Uploaded by Sükrü Gümüş

TCDD-Koruma ve Topraklama

advertisement
RAYLI SİSTEMLERDE TOPRAKLAMA
T C D D
HAZIRLAYAN: Kamil GÜLTEPE
Tahsin TAŞAR
Ziya S. DOĞAN
1
 TOPRAKLAMANIN AMACI
 TOPRAKLAMA İLE İLGİLİ TANIMLAR
 TOPRAKLAMA ÇEŞİTLERİ
 TOPRAKLAMA TASARIMI




Özgül Direnç Tayini
Elektrod Seçimi
Topraklama İletken Seçimi
Hesaplar
2
Giriş
Elektrik tesislerinde aktif olmayan bölümler ile sıfır iletkenleri ve
bunlara bağlı bölümlerin, bir elektrot yardımı ile, toprakla iletken bir
şekilde birleştirilmesine TOPRAKLAMA denilmektedir.
Elektrik sistemlerinin devamlılığı ve insan hayatını güvenceye almak
için elektrik sistemlerinde, gerilim altındaki kısımlar yalıtılırlar.
Toprağa karşı yalıtımda, çeşitli sebeplerle, her zaman bozulma ve
delinme şeklinde hata meydana gelmesi kaçınılmazdır.
Topraklama, meydana gelebilecek bu çeşit bir hata durumunda,
insan hayatını güvenceye almak maksadıyla uygulanacak
işlemlerden biridir.
Diğer taraftan şebekelerin düzgün çalışmasını sağlamak maksadı ile
topraklama işlemine gerek duyulur.
3
Enerji Tesislerinin Topraklanmasındaki amaç.
1- Arıza anında koruma sisteminin uyarılarak tesisin zarar görmesini
engellemek, enerjinin güvenirliliğini ve sürekliliğini artırmak
2- Kullanıcının güvenliğini sağlamak, insanları ve hayvanları elektrik
şoklarından korumak.
4
Elektrik çarpması olayı
Canlılar üzerinden elektrik akımı geçmesi sonucu bunlar üzerinde meydana
gelecek etkiler akım büyüklüğüne ve etki süresine göre aşağıdaki şekilde
gösterilmiştir.
İnsan bedeninden geçecek akımın büyüklüğü, kişinin vücut direncine, temas
noktalarının özelliklerine ve alternatif akımda frekansa bağlıdır.
İnsan vücut direnci, vücut iç direnci, temas noktalarındaki geçiş dirençleri ve
genel olarak akım yolu üzerindeki diğer dirençlerden oluşur. Bu değerler
kişilere göre çok farklı değerler alabilirler.
İnsan vücudu toplam direnci 2500 ohm ve insan için tehlikesiz akım 20 mA
alınırsa 50 volt’luk bir temas gerilimi sınır değer olarak kabul edilir.
Yüksek frekanslı akımlarda vücut direncinin artması sebebi ile, tehlikenin
azaldığı söylenebilir.
5
Alternatif akım etkilerinin akım/zaman bölgeleri
ms
10000
5000
2000
1000
t
500
200
100
50
20
10
AC -1
AC -2
AC -3
AC -4
0 1, 0 2, 0 5, 1
2 5 10 20 50 100 200 5001000 2000 10000
Vücut akımıI IB
mA
V
AC-1 : Genellikle tepki yoktur.
AC-2 : Zararlı bir fizyolojik etki yoktur.
AC-3 : Kalp atışlarında aksaklıklar görülür.
AC-4 : Tehlikeli fizyolojik etkiler, ağır yanıklar.
6
Topraklamanın amaca göre sınıflandırılması
Topraklama başlıca üç maksatla yapılmaktadır.
1. Koruma topraklaması
İnsanları tehlikeli dokunma gerilimlerine karşı korumak için
işletme araçlarının aktif olmayan kısımlarının topraklanması.
2. İşletme topraklaması
İşletme akım devresinin, tesisin normal işletilmesi için
topraklanması
3. Fonksiyon topraklaması
Bir iletişim tesisinin veya bir işletme elemanının istenen
fonksiyonu yerine getirmesi için yapılan topraklama. Yıldırım
etkilerine karşı koruma, raylı sistem topraklaması, zayıf akım
cihazlarının topraklanması.
7
TOPRAKLAMALAR
L1
L2
L3
PEN
RA
Koruma
topraklaması
RB
İşletme
topraklaması
RA
Fonksiyon
topraklaması
Koruma
topraklaması
8
Koruma topraklaması, alçak gerilim tesislerinde temas gerilimine karşı
koruma yöntemlerinden biridir.
Yüksek gerilim tesislerinde ise temas gerilimine karşı korumada
kullanılacak tek yöntemdir.
Baştada belirtildiği gibi işletme araçlarının aktif olmayan bölümleri, uygun
şekilde toprak içine tesis edilmiş olan bir topraaklama düzenine iletken bir
şekilde bağlanarak koruma topraklaması elde edilir.
Burada uygulanan yöntem ile, hata halinde, insan vücudu üzerinden
geçecek akımı olduğunca küçük tutmak ve bu arada devredeki koruma
cihazlarının çalışmasını sağlayarak arızalı kısmın, hızla devre dışı olmasını
sağlamaktır.
İşletme topraklaması, alçak gerilim şebekelerinde, transformatörlerin sıfır
noktalarının, doğru akım tesislerinde bir kutbun veya orta iletkenin
topraklanması ile yapılır. Böylece sistemde, toprağa karşı oluşacak gerilimin
belirli değerleri aşmamasına çalışılır.
Orta ve yüksek gerilim şebekelerinde işletme topraklaması ülkelerin
yönetmeliklerine göre değişmektedir. Ülkemizde Orta gerilim şebekeleri
direnç üzerinden topraklanmaktadır. Yüksek gerilim şebekelerinin ise direkt
olarak topraklanması yoluna gidilmektedir.
9
Sınırlı akım süreleri için izin verilen en yüksek dokunma gerilimleri
1000
9
V 8
7
6
5
c
b
4
3
Utp
Ud
2
a
1
100
9
8
7
6
5
4
3
3
4
5
6 7 8 9 0 ,1
2
a: Hayvanlar için kullanılacaktır.
3
4 5 6 7 8 9 1
Akım süresi
2
t
3
4 5 6 7 8 9 10
s
b: Eski VDE 141 değerleri.
c: Yeni kabul edilen eğri. Bu eğri sadece Y.G. şebekeleri için kullanılacaktır.
10
Müsaade edilebilir gerilim yükselmeleri:
İnsan vucudunun can alıcı bölümlerinden geçen akımın tahrip etkisi; akımın
frekansına, büyüklüğüne ve etki süresine bağlıdır.
Amper= 0.165.A
Ѵt
Bu formül 3 sn. etki süreli akımlar için geçerlidir
daha uzun süreli akımlarda kullanılmaz
t= etki süresi sn
Ik= Vucut tan geçen akımın etkin değeri
11
TANIMLAR
Koruma iletkeni (PE) : İşletme elemanlarının aktif olmayan bölümlerini:
- Potansiyel dengeleme barasına,
- Topraklayıcılara ,
- Elektrik enerji kaynağının topraklanmış noktasına,
bağlayan iletkendir.
Koruma iletkeni + nötr iletkeni (PEN) : Koruma iletkeni ve nötr iletkeni
fonksiyonlarını bir iletkende birleştiren topraklanmış iletken.
Temel topraklayıcı : Beton içine gömülü, toprakla beton vasıtası ile geniş
yüzeyli olarak temasta bulunan iletken.
Topraklayıcının yayılma direnci : Bir topraklama tesisi ile referans toprak
arasındaki direnç.
Topraklama gerilimi :Topraklama tesisi ile referans toprak arasında oluşan
gerilim.
Dokunma gerilim : Topraklama geriliminin insan tarafından köprülenen
bölümü
12
 Toprak özgül direnci:Birim toprak kütlesinin sahip olduğu
dirençtir.Genellikle ohm-cm,ohm-m birimleri ile ifade edilir.Metaller için
ohm.mm2/m birimi kullanılır
Referans toprağı:Topraklayıcıdan yeterli bir uzaklıkta topraklayıcı ile o
nokta arasında potansiyel fark sıfır yazılabilir.İşte bu mesafedeki toprağa
referans toprak,sıfır toprak veya nötral toprak denir.
 Potansiyel sürüklenmesi: Bir topraklama tesisinin yükselen
potansiyelinin, bu tesise bağlı bir iletken yolu ile uzak bir bölgeye
taşınmasıdır.
 Potansiyel düzenlenmesi: Bir topraklama tesisinin potansiyel
dağılımını, adım ve dokunma gerilimlerini küçültmek için, düzenleyici
elektrotlar yerleştirilmesi
Potansiyel dengelenmesi: İletken kısımlar arasında potansiyel
farklarının ortadan kaldırılması. Koruma iletkenleri ile iletken yapı
kısımları arasında ya da yapı bölümleri arasında potansiyel farklılıklarının
giderilmesi amacı ile yapılan düzenlemeler
13
Potansiyel dengeleme hattı (Eşpotansiyel kuşaklama): Potansiyel
dengelemesini sağlamak amacı ile kullanılan bağlantı iletkenleri.
Global topraklama sistemi: Yerel topraklama tesislerinin birbirlerine
bağlanması ile elde edilen topraklama sistemi. Böyle sistemler toprak
arıza akımının bölünmesine yol açarak, topraklama sisteminde
topraklama geriliminin küçültülmesini sağlar.
14
Topraklama sisteminin tasarımı, yapımı ve ölçülendirilmesi
Topraklama sistemi projelendirilirken önce toprağın kendisi incelenir.
Toprağın direnci, toprağın cinsine, toprak tabakasının kalınlığına,
sıcaklığa, içerdiği nem miktarına, içerdiği tuz miktarına bağlıdır.
10³
10³
10²
10²
10²
10
1
10³
10
10
0
10
20 30 %
Nem
-20
0
0
20 40 60º C
Sıcaklık
5
10 15 %
Tuz Miktarı
Toprak özgül direncinin sıcaklık, nem ve tuz miktarına göre nasıl değiştiği grafiklerden kolayca görülüyor.
15
Toprak özgül direnci ölçümü:
s
s
s
x
ɲ= 2π. S. R
Ohm.m
16
Toprak özgül direncinin ölçümünde genellikle dört elektrot yöntemi
kullanılır. Bu yöntemdeki elektrotlar eşit aralıklarla toprağa düşey çakılı
çubuklardan, dıştaki iki elektrottan akım geçirilir ve içteki iki elektrot
arasındaki gerilim farkı ölçülür ölçü aygıtından okunan direnç R(ohm)
ise, toprak özgül direnci yukarıdaki formül ile hesaplanır.
Şekilde görüldüğü gibi elektrotlar arası mesafe “S” eşit “ɲ” elektrotların
topraktaki mesafe 4’ü için eşit olmalıdır. Elektrotlar arasında akan
deney akımının büyük bir bölümü yüzeye göre daha derinde
akmaktadır.
17
Şalt sahasındaki topraklama sisteminin
Toprak Geçiş direncinin toprak meggeri ile
direk olarak Ω cinsinden ölçülmesindeki
bağlantı devresinin prensip şeması
Okunan değerler
Çarpan Kademeleri
Galvano metre
MEGGER
C
P
P1
C1
Akım ve Gerilim Terminalleri
200-400 m. (değişken)
600 m. (sabit)
Toprak Ağı
Gerilim elektrotu
Akım elektrotu
18
Variyak
Şalt sahasındaki adım geriliminin
topraklama sisteminden akım enjekte
edilerek ölçülmesinde kullanılan devrenin
prensip şeması
Polarite anh.
İzole trf 220/660V
A
33nf 600V
V
50 cm
10kΩ
1m
Akım elektrotu
(sabit)
Toprak Ağı
Gerilim elektrotları
19
Variyak
Şalt sahasındaki dokunma geriliminin
topraklama sisteminden akım enjekte
edilerek ölçülmesinde kullanılan devrenin
prensip şeması
Polarite anh.
İzole trf 220/660V
A
Tel fens
33nf 600V
V
1m
50 cm
10kΩ
Toprak Ağı
Akım elektrotu
(sabit)
20
TCDD İşletme koşulları:
25 kV Nominal besleme gerilimi, EN 50163 standartına uygun olarak
normal koşullar altında 27,5 kV ile 19 kV aralığı üzerinde bir kalıcı
olarak değişebilir. Anormal koşullarda 29 kV’a yükselebilir ya da 17,5
kV’a düşebilir. 50 Hz frekansı 0 ile %1 arasında değişebilir. Buna bağlı
olarak topraklama potansiyeli değişecektir.
Elektriksel etki olayı ve elektromanyetik endiksiyon:
25 kV- 50 Hz kateneri çevreleyen bütün alanda bir değişken elektriksel
alan mevcuttur. Aşağıdaki nedenlerden dolayı kişiler ve tesisler için
tehlikeli olabilir
-Elektrostatik etki
-Elektromanyetik etki
-İletkenler arasındaki temas
21
-Elektrostatik etki
25 kV Katener iletkenleri
Kapalı // iletkenler
S / S: Trafo merkezi
Topraklama olarak tüm iletkenler, fiderler, raylar ve tüm metalik yapılar bir kapasiten in iki bölümü olarak
dikkate alınabilirler.
25 kV altında beslendiğinde, bu paralel iletkenler arasında farklı bir gerilim görülür ve ayrıca bu paralel
iletkenler arasında da bir elektrik akımı oluşabilir. Bu olgu “Elektrostatik etki” dir.
Sadece havai iletkenlerin Elektrostatik etkiye maruz kaldıkları dikkate alınmalıdır.
22
Sonuçları
OCS 25 kV aktif iletken A
İletken B Toprağa bağlı değildir
S / S: Trafo merkezi ya da oto
transformatör
“U” Volts: Elektrostatik etki sonucu
gerilim
23
Şekil 2 ye göre, B iletkeninin gerilimi toprağa bağlanmamıştır ve 2 teorik kapasiteye bağlantıları
nedeni ile beklenmedik değerlere sıçrayabilecektir (bin volt)
●
Eğer her hangi bir neden ile bir kişi bu B iletkenine temas ederse, çok tehlikeli bir akım akışı B
iletkeni üzerinden vücuduna geçer ve oradan da toprağa akar.
Bu akım yolcular ve personel açısından öldürücü olabilir.
7.2.3 Elektrostatik Etkiye karşı Koruma ilkeleri
Elektrostatik Etkiye karşı genel Koruma:
●
tüm iletkenlerin elektriksel olarak bağlanacak ve bu iletkenler toprağa bağlanacaktır.
●
Topraklanamayacak olan havai hat iletkenlerinin boyları sınırlanacaktır.
●
Blendajlı kablolar kullanılacak ve bu blendajlar farklı bir şekilde toprağa
bağlanacaklardır.
●
Telekomünikasyon ve Siyalizasyon kabloları mümkün olduğunca güç
kablolarından açıkta
döşenecektir.
24
Açıklama:
Kapasite olaylarının hatırlatılması
I
Şekilde görüldüğü gibi madeni iki levhayı
karşılıklı olarak koyalım. Araları bir yalıtkan veya
hava ile ayrılmış olsun. Bu levhalardan birinin
doğru veye alternatif olan YG e tabi tutalım.
Hiçbir kaynağa bağlı olmadığı halde diğer
levhanında elektrikle şarjlandığını bunun da belli
bir gerilmeye sahip olduğunu görürüz. Bu
levhayı akım çeken alıcıya bağlarsak iletkenden
deşarj akımı geçtiği görülecektir. Bu elektriksel
etki olayı bilindiği gibi bir kapasite olayıdır.
25
26
27
28
S / S: Trafo merkezi ya da oto transformatör
M: 2 lup (döngü) (kapalı devre) arasında indükleme katsayısı
I: 1 No.lu iletken içinde yoğunluk
L: Paralel kolların uzunluğu f: Frekans 50 Hz
U: (2 No.lu iletken içinde indüklenen gerilim) = 2πf MIL
Açıklama
Elektromanyetik etki, 25kV şebekenin yakınında döşenmiş olan izoleli olsun ya da olmasın tüm havai ve yeraltı iletkenlerde
görülecektir.
Şekil 3 de, her bir iletkende (ya da lup da) 1, 2 ve 3, toprağa bağlanmış bir lupun bir bölümü olarak dikkate alınacaktır.
İletken toprağa bağlanmamış ise, onun empedansı daha büyük olarak düşünülecektir. Her bir lup, bu paralel iletkenler arasında
oluşan manyetik akı ve tüm luplar içinde indüklenen gerilimler ürettiğinden bir endüktif kuplajlı bir trafonun bir bölümü olarak
tarif
edilebilir.
Sonuçlar
Paragraf 6.3.1 deki olgunun tarifine göre, Endüklenen akımlara ve iletkenlerin boylarına orantılı olarak 1, 2 ve 3 no.lu
iletkenlerde Endüklenen farklı gerilimler görülecektir.
Bu beklenmeyen gerilimler, kişilerin emniyeti ve teknik tesisatın bütünlüğü üzerinde kritik sorunlar yaratabilir.
Bu olgu “Elektromanyetik tki” olarak adlandırılır.
29
Açıklama
Bir alternatif akımın bir iletkenden akması o iletken etrafında elektromanyetik bir alan oluşturur.
Meydana gelen bu alan iletkene paralel diğer iletkenlerde endükleme yoluyla uçlarında gerilim
oluşturur. Bu gerilime endüksiyon gerilimi denir. Akım şiddeti arttıkça manyetik alan büyür. Bu
iletken yerden izole edilmişse gerilim her iki başa eşit olarak yayılır
Örneğin : endüksiyon toplam gerilimi 100V ise her iki uçta 50 V gerilim görülecektir. Uçlardan
bir topraklansa gerilimin tamamı diğer uçta 100 V olarak görülür.
İletkenin her iki ucu topraklandığında bu noktalardaki gerilim çok küçülür ve oluşan çerçeveden
bir endüksiyon akımı geçer. Endüksiyon gerilim ve akımının değeri katenerden geçen akım
şiddetine katener ile o iletken arasındaki açıklığa, paralellik boyuna ve toprağın yapısına
bağlıdır.(şekil 83)
30
Katenerdeki Endüksiyon
Elektrikli işletme yapılan çift yoldan birinin enerjisini kesilmesi halinde diğer hat üzerinde
bulunan enerjinin oluşturduğu elektromanyetik endüksiyon, enerjisi kesilen hat üzerinde gerilim
oluşturur. Bu gerilim km başına 120 mV/A/km seviyesindedir. Elektrikli işletme yapılan katener
hattında 200 A. çekildiğinde, 10 km’lik enerjisi kesilmiş paralel katener hattında 240VAC
gerilim endüklenir.
U= 0.120.10.200=240 VAC
Bu katener hattı uygun topraklama çubukları ile raya bağlandığında bağlı olan bu çerçeve
üzerinde bir akım akacaktır. 1 km’lik bir çalışma kısmında endükleme akımı 100A. ise oluşan
sirkilasyon akımının değeri 20 A. civarındadır.
31
Topraklamada kullanılan önemli tanımlar
AG
YG
1. Koruma topraklaması
2.Toprak
4
5
4
4
3. Toprak yüzü
4. Topraklama iletkeni
6
4
5. Dış iletkenler
6. Nötr (N) veya PEN
7. İşletme topraklaması
8. Potansiyel düzenleyici
topraklayıcılar
4
9. Temel topraklama
10. Derin topraklayıcı
7
3
2
7
8
1
9
> 20 m
10
32
POTANSİYEL DAĞILIMI
UST
TOPRAKLAMA
GERİLİMİ
UE
DOKUNMA
GERİLİMİ
UST
ADIM
GERİLİMİ
USS
POTANSİYEL DAĞILIMI
DÜZENLENMEMİŞ
POTANSİYEL DAĞILIMI
DÜZENLENMİŞ
1 m.
33
34
ÇUBUK TOPRAKLAYICI ÇEVRESİNDE POTANSİYEL DAĞILIMI
IE
V
Ref.toprağa göre Elektrot gerilimi
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
L = 2 m. D= 2.5 cm.  E = 10 ohm.m
25
IE = 96 A. r =Elektrotdan uzaklık
φ=U-((IE.rE/2.L).Ln(4.L.r)/D(L+(r2+L2)1/2)
35
POTANSİYEL SÜRÜKLENMESİ
Bu noktada kılıf topraklanmış
ise en büyük dokunma gerilimi
UTST
UTSTE
36
SONUÇ:
Yüksek hızlı tren projesi kapsamında TÜV-SÜD uzmanları tarafından
önerilen Elektrifikasyon, Sinyalizasyon ve Telekominikasyon ile tüm
yolboyu sistemlerinin topraklaması aşağıdaki şekilde olacaktır.
37
High speed rail
Yüksek Hızlı tren hattı
Fence
İhata
Distance 50m
uzaklık 50m
70 mm2 Al
It
Convensional line
Konvensiyonel hat
Is
120m
m2 Al
It : traction current
Metalic
surface
Metalik yüzey
Geri dönüş akımı
3 aspect
Signal
3’lü Sinyal
Electrification pole
Elektrifikasyon
direği
Is : Signal current
Sinyal akımı
Empedans bond
OPEN LINE
AÇIK HAT
38
High speed line
Yüksek hızlı tren hattı
Diğer
Elektrifikasyon
direğine
Bağlanacak
It is connected to
other electrificaton
pole
50m
Fence
İhata
70 mm2
Al
70
mm2 Al
Point
machine
Makas
motoru
Return rail
Geri dönüş
rayı
Herhengi bir
metalik yüzey
70 mm2
Al
120
mm
2
Al
Electrification
pole
Elektrifikasyon
direği
EARTHING AND BONDING IN STATION ARE
İSTASYON İÇİ TOPRAKLMA
39
Yüksek Hızlı tren hattı
High speed line
50 m
İç
topraklam
a
İnternal
earthing
Metalic
dolaplar
Metalic
board
Bara
70 mm2 Al
120
mm2 Al
Role evi
Relay House
35
mm2
Al
70 mm2 Al
Herhangi bir
metalik yüzey
Konvensiyonel hat
40
TOPAKLAMA YAPILIRKEN AŞAĞIDA BAHSEDİLEN KOŞULLARIN GÖZ ÖNÜNE ALINMASI GEREKLİDİR.
FOLLOWING CONDİTINS MUST BE TAKEN INTO CONSIDERTION DURING THE
EARTHING AND
BONDING
•Topraklama Yüksek Hızlı Hattın Konvansiyonel hatta yakın olan 50m olan kısımlarda yapılacaktır.
Earthing and bonding must be done the point where is 50m distance of both conventional and
high speed lines to each others.
•Topraklama yapıldıktan sonra ray devrelerinin çalışıp çalışmadığı kontrol edilecektir.
Eğer ray devresi bir meşguliyet sezinlerse bağlantıdan vaz geçilip ilk durumuna geçilecektir.
After earthing and bonding has been completed Track circuit must be checked for whether
signaling system operate or not
If track circuit detects any occupation earthling and bonding must be removed and system must
be taken to prior position.
•Ray devresinin çalıştığı testinden sonra(ilk madde) ray kırıklığı testi yapılacaktır. Ray devresi ray
kırıklığını sezinleyip sezinlemediğini test etmek için empedans bondun raya bağlı uçlarından sadece
teki sökülecektir. Bu durumda ray devresi meşguliyet gösteriyorsa ray kırıklığını gösteriyor
anlamındadır.
After track circuit operates perfectly the rail broken test will be done.
In order to detect rail broken : After each one of tip of impedance bond must be removed ,
in that case ,track circuit able to detect that rail is broken and indicate as occupied. If track circuit
able to detect rail broke ,meaning of this is track circuit detects rail broken.
•Topraklama yapılacak kablonun kesiti çizimlerde gösterilmiştir.
Cross-section of each cable is illustrated in drawings.
•Topraklamalar açık hat istasyon içi (DC ray devresi ) ve role evinde olmak üzere 3 kısma
ayrılmıştır.
•Tüm bu ray kırıklığı testi Ray devresinin bakım periyotlarında tekrarlanacaktır.
Ril broken tests will be done during the track circuit that maintains its operation.
41
42
TEŞEKKÜR EDERİZ
Kamil GÜLTEPE
Tahsin TAŞAR
Ziya S. DOĞAN
43
Download