Aşırı Gerilim Koruması: Nelere Dikkat Edilmelidir?

Etkili aşırı gerilim koruması sadece basit bir şekilde kurulmaz. Korunacak sisteme ve sahada geçerli olan ortam koşullarına göre ayrı ayrı koordine edilmesi gerekir. Bu nedenle tasarım ve konseptin tutarlı olması gerekir. Bu, standartların ve şartların dikkate alınmasından, yıldırımdan korunma bölgesine göre sınıflandırmaya kadar birçok detayın dikkate alınması gerektiği anlamına gelir.

Yıldırım ve aşırı gerilim koruma standartları

Ulusal ve uluslararası standartlar, yıldırım ve aşırı gerilimden korunma konseptinin oluşturulması ve bireysel koruyucu cihazların tasarımı için bir kılavuz sağlar.

IEC 62305'e göre yıldırımdan korunma:

Bölüm 1: Yıldırım çarpmasının özellikleri

Bu standardın [1] 1. Bölümünde, yıldırım çarpmasının karakteristik özellikleri, meydana gelme olasılığı ve tehlike potansiyeli dikkate alınmaktadır.

Bölüm 2: Risk analizi

Bu standardın [2] Bölüm 2'sine göre risk analizi, öncelikle fiziksel bir sistem için yıldırımdan korunma ihtiyacının analiz edildiği bir süreci tanımlar. Binaya doğrudan yıldırım çarpması gibi çeşitli hasar kaynakları ve bundan kaynaklanan hasar türleri odak noktasına gelmektedir:

• Sağlık üzerindeki etki veya yaşam kaybı

• Kamuya yönelik teknik hizmetlerin kaybı

• Kültürel öneme sahip yeri doldurulamaz nesnelerin kaybı

• Mali kayıplar

Mali faydalar şu şekilde belirlenir: Yıldırımdan korunma sisteminin yıllık toplam maliyeti, koruma sistemi olmadan olası hasarın maliyetleriyle karşılaştırıldığında nasıldır? Maliyet değerlendirmesi, yıldırımdan korunma sisteminin planlanması, montajı ve bakımı için yapılan harcamalara dayanmaktadır.

Bölüm 3 ve 4: Planlama yardımcıları ve spesifikasyonlar

Risk değerlendirmesi yıldırımdan korunmanın gerekli ve uygun maliyetli olduğunu belirlerse, korumaya yönelik özel önlemlerin türü ve kapsamı bu standardın 3 [3] ve 4 [4] Bölümlerine göre planlanabilir. Risk yönetimi ile belirlenen yıldırımdan korunma seviyesi, tedbirlerin türü ve kapsamının belirlenmesinde belirleyicidir.

Son derece yüksek düzeyde güvenlik gerektiren fiziksel yapılar için neredeyse tüm darbelerin güvenli bir şekilde yakalanması ve uzaklaştırılması gerekir. Daha yüksek artık riskin kabul edilebilir olduğu sistemler için, daha düşük genlikli saldırılar yakalanmaz.

IEC 60364-4-44'e göre aşırı gerilim koruması

Bu standart [5], alçak gerilim sistemlerinde elektrik tesisatını aşırı gerilimlere karşı korumak için aşırı gerilim koruyucu cihazların kullanılması gereken koşulları açıklamaktadır. Bu nedenle uygulama alanı, atmosferik etkilerden veya güç kaynağı sistemi tarafından iletilen anahtarlama prosedürlerinin bir sonucu olarak ortaya çıkan aşırı gerilimlerle sınırlıdır. Yapısal bir sistemdeki doğrudan yıldırım çarpmaları dikkate alınmaz; yalnızca besleme hatlarının içine veya yakınına olan yıldırımlar dikkate alınır.

Aynı şekilde patlama riski taşıyan yapı sistemleri ile çevreye zarar verebilecek yapısal uygulamalar (örn. petrokimya sistemleri veya nükleer santraller) standardın uygulamasına dahil değildir. Bu işlemler için yalnızca IEC 62305 yıldırım çarpması standardı kullanılacaktır.

Geçici aşırı voltajın aşağıdakileri etkilemesi durumunda aşırı gerilim koruyucu cihazlar kullanılmalıdır:

• İnsan hayatı, örneğin güvenlik sistemleri, hastaneler

• Kamu ve kültür kurumları, örneğin kamu hizmetlerinin kaybı, bilişim merkezleri, müzeler

• Endüstriyel veya ticari faaliyetler, örneğin oteller, bankalar, üretim sistemleri, çiftlikler.

Temel koruyucu önlemler ve ekipmanlar

Yapısal bir sistemi yıldırım çarpmasından ve aşırı gerilimlerden sürekli olarak korumak için, birbirine uygun çeşitli koruyucu önlemler veya ekipmanlar gereklidir. Geniş bir ayrım şu şekilde yapılabilir:

• Harici yıldırımdan korunma

• Dahili yıldırımdan korunma

• Topraklama ve eşpotansiyel bağlama

• Koordineli SPD sistemi

Harici yıldırımdan korunma

Harici yıldırımdan korunma (Şekil 15), korunacak cismin yakınına gelen darbeleri yönlendirmeyi ve yıldırım akımını çarptığı noktadan yere iletmeyi amaçlamaktadır. Bu nedenle termal, manyetik veya elektriksel etkilerden dolayı herhangi bir hasar oluşmaz. Harici yıldırımdan korunma sistematiktir: hava terminali, tutucular ve topraklama sisteminden oluşur.

Dahili yıldırımdan korunma

Dahili yıldırımdan korunma sistemi, sistem içerisinde tehlikeli kıvılcım oluşumunu engellemelidir. Kıvılcımlar, harici yıldırımdan korunma sistemindeki veya yapısal sistemin diğer iletken kısımlarındaki yıldırım akımından kaynaklanabilir.

Dahili yıldırımdan korunma sistemi, eşpotansiyel bağlama ve harici yıldırımdan korunma sistemlerinin elektriksel yalıtımından oluşur.

Yıldırımdan korunma eşpotansiyel bağlama, potansiyel farkları önleyen önlemlerin bir kombinasyonudur. Yıldırımdan korunma sistemini temel olarak metal tesisatlara, iç sistemlere ve ayrıca sistem içindeki elektrik ve elektronik sistemlere bağlarlar. Bu, eş potansiyel bağlantı hatları, aşırı gerilim koruma cihazları veya izolasyon kıvılcım aralıkları aracılığıyla gerçekleşir.

Topraklama ve eşpotansiyel bağlama

Topraklama sistemi, yakalanan yıldırım akımını toprağa dağıtmayı ve boşaltmayı amaçlamaktadır. Burada topraklama direncinden ziyade topraklama sisteminin türü önemlidir. Yıldırım akımı, yüksek frekanslı bir akım gibi davranan çok kısa bir darbedir. Etkili eşpotansiyel bağlama da önemlidir. Eşpotansiyel bağlama, elektriksel olarak iletken tüm parçaları iletkenler aracılığıyla birbirine bağlar; aktif iletkenler aşırı gerilim koruyucu cihazlarla korunur. Bunu yaparak,Her türlü bağlantıya karşı koruma sağlar.

Koordineli SPD sistemi

Koordineli bir SPD sisteminin, birbiriyle koordine edilmiş çok seviyeli aşırı gerilim koruma cihazları sistemi olduğu anlaşılmaktadır.

Yüksek performanslı bir SPD sistemi elde etmek için aşağıdaki adımlar önerilir.

• Yapısal sistemi yıldırımdan korunma bölgelerine bölün

• Farklı bölgeler arasında geçen tüm hatları uygun SPD'ler kullanarak yerel eşpotansiyel bağlamaya dahil edin

• Farklı SPD türlerini koordine edin: ayrı bileşenlerin aşırı yüklenmesini önlemek için cihazlar birbirlerine seçici olarak hitap etmelidir

• SPD'lerin aktif iletkenler ile eş potansiyel bağlantı arasındaki paralel bağlantısı için kısa besleme hatları kullanın

• Korumalı ve korumasız hatları ayrı ayrı döşeyin

• Yalnızca ilgili SPD aracılığıyla yer ekipmanı (önerilir)

Yıldırımdan korunma bölgeleri

Aşırı gerilim koruma cihazlarının bir yapısal sistem içinde nereye monte edileceğine karar vermek, IEC 62305 yıldırımdan korunma standardının [4] 4. Bölümünde açıklanan yıldırımdan korunma bölgesi konseptine dayanmaktadır.

Yapısal sistemleri yıldırımdan korunma bölgelerine (LPZ) ayırır ve bunu yıldırımdan korunma seviyeleri azalarak dışarıdan içeriye doğru yapar. Dış bölgelerde sadece dayanıklı ekipmanlar kullanılabilir. Ancak iç bölgelerde hassas ekipmanlar da kullanılabilir. Bireysel bölgeler aşağıdaki gibi karakterize edilir ve adlandırılır:

LPZ 0A

Doğrudan yıldırım çarpmasının muhtemel olduğu, binanın dışındaki korunmasız alan. Hatlarda yıldırım akımlarının doğrudan bağlanması, yıldırım çarpmasının zayıflatılmamış manyetik alanı

LPZ 0B

Binanın dışındaki, bir hava terminali vasıtasıyla doğrudan yıldırım çarpmasından korunan alan. Yıldırım çarpmasının zayıflatılmamış manyetik alanı yalnızca hatlarda indüklenen ani akımlardır.

LPZ1

Binanın içinde hala yüksek enerjili aşırı gerilimlere veya aşırı akımlara ve güçlü elektromanyetik alanlara maruz kalabilecek alan

LPZ2

Halen önemli ölçüde zayıflamış olan aşırı gerilimlere veya aşırı akımlara ve elektromanyetik alanlara maruz kalabilecek bina içindeki alan.

LPZ3

Binanın içinde yalnızca son derece düşük veya hemen hemen hiç dalgalanma voltajına veya dalgalanma akımına ve çok zayıf veya mevcut olmayan elektromanyetik alanlara maruz kalabilecek alan.

Bölgeler arasında geçen tüm hatlarda koordineli aşırı gerilim koruma cihazları kullanılmalıdır. Güç değerleri, yasal spesifikasyonlara göre veya risk analizi sonucunda belirlenen, ulaşılması gereken koruma sınıfına dayanmaktadır. Aşırı gerilim koruma cihazlarının seçimi söz konusu olduğunda, yıldırım akımının 50%'nin toprağa deşarj edileceğini varsayarak standardı temel alın. Yıldırım akımının diğer 50%'si ise ana hat üzerinden elektrik tesisatına yönlendirilir.eşpotansiyel bağlama ve oradan SPD sisteminden uzakta yapılmalıdır.