Topraklama

Avustralya'da bir evde tipik topraklama elektrodu(solda). Belirgin yeşil ve sarı topraklama teline dikkat edin
Topraklama, elektrikli cihazların herhangi bir elektrik kaçağı tehlikesine karşı gövdelerinin bir iletkenle toprağa gömülü vaziyetteki "topraklama" sistemine bağlanması yöntemi. Böylece cihazda elektrik kaçağı varsa, dokunduğumuzda elektrik akımı bizim üzerimizden değil, direnci daha az olan toprak hattı üzerinden geçer ve çarpılma tehlikesi ortadan kalkmış olur.

Topraklamanın görevini yapabilmesi için cihazın gövdesinden toprağa kadar olan elektriksel direncin yeterince düşük olması gerekir. Topraklama iletkenlerin direnci önemli bir direnç oluşturmaz. Asıl önemli direnç, toprak içinde gömülü bulunan topraklama iletkenlerinden toprağa geçiş direncidir. Toprağa geçiş direncini azaltabilmek için topraklama elektrotları derine gömülür, uzun tutulur ve iletkenliği daha fazla olan toprak bulunmaya çalışılır. Örnek olarak toprak altında ıslaklığın başladığı noktaya elektrotlar gömülür. Dünyanın kendisinin direnci pratikte sıfır kabul edilebildiği için dünyanın kendisi bir iletken görevi görür ve devreyi tamamlar.

Toprak çok büyük kütleli iletken bir kitledir ve bütün elektrik tesislerinin bulunduğu binaları veya açık hava tesislerini sinesinde taşır. Arızasız bir şebeke işletmesinde toprak üzerinden önemsiz derecede küçük akımlar geçer. Eğer elektrik tesislerinde bir motor isteyerek veya bir hata sonucunda toprak bir iletkenin bağlantı haline gelirse tesisin bu noktası ile toprak aynı potansiyeli alır. Bundan başka simetrik olmayan şebeke hatalarında toprak üzerinden büyük akımların geçmesi beklenebilir. Topraktan geçen akımın bir kısmı arıza yerinde bulunan bir kimsenin üzerinden geçerse hayati tehlike yaratabilir. Topraktan geçen kaçak akımlar ayrıca yangına da sebep olabilir. Toprağın kendi direnci 0,05 ohm\km gibi gayet küçük bir değerdedir. Fakat toprak üzerinden geçen akımın değerini tayin eden devre direnci, toprak ile temas haline gelen noktalardaki geçiş veya yayılma direncidir. Bazı hallerde bu temas, bir izolasyon hatası sonucunda tesadüfi olarak meydana gelir. Bazı hallerde ise özel olarak toprağa yerleştirilen bir topraklayıcı elektrot üzerinden toprak ile teması sağlanır, buna topraklama denir. Burada aranan en önemli özellik, toprak geçiş (veya yayılma) direncinin mümkün olduğu kadar küçük olmasıdır. Toprak üzerinden geçen hata akımının değeri, ayrıca şebekenin yıldız noktasının durumuna bağlıdır. Mesela yıldız noktası yalıtılmış şebekelerde bir toprak teması halinde, şebekenin cinsine ve büyüklüğüne bağlı olarak 50-100 A mertebesinde bir kapasitif akım geçer. Toprak teması akımında, yıldız noktasına bağlı bir petersen bobini üzerinden yaklaşık olarak 5-10 A gibi bir aktif artık akım geçer. Yıldız noktası direkt topraklanmış bir şebekede ise bir toprak kısa devresi akımı 1 kA kadardır. Elektrik şebekelerinde topraklama tesisleri, bir arıza halinde kısa devre akımlarının insan hayatını tehlikeye sokmayacak yoldan geçmelerini sağlar. Bu bakımdan güvenilir bir topraklamanın elde edilmesi için bunun iyi hesaplanması ve şartlara uygun bir şekilde tesis edilmesi gerekir. Topraklamanın hesaplanmasında tesisin geriliminden ziyade toprak hatalarında geçen akımlar rol oynar. Topraklama tesisinin hesaplanmasında şu işlemlerin yapılması gerekir:
Topraklama tesislerinde hayati önemi haiz olan temas ve adım gerilimi, üç boyutlu bir akım alanının kısımları olduğundan, bir topraklama tesisinin hesaplanması, elektrotekniğin zor problemleri arasındadır. Ayrıca toprağın özgül direncinin tayinindeki güvensizlik yüzünden, yapılan hesaplar sonucunda güvenilir değerlerin bulunması mümkün olmaz.
Aşağıda açıklanacağı gibi, tesislerde kullanılan en önemli topraklamalar.
Koruma topraklaması
İşletme topraklaması
Yıldırım topraklaması