Her güç sisteminin kendisine has çalışma gerilimi vardır. Bu çalışma geriliminin üzerindeki değerleri aşırı gerilimler olarak tanımlanmaktadır. Aşırı gerilimler, oluşum şekillerine göre gerilim yükselmeleri, iç aşırı gerilimler ve dış aşırı gerilimler olmak üzere üç grupta toplanırlar.

Gerilim yükselmeleri, genel olarak işletme sırasında ortaya çıkan toprak arızaları, yük atmaları,jeneratör yükünün kalkması, jenaratörün kapasitif yüklenmesi, kapasitif devrenin açılması, geçici gerilim dalgalanmaları, harmonikler, rezonans ve ferro-rezonans v.b olaylardan kaynaklanır. İç aşırı gerilimler, devre açma-kapama, toprak ve faz kısa devreleri gibi olaylar sonucu oluşan aşırı gerilimlerdir. Dış aşırı gerilimler ise atmosferik etkilerden kaynaklanan ve sisteme doğrudan yıldırım düşmesi ile ya da yıldırımın, sistem dışında bir noktaya düşmesi sonucu, etki ile ortaya çıkan gerilimlerdir.

Ani aşırı gerilimler birkaç mikro saniye ile birkaç milisaniye arasında meydana gelen ve büyüklüğü 1….10kV arasında değerler alabilen olaylardır. Bu büyüklükteki gerilimler, elektronik cihazların tahammül sınırlarının 10…15 katına eşittir.

Zayıf akım sistemlerinde ani aşırı gerilimi oluşturan etkenlerden en çok görülenleri elektriksel anahtarlama olayları ve yıldırım düşmeleridir.

Elektriksel anahtarlama olaylarının neden olduğu ani aşırı gerilimler, bir iletkenden geçen akım etrafında manyetik alan oluşturur ve akım kesildiğinde manyetik alan aniden azalır, iletken üzerinde biriken enerji indükleme yoluyla ani aşırı gerilim olarak sistem içinde dağıtılır.

Yıldırımların oluşturacağı etkileri incelersek 2 tip etki olduğunu görürüz; endüktif kuplaj etkisi, galvanik kuplaj etkisi. İndüktanslı kuplaj, yıldırım akımı ile hatlar arasındaki transformatör etkisi olarak tanımlanabilir. Çok büyük değerdeki yıldırım akımı bir manyetik alan oluşturur ve bu manyetik alan yakın hatlarda gerilimler indüklenmesi ile ani aşırı gerilim meydana getirir. Dirençli kuplaj, aralarında elektriksel bağlantı bulunan binalar veya binalar grubuna yıldırım düşmesi halinde meydana gelir. Yıldırımın düştüğü yere yakın binanın topraklama sistemi yıldırımın oluşturduğu potansiyel çadırının (gerilim gradyentinin) tesiri altındadır. Buna karşılık aralarında elektriksel bağlantı bulunan komşu binanın topraklama sistemi yıldırımın potansiyel çadırına göre referans topraktır.Bu durumda aradaki elektriksel bağlantılar üzerinden dolaşım akımları geçer ve cihazlar üzerinde aşırı gerilimler oluşur.

Aşırı gerilimden korunma sistemlerinin kullanım sahası ana dağıtım şebekesi korumasından hassas korumaya, veri hattından ölçüm ve kontrol sistemlerinin korunmasına ve metal boruların kıvılcım atlama aralığı ile korunmasını da kapsamaktadır. Sistem merkezi veya dağıtılmış olarak tesis edilmektedir.

Yıldırımdan ve aşırı gerilimden korunma sistemlerinin tasarımı IEC standartları, ilgili yönetmelikler ve konusunda uzman mühendislerce uygulanan teknik spesifikasyonlar paralelinde yapılmalıdır.

Alçak gerilim sistemlerinde fazlarla toprak ve nötr ile toprak arasına bağlanan aşırı gerilim koruma kofreleri, darbe gelmesi halinde açık devre durumundan iletime geçerek aşırı akımı kendi üzerlerinde söndürürler. Bunun için DIN-IEC 62305 normlarında kademeli bir koruma öngörülmüştür.

Bu nedenle tesis içerisindeki sistemler, aşırı gerilime hassasiyetleri dikkate alınarak, kademeli bir şekilde aşırı gerilime karşı koruma cihazları ile (İç Yıldırımlık) donatılırlar. Her kademe darbe gerilimini bir derece azaltarak sistem için zararsız hale getirir. Kaba koruma için B, orta seviye için C ve hassas koruma için D sınıfı koruma modülleri kullanılır.

Yıldırımdan Korunma Yöntemleri:

1)   Dış yıldırımlık koruma sistemleri

Dış yıldırımlık sistemleri ile doğrudan yıldırım darbelerine karşı korunma amaçlanır.
Bunlar; Franklin çubuğu, faraday kafesi ve erken akım yayıcı paratoner sistemleridir.

Cihazlarınızı yıldırımdan korumak için tek başına paratoner ve faraday kafesi uygulamaları yeterli olmamaktadır. Bunlarla birlikte, iç yıldırımlık adı verilen aşırı gerilim koruyucuları, topraklama ve eş potansiyel sistemle entegreli bir şekilde çözüm oluşturulmalıdır.

2)   İç yıldırımlık koruma sistemleri

İç yıldırımlık ile doğrudan veya endükleme ile oluşan aşırı gerilimlere karşı elektrik donanımının korunması amaçlanır.

♦   B tipi yıldırım darbe koruyucuları (Tip 1) (Yıldırım darbelerine karşı koruma yapar)

♦   C tipi akım -gerilim koruyucuları (Tip 2) (Aşırı gerilim darbelerine karşı koruma yapar)

♦   B+C tipi yıldırım +gerilim koruyucuları (Tip 1+ Tip 2) (Hem yıldırım hem de aşırı gerilim darbelerine karşı koruma yapar)

♦   D tipi akım-gerilim koruyucuları (Tip 3) (Hassas elektronik sistemlerin korumasını yapar)

Elektrik tesisatınızda iç yıldırımlık sistemleri olmadığı takdirde, üzerinde ya da 2 km yakınında dış yıldırımlık sistemi bulunan bir yapının içerisinde yer alan tüm elektronik cihazlar yıldırım düşmesi ile oluşan kuplaj etkileri nedeni ile tehdit altındadır.

Parafudr Parametreleri:

Iimp= Tip 1 parafudrlar için geçerlidir. Yıldırım darbesi koruma değerini gösterir.

Imax= Tip 2 parafudrlar için geçerlidir. Aşırı gerilim darbesi koruma değerini gösterir.

Uc= Parafudr çalışma gerilimini gösterir

Up= Parafudrun koruma seviyesini gösterir. Yani gelen darbenin indirileceği gerilim seviyesidir.

Imax=50 kA, Iimp=100 kA olan bir parafudr Tip 1+2 sınıfı, 100 kA yıldırım koruması, 50 kA aşırı gerilim koruması yapar anlamına gelmektedir.

B Sınıfı aşırı gerilim koruma:  

B sınıfı akım ileticileri direk yıldırım veya yakın etkilerine karşı koruma sağlar. B Sınıf (Sınıf I) ürünler bina elektrik tesisatını ve cihazları aşırı gerilime karşı korumak amacıyla binanın veya tesisin ana panosuna, açık arazi ortamlarında yıldırıma direk maruz kalacak ortamlara monte edilirler. İletken kapasitesi çok yüksek olup 50-150 kA mertebesindedir.

Aşırı gerilim darbesinin ilk olarak B sınıfı aşırı gerilim darbe koruyucu ürünü tarafından söndürülecektir. 

C Sınıfı aşırı gerilim koruma:

Tali panoları korumak içinde C Sınıfı aşırı gerilim darbe koruma ( Sınıf II ) (yıldırım darbelerine karşı koruma sağlamazlar) ürünlerinin kullanılması gerekmektedir. Böylece Ana pano ile birlikte tali panolarında koruması sağlanarak korumanın etkinliği ve ürünlerin dayanımları artırılmış olacaktır. C sınıfı koruma cihazları sayaç panosu içinde kaçak akım koruma şalterinin önüne yerleştirilir. Tali pano seviyesinde ani aşırı gerilim ve akımlarına karşı koruma yapar. Ani gerilim yükselmeleri, harmonikler, switching darbeleri, anahtarlama darbeleri bu ürünle sönümlenirler.

Hem yıldırım hem şebeke darbesine karşı korumak istersek kombine (Tip 1 +Tip 2) ürünler tercih edilmelidir. Özellikle açık arazide bulunan tüm panolarda B+C sınıfı parafudr kullanılmalıdır.

İletken kapasitesi orta olup 10-40 kA mertebesindedir. B ve C sınıfı cihazların tesisinde dikkat edilecek bir nokta aşırı gerilim darbesinin, ilk olarak B sınıfı cihaz tarafından söndürülmesidir.

Bu iki cihazın bulundukları noktalar arasında yeterli empedans yoksa C sınıfı cihaz, B’den daha önce çalışır ve yıldırım akımını taşıyamayarak arızalanabilir.

Bu iki sınıf cihaz arasındaki empedansın arttırılması, hat uzunluğu ile sağlanabilir. Bağlantı hattında PE iletkeni diğer faz ve nötr iletkenlerinden ayrı çekilmiş ve aralarındaki mesafe 1m’den büyük ise B ve C sınıfı cihazlar arasındaki uzaklık 5 m’den büyük olmalıdır. PE hattının diğer hatlarla aynı kabloda olması halinde B ve C sınıfı cihazlar arasında en küçük uzaklık 15 m olmalıdır.

D sınıfı aşırı gerilim koruma:

D sınıfı koruma cihazları küçük dağıtım panolarında elektrik ve elektronik ekipmanları geçici piklere karşı korumak için dizayn edilmişlerdir. D sınıfı Aşırı Gerilim korumalar sadece bağlı oldukları cihazları korurlar. D sınıfı koruma cihazları korunmak istenen ekipmana çok yakın olarak yerleştirilir. (Cihazın önüne)
Cihaz, elektronik ekipmana doğrudan koruma sağlar. İletken kapasitesi düşük olup 2,5-5 kA mertebesindedir. Enerji koruması, data sistemleri, telefon, sinyal hatları, ölçüm sistemleri, PLC ve otomasyon sistemleri, UPS ve güç kaynakları, yangın algılama sistemleri, acil anons sistemleri ve kamera koruma gibi tipleri mevcuttur.

Sistem mantığını alt tarafta yer alan grafikten görebilirsiniz.

Parafudrlar, dış aşırı gerilimlere karşı elektronik ekipmanları korumak amacıyla kullanılan, korunacak hat iletkeni ile toprak arasına bağlanan koruma elamanlarından biridir. Yapısı gereği yalıtkan olan parafudrlar, yüksek akım ile karşılaştıklarında iletken duruma geçerek yüksek akımı toprağa iletirler ve sistemin yüksek akımdan zarar görmesini engellerler.

Parafudrların seçiminde; gerilim değeri, darbe anma akımı kısa devre akımı ve işletme ortam koşulları dikkate alınması gereken üç temel değerdir.

Parafudr montajında dikkat edilmesi gerekenler:

Parafudrlar korunmak istenen işletme aracının önüne, darbenin geliş yolu üzerine yerleştirimeli ve işletme aracı ile paralel olarak faz ve toprak arasına bağlanmalıdır. Parafudrun topraklaması, işletme aracının topraklamasına bağlanmış olmalıdır. Bağlantılar, köşe yapmadan, mümkün olduğunca kısa iletkenler ile yapılmalı ve topraklama geçiş dirençlerinin de olabildiğince küçük olmalıdır. Parafudr lar panoya montaj edildiğinde kuplaj etkisinin önüne geçmek için parafudr ile toprak bağlantısı 50 cm'i geçmemesi önerilir.

► B sınıfı yani Tip 1 Parafudrlar, ana panolarda kullanılır. Bu ag parafudlar paralel şekilde 16 mm2lik şekilde bağlanır. Yıldırım darbesi taşıyacağı için kesiti yüksek olan bir kablo kulllanıyoruz.

► C sınıfı Tip  2 Parafudrlarsa ani aşırı gerilim darbelerine karşı, tali panolarda kullanılır. Tip 2 ürünlerse, yine paralel olacak şekilde, 6 mm2lik kablo ile bağlanması gereklidir.

► D sınıfı Tip 3 Parafudrlarsa genel olarak seri olarak bağlanır. Ancak paralel bağlanan tipte olan Tip 3 parafudlarda vardır. Bu parafudrlar, 1.5 mm2lik kesitte kablo ile bağlanır.