- Katılım
- 9 Şub 2007
- Mesajlar
- 765
- Puanları
- 206
Soran : Mustafa Orkun Büyükışık :
Benim merak ettiğim konu topraklama. ‘İnternet’te yaptığım araştırmada sağlıklı ve standartlaşmış bir bilgi bulamadım. Ayrıca işyerimde de iş güvenliği mühendisliği görevini bana verdikleri için, bu işi yapan pek çok firmayla görüşüyorum. Hiçbiri ortak bir noktada buluşamıyor. Bazısı diyor ki “topraklama en iyi bakır levhayla yapılır”, bazısı “o eskidendi, artık bakır çubuk çakılması gerekiyor” diyor. Bazısı “sizi kandırıyorlar, ABD’de bakır değil, galvanizli boru kullanılıyor” gibi şeyler söylüyor. Esasen ben makina mühendisiyim, elektrikten hiç anlamıyorum. Merak ettiğim şeyse, ayrıntılı olarak ve adım-adım olarak herşey. Ülkemizde ve hatta dünyada bu konuda çok büyük bir bilgi eksikliği var. Ben en çok kendi evimdeki elektrik tesisatıyla ilgileniyorum. Güvenli bir elektrik tesisatı için; hem insanlar için hem cihazlar için, ayrıca yangın gibi felaketlere karşı koruma, ev tesisatını komple voltaj değişimlerinden koruma, çanak anten elektrikli şofben v.s. konularında neler yapılabilir? Mesela kaçak akım röleleri nerelere konulmalı? Çamaşır makinası gibi cihazların topraklı fişi (mesela) güvenilir mi? Hakikaten şaseye bağlı mı? Çalışıp çalışmadığını test edebilir miyiz? Bütün bunları kendi başımıza yapabilir miyiz? Bilgisayar donanımlarına ayrı bir topraklama yapılması gerektiğini duydum. Her bilgisayar için ayrı bir topraklama mı? Yazıcı gibi cihazları ne yapmak lazım? Cat5 ağ kablolarından da bilgisayarların yanma durumu olabiliyor. Bunun için ne yapmak lazım? Bende ftp kablo var, içerisinde toprak teli var; bunu nasıl topraklamam lazım? Gibi...
Cevaplayan : Vural Altın
Öncelikle bu yerinde sorunuz, kapsamlı önerileriniz ve kullandığınız son derece düzgün Türkçe için teşekkürle başlayayım. Sorunuzun, aralarında mantıklı bir şekilde etkileşen ve uyumlu bir bütün oluşturan bileşenlerinin bu denli akıcı bir şekilde anlatılmış olması; aklın somut sorunlar karşısındaki etkin, rahat ve berrak kullanımının güzel bir örneğini oluşturuyor. Sizi bunun için de ayrıca kutlar, okurlarımıza örnek oluşturmasını dilerim. Herkese iltifat alışkanlığında olmadığımı da özenle belirtmeliyim.
Bu konu Bilim ve Teknik dergisinin Mayıs, 2006 sayısının ekinde ayrıntılı olarak kapsanmıştı. Fakat, sorularınızla doğrudan ilgili olan kısımların, Merak Ettikleriniz köşesinde de yer almasında fayda var.
Konut ya da işyerimizdeki elektrik, tek ya da üç fazlı olsun; kent içi dağıtımda kullanılan birkaç bin voltuk, iletim hatlarındakine kıyasla ‘alçak gerilim’ düzeyinden, kullandığımız 220V düzeyine, yakınımızdaki bir trafo merkezindeki üç fazlı bir trafoda indirilmiştir. Sonra da yeraltından veya direkler üstünden, kapımızın yakınına kadar getirilmiş... Trafo merkezinden, üçü faz ve biri nötür olmak üzere, dört hat çıkmaktadır. Sonuç olarak bu hatlardan, konut ya da işyerinize en yakın taşıyıcı direkten veya yeraltı bağlantı kutusundan, bir nötür ile en az bir faz hattı çekilip, elektrik panonuza kadar getirilir. Biz tek fazlı duruma bakalım. Bu durumda güç panonuza,biri faz
ve biri nötür olmak üzere, yalnızca iki hat bağlanmıştır. Şebekenin nötür hattı, son olarak direğin dibinden ve daha önce de trafo göbeğinden toprağa bağlı olduğundan, böyle bir Şebeke bağlantısının, ‘topraklanmış’ anlamında ‘T’ olduğu söylenir. Şebekeye ait olan kısım bu kadar. Bundan sonrası konuta ait.
Ev ya da işyerindeki elektrikli aygıtların, birer ‘yük’ oluşturduğu söylenir. En basit örnek olarak; ısıtıcı bir dirençle, bir ucuna bağlı bir ‘açma kapama düğmesi’nden oluşan bir fırının nasıl bağlandığına bakalım. Fırını çalıştırmadan önce, düğme ‘kapalı’ konumda iken; direncin serbest ucunun panodaki faz ucuna, düğmenin serbest ucunun da panodaki nötür uca birer hatla bağlanması gerekmektedir. Genelde bu hatlar önceden çekilmiş olup, uçları duvardaki bir prizde mevcuttur. Fırının fişi prize takıldığında, direnç; faz ayağına doğrudan, nötür ayağa da düğme üzerinden bağlanmış olur. Düğme kapalı konumdayken ‘açık’ durumda veya ‘kesik’ olan bir ‘devre’ oluşturulmuştur ve düğme, bu devreyi açıp kapamaya yarayan bir anahtar işlevi görmektedir. Faz ucuna ‘canlı uç’ da denir. Düğmenin nötür ayağa bağlanmasının nedeni güvenliktir. Çünkü aksi halde faz ayağının, taşıdığı gerilimi, istem dışı bir temas sonucunda aygıtın dış yüzeyine aktarması olasılığı daha yüksektir. Düğme kapalı konumda iken devreyi açık tutarken, açık konuma getirildiğinde devre kapanacak ve direnç, şebekenin sağladığı 220 V’luk (RMS) güç kaynağına paralel bağlanmış hale geçecektir. Alttaki şekilde görüldüğü gibi...
Düğme kapalı konumda, yani devre açıkken nötür ayağa dokunursak bize birşey olmaz. Olsa olsa, varsa eğer, üzerimizdeki statik elektrik deşarj olur. Ama faz ayağına dokunduğumuzda; yalıtkan bir çift terlik giymiyorsak eğer; yerle aynı, yani sıfır gerilimde olacağımızdan; devreyi vücudumuz üzerinden kapatmış oluruz. Vücudumuzun toplam direncini (RV), faz hattının, trafoyla dokunduğumuz nokta arasındaki kısmının direncine (RF) seri olarak bağlamış olduğumuzdan, üstlendiğimiz gerilim miktarı, VV(t)=V(t).RV/(RV+RF) kadardır. Fakat, oluşan akımın tamamı vücudumuzdan geçmektedir. Burada ‘geçme’ deyimi, ‘elektronların geçip gitmesi’ anlamında değildir. Çünkü, akım salınımlı olduğundan, vücudumuzdaki elektronlar ve sıvılardaki iyonlar, ‘salınımlı gerilim’in dürtüsüyle; kabaca kah aşağıya, kah da yukarıya; faz ayağının dokunduğumuz noktadan öte kısmındaki elektronlar ise, ileriye ve geriye doğru salınmaktadırlar; yani kapanmış olan devrede, kah saat yönünde, kah da saatin tersi yönde... Gerilim sayesinde kazandıkları kinetik enerjiyi, atomlarla çarpışmaları sırasında onlara aktarır ve ortamın ısınmasına yol açarlar. Dolayısıyla, faz hattıyla birlikte, vücudumuz da ısınmaya başlar. Elektrikle çarpılma sonucundaki yanıklar, bu süreçten kaynaklanır. Vücudumuz açısından daha önemlisi, elektrokimyasal süreçlerle çalışan sinir hücrelerinin olağan çalışma düzeninin bu arada alt üst olmasıdır. ‘Gelişigüzel’ ve şiddetli uyarılar üreterek, vücudumuzu sarsmaya başlarlar. En ciddi tehdit, kalbin atış ritmini düzenleyen ‘sinüs düğmesi’nin sekteye uğraması (‘fibrilasyon’) sonucunda kalbin durması olasılığıdır. Isıtıcı direncin, çalıştırma düğmesine yakın bir noktasına dokunmuşsak eğer, gerilimin daha küçük bir kısmını üzerimize almış olacağımızdan, sonuçlar bu kadar ciddi olmayabilir. Şimdi, çalıştırma düğmesini açtığımızda neler oluyor, ona bakalım...
Kapanmış olan devre; trafonun göbeğinden inen toprak hattının toprak ucuyla başlayarak, bobinle devam edip, dağıtım hattının faz ayağı (örn. L1) üzerinden panodaki faz ucuna gelmekte, faz ayağı üzerinden dirence ulaşıp onu da içerdikten sonra, açık konumdaki düğmenin üzerinden geçip nötür ayakla yoluna devam etmekte, panodaki nötür uca vardıktan sonra, şebekenin N hattıyla direğin tepesinden aşağıya, tekrar toprağa inmektedir. Devrenin, iletken malzemeden yapılmış olan faz ve nötür ayakları da dahil olmak üzere, ‘elemanları’, trafodaki bobinin sağladığı AC gerilimden, dirençleri oranında pay almışlardır. Faz ayağının direnci, upuzun hat boyunca homojen dağılmış olduğundan, hattın birbirine yakın iki noktası arasındaki direnç, görece küçük, dolayısıyla gerilimden aldığı pay da çok düşüktür. Dağıtım ya da iletim hattı üzerine konan bir kuş, vücudunu bu iletken hattın, ayakları arasındaki minik bir kısmına paralel bağlamış olduğundan, o minik kısmın üzerindeki çok düşük gerilimi kendi üzerine almış olur ve çarpılmaz. Devremize dönecek olursak; devre üzerinde salınan elektronlar; faz ve nötür ayakları oluşturan iletkenleri, onların küçük dirençleri oranında bir miktar ısıtmakta, fakat ısı esas olarak direnç üzerinde açığa çıkmaktadır. Bu durumda ısıtıcı direnç, direnç özelliğini bir şekilde kaybederse veya her nasılsa, iletken metal bir çubuk, faz ayağının dirence girmeden önceki bir noktasıyla, nötür ayağın dirençten sonraki bir noktasına aynı anda temas ederse, ‘kısa devre’ olur. Toplam direnç (RT) düştüğünden, oluşan yeni devredeki akım (I(t)=V(t)/RT) hızla artar. Üretilen ısı (P(t)=RT.I(t)2) iletken hatları eriterek, devreyi perişan edecektir. Bu olasılığa karşı önlem olarak, devrenin faz ayağına, yani panodaki faz ucuyla prizin faz ucu arasına, ‘devre kesici’ işlevi gören bir ‘sigorta’ konur. Devreden geçen akım, örneğin 10, 15, 20 amper gibi olağandışı düzeylere ulaştığında, sigorta atıp, devreyi açar. Tabii, her aygıtın faz ayağına ayrı bir sigorta koymak yerine, birden fazla aygıtın faz ayakları aynı sigortadan geçirilebilir. Aygıtın çalışması için gereken devrenin tamamı bundan ibarettir.
Dikkat edilecek olursa, bu devrenin, konuttaki tesisat kısmında, ayrı bir toprak hattı yoktur. Topraklama işlemi, panodaki nötür uçtan direğe uzanan, oradan da yere inen hat aracılığıyla yapılmaktadır. Böyle bir konut ya da işyeri tesisatına, “nötür ayak tarafından topraklanmış” anlamında, ‘N-tipi’ tesisat denir. Halbuki devrenin şebeke kısmı doğrudan topraklanmış, yani ‘T’ olduğundan; böyle bir şebeke-tesisat bağlantısının ‘TN’ tipinde olduğu söylenir: İlk harf şebekenin, ikinci harf ise konuttaki tesisatın yapısına atıfta bulunmaktadır. Bu devreye aygıt çalışır halde iken parmak ucuyla dokunduğumuz takdirde, nötür ayağınkine paralel olarak, yere ulaşan ikinci bir hat daha oluşturmuş oluruz. Gerilimin, vücut direncimize düşen payını üzerimize alır ve vücudumuzda oluşan akımla ‘çarpılır’ız. ‘Çarpılmak’ her ne demekse... Eğer dokunduğumuz nokta faz ayağında ise, ısıtıcı dirençle aynı gerilimi görürken, akımı aramızda paylaşırız. Direncin, çalıştırma düğmesine bakan ucunun ne kadar yakınına dokunursak, gerilimin o kadar küçük bir kısmını üzerimize alır ve ‘daha az’ çarpılırız. Nötür ayağı tutmamız halinde ise, gerilim bu ayağa gelene kadar zaten düşmüştür. Hem de, akım ağırlıklı olarak, direnci çok daha düşük olan nötür ayak üzerinden yoluna devam etmeyi tercih eder ve sonuç olarak, üzerimizden geçen akım çok daha düşük olur. Bu nedenle, şiddetle tavsiye edilmemekle birlikte, nötür ayağı çıplak elle tutmak mümkündür. Peki, bu fırın devresinin, güvenlik açısından eksiği nedir?...
Kabloların yalıtım malzemesi zamanla, ısınma soğuma döngüleri sonucunda, yalıtkanlığından bir miktar kaybeder ve kullanılan malzemenin kalitesine bağlı olarak, kısa veya uzun sürede, kısmen iletken hale gelirler. Dolayısıyla, faz ayağının yalıtımı, fırının metal parçalarından biriyle temasa geldiğinde, o parçaya gerilim aktarabilir. Böyle bir kaçak, sözkonusu parçanın normalde sıfır olması gereken gerilimini, faz ayağının gerilimine yükseltir. Fırın veya diğer elektrikli aygıtların metal parçaları genelde birbirleriyle temas halinde olup, ‘şasi’ denilen bütünü oluşturduğundan, gerilim tüm şasiye yayılır. Şasi sanki, faz hattını oluşturan iletken telin bir uzantısı, yani ‘canlı uç’ haline gelmiştir. Gerçi aygıt kapalı konumda iken; şasi de bu durumda yalıtılmış olduğundan; ne nötür hattan aşağıya, ne de şasiden öteye bir akım yoktur. Fakat, bu durumdaki şasiye dokunmamız halinde, toprakla aradaki devreyi kapatmış olur ve çarpılmaya başlarız. Gerçi, üzerimizden geçen akım ‘sigorta eşiği’ni aşarsa, sigorta atarak devreyi kesecektir. Fakat, genellikle bir metal parçasının ısınıp genleşmesine bağlı olarak atan ‘ısıl-mekanik’ sigortaların tepki süresi uzun olduğundan, devreyi kesme işlemi gerçekleşinceye kadar iş işten geçmiş olabilir. Dolayısıyla, ‘kaçak’ olasılığına karşı önlem almak lazımdır. Bu amaçla aygıtın şasisi, nötür ayağa bağlanabilir. Buna ‘sahte toprak’ denir. Sanırım çoğu tesisatta başvurulan bu kolaya kaçış yöntemi, olağan koşullar altında güvenliği sağlar. Çünkü bu durumda nötür ayak, aygıt kapalı iken bir kaçak oluşursa, şasiden gelecek akımı, panodaki nötür uca iletir. Kaçağın temas noktası genellikle dirençten önce olduğundan, şasi; devreye sağlanan gerilimin tümünü görür ve direnci düşük olan şasi üzerinden geçen akımın değeri yüksek olur. Hal böyle olunca da, sigorta atarak; hem bizi uyarır, hem de korur. Ancak, aygıt çalışırken bir kaçağın oluşması halinde, nötür ayak, hem direnç üzerinden geçen ve hem de şasiden gelen akımı, keza panodaki nötür uca iletir. Şasiden geçen akım, sigortayı attıracak kadar yüksek değerlere ulaşamazsa, aygıt çalışmaya devam eder ve sigorta atmaz. Böyle, gerilimin tümünü devralmamış olup, ‘kısmen canlı uç’ haline gelmiş olan bir şasiye dokunduğumuzda, vücudumuz, akım için alternatif bir hat oluşturur ve yine çarpılırız.
Dolayısıyla, şasiyi gerçek anlamda topraklamanın yöntemi; şasiden panonun nötür ucuna kadar uzanan, devrenin nötür ayağına paralel ikinci bir hat daha oluşturmaktır. Topraklı bir prizde, bu üçüncü hat zaten vardır. Öte yandan, çamaşır makinası veya fırın gibi yüksek akım çeken elektrikli bir aygıt, güvenlik şartnameleri gereği, imalattan; üçlü bir fişle donatılmış olmak ve aygıtın şasisi, bu fişin faz ve nötür uçlarının ortasının altındaki veya üstündeki üçüncü bir ‘toprak ucu’na bağlanmış halde çıkmak zorundadır. Şasinin bu fişin toprak ucuna gerçekten de bağlanmış olup olmadığını anlamak için; şasinin herhangi bir noktasıyla fişin toprak ucu arasındaki direncin, bir dirençölçerle (‘ohmmetre’) ölçülmesi yeterlidir. Çünkü bağlantı yapılmamışsa, dirençölçer sonsuzu, düzgün yapılmışsa sıfırı, kusurlu ise arada bir değeri gösterir. Nötür ve faz uçları arasındaki direnç ölçümü ise, bir fırın için; çalıştırma düğmesi kapalı konumda iken sonsuzu, açık konumda iken de ısıtıcı direncin değerini verir. Fiş prize takıldığında; şasiden gelen toprak ucu ile, prizden aşağıya inip panodaki nötür uca ulaşan ve o noktada nötür şebeke hattıyla buluşan ‘topraklama ayağı’ arasındaki bağlantı kurulmuş olur. Ki, aygıt çalışırken, devrede dolaşan akım nötür ayak üzerinden ve varsa eğer, şasiye kaçak da toprak hattı üzerinden panodaki nötür uca ulaşsın ve oradan da şebekenin nötür hattıyla yoluna devam edip, direğin tepesinden aşağı, yerle bağlantı kurabilsin. Aygıt çalışmaz durumda, yani nötür ayak devre dışı iken de, olası şasi kaçakları yere, önce toprak ve sonra da şebekenin nötür hattı üzerinden ulaşabilsin.
Bu durumda dahi, faz veya nötü ayağı oluşturan kabloların bir tadilat sırasında, örneğin duvarlara çivi çakılır veya matkapla delik açılırken, bir yerden kırılmaları olasılığı vardır. Faz ayağıyla temasta olan bir çivi ya da matkap ucuna dokunmanın tehlikesi malum. Fakat, faz ayağı kırıldıktan sonra, açıkta kalan canlı ucu metal bir nesneye dokunmuyorsa, bu tehlikeli bir durum oluşturmaz. Hem de aygıt, düğmesi açıldığında çalışmayacağı için bize uyarıda bulunulmuş olur ve gereğini yaparız. Halbuki, kırılan ayak nötür ayak ise, kırılma noktasının yerine bağlı olarak, iki olasılık var. Birincisi, kırılma eğer, aygıtın çalıştırma düğmesiyle panodaki nötür uç arasında bir yerde ise; aygıt çalışma konumuna getirildiğinde, çalışmayıp bizi uyaracaktır. Öte yandan, şasinin topraklama hattı devrede olduğundan, olası faz ayağı kaçakları hala topraklanıyor olur. İkinci olasılık nötür ayağın, panodaki nötür ucun ötesinde, yani konutun dışında ve şebekenin nötür hattı üzerinde bir yerden kırılmış olmasıdır. Bu durumda ise; aygıtın hem topraklama, hem de nötür ayağı kesilmiş demektir. Aygıt, çalışma düğmesi açık konuma getirildiğinde çalışmayacağından, durumun farkına varır ve gereğini yaparız. Bu, şebekeye ait bir sorundur ve dağıtım şirketine haber verilmesi gerekir. Ancak, bu arada faz ucundan bir de kaçak oluşmussa, şasi canlı uç haline gelerek tehlike yaratır. İşte bu olasılığa karşı, aygıtın toprak hattını panodaki nötür uç yerine, konuttaki ayrı bir topraklama hattına bağlamakta yarar vardır. Bu durumda konut, şebekeden bağımsız bir toprak hattına sahip olur. Böyle bir konut ya da işyeri tesisatına, “ayrıca topraklanmış” anlamında, ‘T-tipi’ tesisat denir. Şebeke kısmı zaten topraklanmış, yani ‘T’ olduğundan; böyle bir şebeke-tesisat bağlantısının ‘TT’ tipinde olduğu söylenir: İlk harf şebekenin, ikinci harf ise konuttaki tesisatın yapısına atıfta bulunmaktadır. Şimdi bu bağımsız topraklamanın nasıl yapılacağına bir bakalım...
Konut ya da işyerinde TT tipi bir tesisat oluşturmak için, güç panosundaki faz ve nötür uçlarına ek olarak, üçüncü bir toprak ucunun oluşturulması ve bu ucun, yeterince kalın bir kablo ile, toprağa gömülü iletken bir plakaya bağlanması gerekir. İletken plakanın, aksi halde zamanla oksitlenip eriyeceğinden, örneğin bakır gibi paslanmaz bir metalden yapılmış olması tercih nedenidir. Gerçi bakır da oksitlenir, fakat üzerinde oluşan oksit katmanı, bir kez oluştuktan sonra, altındaki metali korur. Fakat bakır bir plaka dahi, topraktaki nemle temas halinde ikenki yük aktarımları sırasında, kesintili ve yavaş olarak da olsa yer alan elektroliz süreçleri nedeniyle zamanla aşınacağından, yeterince kalın olmak zorundadır. Ancak, bakır pahalı bir metal olduğundan, plaka yerine bir çubuk da kullanılabilir. Hem de çubuğu dar bir yere, fazla derin bir çukur açmak zorunda kalmaksızın çakmak mümkündür. Ancak, çubuğun iletkenlik yüzeyi daha az olacağından, aynı performans için birim yüzeye düşen aşınma miktarı görece yüksek olacaktır. Bu nedenle, plakayla çubuk arasında bir ‘ara çözüm’ olarak, birden fazla uca sahip çatal şeklinde bir iletkenin kullanılması tercih edilebilir. İletken çubuk, galvanize demir veya bir boru da olabilir. Nitekim, tesisat borularının galvanizli demirden yapıldığı dönemlerde, toprak hatları bu borulara bağlanırdı. Fakat demirin yerini plastik alıp da ‘mertlik bozulunca’, bu imkan ortadan kalktı. Galvaniz katmanın zedelenmesi halinde, yüzeyindeki aşınmayı bir dereceye kadar, yük aktarımı sırasında gerçekleşen galvanik süreçlerle, yani kendi kendine tamir edebilme yeteneği vardır. Ancak, yüzeysel aşınma derinleşip genişledikçe, kendiliğinden tamir hızı yetersiz kalır ve altındaki demir metal paslanmaya başlar. Dolayısıyla, bu çubukların zamanla değiştirilmesi gerekir. Öte yandan, toprak kurudukça iletkenliği azaldığından, iletken çubuk gömülürken, etrafı toprağın iletkenliğini arttıran bir tozla doldurulur. Her olasılığa karşın; topraklama çubuğunun, hangi malzemeden yapılmış olursa olsun, toprağın hemen daima nemli olan bir yerine veya yeterince derinine gömülmesi lazımdır. Gömü yerini ara sıra sulamakta fayda bile vardır. Çubuk bu kadar...
Konut veya işyerimizdeki böyle bir TT tipi tesisata bağlı olan bir aygıtın toprak ayağı, güç panosundaki bağımsız toprak ucu aracılığıyla, TT’deki ikinci T’nin kendi topraklama çubuğuna bağlıdır. Nötür ayak ise, önceki TN düzeninde olduğu gibi, panodaki nötür uç üzerinden direğin tepesine çıkıp, oradan toprağa iner. Bu durumda çubuğun topraklama yeteneği direğinki kadar iyi olmadığından; topraklama ayağının (T) genel anlamdaki direncini oluşturan ‘empedans’ı, nötür ayağın (N) empedansından daha yüksektir. Dolayısıyla, T ayağıyla topraklanmış olan bir aygıtın faz ayağında bir kaçak olması durumunda, şasi görece büyük bir empedansla karşı karşıya kalır. Bu, toprak hattının şasiden alıp toprağa aktardığı akımın küçük olacağı anlamına gelir. Nitekim de öyledir, miliamperler düzeyinde. Bu akım, sigortayı attıramaz. Ama 20mA’i aştığı takdirde öldürücü olabilir. Bu nedenledir ki, T ayağıyla topraklanmış olan aygıtlarda daha sıkı bir güvenlik önlemi olarak, ‘topraklamanın kusurlu olması halinde devre kesici’ işlevi gören ‘kaçak akım röleleri’ kullanılır. Kaçak akım rölesi, sigortanın yaptığı gibi faz ayağından geçen akımın tamamını değil, aygıtın faz ve nötür ayaklarındaki akımların arasındaki farkı ölçer ve bu fark belli bir düzeyi, örneğin 20 mA’i aştığında devreyi keser. Röle bu işlevini, bir bobin aracılığıyla yerine getirir. Aygıtın faz ayağı bu bobinin içinden bir yönde, nötür ayağı da diğer yönden geçmektedir. Dolayısıyla, iki ayaktan geçen akımlar eşitse eğer; bobinin üzerinde oluşturdukları manyetik akılar, zıt yönlü olduklarından, biribirlerini iptal eder. Sonuç olarak, bobinde oluşan manyetik akı sıfır, yani durum normaldir. Halbuki, iki akım arasında bir farkın bulunması halinde, bobinde net bir manyetik akı oluşur. Ki bu durum, faz ayağından şasiye bir kaçak olduğu anlamına gelmektedir ve oluşan manyetik akının şiddeti, kaçak akım miktarına eşit olması gereken ‘farkın büyüklüğü’yle doğru orantılıdır. Dolayısıyla, akı şiddeti ölçülür ve bir ‘kıyaslayıcı’da, önceden belirlenmiş bir değerle kıyaslanır. Örneğin 10 mA düzeyindeki net akımın yol açacağı akı değeri aşılmışsa eğer, kıyaslayıcı devreyi kesecek olan sinyali üretir. Dikkat edilecek olursa, böyle bir röle sistemi, aygıt çalışır halde olsun veya olmasın, işlevseldir. Çünkü fazdan şasiye bir kaçak varsa eğer, her iki durumda da; faz ayağındaki akım nötür ayaktakinden, şasi üzerinden toprak hattına yönelen kaçak akım miktarı kadar büyük olmak zorundadır.
Röle kutusunun üzerinde genellikle bir ‘deneme’ (‘test’), bir de yeniden ‘kurma’ (‘reset’) düğmesi bulunuyor. Deneme düğmesiyle röle önceden denenebiliyor, kurma düğmesiyle de, devreyi kestikten sonra yeniden etkin duruma getirilebiliyor. Tipine göre, aygıta ayrıca bağlanmayı gerektirenleri veya fişin doğurdan takılabileceği priz şeklinde olanları var. Birden fazla aygıtı, paralel olarak aynı röleye bağlamak mümkün. Ancak, rölenin duyarlılığı bazen sıkıntı yaratabiliyor. Örneğin, civardaki bir floresan lambanın açılıp kapanması sırasında, denetlenen aygıtın devresinde miliamper düzeyinde akımlar oluşabildiğinden, röle devreyi gereksiz yere kesebiliyor. Öte yandan, garaj veya balkon gibi dış ortam kullanımlarında, havadaki bağıl nem oranının yüksek olduğu günlerde, özellikle sabahları, iletkenliği artmış olan havaya sızan yük miktarı olağan olarak arttığından, röle denetlediği devreyi, keza gereksiz yere kesebilir. Bu yüzden daha ziyade, elektrik şoku olaslığının görece yüksek ve sonuçlarının daha ciddi olabildiği banyo gibi ıslak zeminli ortamlarda, örneğin saç kurutma ve çamaşır makinası gibi aygıtların devrelerinde kullanılıyor. Hatta, örneğin bir saç kurutma makinasının, kapalı halde iken dahi, küvete düşürülmesi, küvetteki talihsizin ölümüyle sonuçlanabildiğinden, bazı ülkelerde bu şart koşulmakta.
Son olarak, topraklama, yıldırımlara karşı paratoner aracılığıyla yere veya bir faraday kafesinin içindeki aygıtların gereksinimi için, kafesin kendisine yapılabilir.
Müsaadenizle sondaki sorularınıza, ayrı ayrı kısa yanıtlar vereyim...
Çamaşır makinası gibi cihazların topraklı fişi (mesela) güvenilir mi?
Montajda hata yoksa, tabii.
Hakikaten şaseye bağlı mı?
Bunu, aygıtın fişindeki toprak ucuyla, şasisinin herhangi bir noktası arasındaki direnci ölçerek anlayabilirsiniz: Bağlantı yoksa direncin değeri sonsuz, düzgünse sıfır, kusurluysa arada bir değerde olmak zorundadır.
Çalışıp çalışmadığını test edebilir miyiz?
Şasiye dokundurulan bir kontrol kaleminin gerilim göstermesi, yani direncinin kızarması, şasiye bir kaçağın var olduğu ve topraklamanın iyi çalışmadığı anlamına gelir. Bu kontrolü aygıt hem açık, hem de kapalı iken yapmakta yarar var; çünkü sorun çalıştırma düğmesinde olabilir. Kontrol kaleminin gerilim göstermemesi halinde ise, şasiye herhangi bir kaçak yok.
Bütün bunları kendi başımıza yapabilir miyiz?
Bu işleri güvenlik açısından, bir teknisyenin yapması gerekiyor. Ancak, müdahalenin her aşamasını izleyip neler olup bittiğini anlamaya çalışmakta yarar var. Şikayetlerinizin ortadan kalkması için gereken düzenlemelerin yapılmış olduğuna kanaat getirebilmek için...
Bilgisayar donanımlarına ayrı bir topraklama yapılması gerektiğini duydum. Her bilgisayar için ayrı bir topraklama mı?
Topraklama, elektrik şoklarına karşı güvenlikten başka, ikinci bir amaçla daha; devrelerdeki sinyaller için gerektiğinde bir ‘sıfır başvuru değeri’ bulup kullanabilmek amacıyla yapılır. Bilgisayarlar her iki amaçla birden topraklanmış olup, güç kaynağı girişini oluşturan üçlü erkek fişin toprak ucu, şasiye zaten bağlanmıştır. Dolayısıyla, güç kablosunun üçlü dişi ucu bilgisayarın güç kaynağının üçlü erkek girişine, üçlü erkek ucu da topraklı bir prize takıldığında, bilgisayarın güç kaynağı ve devreleri, duvardaki prizin toprak hattı aracılığıyla topraklanmış olur. Her bilgisayar ayrı bir güç girişine ve güç kablosuna sahip olduğuna göre, ayrı ayrı tabii. Ancak, birden fazla bilgisayarın güç kabloları, çoklu bir prize bağlı bir ‘uzatma kablosu’ üzerinden tek bir prize bağlandığında, aynı toprak hattı üzerinden topraklanmış olurlar. Bunda ciddi bir sakınca yok.
Yazıcı gibi cihazları ne yapmak lazım?
Yukarıda bilgisayarlar için anlatılan durum, yazıcılar için de geçerli.
Cat5 ağ kablolarından da bilgisayarların yanma durumu olabiliyor. Bunun için ne yapmak lazım?
‘Beşinci kategori’ Cat5 kablolarının ilettiği sinyallerin içeriğindeki her sembol, +1,0, -1 V’luk gerilimlere sahip olduğundan, yanma durumunun sözkonusu olmaması lazım.
Bende ftp kablo var, içerisinde toprak teli var; bunu nasıl topraklamam lazım?
‘Folyolu bükülmüş çift’ (‘foiled twisted pair’) anlamındaki bir ‘ftp kablo’nun ikişerli bükülmüş olan dört çift ucu, bu uçlara takılan sekiz girişli plastik prizlere (RJ45), özel bir ‘kıvırma aygıtı’yla takılmak zorundadır. Geride kalan topraklama ucu, sadece priz tarafında, o da dış etkenler nedeniyle kablo üzerinde oluşan küçük akımları topraklamak amacıyla yapılır. Bilgisayar tarafında topraklamaya gerek olmadığı gibi, bu; prizle bilgisayar arasında, bükümlü çiftlerin taşıdığı sinyalleri etkileyebilen akımlara kanallık edebiliyor.
Gibi...
Daha ne ‘gibi’si Mustafa Bey? İflahımı söktünüz... Konu ile ilgili daha fazla bilgi için, Merak Ettikleriniz köşesindeki soruları ‘reaktif güç’ sözcükleriyle tarayıp, yanıtlarına bakabilirsiniz.
Kaynak : TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
Benim merak ettiğim konu topraklama. ‘İnternet’te yaptığım araştırmada sağlıklı ve standartlaşmış bir bilgi bulamadım. Ayrıca işyerimde de iş güvenliği mühendisliği görevini bana verdikleri için, bu işi yapan pek çok firmayla görüşüyorum. Hiçbiri ortak bir noktada buluşamıyor. Bazısı diyor ki “topraklama en iyi bakır levhayla yapılır”, bazısı “o eskidendi, artık bakır çubuk çakılması gerekiyor” diyor. Bazısı “sizi kandırıyorlar, ABD’de bakır değil, galvanizli boru kullanılıyor” gibi şeyler söylüyor. Esasen ben makina mühendisiyim, elektrikten hiç anlamıyorum. Merak ettiğim şeyse, ayrıntılı olarak ve adım-adım olarak herşey. Ülkemizde ve hatta dünyada bu konuda çok büyük bir bilgi eksikliği var. Ben en çok kendi evimdeki elektrik tesisatıyla ilgileniyorum. Güvenli bir elektrik tesisatı için; hem insanlar için hem cihazlar için, ayrıca yangın gibi felaketlere karşı koruma, ev tesisatını komple voltaj değişimlerinden koruma, çanak anten elektrikli şofben v.s. konularında neler yapılabilir? Mesela kaçak akım röleleri nerelere konulmalı? Çamaşır makinası gibi cihazların topraklı fişi (mesela) güvenilir mi? Hakikaten şaseye bağlı mı? Çalışıp çalışmadığını test edebilir miyiz? Bütün bunları kendi başımıza yapabilir miyiz? Bilgisayar donanımlarına ayrı bir topraklama yapılması gerektiğini duydum. Her bilgisayar için ayrı bir topraklama mı? Yazıcı gibi cihazları ne yapmak lazım? Cat5 ağ kablolarından da bilgisayarların yanma durumu olabiliyor. Bunun için ne yapmak lazım? Bende ftp kablo var, içerisinde toprak teli var; bunu nasıl topraklamam lazım? Gibi...
Cevaplayan : Vural Altın
Öncelikle bu yerinde sorunuz, kapsamlı önerileriniz ve kullandığınız son derece düzgün Türkçe için teşekkürle başlayayım. Sorunuzun, aralarında mantıklı bir şekilde etkileşen ve uyumlu bir bütün oluşturan bileşenlerinin bu denli akıcı bir şekilde anlatılmış olması; aklın somut sorunlar karşısındaki etkin, rahat ve berrak kullanımının güzel bir örneğini oluşturuyor. Sizi bunun için de ayrıca kutlar, okurlarımıza örnek oluşturmasını dilerim. Herkese iltifat alışkanlığında olmadığımı da özenle belirtmeliyim.
Bu konu Bilim ve Teknik dergisinin Mayıs, 2006 sayısının ekinde ayrıntılı olarak kapsanmıştı. Fakat, sorularınızla doğrudan ilgili olan kısımların, Merak Ettikleriniz köşesinde de yer almasında fayda var.
Konut ya da işyerimizdeki elektrik, tek ya da üç fazlı olsun; kent içi dağıtımda kullanılan birkaç bin voltuk, iletim hatlarındakine kıyasla ‘alçak gerilim’ düzeyinden, kullandığımız 220V düzeyine, yakınımızdaki bir trafo merkezindeki üç fazlı bir trafoda indirilmiştir. Sonra da yeraltından veya direkler üstünden, kapımızın yakınına kadar getirilmiş... Trafo merkezinden, üçü faz ve biri nötür olmak üzere, dört hat çıkmaktadır. Sonuç olarak bu hatlardan, konut ya da işyerinize en yakın taşıyıcı direkten veya yeraltı bağlantı kutusundan, bir nötür ile en az bir faz hattı çekilip, elektrik panonuza kadar getirilir. Biz tek fazlı duruma bakalım. Bu durumda güç panonuza,biri faz
ve biri nötür olmak üzere, yalnızca iki hat bağlanmıştır. Şebekenin nötür hattı, son olarak direğin dibinden ve daha önce de trafo göbeğinden toprağa bağlı olduğundan, böyle bir Şebeke bağlantısının, ‘topraklanmış’ anlamında ‘T’ olduğu söylenir. Şebekeye ait olan kısım bu kadar. Bundan sonrası konuta ait.
Ev ya da işyerindeki elektrikli aygıtların, birer ‘yük’ oluşturduğu söylenir. En basit örnek olarak; ısıtıcı bir dirençle, bir ucuna bağlı bir ‘açma kapama düğmesi’nden oluşan bir fırının nasıl bağlandığına bakalım. Fırını çalıştırmadan önce, düğme ‘kapalı’ konumda iken; direncin serbest ucunun panodaki faz ucuna, düğmenin serbest ucunun da panodaki nötür uca birer hatla bağlanması gerekmektedir. Genelde bu hatlar önceden çekilmiş olup, uçları duvardaki bir prizde mevcuttur. Fırının fişi prize takıldığında, direnç; faz ayağına doğrudan, nötür ayağa da düğme üzerinden bağlanmış olur. Düğme kapalı konumdayken ‘açık’ durumda veya ‘kesik’ olan bir ‘devre’ oluşturulmuştur ve düğme, bu devreyi açıp kapamaya yarayan bir anahtar işlevi görmektedir. Faz ucuna ‘canlı uç’ da denir. Düğmenin nötür ayağa bağlanmasının nedeni güvenliktir. Çünkü aksi halde faz ayağının, taşıdığı gerilimi, istem dışı bir temas sonucunda aygıtın dış yüzeyine aktarması olasılığı daha yüksektir. Düğme kapalı konumda iken devreyi açık tutarken, açık konuma getirildiğinde devre kapanacak ve direnç, şebekenin sağladığı 220 V’luk (RMS) güç kaynağına paralel bağlanmış hale geçecektir. Alttaki şekilde görüldüğü gibi...
Düğme kapalı konumda, yani devre açıkken nötür ayağa dokunursak bize birşey olmaz. Olsa olsa, varsa eğer, üzerimizdeki statik elektrik deşarj olur. Ama faz ayağına dokunduğumuzda; yalıtkan bir çift terlik giymiyorsak eğer; yerle aynı, yani sıfır gerilimde olacağımızdan; devreyi vücudumuz üzerinden kapatmış oluruz. Vücudumuzun toplam direncini (RV), faz hattının, trafoyla dokunduğumuz nokta arasındaki kısmının direncine (RF) seri olarak bağlamış olduğumuzdan, üstlendiğimiz gerilim miktarı, VV(t)=V(t).RV/(RV+RF) kadardır. Fakat, oluşan akımın tamamı vücudumuzdan geçmektedir. Burada ‘geçme’ deyimi, ‘elektronların geçip gitmesi’ anlamında değildir. Çünkü, akım salınımlı olduğundan, vücudumuzdaki elektronlar ve sıvılardaki iyonlar, ‘salınımlı gerilim’in dürtüsüyle; kabaca kah aşağıya, kah da yukarıya; faz ayağının dokunduğumuz noktadan öte kısmındaki elektronlar ise, ileriye ve geriye doğru salınmaktadırlar; yani kapanmış olan devrede, kah saat yönünde, kah da saatin tersi yönde... Gerilim sayesinde kazandıkları kinetik enerjiyi, atomlarla çarpışmaları sırasında onlara aktarır ve ortamın ısınmasına yol açarlar. Dolayısıyla, faz hattıyla birlikte, vücudumuz da ısınmaya başlar. Elektrikle çarpılma sonucundaki yanıklar, bu süreçten kaynaklanır. Vücudumuz açısından daha önemlisi, elektrokimyasal süreçlerle çalışan sinir hücrelerinin olağan çalışma düzeninin bu arada alt üst olmasıdır. ‘Gelişigüzel’ ve şiddetli uyarılar üreterek, vücudumuzu sarsmaya başlarlar. En ciddi tehdit, kalbin atış ritmini düzenleyen ‘sinüs düğmesi’nin sekteye uğraması (‘fibrilasyon’) sonucunda kalbin durması olasılığıdır. Isıtıcı direncin, çalıştırma düğmesine yakın bir noktasına dokunmuşsak eğer, gerilimin daha küçük bir kısmını üzerimize almış olacağımızdan, sonuçlar bu kadar ciddi olmayabilir. Şimdi, çalıştırma düğmesini açtığımızda neler oluyor, ona bakalım...
Kapanmış olan devre; trafonun göbeğinden inen toprak hattının toprak ucuyla başlayarak, bobinle devam edip, dağıtım hattının faz ayağı (örn. L1) üzerinden panodaki faz ucuna gelmekte, faz ayağı üzerinden dirence ulaşıp onu da içerdikten sonra, açık konumdaki düğmenin üzerinden geçip nötür ayakla yoluna devam etmekte, panodaki nötür uca vardıktan sonra, şebekenin N hattıyla direğin tepesinden aşağıya, tekrar toprağa inmektedir. Devrenin, iletken malzemeden yapılmış olan faz ve nötür ayakları da dahil olmak üzere, ‘elemanları’, trafodaki bobinin sağladığı AC gerilimden, dirençleri oranında pay almışlardır. Faz ayağının direnci, upuzun hat boyunca homojen dağılmış olduğundan, hattın birbirine yakın iki noktası arasındaki direnç, görece küçük, dolayısıyla gerilimden aldığı pay da çok düşüktür. Dağıtım ya da iletim hattı üzerine konan bir kuş, vücudunu bu iletken hattın, ayakları arasındaki minik bir kısmına paralel bağlamış olduğundan, o minik kısmın üzerindeki çok düşük gerilimi kendi üzerine almış olur ve çarpılmaz. Devremize dönecek olursak; devre üzerinde salınan elektronlar; faz ve nötür ayakları oluşturan iletkenleri, onların küçük dirençleri oranında bir miktar ısıtmakta, fakat ısı esas olarak direnç üzerinde açığa çıkmaktadır. Bu durumda ısıtıcı direnç, direnç özelliğini bir şekilde kaybederse veya her nasılsa, iletken metal bir çubuk, faz ayağının dirence girmeden önceki bir noktasıyla, nötür ayağın dirençten sonraki bir noktasına aynı anda temas ederse, ‘kısa devre’ olur. Toplam direnç (RT) düştüğünden, oluşan yeni devredeki akım (I(t)=V(t)/RT) hızla artar. Üretilen ısı (P(t)=RT.I(t)2) iletken hatları eriterek, devreyi perişan edecektir. Bu olasılığa karşı önlem olarak, devrenin faz ayağına, yani panodaki faz ucuyla prizin faz ucu arasına, ‘devre kesici’ işlevi gören bir ‘sigorta’ konur. Devreden geçen akım, örneğin 10, 15, 20 amper gibi olağandışı düzeylere ulaştığında, sigorta atıp, devreyi açar. Tabii, her aygıtın faz ayağına ayrı bir sigorta koymak yerine, birden fazla aygıtın faz ayakları aynı sigortadan geçirilebilir. Aygıtın çalışması için gereken devrenin tamamı bundan ibarettir.
Dikkat edilecek olursa, bu devrenin, konuttaki tesisat kısmında, ayrı bir toprak hattı yoktur. Topraklama işlemi, panodaki nötür uçtan direğe uzanan, oradan da yere inen hat aracılığıyla yapılmaktadır. Böyle bir konut ya da işyeri tesisatına, “nötür ayak tarafından topraklanmış” anlamında, ‘N-tipi’ tesisat denir. Halbuki devrenin şebeke kısmı doğrudan topraklanmış, yani ‘T’ olduğundan; böyle bir şebeke-tesisat bağlantısının ‘TN’ tipinde olduğu söylenir: İlk harf şebekenin, ikinci harf ise konuttaki tesisatın yapısına atıfta bulunmaktadır. Bu devreye aygıt çalışır halde iken parmak ucuyla dokunduğumuz takdirde, nötür ayağınkine paralel olarak, yere ulaşan ikinci bir hat daha oluşturmuş oluruz. Gerilimin, vücut direncimize düşen payını üzerimize alır ve vücudumuzda oluşan akımla ‘çarpılır’ız. ‘Çarpılmak’ her ne demekse... Eğer dokunduğumuz nokta faz ayağında ise, ısıtıcı dirençle aynı gerilimi görürken, akımı aramızda paylaşırız. Direncin, çalıştırma düğmesine bakan ucunun ne kadar yakınına dokunursak, gerilimin o kadar küçük bir kısmını üzerimize alır ve ‘daha az’ çarpılırız. Nötür ayağı tutmamız halinde ise, gerilim bu ayağa gelene kadar zaten düşmüştür. Hem de, akım ağırlıklı olarak, direnci çok daha düşük olan nötür ayak üzerinden yoluna devam etmeyi tercih eder ve sonuç olarak, üzerimizden geçen akım çok daha düşük olur. Bu nedenle, şiddetle tavsiye edilmemekle birlikte, nötür ayağı çıplak elle tutmak mümkündür. Peki, bu fırın devresinin, güvenlik açısından eksiği nedir?...
Kabloların yalıtım malzemesi zamanla, ısınma soğuma döngüleri sonucunda, yalıtkanlığından bir miktar kaybeder ve kullanılan malzemenin kalitesine bağlı olarak, kısa veya uzun sürede, kısmen iletken hale gelirler. Dolayısıyla, faz ayağının yalıtımı, fırının metal parçalarından biriyle temasa geldiğinde, o parçaya gerilim aktarabilir. Böyle bir kaçak, sözkonusu parçanın normalde sıfır olması gereken gerilimini, faz ayağının gerilimine yükseltir. Fırın veya diğer elektrikli aygıtların metal parçaları genelde birbirleriyle temas halinde olup, ‘şasi’ denilen bütünü oluşturduğundan, gerilim tüm şasiye yayılır. Şasi sanki, faz hattını oluşturan iletken telin bir uzantısı, yani ‘canlı uç’ haline gelmiştir. Gerçi aygıt kapalı konumda iken; şasi de bu durumda yalıtılmış olduğundan; ne nötür hattan aşağıya, ne de şasiden öteye bir akım yoktur. Fakat, bu durumdaki şasiye dokunmamız halinde, toprakla aradaki devreyi kapatmış olur ve çarpılmaya başlarız. Gerçi, üzerimizden geçen akım ‘sigorta eşiği’ni aşarsa, sigorta atarak devreyi kesecektir. Fakat, genellikle bir metal parçasının ısınıp genleşmesine bağlı olarak atan ‘ısıl-mekanik’ sigortaların tepki süresi uzun olduğundan, devreyi kesme işlemi gerçekleşinceye kadar iş işten geçmiş olabilir. Dolayısıyla, ‘kaçak’ olasılığına karşı önlem almak lazımdır. Bu amaçla aygıtın şasisi, nötür ayağa bağlanabilir. Buna ‘sahte toprak’ denir. Sanırım çoğu tesisatta başvurulan bu kolaya kaçış yöntemi, olağan koşullar altında güvenliği sağlar. Çünkü bu durumda nötür ayak, aygıt kapalı iken bir kaçak oluşursa, şasiden gelecek akımı, panodaki nötür uca iletir. Kaçağın temas noktası genellikle dirençten önce olduğundan, şasi; devreye sağlanan gerilimin tümünü görür ve direnci düşük olan şasi üzerinden geçen akımın değeri yüksek olur. Hal böyle olunca da, sigorta atarak; hem bizi uyarır, hem de korur. Ancak, aygıt çalışırken bir kaçağın oluşması halinde, nötür ayak, hem direnç üzerinden geçen ve hem de şasiden gelen akımı, keza panodaki nötür uca iletir. Şasiden geçen akım, sigortayı attıracak kadar yüksek değerlere ulaşamazsa, aygıt çalışmaya devam eder ve sigorta atmaz. Böyle, gerilimin tümünü devralmamış olup, ‘kısmen canlı uç’ haline gelmiş olan bir şasiye dokunduğumuzda, vücudumuz, akım için alternatif bir hat oluşturur ve yine çarpılırız.
Dolayısıyla, şasiyi gerçek anlamda topraklamanın yöntemi; şasiden panonun nötür ucuna kadar uzanan, devrenin nötür ayağına paralel ikinci bir hat daha oluşturmaktır. Topraklı bir prizde, bu üçüncü hat zaten vardır. Öte yandan, çamaşır makinası veya fırın gibi yüksek akım çeken elektrikli bir aygıt, güvenlik şartnameleri gereği, imalattan; üçlü bir fişle donatılmış olmak ve aygıtın şasisi, bu fişin faz ve nötür uçlarının ortasının altındaki veya üstündeki üçüncü bir ‘toprak ucu’na bağlanmış halde çıkmak zorundadır. Şasinin bu fişin toprak ucuna gerçekten de bağlanmış olup olmadığını anlamak için; şasinin herhangi bir noktasıyla fişin toprak ucu arasındaki direncin, bir dirençölçerle (‘ohmmetre’) ölçülmesi yeterlidir. Çünkü bağlantı yapılmamışsa, dirençölçer sonsuzu, düzgün yapılmışsa sıfırı, kusurlu ise arada bir değeri gösterir. Nötür ve faz uçları arasındaki direnç ölçümü ise, bir fırın için; çalıştırma düğmesi kapalı konumda iken sonsuzu, açık konumda iken de ısıtıcı direncin değerini verir. Fiş prize takıldığında; şasiden gelen toprak ucu ile, prizden aşağıya inip panodaki nötür uca ulaşan ve o noktada nötür şebeke hattıyla buluşan ‘topraklama ayağı’ arasındaki bağlantı kurulmuş olur. Ki, aygıt çalışırken, devrede dolaşan akım nötür ayak üzerinden ve varsa eğer, şasiye kaçak da toprak hattı üzerinden panodaki nötür uca ulaşsın ve oradan da şebekenin nötür hattıyla yoluna devam edip, direğin tepesinden aşağı, yerle bağlantı kurabilsin. Aygıt çalışmaz durumda, yani nötür ayak devre dışı iken de, olası şasi kaçakları yere, önce toprak ve sonra da şebekenin nötür hattı üzerinden ulaşabilsin.
Bu durumda dahi, faz veya nötü ayağı oluşturan kabloların bir tadilat sırasında, örneğin duvarlara çivi çakılır veya matkapla delik açılırken, bir yerden kırılmaları olasılığı vardır. Faz ayağıyla temasta olan bir çivi ya da matkap ucuna dokunmanın tehlikesi malum. Fakat, faz ayağı kırıldıktan sonra, açıkta kalan canlı ucu metal bir nesneye dokunmuyorsa, bu tehlikeli bir durum oluşturmaz. Hem de aygıt, düğmesi açıldığında çalışmayacağı için bize uyarıda bulunulmuş olur ve gereğini yaparız. Halbuki, kırılan ayak nötür ayak ise, kırılma noktasının yerine bağlı olarak, iki olasılık var. Birincisi, kırılma eğer, aygıtın çalıştırma düğmesiyle panodaki nötür uç arasında bir yerde ise; aygıt çalışma konumuna getirildiğinde, çalışmayıp bizi uyaracaktır. Öte yandan, şasinin topraklama hattı devrede olduğundan, olası faz ayağı kaçakları hala topraklanıyor olur. İkinci olasılık nötür ayağın, panodaki nötür ucun ötesinde, yani konutun dışında ve şebekenin nötür hattı üzerinde bir yerden kırılmış olmasıdır. Bu durumda ise; aygıtın hem topraklama, hem de nötür ayağı kesilmiş demektir. Aygıt, çalışma düğmesi açık konuma getirildiğinde çalışmayacağından, durumun farkına varır ve gereğini yaparız. Bu, şebekeye ait bir sorundur ve dağıtım şirketine haber verilmesi gerekir. Ancak, bu arada faz ucundan bir de kaçak oluşmussa, şasi canlı uç haline gelerek tehlike yaratır. İşte bu olasılığa karşı, aygıtın toprak hattını panodaki nötür uç yerine, konuttaki ayrı bir topraklama hattına bağlamakta yarar vardır. Bu durumda konut, şebekeden bağımsız bir toprak hattına sahip olur. Böyle bir konut ya da işyeri tesisatına, “ayrıca topraklanmış” anlamında, ‘T-tipi’ tesisat denir. Şebeke kısmı zaten topraklanmış, yani ‘T’ olduğundan; böyle bir şebeke-tesisat bağlantısının ‘TT’ tipinde olduğu söylenir: İlk harf şebekenin, ikinci harf ise konuttaki tesisatın yapısına atıfta bulunmaktadır. Şimdi bu bağımsız topraklamanın nasıl yapılacağına bir bakalım...
Konut ya da işyerinde TT tipi bir tesisat oluşturmak için, güç panosundaki faz ve nötür uçlarına ek olarak, üçüncü bir toprak ucunun oluşturulması ve bu ucun, yeterince kalın bir kablo ile, toprağa gömülü iletken bir plakaya bağlanması gerekir. İletken plakanın, aksi halde zamanla oksitlenip eriyeceğinden, örneğin bakır gibi paslanmaz bir metalden yapılmış olması tercih nedenidir. Gerçi bakır da oksitlenir, fakat üzerinde oluşan oksit katmanı, bir kez oluştuktan sonra, altındaki metali korur. Fakat bakır bir plaka dahi, topraktaki nemle temas halinde ikenki yük aktarımları sırasında, kesintili ve yavaş olarak da olsa yer alan elektroliz süreçleri nedeniyle zamanla aşınacağından, yeterince kalın olmak zorundadır. Ancak, bakır pahalı bir metal olduğundan, plaka yerine bir çubuk da kullanılabilir. Hem de çubuğu dar bir yere, fazla derin bir çukur açmak zorunda kalmaksızın çakmak mümkündür. Ancak, çubuğun iletkenlik yüzeyi daha az olacağından, aynı performans için birim yüzeye düşen aşınma miktarı görece yüksek olacaktır. Bu nedenle, plakayla çubuk arasında bir ‘ara çözüm’ olarak, birden fazla uca sahip çatal şeklinde bir iletkenin kullanılması tercih edilebilir. İletken çubuk, galvanize demir veya bir boru da olabilir. Nitekim, tesisat borularının galvanizli demirden yapıldığı dönemlerde, toprak hatları bu borulara bağlanırdı. Fakat demirin yerini plastik alıp da ‘mertlik bozulunca’, bu imkan ortadan kalktı. Galvaniz katmanın zedelenmesi halinde, yüzeyindeki aşınmayı bir dereceye kadar, yük aktarımı sırasında gerçekleşen galvanik süreçlerle, yani kendi kendine tamir edebilme yeteneği vardır. Ancak, yüzeysel aşınma derinleşip genişledikçe, kendiliğinden tamir hızı yetersiz kalır ve altındaki demir metal paslanmaya başlar. Dolayısıyla, bu çubukların zamanla değiştirilmesi gerekir. Öte yandan, toprak kurudukça iletkenliği azaldığından, iletken çubuk gömülürken, etrafı toprağın iletkenliğini arttıran bir tozla doldurulur. Her olasılığa karşın; topraklama çubuğunun, hangi malzemeden yapılmış olursa olsun, toprağın hemen daima nemli olan bir yerine veya yeterince derinine gömülmesi lazımdır. Gömü yerini ara sıra sulamakta fayda bile vardır. Çubuk bu kadar...
Konut veya işyerimizdeki böyle bir TT tipi tesisata bağlı olan bir aygıtın toprak ayağı, güç panosundaki bağımsız toprak ucu aracılığıyla, TT’deki ikinci T’nin kendi topraklama çubuğuna bağlıdır. Nötür ayak ise, önceki TN düzeninde olduğu gibi, panodaki nötür uç üzerinden direğin tepesine çıkıp, oradan toprağa iner. Bu durumda çubuğun topraklama yeteneği direğinki kadar iyi olmadığından; topraklama ayağının (T) genel anlamdaki direncini oluşturan ‘empedans’ı, nötür ayağın (N) empedansından daha yüksektir. Dolayısıyla, T ayağıyla topraklanmış olan bir aygıtın faz ayağında bir kaçak olması durumunda, şasi görece büyük bir empedansla karşı karşıya kalır. Bu, toprak hattının şasiden alıp toprağa aktardığı akımın küçük olacağı anlamına gelir. Nitekim de öyledir, miliamperler düzeyinde. Bu akım, sigortayı attıramaz. Ama 20mA’i aştığı takdirde öldürücü olabilir. Bu nedenledir ki, T ayağıyla topraklanmış olan aygıtlarda daha sıkı bir güvenlik önlemi olarak, ‘topraklamanın kusurlu olması halinde devre kesici’ işlevi gören ‘kaçak akım röleleri’ kullanılır. Kaçak akım rölesi, sigortanın yaptığı gibi faz ayağından geçen akımın tamamını değil, aygıtın faz ve nötür ayaklarındaki akımların arasındaki farkı ölçer ve bu fark belli bir düzeyi, örneğin 20 mA’i aştığında devreyi keser. Röle bu işlevini, bir bobin aracılığıyla yerine getirir. Aygıtın faz ayağı bu bobinin içinden bir yönde, nötür ayağı da diğer yönden geçmektedir. Dolayısıyla, iki ayaktan geçen akımlar eşitse eğer; bobinin üzerinde oluşturdukları manyetik akılar, zıt yönlü olduklarından, biribirlerini iptal eder. Sonuç olarak, bobinde oluşan manyetik akı sıfır, yani durum normaldir. Halbuki, iki akım arasında bir farkın bulunması halinde, bobinde net bir manyetik akı oluşur. Ki bu durum, faz ayağından şasiye bir kaçak olduğu anlamına gelmektedir ve oluşan manyetik akının şiddeti, kaçak akım miktarına eşit olması gereken ‘farkın büyüklüğü’yle doğru orantılıdır. Dolayısıyla, akı şiddeti ölçülür ve bir ‘kıyaslayıcı’da, önceden belirlenmiş bir değerle kıyaslanır. Örneğin 10 mA düzeyindeki net akımın yol açacağı akı değeri aşılmışsa eğer, kıyaslayıcı devreyi kesecek olan sinyali üretir. Dikkat edilecek olursa, böyle bir röle sistemi, aygıt çalışır halde olsun veya olmasın, işlevseldir. Çünkü fazdan şasiye bir kaçak varsa eğer, her iki durumda da; faz ayağındaki akım nötür ayaktakinden, şasi üzerinden toprak hattına yönelen kaçak akım miktarı kadar büyük olmak zorundadır.
Röle kutusunun üzerinde genellikle bir ‘deneme’ (‘test’), bir de yeniden ‘kurma’ (‘reset’) düğmesi bulunuyor. Deneme düğmesiyle röle önceden denenebiliyor, kurma düğmesiyle de, devreyi kestikten sonra yeniden etkin duruma getirilebiliyor. Tipine göre, aygıta ayrıca bağlanmayı gerektirenleri veya fişin doğurdan takılabileceği priz şeklinde olanları var. Birden fazla aygıtı, paralel olarak aynı röleye bağlamak mümkün. Ancak, rölenin duyarlılığı bazen sıkıntı yaratabiliyor. Örneğin, civardaki bir floresan lambanın açılıp kapanması sırasında, denetlenen aygıtın devresinde miliamper düzeyinde akımlar oluşabildiğinden, röle devreyi gereksiz yere kesebiliyor. Öte yandan, garaj veya balkon gibi dış ortam kullanımlarında, havadaki bağıl nem oranının yüksek olduğu günlerde, özellikle sabahları, iletkenliği artmış olan havaya sızan yük miktarı olağan olarak arttığından, röle denetlediği devreyi, keza gereksiz yere kesebilir. Bu yüzden daha ziyade, elektrik şoku olaslığının görece yüksek ve sonuçlarının daha ciddi olabildiği banyo gibi ıslak zeminli ortamlarda, örneğin saç kurutma ve çamaşır makinası gibi aygıtların devrelerinde kullanılıyor. Hatta, örneğin bir saç kurutma makinasının, kapalı halde iken dahi, küvete düşürülmesi, küvetteki talihsizin ölümüyle sonuçlanabildiğinden, bazı ülkelerde bu şart koşulmakta.
Son olarak, topraklama, yıldırımlara karşı paratoner aracılığıyla yere veya bir faraday kafesinin içindeki aygıtların gereksinimi için, kafesin kendisine yapılabilir.
Müsaadenizle sondaki sorularınıza, ayrı ayrı kısa yanıtlar vereyim...
Çamaşır makinası gibi cihazların topraklı fişi (mesela) güvenilir mi?
Montajda hata yoksa, tabii.
Hakikaten şaseye bağlı mı?
Bunu, aygıtın fişindeki toprak ucuyla, şasisinin herhangi bir noktası arasındaki direnci ölçerek anlayabilirsiniz: Bağlantı yoksa direncin değeri sonsuz, düzgünse sıfır, kusurluysa arada bir değerde olmak zorundadır.
Çalışıp çalışmadığını test edebilir miyiz?
Şasiye dokundurulan bir kontrol kaleminin gerilim göstermesi, yani direncinin kızarması, şasiye bir kaçağın var olduğu ve topraklamanın iyi çalışmadığı anlamına gelir. Bu kontrolü aygıt hem açık, hem de kapalı iken yapmakta yarar var; çünkü sorun çalıştırma düğmesinde olabilir. Kontrol kaleminin gerilim göstermemesi halinde ise, şasiye herhangi bir kaçak yok.
Bütün bunları kendi başımıza yapabilir miyiz?
Bu işleri güvenlik açısından, bir teknisyenin yapması gerekiyor. Ancak, müdahalenin her aşamasını izleyip neler olup bittiğini anlamaya çalışmakta yarar var. Şikayetlerinizin ortadan kalkması için gereken düzenlemelerin yapılmış olduğuna kanaat getirebilmek için...
Bilgisayar donanımlarına ayrı bir topraklama yapılması gerektiğini duydum. Her bilgisayar için ayrı bir topraklama mı?
Topraklama, elektrik şoklarına karşı güvenlikten başka, ikinci bir amaçla daha; devrelerdeki sinyaller için gerektiğinde bir ‘sıfır başvuru değeri’ bulup kullanabilmek amacıyla yapılır. Bilgisayarlar her iki amaçla birden topraklanmış olup, güç kaynağı girişini oluşturan üçlü erkek fişin toprak ucu, şasiye zaten bağlanmıştır. Dolayısıyla, güç kablosunun üçlü dişi ucu bilgisayarın güç kaynağının üçlü erkek girişine, üçlü erkek ucu da topraklı bir prize takıldığında, bilgisayarın güç kaynağı ve devreleri, duvardaki prizin toprak hattı aracılığıyla topraklanmış olur. Her bilgisayar ayrı bir güç girişine ve güç kablosuna sahip olduğuna göre, ayrı ayrı tabii. Ancak, birden fazla bilgisayarın güç kabloları, çoklu bir prize bağlı bir ‘uzatma kablosu’ üzerinden tek bir prize bağlandığında, aynı toprak hattı üzerinden topraklanmış olurlar. Bunda ciddi bir sakınca yok.
Yazıcı gibi cihazları ne yapmak lazım?
Yukarıda bilgisayarlar için anlatılan durum, yazıcılar için de geçerli.
Cat5 ağ kablolarından da bilgisayarların yanma durumu olabiliyor. Bunun için ne yapmak lazım?
‘Beşinci kategori’ Cat5 kablolarının ilettiği sinyallerin içeriğindeki her sembol, +1,0, -1 V’luk gerilimlere sahip olduğundan, yanma durumunun sözkonusu olmaması lazım.
Bende ftp kablo var, içerisinde toprak teli var; bunu nasıl topraklamam lazım?
‘Folyolu bükülmüş çift’ (‘foiled twisted pair’) anlamındaki bir ‘ftp kablo’nun ikişerli bükülmüş olan dört çift ucu, bu uçlara takılan sekiz girişli plastik prizlere (RJ45), özel bir ‘kıvırma aygıtı’yla takılmak zorundadır. Geride kalan topraklama ucu, sadece priz tarafında, o da dış etkenler nedeniyle kablo üzerinde oluşan küçük akımları topraklamak amacıyla yapılır. Bilgisayar tarafında topraklamaya gerek olmadığı gibi, bu; prizle bilgisayar arasında, bükümlü çiftlerin taşıdığı sinyalleri etkileyebilen akımlara kanallık edebiliyor.
Gibi...
Daha ne ‘gibi’si Mustafa Bey? İflahımı söktünüz... Konu ile ilgili daha fazla bilgi için, Merak Ettikleriniz köşesindeki soruları ‘reaktif güç’ sözcükleriyle tarayıp, yanıtlarına bakabilirsiniz.
Kaynak : TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
şaka bir yana çok faydalı açıklayıcı ve net bir şekilde aktarmış. kalemine sağlık arkadaşın.
