Elektrik Çarpmalarına ve Elektrik Yangınlarına Karşı Koruma | Bölüm 4
- Hüseyin GÜZEL
- 16 hours ago
- 8 min read
Elektrik Yangın Risklerine Karşı Koruma
Bu kaynak, Schneider Electric verileri ışığında elektrik kaynaklı yangınların nedenlerini ve bunlara karşı alınması gereken teknik koruma önlemlerini detaylı bir şekilde ele almaktadır. Metinde, dünya genelindeki yangın istatistikleri paylaşılarak toprak kusurları ve ark hataları gibi risk faktörlerinin hayati tehlikeleri üzerinde durulmaktadır.
Özellikle geleneksel sigortaların tespit edemediği düşük akımlı arızalar için RCD (Kaçak Akım Rölesi) ve AFDD (Ark Hatası Algılama Cihazı) kullanımı vurgulanmaktadır. Güvenli bir tesisat tasarımı için bu cihazların hangi senaryolarda ve binalarda zorunlu veya tavsiye edilen bir çözüm olduğu teknik şemalarla açıklanmaktadır. Sonuç olarak yazı, mülk ve can güvenliğini sağlamak amacıyla modern izleme ve kesme sistemlerinin entegrasyonuna yönelik kapsamlı bir rehber sunmaktadır...
İÇİNDEKİLER TABLOSU
Elektrik Yangın Koruma ve Ark Hatası Algılama Sistemleri
1| Elektrik Kaynaklı Yangınlar
Avrupa'da her yıl 4000'den fazla ölüm ve 70000 kişinin ağır yaralanmalar nedeniyle hastaneye kaldırıldığı yaklaşık 2.000.000 adet yangın rapor edilmektedir. Ortalama olarak, AB'deki yangınların %90'ı binalarda meydana gelmektedir (Referans: firesafeeurope.eu).
Elektrik, evde gerçekleşen yangınların en bilindik nedenidir. Evlerde her yıl 280000 adet elektrik yangını meydana gelmektedir (Referans: promotelec.com).
Ülkeye ve soruşturma yöntemlerine ve aynı zamanda tespit araçlarına bağlı olarak, elektrik yangınlarının oranları:
ABD'de %13 (nfpa.org);
Fransa'da %25 (promotelec.com)
Almanya'da %33 (ifs-kiel.de);
Norveç'te %40 (sintef.no).
Alçak Gerilim (AG) tesisatlarında elektrik yangınları aşağıdaki sebeplerden kaynaklanabilir:
Aşırı Akımlar (aşırı yükler ve kısa devreler):
Toprak Arızaları;
Kablolarda ve bağlantılarda elektrik arkları;
Yada Aşırı Gerilimler (yıldırım… )
2| Toprak arızaları nedeniyle yangına karşı koruma
Alçak gerilim tesisatındaki elektrik kısa devrelerinin büyük çoğunluğu hatlar arası izolasyon arızasıdır. Bu bölümün önceki bölümünde sunulan elektrik çarpmasına karşı koruyucu önlemler, bir hat iletkeni ile tehlikeli dokunma voltajlarına yol açabilecek erişilebilir iletken kısım arasında arıza olması durumunda beslemenin otomatik olarak kesilmesini sağlayacaktır.
Ancak, bir hat iletkeni ile kablo aşırı akım koruma eşiğinden daha düşük genliğe sahip (ve “dolaylı temas” riski olmayan) topraklama arasında arıza da meydana gelebilir (bkz. Şekil F72).
Şekil-F72: Aşırı akım koruma eğrisi ve toprak arıza potansiyel akımı
2.1| RCD'lerle Koruma
Örneğin, tozlu ve nemli ortamlarda hat iletkeni ile toprak arasındaki bir yalıtım hatası, hat iletkeninin dayanıklılığına göre düşük yoğunluklu, ancak bir yangını başlatacak kadar yüksek bir ark hatasına neden olabilir. Bazı testler, 300 mA kadar düşük bir arıza akımının bile gerçek bir yangın riski oluşturabileceğini göstermiştir (bkz. Şekil F73)
Bazı testler, çok düşük bir kaçak akımın (birkaç mA) gelişebileceğini ve 300 mA'dan itibaren nemli ve tozlu ortamlarda yangına neden olabileceğini göstermiştir.
Şekil-F73: Binalardaki yangınların kaynağı
Bu tip arıza akımı, aşırı akım koruması tarafından tespit edilemeyecek kadar düşüktür. TT, IT ve TN-S sistemleri için 300 mA hassasiyetli RCD'lerin kullanılması bu tip arızalardan kaynaklanan yangın riskine karşı iyi bir koruma sağlar. (bkz. Şekil F74)
Şekil-F74: Toprak kaçağı korumasının açma eğrisi örneği
IEC 60364-4-42:2010 (madde 422.3.9), y 300 mA hassasiyete sahip RCD'lerin yüksek yangın riski olan yerlere (işlenmiş veya depolanmış malzemelerin doğası gereği yangın riski taşıyan yerler - BE2 koşulu) kurulmasını zorunlu kılar IEC 60364-5-51:2005 Tablo 51A'da açıklanmıştır). TN-C düzenlemesi de hariç tutulmuştur ve TN-S benimsenmelidir.
IEC uyarınca RCD'nin zorunlu olmadığı yerlerde, yangının olası sonuçlarını göz önünde bulundurarak RCD'lerin kullanımını düşünmeniz şiddetle tavsiye edilir.
Başka bir çözüm, toprak arıza koruması kullanmaktır (aşağıya bakın), ancak tespit edilen arıza akımı aralığı daha düşüktür.
2.2| "Toprak Arıza Koruması" ile Koruma
TN-C sisteminde, toprak arıza akımının hat iletkenleri ve PEN etrafındaki bir sensör tarafından ölçülmesi, kalıcı yanlış ölçüme ve istenmeyen açmaya yol açacağından, RCD koruması kullanılamaz. Ancak, RCD'den daha az hassas, ancak iletkenlerin aşırı akım korumasından daha hassas bir koruma önerilebilir. Kuzey Amerika'da bu koruma yaygın olarak kullanılır ve “Toprak Arıza Koruması” olarak bilinir.
Farklı tipte toprak arıza korumaları (bkz. Şekil F77)
Kurulu ölçüm cihazına bağlı olarak üç tip GFP kullanılabilir:
“Kaçak Algılama” (RS): "Yalıtım hatası akımı", akım trafolarının sekonder akımlarının vektörel toplamı kullanılarak hesaplanır. Nötr iletken üzerindeki akım trafosu genellikle devre kesicinin dışındadır.
Şekil-F75: RS tipi toprak arıza korumasının açma eğrisi örneği
"Kaynak Toprak Dönüşü" (SGR): "Yalıtım arıza akımı", AG trafosunun nötr-toprak bağlantısında ölçülür. Akım trafosu devre kesicinin dışındadır.
"Sıfır Sıra" (ZS) (Prensip olarak IEC RCD'ye eşdeğerdir): "Yalıtım hatası", canlı iletkenlerdeki akımların toplamı kullanılarak doğrudan akım trafosunun sekonderinde ölçülür. Bu tip GFP, yalnızca düşük arıza akımı değerleriyle kullanılır.
Toprak arıza koruması, devre kesiciye dahil edilebilir (bkz. Şekil F76) veya bağımsız bir röle tarafından gerçekleştirilebilir. Her durumda, GFP tarafından çalıştırılan cihaz, tek başına veya başka bir aşırı akım koruma cihazı ile koordineli olarak kurulum noktasındaki maksimum arıza akımının kesme kapasitesine sahip olacaktır.
Şekil-F76: Entegre Artık algılama toprak arıza korumasına sahip Compact NSX630 örneği Micrologic 6.3E
Şekil-F77: Farklı toprak arıza tahminleri türleri
2.3| Toprak Arızası İzleme
Koruma sisteminin hassasiyetinin arttırılması, yangın riskini azaltacağı gibi, gerçek arıza olmayan arızalarda beklenmeyen açma riskini de artırabilir. (Örneğin, bozulmaya karşı RCD duyarlılığı için bölüm 7'ye bakın). Hassasiyet ve hizmet sürekliliği arasındaki dengenin zor olduğu durumlarda, otomatik bağlantı kesme olmadan toprak arızasının izlenmesi de fayda sağlar.
Toprak akımı izleme ve alarm verme şunları sağlar:
Yalıtım bozulmasının erken tespiti
Anormal kaçak akımlar
Özel topraklama bağlantısı dışında bir yerde nötr-toprak istenmeyen temasının tespiti
Şekil-F78: Toprak kaçağı ölçümü ve alarmlı 250 A MCCB örneği (Compact NSX Micrologic Vigi 4.3)
Şekil-F79: Harici toprak kaçağı izleme rölesi örneği
3| Kablolarda ve Bağlantılarda Ark Hatalarına Karşı Koruma
3.1| Kablolarda ve Bağlantılarda Ark Hatalarının Kaynağı
Bir kablo yerel olarak hasar gördüğünde veya bir elektrik bağlantısı gevşediğinde, yangını başlatan iki ana ark hatası türü vardır:
Seri Ark hatası (bkz. Şekil F84): Bu fenomen, aynı iletkenin iki parçası arasındaki arktan kaynaklanır (bkz. Şekil F80).
Şekil-F80: Seri Ark
Bir iletken hasar gördüğünde veya bir bağlantı düzgün şekilde sıkılmadığında, iletkenin çevresindeki yalıtım malzemelerini karbonlaştıran yerel bir sıcak nokta oluşur.
Karbon iletken bir malzeme olduğundan, çeşitli noktalarda aşırı hale gelen akımın akışını sağlar.
Karbon homojen olmayan bir şekilde biriktirildiğinden, içinden geçen akımlar yollarını kolaylaştırmak için elektrik arkları oluşturur. Daha sonra her ark, yalıtım malzemelerinin karbonizasyonunu güçlendirir, böylece karbon miktarı, bir arkın kendiliğinden alev alması için yeterince yüksek olana kadar sürdürülen bir reaksiyon meydana gelir (bkz. Şekil F82).
Paralel ark hatası (Dirençli kısa devre) (bkz. Şekil F83):
Bu olay iki farklı iletken arasında gerçekleşir (bkz. Şekil F81). İki canlı iletken arasındaki yalıtkan malzemeler zarar gördüğünde, iki iletken arasında önemli bir akım oluşturulabilir, ancak bir devre kesici tarafından kısa devre olarak değerlendirilemeyecek kadar zayıftır ve bu akım toprağa gitmediği için artık akım koruma cihazları tarafından tespit edilemez.
Şekil-F81: Paralel Ark Arızası
Şekil-F82: Ark Arızası Üretimi
Şekil-F83: Dirençli kısa devre çizimi
Bu kaçak akımlar, bu yalıtım malzemelerinden geçerken, yalıtım malzemelerini kademeli olarak karbona dönüştüren arklar oluşturarak yollarını optimize eder.
Şekil-F84: Kömürleşmiş bağlantı örneği
Bu fenomenlerin ortak özelliği, yangının arklarla tutuşmasıdır, bu nedenle arkların varlığının tespiti, onların bir felakete dönüşmesini önlemenin bir yoludur.
Bu fenomen aşağıdaki durumlarda ortaya çıkabilir (bkz. Şekil F85):
Şekil-F85: Yangın riskini artıran durumlar
3.2| Ark Hataları Tespit Cihazları
Nasıl Çalışır?
Ark hatası algılama cihazı teknolojisi, tehlikeli arkları tespit etmeyi ve böylece tesisatları korumayı mümkün kılar. Bu tür cihazlar 2000'li yılların başından beri Amerika Birleşik Devletleri'nde başarılı bir şekilde konuşlandırıldı ve kurulumları Ulusal Elektrik Yasası tarafından istenir.
2013 yılından bu yana, IEC 62606 uluslararası standardı, tehlikeli elektrik arklarının varlığını tespit eden ve ilk alevin başlamasını önlemek için devrenin güç kaynağını kesen Ark Arıza Tespit Cihazlarını (AFDD'ler) tanımlar.
Bir elektrik arkı bir flaşta (tam anlamıyla) bozulabileceğinden, yakındaki herhangi bir yanıcı malzemeyi tutuşturarak ve yangına neden olabileceğinden hız esastır.
IEC 62606'ya göre ark hatası algılama cihazları, ark hataları durumunda çok hızlı tepki verir ve sınırlı bir süre içinde devreyi izole eder (bkz. Şekil F86). Bu tehlikeli elektrik arkları, artık akım cihazları veya devre kesiciler veya sigortalar tarafından algılanmaz.
Şekil-F86: MCB ve AFDD açma eğrisi
Ark hatası algılama cihazı, koruduğu devrenin çok sayıda elektrik parametresini gerçek zamanlı olarak izler (bkz. Şekil F87), ki özellikle tehlikeli elektrik arklarının varlığının bilgi özelliğini tespit etmek için (bkz. Şekil F88).
Şekil-F87: Schneider Electric ark hatası algılama cihazlarının genel prensibi
Şekil-F88: Potansiyel olarak tehlikeli ark arızalarının varlığını gösterebilecek elektrik akımlarındaki anormallikler
Örneğin:
Arkın akımı (bir seri ark, değeri 2,5 Amper'e eşit veya onu geçer geçmez tehlikelidir).
Arkın ortaya çıkma süresi (örneğin çok kısa süreler, bir anahtarın normal çalışmasının karakteristiğidir).
Arkın düzensizliği (örneğin, fırçalanmış motorların arkları oldukça düzenlidir ve bu nedenle tehlikeli olarak kabul edilmemelidir).
Akım sinyalinin (sinüs) sıfır geçişi sırasında bozulması, bir elektrik arkının varlığının özelliğidir: akım, yalnızca yaratılması için minimum voltaj gerektiren bir arkın ortaya çıkmasından sonra akar (bkz. Şekil F89).
Farklı yüksek frekansların değişen seviyelerinde parazitlerin varlığı, bir akımın heterojen malzemelerden (kablo yalıtımı gibi) geçişinin karakteristiğidir.
Şekil-F89: Elektrik arkının tipik dalga biçimi. Ark voltajı (siyah) ve akım (yeşil)
3.2.1| Ark Hatası Algılama Cihazı Türleri
AFDD'ler, ark arızası durumunda akımı kesen bir bağlantı kesme sistemi ile monte edilerek yangının başlamasını engeller.
IEC 62606 standardına göre, ark hatası algılama cihazlarının üç yapım yöntemi listelenmiştir (Bkz. Şekil F90):
AFDD, bir ark hatası algılama ünitesi ve açma aracı dahil olmak üzere ve bir MCB veya RCBO olabilen bir koruyucu cihazla seri olarak kurulması amaçlanan tek bir cihaz olarak (Bkz. Şekil F91)
Ark hatası algılama ünitesi ve MCB veya RCBO gibi bir koruyucu cihaz dahil tek bir cihaz olarak AFDD (Bkz. Şekil F92)
MCB veya RCBO gibi bir koruyucu cihaz ile sahada monte edilmesi gereken ark hatası algılama ünitesi. (Bkz. Şekil F93).
Şekil-F90: Ark hatası algılama cihazlarının yapım yöntemleri
Şekil-F91: Bir RCBO ile seri olarak kurulan açma araçlarına sahip AFD ünitesi
Şekil-F92: MCB'li AFD ünitesi
Şekil-F93: Schneider Electric ark hatası tespit ünitesi
3.2.2| Ark hatası algılama cihazlarının kurulumu
Ark Hatası Algılama Cihazları (bkz. Şekil F94), sabit bir kurulumun son devrelerinde ark hatası akımlarının varlığından kaynaklanan yangın risklerini sınırlamak için tasarlanmıştır.
Prizleri ve aydınlatmayı besleyen devreleri korumak için elektrik panolarına monte edilirler ve özellikle yenileme durumlarında tavsiye edilirler.
Şekil-F94: Schneider Electric AFDD
2014 yılından bu yana, Uluslararası Standart IEC 60364, konut ve ticari binalarda AFDD'lerin kurulum ve uygulama ortamlarını çevreleyen aşağıdaki önerileri yapar:
Yatacak yerlerin olduğu yerlerde (örn. oteller, bakım evleri, evlerdeki yatak odaları)
Yüksek miktarda yanıcı malzeme nedeniyle yangın riski olan yerlerde (örn. ahırlar, ahşap atölyeleri, yanıcı malzeme depoları)
Yanıcı yapı malzemelerinin bulunduğu yerlerde (örn. ahşap binalar)
Yangın yayan yapılarda (örn. yüksek binalar)
Yeri doldurulamaz malların bulunduğu yerlerde (örn. müzeler)
AFDD'lerin, korunacak düşük voltajlı son devrenin (yani bir elektrik tesisatının panosu) menşe yerine kurulması tavsiye edilir.
Daha spesifik olarak, korumak için AFDD'nin kurulumu şiddetle tavsiye edilir.
En yüksek yangın riski olan devreler, örneğin:
Çıkıntılı kablolar (darbe riski)
Dış kablolar (daha yüksek bozulma riski)
Korumasız kablolar, tenha alanlarda (depo odaları gibi)
Eskiyen, bozulan kablolar veya bağlantı kutularına erişilemeyen kablolar.
Ark hatası algılama cihazları hakkında daha fazla bilgi edinmek için bu konuyu kapsayan bir teknik incelemeyi buradan indirebilirsiniz.
4| Sonuç
Elektrik çarpmasına karşı korumaya ek olarak, yangına karşı koruma, elektrik tesisatının uygun şekilde tasarlanmasının bir diğer ana hedefidir.
Minimum gereklilik, aşırı akım koruma cihazı ile iletken kalıcı ve kısa süreli dayanım arasındaki koordinasyondur. Ancak elektrik tesisatından kaynaklanan yangın riskini azaltmak için başka koruyucu önlemler tavsiye edilir.
Ana devreler ve dağıtım devreleri için, elektrik çarpmasına karşı koruma için gerekenden daha hassas toprak arıza tespiti tavsiye edilir.
İletkenin mekanik dayanımlarının düşük olduğu, bağlantı sayısının fazla olduğu, portatif ekipman temini yapılabilen klemens devrelerinde RCD'ye ek olarak Ark arıza tespit cihazı tavsiye edilir.
Aşağıdaki tablo, düşük voltajlı kurulumlar için gerekli veya önerilen farklı akım tabanlı koruma türlerini konumlandırmaya çalışır.
Şekil-F95: Alçak Gerilim (AG) devresinin topraklama sistemine göre akım bazlı korunmasına genel bakış
Referans Kaynaklar:
Comments