TN, TT ve IT Sistemleri Nedir
Tesisin bir yerinde yalıtım arızalanır ve gerilim altındaki bir iletken metal bir gövdeye temas eder. Bundan sonra olacak her şey — bir devre kesicinin arızayı saniyenin bir kesrinde temizleyip temizlemeyeceği, bir kaçak akım cihazının herhangi bir şey algılayıp algılamayacağı, üretim devam ederken gövdenin tehlikeli bir gerilimde kalıp kalmayacağı — arızadan çok önce kağıt üzerinde alınan bir kararla belirlenir: topraklama sistemi.
Üç düzenleme dünyadaki neredeyse her tesisi kapsar. Bunlar, Türk TS HD 60364 serisi de dahil olmak üzere IEC 60364 ve ulusal uyarlamalarında tanımlanır ve ezberlenmesi kolay ama yanlış okunması da kolay iki harfli kodlarla anılır. Bu makale, TN, TT ve IT’nin aslında ne yaptığını, her birinin nerede kullanıldığını ve tesiste UPS sistemleri, redresörler, invertörler veya frekans çeviriciler bulunduğunda bu cevabın neden her zamankinden daha önemli olduğunu açıklıyor.
Harfleri Okumak
Kodlar rastgele değildir. Her harf belirli bir soruya cevap verir.
İlk harf, güç kaynağı ile toprak arasındaki ilişkiyi tanımlar. T (Fransızca *terre*’den) kaynağın bir noktasının, normalde besleme transformatörünün yıldız noktasının, doğrudan toprağa bağlı olduğu anlamına gelir. I ise kaynağın topraktan yalıtılmış olduğu ya da yalnızca kasıtlı olarak yüksek bir empedans üzerinden toprağa bağlandığı anlamına gelir.
İkinci harf, tesisin erişilebilir iletken kısımları ile — dokunabileceğiniz metal aksam — toprak arasındaki ilişkiyi tanımlar. T, bu kısımların kaynaktan bağımsız olarak kendi yerel toprak elektroduna bağlı olduğu anlamına gelir. N ise bunların bir koruma iletkeni üzerinden kaynağın topraklanmış noktasına geri bağlandığı anlamına gelir.
TN sistemleri için üçüncü ve dördüncü harf, nötr ve koruma işlevlerinin nasıl taşındığını tanımlar. S, baştan sona ayrı iletkenler anlamına gelir. C ise iki işlevin tek bir PEN iletkeninde birleştirildiği anlamına gelir.
Bu da şu aileyi ortaya çıkarır: TN-S, TN-C, TN-C-S, TT ve IT.
TN Sistemleri: Metalik Bir Dönüş Yolu
Bir TN sisteminde arıza akımı, toprak yerine bir koruma iletkeni üzerinden kaynağa geri döner. Bu nedenle toprak arıza döngüsü empedansı düşüktür, çoğunlukla bir ohm’un oldukça altındadır ve faz-toprak arızası, koruma cihazına kısa devre gibi görünecek kadar büyük bir akım üretir. Sigorta ya da devre kesici bunu temizler.
IEC 60364-4-41 hedefi belirler: 230 V’luk bir sistemde, düşük anma değerli son devreler 0,4 saniye içinde, dağıtım devreleri ise 5 saniye içinde devreden çıkarılmalıdır. Bu sürelere ulaşmak otomatik değildir. Ölçülen döngü empedansının kurulu belirli cihaz için yeterince düşük olmasına bağlıdır; bu yüzden döngü empedansı testi, isteğe bağlı bir ek değil, devreye almanın bir parçasıdır.
TN-S
Nötr ve koruma iletkenleri, kaynaktan yüke kadar tüm hat boyunca ayrı kalır. PE iletkeninde hiç yük akımı akmaz, bu yüzden koruma iletkeni gerilim düşümü taşımaz ve bağlı elektronik cihazların referansına hiçbir gürültü karıştırmaz. Kaçak akım cihazları öngörülebilir şekilde davranır. Kendi transformatörüne sahip bir endüstriyel tesis için TN-S genellikle mevcut en temiz düzenlemedir ve hassas ekipmanın bulunduğu yerlerde varsayılan seçimdir.
TN-C
Nötr ve koruma işlevleri tek bir PEN iletkenini paylaşır. Bu, bir iletkenden tasarruf sağlar ve eski tesisler bununla doludur, ama uzlaşma gerçektir. Doğrusal olmayan bir tesisin nötründe biriken üçüncü harmonik içeriği de dahil olmak üzere yük akımı, sistemdeki her gövdeye bağlı bir iletken üzerinden akar. Bu, metal kısımlar arasında küçük potansiyel farklara, bina çeliği üzerinden dolaşan akımlara ve elektronik ekipman için zayıf bir referansa yol açar. Kaçak akım cihazları bir PEN iletkeninin akış aşağısında çalışamaz, çünkü dönüş akımı giden akımla aynı ölçüm penceresinin içindedir.
Arıza modu ise ciddi kısımdır. Bir PEN iletkeni kopacak olursa, ona bağlı her gövde, tesis normal görünmeye devam ederken faz gerilimine doğru yükselebilir. Bu nedenle bir PEN iletkeni bakırda 10 mm²’nin, alüminyumda 16 mm²’nin altına inemez ve asla esnek kablolarda kullanılamaz.
TN-C-S
Besleme, birleşik bir PEN iletkeni ile gelir ve nötr ile koruma iletkenleri tesiste tanımlı bir noktada, genellikle ana dağıtım panosunda ayrılır. Bu noktanın akış aşağısında tesis TN-S gibi davranır. Burada önemli olan kural yön ile ilgilidir: ayrıldıktan sonra iki iletken sistemin ilerisinde bir yerde asla yeniden birleştirilmemelidir.
TT Sistemleri: Toprak Üzerinden Dönüş
Bir TT sisteminde kaynak transformatörde topraklanır ve tesisin kaynağa metalik bir koruma bağlantısı olmayan kendi toprak elektrodu vardır. Bu nedenle arıza akımı yolu, seri halde iki elektrot direncini içerir ve kendini toprak üzerinden tamamlar. Ortaya çıkan döngü empedansı sıklıkla onlarca ohm’dur, kuru ya da kayalık zeminde bazen daha da fazladır ve arıza akımı en fazla birkaç amper olabilir; bu da bir aşırı akım cihazını herhangi bir yararlı sürede çalıştırmaya yetmez.
Bu yüzden TT sistemlerinde kaçak akım koruması isteğe bağlı değil, zorunludur. RCD, arıza akımının ne kadar küçük olduğuyla ilgilenmez; faz ile nötr arasındaki dengesizliği algılar. 230 V’luk son devreler için devreden çıkarma süresi TN’ye göre daha sıkıdır ve 0,2 saniyedir; RCD anma değeri ile toprak elektrodu direncinin çarpımı, dokunma gerilimini 50 V AC sınırının altında tutmalıdır.
TT’nin gerçek bir avantajı vardır: tesisin güvenliği, dağıtım şirketinin koruma iletkeninin kalitesine ya da sürekliliğine bağlı değildir. Besleme ağındaki kopmuş bir PEN, müşterinin metal aksamını gerilim altında bırakmaz. Bu, TT’yi Avrupa genelinde konut ve kırsal tesislerde ve Türkiye’deki şebeke bağlantılı tesislerde yaygın hale getirir.
IT Sistemleri: İlk Arızayı Atlatmak Üzere Tasarlanmış
Bir IT sisteminde, gerilim altındaki kısımlar ile toprak arasında kasıtlı olarak kurulmuş düşük empedanslı bir bağlantı yoktur. Kaynak ya serbesttir ya da yüksek bir empedans üzerinden referanslanır. Bir faz toprağa temas ettiğinde akan tek akım, sistemin yalıtım direncinin ve faz-toprak kapasitansının izin verdiği kadardır; tipik olarak miliamperlerden birkaç ampere kadar. Dokunma gerilimleri düşük kalır ve devreden çıkarma zorunluluğu yoktur. Tesis çalışmaya devam eder.
IT’nin bütün amacı budur ve bu bir yükümlülükle gelir. Bir yalıtım izleme cihazı takılmalıdır ve bakımın arızayı bulup giderebilmesi için ilk arızada alarm vermelidir. İlk arıza giderilmeden farklı bir fazda ikinci bir arıza ortaya çıkarsa, iki arıza birlikte koruma iletkenleri üzerinden faz-faz kısa devresi oluşturur ve bu ikinci arızaya karşı koruma en baştan tasarıma dahil edilmelidir.
IT sistemleri, planlanmamış bir kesintinin izlenen ve kontrol altında tutulan bir arızadan daha tehlikeli ya da daha maliyetli olduğu her yerde tercih edilir: IEC 60364-7-710 tarafından zorunlu tutulan, izolasyon transformatörü ile yalıtım izlemenin birleştiği tıbbi IT düzenlemesinin gerekli olduğu ameliyathaneler ve yoğun bakım üniteleri; aynı şekilde gemiler, açık deniz platformları, madenler, kimya, çimento ve çelik gibi sürekli süreç endüstrileri ve savunma tesisleri.
Üçünü Karşılaştırmak
| TN | TT | IT | |
| Arıza akımı | Yüksek | Düşük | Çok düşük |
| Temizleyen | Aşırı akım cihazı | RCD | İlk arızada temizlenmez |
| Hizmet sürekliliği | Devre açılır | Devre açılır | Alarm altında devam eder |
| İzleme | Döngü empedansı doğrulaması | RCD testi, elektrot direnci | Kalıcı yalıtım izleme |
| Tipik kullanım | Kendi transformatörüne sahip endüstriyel tesisler | Konut ve kırsal besleme | Hastaneler, gemiler, süreç tesisleri |
Üçünden hiçbiri diğerlerinden doğası gereği daha güvenli değildir. Güvenlik, seçilen düzenlemenin doğru ve tutarlı biçimde uygulanmasından gelir ve sahada karşılaşılan topraklama arızalarının çoğu, kavramdaki bir kusurdan değil, kazayla oluşturulmuş melez uygulamalardan kaynaklanır.
UPS, Redresör ve Çeviricilerin Tabloyu Karmaşıklaştırdığı Yerler
Güç dönüşüm ekipmanı, topraklama sistemiyle diğer türlü dikkatli tasarımları bile şaşırtacak şekillerde etkileşime girer.
Çıkış transformatörlü bir UPS, ayrı türetilmiş bir kaynaktır. Çıkışında bir nötr-toprak bağlantısının bulunup bulunmaması, akış aşağısındaki her şeyin topraklama düzenlemesini belirler. İki bağlantı, koruma iletkeninde dolaşan akımlara ve güvenilmez RCD davranışına yol açar; hiç bağlantı olmaması ise hiç serbest olması amaçlanmamış bir çıkışı serbest bırakır. Statik bypass yolu bunu daha da karmaşıklaştırır, çünkü invertör ve bypass kaynağı bir transfer boyunca tutarlı bir nötr referansı sunmak zorundadır.
Kaçak akım ikinci tekrarlayan sorundur. Redresörlerin, sürücülerin ve UPS ünitelerinin içindeki EMC filtreleri, koruma iletkenine kasıtlı olarak akım geçirir ve bir devre üzerindeki makul sayıda ünite, 30 mA’lık bir kaçak akım cihazının tetikleme eşiğine yaklaşabilir. Çözüm sıfırlamak değil, mühendisliktir: uygun RCD tipleri, devre bölme ya da bir izolasyon transformatörü.
DC tarafı IT ile aynı mantığı izler. Batarya dizileri ve DC tesisleri genellikle topraklanmamış olarak, özel DC yalıtım izlemesiyle işletilir; böylece bataryadaki tek bir toprak arızası yükü düşürmek yerine bir alarm verir. Herhangi bir redresörün ya da çeviricinin akış aşağısında olabileceği gibi DC arıza bileşenlerinin var olabileceği yerlerde, AC tipi kaçak akım cihazları bunları göremez ve B tipi cihazlar gereklidir.
Kritik Güç Sistemleri: Güvenilir UPS, Batarya ve Yedek Güç Çözümleri
Tasarım Aşamasında Doğru Yapmak
Topraklamayı belirlemek ucuzdur, sonradan düzeltmek pahalıdır. Düzenleme; yük, kaynak, süreklilik gereksinimi ve koruma cihazları birlikte değerlendirilerek, ilk kablo çekilmeden önce kararlaştırılmalıdır.
EPC, İstanbul’daki tesisinde endüstriyel UPS sistemleri, redresörler, invertörler, gerilim regülatörleri ve frekans çeviriciler tasarlar ve üretir; nötr referanslama, izolasyon ve izlemeyi bir şey varsayarak değil, sahanın topraklama sistemine göre yapılandırır. TN, TT ya da IT bir tesis için kritik güç ekipmanı belirliyorsanız, mühendislik ekibimiz düzenlemeyi sizinle birlikte gözden geçirebilir: epcas@epcas.com.tr, +90 216 499 54 84 ya da epcas.com.tr.