Nötr, Faz ve Toprak Nedir? Nötr - Toprak Arası Gerilim Yükselmeleri ve Bunların Nasıl Önleneceği

İlk olarak faz nötr toprak kavramlarının neler olduğuna bakalım:

Faz

Elektrik yüklü canlı (yüklü / enerjili) uçtur. Yüksek potansiyellidir.

Nötr

Elektriğin dönüş yapmasını sağlayan yüksüz uçtur. Sıfır potansiyellidir.

Toprak

Cihaz gövdelerinin toprağa iletildiği uçtur. Normalde bu uç da yüksüzdür.

Yukarıdaki gösterimde olduğu gibi alternatif akımla çalışan elektriksel cihazlara bir faz ucu bir de toprak ucu girer. Enerji fazdan gelir ve cihaza girer ve daha sonra da nötrden geri döner. (Enerji her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyele akma eğilimindedir) Böylece devre tamamlanmış ve cihaz enerjilendirilmiş olur. 

Fazın ve nötrün ne işe yaradığını anladık. Fakat tek faz bir prizin içerisine baktığınızda faz ve nötrle beraber toprak kablosunu da görürsünüz. Peki, toprak ucu niye var?

Bu kısımda da toprağın bir iletken gibi davrandığını hatırlatalım. Toprak bir iletkendir. Bunu aklımızın bir köşesine kaydettikten sonra devam edelim…

Diyelim ki bu cihazın gövdesinde bir kaçak oluştu. Yani faz ucu cihazın metal aksamıyla temas etti. Bu durumda sistemde topraklama yoksa canlı elektrik cihazın üzerinde öylece kalacaktır. Bir kişi cihaza dokunursa tüm enerji dokunan kişi üzerinden akar ve toprağa ulaşır. Dokunan kişi iletken görevi görür. Bu da o kişinin hayatına mal olabilecek bir durum oluşturur. (Evet bu durumda evdeki sigorta atacaktır ancak sigorta atana kadar geçen süre milisaniyeler mertebesinde olsa bile size zarar verecek akımın üzerinizden geçmesine neden olabilir.)

İşte bu nedenle cihazların gövdeleri, panolar, tesisatlar, prizler topraklanır ki bir izolasyon hatası olduğunda canlı uçtaki kaçak toprağa aksın ve bunun neticesinde kısa devre oluşup evdeki sigorta atsın. 

Yani siz daha canlı gövdeye dokunmadan sigorta atsın ve canlı gövdeye dokunma ihtimaliniz ortadan kalksın. İşte bu yüzden topraklama yapılır. Topraklamalı fişlerin ve prizlerin kullanılmasının sebebi de budur.

Neden bazı cihazlar topraklı fişliyken bazıları topraksız fişli?

Yukarıdaki açıklamalardan sonra akıllara şu soru gelebilir:

Receiver, televizyon, şarj aleti gibi bazı cihazların topraklamalı fişi yok. Cihazı topraklı prize bağlasam bile toprak ucu temas etmediğinden alette bir kaçak olursa nasıl topraklanacak?

Çamaşır makinesi, buzdolabı gibi cihazlar metal gövdelidir ve yüksek akımlar çekerler. Kaçak olması durumunda metal gövdede enerji olabilir. Bu tip cihazlar sınıf 1 yalıtım sınıfına sahip cihazlardır ve topraklı fişle beraber sevk edilirler ve topraklı prize bağlanmaları gerekir. Yani yüksek akım çeken metal gövdeli cihazların üzerinde topraklamalı fiş vardır.

TV, DVD oynatıcı gibi cihazlar ise sınıf 2 yalıtım sınıfındadır ve kasaları iki kez yalıtılmıştır. Kaçak olması durumunda gövdeye enerji sıçramaz. Bu nedenle bu cihazların topraklı fişleri yoktur.

Elektrik faz nötr toprak renkleri

Bir tesisatta” faz nötr toprak nasıl anlaşılır?” diye soruyorsanız bunun cevabı kablo renklerine bakmaktır. 

Renkleri haricinde de mutlaka kablo uçlarını kontrol kalemi ile kontrol edin. Kontrol kalemini dokundurduğunuzda ışığı yanıyorsa bu uç faz ucudur. 

Diğer uçlarda da kontrol kalemi yanıyorsa bir terslik vardır ve nötrde veya toprak iletkeninde akım akıyordur. Tesisatı kontrol etmeniz gerekecektir.

Tek fazlı sistemlerde (Yani konut uygulamalarının çoğunda) :

Faz: Kahverengi (Eski tesisatlarda kahverengi veya siyaha rastlayabilirsiniz çünkü eski standarda göre bu ikisinden biri tercih edilebiliyordu. Yeni standarda göre ise sadece kahverengi kullanılmalı)

Nötr: Mavi

Toprak: Sarı – yeşil

Faz nötr toprak harfleri

Faz, nötr ve topraklama hangi harflerle gösterilir sorusunun cevabını şöyle yanıtlayabiliriz…

Projelerde faz, nötr ve toprak iletkenleri farklı harflerle gösterilir. Böylelikle iletkenin hangi uca olduğu proje üzerinden anlaşılabilir. Faz nötr toprak sembolleri şöyledir:

Fazlar:

3 fazlı sistemlerde 3 faz olacağı için L1, L2, L3 harfleriyle gösterilir. Eski projelerde R, S, T harflerine de rastlayabilirsiniz. Tek faz sistemlerde bu harflerden herhangi birini kullanılabilir. Sonuçta tek fazlı sistem de 3 fazdan oluşturulacağı için bu tek faz, L1, L2, L3’ün herhangi birinden geliyor olabilir.

Nötr:

N harfiyle gösterilir.

Topraklama:

PE harfiyle gösterilir. Nötr ile toprağın birleştirildiği uygulamalarda PEN olarak da gösterilebilir.

Faz nötr arası kaç volttur?

Bu sorunun en doğru cevabı projeden projeye göre değiştir olmalıdır. Çünkü besleme gerilimi farklı projelerde farklı olabilir. Ancak Türkiye şartlarında herhangi bir evde faz nötr arasını ölçerseniz 220…230 V arası bir gerilim görmelisiniz. 

Bu aralıkların biraz dışına çıkılırsa çok problem değildir; ancak aralıklar ciddi şekilde yukarı ve aşağı yönde aşırı veya düşük olarak ölçülüyorsa sistemde gerilim yükselmesi veya gerilim düşüşü vardır. Bu, çalışan cihazları için çok tehlikelidir.

Enerji, her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyele akma eğilimindedir. Örneğin, yüksekte bulunan bir paraşütçünün yükseklik potansiyel enerjisi, kendisinden aşağıdaki birine göre daha büyüktür. Paraşütçü, atlamasını gerçekleştirdiğinde potansiyel enerjisi hızla azalır. Diğer bir deyişle paraşütçü, yüksek potansiyelden -yüksekten- düşük potansiyele -aşağıya- düşecektir, akacaktır. Elektrik akımında da bu durum aynıdır. Örneğin; bir pili elimize aldığımızda göreceğimiz uçlar artı ve eksi kutuplarıdır.

Pilin artı kutbu pilin içerisinde gerçekleşen kimyasal reaksiyon neticesinde potansiyeli yüksek, eksi kutbu ise yine aynı reaksiyon neticesinde potansiyeli düşük uç olmaktadır. ‘Dağın zirvesi artı kutup, aşağısı ise eksi kutuptur’ benzetmesini yaparak anlamaya çalışabiliriz. Bir pile yük bağladığımızda potansiyeli yüksek olan artı kutuptan çıkan akım, potansiyeli düşük olan eksi kutba doğru akar –Tıpkı paraşütçünün düşük potansiyele düşmesi gibi- 

Şimdi de asıl konumuz olan alternatif akıma gelelim. Alternatif akımda durum biraz farklı gerçekleşir. Doğru akımdan farklı olarak alternatif akımda artı ve eksi kutup değil, faz adı verilen enerjinin bulunduğu uç ve nötr adı verilen yüksüz uç bulunur.

Enerjinin bulunduğu faz, doğru akımdaki artı kutup gibi sabit pozitif değer almaz, periyodik olarak sürekli değişen artı ve eksi değerler alır. Faz, artı değerlik aldığında potansiyeli yüksek olan uç olur ve nötr, yüksüz olduğu için akım fazdan nötre doğru akar. Faz eksi değerlik aldığında ise potansiyeli yüksek olan uç nötr olur ve akım nötrden faza akar. Bu yüzden alternatif akıma yönsüz akım veya çift yönlü akım da denir çünkü, bahsettiğimiz üzere iki yönde akar. Ancak dikkat edilirse her iki koşulda da akış, yüksek potansiyelden düşük potansiyele olmakta ve başta söylediğimiz kuralı bozmamaktadır.

Vücudumuzdan akma riski bulunan bir akımın yönünü direkt toprağa akacak şekilde değiştirip bizi korumak, elektrik sistemlerinin ve teçhizatın güvenliğini sağlamak ve bazı sistemlerin çalışması için yapılması gereken, iletken bir hattın ucunun toprağa bağlanması işlemine topraklama adı verilir.

Faz, ilk kısımda bahsettiğimiz gibi alternatif akım sistemlerinde enerjiyi bulunduran uçtur. Peki bu enerji nereden, nasıl gelmektedir? Sorusunun cevabını bilmemiz, bizi tam anlamıyla faz nedir? Sorusunun cevabına götürecektir. Bu bağlamda bu enerjinin çıkış noktası olan alternatif akım üreteçlerini (alternatör) ve nasıl üretim yaptıklarını inceleyelim.

Rüzgâr gülleri, alternatif akım üreteçlerine verilebilecek en güzel örneklerden biridir. Rüzgâr tarafından döndürülen kanatların hareketinin devri, içerideki aktarma organları tarafından yükseltildikten sonra yukarıdaki örnekte de görüldüğü gibi arka kısımdaki alternatöre aktarılır ve alternatör elektrik üretmeye başlar. Peki, bunu nasıl yapar ?

Faraday Yasası’na göre bir iletken tele değişken manyetik alan etki etmesi sonucunda telde akım meydana gelir. Bu olaya indüksiyon adı verilir. Yukarıda bulunan GIF’de bu yasaya göre elektrik üretimi yapan ve üç faz çıkış veren bir alternatörün içini ve nasıl üretim yaptığını görmekteyiz.

Alternatör, stator adı verilen bobinlerin bulunduğu sabit bölüm ve rotor adı verilen mıknatısların bulunduğu dönen bölüm olmak üzere iki bölümden oluşur. Rüzgâr güllerinden örnek verdiğimiz için burada rotor, aktarma organları ile rüzgâr gülünün kanatlarına bağlıdır. Anlaşılacağı üzere kanatlar döndükçe rotor da döner ve statorda bulunan üç farklı bobin grubunun her birinde indüksiyon akımı meydana gelir, indüklenme sonucu elektrik üretilmiş olur.

Mıknatısın bir kutbu, bobine yaklaştığında bobinin tellerine düşen manyetik alanın miktarı değiştiğinden o bobinde akım meydana gelmeye başlar, mıknatıs bobin ile en yakın mesafeye geldiğinde maksimum değere ulaşır, uzaklaştığında ise azalır. Peşinden mıknatısın diğer kutbu bobine yaklaşır ve bu sefer öncekinin zıttı yönde akım oluşacak şekilde aynı süreç yaşanır. Bu şekilde alternatif akım spesifik bir dalga şekliyle üretilmiş olur. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi meydana gelen bu dalga türüne sinüzoidal dalga (sinüs dalga) adı verilir. Akımın eksenin pozitif kısmında değer aldığı bölgeye pozitif alternans, eksenin negatif kısmında değer aldığı bölgeye de negatif alternans adı verilir.

Bir rüzgâr gülünün alternatöründe üç adet bobin grubu bulunur. Bu üç farklı bobin grubu, birbirleriyle 120° derece açı yapacak şekilde yerleştirilmişlerdir. Dolayısıyla bu alternatörlerin üç adet çıkışı vardır. Faz nedir ? sorusunun cevabı işte buradadır. Aralarında açı farkı bulunan bu üç çıkışın her birine faz denir.

İndüklenme sonucu akım oluşturan üç grup bobinin çıkışlarının her biri olan faz, üretimi sırasında pozitif alternansta bulunduğu sırada değeri pozitif olduğundan akım, fazdan nötre -yüksüz uç- , negatif alternansta bulunduğunda değeri negatif olacağından nötrden faza akar. Yani başta da bahsettiğimiz gibi alternatif akımın yönsüz (iki yönlü) olmasının sebebi, görüldüğü üzere sinüzoidal dalga formunda üretilmesi ve bundan ötürü pozitif ve negatif eksenin ikisinde de değer almasıdır.

Aklımızda hiçbir soru işareti kalmaması adına bir durumdan bahsedelim. Akım ya nötrden faza ya da fazdan nötre akar demiştik. Peki, yukarıdaki grafikte de görüldüğü üzere fazın periyodunda, potansiyelinin 0 V olduğu anlar bulunmaktadır. Bu anlarda -nötr de 0 V olduğuna göre- ne olur ? Cevap: Devreden akım geçmez. 

Bu durumu mesela bir ampul üzerinden düşünürsek ampulün söneceği anlamına gelir ki doğrudur. Şöyle ki, Türkiye’de üretilen ve dağıtılan elektriğin frekansı 50Hz’dir yani elektrik, saniyede 50 periyot ilerler. Grafiğe tekrar bakarak sinüs dalgasının bir periyodunu da açıklayacak olursak potansiyel, periyodun başında sıfır değerindedir. Pozitif alternansta gitgide artar, maksimum seviyesine ulaşır ve yine aynı şekilde sıfıra gelir. Sonrasında bu süreç eksi alternansta zıttı şekilde gerçekleşir. Her alternansta ampul aslında bir kere yanar ve söner. Buradan her periyotta ampulün 2 kere yanıp 2 kere söndüğü sonucuna rahatlıkla varabiliriz. Bir periyotta 2 kere yanıp sönüyorsa basit matematikle 50Hz frekansında saniyede 100 kere yanar ve 100 kere söner. Ancak insan gözü saniyede 20’den fazlasını algılayamadığı için bizler ampulün aslında saniyede 100 kere yaptığı bu yanıp sönme işlemini fark edemiyoruz.

Elektriğin akabilmesi için iki nokta arasında potansiyel fark olması gerektiğine değinmiştik. Peki, faz haricinde potansiyel farkın oluşmasını sağlayan diğer uç nedir? Tahmin edileceği üzere nötrdür. Nötr, yıldız noktasına ve toprağa bağlı olduğu için yüksüzdür (potansiyeli sıfır volt olarak kabul edilir) ve nötr sayesinde fazın değeri pozitif de olsa negatif de olsa potansiyel fark oluşur, devreden akım geçer.

Yukarıdaki şekilde bulunan grafik, üç adet faz çıkışına ait sinüzoidal dalga grafiğidir. Üç faz olacak şekilde üretilen dalgaların vektörel toplamı, alternatörün içerisindeki bobinler arasındaki açı 120° derece olacak şekilde ayarlandığı için sıfırdır. Bunu iki farklı şekilde ispat etmek gerekirse ilk olarak, grafikte herhangi bir noktadan X eksenine dik bir doğru çizersek üç dalganın o noktadaki değerleri toplamının sıfır olduğunu görebiliriz. Yani üç fazın birleşimi aslında 0V’a eşittir. İkinci olarak, aralarında 120° derece açı olacak şekilde birbirine bağlanmış üç adet doğru parçasının (bahsettiğimiz doğru parçaları burada birbirine 120° derece açıyla bağlanmış bobinler) vektörel toplamını düşünecek olursak yine sıfıra eşit olacaktır.

Dağıtım trafolarında, bahsettiğimiz üç adet fazın birbirine bağlanması olayının gerçekleştirildiği bir nokta bulunur. Buna yıldız noktası adı verilir. Yukarıda soldaki şekilde gösterilen N noktası, yıldız noktasıdır. R, S ve T ise fazları temsil etmektedir. Nötr, dalgaların birbirini sönümlendirmesi sonucu 0 V gerilime sahip olan N noktasından yani yıldız noktasından çekilen hatta verilen isimdir.

Monofaze (Tek Faz) ve Trifaze (Üç Faz) Nedir ?

Rüzgâr gülleri veya diğer alternatif akım üreteçleri aracılığıyla üretim yapan tesislerde üretilen üç faz elektrik, çeşitli yükseltme ve alçaltma noktalarından geçerek binalara kadar gelir. Binalara veya bazı iş yerlerine giren üç faz, genellikle her faz eşit sayıda daireye düşecek ve her daireye bir faz girecek şekilde paylaştırılır. 

Evlerimizdeki prizlerde de bulunan tek faz ve nötr çıkışları aracılığıyla devre oluşturulmasına dayanan bu yapı, monofaze (tek fazlı) sistem olarak adlandırılır. Ülkemiz üzerinden konuşacak olursak 220V potansiyeline sahip ve 50Hz frekansında üretilen monofaze elektrik, genellikle ev ortamında kullanılabilecek endüstriyel olmayan, ufak çaplı gerilimler ile çalışırken kullanılır. 220V olmasının sebebi faz ve nötr arasındaki potansiyel farkın bu değere eşit olmasıdır.

Büyük motorlar, ısıtıcılar kullanılan yerlere ve diğer sanayi tipi iş yerlerine gelen fazlar, apartmanlarda yapıldığı gibi paylaştırılmaz. Üç faz da aynı çıkışa, prize verilir. Çalışması için üç faza aynı anda ihtiyaç duyan yükleri beslemek için oluşturulan bu sistem, trifaze (üç fazlı) sistem olarak adlandırılır.

Trifaze sistemler, çalışmak için üç fazın üçüne de ihtiyaç duyan yükler tarafından kullanılır. Bu şekilde çalışan örneğin, üç fazlı motorlarda nötr hattına ihtiyaç duyulmaz.

Bir devreden geçen akımın değeri -devrenin tamamlanmış ve çalışıyor olması halinde- akımın yüke girdiği hat üzerinde ölçüldüğünde de yükten çıktıktan sonra dönüş yolunda kullandığı hat üzerinde ölçüldüğünde de eşittir, aynıdır. Tek fark, kimi hat veya hatlarda akımın yönü şebekeden yüke olurken kimilerinde ise yükten şebekeye olmasıdır.

Alternatif akıma ait sinüs dalga grafiğine hatırlama amaçlı tekrar bakacak olursak; alternatif akımın pozitif ve negatif değer aldığı bölgeler bulunmaktadır ve üç fazlı sistemlerin grafiğinden de anlaşılacağı üzere üç faza ait akım değerlerinin toplamı sıfırdır. Başka bir deyişle, aynı alternansta bulunan iki fazın akım değerlerinin toplamı, zıt alternanstaki fazın akım değeri ile eşit büyüklükte fakat tersi yönde olmaktadır. Bu bilgiler eşliğinde yukarıda bulunan üç faz ile çalışan motorun içinden geçen akımın, akış sürecinden bahsedecek olursak, temsili gösterimde, siyah renkteki hattan geçen akım şebekeden motora gelmekte olan pozitif alternansta bulunan faza ait akımdır. Ancak, kırmızı-lacivert renkte gösterilen akım, motordan şebekeye giden, negatif alternansta bulunan fazlara ait akımlardır. Yani, siyah fazdan gelen akım ile kırmızı-lacivert fazlarından gelen akımlar birbirine eş büyüklüktedir fakat zıt alternanslarda, ters yönde bulunmaktadırlar. Bir yükün üzerinden akım geçirerek bir devreyi tamamlaması yani çalışması için şebekeden akımın motora gelmesi, motordan çıkan akımın da tekrar şebekeye dönmesi gerektiği için, burada da bu zıt yönlü akımlar sayesine bahsi geçen koşul sağlandığı için örnek özelinde bu motorda ve üç fazlı diğer sistemlerde nötr hattına gereksinim olmaksızın yük, çalışır.

Ek olarak, siyah renk ile temsil edilen hattan I akımı girer, kırmızı – lacivert hatlarının her birinden I/2 akımı -toplamda yine I akımı- çıkar. Akımın girişi de çıkışı da fazlar üzerinden bu şekilde sağlanmış olur dolayısıyla üç fazlı sistemler nötr hattına gereksinim duymaksızın devresini tamamlar. Bu mantığa uygun yükler ile kullanılabilir.

Üç fazlı sistemlerde tek fazlı sisteme kıyasla bağlantı şekli dışında farklı olan diğer bir şey ise trifaze sistemlerin -ülkemiz için- 380V olmasıdır. Bunun sebebi ise faz-faz arasının 380 V olmasıdır. Düşünüldüğü zaman tek faz 220 V ise iki faz arası 440 V olur gibi bir çıkarım yapma hatasına düşebiliriz. Unutmamamız gereken nokta, alternatörlerde fazların arasında 120° derece fark olduğundan bu işlemi vektörel olarak yapmalıyız. Kosinüs Teoremi kullanarak bu işlemi yapacak olursak:

A2 = B2+ C2 – 2.A.B.cos(x)

A2 = 2202 + 2202 – 2.220.220.cos(120)

A2 = 145200

A = ~380 V olarak bulunur.

Toprak, Topraklama Nedir ?

Toprak; yıldırım, şimşek gibi doğa olayları ve canlılarla temas kurması sayesinde -direnci zeminden zemine değişebilmekle birlikte- iletkendir. Aynı zamanda elektriksel olarak yüksüz olan bir referanstır. Diğer gerilimler toprağı referans alarak ifade edilir ve toprağın gerilimi her zaman 0 volt olarak kabul edilir.

Bazı durumlarda kullanılan elektrikli cihazların elektrik bulunmaması gereken iletken yüzeylerinde arızadan ötürü elektrik olabilir, o bölgeye faz değmiş, dolayısıyla bölgeyi elektriklendirmiş olabilir. Biz de bu sırada o bölgeye temas ediyorsak akıma kapılırız. Bu durumun sebebi aslında bizim yere basarken dolaylı olarak toprağa da temas ediyor olmamızdır. Toprağın en büyük iletken kitle olması ve hep nötr (sıfır volt) olması, fazı elleyerek toprağa değen kişiyi, faz ile toprak arasında var olan potansiyel fark neticesinde oluşacak kısa devre akımının akmasını sağlayan bir devre yolunun parçası haline getirir. Örneğin, kontrol kalemini prize değdirdiğimizde ışığın yalnızca biz elimizi kontrol kaleminin arka ucundaki iletken bölgeye dokundurduğumuz zaman yanmasının sebebi de aynı durumla açıklanmaktadır. Faza kontrol kalemi aracılığı ile dokunmamız halinde akım, dolaylı olarak toprağa basan bizim üzerimizden ve kontrol kaleminden geçer .

Kontrol kaleminin içerisindeki düzenek bizim zarar görmeden akımı toprağa iletmemizi sağlar ancak bir kaçak durumunda elektriklenen bölgeye dokunmamız halinde bu düzenek olmayacağından zarar görmemiz muhtemeldir. Alternatif akımın insan vücudundan geçmesi sonucunda vücutta kolayca hasar bırakabileceği hatta öldürebileceği için elektrikle temas, büyük risk oluşturur. Bu durumun güvenliğini sağlamak adına toprağa direkt bağlanan iletkenler aracılığıyla düzenek oluşturulması işlemine topraklama, oluşturulan düzeneğe de toprak hattı adı verilir.

Topraklama Ölçümü Nedir, Nasıl Yapılır ?

Peki, elektrik bize ne yapıyor da biz örneğin can sağlığımızı korumak için bunca güvenlik önlemi alıyoruz ? Elektrik akımı insan vücudu üzerinden geçtiğinde, sinir yolu ile adalelerin kasılmasına yol açar. Belli bir akım şiddetinden sonra ise elektrik akımına kapılan kişi bu kasılmalar neticesinde kaslarını kontrol edemez hale gelir ve örneğin kaçak olan bir cihazı tutuyorsa bunu bırakamaz.

Elektrik akımının en zararlı etkisi, kalp kasları üzerinde oluşturduğu düzensizliktir. Kalp, kaslarını çalıştırmak için gerekli sinyali, elektriği kendisi üretir ve bunu belli bir düzen içerisinde belli bir periyotta yapar. Kaslarını kasarak odacıklarındaki kanın hareketini sağlar ve vücuda o kanı pompalar. Bir hata akımı kalp üzerinden geçerse vücudun diğer adaleleri gibi kalp adaleleri de kasılır ve artık düzenli çalışamaz, anlamsız atışlar yapar hale gelir. Bu duruma fibrilasyon denir. Bu uzun süre devam ederse kalp zarar görür ve kalp ölümü gerçekleşir. Bunun ölümle sonuçlanıp sonuçlanmaması dediğimiz gibi geçen akıma ne kadar maruz kalındığına ve kalbin periyodunun hassas bölgesinden geçip geçmediğine bağlıdır.

Kalp ölümü haricinde elektrik çarpması durumunda oluşabilecek durumlar : Solunumun durması, elektrik yanıkları, kalp ritim bozukluğu, isteksiz kas tepkisi ve kasların kilitlenmesi olarak sıralayabiliriz.

Bu kadar ciddi sonuçlar doğurabilen elektriği kullanmak da ayrı bir özen ve dikkat gerektirir. Aynı zamanda işi şansa da bırakmayıp gerekli güvenlik önlemlerini almak gereklidir. Bu güvenlik önlemlerinden biri olan topraklama sistemi için gerekli olçümleri yapmak, düzgün çalışan bir topraklama sistemine sahip olmak için hayati önem taşımaktadır.

Topraklama ölçümü toprak megeri adı verilen, dijital veya analog olarak üretilen üç problu cihazlar tarafından yapılmaktadır. Toprak megeriyle yapılan ölçümlerin teoriksel mantığını ve hesaplarını 1915 yılında Dr. Frank Wenner yapmıştır.

Yaygın olarak piyasada bulunan tipteki megerler üç adet elektroda sahiptir : Toprak elektrodu (E), Akım elektrodu (C) ve Potansiyel elektrodu (P).

Toprak megerinin üç probu, aralarında 5 ila 10 metre olacak şekilde biri topraklama elektroduna (demirine), diğer ikisi ise toprağa bu işlem için çakılmış kazıklara bağlanır. Megerin buradaki görevi ise E ve C elektrotlarına sabit akım uygulayarak E ile P arasında potansiyel fark elde edilmesini sağlamasıdır. Potansiyel fark / akım hesabının yapılması ile de toprağın direnci hakkındaki sayısal değeri elde etmiş oluruz.

Ölçülen değerlerin, bize o yerde güvenli bir topraklama hattı kurabileceğimiz çıkarımını yapabilmemiz adına 5 ila 10 Ohm arasında olması gerekmektedir. 

Bu değer bina ve tesisler için ideal değerlerdir. Topraklama direncinin çok yüksek olduğu durumlarda ise direnç düşürücü bazı kimyasallar kullanmak, daha büyük elektrotlar kullanıp yüzey alanını artırmak veya oluşabilecek korozyonu gidermek bizim o bölgede güvenli topraklama yapabilmemize olanak sağlar.

Ölçülmesi gereken bir diğer değer ise nötr-toprak arası gerilimidir. Bu değerin max1.5V sınırında olması gerekmektedir. Örneğin; nötr-toprak arasındaki potansiyel fark 1.2V ise ancak bu değer 0V ila 1.2V arasında değişiyorsa tehlikelidir. Çünkü kararsız olan bu potansiyel fark değeri her türlü tehlikeye açıktır. Toleransın bu tür hareketlerde ± 0.2V olmalıdır. 

Nötr-toprak arası gerilim AC 0V veya 0V’a çok yakın ise bu da şüphe duyulması gereken bir durumdur. Zira bunun sebebi nötr-toprak hattının sıfırlama yapmış olmasından kaynaklanıyor olabilir. Nötrün topraklamasının (işletme topraklaması) bina topraklama hattı ile aynı olmaması ve bu iki topraklamanın yapıldığı yerler arasında en az 20 metre bulunması önemlidir.

Elektriğin ölümcül etkisi göz önüne alınarak gerekli güvenlik önlemlerinin alınması (topraklama) 2001 yılında Resmi Gazetede yayımlanan bir yönetmelikle zorunlu hale getirilmiştir. İş yerleri vb. tesislerde ise bu hatların belli periyotlarla kontrolünün yapılması da aynı şekilde gereklidir.

Bilindiği üzere elektrik santrallerimizde 3 fazlı olarak üretilir.

Elektrik 3 faz olarak santralde üretildi yani 3 kablo olarak daha sonra büyük elektrik direkleri sayesinde bu 3 kablo bir şehrin, bölgenin veya büyük bir fabrikanın trafo merkezine gelir.

Trafonun girişine üçgen olarak bağlanır çıkışı ise yıldız ile bağlanır. Çıkış neden yıldız bağlanıyor çünkü yıldızın merkezinden bir nötr elde edebilmek için.

Nötr de burada elde ettikten elektriği de düşürdüğümüze göre artık dağıtım panolarına gidebiliriz. Yine direkler veya yer altı tünelleri sayesinde 3 kabloya ek olarak birde Nötr kablosu ile dağıtım panolarına girebiliriz.

Evin girişine 3 faz ile geldik ancak aydınlatmada vs de 3 fazın sadece bir tanesi kullanılır yani tek faz kullanılır birde nötr kullanılır.

Peki neden 3 fazıda buraya getirdik çünkü asansör motoru kaleriför kompresörü falan hep 3 fazla çalışır. Ayrıca bunun bir sebebi daha var. Bu 3 faz gerektiren sistemler apartman da bulunmasa bile 3 faz kullanılır çünkü tek faz ile tüm apartmanı karşılamaya kalkarsak. Kabloların üzerinden geçecek akım daha çok olacağı için kablo kesitlerini vs arttırmamız gerekecek bunun için bizde ne yaparız 3 fazı eşit kullanırız. (örneğin ilk iki daire R, Diğer iki daire S, kalan daireler T fazı ile beslenerek).

Bu arada bu bahsettiğimiz asansör motorları vb 3 faz ile çalışan motoralra nötr kablosu gerekmez. Çünkü bunlar 3 faz ile sistemi döndürür yani 3 fazın 2 si artı da iken diğeri negatifde olacağı için nötr kablosuna gerek kalmaz.

Evlerde ise topraklı prizlerin toprak ucuna bağlanır.

Toprak hattının kontrol edilmesi

Sistemdeki Topraklamanın yeterliliğini Voltmetre ile ölçmek mümkündür. Voltmetreyi AC 220-380V ölçüm kademesine alarak ölçüm yapılabilir

Faz – Nötr Arası

Faz ve Nötr arası 220-230 Volt olmalıdır. Bu ölçümde Kırmızı ve Siyah renkli probun yerlerinin değişimi ölçüm sonucu değiştirmeyecektir.

Nötr – Toprak arası

Nötr ve Toprak arasında yapılan ölçümde , iyi bir topraklama için olması gerek Voltaj değeri Max. 1 – 2 Volt olmalıdır.

Faz – Toprak arası

Faz ve toprak arasında yapılan ölçümde olması gereken Voltaj 220-230 Volt olmalıdır.

Sonuç olarak iyi bir topraklamanın belirtileri, Nötr ve Toprak arasındaki ölçümde Max.1-2 Volt ve Faz ve Toprak arasındaki voltaj ise 220-230 Volt olmalıdır.

Türkiye’de elektrik enerjisi iletimi

Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) sorumludur; bazı bölgelerde bu işi özel şirketler üstlenmiştir. Dağıtım kuruluşu tüketim ihtiyacına göre şebekler kurmak, bunları yönetmek ve yenilemek, tüketicileri şebekeye bağlayan bağlantıları yapmak, dağıtılan elektriğin sürekliliğini sağlamak ve miktarını sabit kılmakla yükümlüdür. İletim sistemi aracılığıyla yüksek gerilimde taşınan elektrik, alçak gerilime düşürülerek bir dağıtım merkezine, yani transformatör istasyonuna ulaştırılır. Kırsal bölgelerde bu şebekeler açıktadır; yerleşim bölgelerindeyse çoğunlukla yeraltına döşenmiştir.

Orta gerilim/alçak gerilim merkezlerinin bağlayıcı elemanı, farklı gerilimdeki iki şebekeyi birbirine bağlayan ve kısaca trafo denen transformatördür.

Alçak gerilimli dağıtım sistemi tüketicilere üç fazlı ve bir topraklı (nötr) elektrik sağlar; elektrik iki gerilim düzeyinden oluşur.

Bunlardan giderek yaygınlaşanı <<fazlar arası 380 V ve faz-toprak arası 220 V >> gerilimidir.

En çok kullanılan sistemler üç fazlı 380 V ve tek fazlı 220 V’ tur.

Bu seçeneğe göre, bir alet 4 tele veya 2 tele bağlanır.

Elektrik akımının frekansı bütün Avrupa’da ve Türkiye’de 50 Hz, Amerika kıtasındaysa 60 Hz’dir.

Bir motor veya bir bilgisayar, aygıtın içinde kullanıla frekansa eşit frekanslı bir şebekeye bağlanmadıkça düzgün çalışamaz.

Enerji Besleme Kablolarının Nötr İletkeninde Neden Gerilim Oluşur?

► Dengesiz yüklenme: Elektrik besleme kablolarındaki fazlarda çekilen gücün aşırı derecede farklılıklar oluşturması

► Harmonikler: Bir tesiste bulunan jeneratör, bilgisayar, kesintisiz güç kaynakları, elektrikli ulaşım sistemleri (yürüyen merdiven gibi), gerilim regülatörleri, frekans çeviriciler vb. kullanılan araçların elektriksel geriliminin sinüsoidal dalga şeklini bozmasıdır. Yani elektriksel gerilimin nonsinüsoidal dalga şeklinde olmasıdır.)

► Tesislerde bulunan elektriksel yükün trafo merkezine uzak olması

► Enerji besleme kablolarının nötr iletkenlerinin kesitlerinin değerinin düşük olması (düşük olan nötr kesitinden dolayı yüksek dirençler meydana gelir.)

► Enerji besleme kablolarının nötr iletkenlerinin yanından kuvvet kablolarının çekilmesi (kuvvet kablolarında bulunan yüksek voltajlarda bulunan gerilimin nötr iletkeni üzerinde endüklenmedir.)

► Eş Potansiyel Dengesizlik: Tesis genelindeki direnç değerleri arasındaki fark 1 Ohm’un üzerinde çıkmışsa bu eşpotansiyel dengesizlik olduğunu gösterir. Bu durumda nötr toprak arası gerilim okunabilir.

► Statik kuvvetler: Hava sürkülasyonu , mekanik titreşim v.s gibi etkilerden dolayı statik gerilim oluşması söz konusu olabilir.

► Topraklama elektrotları: Topraklama elektrotlarının yakın mesafelerde çakılması veya bazik ortamlarda bulunması toprak gerilimi oluşmasına sebebiyet verebilir.

► Toprak kaçak akımları: Toprak kaçak akımları toprak üzerinde gerilim oluşmasına neden olabilmektedir.

► DC kaynaklı sistemler: Şebekemize yakın olarak katodik koruma tesisleri, metro hatları, tramvay hatları mevcut ise bu tesislerden gelecek olan DC kaçaklar nötr- toprak arası gerilimlere neden olabilir.

► Yük kaynaklı problemler: Şebekemizden beslemiş olduğumuz yükte izalasyon bozulması veya yapısı itibarı nötr toprak arası gerilim oluşturabilmektedir.

Nötr İletkeninde Gerilim Oluşmasının Zararları Nedir?

Tesislerde nötr iletkeninde bir gerilim oluşması büyük sorunlar teşkil etmektedir. Nötr iletkenindeki gerilim tesislerde kullanılan cihazların yanmasına ve tahrip olmasına neden olmaktadır. Özellikle elektronik cihazlar gerilim değişiminden en çok etkilenen bileşenlere sahiptir. 

Nötri ile toprak arasındaki gerilim hassas kartlara sahip malzemeleri etkiler. Bu etkiler;

► Frekans konvertörü vb. cihazların çalışma sistemini etkilemesi

► Ekralarda görüntü bozulmaları

► Çevrim empedansı ölçümlerinde sapma

► Elektronik kart arızaları

Nötr İletkende Gerilim Oluşmaması için Hangi Önlemler Alınmalı?

► Tesislerde dengesiz yüklenmeyi önlemek (faz gerilimlerinin yaklaşık değerlerde olması gerekir.)

► Tesislerdeki hamoniklerin ‘harmonik filtreleme yöntemiyle’ giderilmesi gereklidir.

► Tesislerin yapılabilirse trafo merkezleri yakına yapılması gereklidir.

► Enerji besleme kablolarındaki faz iletken kesitleriyle nötr iletkenin aynı kesitlerde seçilmesi gereklidir.

► Yüksek voltajlı elektrik besleme kablolarının faz iletkenleri ile nötr iletkeni arasında endüklenme oluşmaması için aralarında mesafe oluşturulabilir.

Bir Okul Binasındaki Enerji Besleme Kablolarındaki Nötr İletkeninde Gerilim Oluşma Vakası

Yeni yapılan bir okul binası (laboratuvarlar, kesintisiz güç kaynakları jeneratörler, bilgisayarlar, frekans çeviricileri vb. sistemleri bulunduran bir tesis) yaklaşık 450 metre mesafedeki trafodan beslenmiştir. Besleme hattı kesiti seçilirken gerilim düşümü göz önünde bulunarak akım kontrolü ile birlikte uygun kesitli besleme kabloları seçilmiş olup buna göre inşa edilmiştir. Tesis devreye alındıktan sonra binada cihazların yandığına dair şikayetler gelmiş ve binadaki laboratuvar için laboratuvar malzemesi kuran firmanın cihazlarını kurarken baktığı nötr arasındaki gerilim kriteri nedeniyle cihazlarını kuramaması sorunuyla karşılaşılmış ve buna dair şikayetler gelmeye başlamıştır. 

Söz konusu şikayetler üzerine tesiste nötr toprak arası gerilim binadaki yük durumuna göre ölçülmüş ve 1.5V ile 3.5V arasında değerler gözlemlenmiştir. Bu sorunun çözümü için çeşitli yollar aranmıştır. Bunlar;

► Tesise ilave topraklama yapılmış toprak direnci 0,5 ohm altına düşürülmüştür.

► Nötr kablosu tesis girişinde kaçak akım rölesinden önce topraklanmış

► Harmonik oluşturabilecek kesintisiz güç kaynağına harmonik filtre takılmıştır. Bu çözüm yollarından herhangi bir sonuç alınamamıştır.

Çözüm için konunun uzmanı olarak bilirkişi çağırılmış gelen uzmanlar, trafodan başlayarak son enerji alıcısına kadar çeşitli marka şebeke analizörleri ile ölçümler yapmış sorunun nereden kaynaklandığını araştırmıştır. (Tesislerde yükler üç fazlı dengeli olarak dağıtılmış ve bu doğrultuda nötr iletkeninde akım akmadığı kabul edilmektedir) 

Yapılan ölçümler doğrultusunda nötr iletkeninden 10-50 Amper arasında akımlar geçtiği görülmüştür.

Bu akımın sebebinin ise tesiste monofaze yüklerin çalışması veya tesisteki kesintisiz güç kaynağı hariç diğer elektronik cihazların harmonik dalga oluşturarak nötr iletkeninden akım akmasına neden olduğu şüphesi üzerinde durulmuştur. Bu doğrultuda bilirkişi tarafından harmonik dalga analizörü ile yapılan ölçümler sayesinde harmonik dalga değerinin kabul edilebilecek değerler altında olduğu gözlemlenmiştir.

Asıl sorunun yukarıda da belirtildiği gibi monofaze yüklerin farklı zamanlarda devreye girerek nötr iletkeninden akım akmasına neden olduğu kanısına varılmıştır, çözüm olarak yük dengelenmesi düşünülmüş ancak bunun fiili olarak gerçekleşemeyeceği kanısına varılmıştır. (Bu çözümün gerçekleşememesinin sebebi ise yüklerin çalışma zamanlarının tesiste hiçbir zaman ayarlanamamasıdır.)

Peki neden ve nasıl bir gerilim, nötr iletkeninde oluşmaktadır?

Bu soru, uzmanlar tarafından teorik olarak araştırılmış: Tesis besleme kablolarının 450 metre mesafedeki trafo merkezinden gelerek 40 Amper akım aktığı görülmüş nötr iletkeni üzerinde ohm kanuna göre bir direnç oluşturduğu belirlenmiştir. Uzmanlar tarafından araştırmaları sonucu bilirkişi raporu oluşturulmuş şu çözüm raporda sunulmuştur.

► Yeni bir trafo merkezinin yüke en yakın noktaya inşa edilip yükün bu trafo merkezinden beslenilmesi önerilmiştir. Ancak bu önerinin aktif hale gelen bir tesiste kısa sürede gerçekleşmeyeceği görülmüştür. İkinci bir çözüm olarak kısa zamanda gerçekleşebilecek bir çözüm önerilmiştir.

► Tesise tepki süresi kısa olan faz dengelemesi yapabilen aktif harmonik filtre önerilmiştir.

Aktif Harmonik Filtre Kullanımı Önerilmiştir. Önerilen çözüm doğrultusunda aktif harmonik filtre üretimi yapan firmalar araştırılmış bu konuda profesyonel bir firma ile iletişime geçilip yardım istenilmiştir. Firma ise kendilerinin sorun için ölçümler yapılması gerektiği belirtilmiş ve firma tarafından belirlenen uzmanlar, vaka noktasına gelerek ölçümler yapmışlardır. Firma yetkileri tarafından aktif harmonik filtre satın alınması yerine çözümün sağlanıp sağlanmamasının görülmesi için kiralanması 

önerilmiştir. Bu öneri doğrultusunda okul tarafından aktif harmonik filtre kiralanmış ve tesisin ana pano binasına kurulmuştur. Devreye alınmadan önce şebeke analizörlerinden değerler alınmıştır. Alınan değerler doğrultusunda faz iletkenlerinde farklı gerilim değerleri nötr iletkeninde de 40 Amper aktığı gözlemlenmiştir. Cihaz devreye alındıktan sonra şebeke analizörlerindeki değerler fazlarda dengelendiğini nötr iletkeninde de 40 Amper'lik akımın 5-8 Amper, nötr toprak arasındaki gerilim aktif harmonik filtre devreye alınmadan önceki 3 Volt olan değerinin ise 1-1,2 Volt arasına düştüğü görülmüştür. Bu değerlerin altına düşürülememiştir.

Tesisteki bu vaka ile karşılaşmanın sebepleri kısacası şu şekilde olduğu görülmüştür.

► Yükün trafoya olan uzaklığının fazla olması

► Nötr iletkenin kesitinin düşük olması

► Dengesiz yüklerin tesiste yer alması

► Tesiste harmonik dalga oluşturabilecek yüklerin bulunması

Son olarak yukarıda belirtilen nötr iletkeninden dolayı karşılaşabileceğimiz bu tip vakalar karşısında elektrik dağıtım firmaları tarafından elektrik abonelerine tesis besleme kablolarının faz iletkenleri ile nötr iletkeni kesitlerinin aynı olması zorunluluğunu getirilmiştir. Sonuç olarak bu tesiste nötr iletkenin kesiti faz iletkenlerine yakın olsaydı bu vakadan tesis çok az etkilenecekti.

Kaynaklar

https://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/enerji-kablolarinin-notr-iletkeninde-neden-gerilim-olusur/18551#ad-image-0

https://www.alteksan.com/notr-toprak-arasi-gerilim-kac-volt-olmali/

https://diyot.net/faz-notr-toprak/

https://enerji360.com/guc-kalitesi/notr-faz-ve-toprak-nedir

https://elektrikinfo.com/faz-notr-toprak-nedir/