IEC 6076-3 de 1,2 /

50 ms değerleri için:

36 kV Anma Geriliminde Uda : 170 kV

1 kV Anma Geriliminde Uda : 20 kV olarak verilmektedir.

Burada:

1,2 ms Darbe geriliminin anma cephe süresi

50 ms Darbe geriliminin anma sırt yarı değer süresini

ifade etmektedir.

Ida ise ETTY Çizelge - H1 Toprak iletkeni bulunan hava

hattı direklerinde direkten geçen Yıldırım Akımlarıdır


Ida (kA) 20 30 40 50 60

Bir direğe düĢen tüm yıldırım akımların %

si olarak aĢılmayan değerler

80 90 95 98 99

Bu cetvelden görüldüğü gibi, örneğin bir direğe düĢen tüm

yıldırımların %95 inde bu direkten geçen yıldırım

akımlarının Ģiddeti 40 kA’i aĢmadığı belirtilmektedir.

Ülkemizde; dağıtım tesislerinin, yüksek gerilim tarafının,

besleme geriliminin büyük çoğunluğu 36 kV gerilim

seviyesindedir. Bu bakımdan, yıldırım boĢalmalarında, geri

atlama direncini yüksek gerilim 36 kV ve alçak gerilim için

de 1 kV ta göre hesaplamak mümkündür. Cetvelde verilen

yıldırım akımlarının en küçük ve en büyük değerine göre

Rda aĢağıda hesaplanmıĢtır.


a) 36 kV anma geriliminde geri atlama direnci:

36 kV anma gerilim değerinde olan tesislerde geri atlama

olmaması için parafudrun topraklama direnci; yıldırım

akımlarının 20 - 60 kA değerleri için:

Rda = Uda / Ida = 170 / 20 = 8,5

= 170 / 60 = 2,8 değerleri arasında

olmalıdır.


b) 1 kV anma geriliminde geri atlama direnci:

1 kV anma gerilim değerinde olan tesislerde geri atlama

olmaması için parafudrun topraklama direnci: yıldırım

akımlarının 20 - 60 kA değerleri için:

Rda = Uda / Ida = 20 / 20 = 1

= 20 / 60 = 0,33 değerleri arasında

olmalıdır.

60 kA EN YÜKSEK YILDIRIM AKIMINA GÖRE:

36 kV anma gerilimi için : 2,8

1 kV anma gerilimi için : 0,33 değeri daha güvenli bir

topraklama direnci değeri olmaktadır.


ETTY Ek-H da “Bir topraklayıcının darbe topraklama direnci

bunun RE yayılma direncinden farklıdır. Küçük boyutlu

topraklayıcılarda (örneğin direk ayaklarında, uzunlukları

yaklaĢık 10 m’ye kadar olan derin topraklayıcılarda ve

ıĢınların uzunluğu 20 m’yi pek aĢmayan yıldız

topraklayıcılarda), darbe topraklama direnci yaklaĢık

yayılma direncine (toprak iletkeninin direkten çözülüp

ayrılması durumunda) eĢit alınabilir.” Denmektedir.

Uygulamada, darbe topraklama direnci ile RE yayılma

direncini eĢit almanın çok büyük bir sakınca yaratmayacağı

böylece belirtilmektedir.


2.1 PARAFUDRLARIN TOPRAKLAMA DĠRENCĠNĠN

BELĠRLENMESĠ

Parafudrların topraklaması uygulamada üç değiĢik olasılık

içinde bulunmaktadır.

a) Parafudr topraklaması, diğer tüm elektrik tesislerinden

uzakta (örneğin en az 20 m) ve bağımsızdır.

Bu durumda parafudr topraklama direnci 8,5 olarak tesis

edilebilir. Bilindiği gibi paratoner imalatçı kataloglarında

paratonerin topraklama direncinin 10 dan daha büyük

olamayacağı ifade edilmektedir. Ancak parafudr koruyacağı

elektrik teçhizatından en fazla 10 m uzakta olacağı için, bu

koĢul paratoner topraklaması ile ilgilidir.


b) Parafudr topraklaması, 36 kV yüksek gerilim elektrik

tesisleri ile iç içe veya 20 m’den daha yakındır.

Bu durumda parafudr topraklama direnci 2,8 veya

daha düĢük olarak tesis edilebilir.

c) Parafudr topraklaması, 36 kV yüksek ve 1 kV alçak

gerilim tesisleri ile iç içe veya çok yakındır.

Uygulama da en çok karĢılaĢılan durum olup, paratoner,

parafudr ve diğer tesislerin koruma ve iĢletme

topraklamaları iç içe veya 20 m’den daha yakın

konumdadır. Bu durumda tüm topraklamalar ayrı ayrı tesis

edilseler bile, toprak özgül direnci üzerinden birbirine

paralel bağlı konumdadır. Bu durumda ortak topraklama

direncinin 0,33 olarak tesis edilmesi güvenlik ve

tesislerin iĢlerliği açısından uygun olacağını düĢünüyoruz.

Ancak ETTY Dördüncü Bölümde söz edilen: Topraklama

tesislerinin birleĢtirilmesi ilkeleri de göz önüne alınmalıdır.


Ayrıca: ETTY “Yıldırımdan Korunma Tesislerinin

Civarındaki ĠletiĢim Tesisleri Ġçin Topraklama Kuralları

Madde 25 de; Yıldırıma karĢı koruma topraklamalarına 2

m’ den daha küçük mesafede baĢka topraklayıcılar

bulunuyorsa, bütün topraklayıcılar birbirleriyle bağlanmak

zorundadır. Topraklayıcı mesafelerinin 2 ila 20 m arasında

olması durumunda bütün topraklayıcıların birbirleriyle

bağlanması tavsiye edilir.

Toprak direncinin 500 m’ den daha yüksek olduğu

durumlarda, aralarındaki mesafeler 20 m’den büyük olan

topraklayıcıların da yıldırıma karĢı koruma topraklamasına

bağlanması tavsiye edilir. . . “ denmektedir.


Tesislerin topraklaması, inĢaat aĢamasında temel

topraklaması düzeninde yapıldığı taktirde biraz da özen

göstererek topraklama direncinin 0,33 ve altına

düĢürülmesi mümkündür. Bu durumda tüm topraklama

irtibatlarının “potansiyel dengeleme barasında”

birleĢtirilmesinin sorun yaratmayacağını düĢünüyoruz.

Ayrıca ETYY Ek-H da belirtildiği gibi koruma teli olan

enerji nakil hattı tesislerinin yakınında ve bunların koruma

alanı içinde, tesisler için yıldırımdan koruma tesisi

(paratoner, parafudr) yapılması pek bir anlam ifade

etmemektedir.


2.2. PARAFUDRLARIN TĠPĠNĠN BELĠRLENMESĠ

Parafudrların seçiminde; gerilim değeri, darbe boĢalma

akımı ve kısa devre akımı olmak üzere üç ana değer

gözönüne alınarak belirlenir.

2.2.1. Gerilim değeri:

Parafudr da aĢırı gerilim dalgasının oluĢturduğu ark atlayıp

kesildikten sonra gerilim uçlarında kalan Ģebeke gerilimidir.

Parafudr gerilim değeri, Ģebeke iĢletme frekansında izin

verilen maksimum gerilime eĢit yada biraz daha büyük

seçilir.


Prafudrun gerilim değerinin belirlenmesinde, sistemi

besleyen Ģebekenin yada kaynağın besleme tarafının

üçgen, yıldız ve yıldız noktasının da doğrudan yada direnç

üzerinden topraklı olması durumu göz önüne alınır. Nötr

yada baĢka bir deyiĢle yıldız noktası, büyük değerde

empedanslarla topraklanmıĢ ise nötrü yalıtılmıĢ kabul

edilir. Arıza durumlarında nötr noktası kaydığında sağlam

fazların toprağa göre gerilimi artacaktır. Bu durumda bir

topraklama katsayısından söz edilir. (Bkz Orta Gerilim

Transformatör Merkezlerinin Tasarımı 1.3.2-c.2 ve 5.9.1)


Sistemin toprak katsayısı

e =< 0,8 ise sistem doğrudan topraklı,

e > 0,8 ise nötrü yalıtılmıĢ olarak kabul edilmektedir.

* Yıldız noktası yalıtılmıĢ veya üçgen devrelerde

parafudrun fazlar arası gerilim değeri:

Up = 1,1 x Un ( 0,8 < e <1 ) olan sistemlerde

* Yıldız noktası doğrudan topraklı sistemlerde parafudrun

fazlar arası gerilim değeri:

Up = 1,1 x Un x e (e = 0,8 alınır)


Örnek 1:

Bir 154/34,5 kV indirici merkezde transformatörün 34,5 kV

sargısının yıldız noktası 60 direnç üzerinden topraklıdır.

Transformatörü korumak için kullanılacak parafudrun

gerilimi ne olmalıdır.

60 ’luk direnç nedeniyle transformatörün nötrü yalıtılmıĢ

kabul edilir e > 0,8

Up = 1,1 x 34,5 = 37,95 kV olarak bulunur.

7 kV’luk yada 36 kV’luk parafudr seçilmelidir.


Örnek 2:

Bir 154/34,5 kV indirici merkezde transformatörün 34,5 kV

sargısının orta noktası doğrudan topraklıdır.

Transformatörü korumak için kullanılacak parafudrun

gerilimi ne olmalıdır.

Up = 1,1 x 34,5 x 0,8 = 30,36 kV olarak bulunur.

30 kV’luk parafudr seçilmelidir.


Ülkemizin Ulusal Elektrik Sisteminde 25 MVA gücün

üzerindeki 154/34,5 kV transformatörlerin 34,5 kV tarafının

yıldız noktası bir dirençle topraklıdır. Eğer fider bir hava

hattını besliyor ise kullanılan direnç değeri Ry = 60 olup

Ik = 34500 / ( 1,73 x 60) = 300 A. Ġle sınırlıdır. Fider bir

yeraltı Ģebekesini besliyor ise Ry = 20 değerindedir. Bu

durumda Ik = 34500 / (1,73 x 20) = 1000 A. Ġle sınırlıdır.

34,5 kV dağıtım sisteminde faz - toprak arızalarında akımın

300 yada 1000 A. Ġle sınırlandırılması nötr direnci üzerinde

düĢen gerilimin; dU = 300 A. x 60 W = 18.000 V yada

dU = 1000 A.x 20 = 20.000 V. gibi değerlerde olacağı

için 34,5 kV Ģebeke yalıtılmıĢ gibi bir etki gösterecektir. Bu

bakımdan "e" topraklama katsayısını 1 yada 0,8 olarak

dikkate almak yeterlidir.


2.2.2. Darbe BoĢalma Akımı:

Parafudrlar 5 ve 10 kA darbe boĢalma akımına göre

yapılmaktadırlar. Atmosferik boĢalmaların yoğun olduğu

bölgelerde 10 kA anma darbe akımı parafudrlar seçilebilir.

Yıldırım akımlarının seyrek oluĢtuğu yerlerde 5 kA’lik

parafudr seçimi uygun olabilmektedir.


2.2.3 Kısa Devre Akımı:

Atmosferik boĢalmalardan baĢka iĢletme frekansında olan

kaçak akımlar da parafudrları zorlamaktadır. Yıldız noktası

doğrudan topraklı sistemlerde iki faz - toprak arızalarında

kısa devre akımının çok özel durumlarda 40 kA’i geçtiği

görülmüĢtür. Yıldız noktası direnç üzerinden topraklanmıĢ

sistemlerde ise iki faz - toprak arızalarında kısa devre

akımı seyrek olarak 15 kA düzeyine ulaĢır. Bu bakımdan

parafudrun kısa devre akımı, kendisine en yakın kesici

yada ayırıcının kısa devre akımı düzeyinde, yada bir üst

değerde seçilmesi uygun olur. Bilindiği gibi kısa devre

dayanımı olması gerekenden düĢük seçildiği taktirde

parçalanarak çevresine daha büyük zararlar

verebilmektedir. Prafudrlar genelde 10, 20 ve 40 kA kısa

devre akımı düzeyinde imal edilmektedirler.


Tablo: 1 de Bu Üç Temel Değerlere Göre Parafudrlar

Ġçin Seçim Listesi verilmiĢtir.


2.3. PARAFUDRLARIN YERĠNĠN BELĠRLENMESĠ

AĢırı atmosferik boĢalmalar nedeniyle; transformatör,

kesici, ayırıcı, kablo baĢlıkları vb. nin dıĢ aĢırı gerilimlerden

etkilenmemesi için bunları korumakla görevli parafudrların,

elektrik sisteminin uygun yerlerine yerleĢtirilmesi

gerekmektedir. Uygun yere yerleĢtirilmeyen parafudrların

faydadan çok arıza kaynağı olup daha büyük zararlar

açması kaçınılmazdır.


Parafudrlar korunması gereken elektrik sistemleri ile paralel

olarak faz - toprak arasına bağlanırlar. Parafudrlar,

korunması istenen elektrik sistemlerine mümkün olduğu

kadar yakın olmalı ama hiçbir zaman 10 m’yi de

geçmemelidir. 36 kV’a kadar olan yüksek gerilim

tesislerinde gerilim yansımalarının neden olduğu iç aĢırı

gerilimler nedeniyle yürüyen dalgalar parafudrlar ile

denetim altına alınmalıdır. Bu bakımdan hava hatları ile

uzunluğu 30 m’yi aĢan yeraltı kablolarının, birleĢtiği

noktalara parafudr yerleĢtirerek korunmalıdır. Hava hattı ile

arka arkaya yeraltı kabloları bağlanıyorsa, kabloların hava

hattı ile birleĢtiği yerlere parafudrlar yerleĢtirilip hava

hattından yansıyacak dıĢ aĢırı gerilimlere karĢı

korunmalıdır.


2.4. EKLATÖRLERLE KORUMA VE AYARLARI

Bilindiği gibi güç transformatörlerin yüksek gerilim

buĢinglerinin enerji besleme ve toprak tarafında eklatörler

(ark boynuzu) tespit edilmiĢ olarak imal edilmektedirler.

Trafoların montajı aĢamasında ark boynuzu uçlarının

birbirine baktığı ve mesafelerinin kontrol edilmesi, bozuldu

ise ayarlanması gerekmektedir. AĢağıdaki listede DIN

Normuna göre 1000 m rakıma kadar çeĢitli gerilim

kademeleri için ark boynuzu açıklıkları verilmiĢtir.

Enerji nakil hatlarının son bulduğu noktalarda trafolara,

kablolara yakın son direklerde, de ark boynuzlu gergi

takımı kullanmak parafudr yerine veya parafudrun

destekçisi olarak uygun olmaktadır. Ancak ülkemizde

yaygın bir kullanma alanı bulunmamaktadır.


2.5. PARAFUDR SEÇĠMĠ ve ARK BOYNUZU AYAR

LĠSTESĠ

Parafudr tipinin belirlenmesinde açıklanan ilkelere göre

değiĢik gerilim değerlerine göre hesaplanarak LĠSTE: 2.5.1

de bir parafudr seçim çizelgesi oluĢturulmuĢtur.

Eklatör (ark boynuzu) ayar değerleri için de trafo

imalatçılarından ilgili DIN Normunda 1000 m rakıma kadar

olan değerler alınarak listelenmiĢtir. Enerji nakil hattı son

direklerinde ark boynuzlu gergi takımı kullanılması

durumunda da ark uçlarının uzaklıkları bu değerlere göre

ayarlanmalıdır. Bu değerlerde

LĠSTE: 2.5.2 de verilmiĢtir.


3. SONUÇ

Bölüm “2. Yıldırım BoĢalmalarında Geri Atlama

Topraklama Direncinin Belirlenmesi” nde açıklanmaya

çalıĢılan geri atlama direnci 0,33 ’un altında

gerçekleĢtirildiği zaman paratoner, faraday kafesi, parafudr

topraklamalarının diğer tesis 36 kV Y.G ve 1 kV A.G.

topraklamaları ve uygun olursa diğer tesis topraklamaları

ile de birleĢtirilmesinin mümkün olacağını düĢünüyoruz.


KAYNAKÇA

1) 21.08.2001 Tarih ve 24500 Sayılı Resmi Gazetede

yayınlanan ELEKTRĠK TESĠSLERĠNDE

TOPRAKLAMALAR YÖNETMELĠĞĠ

2) ORTA GERĠLĠM TRANSFORMATÖR MERKEZLERĠNĠN

TASARIMI: TMMOB EMO Yayın No: T.Y-1.5 ĠZMĠR – 1987

3)PARAFUDR TEKNĠK KATALOGLARI: ÖZEL FĠRMALAR

4) Ayrıca Bakınız: KAYNAK ELEKTRĠK DERGĠSĠ SAYI 141

ARALIK 2000 "PARATONER TOPRAKLAMA DĠRENCĠNĠN

ZEMĠN ÖZELLĠKLERĠNE BAĞLI OLARAK ĠNCELENMESĠ"

YRD.DOÇ. DR. ADEM ÜNAL Sayfa:120


Anma

Gerilimi

(kV)

Parafudr Gerilimi (kV)

Parafudr Darbe

BoĢalma Akımı

(kA)

Parafudr Kısa

Devre Akımı (kA)Sistemin Durumu

Doğrudan

Topraklı

Direnç ile

Topraklı ve

Üçgen Devre

3,3 3 3,3 5 10 10 20 40

7,2 6,3 7,2 + + + + +

12 10,5 12 + + + + +

17,5 15 18 + + + + +

36 30 36 + + + + +

LĠSTE:2.5.1 36 kV ta KADAR DAĞITIM SĠSTEMLERĠNDE PARAFUDR SEÇĠM ÇĠZELGESĠ

AÇIKLAMA: Parafudr Darbe BoĢalma Akımı: 5 kA Seyrek yıldırımlı yerler, 10

kA Yoğun Yıldırımlı yerler Parafudr Kısa Devre Akımı: 10 kA (TM' ne uzak), 20

kA (TM yakınında) 40 kA (Generatör Bara)


Anma Gerilimi

(kV)

Ark Boynuzu Açıklık

(mm)

6 60

10 85

15 115

20 155

30 220

45 305

60 400

150 1000

380 2300

LĠSTE:2.5.2 36 kV ta KADAR DAĞITIM SĠSTEMLERĠNDE ARK BONUZU AYAR

ÇĠZELGESĠ (DIN Normuna Göre 1000 m Rakıma kadar)

Parafudr paratoner

Business

Transcript of Parafudr paratoner