Dış Yıldırımlık (Paratoner) Tesisatı Kontrol ve Bakımı

YILDIRIMLA İLGİLİ İLK BİLİMSEL ÇALIŞMALAR:

Yıldırım olayı; tarih boyunca insanları korkutmuş, bir o kadar da ilgisini çekmiştir.

1870 Prusya – Fransa savaşında alman askerleri yıldırımın (donnerkeil) sihirli gücü sayesinde Fransız mermilerinden korunduklarına inanıyorlardı.

Yıldırımla ilgili ilk bilimsel çalışmaları yapan kişi İngiliz bilim adamı William Wall’dur. 1708 yılında yıldırım olayının elektrikle ilişkili olabileceğini, sürtünme ile kolayca statik elektrik yüklenen kehribardan oluşan küçük çıtırtılar ile yıldırım arasında benzerlik olduğunu düşünmüştür.

Daha sonra S. Gray (1735) ve A.G. Rosenberg (1745) laboratuarda makinelerle üretilen statik elektriğin oluşturduğu arklar ile yıldırım arasındaki benzerliği ortaya koymuşlardır.

J.H. Winkler (1746) Leipzig’de yayınlanan kitabında yıldırım ve elektrik arasında birkaç benzerliği açıklamıştır.

1745 yılında, Hollandalı fizikçi Pieter van Musschenbroek tarafından geliştirilen Leyden Şişesi en ilkel kondansatördür.

Temmuz 1750 yılında Benjamin Franklin; elektriği sivri cisimler tarafından çekilen sıvı gibi tanımlamıştır. Bu prensiple evler, kiliseler ve gemiler yıldırımın hasarlarından korunabilir. Böylece Franklin’in yakalama çubuğu doğdu.  Franklin iddiasını ispatlamak için bir deney tasarladı.

Küçük bir nöbetçi kulübesi inşa edileceğini, tek kişilik kulübenin tabanına yalıtkan bir platform konacağını, kulübenin üzerine anten gibi uzun bir çubuk dikileceğini ve çubuğun izolatörlerle kulübeye ve yalıtkan platforma bağlanacağını düşündü ve yayınladı. Ancak deneyi yapamadı.

Bu tasarlanan deneyi yayından okuyan Fransız doğabilimci D’Alibard, deneyi 10 Mayıs 1752’de Paris’te bir başka versiyonla gerçekleştirdi. Deneyde Leyden Şişelerini doldurarak yıldırımın elektrostatik bir olay olduğunu tespit etti.

D’Alibard’ın deneyinden birkaç hafta sonra Benjamin Franklin Uçurtma Deneyini yaptı. (1752) Benjamin Franklin; Uçurtma Deneyi ile Leyden Şişesini yükleyerek yıldırımın bir elektrik deşarjı olduğunu, D’Alibard’ın deneyinden habersiz tekrar tespit etti.

D’Alibard ve Franklin’den bir yıl sonra Rus Profesör Georg Wilhelm Richmann kulübe deneyini St Petersburg’taki laboratuarında yapmaya çalıştı. Ancak laboratuarın yakalama çubuğuna isabet eden yıldırım akımına çarpılarak öldü. Asistanı ise ağır yaralandı.

Bu yüzden Avrupa’da paratonere önceleri kuşku ile yaklaşılırken, 20 yıl kadar sonra kabul gördü hatta biraz abartıldı.

YILDIRIMIN OLUŞUMU:

Yıldırım, elektrik yüklü bir bulut ile toprak arasındaki elektriksel deşarja denir.

Yıldırımın oluşması için öncelikle yıldırım bulutunun oluşması ve sonrasında bu bulutun elektriksel olarak yüklenmesi gerekmektedir.

Bulutların elektriksel olarak yüklenmesi ile yıldırım ve şimşek (iki bulut arasındaki elektriksel deşarj)  gibi olayların tümüne meteoroloji dilinde “oraj” denilmektedir.

Şurası bilinmelidir ki her bulut oraj yapmayacağı gibi, oraj yapma ihtimali olan bulutlarda yeterli şartlar oluşmadıkça yıldırım olayını gerçekleştiremezler. Bir oraj bulutunun içinde yaklaşık 500kV/m’lik bir elektrik alan mevcuttur. Bu da böyle bir bulut içerisinde çok kuvvetli düşey hareket ve kuvvetler doğurur. Böyle bir bulut yere kafi miktarda yaklaşır ve atmosferik şartlar (ısı, nem vb.) uygun olursa, bulutta havanın delinme eşiğini aşacak potansiyel farkın oluşması durumunda yıldırımın oluşumu için fiziksel şartlar yerine gelmiş olur. Bir yıldırım boşalmasının oluşabilmesi için elektrik alan şiddetinin yaklaşık 2500kV/m değerine ulaşması gerekmektedir. Bir oraj bulutundaki elektrik alan şiddeti değeri yeterince arttığında bulut-bulut (şimşek) veya bulut-yeryüzü (yıldırım) deşarjı görülebilir. Eğer yeryüzündeki alan şiddeti çeşitli sebeplerden dolayı (yeryüzünün engebeli yapısı, binalar, yüksek kuleler, gökdelenler vb.) bozulmuşsa bu takdirde de yeryüzü-bulut deşarjı da görülebilmektedir.

Yıldırım olayında deşarj sürekli olmaz. Bir bulutun alt kısmındaki enerji yeterli seviyeye geldiği zaman, kısa veya uzun süreli duraklamalarla kademeli bir şekilde ileri sıçramalar halinde toprağa doğru bir elektron demeti harekete geçer.

Elektron demeti her ileri sıçrayışta 10-100m kadar yol alır ve ortalama hızı 30.000 – 150.000 km/sn’dir. (Işık hızının yaklaşık %16’sı) Sıçramalar arasındaki duraklama süresi yaklaşık 30-90µsn arasında gözlenmiştir. Buluttan yere doğru oluşan bu elektron hareketine “öncü boşalma (deşarj)” ya da “korona deşarjı” denir.

Genellikle elektrik yüklerinin oluşumu ve yük ayrılması olayının sonucu, bulutun öncü deşarjı negatif uzay yüklerinden meydana gelir. Ancak nadir de olsa pozitif uzay yüklerinden oluşan bulut öncü deşarjları da bulunmaktadır. Yıldırım bulutunda meydana gelen öncü deşarjların oluşturduğu iletken kanal ile, yerden yükselen buluta göre karşıt polaritedeki yakalama deşarjı birleştiğinde ana deşarjın geçeceği iletken yolu oluşturmuş olurlar. Bu oluşan yoldan yıldırım deşarjı meydana gelir.

Yıldırım deşarjı sıçramalarla değil, tek bir iletken kanalın içinden kuvvetli bir akımın geçmesi ile oluşur. Bunu ikinci, üçüncü deşarjlar da izleyebilir. Yıldırım olayı yüksek frekanslı bir olay olmayıp unipolar bir şok deşarjı, kısa süren bir doğru akım darbesidir ve yapılan gözlemlerde 20-100 milyon Volt, 5-200kA’lik bir akım değerinde olduğu tespit edilmiştir.

YILDIRIMIN ETKİLERİ:

1. Doğrudan Etkiler (Fiziksel Etkiler)
Yangın ve fiziksel deformasyon, elektrokimyasal etki (ozon, elektrik şoku)

2. Dolaylı Etkiler (Endüksiyon Etkileri)
Elektronik Cihazların arızalanması, PLC programlarının silinmesi, telefon santrallerinin yanması.

YILDIRIMDAN KORUNMA SİSTEMLERİ:

Doğrudan Etkilere Karşı (Dış Yıldırımlık) : Basit (Pasif) Yakalama Ucu (Franklin Çubuğu), Kafes Yöntemi (Faraday Kafesi), Gerili İletken Hat (Halat) Yöntemi, Aktif Paratoner     

Dolaylı Etkilere Karşı (İç Yıldırımlık) : Parafudr Sistemi (B Sınıfı, C Sınıfı, D Sınıfı) , Potansiyel Dengeleme   

Basit (Pasif) Yakalama Ucu (Franklin Çubuğu) : Ucu sivri metal çubukların bir iletken yardımı ile toprağa irtibatlandırılması, bu şekilde gelebilecek bir yıldırım darbesinin basit yakalama ucu ile yakalanarak toprağa aktarılması sayesinde koruma yapan bir yıldırımdan korunma sistemidir. Basit yakalama ucunun etkinlik sahası koruma sınıfına göre, yakalama ucunun tepe noktasından 30° ile 45° arası bir açı içerisinde kalacak koni hacminde bir alandır.         

Kafes Yöntemi (Faraday Kafesi) : Kafes yöntemi, korunacak hacmin iletken bir kafes içine alınarak korunduğu bir yıldırımdan korunma sistemidir. Kafes yöntemi Michael Faraday’ın yapmış olduğu çalışmalarla iletken bir kafes içindeki elektrik alanın belirlemesi üzerine, aynı teoriden yola çıkılarak Melsens tarafından uygulanmaya başlanmıştır.

Uygulamada korunacak olan yapının çatısı ve yan duvarları iyi iletkenlerle yatay ve dikey bir şekilde sarılarak kafes içine alınır, çatı üzerine belirli aralıklarla yerleştirilmiş ve bu kafese irtibatlandırılmış dikey sivri çubuklar yerleştirilir, kafes tabanda toprakla irtibatlandırılır. Bu şekilde binanın her noktası eş potansiyel hale gelecek ve herhangi bir yıldırım deşarjında tehlikeli akımlar tamamen örülen kafes üzerinden toprağa akacağından binaya bir zarar gelmeyecektir. Günümüzde dünyanın hala en güvenilir yıldırımdan korunma sistemi kafes yöntemidir.

Gerili İletken Hat (Halat) Yöntemi: Gerili hat yöntemi ile yıldırımdan korunma sistemleri, kafes yöntemi ile proje edilen yıldırımdan korunma sistemleri ile aynı prensipte çalışan ancak yıldırımın yapıdan izole edilmesi istenen yerlerde kullanılır.

Sistem prensip olarak, yapı üzerine, etrafına yada çatısına dikilen direkler üzerine toprakla irtibatlandırılmış iletken bir halat çekilmesi suretiyle yıldırımın yapıya temas etmeden yakalanması esasına göre dizayn edilir. İletken halatın altında kalan bölgede “yuvarlanan küre” ya da “açı metodu” ile tanımlanmış korunmuş hacim oluşur. Bu sayede halatın altında kalan bölge yıldırımdan korunmuş olur. Bu uygulamada sistem yıldırımı yapıya temas etmeden yakaladığı için patlayıcı, yanıcı yada tehlikeli madde bulunan yapılarda özellikle tercih edilir. Ayrıca kar yükü nedeniyle faraday kafesi kurulamayan yapılarda da iletkeni kar yüksekliğinin üzerine çıkarmak suretiyle rahatlıkla kullanılabilir.

Aktif Paratonerler:Enerjilerini havada oluşan elektrostatik ve elektromanyetik alan yoğunluğu değişimlerinden alarak çalışan Erken Akış Uyartım Sistemli (ESE) ve Piezo Kristalli başlıklardan oluşmaktadır. Aktif Paratoner başlıkları dört ana parçadan oluşmaktadır. Bunlar; yakalama ucu, gövde, alt mil ve paratoner bağlantı adaptörüdür.

DIŞ YILDIRIMLIK TESİSATI (PARATONER) KONTROLÜ VE BAKIMI

• Dış yıldırımlık tesisatı yılda en az bir kez kontrol edilmelidir.
• Paratonerin sağlam olup olmadığına bakılır.
• Paratoner direğinin sağlamlığı ve yakalama ucunun paslanıp paslanmadığı kontrol edilir.
• İniş iletkenlerinin paratonerle bağlantı noktaları kontrol edilir. Gevşekse sıkılır, aksi halde yangına yol açabilir.
• Direkteki iniş iletkeni kroşeleri kontrol edilir.
• İniş iletkenlerinde varsa ekler kontrol edilir.
• İniş iletkenlerinin sürekliliği kontrol edilir, kopma veya herhangi bir çıkma varsa et kalınlığı olan bakır bağlantı klemensleri kullanılıp yeterince sıkılmalıdır.
• Zeminden 2m yukarıda olması gereken test (ölçüm) klemensi kontrol edilir. Gevşekse sıkılır. Gerekirse değiştirilir.
• Dış yıldırımlık tesisatının topraklama direnci ölçümü yapılır.
• Topraklama direnci ölçümü sonucunda değer en fazla 10 Ω olmalıdır.
• Eğer paratoner topraklama direnci 10 Ω’un üzerinde ise, topraklama sistemini güçlendirici önlemler alınmalıdır.
• Topraklama direncinin düşürülmesi için piyasada satılan çeşitli kimyasalların kullanılmasını çevresel etkilerinden dolayı önermiyoruz.