Ömer AYDIN
Control Technic Elektrik Ltd.

Gemilerdeki en can sıkıcı durumlardan birini oluşturan ve kritik öneme sahip, kaçak akım problemine biraz odaklanacağız. Tüm elektrik sistemleri yalıtım özelliği olan malzemelerden oluşmaktadır. Yalıtım olmadan elektrik üretilemez, iletilemez ve tabii ki kullanılamaz. Elektrik malzemelerinin, komponentlerinin (Kablo, terminal, kontaktör, elektrik motoru vb.) yalıtım özelliği mutlaka vardır. Söz konusu yalıtım özelliği her malzemenin yapısına göre izolasyon direnci olarak karşımıza çıkmaktadır.

İZOLASYON DİRENCİ NEDEN DÜŞER?
Fakat, zaman içinde bu yalıtım özelliği çeşitli nedenlerle bozulmaya ve izolasyon direncinin düşmesine neden olur. Malzeme üzerinden geçen akımın kapasitesinin üstünde olması, aşırı ısınma sonrası malzeme yapısının bozulması, nemlenme ve bunun malzeme yüzeyini kaplayarak monte edildiği zeminle kontak oluşturması, malzemenin dayanım voltaj limitinden daha yüksek voltajlara maruz kalması, zamana bağlı ömür, malzeme bileşenlerinin çevresel ve kimyasal değişkenliklere karşı yapısının bozulması gibi etkenler malzemelerdeki izolasyon direncinin düşmesine neden olabilmektedir.

Meydana gelen izolasyon düşüklüğünün sonucu olarak malzemeler, üzerilerindeki elektrik yükünün bir miktarını, düşen yalıtım dirençleri oranında gemi bünyesine akıtmaya başlarlar. Buna kaçak akım diyoruz. Yalıtkan olarak kullanılmakta olan malzeme içinden geçen akım, izolasyon direncinin daha da düşmesini sağlayacak bir hızda bozulmaya yol açacaktır. Bu bozulma en nihayetinde bir patlama, yangın veya kesicinin devreye girerek besleme hattını kesmesi ile sonuçlanabilir. Bu istenmeyen durum, insan yaralanmalarına da neden olabilir (Elektrik çarpması, elektrik şoku).

Gemilerde farklı voltaj seviyesinde, birbirinden galvanik olarak izoleli elektrik dağıtım panoları bulunmaktadır. Bunlar, Main Switchboard 380/440V, 110/220V, Emergency Switchboard 380/440V, 110/220V, 24V DC Battery Switchboard’ lardır. Her bir panelin izolasyonunun sürekli ölçülmesi, ayarlanan set noktasının altına düşen değerlerde alarm alınması gerekmektedir. Bu işlemler için özel imal edilmiş Insulation Monitor cihazları kullanılmaktadır. Bu cihazların ölçüm girişlerinden biri ölçülecek fazlara, diğer girişi de gemi bünyesine bağlanarak, sürekli bir ölçüm sağlanmış olur. 

Insulation Monitor cihazlarının skalalarında okunan değerler megaohm birimindendir. Tam kaçaklarda gösterge ibresi tam sapar ve sıfır değerini gösterir. Skalanın diğer tarafı ise sonsuz değeri ve biraz gerisi, 5 megaohm, bazen de modeline göre 10 megaohm olabilir. Daha yüksek değerler sorun çıkartmayacak emniyetli değerler olduğundan gösterge skalasında bulunmaz ve ölçülmeleri gerekmez. Bu yüksek değerlerin en sonunda sonsuz işareti bulunur.

Gemilerde meydana gelen kaçaklar hem insan hayatını, hem de tüm elektrik makinelerini tehdit ederler. Bu yüzden tespit edilen kaçakların hızla giderilmeleri için harekete geçilmesi gerekmektedir.

KAÇAK AKIMLARIN TESPİTİ

Mevcut kaçak akımlarının tespiti yapıldıktan sonra (Insulation Monitor tarafından), giderilmeleri için de gereken prosedürlerin izlenerek, kaçakların nereden geldikleri, hangi sistemlerin buna neden oldukları da bulunmalıdır.

Bunun için ilk adım devre dışı bırakma metotudur. Bu işlemde, insulation monitor ünitesinin bağlı olduğu paneldeki alıcıların tüm besleme sigortalarının mümkünse tamamı "Off" durumuna yani "Açık" duruma getirilir. Kaçak değerinin kaybolup kaybolmadığı kontrol edilir, ki, gösterge normale dönmüş ve kaçak göstermiyor olmalıdır. Bu aşamadan sonra, göstergenin değeri izlenerek, "Off" konumundaki sigortalar tek tek "On" durumuna alınır. Monitörün kaçak akıma bağlı olarak gösterdiği düşük izolasyon değerinin kaynağı, bu yöntemle yakalanır. Kaçak olduğu netleştirilen hatlar sistemden ayırılarak, test tüm sigortalar için tekrarlanır. Daha sonra ise, kaçak olan hatların beslediği sistemlerle ilgili çalışmalar yapılıp, kaçağa neden olan alt sistemler bulunur, düzeltilmeleri sağlanır. 

HANGİ DEĞERLER KABUL EDİLMEZ / EDİLİR?
Pratikte elektriksel bir komponentin, kabul edilebilecek en düşük izolasyon değeri, megaohm cinsinden olmak üzere, çalışma voltajının (kV olarak) 3 katı şeklinde kabul edilir. Örneğin, 380V AC ile çalışan bir elektrik motorunun, en düşük 1,14 megaohm izolasyon direnç değerine sahip olması gerekmektedir. Fakat aslında her komponent grubunun IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineers ) tarafından tavsiye edilen minimum izolasyon direnci hesaplama formulü vardır. Buna göre AC ve DC döner makineler için (Motorlar, alternatörler)

Rm = kV + 1
Rm = Tavsiye edilen en düşük izolasyon direnci - megaohm
kV = Makine çalışma voltajı - kilovolt

Uygulamada, yukarıdaki formül sonucuna yaklaşmış olan elektrik makinelerinin bakımları planlanmalı ve izolasyon dirençlerinin yükseltilmeye çalışılmaları gerekmektedir.

Kaçak akımların oluşmasına sadece elektrik motorları ya da componentleri neden olmaz, bazen kabloların da izolasyonlarının çok düştüğü, mutlaka yenilenmeleri gerektiği durumlara rastlanabilir. Kabloların izolasyon dirençlerinin , kabul edilebilir en düşük değerlerini, The Insulated Cable Engineers Association (ICEA), ürünlerin özelliklerine göre aşağıdaki gibi hesaplamaktadır.

R = Klog 10 D/d

Burada ;
R = Kablonun izolasyon direnci megaohm
K = Kablonun üretildiği izolatör malzemesinin sabit katsayısı ( 500 İle 50000 arasında değişebilir)
D = Tek iletlenli kablonun eşdeğer izolatör çapı = d + 2b + 2c
d = İletkenin çapı
c = İletken izolatör kalınlığı
b = Ceket izolatör kalınlığı

Tespit edilen kaçaklar lokalleştirilip cihaz ya da komponent bazlı ölçümlere gelindiğinde ise, kullabilecek cihaz meggerdir. Bu cihaz kaçak akımların tespitinde en önemli yardımcı ölçüm cihazıdır. Fakat megger cihazları 250V DC ile 10 000 V DC arasında (Modeline göre) test voltajı üreten bir yapıya sahiptirler, bu da dikkatli kullanılmalarını mecbur kılar. Megger testinde uygulanacak doğru voltajın da tespit edilmesi gerekmektedir. Değerler aşağıdaki formül ile elde edilebilir.

Max. DC Test Voltajı: 0,6 x Fabrika AC Test Voltajı x 1,6

Daha pratik bir yolu ise, komponentin çalışma voltajının 2 katını uygulamaktır. Örneğin 220V AC ile çalışan bir elektrik motoru için test voltajı 500V kademesi, 380/440V ile çalışan bir elektrik motoru için ise 1000V kademesi test için uygundur.

İZOLASYON TEST HAZIRLIĞI
Megger, komponentlere yüksek voltaj uyguladığından dolayı, hazırlık yapılmadan direk test yapılması çeşitli problemlere neden olabilir. Bu yüzden önce komponent ya da sistemin enerjisi kesilmelidir. Megger testi öncesinde bir multimetre ile test uygulanacak noktaların voltajlarının ölçülmesi, enerjinin tamamen kesildiğinden emin olunması şarttır.

Bir elektrik motoruna uygulanacak test öncesi bağlantıları sökülebilir ya da kontrol panelinin içinden enerjisi kesilerek, testler sürücü kontaktör terminallerinden yapılabilir. Fakat alternatörlere test uygulamak o kadar kolay olamamaktadır. Alterntörlerin sargılarından direk bağlantı şeklinde bir çok kablo çıkmakta, çeşitli ölçüm sistemlerine gitmektedir. Aynı zamanda AVR (Automatic Voltage Regulator) bağlantıları da tamamen sökülerek emniyete alınmalı, aksi takdirde AVR’nin uygulanacak yüksek voltajdan zarar göreceği unutulmamalıdır. Alternatör içindeki döner diyot, varistör gibi malzemelerin de, bozulma riskleri göz önünde bulundurularak test uygulanmalı, sargıların test sırasında yalnız bırakılması amaçlanmalıdır.

KAÇAK AKIMIN TEHLİKELERİ
Gemide oluşan kaçak akımların mutlaka izlenerek bulunması, sistemden ayırılmaları ve mümkünse tamir edilmeleri, ya da kaçağa neden olan komponentlerin yenilenmeleri gerekmektedir. Peki bu yapılmazsa ne olur? Sargılarında izolasyon sorunu başlayan ve kaçak oluşturan elektrik motorları, bir müddet sonra yanıp, tam kısa devre durumuna gelebilirler. Bu aşama, mal ve can kaybına neden olan bir patlamayla da sonuçlanabilir. Yangın çıkabilir. Eğer kaçak oluşturan bir mutfak ocak pleyti ise, yine bir patlama ve yangın tehlikesi söz konusudur. Aynı zamanda çalışanların elektrik akımına kapılma tehlikesi de, böyle bir durumda göz ardı edilemez. Dolayısı ile, kaçak akım tespitleri önleyici bakım olarak da değerlendirilebilir. Henüz potansiyel büyük bir terslik yaşanmadan, gereken önlemlerin alınması mümkün olabilir.

24V DC Devrelerinde meydana gelen kaçaklar alarm sistemlerini, navigasyon sistemlerini, otomasyon sistemlerini etkileyebilir, hatalı çalışmalarına ya da tamamen bozulmalarına neden olabilir. Bazen bu devrelerdeki kaçaklar, tamamen yanıltıcı durumların ortaya çıkmasına da neden olup, sağlam sistemlerin bozukmuş gibi davranmasına, bir çok hatalı tespite ve zaman kaybına da yol açabilmektedirler. Class Denetçisileri söz konusu problemlerin neden oldukları hakkında bilgi sahibi oldukları için, rastladıkları yüksek kaçak akım değerleri durumlarında mutlaka gerekli çalışmanın yapılmasının şart koşmakta ve takibini yapmaktadırlar.

Kaçak akım oluşmasa bile, tüm sistemler, kullanım durumuna ve müsaitliklerine göre, enerjileri kesilerek, 6 ya da 12 ay aralıklarla izolasyon testine sokulmalı, bir çizelge ile değerler kayıt altına alınıp, eski ve yeni değerler karşılaştırılarak, elektrik motorlarının, kabloların ve diğer sistemlerin kondisyonları izlenmelidir. Düşük değerlere doğru gittiği görülen sistemler için bakımlar planlanarak önlem alınmalıdır.

Son olarak, neredeyse tüm sistemler AC voltaj ile çalışıyorken, megger cihazları neden DC test voltajı üretiyorlar? İzolasyon ölçümünde neden sistemlerin çalışma voltajı olan AC uygulanmıyor da DC testler yapılıyor? Bu şaşırtıcı sorunun cevabı yine malzeme biliminde ve fizikte yatmaktadır. Aslında izolasyon malzemeleri arasında sıkıştırılmış iletkenden oluşan elektrik motoru sargıları ya da benzeri ürünlerin yapısı bir kondansatöre benzemektedir. AC Gerilime karşı kapasitif reaktans gösteren ve akımın kolayca gövdeye akmasına neden olan bu özellik nedeniyle, gerçek izolasyon direnç değeri ölçülemez. Bunun yerine testler DC gerilimle yapılmaktadır.

KAYNAKLAR:
Control Technic, Megger.