Paratoner - Lightning rod

Yüksek bir binanın en yüksek noktasındaki bir paratoner, bir tel ile topraklama çubuğuna bağlanır.
Basit bir yıldırımdan korunma sisteminin şeması

Bir paratoner ( ABD , Avustralya , CA ) ya da paratoner ( UK ) a, bir metal çubuk bir yapı üzerine monte edilir ve bir yapıyı korumak için tasarlanmıştır yıldırım vuruşla. Yıldırım yapıya çarparsa, tercihen çubuğa çarpacak ve yapının içinden geçmek yerine, yangın çıkarabileceği veya elektrik çarpmasına neden olabileceği bir tel aracılığıyla toprağa iletilecektir . Paratonerlere ayrıca finialler , hava terminalleri veya çarpma sonlandırma cihazları da denir .

Bir yıldırımdan korunma sisteminde, paratoner sistemin tek bir bileşenidir. Paratoner, koruyucu işlevini yerine getirmek için toprağa bir bağlantı gerektirir. Paratoner çubukları, içi boş, katı, sivri, yuvarlak, düz şeritler ve hatta kıl fırça benzeri dahil olmak üzere birçok farklı biçimde gelir. Tüm paratonerlerin ortak özelliği, hepsinin bakır ve alüminyum gibi iletken malzemelerden yapılmış olmalarıdır . Bakır ve alaşımları yıldırımdan korunmada kullanılan en yaygın malzemelerdir.

Tarih

Paratoner prensibi ilk olarak 1753'te Přímětice'de Prokop Diviš tarafından detaylandırılmıştır .

Diviš tarafından icat edilen "Machina meteorologica" bir paratoner gibi çalıştı
Rusya'daki Nevyansk Kulesi , karmaşık bir inşaat demiri sistemiyle topraklanmış metalik bir çubukla taçlandırılmıştır (bazıları bodrum katında görülmektedir)
Franklin'in elektrikle ilgili ilk makaleleri
"Tesla'nın Ejderhası". Bir Hemingray yalıtkanına dayanan Tesla Bilim Merkezi'nde bakır paratoner

Binalar yükseldikçe, yıldırım daha fazla tehdit haline gelir. Yıldırım, duvar , ahşap , beton ve çelik gibi çoğu malzemeden yapılmış yapılara zarar verebilir , çünkü ilgili büyük akımlar ve voltajlar malzemeleri yüksek sıcaklığa kadar ısıtabilir . Isı, yapı yangını potansiyeline neden olur .

Rusya

Nevyansk'ın Eğik Kulesi'nde kasıtlı olarak bir paratoner kullanılmış olabilir . Tepe kısım kulenin şeklinde bir metal çubuk ile taçlandırılmış yaldızlı küre sivri. Bu paratoner , tüm binayı delen inşaat demiri karkası aracılığıyla topraklanmıştır .

Nevyansk Kulesi, 1721-1745 yılları arasında sanayici Akinfiy Demidov'un emriyle inşa edilmiştir . Nevyansk Kulesi, Benjamin Franklin'in deneyi ve bilimsel açıklamasından 28 yıl önce inşa edildi. Bununla birlikte, metal çatının ve inşaat demirlerinin arkasındaki gerçek amaç bilinmiyor.

Avrupa

Genellikle şehrin en yüksek yapısı olan birçok Avrupa şehrinin kilise kulesine büyük ihtimalle yıldırım çarpacaktı. Önceleri Hıristiyan kiliseleri dua ederek yıldırımın zararlı etkilerinin ortaya çıkmasını engellemeye çalıştılar. Peter Ahlwardts ("Şimşek ve Yıldırım Hakkında Makul ve Teolojik Düşünceler", 1745), yıldırımdan korunma arayan kişilere bir kilisenin içinde veya çevresinde herhangi bir yere gitmelerini tavsiye etti.

Tarafından icat bir "meteorolojik makine", gerekmediği konusunda devam eden bir tartışma var Premonstratensian rahip Prokop Divis ve PRÍMETICE (şimdi parçası dikilmiş Znojmo ), Moravya (şimdi Çek Cumhuriyeti Haziran 1754 yılında), yıldırım bireysel buluş olarak sayarmısın kamış. Diviš'in aygıtı, kendi özel teorilerine göre, havayı gereksiz elektrikten sürekli olarak mahrum bırakarak fırtınaları tamamen önlemeyi amaçlıyordu. Bununla birlikte, aparat bağımsız bir direğe monte edildi ve muhtemelen o sırada Franklin'in paratonerlerinden daha iyi topraklandı, bu yüzden bir paratoner amacına hizmet etti. Yerel protestolardan sonra Diviš, 1760 civarında hava deneylerini durdurmak zorunda kaldı.

Amerika Birleşik Devletleri

Daha sonra Amerika Birleşik Devletleri olan ülkede, paratoner veya Franklin çubuğu olarak da adlandırılan sivri uçlu paratoner iletkeni, Benjamin Franklin tarafından 1752'de çığır açan elektrik keşfinin bir parçası olarak icat edildi . Elektrik ve yıldırım arasında bir korelasyon öneren ilk kişi olmasa da, Franklin hipotezini test etmek için uygulanabilir bir sistem öneren ilk kişiydi. Franklin, bir noktaya kadar keskinleştirilmiş bir demir çubukla, "Sanırım, elektrik ateşi, bir buluttan, vurmaya yetecek kadar yaklaşmadan önce sessizce çekilecekti" diye spekülasyon yaptı . Franklin, bildirilen uçurtma deneyinden birkaç yıl önce paratonerler hakkında spekülasyon yaptı .

19. yüzyılda paratoner dekoratif bir motif haline geldi. Paratonerler dekoratif cam toplarla süslendi (şimdi koleksiyoncular tarafından ödüllendirildi). Bu cam topların dekoratif çekiciliği rüzgar güllerinde kullanılmıştır . Ancak bu topların temel amacı, bir yıldırımın parçalanarak veya düşerek bir yıldırım düştüğüne dair kanıt sağlamaktır. Bir fırtınadan sonra bir topun kayıp veya kırık olduğu tespit edilirse, mülk sahibi binayı, çubuğu ve topraklama kablosunu hasar açısından kontrol etmelidir.

Gemilere ve diğer nesnelere yıldırım düşmesini önlemek için zaman zaman katı cam toplar kullanıldı. Fikir, iletken olmayan cam nesnelerin nadiren yıldırım çarpmasıydı. Bu nedenle, teoriye göre, cam hakkında yıldırımı iten bir şey olmalı. Bu nedenle, ahşap bir gemiye yıldırım düşmesini önlemenin en iyi yöntemi, en yüksek direğin ucuna küçük, katı bir cam küre gömmekti. Yıldırımın rastgele davranışı, gözlemcilerin doğrulama yanlılığı ile birleştiğinde, Franklin'in ilk çalışmasından kısa bir süre sonra deniz paratonerinin geliştirilmesinden sonra bile yöntemin iyi bir güven kazanmasını sağladı.

Gemilerdeki ilk paratonerlerin, yıldırım öngörüldüğünde çekilmesi gerekiyordu ve başarı oranı düşüktü. 1820'de William Snow Harris , zamanın ahşap yelkenli gemilerine yıldırımdan korunma takmak için başarılı bir sistem icat etti, ancak 1830'da başlayan başarılı denemelere rağmen, İngiliz Kraliyet Donanması 1842'ye kadar sistemi benimsemedi, o zamana kadar Rus İmparatorluk Donanması sistemi çoktan benimsemişti.

1990'larda, Washington DC'deki Amerika Birleşik Devletleri Capitol binasının tepesindeki Özgürlük Anıtı restore edildiğinde, 'yıldırım noktaları' orijinal olarak inşa edildiği gibi değiştirildi . Heykel, platin uçlu birden fazla cihazla tasarlandı. Washington Anıtı da birden fazla yıldırım noktasıyla donatıldı ve New York Limanı'ndaki Özgürlük Anıtı'na yıldırım çarpıyor ve bu da yere şöntleniyor.

Yıldırımdan korunma sistemi

Cape Canaveral Uzay Kuvvetleri İstasyonu'ndaki bir fırlatma rampasında yıldırımdan korunma sistemi .

Bir yıldırım koruma sistemi hasardan dolayı bir yapı korumak için tasarlanmıştır yıldırım onların son derece yüksek geçen güvenle böyle grevleri, araya girip tarafından grev akımları için zemin . Bir yıldırımdan korunma sistemi, potansiyel darbeler için toprağa düşük empedanslı bir yol sağlamak üzere tasarlanmış bir hava terminalleri, bağlantı iletkenleri ve toprak elektrotları ağı içerir .

Yıldırımdan korunma sistemleri yapılara yıldırım düşmesini önlemek için kullanılmaktadır . Yıldırımdan korunma sistemleri, yıldırım düşmesinin yapılarda oluşturduğu yangın tehlikesini azaltır. Bir yıldırımdan korunma sistemi, yanıcı yapısal malzemelerden akan akımın ısıtma etkisini azaltmak için yıldırım akımı için düşük empedanslı bir yol sağlar. Yıldırım, gözenekli ve suya doymuş malzemelerden geçerse, su içeriği yüksek akımdan üretilen ısıyla buhara dönüşürse , bu malzemeler tam anlamıyla patlayabilir . Bu nedenle, ağaçlar genellikle yıldırım çarpmalarıyla parçalanır.

Yıldırımla ilişkili yüksek enerji ve akım seviyeleri (akımlar 150.000 A'yı aşabilir) ve bir yıldırım çarpmasının çok hızlı yükselme süresi nedeniyle, hiçbir koruma sistemi yıldırımdan mutlak güvenliği garanti edemez. Yıldırım akımı, toprağa giden her iletken yolu takip etmek için bölünür ve bölünmüş akım bile hasara neden olabilir. İkincil "yan flaşlar" bir yangını tutuşturmak, tuğla, taş veya betonu parçalamak veya bir yapı veya bina içindeki yolcuları yaralamak için yeterli olabilir. Bununla birlikte, temel yıldırımdan korunma sistemlerinin faydaları bir asırdan fazla bir süredir aşikardır.

[Herhangi bir yıldırım araştırma araştırmasının] etkilerinin laboratuvar ölçekli ölçümleri, doğal yıldırım içeren uygulamalara ölçeklenmez. Saha uygulamaları, esas olarak, oldukça karmaşık ve değişken bir fenomenin en iyi amaçlanan laboratuvar araştırmasına dayanan deneme yanılma yoluyla elde edilmiştir.

Bir yıldırımdan korunma sisteminin parçaları, hava terminalleri (paratonerler veya çarpma sonlandırma cihazları), bağlama iletkenleri, toprak terminalleri (toprak veya "toprak" çubukları, plakalar veya ağ) ve sistemi tamamlamak için tüm konektörler ve desteklerdir. Hava terminalleri tipik olarak bir çatı yapısının üst noktalarında veya boyunca düzenlenir ve bir veya daha fazla topraklamaya en doğrudan yolla bağlanan iletkenler ("iniş iletkenleri" veya " inişler " olarak adlandırılır) ile elektriksel olarak birbirine bağlanır. veya topraklama terminalleri. Toprak elektrotlarına yapılan bağlantılar yalnızca düşük dirence sahip olmamalı, aynı zamanda düşük öz endüktansa sahip olmalıdır .

Yıldırıma karşı savunmasız bir yapı örneği ahşap bir ahırdır. Ahıra yıldırım düştüğünde, ahşap yapı ve içindekiler, yapının bölümlerinden iletilen yıldırım akımının ürettiği ısı ile tutuşabilir. Temel bir yıldırımdan korunma sistemi, bir hava terminali ile toprak arasında iletken bir yol sağlayacaktır, böylece yıldırım akımının çoğu, yanıcı malzemelerden geçen akım önemli ölçüde daha az olacak şekilde yıldırımdan korunma sisteminin yolunu izleyecektir.

Başlangıçta, bilim adamları böyle bir yıldırımdan korunma hava terminalleri ve "indirmeler" sisteminin, yıldırım akımını "dağıtılmak" için yeryüzüne yönlendirdiğine inanıyorlardı. Bununla birlikte, yüksek hızlı fotoğrafçılık, yıldırımın aslında hem bulut bileşeninden hem de zıt yüklü bir yer bileşeninden oluştuğunu açıkça göstermiştir. "Buluttan yere" yıldırım sırasında, bu zıt yüklü bileşenler, daha önce dengesiz yükleri eşitlemek için genellikle atmosferde bir yerde, dünyanın çok yukarısında "bir araya gelir". Bu elektrik akımı yanıcı maddelerden geçerken oluşan ısı, yıldırımdan korunma sistemlerinin yıldırım devresi için düşük dirençli bir yol sağlayarak azaltmaya çalıştığı tehlikedir . Hiçbir yıldırımdan korunma sistemi, yıldırımı tamamen "kontrol etmek" veya "kontrol etmek" için (şimdiye kadar yıldırım çarpmalarını tamamen önlemek için) güvenilemez, ancak çoğu yıldırım çarpması durumunda son derece yardımcı oldukları görülmektedir.

Çelik çerçeveli yapıların olabilir bağ yıldırım koruma sağlamak için yeryüzüne yapısal üyeleri. Temeli toprak olan metal bir bayrak direği, kendi son derece basit yıldırımdan korunma sistemidir. Ancak, yıldırım düşmesi sırasında direğe uçan bayrak(lar) tamamen yakılabilir.

Günümüzde kullanılan yıldırımdan korunma sistemlerinin çoğu geleneksel Franklin tasarımına sahiptir. Franklin tipi yıldırımdan korunma sistemlerinde kullanılan temel prensip, yıldırımın binaya zarar vermeden zemine ulaşması için yeterince düşük empedans yolu sağlamaktır. Bu, binayı bir tür Faraday kafesi ile çevreleyerek gerçekleştirilir . Binaya çarpmadan önce herhangi bir yıldırımı durdurmak için binanın çatısına bir yıldırım koruma iletkenleri ve paratonerler sistemi kurulur.

Yapı koruyucuları

Açıklama amacına uygun peyzaj : (1) Lord Kelvin'in bölgenin “indirgenmiş” alanını temsil eder; (2) Yüzey, üzerinde ve altında depolanan miktarlar eşit olacak şekilde Dünya ile eş merkezli ; (3) Aşırı elektrostatik yük yoğunluğunun olduğu bir alana bina yapılması ; (4) Elektrostatik yük yoğunluğunun düşük olduğu bir alana bina yapmak. ( ABD Patenti 1,266,175 ile görüntü .)
Bir heykel üzerinde paratoner.

Yıldırım tutucu

Paratoner, elektrik güç sistemlerinde ve telekomünikasyon sistemlerinde sistemin yalıtımını ve iletkenlerini yıldırımın zararlı etkilerinden korumak için kullanılan bir cihazdır . Tipik paratoner, bir yüksek voltaj terminaline ve bir toprak terminaline sahiptir.

Olarak telgraf ve telefon , bir paratoner telleri bir yapıya girdiği yer içindeki elektronik araçlara hasar görmesini engellemek için ve yapı yakın bireylerin güvenliğinin sağlanmasında, yerleştirilmiş bir cihazdır. Aşırı gerilim koruyucular olarak da adlandırılan paratonerlerin daha küçük versiyonları, bir güç veya iletişim sistemindeki her bir elektrik iletkeni ile toprak arasına bağlanan cihazlardır . Normal güç veya sinyal akımlarının toprağa akışını önlemeye yardımcı olurlar, ancak bağlı ekipmanı atlayarak yüksek voltajlı yıldırım akımının aktığı bir yol sağlarlar. Durdurucular, bir iletişim veya güç hattına yıldırım çarptığında veya bir yıldırım düşmesine yakın olduğunda voltaj artışını sınırlamak için kullanılır.

Elektrik dağıtım sistemlerinin korunması

Olarak genel elektrik iletim sistemleri , bir ya da iki hafif toprak kablolarını üstüne monte edilebilir dikmesi, direkler, ya da kule özel ızgara üzerinden elektrik göndermek için kullanılmaz. Genellikle "statik", "pilot" veya "koruyucu" teller olarak adlandırılan bu iletkenler, yüksek voltaj hatlarının kendileri yerine yıldırım sonlandırma noktası olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu iletkenler, birincil güç iletkenlerini yıldırım çarpmalarından korumak için tasarlanmıştır .

Bu iletkenler, ya bir direğin veya kulenin metal yapısı aracılığıyla ya da hat boyunca düzenli aralıklarla ek toprak elektrotları ile toprağa bağlanır. Genel bir kural olarak, gerilimleri 50 kV'nin altında olan havai elektrik hatlarında "statik" bir iletken bulunmaz, ancak 50 kV'tan fazla taşıyan hatların çoğunda bulunur. Toprak iletken kablosu, veri iletimi için fiber optik kabloları da destekleyebilir .

Daha eski hatlar, iletken hatları doğrudan topraklamadan yalıtan parafudr kullanabilir ve alçak gerilim iletişim hatları olarak kullanılabilir. Voltaj belirli bir eşiği aşarsa, örneğin iletkene yıldırım düşmesi sırasında olduğu gibi, yalıtkanları "atlar" ve toprağa geçer.

Elektrik trafo merkezlerinin korunması, paratonerlerin kendileri kadar çeşitlidir ve genellikle elektrik şirketinin mülkiyetindedir.

Direk radyatörlerinin yıldırımdan korunması

Radyo direk radyatörleri , tabanda bir kıvılcım aralığı ile zeminden yalıtılabilir . Şimşek direğe çarptığında bu boşluğu atlar. Direk ve ayar ünitesi (genellikle bir sargı) arasındaki besleme hattındaki küçük bir endüktivite, voltaj artışını sınırlar ve vericiyi tehlikeli derecede yüksek voltajlardan korur. Verici, antenin elektriksel özelliklerini izlemek için bir cihazla donatılmalıdır. Bu çok önemlidir, çünkü bir yıldırım çarpmasından sonra bir yük kalarak boşluğa veya yalıtkanlara zarar verebilir.

İzleme cihazı, örneğin istenmeyen elektrik yükünün bir sonucu olarak, anten yanlış davranış gösterdiğinde vericiyi kapatır. Verici kapatıldığında, bu yükler dağılır. İzleme cihazı tekrar açmak için birkaç deneme yapar. Birkaç denemeden sonra anten, muhtemelen yapısal hasar nedeniyle uygunsuz davranış göstermeye devam ederse, verici kapalı kalır.

Paratonerler ve topraklama önlemleri

İdeal olarak, düzeneğin yeraltı kısmı, yüksek toprak iletkenliği olan bir alanda bulunmalıdır. Yeraltı kablosu korozyona iyi dayanabiliyorsa , toprakla elektrik bağlantısını iyileştirmek için tuzla kaplanabilir . Paratonerin hava terminali ile Dünya arasındaki elektrik direnci önemli olmakla birlikte, iletkenin endüktif reaktansı daha önemli olabilir. Bu nedenle, iniş iletkeni güzergahı kısa tutulur ve herhangi bir eğrinin yarıçapı büyüktür. Bu önlemler alınmazsa, yıldırım akımı iletkende karşılaştığı dirençli veya reaktif bir engelin üzerinden yaylanabilir. En azından ark akımı yıldırım iletkenine zarar verir ve bina kablolaması veya sıhhi tesisat gibi başka bir iletken yolu kolayca bulabilir ve yangınlara veya başka felaketlere neden olabilir. Zemine direnci düşük olmayan topraklama sistemleri, bir yapının yıldırım hasarından korunmasında yine de etkili olabilir. Zemin toprağının iletkenliği zayıf olduğunda, çok sığ olduğunda veya mevcut olmadığında, topraklama çubukları, karşı denge (topraklama halkası) iletkeni, binadan dışarı çıkan kablo radyalleri veya beton bir binanın takviye çubukları eklenerek bir topraklama sistemi güçlendirilebilir. topraklama iletkeni için kullanılır ( Ufer toprak ). Bu eklemeler, bazı durumlarda sistemin direncini hala azaltmasa da, yıldırımın yapıya zarar vermeden yeryüzüne [dağılmasına] izin verecektir.

Yapıdaki veya yapıdaki iletken nesneler ile yıldırımdan korunma sistemi arasında yan çakmaları önlemek için ek önlemler alınmalıdır. Bir yıldırım koruma iletkeni aracılığıyla yıldırım akımının dalgalanması, onunla yakın olan herhangi bir iletken nesne arasında bir voltaj farkı yaratacaktır. Bu voltaj farkı, özellikle yanıcı veya patlayıcı maddelerin bulunduğu yapılarda, ikisi arasında önemli hasara neden olabilecek tehlikeli bir yan çakmaya (kıvılcım) neden olacak kadar büyük olabilir. Bu potansiyel hasarı önlemenin en etkili yolu, yıldırımdan korunma sistemi ile yandan çakmaya duyarlı herhangi bir nesne arasındaki elektriksel sürekliliği sağlamaktır. Etkili bağlama, iki nesnenin voltaj potansiyelinin aynı anda yükselmesine ve düşmesine izin verecek ve böylece herhangi bir yan flaş riskini ortadan kaldıracaktır.

Yıldırımdan korunma sistemi tasarımı

Yıldırımdan korunma sistemlerini oluşturmak için önemli miktarda malzeme kullanılır, bu nedenle bir hava terminalinin en fazla korumayı nerede sağlayacağını dikkatlice düşünmek ihtiyatlıdır. Ben Franklin'in açıklamalarından yola çıkarak yıldırımın tarihsel anlayışı, her paratonerin 45 derecelik bir koniyi koruduğunu varsayıyordu . Yıldırımın bir binanın yan tarafına çarpması mümkün olduğundan, bunun daha uzun yapıları korumak için yetersiz olduğu bulunmuştur.

Dr Tibor Horváth tarafından, Rolling Sphere Metodu adı verilen, yıldırımın sonlandırma hedeflemesinin daha iyi anlaşılmasına dayalı bir modelleme sistemi geliştirilmiştir. Geleneksel Franklin Rod sistemlerinin kurulduğu standart haline geldi. Bunu anlamak için yıldırımın nasıl "hareket ettiğini" bilmek gerekir. As adım lideri bir şimşeğin yere doğru atlar, bu doğru adımları topraklı yoluna yakın nesnelere. Her adımın gidebileceği maksimum mesafeye kritik mesafe denir ve elektrik akımıyla orantılıdır. Lidere bu kritik mesafeden daha yakınsa nesnelere çarpma olasılığı yüksektir. Kürenin yarıçapını zemine yakın 46 m olarak tahmin etmek standart bir uygulamadır.

Kritik mesafe içinde sağlam bir şekilde topraklanmış bir nesne varsa, kritik mesafenin dışındaki bir nesneye lider tarafından vurulması olası değildir. Yıldırımdan güvenli kabul edilen yerler, bir liderin potansiyel yollarını buluttan yere giden bir küre olarak hayal ederek belirlenebilir . Yıldırımdan korunma için, olası çarpma noktalarına dokundukları için tüm olası küreleri dikkate almak yeterlidir. Çarpma noktalarını belirlemek için arazi üzerinde yuvarlanan bir küre düşünün. Her noktada, potansiyel bir lider pozisyonu simüle edilir. Yıldırımın kürenin yere değdiği yere çarpması daha olasıdır. Kürenin yuvarlanamayacağı ve dokunamayacağı noktalar yıldırımdan en güvenli olanlardır. Yıldırım koruyucular, kürenin bir yapıya değmesini engelleyecek şekilde yerleştirilmelidir. Çoğu yıldırım saptırma sistemlerinde zayıf bir nokta, yakalanan deşarjın paratonerden yere taşınmasıdır. Paratonerler tipik olarak düz çatıların çevresine veya çubuğun yüksekliğine bağlı olarak 6,1 m veya 7,6 m aralıklarla eğimli çatıların tepe noktalarına kurulur. Düz bir çatının boyutları 15 m'ye 15 m'den büyük olduğunda, çatının ortasına 15 m veya daha az aralıklarla dikdörtgen ızgara şeklinde ek hava terminalleri kurulacaktır.

Yuvarlak ve sivri uçlar

Bir bina üzerinde sivri paratoner

Bir paratoner ucunun optimal şekli 18. yüzyıldan beri tartışmalıdır. Britanya ve Amerikan kolonileri arasındaki siyasi çatışma döneminde, İngiliz bilim adamları bir paratonerin ucunda bir top olması gerektiğini iddia ederken, Amerikalı bilim adamları bir nokta olması gerektiğini savundular. 2003 yılı itibariyle, tartışma tamamen çözülmemişti. Uygun kontrollü deneyler neredeyse imkansız olduğu için bu tartışmayı çözmek zordur, ancak 2000 yılında Charles B. Moore ve diğerleri tarafından gerçekleştirilen çalışma , orta derecede yuvarlak veya kör uçlu paratonerlerin aşağıdaki gibi davrandığını bularak konuya biraz ışık tutmuştur. marjinal olarak daha iyi grev reseptörleri. Sonuç olarak, mevcut sistemlerin çoğunda hala sivri çubuklar olmasına rağmen, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki çoğu yeni sisteme yuvarlak uçlu çubuklar kurulur. Araştırmaya göre,

[c] benzer şekilde açıkta kalan keskin ve kör çubukların üzerindeki elektrik alanlarının göreceli kuvvetlerinin hesaplamaları, alanların herhangi bir emisyondan önce keskin bir çubuğun ucunda çok daha güçlüyken, mesafe ile daha hızlı azaldığını göstermektedir. Sonuç olarak, 20 mm çapındaki kör bir çubuğun ucunun birkaç santimetre üzerinde, alanın gücü , aynı yükseklikteki benzer, daha keskin bir çubuğa göre daha fazladır. Bilenmiş bir çubuğun ucundaki alan kuvveti, çevreleyen havadaki iyonların kolay oluşumu ile sınırlı olma eğiliminde olduğundan, kör çubuklar üzerindeki alan kuvvetleri, keskin çubuklar üzerinde 1 cm'den daha uzak mesafelerdekinden çok daha güçlü olabilir.
Bu çalışmanın sonuçları, orta derecede kör metal çubukların (uç yüksekliği ila uç eğrilik yarıçapı yaklaşık 680:1 olan) daha keskin veya çok kör çubuklardan daha iyi yıldırım çarpması alıcıları olduğunu göstermektedir.

Ayrıca yıldırım koruyucunun korunacak yapıya ve Dünya'nın kendisine göre yüksekliği de etkili olacaktır.

Yük transfer teorisi

Yük transfer teorisi, korunan bir yapıya yıldırım düşmesinin, korunan yapı ile gök gürültüsü bulutu arasındaki elektrik potansiyelini azaltarak önlenebileceğini belirtir. Bu, elektrik yükünün (yakın Dünya'dan gökyüzüne veya tam tersi gibi) aktarılmasıyla yapılır. Elektrik yükünün Dünya'dan göğe aktarılması, yapının üzerine birçok noktadan oluşan mühendislik ürünleri takılarak yapılır. Sivri uçlu nesnelerin gerçekten de yükü çevreleyen atmosfere aktaracağı ve gök gürültüsü bulutlarının tepede olduğu gibi bir elektrik alanının mevcut olduğu noktada iyonlaşma meydana geldiğinden iletkenler aracılığıyla önemli bir elektrik akımının ölçülebileceği belirtilmektedir.

Amerika Birleşik Devletleri'nde, Ulusal Yangından Korunma Derneği (NFPA) şu anda yıldırım çarpmalarını önleyebilecek veya azaltabilecek bir cihazı onaylamamaktadır. NFPA Standartlar Konseyi, Yayılma Dizisi Sistemleri ve Yük Transfer Sistemlerini ele alacak bir proje talebini takiben, bu tür teknolojiler üzerinde standartlar oluşturmaya başlama talebini reddetti (ancak Konsey, temel teknoloji ve bilimin geçerliliği sunuldu).

Erken flama emisyonu (ESE) teorisi

Aziz Nikolaos Anapausas Manastırı'na monte edilmiş ESE paratoner (Μονή του Αγίου Νικολάου), Meteora , Yunanistan

Erken flama emisyonu teorisi, bir paratoner ucunun yakınında iyonizasyon üreten bir mekanizmaya sahipse, yıldırım yakalama alanının büyük ölçüde arttığını öne sürer. İlk başta, 1930 ve 1980 yılları arasında iyonizasyon kaynağı olarak küçük miktarlarda radyoaktif izotoplar ( radyum-226 veya amerikyum-241 ) kullanılmış, daha sonra çeşitli elektrikli ve elektronik cihazlarla değiştirilmiştir. Erken bir patente göre, çoğu yıldırım koruyucunun toprak potansiyelleri yükseltildiğinden, kaynaktan yükseltilmiş yer noktasına olan yol mesafesi daha kısa olacak ve daha güçlü bir alan yaratacak (birim mesafe başına volt olarak ölçülür) ve bu yapı daha eğilimli olacaktır. iyonlaşma ve bozulma.

Fransız ulusal standardizasyon kuruluşu AFNOR, bu teknolojiyi kapsayan bir standart, NF C 17-102 yayınladı. NFPA da konuyu araştırdık ve ABD'de benzer standart sorunu bir öneri vardı. Başlangıçta, bir NFPA bağımsız üçüncü taraf paneli, "[Erken Yayıncı Emisyonu] yıldırımdan korunma teknolojisinin teknik olarak sağlam göründüğünü" ve "[Erken Yayıncı Emisyonu] hava terminali konsepti ve tasarımı için fiziksel bir temelden yeterli bir teorik temel olduğunu belirtti. bakış açısı".) Aynı panel ayrıca "önerilen [NFPA 781 standardı] yıldırımdan korunma sisteminin hiçbir zaman bilimsel veya teknik olarak doğrulanmadığı ve Franklin çubuğu hava terminallerinin fırtına koşullarında saha testlerinde doğrulanmadığı" sonucuna varmıştır.

Buna cevaben, Amerikan Jeofizik Birliği, "[t]he Bryan Panel, geleneksel yıldırımdan korunma sistemlerinin etkinliği ve bilimsel temeli hakkındaki çalışmaların ve literatürün hiçbirini esasen gözden geçirmedi ve Standard için hiçbir temel olmadığı sonucuna vardığında hatalıydı" sonucuna vardı. . AGÜ, raporunda geleneksel sistemlerde önerilen herhangi bir değişikliğin etkinliğini değerlendirmeye çalışmadı. NFPA, Erken Yayın Emisyonu tabanlı koruma sistemlerinin geleneksel hava terminallerine göre artan etkinliğine dair kanıt eksikliği nedeniyle standart 781'in önerilen taslak baskısını geri çekti.

Uluslararası Yıldırımdan Korunma Konferansı (ICLP) Bilimsel Komitesi üyeleri, Erken Yayın Emisyonu teknolojisine karşı olduklarını belirten ortak bir bildiri yayınladılar. ICLP, ESE ve ilgili teknolojilerle ilgili bilgiler içeren bir web sayfası tutar. Yine de, ESE yıldırımdan korunma sistemleriyle donatılmış bina ve yapıların sayısı ile Avrupa, Amerika, Orta Doğu, Rusya, Çin, Güney Kore, ASEAN ülkeleri ve Avustralya'dan ESE hava terminali üreticilerinin sayısı artıyor.

Grevlerin analizi

Metalik bir yapıya yıldırım düşmesi, metaldeki küçük bir çukur dışında hiçbir kanıt bırakmamaktan yapının tamamen yok olmasına kadar değişebilir. Kanıt olmadığında, grevleri analiz etmek zordur. Bu, aletsiz bir yapıya bir darbenin görsel olarak teyit edilmesi gerektiği ve yıldırımın rastgele davranışı bu tür gözlemleri zorlaştırdığı anlamına gelir. Yıldırım roketi gibi bu problem üzerinde çalışan mucitler de var . Kontrollü deneyler gelecekte kapalı olabilirken, sabit yönlü antenler kullanarak yıldırım çarpmalarının karakteristik elektriksel "imzasını" izleyen radyo alıcılarını kullanan tekniklerle çok iyi veriler elde ediliyor. Doğru zamanlama ve üçgenleme teknikleri sayesinde, yıldırım düşmeleri büyük bir hassasiyetle belirlenebilir, bu nedenle belirli nesnelere yapılan saldırılar genellikle güvenle doğrulanabilir.

Bir yıldırım çarpmasındaki enerji tipik olarak 1 ila 10 milyar jul aralığındadır . Bu enerji, genellikle, her biri birkaç on mikrosaniye (tipik olarak 30 ila 50 mikrosaniye) olan, saniyenin beşte biri kadar bir süre boyunca az sayıda ayrı vuruşta salınır. Enerjinin büyük çoğunluğu atmosferde ısı, ışık ve ses olarak dağılır.

Uçak koruyucuları

Uçaklar, uçak yapısına monte edilen cihazlar ve iç sistemlerin tasarımı ile korunmaktadır. Yıldırım genellikle bir uçağa uçak gövdesinin dış yüzeyinden veya statik boşaltıcılardan girer ve çıkar . Yıldırımdan korunma sistemi, elektronik ekipmanın zarar görmesini önlemek ve yanıcı yakıt veya kargoyu kıvılcımlardan korumak için giriş ve çıkış noktaları arasında güvenli iletken yollar sağlar .

Bu yollar iletken malzemelerden yapılmıştır. Elektrik yalıtkanları , yalnızca iletken bir yolla birlikte etkilidir, çünkü engellenen yıldırım , yalıtkanların arıza gerilimini kolayca aşabilir . Kompozit malzemeler , yeterince iletken olmaları için tel örgü katmanları ile inşa edilir ve yapısal bağlantılar, bağlantı boyunca bir elektrik bağlantısı yapılarak korunur.

Korumalı kablo ve iletken muhafazalar, elektronik sistemlere korumanın çoğunu sağlar. Yıldırım akımı , kabloların oluşturduğu herhangi bir döngü boyunca akımı indükleyen bir manyetik darbe yayar . Bir döngünün kalkanında indüklenen akım, döngü boyunca ters yönde manyetik akı oluşturur . Bu, döngü boyunca toplam akıyı ve çevresinde indüklenen voltajı azaltır.

Yıldırım iletken yol ve iletken ekranlama akımın çoğunu taşır. Kalan kısım, geçici gerilim baskılayıcılar kullanılarak hassas elektronikler etrafında atlanır ve geçiş gerilimi yeterince düşük olduğunda elektronik filtreler kullanılarak bloke edilir. İzolatörler gibi filtreler, yalnızca yıldırım ve aşırı gerilim akımları alternatif bir yoldan akabildiğinde etkilidir.

Deniz taşıtları koruyucuları

Bir deniz taşıtındaki yıldırımdan korunma tesisatı, bir direğin veya üst yapının üstüne monte edilmiş bir yıldırım koruyucu ve su ile temas halinde olan bir topraklama iletkeninden oluşur . Elektrik iletkenleri koruyucuya bağlanır ve iletkene doğru iner. İletken (demir veya çelik) gövdesi olan bir gemi için, topraklama iletkeni gövdedir. İletken olmayan bir tekneye sahip bir tekne için, topraklama iletkeni geri çekilebilir, tekneye bağlı veya bir salma tahtasına bağlı olabilir .

Risk değerlendirmesi

Bazı yapılar, doğası gereği az ya da çok yıldırım çarpması riski altındadır. Bir yapı için risk, bir yapının büyüklüğünün (alanının), yüksekliğinin ve bölge için yılda mi 2 başına düşen yıldırım sayısının bir fonksiyonudur . Örneğin, küçük bir binanın büyük bir binaya göre vurulma olasılığı daha düşük olacaktır ve yıldırım çarpmalarının yoğunluğunun yüksek olduğu bir alandaki bir binanın, yıldırım çarpmalarının yoğunluğunun düşük olduğu bir alandaki bir binaya göre vurulma olasılığı daha yüksek olacaktır. . Ulusal Yangından Korunma Derneği, yıldırımdan korunma standartlarında bir risk değerlendirme çalışma sayfası sağlar.

Uluslararası Elektroteknik Komisyonu canlıların kaybı, halka hizmetin kaybı, kültürel mirasın kaybı ve ekonomik değer kaybı: (IEC) yıldırım risk değerlendirmesi dört bölümden oluşmaktadır. Canlıların kaybı en önemli olarak derecelendirilir ve birçok önemli olmayan endüstriyel ve ticari uygulama için dikkate alınan tek kayıptır.

standartlar

Yıldırımdan korunma sistemlerinin standartlara dahil edilmesi, çeşitli üreticilerin çok sayıda spesifikasyona uygun koruyucu sistemler geliştirmesine izin verdi. Birden fazla uluslararası, ulusal, kurumsal ve askeri yıldırımdan korunma standardı vardır.

  • NFPA -780: "Yıldırımdan Korunma Sistemlerinin Kurulumu Standardı" (2014)
  • M440.1-1, Elektrik Fırtınaları ve Yıldırımdan Korunma, Enerji Bakanlığı
  • AFI 32-1065 – Topraklama Sistemleri, ABD Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı
  • FAA STD 019e, Tesisler ve Elektronik Ekipmanlar için Yıldırım ve Aşırı Gerilim Koruması, Topraklama, Yapıştırma ve Ekranlama Gereksinimleri
  • Yıldırımdan korunma için UL standartları
    • UL 96: "Yıldırımdan Korunma Bileşenleri Standardı" (5. Baskı, 2005)
    • UL 96A: "Yıldırımdan Korunma Sistemleri için Kurulum Gereksinimleri Standardı" (On İkinci Baskı, 2007)
    • UL 1449: "Aşırı Gerilim Koruma Cihazları Standardı" (Dördüncü Baskı, 2014)
  • IEC standartları
    • EN 61000-4-5/ IEC 61000-4-5 : "Elektromanyetik uyumluluk (EMC) – Bölüm 4-5: Test ve ölçüm teknikleri – Aşırı gerilim bağışıklık testi"
    • EN 62305/IEC 62305: "Yıldırım koruması"
    • EN 62561/IEC 62561: "Yıldırımdan Korunma Sistemi Bileşenleri (LPSC)"
  • ITU-TK Serisi önerileri : "Girişime karşı koruma"
  • topraklama için IEEE standartları
    • IEEE SA-142-2007: "Endüstriyel ve Ticari Güç Sistemlerinin Topraklanması için IEEE Tavsiye Edilen Uygulama". (2007)
    • IEEE SA-1100-2005: "Elektronik Ekipmana Güç Verme ve Topraklama için IEEE Önerilen Uygulama" (2005)
  • AFNOR NF C 17-102 2015-04-02 tarihinde Wayback Machine'de arşivlendi : "Yıldırımdan korunma - Erken flama emisyon hava terminalleri kullanılarak yapıların ve açık alanların yıldırıma karşı korunması" (1995)
  • GB 50057-2010 Binaların Yıldırımdan Korunması için Tasarım Kodu
  • AS / NZS 1768:2007: "Yıldırımdan korunma"

Ayrıca bakınız

Referanslar

alıntılar

Kaynaklar

Dış bağlantılar