1. Giriş
Nötr kopması nedir? Sistemlerimizde, üç faz (L1, L2, L3) ve ortak bir nötr (N) iletkeni bulunur. Şebekeler tasarım aşamasında dengeli yüklenmeyi hedeflese de, tüketicilerin farklı zamanlarda devreye girmesi ve çıkması, asimetrik yük profilleri ve altyapıda yapılan değişiklikler, sistemin sürekli olarak dengesiz yüklenmesine sebep olmaktadır.
Bu çalışmada, dengesiz yüklenmenin TN sistemlerde nasıl bir etki yarattığı, özellikle nötr iletkeninin kopması halinde ortaya çıkabilecek problemler ele alınarak analiz edilecektir.
2. Dengesiz Yüklenme ve Nötr Kopmasının Etkileri
TN sistemlerinde yük dengesizliği faz gerilimlerinde farklılıklara yol açar. Nötr hattında oluşan gerilim değişimi, sistemin referans noktasını kaydırır, bu durum faz gerilimlerinin normal değerlerinden sapmasına neden olur.
2.1. Faz-Nötr Gerilimlerindeki Değişim
Dengesiz yüklenmenin etkisiyle:
- Aşırı yüklenmiş fazlarda faz-nötr geriliminde ciddi düşüşler meydana gelir.
- Daha az yüklenmiş fazlarda faz-nötr gerilimi tehlikeli seviyelere kadar yükselebilir.
- Nötr hattında kararsız bir gerilim seviyesi oluşur.
Eğer nötr iletkeninde kopma meydana gelirse, gerilim dağılımı tamamen bozulur ve şu problemler ortaya çıkar:
- Faz gerilimleri nominal değerlerinden sapar ve 300V seviyelerine kadar çıkabilir.
- Elektriksel olarak korunan cihazlar zarar görebilir (beyaz eşyalar, endüstriyel kontrol sistemleri vb.).
- PE (koruma iletkeni) üzerinden gerilim kaçakları oluşabilir, bu da elektrik çarpması riskini artırır.
2.2. Nötr Empedansının Etkisi
Nötr hattının kesit alanı, bağlantı kalitesi ve empedansı, faz gerilimlerindeki dengesizliği doğrudan etkiler.
- Nötr kesiti yeterli değilse veya gevşek bağlantılar varsa, iletkenin empedansı artar, bu da nötrde gerilim oluşmasına sebep olur.
- Oksitlenme veya gevşek bağlantılar, nötr hattında aşırı direnç yaratır ve faz gerilimlerindeki dengesizliği artırır.
Bu nedenlerle nötr hattı kesitinin yeterli ve bağlantılarının sağlam olması büyük önem taşımaktadır.
3. Örnek Uygulama: Nötr Kopmasının Gerilimlere Etkisi
Aşağıdaki örnekte iki fazın dengesiz yüklenmesi ve nötr iletkeninin kopması durumu incelenecektir.
Örnek Senaryo
- 400/230V TN-C sisteminde iki fazın gücü aşağıdaki gibidir:
- Faz 1 Yükü: S1 = 12 kW
- Faz 2 Yükü: S2 = 30 kW
- Nötr iletkeni kopmuş olup, sistemin gerilim dağılımı aşağıdaki formüllerle hesaplanacaktır.
Faz Gerilimleri Hesaplamaları
- 1. tüketici için faz-nötr gerilimi:
$$
U_{L1N} = \frac{S_2}{S_1 + S_2} \times U_{L1L2}
$$ - 2. tüketici için faz-nötr gerilimi:
$$
U_{L2N} = \frac{S_1}{S_1 + S_2} \times U_{L1L2}
$$ - Nötr hattındaki gerilim:
$$
U_N = U_{L12} – U_{L1N} = (1 – \frac{S_2}{S_1 + S_2}) \times U_{L1L2}
$$
Sayısal Çözüm
Verilen değerler yerine konularak hesaplanır:
- 1. fazdaki tüketiciye uygulanan faz-nötr gerilimi:
$$
U_{L1N} = \frac{30}{12 + 30} \times 400 = 285V
$$ - 2. fazdaki tüketiciye uygulanan faz-nötr gerilimi:
$$
U_{L2N} = \frac{12}{12 + 30} \times 400 = 114V
$$ - Nötr hattındaki gerilim seviyesi:
$$
U_N = 1 – \frac{30}{12 + 30} \times 400 = 114V
$$
Bu hesaplamalar fazlardan birinde aşırı gerilim (285V), diğerinde ise düşük gerilim (114V) oluştuğunu göstermektedir. Aşırı gerilimden dolayı 1. faza bağlı cihazlar zarar görebilir.
4. Önleyici Tedbirler
Kesiciler ve koruma röleleri kullanılmalıdır.
- Faz-nötr gerilimindeki dalgalanmaları algılayan faz kontrol röleleri kullanılmalıdır.
- Düşük-yüksek gerilim röleleri, sistemin aşırı gerilim durumunda devreyi açmasını sağlamalıdır.
Nötr hattı periyodik olarak kontrol edilmelidir.
- Nötr empedansı ölçülmeli, bağlantılar sıkılmalı ve oksitlenme kontrol edilmelidir.
Dengesiz yük analizi yapılmalıdır
- Şebeke projelendirilirken yük dengelemesi hesaplanmalıdır.
- Nötr iletkeninin kesiti faz iletkeniyle eşdeğer olmalıdır.
Harmonik içeren sistemlerde nötr iletkeni kesiti artırılmalıdır.
- 3. harmonik akımlar nötr hattından geçtiğinden, nötr kesiti faz iletkenlerinden büyük seçilmelidir.
Aşırı gerilim röleleri ile pano girişleri korunmalıdır.
- Pano girişlerine otomatik açma yapabilen aşırı gerilim röleleri eklenmelidir.
Nötr hattı sürekli izlenmelidir.
- Gerilim ölçümleri yapılmalı ve tehlikeli sapmalar tespit edildiğinde önlem alınmalıdır.
TN-S Topraklama Sistemi Kullanılmalıdır.
- TN-S sisteminde PE koruma iletkeni ayrı olarak çekildiğinden, toprak hatası durumunda nötr geriliminden kaynaklanan tehlikeler ortadan kalkar.
5. Sonuç
TN sistemlerinde dengesiz yüklenme ve nötr kopması, faz gerilimlerinde tehlikeli sapmalara, cihaz arızalarına ve elektrik çarpması riskine yol açmaktadır. Bu etkileri minimize etmek için:
- Dengeli yük dağılımı sağlanmalı,
- Nötr iletkeni sağlam olmalı ve periyodik olarak kontrol edilmelidir,
- Koruma röleleri ve aşırı gerilim önleyici cihazlar kullanılmalıdır.
Özellikle TN-S sistemine geçiş, güvenliği artırarak bu riskleri en aza indirecektir.
Kaynaklar
- Turgut ODABAŞI, “Güç Kalitesi”
- Cevdet ÇALIK
RASTGELE TEKNİK İÇERİK İÇİN TIKLAYIN!
İlginizi Çekebilecek Teknik Hesaplar
Kompanzasyon Hesabı
Aydınlatma Hesabı
Yüksek Gerilim İşletme Sorumluluğu Ücreti Hesabı
Sosyal medyada teknik bilgilere maruz kalmak için:
YouTube – Instagram
