TÜRK STANDARDI - Shunt Technologies · hasarlarını ve arızalarını azaltmaya yönelik olup IEC 62305-5’te verilmiştir. 1 Kapsam Bu standard,

TÜRK STANDARDITURKISH STANDARD

TS EN 62305-1 Haziran 2007

ICS 29.020; 91.120.40

YILDIRIMDAN KORUNMA - BÖLÜM 1: GENEL KURALLAR Protection against lightning - Part 1: General principles

TÜRK STANDARDLARI ENSTİTÜSÜ Necatibey Caddesi No.112 Bakanlıklar/ANKARA

− Bugünkü teknik ve uygulamaya dayanılarak hazırlanmış olan bu standardın, zamanla ortaya çıkacak

gelişme ve değişikliklere uydurulması mümkün olduğundan ilgililerin yayınları izlemelerini ve standardın uygulanmasında karşılaştıkları aksaklıkları Enstitümüze iletmelerini rica ederiz.

− Bu standardı oluşturan Hazırlık Grubu üyesi değerli uzmanların emeklerini; tasarılar üzerinde görüşlerini

bildirmek suretiyle yardımcı olan bilim, kamu ve özel sektör kuruluşları ile kişilerin değerli katkılarını şükranla anarız.

Kalite Sistem Belgesi İmalât ve hizmet sektörlerinde faaliyet gösteren kuruluşların sistemlerini TS EN ISO 9000 Kalite Standardlarına uygun olarak kurmaları durumunda TSE tarafından verilen belgedir.

Türk Standardlarına Uygunluk Markası (TSE Markası) TSE Markası, üzerine veya ambalâjına konulduğu malların veya hizmetin ilgili Türk Standardına uygun olduğunu ve mamulle veya hizmetle ilgili bir problem ortaya çıktığında Türk Standardları Enstitüsü’nün garantisi altında olduğunu ifade eder.

TSEK Kalite Uygunluk Markası (TSEK Markası) TSEK Markası, üzerine veya ambalâjına konulduğu malların veya hizmetin henüz Türk Standardı olmadığından ilgili milletlerarası veya diğer ülkelerin standardlarına veya Enstitü tarafından kabul edilen teknik özelliklere uygun olduğunu ve mamulle veya hizmetle ilgili bir problem ortaya çıktığında Türk Standardları Enstitüsü’nün garantisi altında olduğunu ifade eder.

DİKKAT! TS işareti ve yanında yer alan sayı tek başına iken (TS 4600 gibi), mamulün Türk Standardına uygun üretildiğine dair üreticinin beyanını ifade eder. Türk Standardları Enstitüsü tarafından herhangi bir garanti söz konusu değildir.

Standardlar ve standardizasyon konusunda daha geniş bilgi Enstitümüzden sağlanabilir.

TÜRK STANDARDLARININ YAYIN HAKLARI SAKLIDIR.

ICS 29.020; 91.120.40 TÜRK STANDARDI TS EN 62305-1/Haziran 2007

Ön söz

- Bu standard, CENELEC tarafından kabul edilen EN 62305-1: 2006 standardı esas alınarak TSE Elektrik

İhtisas Grubu’na bağlı Elektroteknik Güvenlik ve Aydınlatma Özel Daimi Komitesi’nce hazırlanmış ve TSE Teknik Kurulu’nun 05 Haziran 2007 tarihli toplantısında Türk Standardı olarak kabul edilerek yayımına karar verilmiştir.

- Bu standardın kabulü ile TS 622 (1990) ve TS IEC 61024-1-1 (2002) iptal edilmiştir.

- Bu standardda kullanılan bazı kelime ve/veya ifadeler patent haklarına konu olabilir. Böyle bir patent

hakkının belirlenmesi durumunda TSE sorumlu tutulamaz.


İçindekiler

0 Giriş ........................................................................................................................................................ 1 1 Kapsam................................................................................................................................................... 1 2 Atıf yapılan standard ve/veya dokümanlar ......................................................................................... 1 3 Terimler ve tarifler ................................................................................................................................. 2

3.1 Yere yıldırım çakması...................................................................................................................... 2 3.2 Aşağıya çakma ................................................................................................................................ 2 3.3 Yukarıya çakma............................................................................................................................... 2 3.4 Yıldırım darbesi ............................................................................................................................... 2 3.5 Kısa darbe ....................................................................................................................................... 2 3.6 Uzun darbe ...................................................................................................................................... 2 3.7 Çoklu darbe ..................................................................................................................................... 2 3.8 Düşme noktası................................................................................................................................. 2 3.9 Yıldırım akımı, i............................................................................................................................... 2 3.10 Tepe değeri, I................................................................................................................................... 2 3.11 Kısa darbe akımının cephesinin ortalama dikliği ............................................................................. 2 3.12 Kısa darbe akımının cephe süresi, T1 ............................................................................................. 2 3.13 Kısa darbe akımının sanal orijini, O1 ............................................................................................... 2 3.14 Kısa darbe akımının yarı değerine olan süre, T2 ............................................................................. 3 3.15 Çakma süresi, T .............................................................................................................................. 3 3.16 Uzun darbe akımın süresi, Tlong ....................................................................................................... 3 3.17 Çakma yükü, Qflash ........................................................................................................................... 3 3.18 Kısa darbe yükü, Qshort..................................................................................................................... 3 3.19 Uzun darbe yükü, Qlong .................................................................................................................... 3 3.20 Özgül enerji, W/R ............................................................................................................................ 3 3.21 Kısa darbe akımının özgül enerjisi .................................................................................................. 3 3.22 Korunan nesne ................................................................................................................................ 3 3.23 Korunan yapı ................................................................................................................................... 3 3.24 Korunan hizmet tesisatı ................................................................................................................... 3 3.25 Nesneye yıldırım düşmesi ............................................................................................................... 3 3.26 Nesne yakınına yıldırım düşmesi .................................................................................................... 3 3.27 Elektrik sistemi................................................................................................................................. 3 3.28 Elektronik sistem ............................................................................................................................. 3 3.29 İç sistem........................................................................................................................................... 3 3.30 Fiziki hasar....................................................................................................................................... 4 3.31 Canlıların zarar görmesi .................................................................................................................. 4 3.32 Elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalanması .............................................................................. 4 3.33 Yıldırım elektromanyetik darbesi, LEMP ......................................................................................... 4 3.34 Şok dalgası (surge) ......................................................................................................................... 4 3.35 Yıldırımdan korunma bölgesi, LPZ .................................................................................................. 4 3.36 Risk, R ............................................................................................................................................. 4 3.37 Katlanılabilir risk, RT ........................................................................................................................ 4 3.38 Yıldırımdan korunma seviyesi, LPL ................................................................................................. 4 3.39 Korunma tedbirleri ........................................................................................................................... 4 3.40 Yıldırımdan korunma sistemi, LPS .................................................................................................. 4 3.41 Dış yıldırımdan korunma sistemi ..................................................................................................... 4 3.42 İç yıldırımdan korunma sistemi........................................................................................................ 4 3.43 Hava sonlandırma sistemi ............................................................................................................... 5 3.44 İniş iletkeni sistemi........................................................................................................................... 5


3.45 Toprak sonlandırma sistemi ............................................................................................................ 5 3.46 Dış iletken parçalar.......................................................................................................................... 5 3.47 Yıldırım eşpotansiyel kuşağı............................................................................................................ 5 3.48 Ekran teli.......................................................................................................................................... 5 3.49 LEMP korunma tedbirleri sistemi, LMPS ......................................................................................... 5 3.50 Manyetik ekran ................................................................................................................................ 5 3.51 Şok dalgası korunma cihazı, SPD ................................................................................................... 5 3.52 Koordineli SPD korunması .............................................................................................................. 5 3.53 Beyan darbe dayanma gerilimi, UW ................................................................................................. 5 3.54 Konvansiyonel topraklama empedansı ........................................................................................... 5

4 Yıldırım akımı parametreleri ................................................................................................................. 5 5 Yıldırım dolayı meydana gelen hasar .................................................................................................. 6

5.1 Yapıya gelen hasar.......................................................................................................................... 6 5.2 Hizmet tesisatına gelen hasar ......................................................................................................... 8 5.3 Kayıp tipleri .................................................................................................................................... 10

6 Yıldırımdan korunma ihtiyacı ve ekonomik uygunluk ..................................................................... 12 6.1 Yıldırımdan korunma ihtiyacı ......................................................................................................... 12 6.2 Yıldırımdan korunmanın ekonomik uygunluğu.............................................................................. 12

7 Korunma tedbirleri .............................................................................................................................. 13 7.1 Temas ve adım gerilimlerinden dolayı canlıların zarar görmesini azaltmak için uygulanacak tedbirler ...13 7.2 Fiziki hasarı azaltmak için uygulanacak tedbirler.............................................................................. 13 7.3 Elektrikli ve elektronik sistemlerin arızasını azaltmak için uygulanacak tedbirler ............................. 13 7.4 Korunma tedbirlerinin seçimi............................................................................................................. 14

8 Yapıların ve hizmet tesisatlarının korunması için temel kriterler ................................................... 14 8.1 Yıldırımdan korunma seviyeleri (LPL)............................................................................................... 14 8.2 Yıldırımdan korunma bölgeleri (LPZ) ................................................................................................ 18 8.3 Yapıların korunması .......................................................................................................................... 19 8.4 Hizmet tesisatlarının korunması........................................................................................................ 19

Ek A (Bilgi için) - Yıldırım akımı parametreleri............................................................................................ 20 Ek B (Bilgi için) - Analiz için yıldırım akımının zaman fonksiyonları........................................................ 28 Ek C (Bilgi için) - Deney amaçları için yıldırım akımının simüle edilmesi................................................ 32 Ek D (Bilgi için) - LPS bileşenleri üzerinde yıldırımın etkisini simüle etmek için deney parametreleri 36 Ek E (Bilgi için) - Farklı tesis noktalarına düşen yıldırımdan kaynaklanan şok dalgaları ...................... 49 Kaynaklar........................................................................................................................................................ 53


1

Yıldırımdan korunma - Bölüm 1: Genel kurallar

0 Giriş Tabiattaki hava şartlarını yıldırım boşalmalarını önleyecek derecede değiştirme kabiliyetine sahip cihazlar ve metotlar mevcut değildir. Yapılara veya yapıların yakınına (veya yapılara bağlı hizmet tesisatlarına) isabet eden yıldırımlar insanlar, yapılar, yapıların içindekiler ve hizmet tesisatları için tehlikelidir. Korunma ihtiyacı, korunma tedbirlerinin yerleştirilmesinin ekonomik faydaları ve yeterli korunma tedbirlerinin seçimi risk yönetimi usullerine göre yapılmalıdır. Risk yönetimi IEC 62305-2’nin konusudur. Yıldırımdan korunma tedbirlerinin tasarımı, montajı ve bakımı üç grupta ele alınmıştır: - Birinci grup bir yapı içindeki ölüm ve fiziki hasar tehlikesini azaltmaya yönelik olup IEC 62305-3’te

verilmiştir, - İkinci grup bir yapı içindeki elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalarını azaltmaya yönelik olup IEC

62305-4’te verilmiştir, - Üçüncü grup bir yapıya bağlı hizmet tesisatlarının (esas olarak elektrik ve telekomünikasyon hatlarının)

hasarlarını ve arızalarını azaltmaya yönelik olup IEC 62305-5’te verilmiştir. 1 Kapsam Bu standard, - Yapıların, bunların tesisatlarının, içindekilerin ve insanların, - Yapılara bağlı hizmet tesisatlarının yıldırımdan korunmasında takip edilecek genel prensipleri kapsar. Aşağıdakiler bu standardın kapsamı dışındadır: - Demiryolu sistemleri, - Taşıt araçları, gemiler, uçaklar, açık deniz tesisleri, - Yer altındaki yüksek basınçlı boru hatları, - Bir yapıya bağlı olmayan boru, elektrik ve telekomünikasyon hatları. Not - Genellikle bu sistemler çeşitli makamların çıkardığı özel yönetmeliklere tabidir. 2 Atıf yapılan standard ve/veya dokümanlar Bu standardda ve/veya dokümanda, tarih belirterek veya belirtmeksizin diğer standardlara ve/veya dokümanlara atıf yapılmaktadır. Bu atıflar metin içerisinde uygun yerlerde belirtilmiş ve aşağıda liste halinde verilmiştir. Tarih belirtilen atıflarda daha sonra yapılan tadil veya revizyonlar, atıf yapan standardda da ve/veya dokümanda da tadil veya revizyon yapılması şartı ile uygulanır. Atıf yapılan standardın ve/veya dokümanın tarihinin belirtilmemesi halinde ilgili standardın ve/veya dokümanın en son baskısı kullanılır. EN, ISO, IEC

vb. No. Adı

(İngilizce) TS No1) Adı

(Türkçe) EN 62305-2 Protection against lightning - Part

2: Risk management TS EN 62305-2 Yıldırımdan korunma - Bölüm 2: Risk

yönetimi EN 62305-3 Protection against lightning - Part

3: Physical damage to structures and life hazard

TS EN 62305-3 Yıldırımdan korunma – Bölüm 3: Yapılarda fiziksel hasar ve hayati tehlike

EN 62305-4 Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures

TS EN 62305-4 Yıldırımdan korunma - Bölüm 4: Yapılardaki elektrik ve Elektronik sistemler

EN 62305-5 Protection against lightning - Part 5: Services2)

- -

1) TSE Notu: Atıf yapılan standardların TS numarası ve Türkçe adı 3. ve 4. kolonda verilmiştir. ∗ işaretli olanlar bu standardın basıldığı tarihte İngilizce metin olarak yayımlanmış olan Türk Standardlarıdır. 2) Yayınlanacaktır.


2

3 Terimler ve tarifler Bu standardın amacı için aşağıda verilen terimler ve tarifler uygulanır. 3.1 Yere yıldırım çakması Bulutla yer arasında bir veya daha fazla darbeden oluşan atmosfer kaynaklı elektrik boşalması. 3.2 Aşağıya çakma Buluttan yere, aşağı yönde bir kılavuzun başlattığı yıldırım çakması. Not - Aşağıya çakma üzerine bindirilmiş çoklu kısa darbe bulunan veya bulunmayan bir ilk kısa darbeden

meydana gelir. Bir veya daha fazla sayıda kısa darbeyi bir uzun darbe takip edebilir. 3.3 Yukarıya çakma Topraklanmış bir yapıdan buluta doğru yukarı yönde bir kılavuzun başlattığı yıldırım çakması. Not - Yukarıya çakma üzerine bindirilmiş çoklu kısa darbe bulunan veya bulunmayan bir ilk uzun darbeden

meydana gelir. Bir veya daha fazla sayıda kısa darbeyi bir uzun darbe takip edebilir. 3.4 Yıldırım darbesi Yere isabet eden bir yıldırım çakmasının içindeki tek elektrik boşalması. 3.5 Kısa darbe Bir yıldırım çakmasının bir darbe akımına karşılık gelen kısmı. 3.6 Uzun darbe Bir yıldırım çakmasının sürekli akıma karşılık gelen kısmı. Not - Bu sürekli akımın Tlong süresi (cephenin % 10 değeri ile kuyruğun % 10 değeri arasındaki zaman)

tipik olarak 2 ms’den uzun, 1 s’den kısadır (Şekil A.2’ye bakılmalıdır). 3.7 Çoklu darbe Tipik olarak aralarında yaklaşık 50 ms zaman aralığı olan, ortalama olarak 3-4 darbeden meydana gelen yıldırım çakması. 3.8 Düşme noktası Yıldırımın yere veya çıkıntı yapan bir nesneye (yapı, LPS, hizmet tesisatı, ağaç, vb) düştüğü nokta. Not - Bir yıldırım çakmasının birden fazla düşme noktası olabilir. 3.9 Yıldırım akımı, i Düşme noktasında akan akım. 3.10 Tepe değeri, I Yıldırım akımının en yüksek değeri. 3.11 Kısa darbe akımının cephesinin ortalama dikliği Akımın t2 – t1 zaman aralığında ortalama değişme hızı. Not Bu değer, söz konusu zaman aralığının başında ve sonundaki akımın i(t2) – i(t1) değerlerinin farkının

t2 – t1 ‘ye bölümü olarak ifade edilir (Şekil A.1’e bakılmalıdır). 3.12 Kısa darbe akımının cephe süresi, T1 Tepe değerinin % 10 ve % 90 değerlerine ulaşılma zamanları arasındaki sürenin 1,25 katı olarak tarif edilen sanal parametre (Şekil A.1). 3.13 Kısa darbe akımının sanal orijini, O1 Darbe akımı cephesinin % 10 ve % 90 referans noktalarından (Şekil A.1) çizilen çizginin zaman eksenini kestiği nokta; bu nokta akımın tepe değerinin % 10’una ulaştığı andan 0,1 T1 kadar öncedir.


3

3.14 Kısa darbe akımının yarı değerine olan süre, T2 Sanal orijin O1 ile akımın tepe değerinin yarısına indiği zaman arasındaki süre olarak tarif edilen sanal parametre (Şekil A.1). 3.15 Çakma süresi, T Düşme noktasında yıldırım akımının aktığı süre. 3.16 Uzun darbe akımın süresi, Tlong Bir uzun darbedeki akımın sürekli akımın yükselmesi sırasında tepe değerinin % 10’u ile sürekli akımın azalması sırasında tepe değerinin % 10’u arasında bulunduğu süre (Şekil A.2). 3.17 Çakma yükü, Qflash Bütün yıldırım çakması süresi boyunca alınan yıldırım akımının zaman entegrali. 3.18 Kısa darbe yükü, Qshort Bir kısa darbedeki yıldırım akımının zaman entegrali. 3.19 Uzun darbe yükü, Qlong Bir uzun darbedeki yıldırım akımının zaman entegrali. 3.20 Özgül enerji, W/R Bütün yıldırım çakması süresi boyunca alınan yıldırım akımının karesinin zaman entegrali. Not – Bu, yıldırım akımının bir birim dirençte yaydığı enerjiyi temsil eder. 3.21 Kısa darbe akımının özgül enerjisi Kısa darbe süresi boyunca alınan yıldırım akımının karesinin zaman entegrali. Not – Uzun darbe akımının özgül enerjisi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. 3.22 Korunan nesne Yıldırımın etkilerine karşı korunması amaçlanan yapı veya hizmet tesisatı. 3.23 Korunan yapı Bu standarda uygun olarak yıldırımın etkilerine karşı korunması gereken yapı. Not – Bir yapı daha büyük başka bir yapının parçası olabilir. 3.24 Korunan hizmet tesisatı Bu standarda uygun olarak yıldırımın etkilerine karşı korunması gereken yapıya bağlı hizmet tesisatı. 3.25 Nesneye yıldırım düşmesi Korunan bir nesneye yıldırım düşmesi. 3.26 Nesne yakınına yıldırım düşmesi Korunan bir nesnenin tehlikeli aşırı gerilimler meydana getirecek kadar yakınına yıldırım düşmesi. 3.27 Elektrik sistemi Alçak gerilim güç kaynağı bileşenlerinin kullanıldığı sistem. 3.28 Elektronik sistem Telekomünikasyon cihazları, bilgisayar, kontrol ve enstrümantasyon sistemleri, radyo sistemleri, güç elektroniği tesisleri gibi hassas elektronik bileşenlerin kullanıldığı sistem. 3.29 İç sistem Bir yapı içindeki elektrikli ve elektronik sistemler.


4

3.30 Fiziki hasar Yıldırımın mekanik, ısıl, kimyasal ve patlama etkilerinden dolayı bir yapıya (veya içindekilere) veya bir hizmet tesisatına verilen hasar. 3.31 Canlıların zarar görmesi Yıldırımın temas ve adım gerilimlerinden dolayı insanların ve hayvanların sağlığına verilen zarar (ölüm dahil). 3.32 Elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalanması LEMP etkisinden dolayı elektrikli ve elektronik sistemlere verilen kalıcı hasar. 3.33 Yıldırım elektromanyetik darbesi, LEMP Yıldırım akımının elektromanyetik etkisi. Not – Bu, iletilen ani darbe akımlarını ve yayılan darbe elektromanyetik alan etkilerini içerir. 3.34 Şok dalgası (surge) Aşırı gerilim ve/veya aşırı akım olarak görülebilen, LEMP tarafından oluşturulan geçiş rejimi dalgası. Not – LEMP tarafından oluşturulan şok dalgası (kısmen) yıldırım akımlarından ve tesisat halkalarındaki

endüksiyon etkilerinden meydana gelebilir ve SPD’nin akış yönüne göre aşağısında tehdit olarak kalabilir.

3.35 Yıldırımdan korunma bölgesi, LPZ Yıldırımın elektromanyetik çevresinin tarif edildiği bölge. Not – LPZ’nin sınırlarının fiziki sınırlar (duvarlar, yer döşemesi ve tavan gibi) olması gerekmez. 3.36 Risk, R Yıldırımdan korunması gereken nesnelerin toplam değerine (insanlar ve mallar) oranla yıldırımdan dolayı meydana gelmesi muhtemel ortalama yıllık kayıp değeri. 3.37 Katlanılabilir risk, RT Korunması gereken nesneler için katlanılabilen azami risk değeri. 3.38 Yıldırımdan korunma seviyesi, LPL Tabii olarak meydana gelen yıldırımda azami ve asgari tasarım değerlerinin aşılmaması ihtimaline ilişkin bir yıldırım akım parametreleri setiyle ilgili bir sayı. Not – Yıldırımdan korunma seviyesi ilgili yıldırım akım parametreleri setine göre korunma tedbirlerinin

tasarımını yapmak için kullanılır. 3.39 Korunma tedbirleri Riski azaltmak için korunması gereken nesnede alınması gereken tedbirler. 3.40 Yıldırımdan korunma sistemi, LPS Bir yapıya yıldırım düşmesinden dolayı meydana gelebilecek fiziki hasarı azaltmak için kullanılan komple sistem. Not – Bu sistem iç ve dış yıldırımdan korunma sistemlerinden meydana gelir. 3.41 Dış yıldırımdan korunma sistemi LPS’nin bir hava sonlandırma sistemi, bir iniş iletkeni sistemi ve bir toprak sonlandırma sisteminden meydana gelen bölümü. 3.42 İç yıldırımdan korunma sistemi LPS’nin eşpotansiyel kuşak ve/veya dış LPS’nin elektrik yalıtımından meydana gelen bölümü.


5

3.43 Hava sonlandırma sistemi LPS’nin çubuklar, ızgara iletkenler veya havai teller kullanılarak yıldırım çakmalarını yakalaması amaçlanan bölümü. 3.44 İniş iletkeni sistemi LPS’nin yıldırım akımını hava sonlandırma sisteminden toprak sonlandırma sistemine iletmesi amaçlanan bölümü. 3.45 Toprak sonlandırma sistemi LPS’nin yıldırım akımını toprağa iletmesi ve orada dağıtması amaçlanan bölümü. 3.46 Dış iletken parçalar Borular, kablonun metal elemanları, madeni hava kanalları gibi korunması gereken binaya giren veya çıkan dışarıdaki metal nesneler. Bunlar yıldırım akımının bir kısmını taşıyabilir. 3.47 Yıldırım eşpotansiyel kuşağı Yıldırım akımının sebep olduğu potansiyel farklarını azaltmak üzere, ayrı metal parçaların doğrudan iletken irtibatlar veya şok dalgası korunma cihazları üzerinden LPS’ye bağlanması. 3.48 Ekran teli Bir hizmet tesisatına yıldırımdan dolayı gelecek fiziki hasarı azaltmak için kullanılan metal tel. 3.49 LEMP korunma tedbirleri sistemi, LMPS LEMP’e karşı iç sistemlerin korunması için komple korunma sistemi. 3.50 Manyetik ekran Elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalarını azaltmak üzere, korunması gereken nesneyi veya onun bir parçasını her yönden örten kapalı, metalik, ızgara benzeri veya sürekli ekran. 3.51 Şok dalgası korunma cihazı, SPD Geçici rejim aşırı gerilimlerini sınırlandırması ve şok dalgası akımlarının yönünü değiştirmesi amaçlanan cihaz. Bu cihazın içinde en az bir adet doğrusal olmayan bir bileşen vardır. 3.52 Koordineli SPD korunması Elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalarını azaltmak üzere uygun şekilde seçilen, koordine edilen ve yerleştirilen bir SPD seti. 3.53 Beyan darbe dayanma gerilimi, UW İmalatçı tarafından teçhizata veya onun bir bölümüne tahsis edilen darbe dayanma gerilimi. Bu, yalıtımın aşırı gerilimlere karşı belirtilen dayanma kabiliyetinin özelliklerini verir. Not – Bu standardın amaçları bakımından sadece canlı iletkenler ile toprak arasındaki dayanma gerilimi

dikkate alınmıştır. (IEC 60664–1:2002) [1]3) 3.54 Konvansiyonel topraklama empedansı Toprak sonlandırma geriliminin ve toprak sonlandırma akımının tepe değerlerinin oranı. Bunlar genellikle aynı zamanda meydana gelmez. 4 Yıldırım akımı parametreleri IEC 62305 serisinde kullanılan yıldırım akımı parametreleri Ek A’da verilmiştir. Analiz amacıyla kullanılacak yıldırım akımı zaman fonksiyonu Ek B’de verilmiştir. Deney amacıyla kullanılacak yıldırım akımının simülasyonuna ilişkin bilgiler Ek C’de verilmiştir. 3) Köşeli parantez içindeki sayılar kaynakları gösterir.


6

Yıldırımın LPS bileşenleri üzerindeki etkilerini simüle etmek üzere laboratuarda kullanılacak temel parametreler Ek D’de verilmiştir. Çeşitli tesis noktalarında yıldırımdan dolayı meydana gelen şok dalgası ile ilgili bilgiler Ek E’de verilmiştir. 5 Yıldırım dolayı meydana gelen hasar 5.1 Yapıya gelen hasar Bir yapıyı etkileyen yıldırım yapının kendisine, içindeki insanlara ve eşyalara zarar verebilir. Buna iç sistemlerde meydana gelebilecek arızalar dahildir. Hasarlar ve arızalar yapının çevresine kadar yayılabilir, hatta mahalli çevre ortamına da uzanabilir. Bu yayılmanın derecesi yapının özelliklerine ve yıldırım çakmasının özelliklerine bağlıdır. 5.1.1 Yıldırımın yapı üzerindeki etkileri Yapıların yıldırım etkileriyle ilgili ana özellikleri aşağıdakileri içerir: - Yapı tarzı (ahşap, tuğla, beton, betonarme, çelik iskeletli konstrüksiyon gibi), - Fonksiyonu (mesken, büro, çiftlik, tiyatro, otel, okul, hastane, müze, ibadethane, hapishane,

süpermarket, banka, fabrika, sanayi tesisi, spor sahası), - İçinde bulunan insanlar ve eşyalar (insanlar ve hayvanlar, yanıcı olan ve olmayan malzemelerin varlığı,

patlayıcı olan ve olmayan malzemeler, düşük ve yüksek dayanma gerilimli elektrikli ve elektronik sistemler),

- Bağlı hizmet tesisatları (elektrik hatları, telekomünikasyon hatları, boru hatları), - Mevcut veya temin edilen korunma tedbirleri (fiziki hasarı ve hayati tehlikeyi azaltmak için korunma

tedbirleri, iç sistemlerin arızasını azaltmak için korunma tedbirleri), - Tehlikenin yayılma derecesi (tahliyesi zor olan yapılar veya panik ihtimali olan yapılar, etrafı için tehlikeli

yapılar, çevre için tehlikeli yapılar). Çizelge 1’de yıldırımın çeşitli yapı tipleri üzerindeki etkileri gösterilmiştir:


7

Çizelge 1 - Yıldırımın çeşitli yapı tipleri üzerindeki etkileri

Fonksiyonuna ve/veya içindekilere göre yapı

tipi

Yıldırımın etkileri

Mesken Elektrik tesisatının delinmesi, yangın ve maddi hasar. Hasar normal olarak düşme noktasına açık olan nesnelerle veya yıldırım akımının yolu üzerindeki nesnelerle sınırlıdır. Elektrikli ve elektronik cihazlar ve sistemlerde arızalar (Televizyonlar, bilgisayarlar, modemler, telefonlar, vb)

Çiftlik binası Ana risk; yangın, tehlikeli adım gerilimleri ve malzeme hasarı. İkinci derece risk; elektrik enerjisinin kesilmesi, havalandırma ve besleme sistemlerinin elektronik kontrolünün arızalanmasından dolayı hayvanlar için hayati tehlike.

Tiyatro Otel Okul Süpermarket Spor sahası

Elektrik tesisatının hasar görmesi (elektrikli aydınlatma) paniğe yol açabilir. Yangın alarmlarının arızalanması yangınla mücadele tedbirlerini geciktirebilir.

Banka Sigorta şirketi Ticari şirket

Yukarıdaki hususlara ilave olarak iletişimin kesilmesi, bilgisayarların arızalanması ve verilerin kaybından dolayı meydana gelen problemler.

Hastane Bakım evi Hapishane

Yukarıdaki hususlara ilave olarak yoğun bakımdaki kişiler ile ilgili problemler ve hareket edemeyen insanların tahliyesindeki zorluklar.

Sanayi Yukarıdakilere ilave olarak fabrikalarda bulunanlara bağlı olarak küçük hasar ilâ kabul edilemez hasar ve üretim kaybı.

Müzeler ve arkeolojik alanlar İbadethaneler

Yerine konulamayacak kültürel mirasın kaybı.

Telekomünikasyon Enerji santralleri

Kamu hizmetlerinde kabul edilemez kesinti.

Havai fişek fabrikası Cephane tesisleri

Tesis ve etrafı için yangın ve patlama sonuçları.

Kimya tesisi Rafineri Nükleer tesis Biyokimya laboratuarı ve tesisi

Yangın ve tesisin arızalanması sonucu mahalli ve küresel çevreye ciddi zarar.

5.1.2 Yapıya verilen hasarın kaynakları ve tipleri Hasarın kaynağı yıldırım akımıdır. İncelenen yapıya göre düşme noktasının yerine bağlı olarak aşağıdaki durumlar ele alınmalıdır: - S1: Yapıya yıldırım düşmesi, - S2: Yapının yakınına yıldırım düşmesi, - S3: Yapıya bağlı hizmet tesisatlarına yıldırım düşmesi, - S4: Yapıya bağlı hizmet tesisatlarının yakınına yıldırım düşmesi. Yapıya yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - Sıcak yıldırım plazma arkından, iletkenlerin omik ısınmasına yol açan akımdan (aşırı ısınmış iletkenler)

veya ark erozyonuna yol açan elektrik yükünden (erimiş metal) dolayı hemen meydana gelen mekanik hasar, yangın ve/veya patlama,

- Rezistif veya endüktif kuplajdan kaynaklanan aşırı gerilimlerin ve yıldırım akımlarının bir kısmının geçmesinin yol açtığı kıvılcımların tetiklediği yangın ve/veya patlama,


8

- Rezistif veya endüktif kuplajdan kaynaklanan adım ve temas gerilimlerinden dolayı insanların yaralanması,

- LEMP’ten dolayı iç sistemlerin arızalanması veya bozulması. Yapının yakınına yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - LEMP’ten dolayı iç sistemlerin arızalanması veya bozulması. Yapıya bağlı hizmet tesisatlarına yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - Bağlı olan hizmet tesisatı üzerinden iletilen aşırı gerilimlerin ve yıldırım akımlarının yol açtığı

kıvılcımların tetiklediği yangın ve/veya patlama, - Bağlı olan hizmet tesisatı üzerinden iletilen yıldırım akımlarının yapı içinde oluşturduğu temas

gerilimlerinden dolayı insanların yaralanması, - Bağlı olan hatlar üzerinde beliren ve yapıya iletilen aşırı gerilimlerden dolayı iç sistemlerin arızalanması

veya bozulması.

Yapıya bağlı hizmet tesisatlarının yakınına yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - Bağlı olan hatlar üzerinde endüklenen ve yapıya iletilen aşırı gerilimlerden dolayı iç sistemlerin

arızalanması veya bozulması. Not 1 – İç sistemlerin bozulması IEC 62305 serisinin kapsamı dışındadır. IEC 61000-4-5’e bakılmalıdır. [2] Not 2 – Sadece yıldırım akımını (tamamını veya bir kısmını) taşıyan kıvılcımların yangın başlatabileceği

düşünülür. Not 3 – Yapıya giren boru hatları yapının eşpotansiyel barasına bağlanmış ise, bu boru hatlarının üzerine

veya yakınına düşen yıldırım yapıya hasar vermez (IEC 62305-3). Sonuç olarak yıldırım üç temel tip hasara sebep olabilir: - D1: Temas ve adım gerilimlerinden dolayı canlıların zarar görmesi, - D2: Kıvılcımlanma dahil olmak üzere yıldırım akımından dolayı meydana gelen fiziki hasar (yangın,

patlama, mekanik hasar, kimyasal boşalma), - D3: LEMP’ten dolayı iç sistemlerin arızalanması. 5.2 Hizmet tesisatına gelen hasar Bir hizmet tesisatını etkileyen yıldırım hizmeti sağlamak için kullanılan fiziki nesnelerin kendisine (hat veya boru) ve bunlara bağlı elektrikli ve elektronik teçhizata zarar verebilir. Not – Dikkate alınacak hizmet tesisatları aşağıdakiler arasındaki fiziki bağlantıdır:

- Telekomünikasyon (TLC) hatları için santral telekomünikasyon binası ile kullanıcı binası veya iki santral telekomünikasyon binası veya iki kullanıcı binası,

- Telekomünikasyon (TLC) hatları için santral telekomünikasyon binası veya kullanıcı binası ile bir dağıtım düğümü veya iki dağıtım düğümü,

- Elektrik hatları için yüksek gerilim (HV) trafo merkezi ile kullanıcı binası, - Borular için ana dağıtım istasyonu ile kullanıcı binası.

Bu yayılmanın derecesi hizmetin özelliklerine, elektrikli ve elektronik sistemlerin tipine ve yayılma durumuna ve yıldırım çakmasının özellikleirne bağlıdır. 5.2.1 Yıldırımın hizmet tesisatı üzerindeki etkileri Hizmet tesisatlarının yıldırım etkileriyle ilgili ana özellikleri aşağıdakileri içerir: - Yapı tarzı (hat: Havai, yer altı, ekranlı, ekransız, fiber optik; boru: yer üstü, gömülü, metal, plastik), - Fonksiyonu (telekomünikasyon hattı, elektrik hattı, boru hattı), - Hizmet verilen yapı (yapı tarzı, içindekiler, boyutları, yeri), - Mevcut veya temin edilen korunma tedbirleri (ekran teli, SPD, güzergâh yedeklemesi, sıvı depolama

sistemleri, jeneratörler, kesintisiz güç sistemleri gibi).


9

Çizelge 2 - Yıldırımın hizmet tesisatı üzerindeki etkileri

Hizmet tipi Yıldırımın etkileri

Telekomünikasyon hattı Hattın fiziki hasar görmesi, ekranların ve iletkenlerin erimesi, kablo ve teçhizat yalıtımının bozulması ile hizmetin hemen kesilmesine yol açan ana arızalar. Optik kablolar üzerinde hasar meydana gelmesi fakat hizmetin kesilmemesi şeklinde tali arızalar.

Enerji nakil hattı Alçak gerilim havai hattı üzerinde izolatörlerin hasar görmesi, kablo hattında yalıtımın delinmesi, hat teçhizatının ve transformatörlerin arızalanması ve sonuç olarak hizmetin kesilmesi.

Su boruları Elektrikli ve elektronik kontrol cihazlarının hasar görmesi ile muhtemelen hizmetin kesilmesi.

Gaz boruları Yakıt boruları

Metal olmayan flanş contalarının delinmesinin yangına ve/veya patlamaya yol açması. Elektrikli ve elektronik kontrol cihazlarının hasar görmesi ile muhtemelen hizmetin kesilmesi

5.2.2 Hizmet tesisatına verilen hasarın kaynakları ve tipleri Hasarın kaynağı yıldırım akımıdır. İncelenen yapıya göre düşme noktasının yerine bağlı olarak aşağıdaki durumlar ele alınmalıdır: - S1: Yapıya yıldırım düşmesi, - S3: Yapıya bağlı hizmet tesisatlarına yıldırım düşmesi, - S4: Yapıya bağlı hizmet tesisatlarının yakınına yıldırım düşmesi. Yapıya yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - Yıldırım akımının bir kısmının hizmet tesisatlarına akmasından dolayı (rezistif ısınmaya yol açarak)

metal tellerin ve kablo ekranlarının erimesi, - Hatların ve bağlı cihazların yalıtımlarının bozulması (rezistif kuplajdan dolayı), - Boruların ve izolasyon eklerinin flanşlarındaki metal olmayan contaların delinmesi. Not 1 - Metal iletkeni olmayan fiber optik kablolar yapıya düşen yıldırımdan etkilenmez.

Yapıya bağlı hizmet tesisatlarına yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - Yıldırım akımının sebep olduğu elektrodinamik gerilme veya ısıtma etkilerinden ve yıldırım plazma

arkının kendi ısısından dolayı metal tellerde ve borularda derhal ortaya çıkan mekanik hasar (metal tellerin, ekranların ve boruların kopması ve/veya erimesi) (plastik koruyucu örtünün delinmesi),

- Hatlarda ve bağlı cihazlarda derhal ortaya çıkan elektrik hasarı (yalıtımın bozulması), - İnce havai metal borularda ve flanşların metal olmayan contalarında delinme, bunun sonucunda iletilen

sıvının cinsine bağlı olarak yangın ve patlama. Yapıya bağlı hizmet tesisatlarının yakınına yıldırım düşmesi aşağıdakilere sebep olabilir: - Endüktif kuplajdan (endüklenen aşırı gerilim) dolayı hatların ve bağlı cihazların yalıtımının bozulması. Not 2 - Metal iletkeni olmayan fiber optik kablolar yapıya düşen yıldırımdan etkilenmez. Sonuç olarak yıldırım iki temel tip hasara sebep olabilir: - D2: Yıldırımın ısıl etkilerinden dolayı meydana gelen fiziki hasar (yangın, patlama, mekanik hasar,

kimyasal boşalma), - D3: Aşırı gerilimlerden dolayı elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalanması.


10

5.3 Kayıp tipleri Her hasar tipi kendi başına veya diğerleriyle birlikte korunması gereken nesnede farklı dolaylı kayıpların oluşmasına yol açabilir. Ortaya çıkabilecek kaybın tipi nesnenin özelliklerine bağlıdır. Bu standardın amaçları bakımından aşağıdaki kayıp tipleri dikkate alınmıştır: - L1: İnsan hayatının kaybı, - L2: Kamu hizmetlerinin kaybı, - L3: Kültürel mirasın kaybı, - L4: Ekonomik değerlerin kaybı (yapı ve içeriği ile faaliyet kaybı). L1, L2 ve L3 tipi kayıplar sosyal değerlerin kaybı olarak görülebilir. L4 tipi kayıp ise sadece ekonomik kayıp olarak düşünülebilir. Bir yapıda meydana gelebilecek kayıplar şunlardır: - L1: İnsan hayatının kaybı, - L2: Kamu hizmetlerinin kaybı, - L3: Kültürel mirasın kaybı, - L4: Ekonomik değerlerin kaybı (yapı ve içeriği). Bir hizmet tesisatında meydana gelebilecek kayıplar şunlardır: - L2: Kamu hizmetlerinin kaybı, - L4: Ekonomik değerlerin kaybı (hizmet ve faaliyet kaybı). Not - Bir hizmet tesisatında meydana gelebilecek insan hayatı kaybı bu standardda ele alınmamıştır. Hasar kaynağı, hasar tipi ve kayıp arasındaki ilişki yapılar için Çizelge 3’te, hizmet tesisatları için Çizelge 4’te gösterilmiştir.


11

Çizelge 3 – Yıldırımın düşme noktalarına göre bir yapıda meydana gelen hasarlar ve kayıplar

Düşme noktası Hasar kaynağı Hasar tipi Kayıp tipi Yapı

S1

D1 D2 D3

L1, L4** L1, L2, L3, L4 L1*, L2, L4

Yapının yakını

S2

D3

L1*, L2, L4

Yapıya bağlı hizmet tesisatı

S3

D1 D2 D3

L1, L4** L1, L2, L3, L4 L1*, L2, L4

Hizmet tesisatının yakını

S4

D3

L1*, L2, L4

* Sadece patlama riski olan ve iç sistemlerin arızalanmasının insan hayatını derhal tehlikeye sokabileceği hastaneler veya diğer yapılar.

** Sadece hayvan kaybı olabilecek yerler için.

Çizelge 4 – Yıldırımın düşme noktalarına göre hizmet tesisatında meydana gelen hasarlar ve kayıplar

Düşme noktası Hasar kaynağı Hasar tipi Kayıp tipi

Hizmet tesisatı S3 D2 D3

Hizmet tesisatının yakını

S4 D3

Hizmet verilen yapı S1 D2 D3

L2, L4

Çeşitli tipteki hasarlardan kaynaklanan kayıp tipleri ve bunlara karşılık gelen riskler Şekil 1’de gösterilmiştir.


12

Şekil 1 - Çeşitli tipteki hasarlardan kaynaklanan kayıp tipleri ve bunlara karşılık gelen riskler

6 Yıldırımdan korunma ihtiyacı ve ekonomik uygunluk 6.1 Yıldırımdan korunma ihtiyacı Korunması gereken bir nesnenin L1, L2 ve L3 sosyal değerler kayıplarını azaltmak üzere yıldırımdan korunma ihtiyacı değerlendirilmelidir. Bir nesne için yıldırımdan korunmaya ihtiyaç olup olmadığını değerlendirmek için IEC 60235-2’de verilen prosedürlere uygun olarak risk değerlendirmesi yapılmalıdır. Madde 5.3’te belirtilen kayıp tiplerine karşılık gelen aşağıdaki riskler dikkate alınmalıdır: - R1: İnsan hayatı kaybı riski, - R2: Kamu hizmetlerinin kaybı riski, - R3: Kültürel mirasın kaybı riski. Eğer risk (R1 ilâ R3) katlanılabilir risk seviyesinden (RT) büyükse yıldırımdan korunmaya ihtiyaç vardır. R > RT Bu durumda R riskinin (R1 ilâ R3) katlanılabilir risk seviyesine (RT) indirmek için korunma tedbirleri alınmalıdır: R ≤ RT

Korunması gereken nesnede birden fazla tip kayıp meydana gelebilir ise R ≤ RT şartı her tip kayıp için (L1, L2 ve L3) karşılanmalıdır. Yıldırımın sosyal değer kaybına sebep olabileceği durumlarda katlanılabilir risk RT değerleri yetkili bir milli makamın sorumluluğu altında olmalıdır. Not 1 - Yetkili bir makam risk değerlendirmesi yapmadan da belirli uygulamalar için yıldırımdan korunma

isteyebilir. Bu durumda gerekli yıldırımdan korunma seviyesi yetkili makam tarafından belirlenir. Bazı durumlarda bu şartlardan feragati gerekçelendirmek üzere bir risk değerlendirmesi yapılabilir.

Not 2 - Risk değerlendirmesi ve korunma tedbirlerinin seçimi hakkında detaylı bilgi IEC 62305-2’de

verilmiştir. 6.2 Yıldırımdan korunmanın ekonomik uygunluğu Korunması gereken nesne için yıldırımdan korunma ihtiyacının yanı sıra ekonomik kaybın (L4) azaltılması için korunma tedbirlerinin ekonomik faydalarının değerlendirilmesi de yararlı olabilir.


13

Bu durumda ekonomik değerlerin kaybı riski, R4, değerlendirilmelidir. R4 riskinin değerlendirilmesi korunma tedbirlerinin olması ve olmaması durumlarında ekonomik kayıp maliyetinin değerlendirilmesini sağlar. Eğer korunma tedbirleri varken artık kayıpların maliyeti, CRL , ile korunma tedbirlerinin maliyeti, CPM , toplamı koruma tedbirleri yokken toplam kayıp maliyetinden, CL, az ise yıldırımdan korunma maliyet-etkin demektir. CRL + CPM < CL,

Not - Yıldırımdan korunmanın ekonomik uygunluğuna ait detaylı bilgi IEC 62305-2’de verilmiştir.

7 Korunma tedbirleri Korunma tedbirleri hasar tipine göre riski azaltacak şekilde seçilebilir. 7.1 Temas ve adım gerilimlerinden dolayı canlıların zarar görmesini azaltmak için

uygulanacak tedbirler Alınabilecek korunma tedbirleri aşağıdakileri içerir: - Açıktaki iletken kısımların yeterli derecede yalıtılması, - Izgaralı topraklama sistemi ile eş potansiyel sağlanması, - Fiziki kısıtlamalar ve uyarı levhaları. Not 1 - Eş potansiyel sağlanması temas gerilimlerine karşı etkili değildir. Not 2 - Yapının içindeki ve dışındaki zeminin yüzey rezistivitesinin artması ölüm tehlikesini azaltabilir (IEC

62305-3 Madde 8). 7.2 Fiziki hasarı azaltmak için uygulanacak tedbirler Alınabilecek korunma tedbirleri aşağıdakileri içerir:

a) Yapılar için: - Yıldırımdan korunma sistemi (LPS), Not 1 - Bir LPS monte edildiğinde yangın ve patlama tehlikesini ve ölüm tehlikesini azaltmak içi eş

potansiyel sağlanması çok önemli bir tedbirdir. Daha fazla detay için IEC 62305-3’e bakılmalıdır. Not 2 - Yangına dayanıklı bölmeler, söndürücüler, yangın muslukları, yangın alarm ve söndürme tesisleri

gibi yangının gelişmesini ve yayılmasını sınırlandıran tedbirler fiziki hasarı azaltabilir. Not 3 - Korunmalı kaçış yolları personel için korunma sağlar.

b) Hizmet tesisatları için: - Ekranlama teli. Not 4 - Gömülü kablolar için metal kanallar çok etkili bir korunma sağlar. 7.3 Elektrikli ve elektronik sistemlerin arızasını azaltmak için uygulanacak tedbirler Alınabilecek korunma tedbirleri aşağıdakileri içerir:

a) Yapılar için: - Aşağıdakilerin tek tek veya birlikte kullanılmasından oluşan LEMP korunma tedbirleri sistemi

(LMPS), Topraklama ve bağlantı sağlama tedbirleri, Manyetik ekranlama, Hat güzergâhı seçimi, Koordineli SPD korunması.

b) Hizmet tesisatları için: - Hat boyunca farklı yerlerde ve hat sonunda parafodurlar (SPD), - Kablolar için manyetik ekranlama.

Not 1 - Gömülü kablolar için yeterli kalınlıktaki sürekli metal ekran çok etkili bir korunma sağlar.


14

Not 2 - Güzergâh yedeklemesi, cihaz yedeklemesi, bağımsız jeneratörler, kesintisiz güç kaynakları, sıvı depolama sistemleri ve otomatik arıza tesbit sistemleri hizmet faaliyetinin kaybının azaltılması için çok etkili korunma tedbirleridir.

Not 3 - Cihazların ve kabloların yalıtımının dayanma gerilimlerinin yüksek olması aşırı gerilimlerden

kaynaklanan arızlara karşı çok etkili bir korunma tedbiridir. 7.4 Korunma tedbirlerinin seçimi En uygun korunma tedbirinin seçimi tasarımcı ve tesis sahibi tarafından her çeşit hasarın tipine ve tutarına göre yapılmalı, farklı korunma tedbirlerinin teknik ve ekonomik yönleri dikkate alınmalıdır. Risk değerlendirmesi ve en uygun korunma tedbirlerinin seçimiyle ilgili kriterler IEC 62305-2’de verilmiştir. Korunma tedbirlerinin etkili olabilmesi için ilgili standardlara uygun olması ve tesis edileceği yerde beklenen gerilmelere dayanabilmesi şarttır. 8 Yapıların ve hizmet tesisatlarının korunması için temel kriterler Yapılar ve hizmet tesisatları için ideal korunma sağlamanın yolu korunması gereken nesneyi topraklanmış ve mükemmel derecede iletkenliğe sahip, yeterli kalınlıkta bir sürekli örtünün içine almak ve örtünün giriş noktasında yapıya bağlı hizmet tesisatları için yeterli bağlantıyı yapmaktır. Bu, yıldırım akımının ve bununla ilgili elektromanyetik alanın nesnenin içine nüfuz etmesini engeller ve akımın tehlikeli ısıl ve elektrodinamik etkilerine mani olur. Tehlikeli kıvılcımların ve aşırı gerilimlerin iç sistemleri etkilemesini de önler. Uygulamada böyle mükemmel bir korunma sağlamak mümkün olmadığı gibi maliyet-etkin de değildir. Örtünün sürekli olmaması ve/veya yeterli kalınlıkta olmaması yıldırım akımının örtüyü delmesine yol açarak aşağıdakilere sebep olur: - Fiziki hasar ve ölüm tehlikesi, - İç sistemlerin arızalanması, - Hizmet tesisatlarının ve bağlı sistemlerin arızalanması. Bu hasarları ve bunlarla ilgili dolaylı zararları azaltmak için uygulanan korunma tedbirleri kendisine karşı korunma sağlanması gereken tarifli bir yıldırım akım parametreleri seti için tasarımlanmalıdır (yıldırımdan korunma seviyesi). 8.1 Yıldırımdan korunma seviyeleri (LPL) Bu standardın amacı bakımından dört yıldırımdan korunma seviyesi (I ila IV) tarif edilmiştir. Her LPL için bir azami ve asgari yıldırım akımı parametreleri seti tayin edilmiştir. Not 1 - Azami ve asgari yıldırım akımı parametreleri LPL I için belirlenenleri aşan yıldırıma karşı korunma bu

standardın kapsamı dışındadır. Not 2 - Azami ve asgari yıldırım akımı parametreleri LPL I için belirlenenlerin dışında parametrelere sahip

yıldırımın meydana gelme ihtimali % 2’den azdır. LPL I’in azami yıldırım akımı parametreleri % 99 ihtimalle aşılmaz. Varsayılan polarite oranına göre (Madde A.2) pozitif çakmalardan alınan değerlerin ihtimali % 10’un altında kalır, negatif çakmalardan alınan değerlerin ihtimali ise % 1’den azdır (Madde A.3). LPL I’in azami yıldırım akımı parametreleri LPL II için % 75’e, LPL III ve LPL IV için ise % 50’ye düşürülür (I, Q ve di/dt için lineer, fakat W/R için kuadratik). Zaman parametreleri değişmez. Farklı yıldırımdan korunma seviyeleri için yıldırım akımı parametrelerinin azami değerleri Çizelge 5’te verilmiştir. Bunlar yıldırımdan korunma bileşenlerinin tasarımında (iletkenlerin kesitleri, metal levhaların kalınlıkları, SPD’lerin akım kapasiteleri, tehlikeli kıvılcımlar için ayırma mesafeleri gibi) ve bu bileşenler üzerinde yıldırımın etkisini simüle etmek için (Ek D) kullanılır.


15

Farklı LPL için yıldırım akımının genliğinin asgari değerleri, doğrudan düşme ile erişilemeyen LPZ OB yıldırımdan korunma seviyesini tarif etmek üzere yuvarlanan küre yarı çapını (Madde A.4) türetmek için kullanılır (Madde 8.2, Şekil 2 ve Şekil 3). Yıldırım akımının asgari değerleri ile yuvarlanan küre yarıçapı Çizelge 6’da verilmiştir. Bunlar hava sonlandırma sisteminin konumlandırılması ve LPZ OB yıldırımdan korunma bölgesinin belirlenmesi için kullanılır (Madde 8.2). Çizelge 5 – LPL’ye göre yıldırım parametrelerinin azami değerleri

Birinci kısa darbe LPL

Akım parametreleri Sembol Birim I II III IV

Tepe akımı I kA 200 150 100

Kısa darbe yükü Qshort C 100 75 50

Özgül enerji W/R MJ/Ω 10 5,6 2,5

Zaman parametreleri T1/T2 µs /µs 10/350

Sonraki kısa darbe LPL


Tepe akımı I kA 50 37,5 25

Ortalama diklik di/dt kA/µs 200 150 100

Zaman parametreleri T1/T2 µs /µs 0,25/100

Uzun darbe LPL


Uzun darbe yükü Qlong C 200 150 100

Zaman parametreleri Tlong s 0,5

Çakma LPL


Çakma yükü Qflash C 300 225 150


16

1 Yapı S1 Yapıya düşme

2 Hava sonlandırma sistemi S2 Yapının yakınına düşme

3 İniş iletkeni sistemi S3 Yapıya bağlı hizmet tesisatına düşme

4 Toprak sonlandırma sistemi S4 Yapıya bağlı hizmet tesisatının yakınına düşme

5 Giren hizmet tesisatları r Yuvarlanan küre yarıçapı

s Tehlikeli kıvılcımlara karşı ayırma mesafesi

Toprak seviyesi

SPD ile sağlanan eşpotansiyel kuşak

Doğrudan çakma, tam yıldırım akımı

LPZ OA Doğrudan çakma, tam yıldırım akımı

LPZ OB Doğrudan çakma yok, kısmi yıldırım akımı veya endüklenen akım

LPZ 1 Doğrudan çakma yok, kısmi yıldırım akımı veya endüklenen akım

LPZ içinde korunan hacim r ayırma mesafesine riayet etmelidir.

Şekil 2 - LPS ile tarif edilen LPZ (IEC 62305-3)


17

1 Yapı (LPZ 1’in örtüsü) S1 Yapıya düşme

2 Hava sonlandırma sistemi S2 Yapının yakınına düşme

3 İniş iletkeni sistemi S3 Yapıya bağlı hizmet tesisatına düşme

4 Toprak sonlandırma sistemi S4 Yapıya bağlı hizmet tesisatının yakınına düşme

5 Oda (LPZ 1’in örtüsü) r Yuvarlanan küre yarıçapı

6 Yapıya bağlı hizmet tesisatları ds Çok yüksek manyetik alana karşı ayırma mesafesi

Toprak seviyesi

SPD ile sağlanan eşpotansiyel bağlantı

LPZ OA Doğrudan çakma, tam yıldırım akımı, tam manyetik alan

LPZ OB Doğrudan çakma yok, kısmi yıldırım akımı veya endüklenen akım, tam manyetik alan

LPZ 1 Doğrudan çakma yok, kısmi yıldırım akımı veya endüklenen akım, azalan manyetik alan

LPZ 2 Doğrudan çakma yok, kısmi yıldırım akımı veya endüklenen akım, daha fazla azalan manyetik alan

LPZ 1 ve LPZ 2 içinde korunan hacim ds ayırma mesafesine riayet etmelidir.

Şekil 3 - LEMP’e karşı tedbirler ile tarif edilen LPZ (IEC 62305-4)


18

Çizelge 6 – LPL’ye karşılık gelen yıldırım parametrelerinin asgari değerleri ve bunlarla ilgili yuvarlanan küre yarıçapı

Yakalama kriterleri LPL

Sembol Birim I II III IV

Asgari tepe akımı I kA 3 5 10 16

Yuvarlanan küre yarıçapı r m 20 30 45 60 Şekil A.5’te verilen istatistik dağılımlardan yıldırım akımı parametrelerinin her korunma seviyesi için tarif edilen azami değerlerden küçük olma ve asgari değerlerden büyük olma ağırlıklı ihtimali hesaplanabilir. (Çizelge 7). Çizelge 7 – Yıldırım akımı parametrelerinin sınırlarının ihtimali

LPL Yıldırım akımı parametrelerinin ihtimali

I II III IV

Çizelge 5’te tarif edilen azami değerlerden küçük olma 0,99 0,98 0,97 0,97

Çizelge 6’da tarif edilen azami değerlerden büyük olma 0,99 0,97 0,91 0,84 IEC 62305-3, IEC 62305-4 ve IEC 62305-5’te belirtilen korunma tedbirleri akım parametreleri tasarım için varsayılan LPL’nin tanımladığı aralık içinde kalan yıldırım için etkilidir. Bundan dolayı, bir korunma tedbirinin verimliliğinin yıldırım akımı parametrelerinin bu aralık içinde kalma ihtimaline eşit olduğu varsayılır. 8.2 Yıldırımdan korunma bölgeleri (LPZ) LPS, ekranlama telleri, manyetik ekranlar ve SPD gibi korunma tedbirleri yıldırımdan korunma bölgelerini (LPZ) belirler. Korunma tedbirlerinin akış yönüne göre aşağı tarafında yer alan LPZ’ler akış yönüne göre yukarı tarafta yer alanlara göre LEMP’te önemli ölçüde azalma gösterir. Yıldırım tehdidine göre aşağıdaki LPZ’ler tarif edilmiştir (Şekil 2 ve 3): LPZ OA Tehdidin doğrudan yıldırım çakması ve tam yıldırım manyetik alanından oluştuğu bölge. İç

sistemler yıldırım şok dalgası akımının tamamına veya bir kısmına maruz kalabilir.

LPZ OB Doğrudan yıldırım çakmasından korunmuş olan fakat tehdidin tam yıldırım manyetik alanından oluştuğu bölge. İç sistemler yıldırım şok dalgası akımının bir kısmına maruz kalabilir.

LPZ 1 Şok dalgası akımının sınırlardaki akım bölünmesi ve SPD’ler yoluyla azaltıldığı bölge. Uzaysal ekranlama yıldırım manyetik alanını zayıflatabilir.

LPZ 2 Şok dalgası akımının sınırlardaki akım bölünmesi ve SPD’ler yoluyla daha fazla azaltıldığı bölge. İlave uzaysal ekranlama ile yıldırım manyetik alanı daha da fazla zayıflatılabilir.

Not 1 - Genel olarak bir korunma bölgesinin numarası ne kadar büyükse elektromanyetik ortam

parametreleri o kadar düşüktür. Korunma için genel bir kural olarak, korunması gereken nesne azaltılması gereken hasara (fiziki hasar, aşırı gerilimlerden dolayı elektrikli ve elektronik sistemlerin arızalanması) yol açan gerilmelere dayanma kabiliyetiyle uyumlu elektromanyetik özelliklere sahip bir LPZ içinde olmalıdır. Not 2 - Çoğu elektrikli ve elektronik sistemler ve cihazlar için dayanma seviyesi ile ilgili bilgiler imalatçıdan

alınabilir.


19

8.3 Yapıların korunması 8.3.1 Fiziki hasarı ve ölüm tehlikesini azaltmak için korunma Korunması gereken yapılar LPZ OB veya daha yüksek bir korunma bölgesinde olmalıdır. Bu, bir yıldırımdan korunma sistemi (LPS) ile sağlanır. Bir LPS iç ve dış yıldırımdan korunma sistemlerinden meydana gelir (Şekil 2). Dış LPS’nin fonksiyonları şunlardır: - Binaya gelen yıldırım çakmasını yakalamak (hava sonlandırma sistemi ile), - Yıldırım akımını emniyetle toprağa iletmek (iniş iletkeni sistemi ile), - Yıldırım akımını toprağa yaymak (toprak sonlandırma sistemi ile). İç LPS’nin fonksiyonu eşpotansiyel kuşak veya LPS bileşenleri ile yapının içindeki diğer iletken bileşenler arasında ayırma mesafesi, s, (böylece elektriki izolasyon) kullanarak yapı içinde tehlikeli kıvılcımların oluşmasını önlemektir. Karşılık gelen LPL’yi esas alarak bir inşaat kuralları seti olarak dört sınıf LPS (I, II, III, IV) tarif edilmiştir. Her sette seviyeye bağımlı olan (yuvarlanan küre yarıçapı, ızgara karesi genişliği gibi) ve olmayan (kesit alanları, malzemeler gibi) inşaat kuralları vardır. Yapının dışındaki zeminin ve içindeki yer döşemesinin yüzey rezistivitesi yeterince yüksek olmayan yerlerde temas ve adım gerilimlerinden dolayı ölüm tehlikesi aşağıdaki tedbirlerle azaltılır: - Yapının dışında açıktaki iletken kısımların yalıtılması, zeminin ızgaralı topraklama sistemi ile

eşpotansiyel hale getirilmesi, ikaz işaretleri ve fiziki kısıtlamalar ile, - Yapının içinde yapıya giriş noktasında hizmet tesisatlarının eşpotansiyel kuşağa bağlantısı ile. LPS; IEC 62305-3‘e uygun olmalıdır. 8.3.2 İç sistemlerin arızasını azaltmak için korunma İç sistemlerin arızasını azaltmak için LEMP’e karşı korunma aşağıdakileri sınırlandırır: - Yapıya düşen yıldırım çakmalarının rezistif ve endüktif kuplajdan kaynaklanan aşırı gerilimleri, - Yapının yakınına düşen yıldırım çakmalarının endüktif kuplajdan kaynaklanan aşırı gerilimleri, - Hatlara veya hatların yakınına düşen yıldırım çakmalarından dolayı hatlar tarafından iletilen aşırı gerilimler, - İç sistemlerle doğrudan akuple olan manyetik alanlar. Not - İlgili EMU ürün standardlarında tarif edilen radyo frekans (RF) yayılan radyasyon ve bağışıklık

deneylerine uygun olmak kaydıyla, cihazlara doğrudan yayılan elektromanyetik alanlardan dolayı cihazların arızalanma ihtimali ihmal edilebilecek kadar düşüktür (IEC 62305-2 ve IEC 62305-4).

Korunması gereken sistem LPZ 1 veya daha üst bir bölge içinde olmalıdır. Bu, endüklenen manyetik alanı zayıflatan manyetik ekranlar ve/veya endüksiyon halkasını azaltan kablo güzergâhı seçimi ile sağlanabilir. LPZ sınırlarında sınırı geçen metal parçalar ve sistemler için kuşaklama sağlanmalıdır. Bu kuşaklamalar bağlantı iletkenleri veya gerektiğinde parafodurlar (SPD) ile sağlanabilir. Korunma tedbirleri IEC 62305-4’e uygun olmalıdır. 8.4 Hizmet tesisatlarının korunması Korunması gereken hizmet tesisatları; - Fiziki hasarın azaltılması için LPZ OB veya daha üst bölge içinde olmalıdır. Bu, havai hat yerine yer altı

güzergâhının seçilmesi veya, hat özelliklerine göre uygun olan durumlarda, yeterli şekilde konumlandırılmış ekran teli kullanılması suretiyle sağlanabilir. Borular için boru kalınlığının yeterli derecede arttırılması ve boruların metal devamlılığının sağlanması ile aynı husus temin edilebilir.

- Hizmet tesisatlarının arızalanmasına sebep olan aşırı gerilimlere karşı LPZ 1 veya daha üst bölge içinde olmalıdır. Bu, kabloların yeterli derecede manyetik ekranlanması suretiyle yıldırımın endüklediği aşırı gerilimlerin azaltılması, aşırı akımın yolunun değiştirilmesi ve yeterli SPD ile aşırı gerilimlerin sınırlandırılması yoluyla sağlanabilir.


20

Ek A (Bilgi için)

Yıldırım akımı parametreleri

A.1 Yere düşen yıldırım çakmaları İki temel tip çakma vardır: - Buluttan toprağa aşağıya doğru bir kılavuzun başlattığı çakma, - Topraklanmış bir yapıdan yukarıya doğru bir kılavuzun başlattığı çakma. Çoğu aşağıya doğru çakmalar düz arazide ve alçak yapılara olur, açıktaki ve/veya yüksek yapılarda yukarıya doğru çakmalar daha fazladır. Etkin yükseklik ile yapılara doğrudan yıldırım düşmesi ihtimali artar (IEC 62305-2 Ek A) ve fiziki şartlar değişir. Bir yıldırım akımı bir veya daha fazla darbeden meydana gelir: - Süresi 2 ms’den kısa olan kısa darbeler (Şekil A.1), - Süresi 2 ms’den uzun olan uzun darbeler (Şekil A.2).

İşaretler O1 Sanal orijin I Tepe akımı T1 Cephe süresi T2 Yarı değere olan zaman

Şekil A.1 – Kısa darbe parametrelerinin tarifi (tipik olarak T2 < 2 ms)


21

İşaretler Tlong Devam süresi Qlong Uzun darbe yükü

Şekil A.2 – Uzun darbe parametrelerinin tarifi (tipik olarak 2 ms < T2 < 1 s) Darbelerin ayırımı için diğer özellikler polarite (pozitif veya negatif) ve çakma esnasındaki pozisyonlarından (birinci, sonraki, bindirilmiş) gelir. Muhtemel bileşenler aşağıya çakmalar için Şekil A.3’te, yukarıya çakmalar için Şekil A.4’te gösterilmiştir.

Şekil A.3 – Aşağıya çakmanın muhtemel bileşenleri (tipik olarak düz arazide ve alçak yapılara)


22

Şekil A.4 – Yukarıya çakmanın muhtemel bileşenleri (tipik olarak açıktaki ve/veya yüksek yapılara)

Yukarıya çakmalardaki ilave bileşen birinci uzun darbedir. Bununla beraber yaklaşık on adede kadar bindirilmiş kısa darbeler olabilir veya olmayabilir. Fakat, yukarıya çakmaların bütün kısa darbe parametreleri aşağıya çakmalarınkinden daha azdır. Yukarıya çakmaların daha yüksek uzun darbe yükü henüz teyit edilmemiştir. Bundan dolayı, yukarıya çakmaların yıldırım akımı parametrelerinin aşağıya çakmalar için verilen azami değerlerin kapsamında olduğu değerlendirilir. Yıldırım akımı parametrelerinin ve bunların aşağıya veya yukarıya doğru çakmalara bağımlılığı daha hassas olarak değerlendirilmektedir. A.2 Yıldırım akımı parametreleri Bu standarddaki yıldırım akımı parametreleri Uluslararası Büyük Elektrik Sistemleri Konseyi’nin (CIGRE) Çizelge 1’de verilen sonuçlarına dayandırılmıştır. Bunların istatistik dağılımının logaritmik normal dağılıma sahip olduğu varsayılır. Bunlara karşılık gelen ortalama değer µ ve saçılma σlog değerleri Çizelge A.2’de verilmiştir. Bu esasa göre her parametrenin herhangi bir değerinin meydana gelme ihtimali tesbit edilebilir. Polarite oranı olarak % 10 pozitif, % 90 negatif varsayılmıştır. Polarite oranı arazinin bir fonksiyonudur. Eğer mahalli bilgi yoksa burada verilen oran kullanılmalıdır.


23

Çizelge A.1 – CIGRE’den alınan yıldırım akımı parametreleri çizelgesi (Electra No 41 veya 69*) [3] [4]

Değerler Parametre LPL I için sabit değer % 95 % 50 % 5

Darbe tipi Şekil A.5’teki çizgi

4(% 98) 20(% 80)

90 *Birinci negatif kısa 1A+1B

4,9 11,8 28,6 *Sonraki negatif kısa 2

I (kA)

50 200

4,6 35 250 Birinci pozitif kısa (tek) 3

1,3 7,5 40 Negatif çakma 4 Qflash (C)

300 20 80 350 Pozitif çakma 5

1,1 4,5 20 Birinci negatif kısa 6

0,22 0,95 4 Sonraki negatif kısa 7

Qshort (C)

100 2 16 150 Birinci pozitif kısa (tek) 8

6 55 550 Birinci negatif kısa 9

0,55 6 52 Sonraki negatif kısa 10

W/R (kJ/Ω)

10 000 25 650 15000 Birinci pozitif kısa 11

9,1 24,3 65 *Birinci negatif kısa 12


di/dtmax (kA/µs)

20 0,2 2,4 32 Birinci pozitif kısa 14

di/dt30/90 % (kA/µs)

200


Qlong (C)

200 Uzun

tlong (s)

0,5 Uzun

1,8 5,5 18 Birinci negatif kısa

0,22 1,1 4,5 Sonraki negatif kısa

Cephe süresi (µs)

3,5 22 200 Birinci pozitif kısa (tek)

30 75 200 Birinci negatif kısa

6,5 32 140 Sonraki negatif kısa

Darbe süresi (µs)

25 230 2000 Birinci pozitif kısa (tek)

Zaman aralığı (ms)

7 33 150 Çoklu negatif darbeler

0,15 13 1100 Negatif çakma (tamamı)

31 180 900 Negatif çakma (tek çakmasız)

Toplam çakma süresi (ms)

14 85 500 Pozitif çakma

Not – I = 4 kA ve I=20 kA değerleri sırasıyla % 98 ve % 80 ihtimallere karşılık gelir.


24

Çizelge A.2 – Yıldırım akımı parametrelerinin logaritmik normal dağılımı - CIGRE’den alınan % 95 ve % 5 değerlerinden hesaplanan ortalama µ ve saçılma σlog değerleri (Electra No 41 veya 69*) [3] [4] Parametre Ortalama

µ Saçılma σlog

Darbe tipi Şekil A.5’teki çizgi

(61,1) 0,576 *Birinci negatif kısa (% 80) 1A 33,3 0,263 *Sonraki negatif kısa (% 80) 1B 11,8 0,233 Sonraki negatif kısa 2

I (kA)

33,9 0,527 Birinci pozitif kısa (tek) 3 7,21 0,452 Negatif çakma 4 Qflash (C) 83,7 0,378 Pozitif çakma 5 4,69 0,383 Birinci negatif kısa 6

0,938 0,383 Sonraki negatif kısa 7

Qshort (C)

17,3 0,570 Birinci pozitif kısa (tek) 8 57,4 0,596 Birinci negatif kısa 9 5,35 0,600 Sonraki negatif kısa 10

W/R (kJ/Ω)

612 0,844 Birinci pozitif kısa 11 24,3 0,260 *Birinci negatif kısa 12 40,0 0,369 *Sonraki negatif kısa 13

di/dtmax (kA/µs)

2,53 0,670 Birinci pozitif kısa 14

di/dt30/90 % (kA/µs)

20,1 0,420 *Sonraki negatif kısa 15

Qlong (C)

200 Uzun

tlong (s)

0,5 Uzun

5,69 0,304 Birinci negatif kısa 0,995 0,398 Sonraki negatif kısa

Cephe süresi (µs)

26,5 0,534 Birinci pozitif kısa (tek) 77,5 0,250 Birinci negatif kısa 30,2 0,405 Sonraki negatif kısa

Darbe süresi (µs)

224 0,578 Birinci pozitif kısa (tek)

Zaman aralığı (ms)

32,4 0,405 Çoklu negatif darbeler

12,8 1,175 Negatif çakma (tamamı) 167 0,445 Negatif çakma (tek çakmasız)

Toplam çakma süresi (ms)

83,7 0,472 Pozitif çakma


25

Not – Eğrilerin numaralandırılması için Çizelge A.1 ve A.2’ye bakılmalıdır.

Şekil A.5 – Yıldırım akımı parametrelerinin kümülatif frekans dağılımı (% 95 ve % 5 değerinden geçen çizgiler)


26

Bu standardda LPL için sabit olarak verilen bütün değerler hem yukarıya hem aşağıya doğru çakmalar için geçerlidir. Not – Yıldırım parametrelerinin değeri genel olarak yüksek nesnelerden alınan ölçümlerden elde edilir.

Yüksek nesnelerin etkisini dikkate almayan tahmini yıldırım akımı istatistik dağılımı da yıldırım tesbit sistemlerinden elde edilebilir.

A.3 LPL I için azami yıldırım akımı parametrelerinin tesbit edilmesi Yıldırımın mekanik etkileri akımın tepe değeri (I) ve özgül enerji (W/R) ile ilişkilidir. Isıl etkiler ise rezistif kuplaj varsa özgül enerji (W/R) ile, tesisatta ark oluşursa yük (Q) ile ilişkilidir. Endüktif kuplajın meydana getirdiği aşırı gerilimler ve tehlikeli kıvılcımlar ise yıldırım akımı cephesinin ortalama dikliği (di/dt) ile ilişkilidir. Bu parametrelerin her biri (I, Q, W/R, di/dt) tek tek her bir arıza mekanizmasında baskın olabilir. Deney prosedürlerini belirlerken bu husus dikkate alınmalıdır. A.3.1 Birinci kısa darbe ve uzun darbe Mekanik ve ısıl etkilerle ilişkili I, Q ve W/R değerleri pozitif çakmalardan belirlenir (çünkü bunların % 10 değerleri negatif çakmaların karşılık gelen % 1 değerlerinden çok daha yüksektir). Şekil A.5’ten (çizgi 3, 5, 8, 11 ve 14) ihtimali % 10’un altında olan aşağıdaki değerler alınabilir: I = 200 kA Qflash = 300 C Qshort = 100 C W/R = 10 MJ/Ω di/dt = 20 kA/µs


27

Şekil A.1’e göre birinci kısa darbe için bu değerler cephe süresi için ilk yaklaştırma değerini verir: T1 = I / (di/dt) = 10 µs (T1 daha az önemlidir) Üstel olarak sönümlenen darbe için yaklaşık yük ve enerji değerleri için aşağıdaki denklem geçerlidir (T1 <<T2): Qshort = (1/0,7).I.T2 W/R = (1/2).(1/0,7).I2.T2 Bu denklemler yukarıdaki değerlerle birlikte yarı değere olan zaman için ilk yaklaşık değeri verir: T2 = 350 µs Uzun darbe için yük değeri aşağıdaki denklemden hesaplanabilir: Qlong = Qflash− Qshort = 200 C Devam süresi ise Şekil A.2’ye göre çakma süresinden aşağıdaki gibi tahmin edilebilir: Tlong = 0,5 s A.3.2 Sonraki kısa darbe Endüktif kuplajın sebep olduğu tehlikeli kıvılcımlanma ile ilişkili ortalama dikliğin (di/dt) azami değeri negatif çakmaların sonraki kısa darbelerinden belirlenebilir (çünkü bunların % 1 değerleri birinci negatif darbelerin % 1 değerlerinden ve pozitif çakmaların karşılık gelen % 10 değerlerinden çok daha yüksektir). Şekil A.5’ten (çizgi 2 ve 15) ihtimali % 1’in altında olan aşağıdaki değerler alınabilir: I = 50 kA di/dt = 200 kA/µs Şekil 1’e göre bu değerler sonraki kısa darbe için cephe süresinin ilk yaklaşık değerini verir: T1 = I / (di/dt) = 0,25 µs Bunun yarı değere olan zamanı ise sonraki negatif kısa darbelerin darbe süresinden hesaplanabilir: T2 = 100 µs (T2 daha az önemlidir) A.4 Asgari yıldırım akımı parametrelerinin tesbit edilmesi Bir LPS’in yakalama verimi asgari yıldırım akımı parametrelerine ve ilgili yuvarlanan küre yarıçapına bağlıdır. Doğrudan yıldırım çakmasına karşı korunan alanların geometrik sınırları yuvarlanan küre metodu ile tayin edilebilir. Elektro-geometrik modeli takip ederek, yuvarlanan küre yarıçapı r (nihai atlama mesafesi) ilk kısa darbe akımının tepe değeri ile korele edilir. Bir IEEE çalışma grubu raporunda [5] bu ilişki, şu şekilde verilmiştir: r = 10.I0,65

Burada: r yuvarlanan küre yarıçapı (m), I tepe akımıdır (kA). Yuvarlanan küre yarıçapının (r) verilen bir değeri için asgari tepe değerine (I) karşılık gelenden daha yüksek tepe değerine sahip bütün çakmaların tabii veya özel sonlandırmalar ile yakalanacağı varsayılabilir. Bundan dolayı, Çizelge A.5’ten (çizgi 1A ve 3) negatif ve pozitif ilk darbelerin tepe değerlerinin ihtimalleri yakalama ihtimali olarak varsayılmıştır. Polarite oranı % 10 pozitif ve % 90 negatif çakmalar olarak dikkate alınırsa toplam yakalama ihtimali hesaplanabilir (Çizelge 7).


28

Ek B (Bilgi için)

Analiz için yıldırım akımının zaman fonksiyonları

Birinci kısa darbe 10/350 µs ve sonraki kısa darbeler 0,25/100 µs için akım dalga şekilleri aşağıdaki gibi tarif edilebilir:

( )( ) )/exp(.

/1/. 2

1

101

10

ττ

τ ttt

kIi −

+=

Burada: I tepe akımı, k tepe akımı için düzeltme faktörü, t zaman τ 1 cephe süresi sabiti, τ 2 kuyruk süresi sabitidir. Farklı LPL’ler için birinci kısa darbe ve sonraki kısa darbelerin akım dalga şekilleri için Çizelge B.1’de verilen parametreler geçerlidir. Analitik eğriler Şekil B.1 ila Şekil B.4’te verilmiştir.

Birinci kısa darbe Sonraki kısa darbe LPL LPL

Parametreler

I II III-IV I II III-IV I(kA) 200 150 100 50 37,5 25 k 0,93 0,93 0,93 0,993 0,993 0,993 τ 1 (µs) 19 19 19 0,454 0,454 0,454 τ 2 (µs) 485 485 485 143 143 143


29

Şekil B.1 – Birinci kısa darbenin akım yükselişinin dalga şekli

Şekil B.2 – Birinci kısa darbenin akım kuyruğunun dalga şekli


30

Şekil B.3 – Sonraki kısa darbelerin akım yükselişinin dalga şekli

Şekil B.4 – Sonraki kısa darbelerin akım kuyruğunun dalga şekli


31

Uzun darbe; I ortalama akımı ve Tlong süresi ile Çizelge 5’e göre dikdörtgen bir dalga şekli ile tarif edilebilir. Analitik eğrilerden yıldırım akımının genlik yoğunluğu (Şekil B.5) çıkarılabilir.

1 Uzun darbe 400 A 0,5 µs 2 Birinci kısa darbe 200 kA 10/350 µs 3 Sonraki kısa darbe 50 kA 0,25/100 µs 4 Zarf eğrisi

Şekil B.5 – LPL I’e göre yıldırım akımı genlik yoğunluğu


32

Ek C (Bilgi için)

Deney amaçları için yıldırım akımının simüle edilmesi

C.1 Genel Bir nesneye yıldırım düşmesi halinde yıldırım akımı nesne içinde dağılır. Münferit korunma tedbiri bileşenleri deneyden geçirilirken bu husus her bileşen için uygun deney parametreleri seçilmek suretiyle dikkate alınmalıdır. Bu amaçla bir sistem analizi yapılmalıdır. C.2 Birinci kısa darbenin özgül enerjisinin ve uzun darbenin yükünün simüle edilmesi Parametreler Çizelge C.1 ve Çizelge C.2’de verilmiş, Şekil C.1’de bir örnek deney jeneratörü gösterilmiştir. Bu jeneratör birinci kısa darbenin özgül enerjisini uzun darbenin yükü ile birleşik olarak simüle etmek için kullanılabilir. Deneyler; mekanik bütünlük, olumsuz ısınma etkilerinden ve erime etkilerinden korunma durumunu değerlendirmek için yapılabilir. Birinci kısa darbenin simüle edilmesine ilişkin deney parametreleri (tepe akımı I, özgül enerji W/R, ve yük Qs) Çizelge C.1 ’de verilmiştir. Bu parametreler aynı darbe içinde elde edilmelidir. Bu; τ 2 değeri 350 µs civarında olan, üstel olarak sönümlenen iniş akımıyla sağlanır. Uzun darbenin simüle edilmesine ilişkin deney parametreleri (yük Ql ve devam süresi T) Çizelge C.2 ’de verilmiştir. Deney malzemesine ve beklenen hasar mekanizmalarına bağlı olarak birinci kısa darbe veya uzun darbe deneyleri tek tek veya birinci kısa darbeden hemen sonra uzun darbe ile birlikte yapılabilir. Ark eritme deneyleri her iki polarite kullanılarak yapılmalıdır.


33

Not – Değerler LPL I için geçerlidir.

Şekil C.1 - Birinci kısa darbenin özgül enerjisinin ve uzun darbenin yükünün simüle edilmesi için örnek deney jeneratörü

Çizelge C.1 - Birinci kısa darbe için deney parametreleri

LPL Deney parametreleri

I II III-IV Tolerans

% Tepe akımı, I (kA) 200 150 100 ±10 Yük, Qs (C) 100 75 50 ±20 Özgül enerji, W/R (MJ/Ω) 10 5,6 2,5 ±35

Çizelge C.2 - Uzun darbe için deney parametreleri

LPL Deney parametreleri

I II III-IV Tolerans

% Yük, Qlong (C) 200 150 100 ±20 Devam süresi (s) 0,5 0,5 0,5 ±10

C.3 Kısa darbelerin cephe akım dikliğinin simüle edilmesi Akımın dikliği, yıldırım akımını taşıyan iletkenlerin yakınına tesis edilen döngülerde manyetik olarak endüklenen gerilimleri belirler. Bir kısa darbenin akım dikliği yükselme zamanında (∆t) içindeki akımın yükselmesi (∆i) olarak tarif edilir (Şekil C.2). Bu akım dikliğini simüle etmekle ilgili deney parametreleri Şekil C.2 ve Şekil C.3’te gösterilmiştir (Bunlar doğrudan yıldırım çakması ile ilgili yıldırım akımı cephe dikliğini simüle etmek için kullanılabilir). Simülasyon birinci kısa darbe ve sonraki kısa darbe için yapılabilir. Not – Bu simülasyon kısa darbeler için cephe akım dikliğini kapsar. Akımın kuyruk tarafının bu simülasyon

üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Madde C.3’e göre yapılan simülasyon bağımsız olarak veya Madde C.2’ye göre yapılan simülasyonla birlikte uygulanabilir. LPS bileşenleri üzerinde yıldırım etkilerini simüle etmek için kullanılan deney parametreleri hakkında daha fazla bilgi için Ek D’ye bakılmalıdır.


34

Çizelge C.3 - Kısa darbeler için deney parametreleri

LPL Deney parametreleri I II III-IV

Tolerans %

Birinci kısa darbe ∆i (kA) 200 150 100 ±10 ∆t (µs) 10 10 10 ±20 Sonraki kısa darbe ∆i (kA) 50 37,5 25 ±10 ∆t (µs) 0,25 0,25 0,25 ±20

Şekil C.2 – Çizelge C.3’e göre akım dikliği tarifi


35

Not - Değerler LPL I için geçerlidir. Şekil C.3 – Büyük deney malzemeleri için birinci kısa darbenin cephe dikliğinin simüle edilmesi için örnek

deney jeneratörü

Not - Değerler LPL I için geçerlidir. Şekil C.4 – Büyük deney malzemeleri için sonraki kısa darbenin cephe dikliğinin simüle edilmesi için örnek

deney jeneratörü


36

Ek D (Bilgi için)

LPS bileşenleri üzerinde yıldırımın etkisini simüle etmek için deney

parametreleri D.1 Genel Bu ekte yıldırımın etkilerinin laboratuarda simüle edilmesi için kullanılan temel parametreler verilmiştir. Bu ek yıldırım akımının tamamına veya önemli bir bölümüne maruz kalan bütün LPS bileşenlerini kapsar ve her özel bileşenle ilgili şartları ve deneyleri belirleyen standardlarla birlikte kullanılmalıdır. Not – Sistem yönleriyle ilgili parametreler (parafodur gibi) bu ekin kapsamı dışındadır. D.2 Düşme noktasıyla ilgili akım parametreleri LPS’nin fiziki bütünlüğü içinde rol oynayan yıldırım akımı parametreleri genel olarak tepe akımı (I), yük (Q), özgül enerji (W/R), devam süresi (T) ve akımın ortalama dikliğidir (di/dt). Aşağıda detaylı olarak analiz edildiği gibi, her parametre farklı bir arıza mekanizmasında baskın olma eğilimindedir. Deneyler için dikkate alınacak akım parametreleri bu değerlerin kombinasyonudur ve LPS’nin deneyden geçirilen bölümünün fiili arıza mekanizmasını laboratuarda temsil edecek şekilde seçilir. Önemli miktarların seçim kriterleri Madde D.5’te verilmiştir. Çizelge D.1’de deneylerde dikkate alınması gereken I, Q, W/R, T ve di/dt için azami değerler gerekli korunma seviyesinin bir fonksiyonu olarak verilmiştir.


37

Çizelge D.1 – Farklı LPS bileşenleri ve farklı LPL için deney değerlerinin hesaplanmasında dikkate alınması gereken yıldırım tehdit parametrelerinin özeti

Bileşen Ana problem Yıldırım tehdit parametreleri Not

LPL Qlong C

T Hava sonlandırması

Bağlanma noktasında erozyon (ince metal levhalar gibi)

I II

III-IV

200150100

<1 s (Qlong tek

darbede uygulanır)

LPL W/R kJ/Ω

T Omik ısınma

I II

III-IV

1000056002500

W/R adiyabatik

olarak uygulanma-

lıdır

IEC 62305-3’e göre boyutlandırma deneyi gereksiz kılar

LPL I kA

W/R kJ/Ω

Hava sonlandırması ve iniş iletkeni

Mekanik etkiler

I II

III-IV

200150100

1000056002500

Bağlantı bileşenleri

LPL I kA

W/R kJ/Ω

T

Birleşik etkiler (ısıl, mekanik ve ark) I

II III-IV

200150100

1000056002500

<2 ms (I ve W/R

tek darbede

uygulanır)

LPL Qlong C

T Toprak sonlandırmaları

Bağlanma noktasında erozyon (ince metal levhalar gibi)

I II

III-IV

200150100

<1 s (Qlong tek

darbede uygulanır)

Boyutları genellikle

mekanik/ kimyasal özellikler

(korozyon gibi) belirler

LPL I kA

Qshort C

W/R kJ/Ω

di/dt kA/µs

Parafodur ihtiva eden SPD’ler

Birleşik etkiler (ısıl, mekanik ve ark) I

II III-IV

200150100

1007550

10000 5600 2500

200 150 100

I, Qshort ve W/R tek darbede uygulanır

(süre T<2ms); ∆i/∆t ayrı darbede

uygulanır

LPL I kA

Enerji etkisi (aşırı yük)

I II

III-IV

200150100

Her iki husus kontrol edilmelidir

LPL I kA

T

Metal oksit direnç bloku ihtiva eden SPD’ler

Dielektrik etkisi (parlama/çatlama)

I II

III-IV

200150100

<2 ms (I tek

darbede uygulanır)

Ayrı deneyler düşünülebilir


38

D.3 Akım paylaşımı Çizelge D.3’te verilen parametreler yıldırım akımının düşme noktasında geçerlidir. Gerçekte, bir dış LPS’de normal olarak birden fazla iniş iletkeni ve tabii iletkenler olduğu gibi, akım toprağa birden fazla yoldan akar. Buna ilave olarak korunan yapıya normal olarak birden fazla hizmet tesisatı girer (su ve gaz boruları, elektrik ve telekomünikasyon hatları gibi). Bir LPS’nin belirli bileşenlerinden akan fiili akım parametrelerini tesbit etmek için akım paylaşımı dikkate alınmalıdır. Tercihan, LPS’nin belirli bir yerindeki bileşen üzerindeki akım genliği ve dalga şekli değerlendirilmelidir. Münferit değerlendirme yapılması mümkün değilse, akım parametreleri aşağıdaki prosedürlerle değerlendirilebilir. Dış LPS içinde akım paylaşımının değerlendirilmesi için konfigürasyon faktörü kc (IEC 62305-3 Ek C) kullanılabilir. Bu faktör en kötü durumda dış LPS’nin iniş iletkenlerinden akan yıldırım akımı payının tahmini değerini verir. Dış iletken parçalar ile korunan yapıya bağlı elektrik ve telekomünikasyon hatlarının olması durumunda akım paylaşımını değerlendirmek için Ek E’de verilen ke ve k’e yaklaşık değerleri kullanılabilir. Yukarıda açıklanan yaklaşım toprağa belli bir yoldan akan akımın tepe değerinin değerlendirilmesi içindir. Akımın diğer parametreleri aşağıdaki gibi hesaplanır: Ip = kI (D.1) Qp = kQ (D.2) (W/R)p = k2 (W/R) (D.3)

(D.4) Burada; xp Toprağa giden belli bir yol için dikkate alınan miktarın değeri (tepe akımı Ip, yük Qp, özgül enerji

(W/R)p, akım dikliği (di/dt)p), x Toplam yıldırım akımı için dikkate alınan miktarın değeri (tepe akımı I, yük Q, özgül enerji (W/R),

akım dikliği (di/dt)), k Akım paylaşım faktörü: kc Dış LPS için akım paylaşım faktörü (IEC 62305-3 Ek C),

ke, k’e Dış iletken parçalar ile korunan yapıya bağlı elektrik ve telekomünikasyon hatlarının olması durumunda akım paylaşım faktörleridir (Ek E).

D.4 Yıldırım akımının hasar yapabilen etkileri D.4.1 Isıl etkiler Yıldırım akımıyla bağlantılı ısıl etkiler bir LPS’nin iletkeninin direnci üzerinden veya LPS’nin içine akan elektrik akımının dolaşmasından kaynaklanan rezistif ısınmayla ilgilidir. Isıl etkiler aynı zamanda bağlantı noktasındaki ve LPS’nin ark oluşmasıyla ilgili bütün tecrit edilmiş bölümlerindeki (parafodur gibi) ark köklerinde meydana gelen ısıyla ilişkilidir. D.4.1.1 Rezistif ısınma Rezistif ısınma yıldırım akımının önemli bir bölümünü taşıyan bütün LPS bileşenlerinde meydana gelir. İletkenlerin asgari yarıçapları etrafa yangın tehlikesi arz etmeyecek seviyede iletkenlerin aşırı ısınmasını önlemeye yetecek kadar olmalıdır. Madde D.4.1’de açıklanan ısıl yönlere rağmen, atmosferik şartlara ve/veya korozyona maruz olan parçalar için mekanik dayanıklılık ve sağlamlık kriterleri dikkate alınmalıdır. Yıldırım akımının akışından dolayı iletkenin ısınmasının değerlendirilmesi, bazen insanların yaralanması, yangın ve patlama hasarı riski dolayısıyla problemlerin çıkması durumunda gerekli olabilir. Yıldırım akımının akışından dolayı iletkenlerin sıcaklıklarının yükselmesinin değerlendirilmesi ile ilgili kılavuzluk bilgileri aşağıda verilmiştir.


39

Analitik yaklaşım aşağıda verildiği gibidir: Bir iletkende elektrik akımından dolayı yayılan ısı aşağıdaki gibi ifade edilir: P(t) = i2R (D.5) Buna göre, yıldırım darbesinin tamamının ürettiği ısıl enerji dikkate alınan LPS bileşeninin içinden geçen yıldırım akımı yolunun omik direnci ile darbenin özgül enerjisinin çarpımına eşittir. Bu enerji Jul (J) veya Watt/saniye (W.s) cinsinden ifade edilir.

(D.6)

Bir yıldırım boşalmasında yıldırım çakmasının yüksek özgül enerji safhaları yapıda üretilen ısının önemli ölçüde yayılması için süre olarak çok kısadır. Bundan dolayı bu olgu adiyabatik olarak ele alınmalıdır. LPS’nin iletkenlerinin sıcaklığı şu şekilde değerlendirilebilir:

(D.7)

Burada; θ-θ0 İletkenin sıcaklık artışı (K), α Direncin sıcaklık katsayısı (1/K), W/R Akım darbesinin özgül enerjisi (J/Ω), ρ0 Ortam sıcaklığında iletkenin özgül omik direnci (Ω.m), q İletkenin kesit alanı (m2), γ Malzeme yoğunluğu (kg/m3), Cw Isıl kapasite (J/kgK), θs Ergime sıcaklığıdır (°C). Denklem D.7’de verilen karakteristik değerler LPS’de kullanılan farklı malzemeler için Çizelge D.2’de gösterilmiştir. Bu denklemin uygulanmasının bir örneği olarak Çizelge D.3’te farklı malzemelerden yapılmış iletkenlerin sıcaklık artışı W/R ve iletken kesit alanının fonksiyonu olarak verilmiştir. Tipik yıldırım darbesi kısa süreli bir darbe (yarı değere olan zaman birkaç yüz mikro saniye) ve yüksek akım tepe değeri ile karakterize edilir. Bu şartlar altında yüzey etkisi de dikkate alınmalıdır. Ancak LPS bileşenleriyle ilgili pratik durumların çoğunda malzeme özellikleri (dinamik manyetik geçirgenlik) ve geometrik konfigürasyon (LPS iletkeninin kesit alanı) iletkendeki yüzey etkisinden kaynaklanan sıcaklık artışını ihmal edilebilecek dereceye düşürür. Yıldırım çakmasının bu ısınma mekanizmasıyla en fazla bağlantılı olan bileşeni ilk dönüş darbesidir.


40

Çizelge D.2 – LPS bileşenlerinde kullanılan tipik malzemelerin fiziki özellikleri

Malzeme Miktar

Alüminyum Yumuşak çelik Bakır Paslanmaz çelik*

ρ0 (Ω.m) 29 x 10–9 120 x 10–9 17,8 x 10–9 0,7 x 10–6

α (1/K) 4,0 x 10–3 6,5 x 10–3 3,92 x 10–3 0,8 x 10–3

γ (kg/m3) 2700 7700 8920 8 x 103

θs (°C) 658 1530 1080 1500

Cs (J/kg) 397 x 103 272 x 103 209 x 103 –

Cw (J/kgK) 908 469 385 500

* Ostenitik, manyetik olmayan.

Çizelge D.3 – W/R’nin fonksiyonu olarak farklı kesitlerdeki iletkenlerin sıcaklık artışı

Malzeme

Alüminyum Yumuşak çelik Bakır Paslanmaz çelik*

W/R MJ/ Ω

W/R MJ/ Ω

W/R MJ/ Ω

W/R MJ/ Ω

Kesit mm2

2,5 5,6 10 2,5 5,6 10 2,5 5,6 10 2,5 5,6 10

4 – – – – – – – – – – – –

10 564 – – – – – 169 542 – – – –

16 146 454 – 1120 -- – 56 143 309 -- – –

25 52 132 283 211 913 – 22 51 98 940 – –

50 12 28 52 37 96 211 5 12 22 190 460 940

100 3 7 12 9 20 37 1 3 5 45 100 190

* Ostenitik, manyetik olmayan.


41

D.4.1.2 Bağlanma noktası ısıl hasarı Bağlanma noktası ısıl hasarı ark oluşmasının meydana geldiği hava sonlandırma sistemleri, parafodurlar gibi bütün LPS bileşenleri üzerinde görülebilir. Bağlanma noktasında malzeme ergimesi ve erozyon meydana gelebilir. Gerçekten ark tabanı alanında ark tabanından gelen büyük bir ısıl giriş ile yüksek akım yoğunluklarından kaynaklanan omik ısınma yoğunlaşması vardır. Isıl enerjinin çoğu metalin yüzeyinde veya yüzeyin çok yakınında üretilir. taban alanında üretilen ısı metal tarafından iletimle abzorbe edilebilecek miktardan veya metalin ergimesi veya buharlaşması ile yayılabilecek olan miktardan çok daha fazladır. Prosesin ciddiyeti akımın genliği ve süresi ile otantılıdır. D.4.1.2.1 Genel Bir yıldırım kanalının bağlanma noktasındaki metal yüzeyler üzerindeki ısıl etkilerinin hesaplanması için çeşitli teorik modeller geliştirilmiştir. Basitlik bakımından bu standardda sadece anot-veya-katot gerilim düşmesi modeli açıklanacaktır. Bu modelin uygulanması özellikle ince metal cidarlar için etkilidir. Yıldırım bağlanma noktasında enjekte edilen enerjinin metali ergitmek veya buharlaştırmak için kullanıldığını varsaydığı, ısının metal içindeki yayılmasını ihmal ettiği için her durumda muhafazakar sonuçlar verir. Diğer modeller yıldırım bağlanma noktası hasarının akım darbesinin uzunluğuna bağımlılığı konusunu gündeme getirir. D.4.1.2.2 Anot-veya-katot gerilim düşmesi metodu Ark tabanındaki enerji girişinin (W) anot/katot gerilim düşmesi (ua,c) ile yıldırım akımının yükünün (Q) çarpımına eşit olduğu varsayılır:

Burada ele alınan akım aralığı içinde ua,c oldukça sabit olduğu için ark tabanındaki enerji dönüşümünden esas itibariyle yıldırım akımının yükü (Q) sorumludur. Anot-veya-katot gerilim düşmesi ua,c birkaç on volt civarında değere sahiptir. Basitleştirilmiş bir yaklaşım ark tabanında gelişen enerjinin tamamının metali ergitmek için kullanıldığını varsayar. Denklem D.9’da bu varsayım kullanılmış, fakat ergimiş hacim için fazla yüksek bir tahmine ulaşılmıştır.

Burada; V Ergiyen metalin hacmi (m3), ua,c Anot-veya-katot gerilim düşmesi (sabit olduğu varsayılır)(V), Q Yıldırım akımının yükü (C), γ Malzeme yoğunluğu (kg/m3), Cw Isıl kapasite (J/kgK), θs Ergime sıcaklığı (°C), θu Ortam sıcaklığı (°C), cs Ergime gizli sıcaklığıdır (J/kg). LPS’de kullanılan farklı malzemeler için bu denklemde verilen fiziki parametrelerin karakteristik değerleri Çizelge D.2’de gösterilmiştir. Temel olarak, dikkate alınması gereken yük dönüş darbesinin yükü ile yıldırımın devam eden akımının toplamıdır. Laboratuar tecrübeleri devam eden akımın etkilerine göre dönüş darbesinin etkilerinin önemsiz olduğunu göstermiştir. D.4.2 Mekanik etkiler Yıldırım akımının meydana getirdiği mekanik etkiler akımın genliğine, süresine ve etkilenen mekanik yapının elastik özelliklerine bağlıdır. Mekanik etkiler geçerli olan durumlarda birbirine temas eden LPS bileşenleri arasındaki sürtünme kuvvetine de bağlıdır.


42

D.4.2.1 Manyetik etkileşim İki akım taşıyan iletken arasında veya tek bir akım taşıyan iletken varsa bu iletken bir köşe veya döngü oluşturuyorsa, manyetik kuvvetler meydana gelir. Bir devreden akım geçtiğinde devresinin çeşitli konumlarında meydana gelen elektrodinamik kuvvetlerin genliği hem yıldırım akımının genliğine hem de devrenin geometrik konfigürasyonuna bağlıdır. Ancak bu kuvvetlerin mekanik etkileri sadece bunların genliğine değil, aynı zamanda akımın genel şekline, süresine ve tesisin geometrik konfigürasyonuna bağlıdır. D.4.2.1.1 Elektrodinamik kuvvetler Şekil D.1’de gösterildiği gibi (l) uzunluğunda uzun paralel bölümlere ve d mesafesine sahip bir iletkene (uzun ve küçük döngü) akan bir (i) akımının meydana getirdiği elektrodinamik kuvvetler aşağıdaki denklemle yaklaşık olarak bulunabilir:

Burada: F(t) Elektrodinamik kuvvet (N), i Akım (A), µ0 Uzayın (boşluğun) manyetik geçirgenliği (4π10-7 H/m), l İletkenlerin uzunluğu (m), d İletkenin düz paralel bölümleri arasındaki mesafedir (m).

Şekil D.1 – Elektrodinamik kuvvetin hesaplanması için iki iletkenin genel düzeni Bir LPS’de tipik bir örnek 90 derece açı oluşturacak şekilde simetrik köşe düzeninde yer alan iletkenler ile verilir. Şekil D.2’de görüldüğü üzere köşe yakınına bir kelepçe konulmuştur. Bu konfigürasyonunun gerilmelerinin diyagramı Şekil D.3’te verilmiştir. Yatay iletken üzerindeki eksenel kuvvet iletkeni kelepçenin dışına çekmeye çalışır. Yatay iletken üzerindeki kuvvetin sayısal değeri, 100 kA akım tepe değeri ve 0,5 m dikey iletken uzunluğu için Şekil D.4’te gösterilmiştir.


43

Şekil D.2 – Bir LPS’deki tipik iletken düzeni

Şekil D.3 – Şekil D.2’deki konfigürasyonunun gerilmelerinin diyagramı

Not - Akım tepe değeri 100 kA ve dikey iletken uzunluğu 0,5 m

Şekil D.4 – Şekil D.2’deki yatay iletken boyunca birim uzunluk için kuvvet diyagramı


44

D.4.2.1.2 Elektrodinamik kuvvetlerin etkileri Uygulanan kuvvetin genliği cinsinden elektrodinamik kuvvetin F(t) ani değeri anlık akımın karesiyle I(t)2

orantılıdır. LPS yapısının elastik deformasyonu δ(t) ve elastik sabitinin çarpımı olarak ifade edilen mekanik LPS yapısı içinde gerilmenin oluşması bakımından iki etkinin dikkate alınması gerekir. Tabii mekanik frekans (LPS yapısının elastik davranışı ile bağlantılı olarak) ve LPS yapısının kalıcı deformasyonu (plastik davranışı ile bağlantılı olarak ) en önemli parametrelerdir. Ayrıca, bir çok durumda yapı içindeki sürtünme kuvvetleri de büyük öneme sahiptir. Yıldırım akımının oluşturduğu elektrodinamik kuvvetin meydana getirdiği elastik LPS yapısının titreşimlerinin genliği ikinci dereceden diferansiyel denklemlerle değerlendirilebilir. Burada kilit faktör akım darbesinin süresi ile LPS yapısının osilasyonlarının tabii frekansı arasındaki orandır. LPS uygulamalarında karşılaşılan tipik durum tabii osilasyon periyotlarının uygulanan kuvvetin periyodundan (yıldırım akımının süresi) çok daha uzun olmasıdır. Bu durumda azami mekanik gerilme akım darbesinin durmasından sonra meydana gelir ve tepe değeri uygulanan kuvvetinkinden düşük olur. Çoğu durumda azami mekanik gerilme ihmal edilebilir. Çekme gerilmesi malzemenin elastik sınırını aştığında plastik deformasyon meydana gelir. Eğer LPS’yi meydana getiren malzeme yumuşak ise (alüminyum veya tavlanmış bakır gibi) elektrodinamik kuvvetler iletkenleri köşelerde ve döngülerde deforme edebilir. Bundan dolayı LPS bileşenleri bu kuvvetlere dayanacak ve esas olarak plastik davranış gösterecek şekilde tasarımlanmalıdır. LPS’ye uygulanan toplam mekanik gerilme uygulanan kuvvetin zaman entegraline ve dolayısıyla akım darbesinin özgül enerjisine bağlıdır. Ayrıca akım darbesinin dalga şekline ve süresine (yapının tabii osilasyon frekansı ile mukayeseli olarak) bağlıdır. Dolayısıyla, deney esnasında bütün bu etki eden parametreler dikkate alınmalıdır. D.4.2.2 Akustik şok dalgası hasarı Bir yıldırım akımı bir arktan aktığı zaman bir şok dalgası meydana gelir. Şokun ciddilik seviyesi akım tepe değerine ve akımın yükselme hızına bağlıdır. Genel olarak akustik şok dalgasından dolayı LPS’nin metal parçaları üzerinde meydana gelen hasar önemsizdir, fakat etraftaki malzemeler üzerinde hasar oluşturabilir. D.4.2.3 Birleşik etkiler Pratikte ısıl ve mekanik etkiler aynı anda meydana gelir. Eğer bileşenlerin malzemelerinin ısınması (çubuklar, kelepçeler gibi) malzemeleri yumuşatacak kadar yüksekse çok daha fazla hasar meydana gelebilir. Aşırı durumlarda iletken patlayarak eriyebilir ve etraftaki yapılara önemli ölçüde zarar verebilir. Eğer metalin kesiti toplam işlemi karşılayacak kadar büyükse sadece toplam mekanik bütünlüğün kontrol edilmesi yeterlidir. D.4.3 Kıvılcımlanma Genel olarak kıvılcımlanma sadece yanıcı ortamlar için önemlidir. Çoğu pratik durumda kıvılcımlanma LPS bileşenleri için önemli değildir. İki farklı cins kıvılcımlanma meydana gelebilir: ısıl ve gerilim kıvılcımlanmaları. Isıl kıvılcımlanma iki iletken malzeme arasındaki bir ekten çok yüksek bir akımın geçirilmeye çalışılması esnasında meydana gelir. Arayüz basıncı çok düşükse kıvılcım ekin içinde kenarların yakınında oluşur. Bunun sebebi esas olarak yüksek akım yoğunluğu ve yetersiz arayüz basıncıdır. Isıl kıvılcımlanmanın şiddeti özgül enerji ile bağlantılıdır ve bundan dolayı yıldırımın en kritik safhası ilk dönüş darbesidir. Gerilim kıvılcımı akımın eklerin içinde olduğu gibi sarmal yollardan geçmeye zorlanması halinde, böyle bir halka içinde endüklenen gerilim metal parçalar arasındaki delinme gerilimini aşması halinde oluşur. Endüklenen gerilim öz endüktans ile yıldırım akımının dikliğinin çarpımıyla orantılıdır. Bundan dolayı gerilim kıvılcımlanması için en kritik yıldırım bileşeni sonraki negatif darbedir. D.5 LPS bileşenleri, bunlarla ilgili problemler ve deney parametreleri Yıldırımdan korunma sistemleri çeşitli farklı bileşenlerden yapılmıştır ve bunların her biri sistem içinde belirli bir fonksiyona sahiptir. Bunların performansını kontrol etmek için laboratuar deneyleri hazırlanırken bileşenlerin özelliklerine ve bunların maruz kaldığı belirli gerilmelere özel dikkat sarf etmek gerekir.


45

D.5.1 Hava sonlandırması Hava sonlandırma sistemleri üzerindeki etkiler hem mekanik hem de ısıl etkilerden (Madde D.5.2’de açıklandığı üzere, fakat yıldırım düşen bir hava sonlandırma iletkeninden yıldırım akımının yüksek bir bölümünün geçeceği not edilerek) ve bazı durumlarda, özellikle ince metal çatı kaplamaları (delinme veya aşırı arka yüzey sıcaklık artışı meydana gelebilir) gibi tabii LPS bileşenlerinde, ark erozyon etkilerinden kaynaklanır. Ark erozyon etkileri için iki ana deney parametresi dikkate alınmalıdır: Uzun süreli akımın yükü ve süresi. Yük, ark tabanındaki enerjiyi belirler. Bu etki için uzun süreli darbeler çok ciddidir, kısa süreli darbeler ise ihmal edilebilir. Akım süresinin malzemeye ısı transferi işleminde önemli bir rolü vardır. Deneyler esnasında uygulanan akımın süresi uzun süreli darbelerin süresi (0,5 ila 1 s) ile mukayese edilebilir olmalıdır. D.5.2 İniş iletkenleri Yıldırımın iniş iletkenleri üzerindeki etkileri iki ana kategoriye ayrılabilir: - Rezistif ısınmadan kaynaklanan ısıl etkiler, - Yıldırım akımının birbirine yakın iletkenler arasında paylaşıldığı veya akımın yön değiştirdiği (kıvrımlar

veya birbirine göre belli bir açıyla konumlandırılmış iletkenler arasındaki bağlantılar) durumlarda manyetik etkileşimle bağlantılı mekanik etkiler.

Çoğu durumda iki etki birbirinden bağımsızdır ve her etkiyi görmek için ayrı deneyler yapılabilir. Bu yaklaşım, yıldırım akımının ürettiği ısının mekanik özellikleri ciddi şekilde değiştirmediği bütün durumlarda kullanılabilir. D.5.2.1 Rezistif ısınma Yıldırım akımının bir iletkenden geçişinden dolayı farklı kesitteki ve farklı malzemelerden yapılmış iletkenlerin ısınmasıyla ilgili hesaplamalar ve ölçümler çeşitli yazarlar tarafından yayınlanmıştır. Çizimler ve formüller bakımından önemli sonuçlar Madde D.4.1.1’de özetlenmiştir. Bundan dolayı, genel olarak bir iletkenin sıcaklık artışına göre davranışını kontrol etmek için laboratuar deneylerine ihtiyaç yoktur. Laboratuar deneyi gerektiren bütün durumlar için aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır. Bu durumda incelenecek ana deney parametreleri özgül enerji ve darbe akımı süresidir. Özgül enerji, yıldırım akımının geçmesiyle oluşan Joule ısınmasından kaynaklanan sıcaklık artışını belirler. Dikkate alınacak sayısal değerler ilk darbeye ait olanlardır. Pozitif darbeleri dikkate alarak ihtiyatlı veriler elde edilebilir. Darbe akımı süresi incelenen iletkenin etrafındaki ortam şartlarına göre ısı alış-verişi üzerinde belirleyici etkiye sahiptir. Çoğu durumda darbe akımının süresi o kadar kısadır ki ısınma prosesinin adiyabatik olduğu varsayılabilir. D.5.2.2 Mekanik etkiler Madde D.4.2.1’de açıklandığı gibi yıldırım akımını taşıyan iletkenler arasında mekanik etkileşimler meydana gelir. Buradaki kuvvet iletkenlerde akan akımların çarpımı (veya tek bir bükülmüş iletken varsa akımın karesi) ile orantılıdır ve iletkenler arasındaki mesafenin tersi ile bağlantılıdır. Görülebilir bir etkinin meydana geldiği normal durum bir iletkenin döngü meydana getirmesi veya bükülmesi durumudur. Böyle bir iletken yıldırım akımı taşıdığı zaman döngüyü genişletmeye ve köşeyi düzeltmeye, böylece dışarıya doğru genişletmeye çalışan bir mekanik kuvvete maruz kalır. Bu kuvvetin genliği akım genliğinin karesi ile orantılıdır. Ancak, akım genliğinin karesi ile orantılı olan ve karşılık gelen gerilmesi LPS’nin mekanik yapısının elastik özelliklerine bağlı olan elektrodinamik kuvvetle açık bir ayırım yapılması gereklidir. Tabii frekansları nispeten düşük olan LPS yapıları için LPS yapısı içinde oluşan gerilme elektrodinamik kuvvetten oldukça küçük olur. Bu durumda, kesit alanları bu standardın gereklerine uygun olduğu sürece dik açı ile bükülmüş bir iletkenin mekanik davranışını kontrol etmek için laboratuar deneyi yapmaya lüzum yoktur. Laboratuar deneyi gerektiren bütün durumlar (özellikle yumuşak malzemeler) için aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır. İlk dönüş darbesinin üç parametresi incelenmelidir: Devam süresi, darbe akımının özgül enerjisi ve sert sistemler için akımın genliği.


46

Darbe akımının devam süresi, LPS yapısının tabii mekanik osilasyon süresi ile mukayeseli olarak sistemin yer değiştirme şeklindeki mekanik tepkisini belirler: - Eğer darbe akımının devam süresi; LPS yapısının tabii mekanik osilasyon süresinden çok kısa ise

(yıldırım darbeleri ile gerilmeye maruz kalan LPS yapıları için normal durum) sistemin kütlesi ve elastikiyeti önemli ölçüde yer değiştirmesine mani olur ve bununla ilgili mekanik gerilme esas itibariyle akım darbesinin özgül enerjisi ile bağlantılıdır. Darbe akımının tepe değerinin etkisi sınırlıdır.

- Eğer darbe akımının devam süresi; LPS yapısının tabii mekanik osilasyon süresine yakın veya ondan uzun ise sistemin yer değiştirmesi uygulanan gerilmenin dalga şekline karşı daha hassastır. Bu durumda deney esnasında akım darbesinin tepe değeri ve özgül enerjisi üretilmelidir.

Darbe akımının özgül enerjisi LPS yapısında elastik ve plastik deformasyon meydana getiren gerilmeyi kontrol eder. Dikkate alınması gereken sayısal değerler ilk darbeyle ilgili olanlardır. Darbe akımının azami değerleri , sert sistemler için yüksek tabii osilasyon frekanslarına sahip LPS yapısının azami yer değiştirmesinin uzunluğunu belirler. Dikkate alınması gereken sayısal değerler ilk darbeyle ilgili olanlardır. D.5.3 Bağlantı bileşenleri Bir LPS’nin bitişik bağlantı bileşenleri arasındaki bağlantı bileşenleri çok yüksek gerilmelerin meydana geldiği muhtemel mekanik ve ısıl zayıflık noktalarıdır. Konnektörün yerleştirilmesi iletken bir dik açı yapacak şekilde ise gerilmenin ana etkileri iletken setini düzeltmeye çalışan mekanik kuvvetler ve bağlantı sağlayan bileşen ile bağlantıyı ayırmaya çalışan iletkenler arasındaki sürtünme kuvvetleriyle bağlantılıdır. Farklı parçaların temas noktalarında ark oluşması mümkündür. Ayrıca, küçük temas alanlarında akımın yoğunlaşmasından kaynaklanan ısınma etkisi de önemlidir. Laboratuar deneyleri bir etkiyi diğerinden ayırmanın zor olduğunu göstermiştir, zira karmaşık bir ortak etki vardır. Mekanik dayanıklılık temas noktasının mahalli ergimesinden etkilenir. Bağlantı bileşenlerinin parçaları arasındaki birbirine göre hareketler ark oluşmasına ve buna bağlı şiddetli ısı üretilmesine yol açar. Geçerli bir model olmadığına göre, laboratuar deneyleri yıldırım akımının parametrelerini en kritik durumda mümkün olduğu kadar yaklaşık olarak temsil edecek şekilde yapılmalıdır: Yani; yıldırım akımının yaklaşık parametreleri tek bir elektrik deneyi yoluyla uygulanmalıdır. Bu durumda üç parametre ele alınmalıdır: Darbe akımının tepe değeri, özgül enerjisi ve süresi. Darbe akımının azami değerleri azami kuvveti belirler ve eğer elektrodinamik çekme kuvvetleri sürtünme kuvvetlerinden büyük olursa, LPS yapısının azami yer değiştirmesinin uzunluğunu belirler. Dikkate alınacak sayısal değerler ilk darbeye ait olanlardır. Pozitif darbeleri dikkate alarak ihtiyatlı veriler elde edilebilir. Akım darbesinin özgül enerjisi akımın küçük alanlarda yoğunlaştığı temas yüzeylerindeki ısınmayı tayin eder. Dikkate alınacak sayısal değerler ilk darbeye ait olanlardır. Pozitif darbeleri dikkate alarak ihtiyatlı veriler elde edilebilir. Darbe akımının devam süresi sürtünme kuvvetleri aşıldıktan sonra yapının yer değiştirmesini belirler ve malzemedeki ısı transferi konusunda önemli bir rol oynar. D.5.4 Toprak sonlandırması Toprak sonlandırma elektrodlarıyla ilgili gerçek problemler kimyasal korozyon ve elektrodinamik kuvvetlerin haricindeki kuvvetlerin sebep olduğu mekanik hasarlardır. Pratik durumlarda toprak elektrodunun ark tabanında erozyona uğramasının önemi azdır. Ancak, hava sonlandırmalarının aksine, bir LPS’de birden fazla toprak sonlandırması olduğu dikkate alınmalıdır. Yıldırım akımı birden fazla topraklama elektrodu arasında paylaşılacak ve dolayısıyla ark tabanında daha az önemli etkilere sebep olacaktır. Bu durumda iki ana deney parametresi ele alınmalıdır: Uzun darbe akımının yükü ve süresi. Yük, ark tabanındaki enerji girişini belirler. Özellikle, ilk darbenin katkısı ihmal edilebilir, çünkü bu bileşen için uzun süreli darbelerin en şiddetli etkiye sahip olduğu görülmektedir. Darbe akımının devam süresi malzemedeki ısı transferi konusunda önemli bir rol oynar. Deney esnasında uygulanan akım darbesinin süresi uzun süreli darbelerinkine (0,5 ila 1 s) yakın olmalıdır.


47

D.6 Şok dalgası koruyucu cihazı (SPD) SPD üzerinde yıldırımın sebep olduğu gerilmenin etkileri incelenen SPD’ye, özellikle içinde parafodur olup olmamasına bağlıdır. D.6.1 Atlama aralıklı SPD’ler Yıldırımın atlama aralıkları üzerinde sebep olduğu etkiler iki ana kategoriye ayrılabilir: - Malzemenin ısınması, ergimesi ve buharlaşması ile atlama aralığı elektrodlarının erozyona uğraması, - Boşalma şok dalgasının yol açtığı mekanik gerilme. Bu etkileri ayrı ayrı değerlendirmek çok zordur, çünkü her ikisi de ana yıldırım akımı parametrelerine karmaşık ilişkilerle bağlıdır. Atlama aralıkları için laboratuar deneyleri yıldırım akımının parametrelerini en kritik durumda mümkün olduğu kadar yaklaşık olarak temsil edecek şekilde yapılmalıdır: Yani; yıldırım akımının yaklaşık parametreleri tek bir elektrik deneyi yoluyla uygulanmalıdır. Bu durumda beş parametre ele alınmalıdır: Darbe akımının tepe değeri, yükü, süresi, özgül enerjisi ve yükselme hızı. Akım tepe değeri şok dalgasının şiddetini belirler. Dikkate alınacak sayısal değerler ilk darbeye ait olanlardır. Pozitif darbeleri dikkate alarak ihtiyatlı veriler elde edilebilir. Yük, arktaki enerji girişini tayin eder. Arktaki enerji bağlanma noktasındaki elektrod malzemesinin bir kısmını ısıtır, ergitir ve belki de buharlaştırır. Dikkate alınacak sayısal değerler yıldırım çakmasının tamamına ait olanlardır. Ancak, bir çok durumda güç kaynağı sisteminin konfigürasyonuna bağlı olarak (TN, TT veya IT) uzun süreli akımın yükü ihmal edilemeyebilir. Darbe akımının devam süresi elektrod kütlesine ısı transferini ve bundan kaynaklanan ergime cephesinin ilerlemesini belirler. Akım darbesinin özgül enerjisi arkın kendinden manyetik sıkışma durumunu ve elektrod yüzeyi ile ark arasındaki arayüzde oluşan elektrod plazma jetlerinin (önemli miktarda ergimiş metal püskürtebilir) fiziki durumunu kontrol eder. Dikkate alınacak sayısal değerler ilk darbeye ait olanlardır. Pozitif darbeleri dikkate alarak ihtiyatlı veriler elde edilebilir. Not – Güç kaynağı sistemlerinde kullanılan atlama aralıkları için muhtemel güç frekansının akım genliğini

takip etmesi önemli bir gerilme faktörü oluşturur ve bu husus dikkate alınmalıdır. D.6.2 Metal oksit varistörlü SPD’ler Yıldırımdan dolayı metal oksit varistörler üzerinde meydana gelen gerilmeler iki ana kategoriye ayrılabilir: Aşırı yük ve parlama. Her kategori farklı bir olgu ile meydana gelen ve farklı parametreler tarafından belirlenen arıza modları ile karakterize edilir. Metal oksit SPD’lerin arızalanması en zayıf özellikleri ile bağlantılıdır ve bundan dolayı farklı ciddi gerilmeler arasında sinerji oluşması pek muhtemel değildir. Bundan dolayı her arıza modu şartındaki davranışı ayrı deneylerle kontrol etmek kabul edilebilir bulunmuştur. Aşırı yükler cihazın kabiliyetini aşan miktarda enerjinin abzorbe edilmesinden kaynaklanır. Burada ele alınan aşırı enerji yıldırım gerilmesinin kendisiyle ilgilidir. Ancak, güç kaynağı sistemlerine monte edilen SPD’ler için yıldırım akımının akmasının durmasından hemen sonra güç sistemi tarafından cihaza enjekte edilen takip akımı SPD’nin ciddi şekilde arızalanmasında önemli bir rol oynayabilir. Son olarak, bir SPD dirençlerin volt-amper karakteristiklerinin negatif sıcaklık katsayısıyla ilgili olarak uygulanan gerilim altında ısıl kararsızlıktan dolayı ciddi hasara uğrayabilir. Metal oksit varistörlerin aşırı yük simülasyonu için bir ana parametre dikkate alınmalıdır: O da yüktür. Yük, metal oksit direnç bloklarına enerji girişini kontrol eder. Bunun için metal oksit direnç bloklarının artık gerilimlerinin sabit olduğu varsayılır. Dikkate alınacak sayısal değerler yıldırım çakmasına ait olanlardır. Parlama ve çatlama dirençlerin kabiliyetini aşan akım darbesi genlikleri tarafından oluşturulur. Arıza modu genellikle boğaz üzerinde meydana gelen bir harici parlama ile görülür. Bazen bu parlama direnç blokuna nüfuz ederek boğaza dik bir çatlak veya delik açabilir. Bu arıza esas itibariyle direnç blokunun boğazının dielektirk delinmesiyle bağlantılıdır.


48

Bu yıldırım olgusunun simülasyonu için iki ana parametrenin dikkate alınması gerekir: Bunlar darbe akımının azami değeri ve süresidir. Darbe akımının azami değeri karşılık gelen artık gerilim seviyesi yoluyla direnç boğazındaki azami dielektirk dayanıklılığının aşılıp aşılmadığını kontrol eder. Dikkate alınacak sayısal değerler ilk darbeye ait olanlardır. Pozitif darbeleri dikkate alarak ihtiyatlı veriler elde edilebilir. Darbe akımının süresi direnç boğazı üzerindeki dielektirk gerilmesinin uygulanma süresini belirler. D.7 LPS bileşenlerinin deneylerinde kullanılacak deney parametrelerinin özeti Çizelge D.1’de her LPS bileşeninin çalışması esnasındaki en kritik özellikleri gösterilmiş ve laboratuar deneylerinde üretilmesi gereken yıldırım akımı parametreleri verilmiştir. Çizelge D.1’de verilen sayısal değerler düşme anında önemli olan yıldırım parametreleri ile ilgilidir. Deney değerleri, Madde D.3’te açıklandığı üzere, akım paylaşma faktörü ile ifade edilebilecek akım paylaşımı dikkate alınarak hesaplanmalıdır. Dolayısıyla, deneylerde kullanılacak parametrelerin sayısal değerleri Çizelge D.1’de verilen veriler esas alınarak ve akım paylaşma ile ilgili azaltma faktörleri uygulanarak Madde D.3’te açıklanan formüller ile gösterildiği gibi hesaplanabilir.


49

Ek E (Bilgi için)

Farklı tesis noktalarına düşen yıldırımdan kaynaklanan şok dalgaları

Özet İletkenlerin, SPD’lerin ve cihazların büyüklüklerinin belirlenmesi için bu bileşenlerin tesis edildiği noktalara göre şok dalgalarından dolayı maruz kaldıkları tehdidin belirlenmesi gerekir. Şok dalgaları kısmen yıldırım akımlarından ve tesis döngülerine gelen endüksiyon etkilerinden oluşabilir. Bu şok dalgalarından kaynaklanan tehditler kullanılan bileşenlerin (gerekirse yeterli deneyler ile belirlenen) dayanma seviyelerinden küçük olmalıdır. E.1 Yapıya düşen yıldırımlardan kaynaklanan şok dalgaları (hasar kaynağı S1) E.1.1 Yapıya bağlı dış iletken parçalar ve hatlar üzerinden akan şok dalgaları Toprağa iletildiğinde yıldırım akımı toprak sonlandırma sistemi, dış iletken parçalar ve hatlar arasında doğrudan veya bunlara bağlı SPD’ler üzerinden bölünür. Eğer; It = ke I (E.1) yıldırım akımının her bir dış iletken parça veya hatla ilgili kısmı ise, ke aşağıdakilere bağlıdır: - Paralel yol sayısı, - Yer altı yolları için klasik topraklama empedansı veya havai bölümler için bunların yer altı bölümlerine

bağlandığı yerlerdeki toprak direnci, - Toprak sonlandırma sisteminin klasik topraklama empedansı.

Yer altı tesisi için

++

=

2

1211 ZZnnZZ

Zke (E.2)

Havai tesis için

++

=

1

2122 ZZnnZZ

Zke (E.3)

Burada; Z Toprak sonlandırma sisteminin klasik topraklama empedansı, Z1 Dış parçaların veya hatların yer altından giden bölümünün klasik topraklama empedansı (Çizelge

E.1), Z2 Havai hattı toprağa bağlayan topraklama düzeninin toprak direnci. Eğer topraklama noktasının

toprak direnci bilinmiyorsa Çizelge E.1’de gösterilen Z1 değeri kullanılabilir (rezistitvitenin topraklama noktasıyla ilgili olduğu yerlerde).

Not 1 - Yukarıdaki formülde bu değerin bütün topraklama noktaları için aynı olduğu varsayılmıştır. Eğer

durum böyle değilse daha karmaşık denklemlerin kullanılması gerekir. n1 Yer altından giden dış parçaların veya hatların toplam sayısı, n2 Havadan giden dış parçaların veya hatların toplam sayısı, I İncelenen LPS ile ilgili yıldırım akımı. İlk yaklaştırma olarak, yıldırım akımının yarısının toprak sonlandırma sisteminden aktığı ve Z2 = Z1 olduğu varsayılırsa, bir dış iletken parça veya hat için ke’nin değeri aşağıdaki denklemle bulunur: ke = 0,5/(n1 + n2) (E.4)


50

Eğer giren hatlar (elektrik veya telekomünikasyon hatları gibi) ekranlanmış değilse veya metal kondüviler içine alınmamışsa n’ adet iletkenin her biri yıldırım akımının eşit bir parçasını taşır: k’e = ke / n’ (E.5) Burada n’ toplam iletken sayısıdır. Girişte bağlantıları yapılmış ekranlı hatlarda n’ adet iletkenin her biri için k’e değeri aşağıdaki denklemle bulunur: k’e = ke . Rs /(n’ . Rs + Rc) (E.6) Burada; Rs Ekranın birim uzunluk başına omik direnci, Rc İç iletkenin birim uzunluk başına omik direncidir. Not 2 – Bu denklemde damar ile ekran arasındaki ortak endüktanstan dolayı ekranın yıldırım akımını

saptırma rolü küçümsenmiş olabilir. Çizelge E.1 – Zeminin rezistivitesine göre klasik topraklama empedansı Z1 ve Z2

ρ Ωm

Z1 Ω

LPS sınıfına göre klasik topraklama empedansı Z Ω

I II III - IV ≤100 200 500

1000 2000 3000

8 11 16 22 28 35

4 6 10 10 10 10

4 6 10 15 15 15

4 6 10 20 40 60

Not - Bu çizelgede verilen değerler gömülü bir iletkenin darbe şartları altındaki (10/350 µs) klasik

topraklama empedansını verir.

E.1.2 Elektrik hatlarında yıldırım akımının paylaşılmasını etkileyen faktörler Detaylı hesaplama için bu şok dalgalarının genliğini ve dalga şeklini çeşitli faktörler etkileyebilir: - Kablo uzunluğu L/R oranından dolayı akım paylaşımı ve dalga şekli özelliklerini etkileyebilir. - Nötr ve faz iletkenlerinin farklı empedansları hat iletkenleri arasında akım paylaşımını etkileyebilir. Not - Örneğin; eğer nötr (N) birden fazla toprağa sahipse L1, L2 ve L3 ‘e göre N’nin düşük empedansı akımın

% 50’sinin N üzerinden akmasına, geriye kalan % 50’sinin diğer üç hat arasında paylaşılmasına (her birinden % 17) sebep olabilir. Eğer N, L1, L2 ve L3 aynı empedansa sahipse her birinden yaklaşık olarak akımın % 25’i geçer.

- Farklı transformatör empedansları akım paylaşımını etkileyebilir (eğer transformatörler empedanslarını

baypas eden SPD’ler ile korunuyorsa bu etki ihmal edilebilir), - Transformatörlerin ve yük tarafındaki nesnelerin klasik topraklama dirençleri arasındaki ilişki akım

paylaşımını etkileyebilir (Transformatörün empedansı ne kadar küçük olursa alçak gerilim sistemine akan şok dalgası akımı o kadar büyük olur),

- Paralel tüketiciler alçak gerilim sisteminin etkili empedansının azalmasına sebep olabilir, bu da sisteme giren yıldırım akımı miktarını yükseltir.


51

E.2 Yapıya bağlı hizmet tesisatlarına düşen yıldırımlardan kaynaklanan şok dalgaları

E.2.1 Hizmet tesisatlarına düşen yıldırımdan kaynaklanan şok dalgaları (hasar kaynağı S1) Doğrudan bağlı hizmet tesisatlarına düşen yıldırımlar için hem yıldırım akımının her iki yönde bölünmesi hem de yalıtımın delinmesi dikkate alınmalıdır. Iimp değerinin seçimi Çizelge E.2’de verilen değerlere göre yapılabilir. Burada yıldırımdan korunma seviyeleri (LPL) ile tercih edilen Iimp değerleri birlikte verilmiştir: Çizelge E.2 – Yıldırımdan dolayı beklenen şok dalgası aşırı akımları

Alçak gerilim sistemleri Telekomünikasyon hatları

Hizmet tesisatına

düşme

Hizmet tesisatı yakınına düşme

Yapıya veya yapı yakınına

düşme

Hizmet tesisatına

düşme

Hizmet tesisatı yakınına düşme

Yapıya veya yapı yakınına

düşme

LPL

Hasar kaynağı S3

(doğrudan düşme)

Dalga şekli: 10/350 µs

(kA)

Hasar kaynağı S4

(endirekt düşme)

Dalga şekli:

8/20 µs (kA)

Hasar kaynağı S1 veya S2 (Sadece S1

için endüklenen

akım)


(kA)

Hasar kaynağı S3

(doğrudan düşme)


(kA)

Hasar kaynağı S4

(endirekt düşme)

Ölçülen: 5/300 µs

(Tahmin edilen: 8/20 µs)

(kA)

Hasar kaynağı S2

(endüklenen akım)

Dalga şekli:

8/20 µs (kA)

III - IV 5 2,5 0,1 1 0,01(0,05) 0,05 I - II 10 5 0,2 2 0,02(0,1) 0,1

Ekranlı hatlar için Çizelge E.2’de verilen aşırı akım değerleri 0,5 oranında azaltılabilir. Not - Ekranın direncinin bütün paralel hizmet tesisatı iletkenlerinin direncine yaklaşık olarak eşit olduğu

varsayılmıştır. E.2.2 Hizmet tesisatlarının yakınına düşen yıldırımdan kaynaklanan şok dalgaları (hasar

kaynağı S4) Hizmet tesisatlarının yakınına düşen yıldırımların enerjileri doğrudan hizmet tesisatlarına düşen yıldırımlara göre (hasar kaynağı S3) çok daha azdır. Belirli yıldırımdan korunma seviyeleri (LPL) için beklenen aşırı akımlar Çizelge E.2’de verilmiştir. Ekranlı hatlar için Çizelge E.2’de verilen aşırı akım değerleri 0,5 oranında azaltılabilir. E.3 Endüksiyon etkilerinden kaynaklanan şok dalgaları (hasar kaynağı S1 veya

S2) Yakına düşen yıldırım çakmalarının (hasar kaynağı S2) veya dış LPS’den geçen yıldırım akımlarının veya LPZ 1’in uzaysal ekranından geçen yıldırım akımlarının (hasar kaynağı S1) manyetik alanlardan gelen endüksiyon etkilerinden kaynaklanan şok dalgaları tipik olarak 8/20 µs akım dalga şekline sahiptir. Bu şok dalgaları LPZ 1 içindeki cihazların terminallerinde veya bunların yakınında veya LPZ 1 / 2 sınırında olduğu düşünülür. E.3.1 Ekransız bir LPZ 1 içindeki şok dalgaları Ekransız bir LPZ 1 içinde (örneğin sadece IEC 62305-3’e göre ızgara genişliği 5 m’den büyük bir dış LPS ile korunan) zayıflatılmamış manyetik alandan kaynaklanan endüksiyon etkilerinden dolayı oldukça yüksek şok dalgaları beklenmelidir. Belirli yıldırımdan korunma seviyeleri (LPS) ile bağlantılı olarak beklenen aşırı akımlar Çizelge E.2’de verilmiştir.


52

E.3.2 Ekranlı LPZ’ler içindeki şok dalgaları Etkili uzaysal ekranlamaya sahip LPZ’ler içinde (IEC 62305-4 Ek A’ya göre ızgara genişliği 5 m’den küçük olmalıdır) manyetik alanlardan kaynaklanan endüksiyon etkilerinden dolayı olan şok dalgaları önemli ölçüde zayıflar. Böyle durumlarda şok dalgaları Madde E.3.1’de verilenlerden çok daha düşüktür. LPZ 1 içinde uzaysal ekranlamanın zayıflatmasından dolayı endüksiyon etkileri daha düşüktür. LPZ 2 içinde hem LPZ 1 hem de LPZ 2’nin kaskad uzaysal ekranlama etkilerinden dolayı şok dalgaları daha da düşüktür. E.4 SPD’lerle ilgili genel bilgiler SPD’lerin kullanımı elektrik hatları için IEC 61643-1 [6] ve telekomünikasyon hatları için IEC 61643-21’de sınıflandırılan dayanma kabiliyetine bağlıdır. SPD’ler montaj yerlerine göre aşağıdaki gibi kullanılmalıdır:

a) Hattın yapıya girişinde (LPZ 1 sınırında, örneğin ana dağıtım kartı MB): • Iimp ile deneyden geçirilmiş SPD (tipik dalga şekli 10/350, örneğin Sınıf I’e göre deneyden

geçirilmiş SPD), • In ile deneyden geçirilmiş SPD (tipik dalga şekli 8/20 µs, örneğin Sınıf II’ye göre deneyden

geçirilmiş SPD),

b) Korunan cihazın yakınında (LPZ 2 veya daha yükseğinin sınırında, örneğin tali dağıtım kartı SB, veya priz çıkışı SA): • In ile deneyden geçirilmiş SPD (tipik dalga şekli 8/20, örneğin Sınıf II’ye göre deneyden

geçirilmiş SPD), • Birleşik dalga ile deneyden geçirilmiş SPD (tipik dalga şekli 8/20, örneğin Sınıf III’e göre

deneyden geçirilmiş SPD).


53

Kaynaklar [1] IEC 60664-1:1992, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Part 1:

Principles, requirements and tests

[2] IEC 61000-4-5:1995, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-5: Testing and measurement techniques – Surge immunity test

[3] Berger K., Anderson R.B., Kröninger H., Parameters of lightning flashes. CIGRE Electra No 41 (1975), p. 23 – 37

[4] Anderson R.B., Eriksson A.J., Lightning parameters for engineering application. CIGRE Electra No 69(1980), p. 65 - 102

[5] IEEE working group report, Estimating lightning performance of transmission lines II, 1992

[6] IEC 61643-1:2005, Low-voltage surge protective devices - Part 1: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Requirements and tests

[7] IEC 61643-12:2002: Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low voltage power distribution systems - Selection and application principles

Documents

TÜRK STANDARDI - Shunt Technologies · hasarlarını ve arızalarını azaltmaya yönelik olup IEC 62305-5’te verilmiştir. 1 Kapsam Bu standard,