Çevrim Empedansı Ölçümü Nedir? Zs Neden Ölçülür?

Çevrim empedansı (Zs), bir faz iletkeni ile koruma iletkeni arasında kısa devre olduğunda hata akımının izlediği kapalı yolun toplam empedansıdır. Ölçülmesinin nedeni basittir: hata akımı bu empedansa bölünerek belirlenir ve sigorta ya da şalterin devreyi öngörülen sürede açıp açmayacağı doğrudan bu akıma bağlıdır. Zs yüksekse akım küçük kalır, sigorta geç açar ya da hiç açmaz; o sırada makinenin gövdesinde tehlikeli gerilim durur. TN sistemdeki işyerlerinde Zs ölçümü, topraklama kontrolünün en belirleyici parçasıdır.

Hata çevrimi nedir?

Bir makinenin faz iletkeni yalıtım hasarı nedeniyle metal gövdeye değdiğinde akım şu yolu izler: trafo sargısından faz iletkeniyle makineye gelir, gövdeden koruma iletkenine (PE) geçer, panolar üzerinden ana topraklama barasına ulaşır ve TN sistemde PEN ya da nötr iletkeni üzerinden trafonun yıldız noktasına geri döner. Bu kapalı yola hata çevrimi (earth fault loop) denir.

Çevrimin empedansı üç bileşenden oluşur:

• Ze: tesis girişine kadar olan dış empedans (trafo sargısı ve şebeke iletkenleri).
• R1: pano çıkışından hata noktasına kadar faz iletkeninin direnci.
• R2: hata noktasından pano girişine kadar koruma iletkeninin direnci.

Yani Zs = Ze + (R1 + R2). Ze tesisin elinde değildir; R1 ve R2 ise kablo kesiti, uzunluğu ve bağlantı kalitesiyle belirlenir. Ölçüm bu toplamı tek seferde okur.

Neden açma süresine bağlıdır?

HD 60364-4-41, dolaylı temasa karşı korumada beslemenin otomatik kesilmesini esas alır ve her devre için en uzun açma süresini belirler. TN sistemde 230 V faz-toprak gerilimli nihai devrelerde bu süre 0,4 saniye, dağıtım devrelerinde 5 saniyedir. TT sistemde süreler daha kısadır: nihai devreler için 0,2 saniye.

Koruma elemanının bu sürede açması için hata akımının belli bir değeri (Ia) geçmesi gerekir. Standart koşulu şöyle yazar: Zs × Ia ≤ U0. Burada U0 faz-toprak gerilimidir (230 V). Dolayısıyla izin verilen en yüksek çevrim empedansı Zs,max = U0 / Ia olur. Zs bu sınırı aşıyorsa akım yetersiz, koruma gecikmelidir.

Ia değeri sigorta tipine göre değişir

Ia, koruma elemanının istenen sürede açmasını garanti eden akımdır. Minyatür devre kesicilerde (otomat) bu değer karakteristik harfinden okunur; TS EN 60898'e göre manyetik açma eşiği B tipinde anma akımının 3–5 katı, C tipinde 5–10 katı, D tipinde 10–20 katıdır. Güvenli tarafta kalmak için üst sınır alınır: B için 5×In, C için 10×In, D için 20×In.

Örnek: C karakteristikli 16 A otomatta Ia = 160 A; Zs,max = 230 / 160 ≈ 1,44 Ω. Aynı akımda B tipi otomat seçilseydi Ia = 80 A ve Zs,max ≈ 2,88 Ω olurdu. Bu yüzden uzun kablolu devrelerde B tipi otomat çoğu zaman daha güvenlidir; motor devrelerinde ise kalkış akımı C ya da D tipini zorunlu kılar ve Zs daha düşük tutulmalıdır. Eriyen telli sigortalarda Ia, üreticinin zaman-akım eğrisinden 0,4 s ya da 5 s için okunur.

Sahada nasıl ölçülür?

Çevrim empedansı, tesis enerji altındayken ölçülür. Çok fonksiyonlu tesisat test cihazı prize ya da pano klemensine bağlanır; cihaz faz ile koruma iletkeni arasına kısa süreli, bilinen bir yük akımı verir, oluşan gerilim düşümünü ölçer ve empedansı hesaplar. Aynı ölçümden beklenen hata akımı (PFC) de türetilir.

İki yöntem vardır. Yüksek akımlı ölçüm en doğru sonucu verir, ancak 30 mA kaçak akım rölesini açtırabilir. Rölelerin olduğu devrelerde düşük akımlı (RCD'yi açtırmayan) mod kullanılır; bu modda hassasiyet biraz düşer ve sınıra yakın sonuçlar röle devre dışı bırakılarak doğrulanır. Faz-nötr arasında yapılan benzer ölçüm hat empedansını (Zi) verir ve beklenen kısa devre akımını (PSCC) hesaplamakta kullanılır.

Ölçüm noktaları olarak ana pano girişi (Ze için), her tali pano ve en uzak nihai nokta (en uzun kablonun ucundaki priz ya da makine) seçilir. En uzak noktanın uygun olması, aradaki tüm noktaların uygun olduğunu gösterir.

Sonuç nasıl yorumlanır?

Ölçülen Zs, devrenin koruma elemanı için hesaplanan Zs,max ile karşılaştırılır. Ölçüm oda sıcaklığında yapıldığı, kısa devre anında ise iletkenler ısınıp direnci arttığı için uygulamada tablo değerinin belli bir oranda altında kalması aranır; bu düzeltme raporda belirtilir.

Zs yüksekse önce neden aranır: gevşek ya da oksitlenmiş koruma iletkeni bağlantısı, kesiti düşük PE iletkeni, uzun kablo, hatalı ek. Çözüm sırasıyla bağlantı yenileme, kesit artırma, sigorta karakteristiğini değiştirme ya da devreye kaçak akım rölesi eklemedir. Kaçak akım rölesi, küçük hata akımlarında da açtığı için yüksek Zs'nin en pratik telafisidir; ancak kısa devre korumasının yerine geçmez.

Hangi raporda yer alır?

Çevrim empedansı ölçümü, elektrik iç tesisat uygunluk kontrolünün ve TN sistemlerde topraklama kontrolünün parçasıdır. Raporda her ölçüm noktası için Zs, PFC, devrenin koruma elemanı, hesaplanan sınır ve uygunluk kararı tablo halinde bulunmalıdır.

VEKTORX, iç tesisat ve topraklama kontrollerinde çevrim empedansını her tali panoda ve en uzak nihai noktada ölçer; sınır değeri devredeki sigorta tipine göre hesaplayarak raporda açıkça gösterir. Kapsam için elektrik iç tesisat uygunluk kontrolü ve topraklama ölçümü sayfalarına, rölelerin testi için kaçak akım rölesi testi nasıl yapılır yazısına bakabilirsiniz.