elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Enerji Kablolarının Nötr İletkeninde Gerilim Oluşmasının Nedeni

Enerji besleme kablolarındaki nötr iletkeninde gerilim oluşması sistem üzerinde birçok olumsuz etki oluşturmaktadır. Bu yazımızda nötr iletkeninden, nötr iletkeninde gerilim oluşma nedenlerinden ve bu gerilimin zararlarından bahsedeceğiz.



A- A+
21.09.2016 tarihli yazı 19879 kez okunmuştur.

Nötr İletken Nedir?

Nötr, elektrik yüküne sahip olmayan yüksüz anlamına gelmektedir. Elektriksel olarak elektrik besleme kablolarındaki faz iletkenlerinde bulunan akımın kullanıcıya ulaşıp devresini tamamlamak için kullandığı geri dönüş yoludur. Kullanıcıdan geri dönen akım arasındaki açı farklarından dolayı birlerini sıfır referans noktası değerine getirdikleri bilinmektedir.
 
 

Enerji Besleme Kablolarının Nötr İletkeninde Neden Gerilim Oluşur?

► Dengesiz yüklenme: Elektrik besleme kablolarındaki fazlarda çekilen gücün aşırı derecede farklılıklar oluşturması
► Harmonikler: Bir tesiste bulunan jeneratör, bilgisayar, kesintisiz güç kaynakları, elektrikli ulaşım sistemleri (yürüyen merdiven gibi), gerilim regülatörleri, frekans çeviriciler vb. kullanılan araçların elektriksel geriliminin sinüsoidal dalga şeklini bozmasıdır. Yani elektriksel gerilimin nonsinüsoidal dalga şeklinde olmasıdır.)
► Tesislerde bulunan elektriksel yükün trafo merkezine uzak olması
► Enerji besleme kablolarının nötr iletkenlerinin kesitlerinin değerinin düşük olması (düşük olan nötr kesitinden dolayı yüksek dirençler meydana gelir.)
► Enerji besleme kablolarının nötr iletkenlerinin yanından kuvvet kablolarının çekilmesi (kuvvet kablolarında bulunan yüksek voltajlarda bulunan gerilimin nötr iletkeni üzerinde endüklenmedir.)
► Eş Potansiyel Dengesizlik: Tesis genelindeki direnç değerleri arasındaki fark 1 Ohm’un üzerinde çıkmışsa bu eşpotansiyel dengesizlik olduğunu gösterir. Bu durumda nötr toprak arası gerilim okunabilir.
 
 

Nötr İletkeninde Gerilim Oluşmasının Zararları Nedir?

Tesislerde nötr iletkeninde bir gerilim oluşması büyük sorunlar teşkil etmektedir. Nötr iletkenindeki gerilim tesislerde kullanılan cihazların yanmasına ve tahrip olmasına neden olmaktadır.
 

Nötr İletkende Gerilim oluşmaması için Hangi Önlemler Alınmalı?

► Tesislerde dengesiz yüklenmeyi önlemek (faz gerilimlerinin yaklaşık değerlerde olması gerekir.)
► Tesislerdeki hamoniklerin ‘harmonik filtreleme yöntemiyle’ giderilmesi gereklidir.
► Tesislerin yapılabilirse trafo merkezleri yakına yapılması gereklidir.
► Enerji besleme kablolarındaki faz iletken kesitleriyle nötr iletkenin aynı kesitlerde seçilmesi gereklidir.
► Yüksek voltajlı elektrik besleme kablolarının faz iletkenleri ile nötr iletkeni arasında endüklenme oluşmaması için aralarında mesafe oluşturulabilir.

 

Bir Okul Binasındaki Enerji Besleme Kablolarındaki Nötr İletkeninde Gerilim Oluşma Vakası

Yeni yapılan bir okul binası (laboratuvarları, kesintisiz güç kaynakları jeneratörler, bilgisayarlar, frekans çeviricileri vb.lerini bulunduran bir tesis) yaklaşık 450m mesafedeki trafodan beslenmiş besleme hattı kesiti seçilirken gerilim düşümü göz önünde bulunarak akım kontrolü ile birlikte uygun kesitli besleme kabloları seçilmiş olup buna göre inşa edilmiştir. Tesis devreye alındıktan sonra binada cihazların yandığına dair ve binadaki laboratuvar için laboratuvar malzemesi kuran firmanın cihazlarını kurarken baktığı nötr arasındaki gerilim kriteri nedeniyle cihazlarını kurmaması sorunuyla karşılaşılmış ve buna dair şikayetler gelmeye başlamıştır. Söz konusu şikayetler üzerine tesiste nötr toprak arası gerilim binadaki yük durumuna göre ölçülmüş 1.5V ile 3.5V arasında değerler gözlemlenmiştir. Bu sorunun çözümü için çeşitli yollar aranmıştır. Bunlar;

► Tesise ilave topraklama yapılmış toprak direnci 0,5 ohm altına düşürülmüştür.
► Nötr kablosu tesis girişinde kaçak akım rölesinden önce topraklanmış
► Harmonik oluşturabilecek kesintisiz güç kaynağına harmonik filtre takılmıştır. Bu çözüm yollarından herhangi bir sonuç alınamamıştır.
 

Çözüm için konunun uzmanı olarak bilirkişi çağırılmış gelen uzmanımız trafodan başlayarak son enerji alıcısına kadar çeşitli marka şebeke analizörleri ile ölçümler yapmış sorunun nereden kaynaklandığını araştırmıştır. (Tesislerde yükler üç fazlı dengeli olarak dağıtılmış ve bu doğrultuda nötr iletkeninde akım akmadığı kabul edilmektedir) Yapılan ölçümler doğrultusunda nötr iletkeninden 10-50 Amper arasında akımlar geçtiği görülmüştür.
 

Bu akımın sebebinin ise tesiste monofaze yüklerin çalışması veya tesisteki kesintisiz güç kaynağı hariç diğer elektronik cihazların harmonik dalga oluşturarak nötr iletkeninden akım akmasına neden olduğu şüphesi üzerinde durulmuştur. Bu doğrultuda bilirkişi tarafından harmonik dalga analizörü yapılan ölçümler sayesinde harmonik dalga değerinin kabul edilebilecek değerler altında olduğu gözlemlenmiştir. Asıl sorunun yukarıda da belirtildiği gibi monofaze yüklerin farklı zamanlarda devreye girerek nötr iletkeninden akım akmasına neden olduğu kanısına varılmıştır, çözüm olarak  yük dengelenmesi düşünülmüş ancak bunun fiili olarak gerçekleşemeyeceği kanısına varılmıştır. (Bu çözümün gerçekleşememesinin sebebi ise yüklerin çalışma zamanlarının tesiste hiçbir zaman ayarlanamamasıdır.) Peki neden ve nasıl bir gerilim nötr iletkeninde oluşmaktadır sorusuna karşın uzmanımız tarafından teorik olarak araştırılmış: Tesis besleme kablolarının 450 m mesafedeki trafo merkezinden gelerek 40 amper akım aktığı görülmüş nötr iletkeni üzerinde ohm kanuna göre bir direnç oluşturduğu belirlenmiştir. Uzmanımız tarafından araştırmaları sonucu bilirkişi raporu oluşturulmuş şu çözüm raporda sunulmuştur.

► Yeni bir trafo merkezinin yüke en yakın noktaya inşa edilip yükün bu trafo merkezinden beslenilmesi önerilmiştir. Ancak bu önerinin aktif hale gelen bir tesiste kısa sürede gerçekleşmeyeceği görülmüştür. İkinci bir çözüm olarak kısa zamanda gerçekleşebilecek bir çözüm önerilmiştir.
► Tesise tepki süresi kısa olan faz dengelemesi yapabilen aktif harmonik filtre önerilmiştir.
 


Aktif Harmonik Filtre Kullanımı Önerilmiştir

Önerilen çözüm doğrultusunda aktif harmonik filtre üretimi yapan firmalar araştırılmış bu konuda profesyonel bir firma ile iletişime geçilip yardım istenilmiştir. Firma ise kendilerinin sorun için ölçümler yapıp aktif harmonik filtreyi okula satabileceklerini açıklamıştır. Firma tarafından vaka noktasına gelinerek ölçümler yapılmıştır. Firma yetkileri tarafından aktif harmonik filtre satın alınması yerine çözümün sağlanıp sağlanmamasının görülmesi için kiralanması önerilmiştir. Bu öneri doğrultusunda okul tarafından aktif harmonik filtre kiralanmış ve tesisin ana pano binasına kurulmuştur devreye alınmadan önce şebeke analizörlerinden değerler alınmıştır. Alınan değerler doğrultusunda faz iletkenlerinde farklı gerilim değerleri nötr iletkeninde de 40 Amper aktığı gözlemlenmiştir. Cihaz devreye alındıktan sonra şebeke analizörlerindeki değerler fazlarda dengelendiğini nötr iletkeninde de 40 Amper'lik akımın 5-8 Amper, nötr toprak arasındaki gerilim aktif harmonik filtre devreye alınmadan önceki 3 Volt olan değerinin ise 1-1,2 Volt arasına düştüğü görülmüştür. Ancak bu değerlerin altına düşürülememiştir.

Tesisteki bu vaka ile karşılaşmanın sebepleri kısacası şu şekilde olduğu görülmüştür.


► Yükün trafoya olan uzaklığının fazla olması
► Nötr iletkenin kesitinin düşük olması
► Dengesiz yüklerin tesiste yer alması
► Tesiste harmonik dalga oluşturabilecek yüklerin bulunması


Son olarak yukarıda belirtilen nötr iletkeninden dolayı karşılaşa bileceğimiz bu tip vakalar karşısında elektrik dağıtım firmaları tarafından elektrik abonelerine tesis besleme kablolarının faz iletkenleri ile nötr iletkeni kesitlerinin aynı olması zorunluluğunu getirilmiştir. Sonuç olarak bu tesiste nötr iletkenin kesiti faz iletkenlerine yakın olsaydı bu vakadan tesis çok az etkilenecekti.


Yazar: Burak Altın

ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar