Yıldırımdan korunma ve topraklama sistemleri sektörünün öncülerinden Amper Elektrik, yıldırımdan korunmanın en etkin sistemlerinden biri olan NFC 17-102 standartlarına uygun aktif paratoner başlıkları ile canlı yaşamını güvence altına almayı ve olası zararları önlemeyi ya da en aza indirmeyi hedefliyor.
Yıldırım nedir? Zararları ve korunma yöntemleri nelerdir?
Fırtınaların ve hava akımlarının artmasıyla birlikte buluttaki yük oranı da artar. Buna bağlı olarak yerdeki yük birikimi de hızlanarak devam eder. Belli bir değerden sonra hava delindiğinde iletken kanal boyunca hem buluttan yere hem de yerden buluta doğru elektrik boşalması başlar. Dolayısıyla yıldırım iki yönlü bir doğa olayıdır. Bu nedenle kontrol edilemez ve depolanamaz.
Bir yıldırım düşmesi sırasında yaklaşık 100 milyon Voltluk bir gerilim ve 100.000 Amperlik bir elektrik akımı meydana gelir. Bu nedenle yıldırımlar doğrudan ciddi can kayıplarına, yangınlara ve bina hasarlarına neden olmaktadır. Vücudumuzdan sadece 0,5 A elektrik akımının geçmesi bile kalbimizin durması için yeterli olabilir.
Olası bir hata durumunda insan ya da hayvanın hangi potansiyel aralıklarında durduğu yani topraklayıcıya olan uzaklığı en önemli faktördür ve buna adım gerilimi denir. Adım gerilimi insanlar için 1 m, hayvanlar için 2 m mesafedeki potansiyel fark (gerilim) olarak kabul edilir.
Aşağıdaki resimde yıldırım düşmesi sonucu oluşan basamak gerilimi nedeniyle ölen koyunlar görülmektedir.
Yıldırım düşmesinin neden olduğu bir diğer zarar ise binalarda yıkım ve yangına neden olarak maddi ve çevresel zararlara yol açmasıdır.
Peki yıldırımın neden olduğu can ve mal kayıplarını nasıl ortadan kaldırabiliriz?
► Yakalama çubuğu ile yıldırımdan korunma (Franklin)
► Kafes Yöntemi ile Yıldırımdan Korunma (Faraday)
► Aktif Paratoner ile E.S.E. Yıldırım koruması
Aktif Paratoner
2000'li yıllardan önce kullanılan radyoaktif paratonerler alfa, beta ve gama radyasyonu yaymaktaydı. Gama ışınları gibi iyonlaştırıcı radyasyonlar bir canlıya biyolojik zarar verebileceğinden, 2003 yılında Türkiye'de üretimi ve satışı resmi olarak yasaklandı. E.SE. Aktif paratoner 2000 yılından sonra Türkiye'de en çok kullanılan yıldırımdan korunma yöntemidir. Çalışma prensibi E.S.E. (Early Streamer Emission) Erken Flama Emisyon Sistemine dayanmaktadır. Aktif paratoner yöntemi, yıldırımın yakalanacağı toprakta sönümlenmesini ve tesisat bileşenlerinin üzerinden geçirilmesini amaçlar. Yıldırımı yakalamak için yerden yıldırımın dönüş darbesine atlar ve buluttan gelen bu darbe ile birleşir. İnme, yıldırım ile toprak arasındaki tek elektriksel boşalmadır. Böylece aktif paratoner yıldırıma davetiye gönderir ve akımın güvenli bir şekilde aktarılabileceği bir yol oluşturur. Aktif Paratonerler çalışma prensiplerine göre iki farklı tipe sahiptir: Piezo Elektrik Kristal ve Elektrostatik Aktif Paratonerler.
Her iki paratoner sisteminde de koruma, ucu inceltilmiş ve sivriltilmiş aktif bir paratoner ile sağlanır ve paratonerler korunacak yapının en yüksek noktasına yerleştirilir. Paratonerlerin toprağa bağlantısı en kısa yolu takip edecek şekilde yapılır. Sağladıkları yıldırımdan korunma alanı, yerleştirildikleri noktaya ve bu noktanın çevre yapılara göre yüksekliğine bağlı olarak değişir. "Uyarma mesafesi" prensibine dayanan "elektro-geometrik model yöntemi", koruma seviyesinin güvenilir bir şekilde hesaplanmasını sağlar
Aktif Paratoner Sistemlerinde Koruma Çapı Hesabı
Aktif paratoner başlıklarının koruma yarıçapları, koruma seviyelerine göre aşağıdaki formülden hesaplanır.
Rp2 = h ( 2D-h) + ΔL ( 2D+ΔL) h≥5 mt
Bu formülde;
h: Aktif paratoner yüksekliği (m)
Rp: Koruma yarıçapı (m)
D: Yıldırımın ilerleme adımı veya yolu boyunca yıldırımın atlama aralığıdır.
Seviye I Koruma için Rp=79 m
Seviye II Koruma için Rp=87 m
Seviye III Koruma için Rp=97 m
Seviye IV Koruma için Rp=107 m
ΔL (m): V(m/μs).ΔT(/μs)
Formülünden hesaplanır;
V: Yıldırım koşullarında yakalama ucu etrafında oluşan iyonların ilerleme hızıdır ve standartlarda V=1m/μs'dir.
ΔT: Paratoner sistemlerinin yıldırımı algılama süresidir.
ΔL: ΔT zaman içinde yıldırımı yakalama mesafesidir (yani iyonların yıldırıma doğru kat ettiği mesafedir).
Elektrostatik Paratonerler, yıldırımdan önce havadaki değişen-yoğunlaşan elektromanyetik alanı kullanarak çalışır. Hava ile yer arasındaki elektromanyetik alan farkı arttığında, Paratoner içindeki mekanizma bu farkı kullanarak iyonizasyon sistemine geçer ve iyon yayılımını başlatır. Bu '+,-' iyon emisyonu sayesinde yıldırımın ana çarpmasını çeker ve yere aktarır.
Peki aktif paratoner yıldırımı çektikten sonra akım nereye akar?
Seviye koruma yarıçapını en doğru şekilde sağlamak ve ana yıldırımı yakalamak için E.S.E aktif paratonerler, koruma seviyesinde hesaplanan 'h' uzunluğundaki bir direkle, korunacak yapının en yüksek noktasına kaldırılır ve monte edilir. Sonrasında elektrik akımı her zaman en kısa ve düşük dirençli yolu seçeceğinden iletken mümkün olan en kısa ve en az bükülme yolunda özel kelepçelerle duvarlara sabitlenir ve test terminaline indirilir. Test terminalinden sonra bir ek daha yapılır ve toprağa kadar devam eder. İletken çıplak ise olası canlı temasları ortadan kaldırmak için yerin 0,5 m altında ve 2,5 m üstünde olmak üzere 5/4'' galvaniz muhafaza borusu kullanılır ve içindeki çıplak iletken PVC boru ile izole edilir. Daha sonra iletken toprağa çakılan çubuklar termokaynak veya bağlantı aparatları ile bağlanır.
Montaj tamamlandıktan sonra TSE standartlarına uygun olarak meggerler ile topraklama ölçümü yapılır. Topraklama ölçümü TS EN 62305-3 standardına göre paratoner topraklama direncinin tavsiye edilen üst sınırı 10 ohm'dur. Eğer bu değerden daha yüksek bir sonuç çıkarsa, topraklama direncini düşürmek için 'Toprak direnci düşürücü madde' kullanılır veya toprakla teması arttırmak için ilave bir topraklama çubuğu çakılır.
Topraklama, bir tesisin can ve mal güvenliğinin sağlanmasında temel unsurlardan biridir. Topraklama sayesinde bir tesisteki cihazların sağlıklı çalışması sağlanır ve insan sağlığı korunur. İyi bir topraklama aynı zamanda aşırı gerilimlerden korur ve tesis genelinde gerilim dengesini sağlar. Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği, Elektrik İç Tesisleri Yönetmeliği, İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve Güvenlik Şartları Yönetmeliği ve İşyeri Bina ve Eklentilerinde Sağlık ve Güvenlik Önlemleri Yönetmeliği çerçevesinde yapılmaktadır.
Topraklama ölçümü ve elektrik iç tesisat kontrolü kapsamında yılda bir kez elektrik topraklaması yapılması ve kontrol edilmesi gereken bir sistemdir.
Bu çalışmanın yılda bir kez tekrarlanması, topraklama tesisatının yılda en az bir kez, sökülebilir makine ve cihazlar için ise altı ayda bir periyodik olarak yetkili elektrik mühendisleri tarafından kontrol edilmesi ve ölçülmesi önerilmektedir.
Yıldırımdan korunma ve topraklama konusunda gerekli önlemlerin alınmadığı bir tesiste, üretim kaybından yangın çıkmasına ve hatta can kaybına kadar uzanan risklerle karşı karşıya olduğumuzu bilmemiz gerekiyor. Tüm bu riskler karşısında toplumumuzu bilinçli ve duyarlı davranmaya davet ederken, "bilinçli üretici kadar bilinçli tüketicinin de önemli olduğu" gerçeğini de vurgulamak isteriz. Küçük maliyetlerden kaçınırken, ileride yaşanacak sorunların daha büyük maliyetlere neden olabileceği göz ardı edilmemelidir.
Yazar Burhan Akyüz - Elektrik ve Elektronik Mühendisi