Aşırı Gerilim ve Korunma Yöntemleri

Aşırı gerilim; iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkın, elektrikli cihazların dayanma kapasitelerinin çok üzerinde oluşma durumudur. Aşırı gerilimler genel olarak mikro saniye gibi çok kısa sürelerde meydana gelen ve kilovolt seviyelerinde oluşan gerilimlerdir. Bu gerilimler bazen yıldırım, lodos vb. doğa olaylarıyla oluşurken, bazen de sistem içerisinde demarajlı bir makinenin kalkış veya sistemden ani çıkış hareketleriyle olabilmektedir. Aşırı gerilimlerin her halükarda oluşma riski bulunduğundan, sistemleri korumak için aşırı gerilim koruması yapılmalıdır.

Aşırı gerilim koruması, gerilim riski olan yerlere entegre edilerek buradaki voltaj yükselmelerini engelleyen sistemlerdir. Genellikle iç yıldırımlık ve parafudr sistemleri bu şekilde adlandırılsa da bu uygulamalar, sistemde oluşan aşırı akımı topraklamaya yarar. Bina hat girişine ve belli yerlere bağlanan bu sistemler, belirli bir gerilim değerinde topraklama işlevi görerek şebekedeki aşırı akımı sistemin dışına atar. Bu korumalar genel olarak ana dağıtım panolarına yerleştirilir. Elektrik dolaşımının koordine edildiği merkezlerde olmaları önemlidir. Doğru yerlere yerleştirildikleri takdirde şebekeyi yıldırımın etkilerinden koruyabilirler. Ancak parafudr, bara sistemi, dış ve iç yıldırımlık sistemlerinin aşırı gerilimi engelleme kabiliyetleri olmadığından tek başına yeterli olmadığını belirtmek gerekiyor, çünkü gerilim toprağa iletilmez, akım iletilebilir.

Aşırı Gerilim Nedenleri

• Yıldırım Deşarjları (LEMP)

Yıldırım deşarjının teknik adı LEMP’tir. Bunun açılımı yıldırım elektromanyetik darbesidir. Fırtınalarda düşen yıldırımlar çok yüksek transient aşırı gerilimlere neden olur. Açma kapamalarda veya elektrostatik deşarjlarda oluşan aşırı gerilimlerden çok daha büyüktürler. Bununla birlikte diğer nedenlerden çok daha az oluşurlar.

• Anahtarlama olayları (SEMP): 

Anahtarlama olayları SEMP kısaltmasıyla anılır. Bunun açılımı anahtarlayıcı elektromanyetik darbedir. Bu kapsamda anahtarlama olaylarından anlaşılan büyük güçlü makinelerin anahtarlanması veya şebekedeki kısa devrelerdir. Bu işlemlerde etkilenen kablolarda anlık büyük akım değişimleri oluşur.

• Elektrostatik deşarjlar (ESD):

 ESD kısaltması elektrostatik deşarj anlamındadır. Farklı elektrostatik potansiyele sahip gövdeler birbirlerine yaklaşır veya temas ederse elektriksel bir yük iletilir. Buna örnek olarak bir insanın duvardan duvara halı üzerinde yürürken yüklenmesi ve sonrasında topraklanmış metal bir cisim üzerinden deşarj olması gösterilebilir.

Aşırı Gerilim Çeşitleri

Gerilim Yükselmeleri: İşletme sırasında ortaya çıkan olaylardan kaynaklanan gerilim yükselmeleri, gerilimin genliğine ve etki sürelerine bağlıdır. Etki süreleri şebekenin yapısına bağlı olarak bir kaç saniyeden bir kaç saate kadar sürebilir ve gerilim yükselmeleri faz geriliminin 1,5 katına kadar çıkabilirler. Güç sistemlerinde kullanılan ekipmanlar gerilim yükselmelerine dayanacak şekilde boyutlandırılırlar ve koruma elemanlarının bu gerilim seviyelerinde devreye girmeleri beklenmez. Gerilim yükselmeleri güç sistemlerinde aşağıdaki olaylara bağlı olarak oluşurlar.

-Jeneratör yükünün kalkması

-Jeneratörün kapasitif yüklenmesi

-Hava hattının yükünün kalkması

-Kapasitif devrenin açılması

-Faz-toprak kısa devresi

-Rezonans-ferrorezonans

İç Aşırı Gerilimler: Sistemin kendi iç yapısından kaynaklanan iç aşırı gerilimler, periyodik olmayan değişime sahip darbe gerilimleri biçiminde kendilerini gösterirler. 220 kV gerilim mertebelerine ulaşan bu aşırı gerilimlerin, güç sistemlerinde yalıtım boyutlandırması yapılırken dikkate alınması gerekmektedir. İç aşırı gerilimler güç sistemlerinde aşağıdaki olaylara bağlı olarak oluşurlar.

-Senkron jeneratör yükünün kalkması

-Ferranti olayı

-Kapasitif devrenin açılması

-Fazların toprakla teması

-Ferrorezonans

Dış Aşırı Gerilimler: Dış aşırı gerilimler doğrudan yıldırım düşmesi veya etki ile elektriklenme gibi atmosferik nedenlerle ortaya çıkan gerilimlerdir. Yıldırımın gerilim, koruma hatlarına veya direğe düşmesiyle oluşan aşırı gerilimlere direk yıldırım düşmesiyle meydana gelen aşırı gerilimler”, gerilim hattı dışında herhangi bir yere yıldırım düşmesiyle serbest kalan yük dalgasının her iki tarafa doğru hareketiyle meydana gelen aşırı gerilimlere de “tesirle elektriklenme suretiyle meydana gelen aşırı gerilimler” denir. Dış aşırı gerilimlerin genlikleri şebekenin yapısına, şebekenin karakteristik değerlerine ve yıldırım akımının büyüklüğüne bağlıdır.

Aşırı Gerilimden Korunma Yöntemleri

• Parafudr

 Parafudrlar, dış aşırı gerilimlere karşı güç sistemini korumak amacıyla kullanılan, korunacak hat iletkeni ile toprak arasına bağlanan koruma elamanlarından biridir. Yapısı gereği yalıtkan olan parafudrlar, yüksek akım ile karşılaştıklarında iletken duruma geçerek yüksek akımı toprağa iletirler ve sistemin yüksek akımdan zarar görmesini engellerler.

Parafudurlar temel olarak yapılışlarına göre, gerilimlerine göre ve tesisatın özelliğine göre 3 sınıfa ayrılırlar.

Yapılışlarına göre: Değişken dirençli, Metal oksit, Borulu ve Deşarj tüplü parafudurlar

Gerilimlerine göre: Alçak gerilim ve Yüksek gerilim parafudrlar

Tesisatın özelliğine göre: Faz, Yıldız noktası, Özel amaçlı parafudrlar

Parafudrların seçiminde; gerilim değeri, darbe anma akımı kısa devre akımı ve işletme ortam koşulları dikkate alınması gereken üç temel değerdir.

Parafudrun kapama yapabilmesi için gerilim değeri, koruduğu güç sistemindeki yalıtkanlığı en zayıf kısmın, delinme geriliminden daha küçük olmamalıdır. Aksi halde güç sistemindeki cihazlar zarar görür.

Yüksek gerilim sistemlerinde parafudrlar 5 kA ve 10 kA darbe akımına göre imal edilmektedir. Yıldırım akımının seyrek olduğu bölgelerde 5 kA, yoğun olduğu bölgelerde 10 kA darbe anma akımlı parafudrlar seçilebilir.

 Yıldırım dışındaki başka işletme frekanslarında olan kaçak akımlar da parafudrları zorlamaktadır. Bundan dolayı parafudrların kısa devre akımı, kendisine en yakın kesici ya da ayırıcının kısa devre akımı değerinde veya bir üst değerde olmalıdır.

• Eş Potansiyel Topraklama:

Topraklamada en güvenli sistem eş potansiyel sistemdir. Bu sistemde tüm topraklamalar ve metal bölümler, eş potansiyel baraları ile birbirine irtibatlanır. Tesis içerisinde herhangi iki noktada oluşabilecek gerilim farkı önlenmiş ve tüm noktalarda eş potansiyel sağlanmış olur. Yıldırımdan korunma sistemi ile eş potansiyel sistem irtibatlandırılırken, oluşabilecek aşırı gerilimlere karşı da önlem almak gerekir. Bu nedenle mutlak suretle “İç yıldırımlık” (Aşırı Gerilim Darbe Koruyucu) ürünlerinin de bu sisteme dahil edilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde elektrik-elektronik sistem ve ekipmanlar için büyük risk söz konusudur. Farklı topraklamalar birbirlerine bağlanırken potansiyel dengeleyiciler üzerinden bağlantı yapılmalıdır.