...::: GELİŞİM ELEKTRİK :::...

PARATONER VE TOPRAKLAMA HİZMETLERİ

YILDIRIM NEDİR ve KORUNMA YOLLARI NELERDİR?

1) Yıldırım Nedir Nasıl Oluşur?   2) Yıldırımın Etkileri   3) Yıldırımdan Korunma Yöntemleri

1- YILDIRIM NEDİR NASIL OLUŞUR?

Havanın yalıtkan olması nedeniyle ‘kümülü-nimbüs’ adı verilen yıldırım bulutları hareket ettikçe elektrik yüklenirler ve yüksek gerilimli yıldırım bulutlarını meydana getirirler,bulutların yeryüzüne yakın olan kısımları çoğunlukla negatif değerde şarj olurlar(%90),bu elektriksel yüklenme konusu şimdilik teorilerle açıklanabilmektedir.Bulutun elektrik yüklenmesi  sırasında yer yüzeyi de bulut boyunca pozitif yüklerle yüklenir nadiren tersi yüklenme de olabilir(%10).Bulut fırtına ve rüzgar etkisiyle hareket ettikçe her iki taraftaki yük ayrışımı da artarak devam eder.Bulutla yer arasındaki potansiyel fark havanın yalıtkanlığını delecek seviyeye ulaştığında en yakın noktalarında bir iletken kanal oluşur ve buluttan toprağa veya  topraktan buluta bu kanal içinden deşarj başlar.

Bulutların arasındaki deşarja şimşek ve bulut toprak arasındaki deşarja yıldırım denir.

Yıldırım bulutunun oluşumunu üç aşamada inceleyecek olursak;

Gençlik: Aşağıdan yukarı ve kenarlardan ortaya doğru hava akımı artar,süre 10-15 dakikadır

Olgunluk: Sıfıra yaklaşan sıcaklık, azalan kaldırma kuvveti şiddetli yağmura sebep olur. Bu sırada yukardan aşağı   

soğuk rüzgarlar görülür. Yere ulaştıklarında kısa süreli, şiddetli fırtınaya sebep olurlar. Bu aşama 15-30 dakika

arasındadır.

Yaşlılık: Hava akımları son bulur ve yaklaşık 30 dakika sürer.

Yıldırım Çeşitleri

Bir yıldırım deşarjının oluşabilmesi için elektrik alan şiddetinin 2500kV/m değerine ulaşması gerekir. Buluttaki elektrik alan şiddeti yeterince yükseldiğinde bulut-bulut yada bulut-yeryüzü deşarjı görülür.

a) Yukarı çıkan yıldırım: Pozitif yüklü sivri bölgelerden,bulutun negatif yüklü bölgesine başlayan ön deşarjlardır.Düzgün araziler üzerindeki yüksek yapılardan (GSM kuleleri) veya yüksek dağlık kesimlerin tepe noktalarında başlar.Bu sırada 1 ila 10 kA arasında değişen akımlar görülür.Deşarj tam olgunlaştığında akım değeri 10kA ‘i bulur.

b)Aşağı inen yıldırım: Yıldırım bulutunun alt kısmındaki enerji yeterli seviyeye geldiği zaman toprağa doğru bir elektron demeti harekete geçer. İlk demet 10-15 metrelik mesafeyi 50.000- 60 000km/sn hızla kat eder.30 ile 100 mikron saniye ikinci ,üçüncü,dördüncü elektron demetleri bir öncekinden  bu mesafeyi 30 ile 50 metre arası daha ileri taşır.Böylece  her deşarj şimşeğin ucunun yeryüzüne yaklaşmasını sağlar. Ön deşarjlar yer yüzeyine yaklaştıkça elektrik alanı havanın yalıtkanlığı delinir ve böylece yer yüzeyindeki sivri bir noktadan bir deşarj yukarı doğru ilerleyerek ön deşarjlara birleşerek hava içerisinde iletken bir kanal oluşur ve bu kanaldan buluttaki yüksek gerilim (@100 milyon volt) toprağa 200.000Amper akım şiddeti ile akar.

2- YILDIRIMIN ETKİLERİ

a) Elektrodinamik Etki: Yıldırım akış yolunun bir kısmının diğer bir kısmının manyetik alanı içinde bulunması halinde büyük kuvvetler ortaya çıkar. Bu etki ince anten borularında ezilme, parelel iletkenlerde kısadevre, iletken kroşelerinde hasar gibi sonuçlar doğurur.

b) Basınç ve ses etkisi: Yıldırım kanalı içerisindeki kuvvetlerin sebep olduğu basınç bu akımın sönmesi ile patlama şeklinde genleşerek gök gürültüsünü meydana getirir.Bazen camların kırılmalarına sebep olur.Gök gürültüsünün diğer bir nedeni de meydana gelen ısı enerjisinin çok büyük olması ve ani bir genleşme meydana getirmesidir.

c) Elektrokimyasal etkisi: Büyük akım şiddetlerinde elektrolit parçalanma sonucu demir, çinko, kurşun gibi metaller açığa çıkar.

d) Isı Etkisi: Yıldırım deşarj akımının geçtiği iletkenlerde sıcaklık artar fakat süre çok kısa olduğundan iletkenlerde çok büyük ısı artışı olmaz.

e) Işık etkisi: Yıldırım deşarjı sırasında oluşan iletken kanal etrafında çok parlak ışık oluşur.Yakınındakilerde göz kamaşması veya geçici görme bozukluklarına sebep olur.

3- YILDIRIMDAN KORUNMA YÖNTEMLERi

Burada yapıların yıldırımdan korunması için günümüzde kullanılan yöntemlerden söz edecegiz.

1-Pasif yakalama uçları:Yıldırım çekme özelliği olmayan,sivri çabukların kullanıldığı yıldırımdan korunma yöntemlerinden en eskisidir.İlk uygulanması 1760 lı yıllarda Franklİn tarafından yapılmıştır. Sivri uçlu çubukların korunacak yapıların üzerine yerleştirilerek iletken yardımıyla toprağa irtibatlandırılması esasına dayanır. O dönemde koruma çapı olarak çubuk boyunu yarı çap olarak hesaplanırken günümüzde koruma çapı olarak çubuk boyu kabul edilmektedir. Bu metod daha geliştirilerek günümüzde FARADAY KAFESİ olarak anılan yöntem ortaya çıkmıştır.

Faraday Kafesi

Faraday’ın çalışmaları sonucu iletken bir kafes içerisindeki elektrik alanının sıfır olduğunu ortaya çıkarması üzerine Melsens 1884 yılında korunacak bir hacmi iletken kafes içerisine alma fikrini ortaya atmıştır.Yapı üzerine yerleştirilen yakalama uçları ve bu yakalama uçlarının iletkenler vasıtası ile yapıyı kafes içerisine alması şeklindedir. Günümüzde yapının her noktasının eş potansiyele getirilmesi olarak adlandırılan yöntemdir. Ancak aşağıdaki güçlükler uygulamanın çokta kolay olmadığını göstermektedir.

Faraday Kafesi  kafesteki göz aralıkları ne kadar sık olursa o kadar iyi sonuç alınır bu ise maliyetlerde artış demektir.

Yatay ve dikey döşenen iletkenlerin ek noktalarında oluşacak oksitlenme istenen korunmayı sağlamakta bir engelir.

Bakımı zordur, iletkenlerin ve hali hazır durumlarının tespiti oldukca zordur.

Tamamlanmış yapılarda sonradan bu yöntemi uygulamak maliyetleri artıracağı gibi binanın alt kısmının kafeslenmesi neredeyse  imkansızdır.

Deprem riski olan bölgelerdeki yapılarda, tektonik hareketler neticesi sistemin hasarının tespiti neredeyse imkansızdır.

İyi kurulmamış bir kafes sistemine verilecek en trajik örnek  Mont Black Gözlemevi gösterilebilir.

Burada gözlemevinin toprağa oturan yatay yüzünün de kafeslenmesi gerekirken bu yapılmayıp kafesin buradaki kapanışı için toprağın iletkenliğine güvenilmiştir. Toprağın buradaki iletkenliği yetersiz kalınca gözlem evinde yıldırım darbeleri sonucu can kayıplı kazalar olmuştur.

Aktif yakalama uçları (paratonerler)

Aktif yakalama uçları yıldırım bulutlarına doğru iyonize bir yol açarak veya iyon göndererek,yıldırımın deşarjı için havanın yalıtkanlığını bozarak hava içerisinde iletken bir kanal açılmasına sebep olur.Radyo-aktif olanların kullanımının yasaklanmasından sonra günümüzde iki farklı çalışma sistemine sahip paratonerler bu bölümde incelenecektir.

Piezzo-elektrik Prensibi ile çalışan paratonerler

Piezzo-elektrik elementleri basınca maruz kalınca yüksek gerilim üreten elementlerdir.Bu özellikten faydalanılarak bazı paratoner üreticileri piezzo-elektrik prensibi ile çalışan paratoner imal etmektedirler.Rüzgar etkisi ile salınım yapan paratonerin gövdesi, içerisindeki piezzo elektrik kristalini basınca maruz bırakarak yüksek gerilim darbeleri oluşturur.Bu darbeler paratonerin yakalama ucu üzerindeki ark boynuzlarına gönderilir. Ve burada ark etkisi ile hava iyonizasyona uğratılır.

 Paratonerin rüzgar enerjisi ve ark boynuzu ile çalışması en büyük dezavantajıdır.

Aktif Paratonerler (ESE-TİPİ)

Yıldırımdan korunmada en son gelinen nokta elektrostatik aktif paratonerlerdir.Yıldırım deşarjları yapıların en yüksek ve sivri yerlerinde gerçekleştiğini bilen paratoner imalatçıları yıldırım deşarjlarını havanın elektrostatik yük değişimleriyle devreye giren ayrıca enerji kaynağı gerektirmeyen paslanmaz çelik gövde içerisine yerleştirilmiş bir pals jeneratöründen ibarettir.Bu pals jeneratörü elektro atmosferik bir kondansatör sistemidir.

ESE (Early Streamer Emission) Erken Akış Uyarılı paratonerler olarak adlandırılan Fransa ve ABD de standartlarına  girmiştir.

Çalışma prensibi çok basittir.Havanın sadece yıldırım riskinin oluşabileceği durumlarda çalışır,diğer zamanlarda gereksiz deşarjlara sebebiyet vermez.Bu tip paratonerler kullanarak sanki binanın tepesine metrelerce yükseklikte yakalama çubuğu dikmek yerine aynı etkiye sebep olacak bir sistemdir. Havadaki elektrostatik yük

Türkiye de üretimi yapılan ESE-SAT aktif paratonerleri ulusal ve uluslar arası gerekli kalite ve test belge ve sertifikalar sahiptir. Ülkemizde meteorolojik şartlardan ve çarpmalardan etkilenmesin diye paslanmaz çelik gövdeli  olarak imal edilen bu paratonerler yalıtım ve sızdırmazlık bakımından hava koşullarının ve yıldırım deşarjlarının yaratabileceği etkilere karşı dayanıklıdır. Bakım gerektirmez ve ark çıkarmazlar. Çalışır durumda olduklarını  test etmek satış yerlerindeki test cihazı ile kolayca  mümkündür.