Paratoner Nedir? Nasıl Çalışır? Paratoner'in Hayati Önemi

Olumsuz hava koşullarına bağlı olarak gökyüzü ile yeryüzü arasında gerçekleşen etkileşim sonucu oluşan yıldırımın, yol açabileceği maddi ve manevi kayıpları önleyen etkili mekanizmalardan biri de paratoner sistemleridir.

Yer ve gök arasında sürekli var olan manyetik alan, atmosferin değişen koşullarında açığa çıkan elektriklenmelere bağlı olarak yıldırım akımlarını oluşturur. Yıldırımın meydana getirdiği deşarj gücü, Paratoner yardımıyla kontrollü biçimde toprağa iletilirse, şiddeti oldukça yüksek olan yıldırım akımlarının sebebiyet verebileceği zararların önüne geçilir.

Yıldırım çarpması sonucu can ve mal kaybı gibi büyük hasarları önleyen paratoner sistemi ile ilgili tüm detaylara, içeriğinizin devamından ulaşabilirsiniz.

Akım Yakalayıcılar Sınıfına Giren Paratoner Nedir ve Ne İşe Yarar?

Dünyanın atmosferinde, gezegenin dönüş hızına bağlı olarak meydana geldiği tahmin edilen elektriksel yüklerin hareketi söz konusudur. Ayrıca farklı etmenlerin de yol açtığı düşünülen manyetik hava akımı, bir takım doğa olaylarını meydana getirir.

Sıcaklık, rüzgâr, yağmur, bulut gibi faktörlerin, elverişli koşullarda bir araya gelmesiyle oluşan elektriksel yükler ise arz toprağı (yeryüzünü meydana getiren ve bir cisim ya da maddeden ibaret olan zeminin fiziki varlığı) yardımıyla yeryüzüne çekilir.

Paratoner, yıldırım düşme risklerini önleyen bir çeşit topraklama sistemidir. İstenmeyen elektrik yüklerini hem kontrollü hem de güvenli bir sistem içerisinde toprağa doğru uzaklaştıran etkili mekanizmadır. Yüksek binalar ve gökdelenler başta olmak üzere, gemilerde, sanayi tesislerinde ve hava elektrik akımı tarafından hasar alma ihtimali bulunan yükseltilerde kullanılır.

Paratoner, atmosferin şartlarına bağlı olarak manyetik alanda açığa çıkan yüksek akımlı elektrik enerjisinden kaynaklanabilecek tehlikeleri ortadan kaldırır. Akım yakalayıcı ekipmanlar; yıldırım düşmesi ya da çarpması şeklinde ifade edilen kuvvetli elektrik akımının, güvenli koşullarda yeryüzüne inmesini sağlar.

Yıldırım düşmesi sonucu binalarda, tesislerde ya da fabrikalarda bulunan çeşitli elektrikli eşyaların, elektrik panolarının veya santrallerin kısa devre yapma olasılığı oldukça fazladır. Söz konusu olumsuzluklar yaşanmadan önce devreye giren topraklama sistemi yangın, hasar, ölüm risklerine karşı hem insanları hem de ekipmanları, yıldırımın zararlarından korumaya yarar.

Yıldırımsavar Özelliğiyle Öne Çıkan Paratoner Nasıl Çalışır?

Yıldırımın yol açabileceği hasarlardan korunmayı sağlayan yöntemler, yıldırım engelleyiciler ve yıldırım yakalayıcılar olmak üzere iki gruba ayrılır. Paratonerler, yıldırım yakalama prensibine göre çalışır. Korunmak istenen yapıların en yüksek noktasına yerleştirilen ve dış yıldırımlık sistemi ismiyle de adlandırılan paratonerler, ucundaki metal çubuk yardımıyla yıldırımı üzerine çekerek akımı toprağa gönderir.

Binaların ya da yükseltilerin en yüksek kısmına konumlandırılan paratonerler, uzun ve sivri tasarımlı bir boru, toprağa gömülen metal levha ve iki düzeneği birbirine bağlayan bakır iletken tellerden meydana gelir.

 İletken tellerin yapısı ve bu tellerin ucunda yer alan iyonlar, bulutların çarpışmasıyla açığa çıkan statik elektrik akımını yakalama etkisine sahiptir. İletken teller aracılığıyla güvenli bir şekilde toprağa aktarılan akım, toprağın nötrleştirme özelliği sayesinde etkisiz hale getirilir.

Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı tarafından desteklenerek kanuni şartlara bağlanan periyodik bakım uygulamasının yılda en az bir defa yapılması zorunludur. Paratoner periyodik kontrol işlemleri sırasında, ölçümleme cihazları yardımıyla sistemin sağlam çalışıp çalışmadığı kontrol edilir.

Direğinde ve yakalama ucunda herhangi bir paslanma olup olmadığı belirlenir. İniş iletkenlerinin S mesafesini koruyarak inip inmediğine bakılır. Emniyet mesafesi olarak da adlandırılan S mesafesi; yıldırım düşmesi sırasında elektrik akımını güvenli ve kontrollü şekilde toprağa gönderen koruma payıdır. Daha açık belirtmek gerekirse; iniş iletkeni olan bakır telli düzeneğin, en yakın topraklanmış iletkene (toprağa gömülen metal levha) ulaşana kadar olan bölümün tamamında, kıvılcım atlamasına fırsat bırakmayan emniyet payıdır. İniş iletkenlerinde süreklilik testi yapılır. Ölçüm klemensinin değiştirilmesi ya da sıkıştırılması işlemleri uygulanır.

Yıldırımı Güvenilir Şekilde Toprağa İleten Paratonerin Kapsama Alanı Nedir?

Yıldırım çarpma tehlikesine karşın korunması gereken her alan için özel yöntemlerle yıldırım risk hesabı yapılır. Kapsama alanının tespiti konusunda yapının veya bölgenin hem kaçıncı seviye risk alanına girdiği hem de kaç m’lik paratoner koruma çapı ihtiyacı olduğu belirlenir.

Elektrik mühendisleri tarafından doğruluk oranı ve geçerlilik standartları yüksek programlar üzerinden gerçekleştirilir. Yıldırımsavarların hangi mesafeye kadar koruma alanı oluşturacağının hesaplanması oldukça önemlidir. Projelendirme yapan mühendislerin uzmanlık alanına giren durumda, yıldırım düşme ihtimali olan bölgeye isabet eden elektrik akımı şiddetinin ve açısının hesaplanması gerekir.

Yıldırım seviyesi hesaplamalarında dikkate alınması gereken en önemli kriterlerden biri de yıldırımdan korunma seviyesinin hangi risk sınıfına girdiğinin bilinmesidir. IEC 62305 analiz standardına elverişli şartlarda yapılan en doğru hesaplamalar sonucunda, yıldırımdan korunma alanları dört ayrı seviyeye ayrılır:

• Seviye 1

En yüksek risk seviyesidir ve akım değeri 200 kA’lik güce sahip yıldırım düşmelerini kapsar. Ülkemizde bu kadar güçlü yıldırım düşme vakalarının görülme olasılığı minimum seviyede olmakla birlikte, risk düzeyi ileri seviyede olan bölgelerde faaliyet gösteren petrokimya tesislerinin tehlike sınıfı oldukça yüksektir. En şiddetli yıldırım düşmesi riskinin bulunduğu tabloya göre belirlenen paratoner koruma alanı, 79 m yarı çapına sahiptir.

• Seviye 2

Yüksek risk grubuna giren alanlarda meydana gelen ve akım değeri 150 kA’lik yıldırım düşmelerini kapsar. Aydın, Antalya, Burdur ve Mersin gibi iller, yıldırım düşmesinden kaynaklanan güçlü darbelerle karşıyadır. 2. seviye risk grubuna giren illerdeki sanayi tesisleri, hastaneler ve fabrikaların korunmasında kullanılan paratoner kapsama alanının 87 metre yarıçapında olması gerekir.

• Seviye 3

Standart risk sınıfına giren yapı ve yükseltiler için geçerli olmakla birlikte, 100 kA’lik akım değeri meydana getiren yıldırım düşmelerini kapsayan seviyedir. 3.Seviye yıldırımdan korunma alanı, 97 m yarıçapındaki bir alanın korunmasını gerektirir. Türkiye’nin pek çok bölgesi bu risk alanına dahildir. Bu nedenle yüksek risk taşıyan hastane, fabrika, cami gibi yerler başta olmak üzere sanayi tesislerinin tamamında yıldırımdan korunma alanı oluşturan paratoner sistemi kullanılır.  

• Seviye 4

Yıldırım düşme olasılığı bulunan 4.seviye risk sınıfı, düşük risk grubunda olmakla beraber, 107 m yarıçapında bir alanın korumasını kapsar. Yıldırımın düşme şiddetinin yanı sıra düşme açısının değerlerine göre yapılan hesaplamalar, az riskli yıldırımdan korunma ihtiyacını ortaya çıkardığı için uygun tasarımlı ürünün kullanılmasını gerektirir.

Yıldırım Çarpmasını Önleyen Paratoner İlk Ne Zaman Kullanılmaya Başlandı?

Ünlü bilim adamı, Benjamin Franklin, yaptığı çeşitli deneylerin verdiği sonuçlar doğrultusunda, elektriksel yüklerin artı ve eksi olarak belirlenmesini ve adlandırılmasını sağlamıştır. Gerçekleştirdiği çalışmalar sırasında elektriğin sıvı olduğu kanısına varan mucit, belirli ortamlarda var olan kuvvetin eksik ya da fazla değerlerde bulunduğunu tespit etmiştir.

Cisimlerdeki elektriksel gücün fazlalığı ya da eksikliği durumlarında birbirine ittiğini savunan Franklin, birinde fazlalık diğerinde ise eksiklik bulunan cisimlerin de birbirini çektiği tezini ileri sürmüştür. Deneylerden elde ettiği analizlerin bir sonucu olarak; cisimlerde fazla miktarda yüklü olan akım potansiyelini artı, eksiklik olarak ölçülebilen değerleri ise eksi olarak adlandırmıştır.

Elektrik depolayan ve kavanoz görünümlü olan Leiden şişesini kullanarak yaptığı deneyleri sürdüren ünlü bilim insanı, fırtınaya bağlı oluşabilen gök gürültüsü ve şimşek olaylarının yarattığı etkileri gözlemlemiştir. Sürecin devamında ise bu hava koşullarında Leiden şişesindeki elektriğin hem kıvılcım çıkararak hem de çatırtılar çıkararak boşaldığını görmüş ve aralarında bir ilişki olduğunu fark etmiştir. 1752 yılında fırtınalı bir günde yaptığı uçurtma deneyi sayesinde Leiden şişesinin içerisine elektriği yüklemeyi başaran Franklin, paratoneri icat etmeyi başarmıştır.

İlk paratoneri 1760 yılında yapan Benjamin Franklin, oldukça basit bir düzenekten oluşan sivri uçlu demir bir çubuk kullanmıştır. Demir çubuğun uç kısmını toprağa bağlayan ünlü mucit, ilerleyen dönemlerde ise demir çubuğun yerine platin çubuk kullanmaya başlamıştır.

1782’den itibaren ABD’nin Philadelphia eyaletindeki konutlarda sıkça görülmeye başlanan paratoner sayısı 400’ün üzerine çıkmıştır. Bu yıllardan sonraki zamanlarda farklı büyüklüklerde ve özelliklerde geliştirilen paratonerler yüksek ve alçak binaların yanı sıra gemilerde de yüksek yıldırım akımına karşı koruma sağlamıştır.

Paratoneri Kim İcat Etmiştir?

Paratoner bir diğer adıyla yıldırımsavar, çok yönlü düşünür ve bilim adamı olarak tanınan Benjamin Franklin tarafından 1752 yılında icat edilmiştir. Franklin yaptığı birçok deney sonucunda, yıldırımın bir çeşit statik elektrik akımı olduğunu keşfetmiştir. Zıt kutupların birbirini çektiğini tespit eden mucit, daha sonra paratoneri icat ederek yıldırımın yol açabileceği büyük zararları önlemeyi başarmıştır. Yıldırım savar paratoner çeşitleri, 1782 yılından sonra Amerika’nın tamamında kullanılmaya başlanmıştır.

İngiliz Fizikçi Michael Faraday (1791-1867) tarafından bulunan ve ismini mucidinden alan Faraday kafesi, metalin elektriksel iletkenliği ile kaplanmış ya da örülmüş ağ biçimli yıldırım koruma ünitesidir.

Polonya asıllı Marie Curie (1867-1934) ve Macar asıllı Amerikalı Leo Szilard (1898-1934) gibi fizikçilerin, radyoaktif maddeler üzerinde gerçekleştirdiği çalışma ve deneyler sonucunda ise radyoaktif paratonerler icat edilerek bilim dünyasına kazandırılmıştır.

Ayrıca çağın yeni keşiflerinden biri olarak yaygın şekilde kullanılmaya başlanan ve radyasyon yaymayan yapısıyla güven veren aktif paratoner sistemleri, kısa bir süre önce icat edilmiştir.

Yıldırım Düşme Risklerini Engelleyen Paratoner Çeşitleri Nelerdir?

Paratoner çeşitleri hem özelliklerine hem de etki alanlarına göre sınıflandırılır. Aktif paratonerler, radyoaktif paratonerler, Franklin çubuğu ve Faraday kafesi olarak dörde ayrılan yıldırımsavarların, günümüzde en sık kullanılan türleri ise Franklin çubuğu ve Faraday kafesi çeşitleridir. Bunlar şu şekilde sıralanabilir:

Franklin Çubuğu: Çubuklar (Hava terminalleri), iletken kablolar, uzun ve kalın zemin çubuklarından meydana gelen Franklin çubuğu, yüksek binaların ve riskli yükseltilerin yıldırımın zararlarından korunması için kullanılmaktadır.

Faraday Kafesi: Etrafında uzun binalar olmayan, sivri çıkıntıların yer almadığı alçak yapıların yıldırımdan korunması için kullanılan kafes formundaki yıldırımsavarlara Faraday kafesi denir.

Radyoaktif Paratonerler: Yıldırımın hem güvenli hem de kontrollü bir yol izleyerek toprağa inmesine yardımcı olan yıldırımlık sistemi, havaya yaydıkları iyon elementleriyle koruma görevini yerine getirir.

Aktif Paratonerler: Hava olaylarında meydana gelen değişikliğe göre aktifleşerek erken akış uyarı etkisi yaratan seçenekler, havada biriken statik elektrik yüklerini yakalayıp toprağa iletirken dairesel koruma alanı yaratır.

Hayati Öneme Sahip Akım Yakalayıcı Paratoner Nerelerde Kullanılır?

Yıldırımın yarattığı yüksek statik elektrik gücüne karşı koruma sağlayan paratoner sistemlerinin kullanımına ait zorunluluk, İçişleri Bakanlığı ile Bayındırlık ve İskân Bakanlığı Binaların Yangından Korunma Yönetmeliği kapsamında belirtilmiştir. Planlı Alanlar İmar Yönetmeliği mevzuatın 53.maddesinin 1.bendine göre: “İçinde patlayıcı madde bulunan yerlerle, sivri ve yüksek bina ve tesislere Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik Gereği, TSE Standartlarına uygun paratoner konması mecburidir.”

Bu durumda yüksek tehlike altında olan hasar, can ve mal kaybı riskleri ileri derecede olan tesislerde, saçak yüksekliği 30.5 m aşan binalarda, cami kubbelerinde, gemilerde yıldırımsavar kullanılmalıdır. Zorunluluğu ötesinde etkili bir topraklama sistemi olan paratonerler, aynı zamanda bir çeşit yangından korunma tedbiri olarak hayati önem taşır.

Paratoner ile yıldırım riskine karşı korumanın mümkün olmadığı durumlarda Faraday Kafesi tercih edilir. Metallerle örülmüş ağ ya da metal materyallerle kaplanmış şekilde kurulan Faraday Kafesinin kullanıldığı alanlar aşağıda verilmiştir:

• Tıbbi ve endüstriyel makineler gibi radyo frekansları yayan cihazlar
• Yanıcı ya da patlayıcı maddelerin bulunduğu depolar
• Emniyet birimleri ve fabrikalar gibi telsiz haberleşmesinin gerçekleştiği binalar
• Kimlik tanıma sistemleri ya da elektronik para uygulamalarının gerçekleştiği ortamlarda gereksinim duyulan, elektrik kartların işlevini yerine getiren radyo frekans modüllerinde
• İnternet bağlantısının kesilmesi zaruri olan mekanlarda sosyal amaçlarla kullanılır.

Paratoner kullanımının uygun olmadığı durumlar ise yoğunluğu metalden oluşan bina, yükselti ve ekipman türleridir. Yıldırımı çekme özelliğine sahip metal materyallerin çoğunlukta olduğu kule vinçler, baz istasyonu kulesi, rüzgâr enerji santralleri, TV ve radyo verici kuleleri için yıldırım yakalayıcı ekipmanların kullanılması uygun değildir.

Kaliteli ve Fonksiyonel Tasarımlı Paratoner Binaya Nasıl Kurulur?

Paratoner kurulumu, binaların en yüksek yerine ya da sivri yapıların en tepe noktasına yapılır. Ayrıca yıldırım koruyucu ekipmanların, yerleştirildiği noktadan 1,5 m yükseklikte olacak şekilde konumlandırılması sağlanır. Yakalama çubuğu 50 cm uzunluğunda ve 16 mm2 kesitinde, paslanmaz çelikten üretilen, ayrıca sivri uçlu bir yapıya sahip olmalıdır. Galvaniz borudan oluşan gövde direğinin ideal uzunluğu 6 m olmakla birlikte duvar ya da çatı gibi elverişli bir noktaya kelepçe yardımıyla sabitlenir.

Geniş ve düz yapılı binaların üzerine kurulacak olan paratonerler için uygun köşeler tercih edilirken 15 m aralıklarla yerleştirme planı uygulanır. Topraklama sisteminin etkin ve güvenilir nitelikte çalışmasını mümkün hale getiren bakır kablolar hem %95 saflık oranına hem de elektrolit bakır özelliklerine sahip olması gerekir. Bu sayede yıldırımsavarın şiddetli elektrik akımını yakalaması ve toprağa göndermesi için elverişli ortamı yaratan maksimum iletkenlik potansiyeli elde edilir.  

Uzmanlık gerektiren çalışmalar sonucunda kurulan paratoner, montaj öncesinde koordineli faaliyetler bütününü kapsar. Kurulum aşamasında elektrik tesisat sistemiyle birlikte elektrik topraklaması gibi uygulamaların tamamında bilgi yönünden donanımlı ve uygulama alanında tecrübeli kişilerin görev alması önemlidir.

Yıldırımdan Korunmanın En Etkili 10 Temel Kuralı

Yıldırım tehlikesinden korunmanın farklı yolları Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı tarafından kapsamlı şekilde bildirilen önlemlerle, hayat kurtarabilecek niteliktedir. Bina içerisinde, açık arazide ya da açık havada bulunduğunuz anlarda yıldırım düşmesi ihtimaline karşın aşağıda bildirilen önerileri dikkate alabilirsiniz:

1. Bir binanın ya da üzeri kapalı bir ağacın içine sığınabilir, böyle bir imkân yoksa yere çökme ve kapanma taktiğini uygulayabilirsiniz.
2. Şiddetli fırtına anında ağaçlık ve açık alanlardan uzak durulması önemlidir.
3. Yıldırım düşme olasılığı fark edildiği sırada açık alanda olanlar, kapalı bina ya da araç içerisine girmelidir.
4. Yıldırım düşme riski hissedilirse kapı ve pencereler sıkıca kapatılmalı, ayrıca perde ve güneşlikler çekilmelidir.
5. Açık arazideyken saçlarda oluşan elektriklenme, deride sızlama ya da çıtırdama gibi belirtiler yıldırım düşme olasılığının yükseldiğinin sinyalidir.
6. Sığınacak bir yer bulunmayan açık arazilerin en alçak noktasına gidilerek yere çöküp ayakları birleştirmeniz ve ayak parmaklarının üzerinde durur pozisyonda, başınızı dizlerinizin arasına saklayarak kapanmanız gerekir.
7. Düz ve yüksek yerlerde ise başın alçakta tutulması, ayakların birleştirilerek voltaj farkının önüne geçilmesi, yerle temas durumunun azaltılması ve yere kesinlikle yatma ya da uzanma pozisyonuna geçilmemesi önerilir.
8. Yıldırımın aynı yere birden fazla sayıda düşme ihtimali mevcuttur.
9. Yıldırım, yağış alan bölgeye 15 ila 20 km uzaklığındaki alanlara düşebilir.
10. Lastik materyalden üretilen terliklerin ve ayakkabıların yıldırımdan koruma özelliği olmamakla birlikte metal temasından kaçınabilir, tahta ve duvar gibi sert yerlere dokunabilirsiniz.

Paratonerle ilgili en ilgi çekici konu sizce hangisiydi? Çok önemli bir buluş olan Paratoner hakkında söz alma sırası sizde! Düşüncelerinizi yorumda belirtebilirsiniz.