Bu bölümde binaların yıldırımdan korunması için tarih boyunca kullanılmış ve günümüzde de kullanılmakta olan yöntemlerden söz edilecektir.

Yıldırımdan korunma günümüzde iki şekilde yapılmaktadır.

a- Pasif yakalama uçları

b- Aktif yakalama uçları

Yıldırımı çekme özelliği olmayan, sivri çubukların kullanıldığı pasif yakalama uçları yıldırımdan korunma yöntemleri arasında en eski olanıdır. Bu konudaki ilk çalışmalar 1760 lı yıllarda Franklin tarafından yapılmıştır. Franklin, korunacak olan yapının üzerine sivri uçlu bir demir koyup, iletkenlerle de toprağa irtibatlayarak ilk yıldırımdan korunma sistemini kurdu.

O dönemlerde konulan çubuğun etkinlik sahası, çubuk boyunu yarıçap kabul eden bir daire olarak kabul edilmişti. Günümüzde ise koruma çapı çubuk boyu olarak kabul edilmektedir.

Franklin çubuğu kullanılarak yapılan bu koruma daha sonraları 1884 lerde Melsens tarafından daha da geliştirilerek günümüzde sıklıkla kullanılan Faraday kafesi oluşturuldu.

4. 1. FARADAY KAFESİ

Faraday' ın, yapmış olduğu çalışmalarla iletken bir kafes içindeki elektrik alanın sıfır olduğunu belirlemesi üzerine Melsens 1884 de korunacak hacmi iletken bir kafes içine alma fikrini ortaya atmıştır. Melsens' in kuracağı bu kafes sistemi şu şekilde olacaktı.

Korunacak olan yapı, çatısı ve yan duvarları iyi iletkenlerle (bakır)yatay ve dikey bir şekilde sarılarak , bakır kafes içine alınacaktır. Çatı üzerinde belirli aralıklarla dikey sivri çubuklar konulacak, tabanda ise iletkenler çok noktadan topraklanacaktı.

Bu şekilde binanın her noktası eş potansiyel hale gelecek ve herhangi bir yıldırım deşarjında tehlikeli akımlar tamamen örülen bakır kafes üzerinden toprağa akacağından binaya bir zarar gelmeyecektir. Bu açıdan bakıldığında gerçekten de iyi bir koruma gibi düşünülen Faraday Kafesi sistemi uygulamadaki zorluklar ve bilinçli veya bilinçsiz yapılan yanlış uygulamalar sonucu efektivitesini kaybetmektedir. Faraday kafesinin güvenliği kafesin gözlerinin boyutlarına bağlıdır. Bu gözler nekadar küçük olursa kafes okadar güvenli olacaktır.

Günümüzde daha az iletken kullanma, gözlerin aralıklarını büyük tutmakla işi daha çabuk bitirme, işçilik maliyetini azaltarak daha fazla kar etme gibi düşünceler yüzünden Faraday kafesi doğru olarak kurulmamaktadır. Gerektiği gibi kurulmayan kafes ise yıldırıma karşı iyi bir koruma sağlamayacaktır.

İyi kurulmuş bir faraday kafes sistemi ise gerek işçilik gerekse maliyet olarak oldukça pahalıdır. Ayrıca kurulan kafesin, ek yerlerindeki oksitlenme veya başka sebeplerden ötürü, periyodik bakımı yapılması gerekecek bu da ilave masraflara yol açacaktır. Bakım ekibinin çatıda dolaşması belki de çatı açısından farklı masraflar ortaya çıkartabilecektir.

İyi kurulmamış bir kafes sistemine örnek vermek gerekirse Mont Blanc Gözlemevi gösterilebilir. Burada binanın toprağa oturan yatay yüzünün de sarılması gerekirken bu yapılmayıp kafesin buradaki kapanışı için toprağın iletkenliğine güvenilmiştir. Halbuki bu iletkenlik çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. Bu sebeplerden ötürü gözlem evinde yıldırım darbelerinden dolayı öldürücü kazalar olmuştur.

PARATONERLER (AKTİF YAKALAMA UÇLARI)

Pasif yakalama uçlarının aksine paratonerler, buluta doğru iyonize bir yol açarak veya iyon göndererek, yıldırımı çekme özelliği gösterirler. Kendi aralarında da çalışma prensipleri açısından farklılık gösteren paratonerler bu bölümde üç başlık altında anlatılacaktır.

4.2. RADYOAKTİF PARATONER

M. Dauzere' nin (1930) yıldırımın çokça görüldüğü yerlerde havanın normal şartlara göre daha yüksek bir iyonizasyona sahip olduğunu gözlemlemesi ile iyonize edici paratonerlerin kullanımlarının başlangıcı olmuştur. Bu konudaki ilk deneyi Szillard yapmıştır. Szillard iletken bir çubuğun üzerine radyum koyarak yaptığı denemelerde başarılar elde etmesi ise radyoaktif paratonerlerin başlangıcı olmuştur.

Temel olarak içerdiği radyoaktif elementin yaydığı radyasyon ile havayı iyonize eden radyoaktif paratonerlerin gövdesi içinde kurşun bir hazne bulunur. Bu küresel kurşun haznenin üzerinde ışımanın engellenmemesi için delikler bulunur. Radyo element bu kurşun hazne içinde konur. Işıma, kurşundan geçemeyeceği için üst kısımlardaki deliklerden havaya doğru yönelecektir. Bu saçılan pozitif iyonlar belli bir çap içindeki yıldırımı kendisine çekerek koruma sağlayacaklardır. Koruma çapının belirlenmesinde kullanılan radyoaktif elementin miktarı belirleyici faktördür. Kullanılan element nekadar fazla ise koruma çapı da o oranda artar. Radyoaktif madde çok fazla arttırıldığı halde koruma yarıçapında doğadaki bazı sınırlamalardan dolayı artış olmadığı belirlendiğinden, üretimlerinde en fazla koruma çapı 200m olacak şekilde planlanmaktadır.

Paratonerde kullanılan radyoaktif element alfa, beta ve gama ışıması yapar.

Radyasyon tarafından havanın iyonize olma miktarı alfa ışımasının kinetik enerjisiyle orantılıdır. Bu sebeple radyoaktif paratonerlerin üst kısımlarında ışımanın hızını yavaşlatmayacak şekilde boşluklar vardır. Işıma hızının azalması alfa partiküllerinin iyonlama gücünü nerdeyse tamamen yok ederler. 1mgr radyumun saniyede 136 milyon alfa partikülü ürettiği ve her bir partikülün 187 bin iyon çifti meydana getirdiğini dikkate alacak olursak, içinde 1mgr radyum bulunan bir radyoaktif paratonerin bir saniyede 25,4 x 1012 tane pozitif iyon çifti meydana getirdiği görülür.

Meydana gelen bu yüksek iyon sayısı kimi zaman, yıldırım düşürecek kadar fazla yüklü olmayan bulutları da tetikleyecek ve gereksiz yere risk oluşturabilecektir.

Gama ışınlarının yıldırımı yakalamada bir rolü olmasa da paratonerde kullanılan radyoaktif element bu ışımayı da doğal olarak yapar. Gama ışıması insan sağlığı için son derece tehlikelidir. Yüksek seviyeli bir gama ışımasına karşı önlem alınmadığı taktirde mide bulantısı ve kusma ile başlayan rahatsızlıklar hücre bölünmesinde düzensizlik, kanser, DNA yapısında bozukluklara (mutasyon) ve ölüme kadar ilerleyecektir.

Bu paratonerlerde radyoaktif element olarak Americium 241 ve Radium 226 kullanılmaktadır. Bu elementlerin yıldırımı yakalamak için yaptıkları alfa ışımasının ömrü en iyi (kuru, yıprandırıcı olmayan) hava koşullarında 10 yıl iken doğal hava şartlarında 5 yıla kadar düşebilmektedir. Beş ila on yıl arasında yıldırım yakalama ömrü olan radyoaktif paratonerin ışınlarının insan sağlığına zararları ise çok daha uzun yıllar boyunca sürer.

Montajı ve periyodik bakımları sırasında yanına yaklaşırken dahi dikkatli olunması ve çıplak elle katiyen temas edilmemesi gereken, mümkünse özel eldivenler ve giysilerle yaklaşılması gereken bu paratonere maalesef yurdumuzda bu hususlara hiç dikkat edilmeden bilinçsizce davranılmakta ve zaman zaman istenmeyen olaylar yaşanılmaktadır.

Paratoner içindeki radyoaktif elementin tutulduğu kurşun kılıfın yıldırım deşarjı anındaki yüksek sıcaklıktan erimesiyle oluşabilecek tehlike son derece ürkütücüdür. Serbest, koruyucu kılıfsız kalan radyoaktif element küresel bir şekilde ışıma yapacak ve paratonerin yaklaşık koruma çapı kadar olan bölgede radyasyon değeri istenmeyen biçimde artacaktır.

Yıldırım riskine karşı önlem alırken bizi çok farklı tehlikelerle yüz yüze getiren radyoaktif paratonerler, 1982 yılından beri Avrupa ve Amerika' da kullanımı yasaklanmış olup ülkemizde de, TAEK' in 31-03-2000 tarihli yazısıyla, kullanımına sınırlama getirmek amacıyla üretiminde kullanılan radyoaktif elementlerin ithalatına bu kurum tarafından izin verilmemektedir. Bu gelişimi takiben kullanımına da yasak getirilmesi beklenmektedir.

4.3. Piezzoelektrik Prensibi ile Çalışan Paratoner

Piezzoelektrik elementler basınca maruz bırakıldığında yüksek gerilim üreten elementlerdir. Elementin bu özelliği paratoner üreticileri tarafından kullanılmış ve piezzoelektrik prensibiyle çalışan paratonerler imal edilmişlerdir.

Rüzgar etkisiyle salınım yapan paratonerin gövdesi, içerisindeki piezzoelektrik kristallerini basınca maruz bırakır ve yüksek gerilim darbeleri oluşur. Bu darbeler paratonerin yakalama ucu üzerindeki ark boynuzlarına gönderilir ve burada ark etkisiyle hava iyonizasyona uğratılır.

Paratonerin rüzgar enerjisi ve ark boynuzu ile çalışması en büyük dez avantajıdır.

(Bkz Seminer Notları)

4.4. ELEKTROSTATİK AKTİF PARATONER PULSAR

Yıldırımdan korunma teknolojilerinden en gelişmiş olanı elektrostatik aktif paratonerdir. Yıldırımdan daha iyi bir korunma sistemi için onun yapısını, oluşumunu detaylı bir şekilde inceleyen üreticiler buluttan yeryüzüne doğru inen yıldırım kolunu, yeryüzündeki herhangi bir sivri noktadan olan atlama ile birleşmeden önce, yakalayıp deşarjı güvenli bir şekilde toprağa aktarma yöntemi ile ilgili çalışmalar yapmışlardır.

Fransız Helita firmasının başlattığı bu çalışmalarda başarılar elde edilince, yıldırımı tüm sivri uçlardan olacak atlamalardan daha önce yakalayan ERKEN AKIŞ UYARILI aktif paratonerlerin (ESE, Early Streamer Emmission) üretimine başlanmıştır.

Çalışma prensibi elektrik alan şiddetinin arttırılmasına dayanan PULSAR patentli tasarımı ile negatif ve pozitif tüm yıldırım çeşitlerinde aynı etkinlikte koruma yapan TEK PARATONERDİR.

Havadaki elektrostatik yük ile çalışan Pulsar ESE (Erken Akış Uyarı) ünitesi, havanın SADECE yıldırım riskinin oluşabileceği yüksek elektrik alan değerlerinde çalışarak koruma bölgesine doğru gelmekte olan yıldırıma iletken bir yol açarak, herhangi bir sivri uçtan ve diğer TÜM PARATONER

çok daha önce yakalar. Dolayısı ile yıldırımın düşmeyeceği herhangi bir (E) eşik alan şiddetinde havayı ionize ederek lüzumsuz deşarjlara sebebiyet vermez.

Yakalama hızı (.t) gerek Helita gerekse diğer bağımsız labaratuvarlarda belirlenmiş ve en yakın rakiplerinden çok daha hızlı olduğu belgelenmiştir.

(.t değeri bir paratonerin herhangi bir sivri uca göre yıldırımı nekadar daha süratli yakaladığını gösteren değerdir. .t büyüdükçe paratoner koruma sahasına doğru gelen yıldırımı diğer sivri uçlara göre daha çabuk yakalar ).2 metre uzunluğundaki som çelik ünite bakım gerektirmez ve çalışma esnasında ark çıkarmaz.