Fransızca kökenli olan paratoner kelimesinin sözlükteki anlamı yıldırımsavar, yıldırımlık, yıldırımkırandır.
Paratonerler istenmeyen elektrik akımlarını belirlenen bölgelere aktarılmasını sağlayan iletken metal çubuklardır. Paratonerler genellikle yıldırımdan korunmak için kullanılırlar. Bu yüzden yıldırımsavar olarak da bilinirler. Paratonerler binaların gökyüzüne yakın olan yerlerine konur.
Yıldırım Nedir? Neden Yıldırımdan Korunuyoruz?
Yıldırım, bulut ile yer arasında meydana gelen yüksek gerilimli bir elektrik boşalmasıdır. Yıldırımın meydana gelebilmesi için bulut ve yerin farklı elektrik yüklerine sahip olması ve belirli bir potansiyel farka erişmesi gerekmektedir. Genellikle bulutun yere yakın olan bölümleri negatif, yer ise pozitif yüklü elektriğe sahiptir.
Bulutla yer arasındaki potansiyel farkı artarak belirli bir değere eriştiğinde, hava iletken olmamasına rağmen hava içerisinde iletken bir kanal oluşur ve elektriksel boşalma başlar, yani yıldırım meydana gelir. Yıldırım olayı, her ne kadar yıldırım düşmesi olarak bilinse de bulut ile yer arasındaki negatif ve pozitif elektrik yüklerinin pozisyonlarına göre bazen buluttan yere doğru, bazen de yerden buluta doğru olmaktadır.
Yıldırım düşerken çok şaşırtıcı bir şey meydana gelmektedir. Yerden de buluta doğru bir boşalma olur. Yerden 100 metre yükseklikte bu iki akım birleşiyor ve iletkenliği çok fazla olan bir koridor oluşur. İşte bundan sonra yıldırımı hiçbir şey durduramaz, pozitif yük hızla buluta doğru onu nötr hale getirmek için yükselir.
Bu koridordan yerden göğe doğru neredeyse ışık hızının üçte biri hızla yükselen akını yıldırımın göze gelen şiddetli ışığını da yaratır. Ardından yine yukarıdan yere iner ve iki taraf arasındaki potansiyel farkı sıfırlanana kadar bu olay 10-12 kez tekrarlanabilir.
Yıldırım olayında ortaya çıkan enerji yaklaşık 1010 joule kadar olup bu enerji saniyenin milyonda biri zarfında geçtiği hava sütununun sıcaklığını 15000 °C’ye kadar ısıtabilir. İşte yıldırımın yakıcı ve yıkıcı etkisi açığa çıkan bu enerjinin sonucudur. Yıldırımların %40 ı 20 kA’ den büyüktür, %5 i 60 kA üzerindedir. Yıldırımlar %0,1 ihtimalle 200 kA den büyük olabilir. Yıldırım sahip oldukları bu özelliklerle elektrodinamik, basınç, ses, ışık ve ısı etkileri meydana getirmektedir. Bu etkiler ise yıldırımın düştükleri yerde yangına, yangın ile birlikte de can ve mal kaybına sebep olmaktadır.
Paratoner sistemi, yıldırım düşmesi sonucunda ortaya çıkabilecek muhtemel yangınlara karşı alınacak en önemli korunma yöntemidir.
Paratonerin 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 adlandırdı.
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 Franklin paratonerin mucidi olarak kabul edilmektedir.
Paratonerin Çalışma Prensibi?
Paratoner kullanmak, aslında bir nevi topraklama yapmaktır. İstenmeyen elektrik yükleri paratonerler vasıtasıyla güvenli bir şekilde toprağa doğru uzaklaştırılır.
Paratonerlerin çalışma prensibi şöyledir; metal çubuğun varlığı eş potansiyel düzlemi deforme eder ve sıfır düzlemini yukarı doğru götürür, bunun üstüne de paratonerin ucundaki iyonlar bu noktada gerilim yoğunluğunu artırır. Buradan devamlı iyon çıkışlarının bulutun elektrik yükünü nötrleştirdiği kabul edilir. Yıldırımın belirli bir uzaklıktaki komşu bölgeye düşmektense paratoner üzerine düşeceği kabul edilir.[8] Aktif paratonerler, montajının yapıldığı noktadan itibaren belirli koruma çapının kapsadığı alanı ve binaları korurlar.
Yıldırımın oluşumunu hızlandıran etkenlerin başında; sivri uçlar, bayrak direkleri, kuleler, yüksek binalar, (TV, Telsiz, GSM, Radyo vericileri) anten direkleri, trafo tesisleri vs. sayılabilir. Bunlara ilave olarak askerî tesisler, cami ve minareler, okullar, hapishaneler, hastaneler, stadyumlar, gaz dolum tesisleri, petrol ofisleri, rafineriler, havaalanları, köprüler, fabrikalar, depolar ve tüm binalarda paratoner ve topraklama tesisleri yapılması mecburidir.
Paratoner Tesisatının Bölümleri Nelerdir?
Paratonerlerin ana olarak beş bileşenden oluşmaktadır. Bunlar şu şekildedir:
Yakalama Çubuğu:
Uçları sivrileştirilmiş olan çubuklar 16 mm² boyu 50 cm olan kesitli paslanmaz çeliktir. Sistemin üst yerlerinde yer alırlar. 15 cm aralıklarla yerleştirilen yakalama çubukları çatıda köşelerden başlayarak yapılır.
İniş İletkenleri:
Kullanılan bakır iniş iletkenleri 2,30 ya da 2,50 mm kesitlidir. Uygun aralarla kroşeler kullanarak iniş iletkenlerinin monte yüzeyine bağlanır.
Bağlantı Parçaları:
Paratoner sistemi bağlantılarında ve montaj yapılırken kroşeler, bağlantı parçaları ve bağlantı klemensleri kullanılmaktadır.
Direk:
Galvanizli boru 6 metre boyundadır. Çatıya veya duvara altlık olarak kullanılan bu direk kelepçeler, gergi telleriyle bağlantıları sağlanır.
Yıldırımdan Korunma Çeşitleri Nelerdir?
Yıldırımdan korunma yöntemleri “Dış Yıldırımlık” ve “İç Yıldırımlık” olmak üzere ikiye ayrılır. Dış Yıldırımlıklar da üç farklı şekilde uygulanmaktadır. Bunlar; Franklin Çubuğu, Kafes Metodu, Erken Akım Yayıcı Paratonerler. Erken Akım Yayıcı Paratonerler de kullanım yerlerine göre Radyoaktif Paratonerler, Piezoelektrik Kristalli Paratonerler ve Atmosferik Elektrik Alan Etkili Paratonerler diye üç farklı şekilde uygulanır.
Paratoner Çeşitleri Nelerdir?
Günümüzde kullanılan paratoner çeşitleri şunlardır:
Faraday Kafesi:
Kafes biçimde yakalama uçları, çatı iletkenleri, iniş iletkenleri, topraklama bileşenleri ile oluşturulan korunma sistemidir. Bu yöntem genel olarak topraklama yapılırken binaların en yüksek yerlerinden en alçak yerlerine kadar metalik şeritlerle sarılması bu şeritleri kendi içlerinde birbirine temas ettirip yük dağılımını eşit olarak dağıtmasına olanak sağlanmasıdır. Bu metalik şeritlerin en önemli özelliği elektromanyetik dalgalara karşı geçirmezlik oranının büyük olmasıdır. Topraklamada oldukça pahalı olan bu sistem koruma güvenliğini hat safhada sağlar.
Franklin Çubuğu:
Sivri uçlu çubuklar toprağa bir iletkenle bağlanır ve daha sonra bu sayede elektron iletimi toprağa geçer. Bu işlemin devam etmesi sivri uçların toprağa iletken ile bağlanması ile devam eder. Bu çubuğu ve benzerlerinin yıldırımı çekme gibi paratoner özellikleri yoktur. En eski yıldırımdan korunma yöntemidir.
Radyoaktif Paratoner:
Radyoaktif paratonerin prensibi tıpkı Franklin çubuğunda olduğu gibi alınan yükün istenilen noktalara ya da toprağa verilmesidir. Radyoaktif maddeler alfa, beta, gama gibi ışımalar gerçekleştirir. Radyoaktif paratoner bu özelliği kullanarak, bünyesinde bulundurduğu radyoaktif maddeden yayılan ışımalarla iyonize bir yol oluşturma ve yıldırımın geri dönüş strokuna davetkâr bir ön atlama yapma prensibine göre yıldırımdan korumayı hedeflemiştir.
Aktif Paratonerler:
Türkiye’de en çok kullanılan yıldırımdan korunma metodudur. Aktif paratoner metodu, yıldırımı yakalanıp, tesisat bileşenleri üzerinden geçirilecek toprakta yıldırımı sönümlendirmeyi hedefler. Yıldırımı yakalamak için yıldırımın geri dönüş strokuna yerden atlama yaparak buluttan gelen bu strok ile birleşir. Böylece aktif paratoner yıldırıma davet göndererek akımın güvenle aktarılacağı bir yol oluşturmuş olur. Aktif Paratonerler, Piezo Elektrik Kristalli Franklin France Aktif Paratoneri ve Elektrostatik Aktif Paratonerler olmak üzere iki farklı şekilde uygulanmaktadır.
Paratoner Sisteminin Montajında Nelere Dikkat Edilmelidir?
Türkiye’de paratoner sistemleri Paratoner Yönetmeliği’ne göre yapılması zorunludur. Montaj yapacak kişiler ilgili yönetmeliğe göre yapacakları sistemde başlıca şunlara dikkat etmelidir:
Topraklama direncinin ölçülmesi: Maksimum 10 Ohm olmalıdır.
Kontrol klemensi tespit edilmelidir.
İniş iletkenlerinin tespit edilmelidir.
Paratoner taşıyıcı direği ve ikaz levhasının yerinin tespit edilmeli,
Aktif paratoner montajı yapılırken paratoner, uygulama yapılacak binanın en üst noktası seçilmeli veya en üst noktadan 2 metre daha yüksekte olacak şekilde tasarlanmalıdır.
Tesisatta kullanılacak bakır iletkenler %99,5 saflıkta ve elektrolitik bakır olmalıdır.
Paratoner kurulacak tesisin ölçülen topraklama direnci 5 ohm ise uygulamaya geçilebilir. Ancak bu değerden yüksek ise ek bakır çubuklar kullanılarak değer düşürülmelidir.
Çatılarda yer alan, televizyon anteni, telsiz anteni vb. cihazlar varsa bu cihazların da paratonere bağlanması gereklidir (TS622).
Paratoner topraklaması elektrik kablolarından en az 5 metre, ana topraklama sisteminden en az 20 metre, gaz borularından en az 5 metre uzakta olmalıdır (NFC 17-102).
Çabuk alev alıcı tesislerin üzerilerine yıldırımdan korunma tesisatı yapılmaz (TS EN 62305).
Aktif paratonerin toprak altında kalan kısımları bütünüyle ziftlenmeli ve toprak altına gömülmelidir.