Yıldırımdan Korunma Sistemleri: Neden Hayati Öneme Sahiptir?

Yıldırımdan korunma sistemleri, yıldırım düştüğü noktadan itibaren 2 kilometrelik bir yarıçap içerisindeki tüm elektronik sistemleri etkileyebilen, 2 ile 200 kA arasında güçlü bir akım oluşturan doğal bir tehlikenin önüne geçebilmektedir. Bu sebeple Paratoner ve Faraday kafesi gibi koruma sistemleri, yapıların güvenliğini sağlamak için tasarlanmıştır. Ayrıca, bu sistemler sadece birkaç mikro saniye içinde oluşabilen ve önlem alınmadığında ciddi can ve mal kayıplarına neden olan ani aşırı gerilimlere karşı da koruma sağlamaktadır.

Yıldırımdan Korunma Sistemleri Nedir?

Yıldırımdan korunma sistemleri, tesisleri ve yapıları yıldırımın fiziksel ve elektriksel etkilerinden korumak için tasarlanan entegre bir mühendislik çözümüdür. Temel amacı, yıldırımın enerjisini güvenli bir şekilde toprağa ileterek can ve mal kayıplarını önlemektir.

Yıldırımdan Korunma Sistemlerinin Önemi

Yangın, deprem ve sel gibi doğal afetlerle karşılaştırıldığında, yıldırım ve aşırı gerilim olayları daha sık meydana gelmektedir. Bu sebeple daha fazla zarara neden olmaktadır. Bu nedenle, her yapı ve tesisin yıldırımdan korunma sistemleri ile donatılması büyük önem taşımaktadır. Anahtarlama elemanları, harmonikler ve gerilim düşümleri, yıldırım kadar yoğun ekonomik zararlara yol açmaktadır. Özellikle, yıldırım darbesi düşerken yaydığı manyetik alan ve darbe karakteristiği nedeniyle, paralel hatlardan tesislere nüfuz edebilmektedir. Bu sebeple, darbenin mümkün olduğunca izole edilmesi kritik bir öneme sahiptir.

Yıldırımdan korunma sistemlerinin uzman mühendisler tarafından projelendirilmesi ve uygulanması hayati önem taşımaktadır. Sistemin uygulanmasında yapılan en küçük hata, tüm projenin başarısız olmasına neden olabilmektedir. Bundan dolayı, yıldırımdan korunma ve topraklama sistemlerinin uzman firmalar tarafından kurulması gerekmektedir.

Günümüzde sanayi, ticaret, hizmet ve sağlık gibi birçok sosyal aktivite, elektrikli ve elektronik cihazların doğru çalışmasına bağlıdır. Bu sistemlerin en sık bozulma nedeni, veri iletimini aksatan ve donanımların hasara uğramasına sebep olan ani aşırı gerilimlerdir. Yıldırımdan korunma sistemlerinin öncesinde ve sonrasında yapılacak ölçümler, sistemlerin doğru uygulanması için zorunludur. Elde edilecek direnç değerleri belli standartlarda belirlenmiştir. Öncelikli hedef, darbenin kontrollü bir şekilde yönlendirilmesidir. Ayrıca, spark gap bağlantı aparatının kullanılması, hem can hem de elektronik sistem güvenliği açısından önemlidir.

Gelişen teknoloji ile hassaslaşan cihazların zarar görmemesi, kritik verilerin kaybolmaması ve tesislerin korunması için, yıldırımdan korunma sisteminin dört temel basamağının eksiksiz uygulanması gerekmektedir. Bu basamaklar:

• Topraklama sistemi
• Eş potansiyel sistem
• Dış yıldırımlık sistemi
• İç yıldırımlık sistemi

şeklinde sıralanmaktadır ve bu sistemlerin birbiriyle entegre çalışması zorunludur.

Dış Yıldırımlık Sistemleri

Yıldırım darbesini güvenli bir şekilde yakalayıp toprağa iletmek için tasarlanmıştır. Bu sistemler arasında en yaygın kullanılanlar şunlardır:

Paratoner Sistemleri

Paratoner sistemleri üç temel bileşenden oluşmaktadır:

• Hava Terminalleri (Çubuklar): Yıldırımın deşarjını sağlamak için tasarlanmış dikey çıkıntılardır. Genellikle sivri uçlu ve pürüzsüz parlatılmış bir küre ile donatılmıştır.
• İletken Kablolar: Tepeden toprağa yıldırım akımını ileten ağır yapılardır. Çatı kenarlarında gezinerek yapının altında bir veya birkaç köşeden toprağa bağlanır.
• Zemin Çubukları: Topraklama için yapının etrafına gömülen uzun ve kalın çubuklardır. İletken kablolar bu çubuklara bağlanarak koruma sağlanır.

Faraday Kafesi Uygulaması

Faraday kafesi, özellikle etrafında uzun binalar olmayan ve sivri çıkıntıların yer almadığı alçak yapıların korunmasında tercih edilmektedir. Bu sistem, mesh metodu ile koruma açısı oluşturma yönteminin birlikte kullanıldığı bir yapıya sahiptir.

Sistemin temel özellikleri şunlardır:

• Göz aralığı, gerekli etkinliğe göre 5 ile 20 metre arasında değişmektedir.
• İki iniş iletkeni arasındaki mesafe, koruma seviyesine göre 10 ile 20 metre arasında ayarlanmaktadır.
• Yıldırım akımının büyük kısmı, çarpma noktasına en yakın iletkenler ve topraklama sistemleri aracılığıyla iletilmektedir.

Ayrıca, faraday kafesi yapı içerisindeki elektromanyetik alanı önemli ölçüde azaltarak elektronik sistemleri yıldırımın manyetik etkilerinden korumaktadır. Bunun yanında, yıldırım akımları birkaç iletkene ayrıldığı için daha güvenilir bir koruma sağlanmaktadır.

Önemli bir nokta olarak, dış yıldırımlık sistemlerinin etkin çalışabilmesi için mutlaka eşpotansiyel bağlantılar ve AG Parafudr sistemi ile desteklenmesi gerekmektedir. Bu entegrasyon, sistemin koruma kapasitesini artırmakta ve daha güvenilir bir yapı oluşturmaktadır.

İç Yıldırımlık Sistemleri

Bir dış yıldırımlık sistemine isabet eden yıldırım darbesinin, maksimum %50'si toprak tarafından sönümlenebilmektedir. Bu nedenle, iç yıldırımlık sistemleri yapıların elektriksel güvenliği açısından vazgeçilmez bir öneme sahiptir. Ayrıca, iç yıldırımlık sistemleri, elektrik tesisatını ve buna bağlı cihazları ani aşırı akım ve gerilim darbelerine karşı korumaktadır. Bu sistemler B, C ve D sınıfı koruma modüllerinden oluşmaktadır.

Bütün bu sistemlerin etkin çalışabilmesi için IEC 62305 standardına uygun bir topraklama sistemi gereklidir. Bu sebeple topraklama direnci, 5 ohm mertebesine kadar indirilmeli ve sistem eş potansiyel bağlantılarla desteklenmelidir.

Aşırı Gerilim Koruması

İç yıldırımlık sistemleri, endüktif-kapasitif kuplaj ve potansiyel farklılıklar nedeniyle yapı içindeki sistemlere yönelen darbelere karşı koruma sağlanmaktadır. Özellikle, bir yapının 2 km uzağına düşen yıldırım darbesi dahi, aynı etkiyi oluşturabilme potansiyeline sahiptir.

Aşırı gerilim koruma sistemleri şu şekilde sınıflandırılmaktadır:

• B Sınıfı (Tip 1): Ana giriş panolarında kullanılan bu sistemler, yüksek enerjili yıldırım darbelerinin etkilerini sınırlandırmak için tasarlanmıştır.
• C Sınıfı (Tip 2): Tali panolarda kullanılan bu sistemler, şebekede oluşan aşırı gerilimlere karşı ekipmanların korunmasını sağlar.
• D Sınıfı (Tip 3): Hassas elektronik cihazların korunmasına yönelik geliştirilen bu sistemler, doğrudan cihaza yönelik koruma sağlar.

Elektronik Cihaz Güvenliği

Yıldırımdan korunma sistemleri, elektronik cihazların korunmasında da büyük bir öneme sahiptir. Günümüzde birçok ticari ve endüstriyel sektörde kullanılan parçaların hassas elektronik devreleri bulunmaktadır. Bu nedenle, yıldırım deşarjı sırasında oluşan 30.000 ile 300.000 amper arasındaki akımdan korunmaları gerekmektedir.

Özellikle haberleşme sistemlerine ait alıcı ve verici istasyonların korunması için özel olarak tasarlanmış modüller kullanılmaktadır. Bunun yanında, bilgisayar, veri işlem sistemleri veya video sistemleri gibi sinyal aktarımının coaxial kablo üzerinden gerçekleştiği uygulamalarda, sinyal hatlarından gelecek darbe gerilimlerinin cihazlara zarar vermesini engellemek için D sınıfı konnektörlü adaptör modülleri tercih edilmektedir.

Ayrıca, evlerde kullanılan elektronik devreli ürünlerin korunması için parafudr sistemleri önem taşımaktadır. Bu sistemler, şebeke kaynaklı kısa süreli darbeler, harmonikler, gerilim yükselmeleri ve alçalmaları gibi tehlikelere karşı koruma sağlamaktadır.

Önemli bir nokta, sadece dış yıldırımlık sisteminin yeterli olmayacağıdır. Yıldırım düştükten sonra 2 km yarıçaptaki tüm cihazlara zarar verebilmektedir. Bu sebeple mutlaka AG Parafudr sistemi de kullanılmalıdır. 

Yıldırımdan Koruma Sistemlerinin Seçimi

Yapının özelliklerine ve risk faktörlerine göre dikkatle planlanması gereken bir mühendislik sürecidir. Bu süreçte, binanın yapısal özellikleri, coğrafi koşullar ve maliyet faktörleri göz önünde bulundurulmalıdır.

Bina Tiplerine Göre Sistemler

Yıldırımdan korunma sistemleri, bina tipine göre farklılık göstermektedir. Patlayıcı ve yanıcı maddelerin depolandığı binalar, tiyatrolar, okullar, hastaneler, bankalar, oteller ve kamu binaları için özel koruma sistemleri gerekmektedir. Ayrıca, elektrik merkezleri, su dağıtım merkezleri ve akaryakıt istasyonları gibi kritik tesisler için de özel koruma önlemleri alınmalıdır.

Her yapı için TS 622, TS IEC 61024 ve Binaların Yangından Korunması Hakkındaki Yönetmelik standartlarına uygun sistemler seçilmelidir. Bunun yanında, yapının risk analizi sonucuna göre dış ve iç yıldırımlık sistemleri entegre edilmelidir.

Coğrafi Koşulların Etkisi

Sistemin seçiminde bölgenin yıldırım karakteristikleri önemli rol oynamaktadır. Risk analizi yapılırken meteorolojik veriler ve çevre şartları dikkate alınmalıdır.

Yıldırım Hasarlarının Etkileri

Dünya genelinde her yıl milyonlarca yıldırım düşüşü gerçekleşmekte ve bunların sonucunda ciddi hasarlar meydana gelmektedir. Bu hasarların etkileri üç ana başlık altında incelenebilmektedir.

Can Güvenliği Riskleri

Yıldırım çarpmaları, insan sağlığı üzerinde ölümcül sonuçlara yol açabilmektedir. Bununla birlikte, doğrudan çarpma durumunda, kişinin solunumunun kesilmesine ve kalp durmasına neden olabilmektedir. Ayrıca, yıldırım çarpması sonucunda ciddi yanıklar, sinir sistemi hasarları ve kalıcı nörolojik problemler ortaya çıkabilmektedir.

Elektronik Sistem Hasarları

Yıldırım düşmesi sonucunda, elektronik sistemlerde kapsamlı hasarlar meydana gelmektedir. Özellikle, bir noktaya düşen yıldırım 2 km yarıçapındaki alanda bulunan tüm elektronik cihazları etkileyebilmektedir. Bu etkiler şunları içermektedir:

• Güç kaynaklarında oluşan hasarlar
• Otomasyon sistemlerinin devre dışı kalması
• Haberleşme ve veri hatlarında meydana gelen arızalar
• Kamera ve switch sistemlerinde oluşan bozulmalar

Ekonomik Kayıplar

Yıldırım hasarlarının ekonomik etkileri oldukça geniş kapsamlıdır. Özellikle enerji üretim tesislerinde meydana gelen hasarlar şu sonuçlara yol açmaktadır:

• Üretimin durması sonucu oluşan gelir kaybı
• Tesis içi güç sistemlerinde kayıplar
• Veri sistemlerinde arızalar
• Saha ekipmanlarında fiziksel hasarlar

Bunlara ek olarak, yıldırım çarpmaları sonucunda yangın ve patlama riskleri de ortaya çıkmaktadır. Bu durum, özellikle yanıcı ve patlayıcı maddelerin bulunduğu tesislerde daha büyük ekonomik kayıplara neden olabilmektedir. Ayrıca, yıldırım düşmesi sonucu oluşan elektromanyetik alan etkileri, sistemlerde dolaylı hasarlara yol açabilmektedir. Bu hasarların onarım maliyetleri oldukça yüksek olabilmektedir.

Yıldırımdan Koruma Sistemlerinde Topraklamanın Kritik Rolü

Elektrik sistemlerinin güvenliği için topraklama ve yıldırım koruma arasında güçlü bir bağlantı bulunmaktadır. Topraklama sistemi, yıldırımın etkilerini azaltarak binaları ve elektronik ekipmanları korumaktadır.

Temel Topraklama Gereksinimleri

Temel topraklama, potansiyel dengelemenin etkisini artıran ve kuvvetli akımın geçtiği tesislerde uygulanan en temel yöntemdir. Bu sistem için şu teknik gereksinimler belirlenmiştir:

• Galvanizli şerit kullanımı (minimum 20-30 metre uzunluğunda)
• İletken çubukların çapı 12.5 mm ile 40 mm arasında olmalıdır.
• Topraklama direnci düşük tutulmalıdır.

Temel topraklayıcı, kapalı bir ring şeklinde yapılmalı ve binanın dış duvarlarının temellerine yerleştirilmelidir. Ayrıca büyük binalarda, temel topraklayıcı 20x20 metrelik gözlere bölünmelidir.

Eş Potansiyel Bağlantı Sistemi

Eş potansiyel bağlantı sistemi, tesis içerisinde herhangi iki noktada oluşabilecek gerilim farklarını önleyerek güvenliği sağlamaktadır. Bu sisteme bağlanması gereken noktalar şunlardır:

• İletişim sistemi topraklayıcısı
• Binanın temel topraklaması
• İletken malzemeden yapılmış su boruları
• Merkezi ısıtma sistemi
• Anten tesisatı
• Aşırı gerilim koruma cihazları

Özellikle çelik kafes yapıların tüm metal kısımları, iyi bir topraklama etkisi elde edilecek şekilde topraklanmalıdır. Bunun yanında, topraklama sistemlerinin zamanla bozulabileceği veya etkinliğini kaybedebileceği unutulmamalıdır.

Topraklama direnci düşürücü toz kullanılarak sistemin ömrü boyunca elde edilen direnç korunabilmektedir. Bu malzeme, iletkenliği zayıf olan topraklar için ideal bir çözüm sunmakta ve donma dayanıklılığını yaklaşık %10 artırmaktadır.

Yıldırımdan korunma sistemleri, modern yapıların vazgeçilmez bir parçası olarak kabul edilmektedir. Özellikle elektronik sistemlerin yaygınlaşması ve hassasiyetlerinin artmasıyla birlikte, bu sistemlerin önemi daha da artmıştır. Dış yıldırımlık, iç yıldırımlık, topraklama ve eş potansiyel bağlantı sistemlerinin entegre bir şekilde tasarlanması ve uygulanması gerekmektedir. Yıldırımdan korunma sistemleri için yapılan yatırım, olası can kayıplarının ve maddi hasarların önlenmesi açısından son derece önemlidir. Bu nedenle, sistemlerin tasarım ve kurulum aşamalarında uzman mühendislerle çalışılmalı, düzenli bakım ve kontroller ihmal edilmemelidir. Ayrıca, teknolojik gelişmeler takip edilerek sistemler sürekli güncel tutulmalıdır.

Sık Sorulan Sorular

Yıldırımdan Korunma Sistemleri Neden Önemlidir?

Yıldırımdan korunma sistemleri, can güvenliği ve maddi hasarların önlenmesi açısından kritik öneme sahiptir. Bu sistemler, yıldırım düşmesi sonucu oluşabilecek yangın, elektrik kesintisi ve elektronik cihaz hasarlarını önleyerek, yapıların ve içindeki insanların güvenliğini sağlar.

Yıldırımdan Korunma Sistemlerinin Temel Bileşenleri Nelerdir?

Yıldırımdan korunma sistemleri genellikle üç ana bileşenden oluşur: Hava terminali (yıldırım yakalama) sistemi, iniş iletkeni sistemi ve topraklama sistemi. Bu bileşenler birlikte çalışarak yıldırım enerjisini güvenli bir şekilde toprağa iletir.

Paratoner ve Faraday Kafesi Arasındaki Fark Nedir?

Paratoner, genellikle yapının en yüksek noktasına yerleştirilen sivri bir çubuktur ve yıldırımı tek bir noktada yakalamayı amaçlar. Faraday kafesi ise yapıyı tamamen saran bir iletken ağ sistemidir ve yıldırım enerjisini yapının tüm yüzeyine dağıtarak daha kapsamlı bir koruma sağlar.

İç Yıldırımlık Sistemleri Neden Gereklidir?

İç yıldırımlık sistemleri, yapı içindeki elektronik cihazları ve elektrik sistemlerini aşırı gerilim ve akım darbelerine karşı korur. Bu sistemler, dış yıldırımlık sistemlerinin yakalayamadığı veya ilettiği enerjinin iç sistemlere zarar vermesini önler.

Yıldırımdan Korunma Sistemlerinin Bakımı Ne Sıklıkla Yapılmalıdır?

Yıldırımdan korunma sistemlerinin en az yılda bir kez düzenli olarak kontrol edilmesi ve bakımının yapılması önerilir. Ancak, sistemin bulunduğu bölgenin iklim koşullarına ve yıldırım düşme sıklığına bağlı olarak bu süre değişebilir. Düzenli bakım, sistemin etkinliğini ve güvenilirliğini sürdürmek için kritik öneme sahiptir.