Kısa Devre ve Topraklama Nedir?

Elektrik devreleri içinde kullanılan elektrik türüne göre iki sınıfa ayrılabilir. Doğru akım (DC) ve alternatif akım  (AC) devreleri. Elektrik devresinde elektronlar kaynak ile tüketim noktası arasında bir döngü yapmaktadır. Elektrik akımı alternatif akım sistemlerinde jeneratörde faz üstünden nötr’e, doğru akım sistemlerinde pozitif uçtan negatif uca doğru akmaktadır. Peki elektrik devrelerinde arızaya neden olan ve engellenmeye çalışılan kısa devre akımı nedir, topraklama ile ne tür farklılıkları vardır ve mesken kullanımda topraklamanın önemi ve topraklama ile kaçak akım röle ilişkisi nedir?

Doğada maddeler fiziksel nötr duruma dönmek istedikleri için devreler genellikle toprak yolunu tercih etmektedir.Elektrik devrelerinde tüketim noktasının kaldırıldığı, hatların birbirine değdiği veya sistemin toprakla temas ettiği durumlar kısa devre olarak adlandırılmaktadır. Çünkü kısa devre durumunda direnç çok düştüğü için voltaj değeri düşmekte ve akım değeri yükselmeye başlamaktadır.

Kısa devre akımı  elektrik devresi gücü artışına paralel bir şekilde artmaktadır. Dolayısıyla daha gücü daha yüksek olan sistemlerde (elektrik dağıtım, iletim sistemleri gibi) önemlidir. Ayrıca gücü yüksek olan sistemlerde kullanılan ekipman maliyetleri arttığı için de oluşabilecek maliyetlere de daha çok dikkat edilmesi gerekmektedir.

Kısa devre akımından korunulması için devrelerde sigorta, orta gerilim kesici, otomatik şalter gibi anahtarlamalar kullanılmaktadır. Bu ekipmanların kullanım yeri sistemin gücüne göre değişmektedir. Örneğin kısa devreden korunmak için evlerde otomatik sigorta kullanılırken, yüksek güçlü sistemlerde orta gerilim kesici ve ayırıcı gibi elemanlar kullanılmaktadır.

Üç fazlı alternatif akım sistemlerinde kısa devre çeşitli şekillerde oluşabilmektedir. Üç fazlı sistemlerde genelde üç faz ve bir nötr hattı gelmektedir. Bu sistemlerde fazlar arası arıza olabileceği gibi faz nötr arızası veya topraklama arızası da olabilmektedir. Tek faz arızalarında fazlardan birinin gitmesi ile diğer fazlar fazla akım geçirecekleri için sistem açmaktadır. Birden fazla fazın bir anda topraklanması durumunda ise (hattın kopması veya toprak teması gibi) sistemden geçen kısa devre akımı ölçülecektir ve sigorta ya da orta gerilim anahtarlama ekipmanı tarafından sistem açılacaktır.

Topraklama, genellikle elektrik sistemin korunması için kullanılır. Ayrıca topraklama sayesinde fazla akım veya kaçak akımlar toprağa iletilmektedir. Alternatif akım sistemlerinde faz ve nötr bir arada bulunmaktadır. Nötr’ün değerini göstermesi gerekmektedir. Olası bir arıza durumunda (nötr’ün sıfır olmaması durumunda) sistemin dengeye gelmesi için topraklama kullanılmaktadır ve artık akım topraklama aracılığı ile sistemden atılmaktadır.

Özellikle güç elektroniği devrelerinin kullanıldığı yerlerde (bilgisayar, çamaşır makinası gibi...) elektrikli aletlerin sağlıklı çalışabilmesi için topraklama büyük önem teşkil etmektedir.  Güç elektroniği devreleri, şebeke alternatif akım değerlerinin (220V, 50Hz gibi) değiştirilerek kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Dolayısıyla bu devrelerden dolayı özellikle elektrikli aletlerin yüzeyinde kaçak akımlar sıkça oluşabilmektedir. Bu kaçak akımlardan kullanıcının etkilenmemesi için elektrik sisteminin topraklanmış olması gerekmektedir.

Kaçak akım rölesi mesken bölgelerde topraklama sisteminin kullanılmasına bir örnek teşkil eder. Kaçak akım rölesi aracılığı ile elektrik hattındaki elektrikle çalışan elemanlardan birinde hata veya kaçak oluşabilir. Bu gibi bir durumda kaçak akım rölesinin ayarlandığı değerin üstüne çıkılırsa (örneğin 300 mA gibi) kaçak akım sigortası devreyi açmakta ve elektriği kesmektedir.

Özellikle mesken bölgelerde insanların elektrikli aletlerle etkileşimin fazla olduğu yerlerde topraklamaya ve kaçak akım korumasına daha çok dikkat edilmesi gerekmektedir. Kaçak akım değerleri küçük olduğu için gözardı edilmeye çalışılmamalıdır, çünkü kaçak değerinin ve süresi belirsiz olduğu için olumsuz sonuçlar doğurabilir. Ayrıca topraklama sistemi aracılığı ile insan sağlığının korunmasının yanı sıra elektrikli aletlerin de ömrünü uzatmak mümkündür.

Kaynaklar:

ElectricalNotes

Explainthatstuff

Physlink