Yıldırımdan ve Aşırı Gerilimden Korunma

Elektrik akımının zararlı etkilerinden kendimizi ve kullanacağımız cihazları korumak için topraklama, yıldırımdan korunma ve iç yıldırımlık sistemlerinin yönetmeliklere uygun bir şekilde tesis edilmesi, kullanılacak malzemelerin de standartları karşılayacak düzeyde ve kalitede olması gerekmektedir.

Yıldırım; bulut ile yer arasındaki elektrik yüklerinin hızlı deşarj olma olayıdır.
Havada asılı bulunan elektrik yüklü bulutlarda hava iyi bir iletken olmadığı için yaklaşık 10 milyon voltluk gerilim oluşturur.
Dünyada saniyede 100; bir günde de 8 milyon civarında yıldırım oluşmaktadır. Bir yıl içinde bir kişinin yıldırım tarafından çarpılma olasılığı 1/600,000’dir. İstatistikler çarpılan 10 kişiden 1’inde ölüm meydana geldiğini gösterir.

Atmosferik olaylarda bulutla bulut arasında voltaj boşalmasına şimşek,
Bulutla yer arasındaki voltaj boşalmasına yıldırım denilir.
Yıldırımın oluşması; bir bulutun alt kısmındaki enerjinin yeterli seviyeye geldiği zaman (10kv/cm2) toprağa doğru bir elektron demeti olarak harekete geçmesidir.
Daha sonra üçüncü deşarj ardından dördüncü deşarj meydana gelir. Her bir deşarj öncekinden 30 ile 50 metre ileri giderek şimşeğin ucunun yeryüzüne yaklaşmasını sağlar.

Bu deşarj esnasında 200 000 Ampere kadar çıkan akım 100 milyon voltluk bir gerilim ile toprağa akar. Bu akıma deşarj akımı denilir.
Bu akım saniyenin milyonda biri mertebesinde aralıklarla art arda gerçekleşmesiyle tamamlar.
Diğer meteoroloji karakterli doğal afetlerde olduğu gibi, yıldırım tarafından çarpılma ihtimalini ve yıldırımlardan dolayı olan can ve mal kayıplarını en aza indirebilmemiz için insanlarımızın bilinçlendirilmesi ve gerekli korunma tedbirlerinin alınması önemlidir.

YILDIRIMDAN KORUNMA YÖNTEMLERİ

1) Dış Yıldırımlık
Dış yıldırımlık sistemleri ile doğrudan yıldırım darbelerine karşı korunma amaçlanır.
• Franklin Çubuğu
• Faraday Kafesi
• Erken Akım Yayıcı Paratonerler

2) İç Yıldırımlık
İç yıldırımlık ile doğrudan veya endükleme ile oluşan aşırı gerilimlere karşı elektrik donanımının korunması amaçlanır.
• B Tipi Yıldırım Darbe Koruyucuları
• C Tipi Akım-Gerilim Koruyucuları
• D Tipi Akım-Gerilim Koruyucuları

KORUMA SEVİYE HESABI

1) DIŞ YILDIRIMLIK

Franklin Çubuğu;
Çubuk ucunda yıldırım öncesi yükselen elektrik alan etkisiyle oluşan iyonizasyon, yıldırım boşalmasının bu çubuk üzerinden toprağa gitmesini sağlar.

Faraday Kafesi;

İletkenlerin bir kafes şeklinde korunacak binayı sarması ile oluşturulur. Faraday kafesinde Faraday’ın “Bir iletken yapı içinde elektrik alanı sıfırdır” ilkesinden yararlanılmıştır. Bu sistemde koruma seviyesi sonucuna göre iletken döşeme aralığı ve iletken iniş aralığı belirlenir. Bu ölçülere bağlı olarak iletkenler döşenir.

Erken Akım Yayıcı Paratonerler;

Pasif yakalama uçlarının aksine paratonerler, buluta doğru iyonize bir yol açarak veya iyon göndererek, yıldırımı çekme özelliği gösterirler.

Erken akım yayıcı paratonerlerden Radyoaktif olmayan paratonerler için “Aktif Paratoner” denilmiş ve Bayındırlık Bakanlığı Birim fiyatlarında da yer almıştır.

Kendi aralarında da çalışma prensipleri açısından farklılık gösteren paratonerler üçe ayrılır.

1) Radyoaktif Paratonerler;

Radyoaktif paratonerlerin çalışma prensibi, radyoaktif elementler kullanılarak korunması gereken yerde havayı iyonize ederek daha iletken hale getirme ve yıldırımı paratoner uçuna çekerek, buradan toprağa verme şeklindedir.
TAEK’in 2001 yılında almış olduğu karar sonucunda radyoaktif paratonerlerin kullanılması yasaklanmıştır.

2) Piezzoelektrik Prensibi ile Çalışan Paratoner Paratonerler;

Piezzoelektrik elementler basınca maruz bırakıldığında yüksek gerilim üreten elementlerdir.

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 dezavantajıdır.
Sadece pozitif iyon üretebildiği için, %15 ihtimalle gerçekleşebilecek pozitif polariteli yıldırımlarda da çalışamazlar.

3) Elektrostatik Aktif Paratonerler;

A- Kıvılcım Yayan Aktif Paratonerler:
Yıldırımlı havadaki elektrostatik alan şiddeti artışı ile enerjilerini temin ederler. Dolayısıyla sadece yıldırımlı havada çalışırlar. Fakat temin ettikleri enerji ile kıvılcım yaratarak havayı iyonize ederler.
Dolayısıyla piezzo elektrik paratonerlerde olan aynı sorunlar bu tipte de mevcuttur.

B- Darbe Gerilimi Üreten Aktif Paratonerler:

Yıldırımdan korunma teknolojilerinden en gelişmiş olanı darbe gerilimi üreten elektrostatik aktif paratonerdir.
Bu tip paratonerler sadece yıldırımlı havada meydana gelen alan şiddetinin değişmesiyle enerjilerini temin ederler.
Dolayısıyla yıldırım riski varken çalışır, yokken pasif uç konumunda dururlar.

Yıldırımlı havada enerjisini temin eden paratonerler yüksek frekans ve yüksek genlikte darbe gerilimleri üretmeye başlayarak yakalama ucunu, bulut ile yeryüzü arasındaki potansiyel farkın en yüksek olduğu nokta haline getirerek yıldırımı üzerine çeker.

Bu tip paratonerler hem pozitif hem de negatif darbe gerilimi üretebileceğinden her iki çeşit yıldırımlı ortamlarda çalışır.
Her hava şartlarında aynı verimle çalışırlar.
Kıvılcım üretmek yerine darbe gerilimleri ürettiklerinden exproof ortamlarda kullanılmasının herhangi bir sakıncası yoktur.

Aktif Paratoner Koruma Çapı Hesabı

Rp2 = h( 2D-h) + ΔL( 2D+ΔL) h≥5 mt

Bu formülde;

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: Paratonerlerin yıldırımı hissetme süresidir. (emüsyon ve yayılma zamanı)
ΔL: ΔT sürede yıldırımı yakalama mesafesi. Bu parametre üretilen Paratonere göre değişkendir ve ürünlerin üretim şekli ve özelliklerine göre laboratuar testlerinde belirlenir.

h: Aktif paratoner yüksekliği (m)
Rp: Koruma yarıçapı (m)

Aktif Paratoner Koruma Alanları
NFC 17-207 Standartlarına göre ESE erken uyarımlı paratonerlerin koruma alanı hesapları ΔT:60µs ile sınırlandırılmıştır.

2) İÇ YILDIRIMLIK
Ani Aşırı Gerilim Koruma Sistemi

Ani aşırı gerilim nedir?

Ani aşırı gerilimler, birkaç mikrosaniye ile birkaç milisaniye süresinde meydana gelen ve büyüklüğü 5 – 10 kV arasında değerler alabilen olaylardır. Bu büyüklükteki gerilimler, elektronik cihazların dayanma sınırlarının 8 – 10 katına eşittir.

Ani aşırı gerilim nasıl oluşur?

Tesisinizin 1,5 km yakınında herhangi bir noktada yıldırım deşarjı meydana gelmiş ise oluşur. Elektriksel anahtarlama olayından oluşur yaygındır. Bir iletkenden geçen akım çevresinde manyetik alan oluşturur ve akım kesildiğinde manyetik alan aniden azalır. İletken üzerinde biriken enerji, indüklenme yoluyla ani aşırı gerilim olarak dağıtılır.

Ani aşırı gerilimlerin meydana geldiği nasıl anlaşılır?
* Sebebi açıklanamayan bilgisayar kilitlenmeleri yaşıyor musunuz? Evet / Hayır
* Telefon sisteminizde kart yanmaları ile sık sık karşılaşıyor musunuz? Evet / Hayır
* Besleme hatlarından dolayı fabrikalarınızın cihazları sık sık arızalanıyor mu? Evet / Hayır
* Klima, alarm, yangın alarmı, güvenlik kamerası sistemlerinizde sık sık sorunlar yaşıyor musunuz? Evet / Hayır
Yukarıdaki soruların bazılarına cevabınız “Evet” ise ani aşırı gerilimden kaynaklanan sorunları yaşıyorsunuz demektir.

Koruma sistemleri nasıl işler?

Alçak gerilim sistemlerinde fazlarla toprak ve nötr ile toprak arasına bağlanan aşırı gerilim koruma kofreleri, darbe gelmesi halinde açık devre durumundan iletime geçerek aşırı akımı kendi üzerlerinde söndürürler. Bunun için DIN-IEC normlarında kademeli bir koruma öngörülmüştür.

Bina içinde bulunan çeşitli tüketiciler, aşırı gerilime hassasiyetleri dikkate alınarak, kademeli bir şekilde aşırı gerilime karşı koruma cihazları ile (İç Yıldırımlık) donatılırlar. Her kademe darbe gerilimini bir derece azaltarak sistem için zararsız hale getirir. Kaba koruma için B, orta seviye için C ve hassas koruma için D sınıfı koruma modülleri kullanılır.

Bir yıldırım koruma sistemi aşırı gerilim koruması sağlar mı?
Paratonerler, yapıya doğrudan yıldırım düşmesine karşı, bilhassa can güvenliğinin sağlanması için gereklidir. Bunun dışında havai hatlardan ve kablolardan gelecek darbelere karşı özel önlemlerin alınması gerekmektedir.

Ani aşırı gerilimin meydana getirdiği muhtemel zararlar nelerdir?
• Kimyasal ve nükleer tesislerde ölçüm-kontrol sistemlerinin durması ile zararlı maddelerin sızması sonucu meydana gelen can ve mal kayıpları.
• Robotik sistemlerin kontrolden çıkması sonucu zarar ve aksamaların sonucunda iş ve iş gücü kayıpları.
• Hastanelerdeki tıp elektroniği cihazlarında ve yaşam destek ünitelerinde hasar ve aksamalarından oluşan can kaybı.
• Telefon santrallerinin hasar görmesi ve haberleşmenin durması sonucu meydana gelen kayıplar.
• Pahalı makina ve cihazların zarar gördüğü için yenilenmesi ve yenilenme süresince çalışılamayacağı için maddi kaybın yanı sıra oluşacak iş gücü kaybı.
• Özellikle bilgisayar destekli imalatın bulunduğu tesislerde imalatın durması sonucu meydana gelen kayıplar.
• Evlerde kullanılan beyaz eşya ve televizyon, müzik seti gibi cihazların çalışma sisteminde meydana gelen zararlardan doğan maddi kayıplar.
• Alarm ve güvenlik kamera çalışma sisteminde meydana gelen zararlardan dolayı oluşan hırsızlık olayları ve maddi kayıplar.
• Yangın alarm sistemlerinde meydana gelen zararların oluşturduğu kayıplar.

B Sınıfı aşırı gerilim koruma:
B sınıfı akım ileticileri direk yıldırım veya yakın etkilerine karşı koruma sağlar.
B Sınıf (Sınıf I) ürünler bina elektrik tesisatını ve cihazları aşırı gerilime karşı korumak amacıyla binanın veya tesisin ana panosuna monte edilirler.

Aşırı gerilim darbesinin ilk olarak B sınıfı aşırı gerilim darbe koruyucu ürünü tarafından söndürülecektir.
VDE 0110’a göre izolasyon seviyesi 6kV’tur.
C Sınıfı aşırı gerilim koruma:
Tali panoları korumak içinde C Sınıfı aşırı gerilim darbe koruma ( Sınıf II ) ürünlerinin kullanılması gerekmektedir.
Böylece Ana pano ile birlikte tali panolarında koruması sağlanarak korumanın etkinliği ve ürünlerin dayanımları artırılmış olacaktır.

C sınıfı koruma cihazları sayaç panosu içinde kaçak akım koruma şalterinin önüne yerleştirilir.
Tali pano seviyesinde ani aşırı gerilim ve akımlarına karşı koruma yapar. VDE 0110’a göre izolasyon seviyesi 4kV’tur.
B ve C sınıfı cihazların tesisinde dikkat edilecek bir nokta aşırı gerilim darbesinin, ilk olarak B sınıfı cihaz tarafından söndürülmesidir.

Bu iki cihazın bulundukları noktalar arasında yeterli empedans yoksa C sınıfı cihaz, B’den daha önce çalışır ve yıldırım akımını taşıyamayarak arızalanabilir.

Bu iki sınıf cihaz arasındaki empedansın arttırılması, hat uzunluğu ile sağlanabilir. Bağlantı hattında PE iletkeni diğer faz ve nötr iletkenlerinden ayrı çekilmiş ve aralarındaki mesafe 1m’den büyük ise B ve C sınıfı cihazlar arasındaki uzaklık 5 m’den büyük olmalıdır. PE hattının diğer hatlarla aynı kabloda olması halinde B ve C sınıfı cihazlar arasında en küçük uzaklık 15 m olmalıdır.

D Sınıfı aşırı gerilim koruma:

D sınıfı koruma cihazları küçük dağıtım panolarında elektrik ve elektronik ekipmanları geçici piklere karşı korumak için dizayn edilmişlerdir.

Son kullanıcı seviyesinde bir koruma gerçekleştirir. D sınıfı Aşırı Gerilim korumalar sadece bağlı oldukları cihazları korurlar.

D sınıfı koruma cihazları korunmak istenen ekipmana çok yakın olarak yerleştirilir. (Cihazın önüne)
Cihaz, elektronik ekipmana doğrudan koruma sağlar. VDE 0110’a göre izolasyon seviyesi 2,5/1,5 kV’tur.
Enerji koruması, data, telefon, sinyal hatları, ölçüm sistemleri ve kamera koruma gibi tipleri mevcuttur.
Yıldırımdan korunma tesisleri civarındaki iletişim tesisleri için topraklama kuralları
ETT Yönetmelik Madde 25-a

Komşu topraklayıcılar: 
Yıldırıma karşı koruma topraklamalarına 2m mesafe içinde bulunan bütün topraklayıcılar birbiri ile bağlanmak zorundadır. Ara mesafenin 20 m olması durumunda topraklayıcıların birleştirilmesi tavsiye edilir.
Toprak özdirencinin 500 ohm.m’den büyük olduğu yerlerde 20m’ den büyük aralıklarda da topraklayıcıların birleştirilmesi tavsiye edilir.
Binaların yıldırımdan korunması: İletişim tesislerine ait topraklama tesislerinin, binanın yıldırıma karşı koruma tesisi ile bağlanması tavsiye edilir.

Yüksek yapılarda fonksiyon topraklaması ve koruma iletkeni (FPE) en az 10 m aralıklarla binanın en üst ve en alt noktalarında yapının metal kısımları ile birleştirilir.
Topraklama sistemlerinin önemini kavrayabilmek, gerekli tedbirleri alarak yaşanan sorunları en az indirebilmek ve en etkin korumayı sağlayacak sistemleri dizayn edebilmek için, Yönetmelik ve Standartların gerekliliklerinin yerine getirilmesi, konu ile ilgili yaptırımların ve denetlemelerin tam olarak uygulanması gerekmektedir.

Topraklama Sistemlerini icra ederken aşağıda yer alan yönetmelik ve standartların incelenerek yeterince anlaşılması ve uygulama yaparken dikkate alınması gerekmektedir.

•Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı: Elektrik Tesislerinde Topraklamalar Yönetmeliği 21.08.2001 Resmi Gazete’de yayınlandı
•TS EN 50164–1 08.04.2004 Nisan 2004 “Yıldırımdan Korunma Bileşenleri (YKB) Bölüm 1: Bağlantı bileşenleri için kurallar
• TS EN 62305–1 05.06.2007 Yıldırıma Karşı Koruma – Bölüm 1: Genel Prensipler
•TS EN 62305–2 05.06.2007 Yıldırımdan korunma – Bölüm 2: Risk yönetimi
• TS EN 62305–3 05.06.2007 Yıldırımdan korunma – Bölüm 3: Yapılarda fiziksel hasar ve hayati tehlike
•TS EN 62305–4 05.06.2007 Yıldırımdan korunma – Bölüm 4: Yapılarda bulunan elektrik ve elektronik sistemler
• NFC 17–102: “ESE Aktif Paratoner kullanılarak yapıların ve açık alanların yıldırıma karşı korunması.”

WhatsApp WhatsApp DESTEK
HEMEN ARA