18. yüzyılın en önemli bilim insanlarından biri olan Benjamin Franklin tarafından geliştirilen paratonerler yüksek enerji akışının olduğu yıldırımlara karşı koruma sağlayan yapılardır. Bu yazımızda bulutlardaki elektrik yükünü toprağa aktarmayı sağlayan paratonerlerin yapısından ve çalışma prensibinden bahsettik.
Paratonerler günümüzde birçok bina, ev, fabrika, kule ve hatta uzay aracı fırlatma rampalarında sıklıkla kullanılmaktadırlar. Öncelikle görmeye aşina olduğumuz bu sistemi oluşturan parçalardan bahsedelim.
Paratonerlerin Bileşenleri
Paratonerlerdeki gördüğümüz o çubuklar sistemin bütününde büyük bir öneme sahip gibi görünse de aslında sistem kurulumunda en az öneme sahip parçalardan biridir. Paratonerlerin ana olarak 3 ana bileşenleri vardır.
1)Çubuklar(Hava Terminalleri)
Yıldırımın deşarjını sağlamak için terminal olarak görevlendirilmek üzere tasarlanmış küçük dikey çıkıntılar. Çubuklar farklı şekil ve boyutlarda tasarlanılabilmektedir. Yaygın kullanım olarak çoğu uzun ucu sivri bir çubuk ve pürüzsüz parlatılmış bir küre ile donatılmaktadır.
2)İletken Kablolar
Kablolar tepeden toprağa şimşek akımını ileten ağır yapılardır. Kablolar üst kısımlarda ve çatı kenarlarında gezinir. Ardından bulunduğu yapının altında bir ya da birkaç köşeden toprağa bağlanır.
3)Zemin Çubukları
Uzun, kalın ve ağır zemin çubukları topraklamayı yapması amacıyla korunan yapının etrafında toprağa gömülür. Yapının korumasının sağlanması için iletken kablolar bu çubuklara bağlanır.
Paratonerlerin Yapabildikleri ve Yapamadıkları
Yıldırımdan koruma sistemlerinin amacı bir binayı içindeki elektrik tesisatını, içindeki elektronik cihazları ve sakinleri de dahil olmak üzere doğrudan şimşek çakmalarına karşı korumaktır. Şimşekteki enerjinin boşaltılması için enerjinin zemine güvenli bir yol izleyerek geçiş yapması gerekir.
Kulaktan duyma efsanelerin aksine paratonerler yıldırımları çekmezler. Paratoner sistemlerinin çubukları yıldırımları çekmekten öte etkileşim meydana geldiğinde yüksek elektrik akımını yönetmek, zemine daha düşük dirençli bir yoldan gitmesini sağlamaktadırlar. Yıldırım bulunulan alan üzerine düşerse sistem çevreye zarar verecek elektrik akımını yapılardan uzağa güvenli bir şekilde götürerek toprağa akıtmaya çalışır. Yani sanılanın aksine o bölgeyi yıldırım düşmesi olayından koruyamaz veya olayı engelleyemezler.
Sistem yüksek enerjili bir akım darbesi taşır. Bu akımın kapasitesi düşük veya eskimiş, yıpranmış iletkenlerle temasa geçmesi halinde iletkenlerde yüksek ısılar hasara meydan olabilirler. Paratoner sistemlerinde kullanılan çubuklar ve iletkenlerin enerji taşıma kapasiteleri oldukça yüksektir ve bu sayede herhangi bir yüksek ısıya maruz kalmaksızın akımın toprağa akmasını sağlarlar.
Paratoner Nasıl Çalışır?
Zemine ulaşmak için belirlenmiş bir akım yolu olmayan yapılara yıldırım düşmesi durumunda enerji evin ya da binanın tesisatı içerisindeki mevcut herhangi bir iletkenden yol almayı tercih edebilir. Bu yollara telefon hatları, kablolar, elektrik hatları, çelik çerçeveli su ve gaz boruları da dahildir.
Yıldırımdan kaynaklı enerji paratoner olmayan yapılarda genellikle bu yollardan birini takip eder fakat bazen daha iyi topraklanmış bir iletkene atlayabilmek için havadan ark yolu ile iletime de geçebilir. Bu geçiş, enerjinin toprağa akabileceği daha düşük dirençli bir bulmasından dolayı kaynaklanır. Paratonerlerin çalışma prensipleri ve kurulum şekilleri de bu prensibe göre gerçekleşmektedir. Yıldırımlar paratonerin olduğu bölgelerde deşarj olmak için çok düşük dirençli bir yol olan paratonerlerin takılı olduğu iletim hattını seçerler. Bu şekilde yüksek akımın evdeki sistemlere zarar vermeden toprağa akması sağlanır.
Aşağıdaki resimlerde paratoner sistemi kullanılmayan ve kullanılan iki evde yıldırım düşmesi anında oluşabilecek akımlar hareketli resim olarak gösterilmiştir. Soldaki resimde görülen evde, yıldırım daha düşük dirençli bir yol bulamamasından dolayı evin havalandırma pervanesinin bağlı olduğu iletkeni tercih edip oradan evdeki iletim hattına giriyor. Ardından iletim hattından daha düşük bir yol olarak iletken su tesisatına havadan atlama yapıyor. Sağdaki resimde ise çatıya monte edilmiş bir yıldırımsavar sayesinde yıldırım, direk olarak evin en yüksek noktasına(Yıldırımın geldiği yöne en yakın nokta) atlayarak oradan topraklanmış paratoner sistemiyle enerjisini toprağa aktarıyor.
Sistemlerde kullanılan çubuğun yüksekliği yapıların olabildiğince en yüksek noktası olarak seçilir ki yıldırım paratoner çubuğundan önce bir iletken üzerinden yol almaya çalışmasın. Paratoner çubuklarının uçlarının sivri olmasının nedeni ise elektriksel yüklerin uçlarda toplanması ve küçük çaplı yapılarda daha büyük bir elektrik alan oluşmasıdır. Elektrik alanın yüksek olması enerjinin o bölge üzerinden akışını kolaylaştırır.Görüldüğü gibi paratoner sisteminin amacı yıldırımı çekmek değil o bölgeye düşen yıldırımında yüklenen enerjinin izleyebileceği güvenli bir yol sağlamaktır.
