Eşpotansiyel Bağlantı ve Topraklama Kesit Alanı

Konu Anlatımı

Eşpotansiyel Bağlantı ve Topraklama Kesit Alanı

Bir boru tesisatı çalışırken metal borular ve metal armatürler elektrik devresi dışında da gerilim taşıyabilir. Bu gerilim, bir kablo arızası veya yıldırım durumunda metal yüzeylerde birikir ve temas eden kişiyi etkiler. Bu tehlikeyi ortadan kaldıran mekanizmanın adı topraklama ve eşpotansiyel bağlantıdır. Koruyucu tedbirler, tesisat işinde çalışan teknisyenin sıkça karşılaştığı ama çoğu kez yazılı kuralı olmadığı için gözden kaçırılan bir konudur. Bu derste kesit tabloları, direnç hesabı ve ölçüm kabul değerleri sayısal olarak ele alınacaktır.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Topraklama ile eşpotansiyel bağlantı arasındaki farkı, koruyucu iletkenin ne işe yaradığını ve kesitlerinin nasıl belirlendiğini öğreneceğiz. Bir iletkenin kesitinden çapını ve direncini hesaplayacağız. Ana eşpotansiyel bağlantı iletkeni için standart kesit tablosunu uygulayacağız. Metal boruların ve havuz, duş gibi armatürlerin neden bağlanması gerektiğini açıklayacağız. Süreklilik ölçümü nasıl yapılır, sonuç nasıl yorumlanır ve hangi değer kabul edilir konusunu öğreneceğiz.

Ön bilgi

İletken, akım taşıyan metal gövdedir ve kesiti standart değerlerle belirlenir. En sık kullanılan iletken malzemesi bakırdır; bakır yüksek iletkenliğe sahip olduğu için aynı akımı daha küçük kesitle taşır. İletkenin özelliği yalnız kesitiyle değil, malzemesiyle de belirlenir. Alüminyum iletkenler daha büyük kesitle kullanılır.

İletken çapı, kesiti bilindiğinde dairesel kesit bağıntısıyla bulunur: d = √(4 · A / π). Buradan örneğin 6 mm²'lik bakır iletkenin çapı 2,76 mm, 16 mm²'lik iletkenin çapı 4,51 mm çıkar. Hesap yapılırken kablo türü (tek kılıf, çok kılıf), yalıtım sınıfı ve döşeme biçimi de kesiti etkiler; tablo değerleri bu koşulları içerir.

1. Topraklama ve Eşpotansiyel Kavramları

Topraklama, bir tesisat parçasını elektrik devresi ile toprak arasında bilinçli biçimde bağlamaktır. Amaç, kaçak akımı güvenli biçimde toprağa boşaltarak gerilimi düşürmektir. Topraklama elektrotu genellikle kazıda gömülü bir çubuk, şerit veya levha biçimindedir ve nemli toprağa yerleştirilir.

Eşpotansiyel bağlantı ise iki veya daha fazla iletkeni birbirine bağlayarak gerilimlerini eşitlemektir. Buna ana eşpotansiyel bağlantı (yapının girişinde, ölçü ve ana panoya yakın) ve ek eşpotansiyel bağlantı (havuz, duş, ıslak hacim gibi yerlerde) denir. Amaç, bir noktada gerilim oluşsa diğer noktalarda da aynı potansiyelin oluşmasını sağlayarak dokunma gerilimini ortadan kaldırmaktır.

Üçüncü kavram koruyucu iletkentir. Bu iletken, kaçak akımın güvenli bir yoldan toprağa dönmesini sağlar ve iletken ile korunan metal parça arasındaki bağlantıyı kurar. Topraklama, eşpotansiyel bağlantı ve koruyucu iletken üçü birbirini tamamlayan amaçlardır; biri olmadan diğerlerinin işlevi eksik kalır.

2. Koruyucu İletken Kesitleri

Koruyucu iletken kesiti, bağlandığı cihazın besleme iletkeni kesitine ve hat biçimine göre seçilir. Tesisatın iç bölümlerinde küçük kesitler yeterli olurken, ana besleme ve pano girişlerinde daha büyük kesitler gerekir. Aşağıdaki tablo sıhhi tesisat borularının iç ve dış metal kısımları ile metal armatürler için pratikte kullanılan alt sınırları göstermektedir.

Kesit değerleri orantılı büyütülür. Örneğin besleme iletkeni kesiti 6 mm² olan bir devrede koruyucu iletken 2,5 mm² yeterlidir; besleme iletkeni 35 mm²'ye çıktığında koruyucu iletken 6 mm² olur. Bu oran mantığı, arıza akımının dönüş yolunda kesit kaybı olmaması için gereklidir.

Kesit seçiminde kesirli değer kullanılmaz; her zaman standart seri değerlere yukarı yuvarlanır. Örneğin hesapta 5,2 mm² çıksa bile 6 mm² iletken kullanılır. Bu kural, hem montaj kolaylığı hem de standart üretim açısından önemlidir.

3. Ana Eşpotansiyel Bağlantı İletkeni Boyutlandırması

Ana eşpotansiyel bağlantı iletkeni, yapının giriş noktasında gelen tüm koruyucu ve eşpotansiyel iletkenleri tek noktada birleştirir. Kesiti, birleştirilen en büyük koruyucu iletken kesitine bağlıdır ve üç kademede belirlenir.

Örneklerle uygulayalım. Dört ayrı noktadan 2,5 mm²'lik koruyucu iletken geliyorsa toplam kesit 4 × 2,5 = 10 mm² olur. Bu değer 16 mm²'den küçük olduğu için ana eşpotansiyel iletken 6 mm² seçilir. Aynı bina dört noktadan 6 mm²'lik koruyucu iletken geliyorsa toplam 4 × 6 = 24 mm² eder ve 16 ile 35 arasında olduğundan 10 mm² seçilir.

Dört noktadan 10 mm²'lik koruyucu iletken geldiğinde toplam 4 × 10 = 40 mm² olur ve bu 35 mm²'yi aştığı için ana eşpotansiyel kesiti 40 / 2 = 20 mm² olarak belirlenir. Görüldüğü gibi büyük binalarda kesit artık doğrusal olmaktan çıkıp orantısal bir kurala bağlanır.

4. İletken Çapının Kesitten Bulunması

Sahada ölçüm yaparken elinizde iletkenin kesiti değil çapı vardır. Ters bağıntı kullanılır: A = π · d² / 4 ya da d = √(4 · A / π). Bakır için standart kesit değerlerine karşılık gelen çaplar şöyledir.

Hesap örnekleriyle görelim. 6 mm² için önce 4 × 6 / 3,1416 = 7,64 sonucu bulunur; kökü alındığında √7,64 = 2,76 mm çıkar. 16 mm² için 4 × 16 / 3,1416 = 20,37 ve √20,37 = 4,51 mm elde edilir. 50 mm² için ise 4 × 50 / 3,1416 = 63,66 ve √63,66 = 7,98 mm bulunur.

Ölçülen çap ile tablodaki değer karşılaştırılır ve yakınlığı %5'ten fazla değilse iletken kabul edilir. Tek kılıf iletkenlerde ölçüm zor olduğundan genellikle kıskaçla dış çap ölçülür ve izole edildikten sonra kılıf çıkarılır. Çok telli (bükümlü) iletkenlerde ise ölçümden çok etiket ve iz bilgisi esas alınır.

5. İletken Direnci ve Süreklilik Hesabı

Koruyucu bağlantının işe yaraması, iletkenin üzerinden geçen akımı düşük dirençle taşımasına bağlıdır. Bir iletkenin direnci R = ρ · L / A bağıntısıyla bulunur. Burada ρ elektriksel özdirençtir; bakır için 0,0172 Ω·mm²/m alınır. L iletken boyu (m), A kesit (mm²)'dir.

30 m uzunluğunda 6 mm²'lik bakır bir bağlantı iletkeninin direnci şöyle bulunur: önce ρ × L çarpımı hesaplanır ve 0,0172 × 30 = 0,516 elde edilir; sonra bu değer kesite bölünür ve 0,516 / 6 = 0,086 Ω sonucu çıkar. Aynı boyda 10 mm²'lik iletken kullanılsaydı 0,516 / 10 = 0,052 Ω, 2,5 mm²'lik iletkende ise 0,516 / 2,5 = 0,206 Ω bulunurdu.

Üç değer karşılaştırıldığında iki sonuç netleşir. Birincisi, kesit arttıkça direncin ters orantılı biçimde azaldığı görülür. İkincisi, 2,5 mm²'lik iletken 0,206 Ω ile kabul sınırını aşar; bu yüzden 30 metreden uzun mesafelerde daha büyük kesit seçilmek zorundadır. Ölçüm sırasında direnç düşük çıksa bağlantı güvenli, yüksek çıksa bağlantı kopuk veya oksitlenmiş demektir.

6. Metal Boru ve Armatürlerin Bağlanması

Metal borular topraklanabilir ve hatları boyunca birbirine bağlanabilir. Bakır, galvanizli çelik ve paslanmaz borular topraklama iletkeni olarak kullanılabilir; plastik borular iletken olmadığı için kendi başına bağlanamaz. Ancak plastik borudan geçen bir hatta metal bir parça varsa (vana gövdesi, musluk, redüksiyon), bu metal parçalar birbirine ve topraklama hattına bağlanmalıdır.

Bir borunun metal kesiti, iletken kesiti yerine geçebilir. Örneğin dış çapı 33,7 mm, iç çapı 27,3 mm olan çelik bir borunun metal kesitini bulalım. Önce karelerin farkı alınır: 1135,7 − 745,3 = 390,4 mm² bulunur. Sonra bu değer daire katsayısıyla çarpılır ve 0,7854 × 390,4 = 306,6 mm² sonucu elde edilir. Bu değer 6 mm²'lik bir iletkenin kesitinden 306,6 / 6 = 51,1 kat büyüktür.

Bununla birlikte borunun metal kesiti yeterli olsa da bağlantı yüzeyleri paslanmış veya kirli olabilir. Bu nedenle ek yerlerinde temizlik yapılır, uygun bağlantı pabuçları kullanılır ve bağlantı yeri nemden korunur. Metal boru, kırık veya yenilenmiş olduğunda topraklama sürekliliği bozulur ve bağlantının yeniden yapılması gerekir.

Islak hacimlerde ek eşpotansiyel bağlantı zorunludur. Havuz, duş teknesi, küvet, havluluk, metal raf ve musluk gövdesi gibi bütün erişilebilir metal parçalar ortak bir iletkenle birleştirilir. Bu iletken, içme suyu hattındaki topraklama iletkenine ya da ana eşpotansiyel noktasına bağlanır. Banyonun tabanında bulunan metal ızgara da bu kapsama dâhildir.

7. Ölçüm ve Kabul Kriterleri

Koruyucu bağlantının sürekliliği ölçüm cihazıyla denetlenir. Ölçüm, cihazın iki ucunu koruyucu iletkenin iki ucuna bağlayarak yapılır; cihaz bir akım gönderir ve oluşan gerilim düşümünü ölçerek direnci verir. Direnç basitçe R = U / I bağıntısıyla hesaplanır.

Ölçüm akımının alt sınırı iletken türüne göre değişir. Koruyucu ve eşpotansiyel bağlantı iletkenleri için en az 10 A, genel tesisat iletkenleri için en az 200 mA akım kullanılır. 10 A akımla ölçüldüğünde 0,1 Ω sınırına karşılık gelen gerilim düşümü 1 V'dur: 1 / 10 = 0,1 Ω. Buna göre ölçümde okunan gerilim düşümü 1,5 V ise hesaplanan direnç 1,5 / 10 = 0,15 Ω olur ve bu değer sınırı aşar.

Topraklama direnci ise ayrı bir yöntemle ölçülür. Topraklama elektrotuna yardımcı bir elektrot ve bir referans elektrot yerleştirilir, üçgen (yedek bağlantı) yöntemiyle direnç okunur. Yıldırım koruması bulunan tesislerde genellikle 10 Ω sınırı aranır. TT topraklama sisteminde ise koşul ürünlerle denetlenir: hata akımı 0,03 A için direnç sınırı 50 / 0,03 = 1667 Ω olarak hesaplanır, ancak pratik tasarımda çok daha küçük değerler hedeflenir.

Ölçüm sonucu yazılı bir tutanağa geçirilir. Tutanağa ölçüm tarihi, ölçülen noktaların listesi, kullanılan akım, okunan gerilim düşümü ve hesaplanan direnç yazılır. Tespit edilen arıza yerinde giderilir ve ölçüm tekrarlanır. Sadece ana panoya bakmak yeterli değildir; daire içindeki metal borular, armatürler ve ek bağlantı noktaları da tek tek denetlenmelidir.

Basit örnek

Toplam kesiti 10 mm² olan bir koruyucu iletken grubunu ana eşpotansiyel noktada birleştireceğiz. Bu toplam 16 mm² sınırının altında kaldığı için tabloya göre ana eşpotansiyel bağlantı iletkeni 6 mm² olmalıdır. Kullanılacak iletkenin çapını da bulalım: 4 × 6 / 3,1416 = 7,64 ve √7,64 = 2,76 mm. Yani 6 mm²'lik bakır iletkenin ölçülecek çapı 2,76 mm'dir; bu değer ölçümde tespit edilirse bağlantı kesiti doğru kabul edilir.

İleri örnek

Yirmi dört katlı bir apartmanda ana eşpotansiyel bağlantı boyutlandıralım. Ana panoya 6 adet 10 mm²'lik koruyucu iletken geldiği kabul edilsin. Önce birleştirilen kesit bulunur: 6 × 10 = 60 mm². Bu değer 35 mm²'yi aştığı için üçüncü kademe uygulanır ve ana eşpotansiyel kesiti 60 / 2 = 30 mm² olur. Bu iletkenin çapı 4 × 30 / 3,1416 = 38,20 ve √38,20 = 6,18 mm bulunur. Aynı iletkenin 25 m boyundaki direnci ise bakır özdirençle 0,0172 × 25 / 30 = 0,014 Ω olarak hesaplanır.

Adım adım çözülmüş örnek

Bir dairede bağlantı iletkenlerini denetleyelim ve ölçüm sonucunu yorumlayalım. Birinci adımda koruyucu iletkenler belirlenir: besleme hattı 10 mm², banyo ek bağlantısı 2,5 mm², kazan dairesi 6 mm²'dir. İkinci adımda en büyük besleme kesiti 10 mm² alınır ve koruyucu iletken olarak 2,5 mm² yeterli görünür. Üçüncü adımda toplam kesit hesaplanır: koruyucu ve eşpotansiyel iletkenlerin bağlandığı ana noktada 6 mm²'lik bir iletken seçilir ve çapı √7,64 = 2,76 mm olarak bulunur. Dördüncü adımda ölçüm yapılır: cihaz 10 A akım verir ve ölçülen gerilim düşümü 0,8 V çıkar; direnç 0,8 / 10 = 0,08 Ω bulunur. Beşinci adımda yorumlanır: 0,08 Ω sınırı olan 0,1 Ω'den küçük olduğu için bağlantı kabul edilir.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık Yapılan Hatalar

• Hata: Toplam koruyucu kesitini hesaba katmadan ana eşpotansiyel kesiti seçmek. Doğrusu: Birleştirilen kesitler toplanır ve kademeli tablo uygulanır.
• Hata: Banyo ve duş alanında ek eşpotansiyel bağlantı yapmamak. Doğrusu: Islak hacimdeki bütün erişilebilir metal parçalar bağlanır.
• Hata: Plastik borunun kendiliğinden topraklanacağını düşünmek. Doğrusu: Plastik iletken değildir; üzerindeki metal parçalar ayrıca bağlanır.
• Hata: Ölçümü yalnız ana panoda yapmak. Doğrusu: Daire içindeki bağlantı noktaları da tek tek denetlenir.
• Hata: Ölçüm akımını çok düşük seçmek. Doğrusu: Koruyucu bağlantı iletkeninde en az 10 A kullanılır.
• Hata: Kesirli kesit değeriyle sipariş vermek. Doğrusu: Hesap sonucu standart seri değere yukarı yuvarlanır.
• Hata: Korozyonlu metal boruyu sağlam kabul etmek. Doğrusu: Ek yeri temizlenmeli ve uygun bağlantı elemanı kullanılmalıdır.
• Hata: Ölçüm tutanağını tutmamak. Doğrusu: Tarih, nokta, akım, gerilim ve direnç değerleri yazılır.

Özet

Topraklama, tesisat parçasını bilinçli biçimde toprakla bağlamaktır ve kaçak akımın güvenli biçimde toprağa gitmesini sağlar. Eşpotansiyel bağlantı ise iki veya daha fazla iletkeni bağlayarak gerilimlerini eşitler; ana eşpotansiyel bağlantı yapının girişinde, ek eşpotansiyel bağlantı ise ıslak hacimlerde yapılır. Koruyucu iletken kesiti besleme iletkeni kesitine göre seçilir; ek eşpotansiyel bağlantıda bakır için alt sınır 2,5 mm², ana eşpotansiyel bağlantıda ise birleştirilen toplam kesite göre kademeli kural uygulanır: S ≤ 16 mm² iken 6 mm², 16 < S ≤ 35 mm² iken 10 mm², S > 35 mm² iken S / 2. İletken çapı d = √(4 · A / π) ile bulunur ve 6 mm² için 2,76 mm, 16 mm² için 4,51 mm çıkar. İletken direnci R = ρ · L / A bağıntısıyla hesaplanır; bakır için özdirenç 0,0172 Ω·mm²/m alınır ve 30 m uzunlukta 6 mm²'lik iletken 0,086 Ω direnç verir. Süreklilik ölçümünde koruyucu bağlantı iletkeni için en az 10 A akım kullanılır ve 0,1 Ω sınırı için ölçülen gerilim düşümü 1 V'u geçmemelidir.

Kendini dene

Yedi katlı bir apartmanın ana eşpotansiyel bağlantısını boyutlandırınız. Ana panoya üç adet 6 mm² ve iki adet 10 mm²'lik koruyucu iletken geldiği kabul edilsin. Önce birleştirilen toplam kesiti bulunuz, hangi kademeye düştüğünü belirleyiniz ve uygun ana eşpotansiyel iletken kesimini seçiniz. Bu iletkenin çapını hesaplayınız. Ardından seçilen iletkenin 20 m boyundaki direncini hesaplayınız. Son adımda bu bağlantının 10 A ile ölçüldüğünde kabul sınırına giren maksimum gerilim düşümü değerini bulunuz. Kendi cevabınızla kitaptaki örnek çözümü karşılaştır; toplam kesit ve kademe doğruysa 5 puan, iletken kesiti ve çapı doğruysa 5 puan, direnç ve ölçüm yorumu doğruysa 5 puan verin.