MODERN RADYO TESİSLERİNDE TOPRAKLAMA PRENSİPLERİ

UDK : 621.316.99

Modern Radyo Tesislerinde Topraklama

Prensipleri

Modern ratiyo, telsiz tesislerinde «Topraklama» (grounding) plân ve inşaatının toprağın muh telif tiplerine göre ne gibi özellikler gösterdiği, ve uygulanması gereken prensiplerin neler olduğu bu yazıda tetkik edilmiştir.

Topraklama, personel ve cihazların korunma sı için yapılır, ve radyo sinyallerinin iletilmesine etki etmez. Toprağa gerektiği gibi bağlantı yap mak, aşağıda yazılı ıkı tehlikeye karşı korunma güvenliğini sağlamaya esas teşkil eder •

1) Binalara, antenlere, güç hatlarına, ve ener> jı ve muhabere kablolarına yıldırım yük boşal ması (discharge). Elektrik yükü boşalmasından ıs; ve mekanik kuvvet tesiri ile tahribata sebep olan aşırı büyüklükte akım darbelerini kastederiz. Bu akımlar, yere ve yer içindeki yolları uçlarında ge rilim farklar hasıl eder ki metal parçaları arasın da gerilim farkları veya toprakla ark atlamaları (side flash) yapar ve güç cihazları ve kabloların yalıtımını tahrib ederler.

Bir istasyonun binaları ve tesisleri metal kı sımlarla [güç kabloları, dalga güdümleri (wavc guıde), borulara v s] irtibatlandığı için yüksek gerilimler istasyon sahası içerisine dağılmış olur ve darbe noktasından uzak yerlerde ark atlama ları hasıl olur.

2) Toprağa nısbetle gerilimler, şahıslara kar şı tehlikeler, elektrik cihazları ve iletkenlerini kaplayan ve saran metal cisimlerdeki gerilimler. Bu gerilimler, alçak ve yüksek gerilimli elektrik devreleri arasında, veya bu devrelerin bazıla rıyla, sözü geçen metal kaplamalar arasındaki ya lıtım (insulation) kusurlarından ileri gelir

Topraklamada azamî temas sağlamak için gay ret sarf edilmelidir Fakat bu, topraklama diren cinin az olması demek değildir, daha ziyade yıl dırım çarpmasını tahrıbatsız atlatmak için, yer içinde ve had hallerde yer yüzeyi üzerinde metal dağıtımı buna imkân verecek şekilde olmalıdır demsktır Düşük direnç şüphesiz aızu edilir Fakat şart değildir. Aksı halde çıplak sert kayaya, ba yağı mânâda «toprak irtibatı yapmak imkânsız olacaktı.

istasyonun yüksek ve alçak voltaj devrelerinin yere nisbetle yalıtım kusurları veya alçak geri

Y azan:

T. H. EVCİMEN Y. Müh.

Nato Hv Elek. Enf Bşk'da

Um devrelerine yük3ek gerilim girişi yere kaçak akımları husule getirir ki, bunlar hernekadar yıldırım yük boşalmalarında görüldüğü kadar yük sek şiddetlere varmazlar ise de, daha uzun süre lidirler ve bunun neticesi olarak cihazı tahrib eder ve işletme ve bakım personeli için tehlikeli olur lar

Toprağı katederek, bu kaak akımları elek: trık tesisatının topraklanmış metal çevreler, ana kiriş, zırhlama ve metal mecralar v.s. üzerinde ken di şiddetleri ve toprak direnci ile oranlı gerilim ler doğururlar. Bu gerilimlerin tehlikeli değerlere yükselmesini önlemek için, toprak bağlantısı di rencini kabil olduğu kadar düşürmek, özellikle yüksek gerilim bulunan hallerde, ve arza akan kaçak akımlarının büyük değerlere çıkması has sasiyeti olan 'yerlerde esastır.

2. Y ILDIRIMA KARŞI KORUNMA.

Yıldırımların elektrik yükü boşaltmalarında 200 000 amper'e kadar zirve akımları görülmüş tür Hattâ farklı toprak yollarına ayrıldıktan son ra dahi, 'bu akımlar kısa mesafelerde binlerce voltluk gerilimler hasıl eder ve istasyon binala rı ve tesisleri sahasına iletken cisimler arasında ark atlamasına sebep olurlar

Topraklama sistemi şu özellikleri sağlamalıdır •

1) Sisteme girerken bütün boşalma akımını kabul edebilmelidir.

2) istasyon dahilinde alçak direnç ve en duktans yolları, akımları dağıtmalıdır.

3) Arz içinde bu akımları ısıya çevırcbılmeli dır ilk bakışta, arz ile toprak elektrodlar arası'nda darbe noktasmda alçak direnç temin etmekle zir ve gerilimini azaltmak en çok istenen bir husus olarak görünür Topraklama sisteminin hemen ci varında bina ve tesislerin korunması için, haki katte bu ne yeter ve hattâ ne de esasdır. Çok da ha fazla arzu edilen, toprak ile muhtelif metal kısımları ve bilhassa binaları diğer tertiplere bağlayan (anten, dalga güdümleri, elektrik, kab loları, v s ) irtibatlar arasında ark atlaması im kânlarını ortadan kaldırmaktır.

Bir yıldırım iletkenine yıldırım çarptığı zaman, toprağın gerilimi çarpma noktası yakınında en yüksektir Gerilim o noktadan uzaklıkla pek ça

E.M.M. eo

buk azalır, toprak direnci yüksek olan yerlerde daha da çabuk azalır; bir çarpış noktasından rad yal yatan uzun bir metal cisim altındaki toprağa nisbetle muhtelif gerilimlere maruz kalır ve bu da ark atlaması imkânını yaratır. Bu ihtimali kal dırmak için, o doğrultuda cismin altına yatay olarak bir elektrot arz gerilim eğimini (gradient) minimuma indirmek üzere gömülmelidir. Cisim, bu elektroda uçlarında, ve mümkün ise, boyunca aralıklarla irtibatlanmalıdır. Sadece uçlarından topraklama kâfi gelmez. Çünkü cisim, toprak üze rinde bulunan herhangi bir gerilim eğimi (gra dient) karşısında bir kısa devre özelliğini gösterir, ve cismin ortasından ark atlaması ihtimali halâ vardır.

Radyal elektrodların çapraz bağlantıları istas yon sahası dahilinde gerilimlerin eşit dağıtılması na yardım eder.

• Gerilim eşitleme metodu (hiç değilse yıldı rımdan korunma maksatları bakımından) arza alçak dirençli topraklama sistemi yapma lüzumu nu ortadan kaldırır. Bu sistem dağlık sahalarda yeralmış tesisler için elde edilmesi güç bir sis temdir, çünkü oralarda ya toprak direnci yük sektir, veya iletkenleri gömecek yeter toprak yok tur.

Gerilim eşitlemesi metodu ile yapılan toprak lama tertibinin arza direnci yüksek olabilir, fa kat aynı damanda yıldırımdan korunma şebeke sinin gerilim dağılımı bu takdirde sanki iyi ilet ken toprakta daha mahdut bir korunma şebekesi tesis olunmuş haldekinin aynıdır. Bunun neticesi olarak elde edilen korunma etkisi de oldukça ay nıdır. Şiddetli yıldırım çarpmalarında, istasyon sahası «uzak» toprağa nisbet'le yüksek bir gerilim kazanacaktır Korunan sahanın dışından istasyonu besleyen güç ve muhabere hatları ve kablolar bu gerilim farkına maruz kalacaklardır. Yıldırım korunma sisteminin toprak seviyesi üstünde ve toprak ıçinde^olmak üzere iki kısımda incelene bileceği malûmdur. Başka bir yazıda yıldırım ko runmasından ayrıca bahsedeceğiz. Ancak, bütün hallerde yük boşalma akımlarını'' arza geçirmek \ için elektrodlarla arz arasında yeter temasın sağ lanması tabiatıyla esastır. Bu sebepten iletkenleri en fazla iletken olan tabakalar içine gömmek için her gayret sarfedilmelidir. Hattâ bu topraklar baş ka yerden getirilirse dahi buna çalışmalıdır.

3. ELEKTRİK Y ALITIM KUSURLARINA

KARŞI KORUNMA:

İstasyon sahasında, istasyona taallûk' eden aşağıdaki tesis veya tertipler, aynı topraklama sistemi fakat başlı başına topraklama iletken leri kullanarak topraklanmalıdır:

1) Çok fazlı, üç fazlı güç sisteminin nötr noktası,

2) Ölçü transformatörlerinin sekonder sar gıları ortak noktası,

3) Motor, transformatör ve generatör dış ya pıları, kontrol kumanda cihazlarının dişli aksamının kutuları, kablo zırhları, kılıf ları, metal mecralar, ekranlamalar, seyyar elektrik cihazları ve personelin girebil diği alçak gerilim güç tesislerinin yakı nında veya örttüğü herhangi metal (cisim)

4) Yukarıda 3) de sıralanan fakat yüksek gerilim tesislerine ait olan tesisler.

2) •4) Maddelerinde yazılı cisimlerin top raklanması bu cisimlerle civarındaki binaların herhangi bir kısmı arasında, bu cisimlerin ka zara akım taşıyan bir faz iletkenine temas etmesi halinde tehlikeli gerilim farkının meydana gel mesine mani olur.

Eğer bu kabil yalıtım kusurları bir alçak ge rilim fazında vukubulursa, kusurlu faz ile metal cismin nötr topraklayıcı iletkeni boyunca ve nötr arasında sızıntı veya kaçak akım doğar. Sızıntı veya kaçak akım, sadece topraklama iletkenlerinin direnci ile tahdit edilmiş olduğundan çok yüksek bir değer alabilir; ancak nötr ile ortak topraklama noktası arasında sınırlayıcı bir direnç varsa, bu akım sınırlanabilir. Eğer kaçak akım sigortayı yakacak veya kusurlu devrenin devre açıcısını tah rik edecek değerde ise, bir devre kendiliğinden tecrit edilmiş olur; eğer devre ayırt edilmezse, içinde hatanın vuku bulduğu metal dış aksamı ile bina arasında bir gerilim farkı meydana gelir. Bu gerilim farkı, sızma akımı ile topraklama ilet keninin direnci çarpımına eşittir; bu topraklama sisteminin arza direncine bağlı değildir, çünkü toprağa hiç akım akmaz.

Bu hüküm, eğer yalıtım hatası yüksek gerilim şebekesinin bir^ faz'ı ile topraklanmış dış metal aksam, veya alçak ve yüksek gerilim şebekesi arasmda vuku bulursa, doğru değildir. Her iki halde, sızıntı akım arz'a yol bulur.

Arıza akımı topraklama sisteminin gerilimini yükseltir Bu değer topraklama şebekesinin arza direncine bağlıdır Bu direnç bu yüzden kabil olduğu kadar alçak tutulmalıdır. Eğer sistemin arza direnci ancak çok pahalı vasıtalarla yapıla bilirse, o takdirde bu şebekenin 20 metre hari cinde topraklama şebekesi ile elektrod arasına bir toprak rölesi koymak suretiyle, güvenlik de recesi yükseltilebilir.

Bu güvenlik tedbirinin uygulanması mahalli tecrübe ve kaidelere bağlı kalır.

Nihayet aşağıdaki ilâve tedbirleri alarak bina lar içinde personel güvenliği oldukça yüksek bir dereceye çıkarılır.

1) Elektrik tesislerinin metal dolaplarını di ğer metal aksama (bina metal yapısı taşıyıcı ki rişler, metal ranzalar ve borular), binalar içeri sinde gerilimleri eşitleme amacı ile bağlanmalı dır. Tesirli olması için, bu tedbirler, bazı oda larda elektrik cihazları bulunmasa dahi, bütün odalara teşmil edilmelidir.

2) Döşemeleri kuru tahta, muşamba, (Lina

leum) asfalt, taban döşeme plakaları su geçirmez

malzeme üzerine metal oksitlerden arî, fırınlan

mış tuğlalar veya çini gibi malzemelerle kap

lamalıdır.

'

4.1 Toprak Elektrodları

Topraklam şebekesinin kurulmasında iki çeşit elektrod kullanılabilir : 1) toprağa sokulan çu buk veya borular, ve 2) yatay olarak gömülen nietal şeritler. Eleötrodlar arasındaki bağlama şeritleri de elektrod olarak kabul edilebilir

Mümkün olduğu zamanlarda, toprak elektrol ları daima nemli olan arz tabakası ile temasta olacak ve bunların arza olan dirençlerinin yüzey de donma ve rutubet değişmelerine bağlı kal maması' için don seviyesinin altında bir derinli ğe nüfuz etmelidir.

Dikine konan çubuk ve borular derin toprak (3 m. veya daha fazla) çin şeyanı tavsiyedir. Çünkü, yerlerine pek fazla kazıya lüuz göster meden sokulabilirler, ve yukarıdaki şartları ye rine getirmek için normal hallerde istenilen uzunlukta yapılabilirler.

İstasyonlarda bulunan metal su boru sistemi yardımcı elektrod gibi kullanılmalı ve yıldırım korunma sisteminin en az bir düşey iletkeni ona bağlanmalıdır.

4.2 Çubuklar veya borular

Çubuklar veya borluar, bağlama şeritler için kulandan aynı metalden yapılmalı ve kaplan malıdır. Boru ve çubukların mekanik kuvveti uzunlukları ve sokulacakları toprak tabiatı ile mütenâsip olmalıdır Çubuk ve boru ağızları mekanik ezilmeğe karşı korunmalıdır.

Çubuk veya borularla bağlar arasında ekler iyi ve daimi elektriksel temas teşkil etmelidir. Ekler ve bağlantılar sert pirinç lehim yapıl malı, veya kısım kısım kurulmalıdır. Mekanik olarak kuvvetli veya iyi inşa edilmiş olmalıdır. Kısım kısım kurulursa, temas sahası iletme ara kesiti alanının iki katı olmalıdır. Paslanan, me tal çifti teşkil eden farklı metaller kullanılma malıdır. Eklemler muayeneden sonra asfalt boya ile kaplanmalıdır.

Çubukların veya boruların arza olan elektrik sel direnci, bunların çaplarına pek az bağlı ka lir. Arza sokulmuş ve paralel bağlanmış çubuk

ların arza direnci, yaklaşık olarak çubuk sa yısı ile oranlı olarak azalmaz, çünkü toprak içinde artan sayıda çubuklar yoğunluğu, çubuk ların teşkil etkenliklerini azaltır.

4.3 Y atay Şeritler

Şeritler yumuşak tavlanmış bakırdan veya galvanize (elektrik akımları ile metal özellikleri değiştirilmiş) çelikten yapılmış olmalıdır. Ba kır için en az 60 mm ara kesiti ve galvanize çelik en az 100 mm* ara kesiti olmalıdır. Gal vanize çelik ekonomik sebepten tercih edilir, fakat topraklama ve yıldırım korunması şebe kelerinde aynı metal kullanımalıdır.

Çeliğin çinko kaplaması beher Cm. kareye 60 miligramdan az olmamalıdır.

İletkenlerde ekler kabil olduğu kadar az ol malıdır, lehımlenmeli veya perçinlenmelıdir Her ek için elektrod metaline benzer (paslan maz ek yapan) metaldan ıkı cıvata perçin veya adı perçin yapılmalıdır

Şeritler 0,3 ilâ 0,8 m.'derinlikte toprağa go mülmehdir. Gerek donma seviyesini geçmek veya daha iletken tabakaya yetişmek için daha da derin kazılmalıdır

Taşlık, kayalık taprakta hendeklerin tabanı başka yerden getirilmiş ve elenmiş yumuşak top rak ile kaplanmalıdır Şeritler yatırıldıktan son ra üstlen aynı şekilde yumuşak toprakla örtül mejı,, iyice sıkiştunlmah ve toprakla iletken arasında iyi temas sağlonmalıdır.

Gömülmiyen şeritler, kayalar üzerine tabii kanalara ve aralıklara yatırılmalı, gerekirse bu aralıklar uzatılmalıdır. Şeritler fasılalarla kaya ya raptedilmek en az 10 Cm. kalınlığında bir yumuşak toprak tabakası içine gömülmelıdir. Doldurulmuş yivler ve her iki yanlarında 10 ilâ 20 Cm. kaya, 10 cm. kalınlığında ayrıca asfalt lanmış çakhl taşı ile kaplanacak ve gerektiği gibi sıkıştırılacaktır.

Gömülmüş bir iletkenin arza direci hemen hemen gömülmüş kısmının. uzunluğu ile doğru orantılı olarak azalır ı 4.4 Toprağa yapılan bağlantılar

Topraklama yapılması gereken hizmetler için her binada bir topraklama toplayıcı (ground collector) kaboların giriş yerine yakın olarak kurulur Bu toplayıcı, yassı bakır çubuktan uza nan yalıtkan kirişler üzerine reptedilir. Ve top raklama çevresine benzer bir iletken ile bağ lanır Bu topraklama iletkenleri birbirinden ya lıtılacak ve ölçmeler yapabilmek için bağlantı ayrılabilmelidir.