Paratoner veya yıldırımsavar, havadaki elektrik yükünü toprağa aktarmayı amaçlayan araçtır. İki bulutun sürtüşmesi, çarpışması veya kendi aralarında elektron boşalması yapmaları sonucu oluşan şiddetli ışık görüntüsüne şimşek denir.
Şimşeklerin yıldırıma dönüşebilmesi için bulutların yeryüzüne yakın bir şekilde paralel olarak durup, elektron alışverişi yapması gerekir. Bu olaydan sonra elektronların izlediği yol şiddetli bir ateş topuna dönüşür ve yıldırım oluşur.
Yıldırımdan korunmak için binaların ve evlerin gökyüzüne yakın olan yerlerine paratoner adı verilen aletler konulur. Bu aletler kısaca toprağa bağlanmış birer demir çubuktur. Topraklama sayesinde demir iletkene gelen yıldırım etkisiz hale getirilir.
Tarihçesi
Elektrik yüklerinin artı ve eksi olarak belirlenip adlandırılmasını sağlayan Benjamin Franklin (1706 – 1790)’dir. Franklin, yaptığı çeşitli deneylerin sonucunda elektriğin belirli ortamlarda fazla veya eksik ölçülerde bulunabilen bir sıvı olduğu görüşüne vardı. Her ikisinde de elektrik eksikliği ya da fazlalığı bulunan cisimlerin birbirini ittiğini, birinde eksiklik diğerinde fazlalık olan cisimlerin ise birbirlerini çektiğini ileri sürdü. Fazlalığı artı elektrik, eksikliği ise eksi elektrik olarak adlandırıldı.
Leiden şişesiyle ilgili deneyleri de sürdüren Franklin, Leiden şişesinden boşalan elektriğin oluşturduğu çatırtılar ve kıvılcımlar ile fırtınalı havalardaki gök gürültüsü ve şimşek arasında bir ilişki olması gerektiğini düşündü ve 1752’de, fırtınalı bir havada uçurduğu bir uçurtma ile bir Leiden şişesini yüklemeyi başardı. Franklin’in bu deneyden pratik yararlar elde etme yönündeki girişimleri paratonerin bulunmasına giden yolu açtı. Bu nedenle, yıldırıma karşı bir korunma aracı olarak kullanılan ve toprağa bağlı bir metal çubuktan ibaret olan paratonerin gerçek mucidi Franklin’dir. 1782 yılında ABD’nin Philadelphia kentinde paratoner kullanan konut sayısı 400’ü geçiyordu.
Radyoaktif paratoner
M. Davzere ve Sazillar adlı ilim adamlarının çalışmalarından faydalanarak geliştirilmiştir. Yıldırımın meydana geldiği yerlerde havanın fazla şekilde iyonlaşmış olduğu belirlenmiştir. Bu sebepten tek bir çubuk kullanarak emniyetli bir paratoner yapmanın mümkün olduğunu göstermişlerdir. Bahsedilen çubuk, radyumla donatılarak etkisi, daha sonraları bir de hızlandırıcı sistem eklenerek paratonerin verimi arttırılmıştır. Gelişmelerle az miktarda radyumla, bol miktarda iyonizasyon sağlandı.
Radyoaktif paratonerleri, Franklin prensibinden faydalanılarak geliştirilmiş, maksat; yıldırımı her hangi bir istenen noktaya ve sonra onu toprağa boşaltmak için yapılmıştır. Prensipteki bu benzerlik, çalışma prensibinde değişmektedir. Franklin paratoneri az miktarda iyon yapmakta, halbuki radyoaktif paratoner çok miktarda iyon yaymaktadır. Misal olarak bir miligram (mg) radyumun saniyede 2,8×10 13 çift iyon yaydığı söylenebilir. Diğer taraftan bu metot paratoner tarafından yayılan iyon akımını milyon değerinde bir katsayı ile çoğalttığı için bulut yükünün azalmasında etkili bir rol oynar. Meydana getirilen iyonlar, bir hızlandırıcı sistemle daha da yüksek hızlara eriştirilir.
Elektrostatik Paratoner
Elektrostatik Aktif Paratonerler, yıldırıma karşı etkili bir koruma alanı oluştururlar. Bu tip paratonerler farklı yapılış tekniklerine sahip olmakla birlikte etkin bir koruma alanına sahiptirler. Elektrostatik Aktif Paratonerler değişik tip ve şekilde olabilirler. Değişik test raporları, standartlara (ISO ve kendi ülkelerinin standartları) ve 25 yıl gibi bir garantiye sahiptirler.
Elektrostatik Paratonerler yıldırım öncesi havada değişen yoğunlaşan elektromanyetik alanı kullanarak çalışır. Hava ile yer arasında elektromanyetik alan farkı yükseldiği zaman, içindeki mekanizması bu farkı kullanarak bir iyonizasyon sistemine geçer. Bir iyon yayılımı başlatır. Bu iyon yayılımı ile yıldırım kanalı oluşturup yıldırımı kendi üzerinden toprağa aktarır.
Paratoner ünitesi hem pozitif yıldırım durumlarında hem de negatif yıldırım durumlarında görevini yerine getirmektedir. Elektrostatik paratonerler Aktif ve pasif iyonizasyon elektrotlarına sahiptir. Pasif elektrotları sayesinde, paratonerin bulunduğu nokta ile toprak arasındaki potansiyel farkını hissederek havada iyonizasyonun en garantili şekilde oluşmasını sağlamaktadır. Bu iyonizasyon yayımına iç iyon jeneratör sisteminin de katılması ile iyon verimi en üst düzeye çıkmaktadır.
Piezoelektrik Kristalli E.S.E Aktif Paratonerler
Piezoelektrik kristalleri, elektrik enerjisini mekanik enerjiye, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren kristal yapılardır. Kurşun zirkotitanat diye tabir edilen çok sert bir malzemeden oluşmuş olup, uçları ince bir tabaka elektrot kalitesinde nikel ile kaplanmıştır. ‘Üretken’ olarak kullanıldıklarında bu seramikler, yalnızca basıncı artırmak suretiyle, arzulanan iyonları elde etmek için gerekli voltajdan çok daha yüksek voltaj seviyeleri (20 000 ile 25 000 V arası) üretirler.
Piezoelektrik Uyarım; Tersine çevrilebilir etkili gerilimlerin çoğu direk rezonansından meydana gelen titreşimli etki ile uyarıcıya tatbik edilen ön gerilmeden dolayı meydana gelen titreşimli etki ile en ufak türbülans ile paratonerin kendi kombinasyonundan meydana gelen güçten elde edilir. Elektrik kuvvetiyle güç çeviricisine bağlandığında, yayıcı uçlar bu yüksek gerilime maruz kalır. Bu nedenden dolayı yüksek miktarda iyon (2,5 ile 6.5kV un7.65*1010 katı) salıverirler. Bu iyonlar VENTURI devresi tarafından ele geçirilerek, yakalama başlığı ve uzantısı etrafında iyonize edilmiş bir hava akımı teşekkül eder.
Piezoelektrik kristal, tabiatta doğal olarak bulunan bazı madenlerden üretilirler. Bu nedenle de yıldırım deşarjlarından etkilenmezler. Hem pozitif hem de negatif yıldırım deşarjına karşı korunmalıdır.
Bu paratonerlerde, cihazın gövdesinde bulunan piezoelektrik kristalinin aldığı titreşimlerle ürettiği yüksek gerilim darbeleri bir iyonizasyon yaratır. Venturi borusu şeklinde iyon yayma mekanizması sayesinde hızlandırılmış iyon yayımı gerçekleşir. Bu şekilde yıldırım kanalı oluşturup yıldırımı kendi üzerinden toprağa aktarır. Alt gövdede piezoelektrik kristali vardır. Üst bölümde ise iyon yayma sistemi ve koruyucu sistemi vardır. Değişik modelleri için değişik h yüksekliklerine göre değişik seviye sonuçlarına göre koruma yarıçapları vardır. Bozulmayan doğal maden piezo kristalli ile çalıştıkları için bu tip paratonerler, elektrostatik aktif paratonerlerden üstündürler.
Korona Etkisi Uyarı Zamanının Kısaltılması; Yapılan araştırmalar da göstermektedir ki piezoelektrik iyonizasyon sistemi, çoğu kez korona etkisi (towsend çığ’ı) uyarı zamanını kısaltmaktadır. N.L.Allen, T.E.Allibone ve D.During adlı bilginler tarafından yapılan en son araştırma, iyonizasyon yoğunluğunu arttırmanın (150 ile 1100 iyon/cm3) uyarım zamanını % 50 oranında azalttığını ve iyonik yoğunluk arttıkça bu gecikmenin düzenli şekilde azaldığını göstermektedir.
Bu durumu başka bir şekilde izah edecek olursak; bir elektrodu saran havadaki iyonik yoğunlukta meydana gelebilecek herhangi suni bir yükseliş, iyonizasyon geriliminde bir düşüş olmasına sebep teşkil eder. Böylelikle: elektriksel alanın genişletilmesi, yıldırımı yakalama ucunda iyonizasyonun sağlanması, algılama başlığı içerisinde iyonize edilmiş bir hava kanalının yaratılmasını sağlamakla korona etkisini tetiklemenin başlangıç safhasında uyarım gecikmesini kısaltıp ve korona akımının boşalma hızını yükselterek elverişli bir hareket tamamlanmış olur.
PARATONER KONTROLÜ VE TOPRAKLAMA ÖLÇÜMÜ
Radyoaktif Paratonerler, Aktif Paratonerler, Faraday Kafesi gibi yıldırımdan korunma tesisatları ile elektrik ve topraklama tesisatlarının aşağıdaki tüzük ve şartnameler gereği yılda en az bir defa kontrol edilmelidir.
Enerji Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından hazırlanıp 21.08.2001 tarih ve 24500 sayılı Resmi Gazetede yayınlanarak, yürürlüğe giren “Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği” Ek-P’de çeşitli topraklama tesislerinin işletme dönemi içindeki muayene, ölçme ve denetlemelere ilişkin önerilen periyotları aşağıda verilmiştir:
- Elektrik üretim iletim ve dağıtım tesisleri (enerji nakil ve dağıtım hatları hariç) için: 2 yıl
Enerji nakil ve dağıtım hatları için:5 yıl - Sanayi tesisleri ve ticaret merkezleri için:
Topraklamalara ilişkin dirençlerinin muayene ve ölçülmesi:1 yıl
Topraklama tesisleri ile ilgili diğer muayene, ölçme ve kontroller:2 yıl - Sabit olmayan tesisler için:
Sabit işletme elemanları için:1 yıl
Yer değiştirebilen işletme elemanları için:6 ay - Parlayıcı, Patlayıcı Tehlikeli ve Zararlı Maddelerle Çalışılan İşyerleri ve İşlerde Alınacak Tedbirler Hakkında Tüzük kapsamındaki topraklama tesisleri ile ıslak ortamlarda çalışılan işyerlerindeki topraklama tesislerinin muayene, ölçme ve denetleme periyotları bir yılı aşamaz.
Türk Standartları Enstitüsü tarafından 04.12.1990 tarihinde yayınlanarak 4.1.1976 gün ve 7/11204 sayılı Bakanlar Kurulu Kararnamesi ile yürürlükte bulunan TS622; “Yapıların Yıldırımdan Korunması Kuralları” madde 2.11.2’ye göre “Muayeneler tercihen 12 ayı geçmeyen sabit aralıklar ile tekrarlanmalıdır. Muayenelerin yapıldığı mevsimin değişmesi için 12 aydan biraz kısa bir aralığın seçilmesi faydalı olabilir.”
T.C. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı tarafından yayınlanan “Genel Teknik Şartnameler, Bölüm 7, Yapı İşleri Elektrik Genel Teknik Şartnamesi” madde 47.15.1’e göre “yıldırımdan korunma tesisatlarının her çeşidinin bakımı periyodik olarak yılda bir kere yapılacaktır.” Ayrıca Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı İşçi Sağlığı ve İş Güvenliği Tüzüğü’ne göre de paratoner ve topraklama bakımlarının yapılması zorunludur.
Yıldırımdan Korunma Tesislerinin Civarındaki İletişim Tesisleri için Topraklama Kuralları
Komşu Topraklayıcılar: Yıldırıma karşı koruma topraklamalarına 2 m’den daha küçük mesafede başka topraklayıcılar bulunuyorsa, bütün topraklayıcılar birbirleriyle bağlanmak zorundadır. Topraklayıcı mesafelerinin 2 ila 20 mt.arasında olması durumunda bütün topraklayıcıların birbirleriyle bağlanması tavsiye edilir. Toprak özdirencinin 500 Wmt’den daha yüksek olduğu durumlarda, aralarındaki mesafeler 20 mt’den büyük olan topraklayıcıların da yıldırıma karşı koruma topraklamasına bağlanması tavsiye edilir.
Binaların yıldırıma karşı korunması: İletişim sistemine ilişkin topraklama tesislerinin, binanın yıldırıma karşı koruma tesisiyle bağlanması tavsiye edilir. Bunun için, yıldırıma karşı koruma tesisinde olduğu gibi aynı iletken kesitleri ve elemanlar kullanılmalıdır. Bu amaçla topraklama kuşaklama (ring) iletkenleri birçok kere, ancak topraklama baraları veya topraklama klemensleri sadece bir kere bağlanırlar.
İçlerinde iletişim tesisleri işletilen, yıldırım tehlikesine maruz kalabilecek yüksek binalarda (örneğin çelik-beton haberleşme kulelerinde),atlamaları önlemek için, dikey metal kısımlar yeterli kesitteki inşaat demiri (St 37) ile sarılmış olmalıdır. Topraklama birleştirme iletkeninin, teknik donanım için yukarıya taşınması boyunca, fonksiyon topraklaması ve koruma iletkeni (FPE) her katta, fakat en az 10 mt aralıklarla ve aynı şekilde binanın en üst ve en alt noktalarında, örneğin binanın demir iskeleti gibi sarılı dikey metal kısımlarına bağlanmalıdır.
Bu durumda bu kısımların kolay erişilebilir bağlantı noktaları bulunmalıdır. Yıldırıma karşı koruma tesisi bir ana indirici merkezin işletme topraklamasından ayrı tutuluyorsa, bu işletme topraklamasıyla bağlanmış iletişim sistemine ilişkin topraklama tesisi, sadece eklatör üzerinden yıldırıma karşı koruma tesisiyle bağlanabilir.
Paratoner Sisteminin Montajı
- Paratoner sistemi ile yıldırımdan korunma için korunacak binaların en üst noktasından 1,5 m daha üste, aktif paratonerlerin montesi yapılmalıdır.
- Bakır iletkenler %99,5 saflıkta elektrolitik bakır olmalıdır.
- Kurulması istenen tesisin ölçülen topraklama direnci 5 Ohm ise sorun yoktur. 5 Ohm den çok ise ek bakır çubuk kullanılarak düşürülmesi sağlanmalıdır.
- Bütün bağlantı noktaları toprağın altında ziftlenmelidir.
- Çatılarda paratoner montajı yapılırken TV antenleri – Telsiz varsa paratoner tesisatına mutlaka bağlanması gerekir. (TS 622).
- Telefon, yangın ihbar ve kumanda tesisatı gibi kablolarının geçtiği yerlerde topraklamalar kabloların 5 m uzağında olmalıdır.
- Aktif paratonerin toprağın altında olan bütün bağlantı noktaları ziftlenmelidir.
- Can ve mal güvenliğiniz için topraklama ölçümü ve paratoner bakımı, paratoner yönetmeliği doğrultusunda mutlaka yapılmalıdır.
Bir yanıt yazın