KAÇAK AKIM KORUMA ŞALTERLERİN DE İSTENMEYEN AÇMALAR..

Kaçak Akım Koruma Şalterlerin de istenmeyen açmalar

Toprak kaçaklarına karşı kullanılan kaçak akım koruma şalterleri evlerden sanayi tesislerine kadar geniş bir alanda kullanılmaktadır.

Aşağıdaki fonksiyonları karşılamak üzere tasarlanmışlardır.

-  İnsanların doğrudan ve dolaylı temasa karşı korunması
- Cihazlardaki ve tesisattaki kaçak akımlarından kaynaklanan hasar ve yangın tehlikesine karşı korunma

Kaçak akım koruma şalterleri, herhangi bir izolasyon hatası ortaya çıkar çıkmaz hatalı devreyi ayırarak, insan ve cihazları tehlikeli toprak kaçağı akımlarına karşı korurlar.

Kullanıldıkları yerde zaman zaman açma yapmaları nedeniyle çoğu zaman bir şikâyet kaynağı olarak görülmektedirler.

Kaçak akım koruma şalterleri çoğunlukla bir izalasyon hatası nedeniyle açarlar. Bunlara ilave olarak aşağıdaki nedenlerden dolayı da açma yaparlar.

- Tesisattaki ve kullanılan cihazlardaki sabit kaçaklar
- Hatlarda oluşan gerilim piklerinin sebep olduğu geçici kaçak akımlar. 

Bu tür istenmeyen açmalar işletme sürekliliği açısından bakım elemanlarını sıkıntıya sokmaktadır. Kaçak akım koruma şalterinin açması şalterden kaynaklanan bir hataymış gibi algılanıp bazı kullanıcılar kaçak akım koruma şalterlerini devre dışı bırakarak potansiyel tehlikelere yol açarlar.

Elektrik tesisleri topraklama yönetmeliğinde (madde 10) her elektrik devresi ile toprak arasındaki yalıtkanlık direncinin 1 mA den daha küçük bir kaçak akım oluşturacak değerde olması istenmektedir. Normalde bu değerler çok daha küçük olmasına rağmen zamanla kirlenme, nem, buat içindeki bağlantıların (klemenslerin) iyi izole edilmemesi, kablo yalıtkanların mekanik zorlamalara maruz kalması gibi nedenlerle izalasyon dirençlerinde zayıflamalar olabilmektedir. Bu gibi durumlarda 5-6 linye çıkışlı bir dairede zamanla izalasyon azalması sonucu 5-6 mA ler civarında kaçak akımlar oluşabilmektedir.

Ülkemizde elektik tesisatlarında maalesef hala Ø 14 mm’ lik plastik borular kullanılmaktadır. Avrupa’da Ø 20 mm’ lik boru kullanımı yasaklanmıştır. Çekilen borular sert plastikten olmalı, gerektiğinde kabloların rahatlıkla değiştirilebileceği çapta olmalı, borularda ek yeri olmamalıdır. Buna ilave olarak kablo çekiminde genellikle tecrübesiz çıraklar çalıştırılmakta, tesisat çekilirken kablo yalıtkanları zedelenmektedir. Kablo yalıtkanının zedelenmiş kısımlarından akan akımlar kaçak akım koruma şalterini açtırabilmektedir.

Evlerde kullanılan buzdolabı, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, elektrikli fırın, su ısıtıcısı, televizyon, bilgisayar, kat kaloriferi gibi her elektrikli cihaz da 0,1 – 1,5 mA arasında kaçak akımlar oluşturabilmektedir. Bu sabit kaçaklar yine aynı şekilde cihazın ıslanması, nemli ortamda çalışması, toz ve kir tabakalarının birikmesi, sonucu daha artabilmektedirler. Ayrıca elektronik cihazlarda genellikle parazitlerin önlenmesi için filtre amacıyla kondansatörler kullanılmaktadır. Bunlar üzerinden de toprağa akan akımlar olmaktadır. Bu akımlar insanlar tarafından fark edilmezler.
Elektrikli cihazlar tamir edildikten sonra yalıtkanlık dirençleri ölçülmelidir.

1. Koruma sınıfı I olan (koruma topraklaması gerektiren) cihazlarda en az 0,5 Mohm

(220 V / 0,5 Mohm =  0,44 mA)
-     Koruma sınıfı II olan (koruma topraklaması gerektirmeyen) cihazlarda en az 2 Mohm
(220 V / 2 Mohm =  0,11 mA) olmalıdır.

Tesisatın veya elektrikli cihazların yalıtkanlık direnç ölçümleri 500 V DC gerilim ile yapılır. İçerisinde kondansatör bulunan cihazlar da ise AC gerilim ile ölçüm yapılmalıdır. Cihaz gövdesi koruma (toprak) iletkenine bağlanıp, koruma iletkeninden akan kaçak akım ölçülmelidir.

Sonuçta bu tür sabit kaçaklar toplanarak kaçak akım koruma anahtarlarının açmasına neden olabilmektedir. Standart olarak 30 mA lik kaçak akım koruma anahtarlarının 15 – 30 mA arasında bir değerde devreyi kesmesi istenmektedir. Sabit kaçakların yüksek olduğu yerlerde sık sık açmalar meydana gelebilmektedir. Tek bir 30 mA lik koruma cihazı bazen yeterli gelmeyebilir. Bu durumda yükün dağıtılması yani birden fazla kaçak akım koruma şalterinin kullanılması gerekir.

Besleme kaynağı tarafından gelen gerilim piklerinin oluşturduğu geçici kaçak akımlar da kaçak akım koruma anahtarlarında istenmeyen açmalara neden olabilirler. Bu açmanın nedeni genellikle bir kapasite üzerinden toprağa akan geçici kaçak akımlardır.
Gerilim pikleri genellikle atmosferik aşırı gerilimler, şalterlerin açılıp kapanması sırasında oluşan aşırı gerilimler veya yüksek kapasiteli devrelerin kapanması sırasında oluşabilmektedir.
- Atmosferik aşırı gerilimler: Alçak gerilim tesisatlarında tesisat ve toprak arasındaki kapasite üzerinden akan bir akım kaçağı üretirler. Yıldırımın faz hattına veya toprak hattına düşmesiyle veya yıldırım bulutundaki elektrik yükünün etkisiyle havai hatlarda elektrik yükü dalgası oluşarak yüksek gerilim meydana gelebilir.
- Anahtarlama aşırı gerilimleri: Alçak gerilim tesisatlarında endüktif (motor devreleri) ve kapasitif yüklerin (kondansatör grupları) anahtarlanmaları veya yüksek gerilim şebekesinde trafoların devreye girip çıkmaları, hatların açılıp kapatılmaları, kısa devre açmaları sırasında geçici aşırı gerilimler oluşabilmektedir. Anahtarlama aşırı gerilimleri de atmosfer boşalmaları sonucu ortaya çıkan toprak kaçağı akımlarına benzer akımlar oluşturur. Bu tür aşırı gerilimler yıldırım aşırı gerilimlerine göre daha küçük olsalar da çok daha sık görülebilmektedirler.

- Yüksek toprak kapasitesi olan devrelerin kapanması: Bilgisayar ve büro cihazlarındaki girişim filtrelerinde ve çok uzun kablo şebekelerinde ortaya çıkan kaçak akımlar çok düşük genlikli olmalarına rağmen gereksiz açmalara neden olurlar.

Gerilim piklerinin oluşturduğu geçici boşalma akımlarına karşı kaçak akım koruma anahtarlarının belli seviyelerde bağışıklık göstermesi beklenir. IEC 60008-1 standardına göre; 200 A tepe değerli 100 kHz sönümlü akım darbesi deneyinde numunenin açmaması, 3000 A tepe değerli 8/20 µs akım dalgası deneylerinde de açma yapsa da herhangi bir bozulma olmadan tekrar çalışabilir durumda olması istenmektedir. Standarda göre uygulanan akım darbe şekilleri aşağıda verilmiştir.

Standartların istediği bu değerler üreticiler tarafından sağlanmaktadır. Ancak yukarıda anlatılan sebeplerden dolayı şebekede bu değerlerin üzerinde kaçak akım dalgaları oluşabilmektedir. Bu gerilim piklerinin oluşturduğu akım dalgaları ise parafudurlar ve doğru topraklama sistemleri ile büyük ölçüde önlenmektedir.
 
Enterkonnekte sistem ile ülkemizdeki bütün şebeke bir ring şeklinde birbirine bağlanmış durumdadır. Bu yüzden şebekenin çok uzak bir yerinde oluşan bir yıldırım veya büyük güçlü bir trafonun devreye girip çıkması esnasında oluşan pik gerilimler bile alçak gerilim tesisine ulaşıp ve tesisattaki cihazlarda zarar verebilmekte, istenmeyen açmalara neden olabilmektedir.

Yüksek gerilim darbelerinin zararlarını yok etmek veya azaltmak için yüksek gerilim ve alçak gerilim tesislerinde mutlaka parafudur kullanılmalıdır. Parafudur aşırı gerilim darbelerini hızlı bir şekilde toprağa iletir ve aşırı gerilimleri şebeke izolasyonu için zararsız bir düzeye indirir. Kaçak akım koruma cihazlarındaki nedensiz açmalarda büyük ölçüde önlenmiş olur.

Parafudurun akım-gerilim değerleri doğru seçilmeli, korunmak istenen noktaya mümkün olduğunca yakın bağlanmalıdır. 30 metreyi geçen yeraltı kablolarının birleşim noktalarında da parafudur kullanılmalıdır. Uygun yere yerleştirilmeyen parafudurların faydadan çok arıza kaynağı olup daha büyük zararlar açması da sözkonusudur.

Parafudurun etkin bir koruma yapabilmesi için topraklama iletken ve sistemlerinin çok iyi boyutlandırılması gerekir. Orta ve yüksek gerilim sisteminde kısa devre veya yıldırım nedeniyle toprağa akan akımların oluşturacağı yüksek topraklama gerilimlerinin alçak gerilim tesisini etkilememesi için orta gerilim koruma topraklamaları ile alçak gerilim işletme topraklamalarının birbirinden en az 20 m uzakta olması gerekir.

Trafoların işletme topraklamaları üzerinden dengesiz yüklemelerden ötürü sürekli olarak bir akım akar. İşletme topraklama dirençlerinden dolayı oluşan gerilimlerin alçak gerilim koruma topraklamaları üzerinden cihaz gövdelerine ulaşmaması gerekir. Bu nedenle işletme topraklamaları ile alçak gerilin koruma topraklamaları arasında da en az 20 m mesafe olmalıdır. 

Günümüzde alçak gerilim tesislerinde parafudur kullanılması genellikle ihmal edilmektedir. Aşırı gerilim piklerinin vereceği hasarları ve nedensiz açmaları engelleyebilmek için alçak gerilim tesislerinde de mutlaka parafudur kullanılmalıdır. Parafudur alçak gerilim panosunun girişine diğer bütün cihazlardan önce konulmalıdır. Parafudur aşırı gerilim durumunda iletime geçince çok kısa süre de olsa toprağa büyük bir akım akar. Eğer parafudur kaçak akım şalterinden sonra konursa bu aşırı akımlar kaçak akım koruma şalteri üzerinden toprağa akarak kontaklarının yapışmasına veya cihazın açmasına neden olabilir. Bu yüzden parafudurun mutlaka ilk girişe konulması gereklidir. 

Alçak gerilim parafudurları koruma seviyelerine göre B (ana pano- 6 kV), C (sayaç panosu – 4 kV), D (cihaz seviyesi –  2,5 / 1,5 kV) olmak üzere değişik koruma sınıflarına ayrılmaktadır. Her düzey için uygun koruma yapılmalıdır.

OG veya AG parafudurlarının genellikle patlayıp tamamen dağılıncaya kadar sağlam olduğu düşünülmektedir.  Parafudurların zamanla arızalanıp koruma yapamayacağı veya bazen kısa devre olarak bir arıza nedeni olabileceği unutulmamalıdır. Bu nedenle sık sık kontrol edilmelidirler. Arızalı parafudurlar renk değiştirerek veya sinyal düzenleri sayesinde durumlarını belli ederler. Arızalı parafudurları devreden ayırmak, parafudurun darbe sayısını ölçmek veya parafudurun sızıntı akımlarını ölçmek için de çeşitli cihazlar bulunmaktadır.  Ama ne yazık ki ülkemizde bunlar yok denecek kadar az kullanılmaktadır.

Yıldırım ve anahtarlama aşırı gerilimlerinden başka elektronik cihazlar (bilgisayarlar, hız kontrol cihazları, kesintisiz güç kaynakları, endüstriyel kaynak cihazları, elektronik balanslı armatürler) olmak üzere birçok cihaz temel şebeke frekansının katlarında harmonik akım ve gerilimler oluşturmaktadırlar. Bu tür parazitler birçok cihazın çalışmasını olumsuz yönde etkilemekte istenmeyen açmalara neden olabilmektedir. Tesislerin bu gibi harmonik akım ve gerilimlerden korunması için alçak gerilim panolarının girişlerine harmonik filtre reaktörleri takılmalı ve böylece harmonik akım ve gerilimlerin cihazlara zarar vermesine karşı önlem alınmalıdır.

Harmonik filtreleri birçok ülkede mecburi olmasına rağmen ülkemizde henüz zorunlu değildir. Sadece bazı özel işletmeler harmonik filtreleri kullanmaktadırlar. Harmonikli yükler tesisin kurulu gücünün % 20 sini geçtiği taktirde harmoniklere karşı önlem alınmalıdır.

Besleme kaynağı tarafından gelen gerilim pikleri özellikle bina girişinde daha etkili olabilmekte ve ilk darbeyi bina girişindeki 300 mA lik kaçak akım koruma şalteri engellemekte ve daire içindeki kaçak akım koruma şalterinden önce açmaktadır. Ayrıca kablo tesisatı boyunca akabilen geçici kaçak akımlar da bu açmalara neden olabilmektedir.

Kaçak akım koruma anahtarları ile ilgili diğer bir sıkıntı da iki koruma cihazı arasındaki seçicilikten kaynaklanmaktadır. Birçok uygulamada yangın koruma amacıyla bina girişinde kullanılan 300 mA kaçak akım koruma anahtarı gecikmesiz tip seçilmektedir. Bu durumda daire içinde 300 mA' den daha büyük bir kaçak olduğunda, dairedeki 30 mA' lik cihaz ile birlikte 300 mA' lik cihazda açabilmektedir. Daireye tekrar enerji vermek sıkıntı oluşturmaktadır.  Bazı yerlerde elektik panosunun bulunduğu oda kilitli tutulduğu için problem daha da büyümektedir. Bu durumda bina girişinde kullanılan 300 mA' lik kaçak akım koruma anahtarları gerek dışarıdan gelen gerilim piklerinden kaynaklanan açmalar gerekse daire içindeki yüksek kaçak akımlardan kaynaklanan açmalara karsı gecikmeli çalışan tipte (S tipi) seçilmelidir. Ancak bu modeller neredeyse hiç kullanılmamaktadır. Bu durumda koruma seçiciliğinin sağlanması mümkün değildir.

Yukarıda bahsedilen muhtelif sebeplerden dolayı meydana gelen istenmeyen açmalar nedeniyle bazı firmalar tekrar kapatmalı kaçak akım koruma anahtarları da üretmişlerdir. Eğer açma geçici bir nedenden kaynaklanıyor ise bu cihazlar bir motor mekanizması ile devreyi kapatarak sistemi tekrar enerjilendirirler.

Sonuç olarak kaçak akım koruma anahtarlarının, hayat koruma ve yangın koruma amacıyla çok küçük akımlarda çok hassas ve güvenilir bir şekilde çalışması beklenir. Bu nedenle bazı durumlarda istenmeyen açmalar da yapabilmektedirler. Bu istenmeyen açmalar doğru uygulamalarla büyük ölçüde azaltılabilir.

Açmaların çok büyük bir kısmının yukarıda bahsedilen geçici olaylardan değil genellikle bir cihazdaki izalasyon hatasından kaynaklandığı unutulmamalıdır. Açma nedeni mutlaka araştırılmalı, hatalı cihaz veya tesisat tamir edilerek olabilecek kötü sonuçlar önlenmelidir.