Radyoaktif paratonerlerin yasaklanmasıyla, bu paratonerlerin yerini E.S.E. (Aktif) Paratonerler almıştır. E.S.E. (Aktif) Paratonerler, "Elektrostatik Paratoner" ve "Piezoelektrik Kristalli Paratoner" olmak üzere iki tipten oluşmaktadır.
Her iki paratoner sisteminde de ucu inceltilerek sivrileştirilmiş bir aktif paratoner ile koruma sağlanmakta, paratonerler korunacak olan yapının en yüksek noktasına yerleştirilmektedir. Paratonerlerin toprakla olan bağlantısı en kısa güzergahı izleyecek şekilde yapılmaktadır. Sağladıkları yıldırımdan korunma alanı, yerleştirildikleri noktaya ve bu noktanın çevre yapılara göre yüksekliğine bağlı olarak değişmektedir. ‘’Uyarma mesafesi‘’ prensibine dayalı olarak "elektro-geometrik model yöntemi", korunma seviyesinin güvenilir olarak hesaplanmasını sağlamaktadır.
İyon cihazlarına uygun aktif paratonerler de aynı kuralları takip etmektedir fakat ‘’uyarma mesafesi’’ biraz daha iyileştirilmiştir (1,5-3 katı kadar) , çünkü ark gecikmesi azaltılmıştır. Bunların avantajı, özellikle düşük yoğunluktaki yıldırım çarpmaları söz konusu olduğunda verimlilikte meydana getirdikleri artış ve ayrıca yapılabilirliği bazen çok zor olan durumlar için paratonerlerin boylarında bir azalmayı da beraberinde getirmeleridir.
Aktif Paratoner Sistemlerinin Koruma Çapı Hesabı
Aktif paratoner başlıklarının koruma yarıçapları, koruma seviyelerine göre aşağıdaki formülden hesaplanmaktadır.
Rp2 = h( 2D-h) + ΔL( 2D+ΔL) h≥5 mt
Bu formülde;
h: Aktif paratoner yüksekliği (m)
Rp: Koruma yarıçapı (m)
D: Yıldırım ilerleme adımı ya da yıldırımın yol boyunca atlama aralığıdır.
Seviye I Koruma için D=20 m
Seviye II Koruma için D=45 m
Seviye III Koruma için D=60 m
ΔL (m): V(m/µs).ΔT(/µs)
Formülünden hesaplanmakta olup;
V: yıldırım şartlarında yakalama ucu etrafında oluşan iyonların yıldırıma ilerleme hızıdır ve standartlarda V=1m/µs'dir.
ΔT: Paratoner sistemlerinin yıldırımı hissetme süresidir.
ΔL: ΔT sürede yıldırımı yakalama mesafesi (yani iyonların yıldırıma doğru kat ettiği mesafe) dir.
Bu parametre, üretilen Paratoner sistemine göre değişkendir ve ürünlerin üretim şekli ve özelliklerine göre laboratuvar testlerinde belirlenir.
Elektrostatik Paratoner
Elektostatik Aktif Paratonerler, yıldırıma karşı etkili bir koruma alanı oluştururlar. Bu tip paratonerler farklı üretim tekniklerine sahip olmakla birlikte etkin bir koruma alanına sahiptirler. Elektrostatik Aktif Paratonerler değişik tip ve şekilde olabilirler. Birçok farklı test raporları, standartlar (ISO ve kendi ülkelerinin standartları) ve genel olarak 25 yıl paslanmazlık garantisine sahiptirler.
Elektrostatik Paratonerler, yıldırım öncesi havada değişen-yoğunlaşan elektromanyetik alanı kullanarak çalışır. Hava ile yer arasında elektromanyetik alan farkı arttığı zaman, Paratoner içindeki mekanizma bu farkı kullanarak iyonizasyon sistemine geçer ve 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 elektrodlarına sahiptir. Pasif elektrodları sayesinde, paratonerin bulunduğu nokta ile toprak arasındaki potansiyel farkını hissederek havada iyonizasyonun en garantili şekilde oluşmasını sağlamaktadırlar. 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 olarak tabir edilen çok sert bir malzemeden oluşmuş olup, uçları ince bir tabaka elektrod 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 gerilimler) çoğu kez direk rezonansından meydana gelen titreşimli etki ile, uyarıcıya tatbik edilen ön gerilmeden dolayı meydana gelen titreşimli etki ile ve de en ufak türbülans varlığında 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 geçirilirken, yakalama başlığı ve uzantısı etrafında iyonize edilmiş bir hava akımı teşekkül eder.
Piezoelektrik kristaller, tabiatta doğal halde bulunan bazı madenlerden üretilirler. Bu nedenle yıldırım deşarjlarından etkilenmezler. Hem pozitif hem de negatif yıldırım deşarjına karşı korumalıdırlar.
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 olan "piezo kristali" ile çalıştıkları için bu tip paratonerler, elektrostatik aktif paratonerlerden üstündürler.
Korona Etkisi Uyarı Zamanının Kısaltılması: Yapılan araştırmalar göstermektedir ki; piezoelektrik iyonizasyon sistemi, çoğu kez korona etkisi (towsend çığ’ı) uyarı zamanını kısaltmaktadır. N.L.Allen, T.E.Allibone ve D.During 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. Diğer bir deyişle; bir elektrodu saran havadaki iyonik yoğunlukta meydana gelebilecek herhangi suni bir yükseliş, iyonizasyon geriliminde bir düşüş olmasına sebep olur. Bu etki ile elektriksel alanın genişletilmesi, yıldırım yakalama ucunda iyonizasyonun sağlanması, algılama başlığı içerisinde iyonize edilmiş bir hava kanalının oluşması sağlanır ve korona etkisi tetiklenerek uyarım gecikmesi kısaltılır, korona akımının boşalma hızı yükseltilir.
Aktif Paratoner Koruma Yarıçapı
Bir aktif paratoner sisteminin etkin olarak çalışmasında toprak bağlantısının rolü büyüktür ve dikkat edilerek kurulması gerekir. NF C 17-100 ve NF C 17-102 standartları, her bir iniş iletkeni için kafes ve paratonerlerin farklı farklı/bağımsız bir topraklamaya sahip olması gerektiğini söylemektedir. Elektriksel toprak veya mevcut kemer, eş potansiyeli sağlamak amacıyla bu iletkenlere bağlanmaktadır. Son olarak, iletken topraklamasının gömülü herhangi bir metal elektrik nakil borusundan mümkün olduğu kadar uzak (3-5 metre) tutulması ve omik değerinin düşük dalga empedansıyla 10 Ohm’dan fazla olmamasını sağlamak gereklidir.
Aktif Paratoner Tesisatı Elemanları
Paratoner başlığı: Yıldırımdan korunacak bölgenin üzerindeki atmosferik elektrik boşalmalarını toprağa aktarmak üzere yakalayan kısımdır.
Paratoner direği: Paratoneri taşıyan direktir.
Direk kroşesi: İndirme iletkeninin direk üzerinde tespit edilmesini sağlar.
Paratoner direği tespit kelepçesi: Paratoner direğini sabitlemek için kullanılır.
Kiremit kroşesi: İniş iletkeninin kiremit üstünden inişini sağlar.
İndirme iletkeni: Paratoneri topraklamaya bağlayan iletkendir.
Duvar kroşesi: İniş iletkeninin duvar veya beton üstünden inişini sağlar.
Kontrol (test) klemensi: Topraklama direncinin ölçülmesine yarayan elamandır.
Koruma borusu: İniş iletkeninin kontrol klemensi ile zemin arasında olan kısmını darbelere karşı koruyan elemandır.
Koruma borusu tespit kelepçesi: Koruma borusunu tespit etmek için kullanılan kroşedir.
PVC hortum: Koruma borusunun içinde olup, iletkenlerin içerisinden geçirildiği hortumdur.
Topraklama elektrodu: Toprağa gömülür ve direnci düşürmek için kullanılır.
Termokaynak/topr.elektrodu başlığı: İniş iletkeninin ve elektrodların bağlantısı içindir.
Not: Aktif paratoner üzerindeki etikete dikkat edilmeli ve mutlaka imalatçı firma tarafından ürün garantisi verildiği teyit edilmelidir.
Dış Yıldırımlık Sistemleri Tasarım Hataları
-Akım indirme iletkeni boyunca iletken üzerinde bir yerde yüksek empedans (özdirenç) ve yakınındaki metal yüzeyde de düşük empedansa rastlaması durumunda oluşan "yan atlamalar",
-İniş iletkenlerinin tasarım hatasından kaynaklanan, yanlış iletken kesiti, yanlış tespit aralığı, yanlış kıvrım verilmesi gibi durumlar sonucunda dış yıldırımlık sisteminin etkinliğini yitirmesi,
-Periyodik bakım ve denetleme sürelerinin aşılması.
Önlemler
Eşpotansiyel bağlantı yapılarak tüm metal yüzeylerin aynı potansiyel değere sahip olması sağlanmalıdır.
İniş iletkeni mümkün olan en kısa yoldan toprakla irtibatlanmalı ve maksimum 1 metre aralıklarla sabitlenmelidir.
Dış Yıldırımlık Sistemlerinde meydana gelen korozyonların, gevşemiş-kırılmış bağlantıların ve eksik-kayıp malzemelerin kontrolü uzman kuruluşlarca yapılarak, sonuçları raporlanmalıdır.
Paratoner Kontrolü ve Topraklama Ölçümü
Radyoaktif Paratonerler, Aktif Paratonerler ve Faraday Kafesi gibi yıldırımdan korunma tesisatları ile elektrik ve topraklama tesisatlarının aşağıdaki tüzük ve şartnameler gereği yılda en az bir defa kontrolleri yapılmalıdır.
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 denetlemelerine ilişkin önerilen periyotlar aşağıda verilmiştir:
Elektrik üretim iletim ve dağıtım tesisleri için (enerji nakil ve dağıtım hatları hariç) : 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 iş yerleri ve işlerde alınacak tedbirler hakkında tüzük kapsamındaki topraklama tesisleriyle, ıslak ortamlarda çalışılan iş yerlerindeki topraklama tesislerinin muayene, ölçüm 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 yıldırımdan korunma tesisatıyla birbirine 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, topraklama baraları veya topraklama klemensleri ise 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. Yıldırımdan korunma tesisatı, bir ana indirici merkezin işletme topraklamasından ayrı tutuluyorsa, bu işletme topraklamasıyla bağlanmış iletişim sistemine ilişkin topraklama tesisi, sadece eklatör üzerinden yıldırıma karşı koruma tesisatıyla bağlanabilir.