BİNALARIN YILDIRIMA KARŞI KORUNMASI

Binaların Yıldırıma Karşı

UBK: 621.316.94; 621.S16.99 *

Korunması

Yazan : Luclen LEVEtLLEY

Çeviren : Raaim NÎKSARLI

ÖZET Bu yazıda kısaca yıldırımın oluş gekli ve yerelle} tirllmesi açıklanmış, yıldırıma kargı geleneksel koruma yollan karşılaştırılmalı olarak verilmiş, radyo aktif paratonerlerin özellikleri üzerinde daha etraflıca durularak yararlan belirtilmiştir. Aynoa paratoner yapımı ve topraklamalarında dikkat edilmesi gereken noktalar anlatılmıştır.

SUMMARY in '•this article; the ligMning event and ifs probablü Jocotions is shortly descrlbed. The traditional protection methods against lightning and the properties of radioctive lightning arrestera and their advantagea över the others are eıplained. The important points that must be taken into account in contructing the lightning arresters are explained.

l. GtRlŞ

Bütün doğa olayları içinde yıldırım, belki gürültüsü ve önüne geçilemeyen özelliği dolayısıyla

uzun zamanlar insanları en çok korkutanı olmuştur.

Fransa'da halk özellikle siklonlar, depremler ve

volkanik patlamalar yanında, yalnız yıldırım)

doğrudan öldürücü olarak bilmektedir. Korunma

çarelerinin genelleştirmesine rağmen yıldırımdan

yılda 120 kişi ölmektedir.

..

Bununla beraber Fransa için yıldırım ve dolunun yaptığı zararın yılda ortalama 300 milyona ulaştığı gösterilebilir. Ziraat Mühendisi M. Jean Lemoin'a göre Fransa'da yangınların % 16'sı yıldırımdan meydana gelmektedir. Bu rakamlar gözönüne alındığında sürpriz gibi -3e olsa görülür ki, 20 yıla yakın zamandan beri Sinalarda yıldırıma karşı korunma ihmal edilmektedir. Komşu memleketlerde, örneğin Belçika'da paratoner özel evlere kadar tamamen yayılmıştır; Fransa'da görüldüğüne göre resmi binalara yapılmış, evlerde oturanlar kaderlerine terkedi lecek şekilde paratonerden mahrum bırakılmışlardır.

Bu türden kazalar biraz yakından araştırılırsa önce bacaların tahribatı görülür. Bunlar daha Herde açıklayacağımız delillere göre yıldırımın er/ sok isabet ettiği yerlerdir ve tag veya briketlerin düşmesi ile de ciddi tahribata sebeb olurlar. Bir çok durumlarda duvarlar duman yolu boyunca yarılırlar.

Nedeni yıldırım olan yangınlara gelince, bunlaı akıp giden paralardır. Bu yangınlar, yıldırımın kendi yolu boyunca bütün yanıcı maddeleri tutuşturması sonucu çok ciddidirler; özellikle doğramalar ufak bir yangın başlangıcında hemen tutuşurlar ve bu yanışa göre yardımın gelişi çok

Le Haut-Parleur, S.1317, Temmuz 1971, dergisinden çevrilmiştir.

geç kalır. Bu konuyu çan kuleleri özellikle açıklamaktadırlar. Yıldırımın binalar üzerindeki tehlikeleri üzerinde daha fazla durmak yararsızdır. 18 ve 19'uncu asırlarda bulunan Franklin paratonerinin, etkisinin azlığına rağmen bugüne kadarki başarısı, yıldırımın binalar için ne kadar endişe verici olduğunun delilidir.

2. YILDIRIMIN OLUŞ ŞEKLi VE YERELLEŞTİRİLMESİ

Günün koşullarına uygun olarak yıldırımdan korunma çarelerine geçmeden önce yıldırımın oluş şekli üzerinde bir kaç kelime söyleyip bu konudaki bilgilerimizi özetlememiz gereklidir. 1929'da ingiltere'de Dr. Simson ve Fransa'da Puy-deD6me Gözlemevi Müdürü M. Mathias uzun yıllara dayanan araştırmalarını yayınladılar. Yine bu araştırmalardan C.T.R. Wilson. Johan-nesburg Gözlemevinden F. C. Halliday, Coloba (Bombay'ın eyaleti) Gözlemevinden S. K. Banerjt LJncoln'da (Nebraska) J. C. Jensen gibi araştırmacıların buldukları sonuçları aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.

Bulutlar, ortası az miktarda iletken, hava içind • toplu hareket eden yalıtkan maddeler niteliğinde, elektrik yükü taşıyıcılarıdır. Yüklerin bulut içindeki dağılımı uzun tartışma lara konu olmuştur. 1937'de Slmpson'un balon sondası yardımıyla yapılan kayıtlardan anlaşılmaktadır ki, bulutun orta kısmı negatif ve üst kısımları pozitifdir. Ayrıca çok defa bulutun bazı alt kısımlarında düşey olarak yağmur üreten bölgelerinde, kazan da başka yerlerde yerel pozitif yük yoğunlaşmaları görülmüştür. Bu yüklerin meydana gelişi ve doğuş biçimi henüz tartışma konusudur. Eğer iki farklı kutup arasındaki gerilim veva bu kutuplardan biri ile toprak arasındaki gerilim yeterli bir değere ulaşırsa bir kıvılcım meydana gelir.

Bir fırtına bulutu gibi lyonsuz ortamda kıvılcımın yayılma şeklini biraz yakından inceleyelim. Kıvılcım, rastladığı atomları gokla iyonlze ederek yayılır. Bu atomlar, pratik olarak kütlesi sıfır olan ve pozitif yüklere doğru büyük bir hızla giden elektronlar kaybederler. Bulut iğinde iki bölge arasında bir ilk kıvılcımın meydana geldiğini farzedelim. Bu anda negatif olan elektronlar, bulutun pozitif taraflarına itilip nötrleştiğinden bu kıvılcım etrafında bir tüp gibi kararlı ve pozitif iyon grubu meydana gelir. Bu tüpün son ucınun pozitif gerilimi büyüdüğünden kıvılcım, etrafındaki komşu molekülleri iyonlaştırarak bulutun negatif bölgesine kadar yoluna devam eder. Bundan sonra bulut içindeki yüklerin dengesizliği dolayısıyla pozitif bölgelerden negatif bölgelere doğru saçaklar şeklindi1 kıvılcımlar devam. eder. Bulut ve yer arasındaki olaylar da bunların tam benzeridir. Bulut merkezî bölgesi pozitif ise kıvılcım hava içinde endüksiyon ile etrafını yükleyerek ve buluttan yere doğru saçak meydana getirerek yayılır. Esasen çok defa görülmügtür ki, bazı saçaklar yere kadar ulaşamaz.

Eğer bulut merkezî bölgesi negatif ise komşu hava bölgeleri ve yerdeki çıkıntılı bölgeler endüksiyon ile pozitif olarak yüklenir. O zamanda bu çıkıntılardan birine doğru çıkan kıvılcım saçaklanarak bulut ile bu çıkıntıyı birleştirir. Buraya kadar söylediklerimizden anlaşılmaktadır ki, Globe du Piç du Midi Fizik Laboratuvan Müdürü M. Dauaere'ln de dikkati çektiği gibi, havanın iyonizasyonu, belirli olarak aynı zamanda kıvılcımın yönüne, yol boyunca yere kadar olan şiddetine ,ve düşüş yerinin durumuna etkili olarak bağlıdır.

M. Dauzere ve çalışma arkadaşları Pireneler'de ve güney batıda yıldırımın düşüg yerleri, düşmüş yıldırımların benzerlikleri ve bunda yerin özelliğinin rolü hakkında yaptıkları önemli araştırmalar yardımıyla aşağıdaki sonuçlara varmışlardır :

1. Yıldırımın düşüş yeri genel olarak yerin Jeo lojik yapısına bağlıdır; volkanik kayalıklar, özel likle granitler çok yüdınma maruz kalmaktadır. Tortul kitleler, özellMe kalkerler çok seyrek yıldırıma maruz kalmaktadır.

2. Çeşitli arazi yapılarını birleştiren hat bo yundaki meydana çıkmış, sivrilmiş yerler de bunlardır.

3. Eğer havanın iyonizasyon derecesi ölçülecek olursa, görülüyor ki, iyonizasyon derecesinin maksimum olduğu yer, yıldırımın tercih ettiği yerdir. Bunların arasında en yüksek iyonizasyon derecesi olan yerde yıldırımın başlangıç veya doğuş yeridir.

M. Viel ve Gibrat'mn son çalışmaları da, M. Dauzere'ln tehlikeli bölgelerin saptanmasındaki

çalışmalarını doğrulamıştır. Bu çalışmalar sadece toplam iyonizasyonun (fcğil, fakat aynı zamanda negatif iyonizasyonun pozitif lyonizasyona oranının da çok önemli olduğunu göstermiştir. Ne olursa olsun bu çalışmaların sonucu göstermiştir ki, basit bir jeolojik etüd veya mümkünse hava iyonizasyonun ölçülmesi ile tehlikeli bölgelerin önceden saptanması mümkündür.

Bazı durumlarda ve özellikle patlayıcı bir madde deposu yapılması veya bir enerji nakil hattı inşaatı söz konusu olduğu zaman, tehlikeli bölgelerden kaçınılması özellikle önemlidir. Sunuda unutmamak gerekir ki, bu bölgeler yerel olabilir, hava lyonizasycnu mağara ve uçurumlar civarında artabilir, buralarda suların sürükleyip getirdiği radyo-aktif maddeler iyonizasyonu şiddetlendirebilir.

8. YILDIRIMA KARŞI KORUNMA

Yıldırımdan korunmak için onun elektriksel yapısı hakkında da bilgiler edinmek gerekmiştir, ilk ciddi korunma teşebbüsleri 18. yüzyıldan ötelere gidemez. Eski çağlarda ciddi bir neden gösteremeden bazı ağaçların koruyucu niteliklerine inanıyorlardı. Columelle'e göre etrüskler bu amaç için evlerinin üstünü beyaz üzüm asma dalları ile örtüyorlardı. Pline defneyi tavsiye etmektedir. M. Arnold Roth'un ifade ettiğine göre bir isviçre atasözü kayınların aranmasını, meşelerden kaçınılmasını tavsiye etmektedir.

H. de Graffigny'ye göre 1754 yılında Moravie de Prenditz papazı.10 metrelik bir sırık ucuna birçok çubuklara ayrılmış metal bir haç demeti ile hepsini topraklayarak ilk paratoneri yapmıştır. Bu cihaz vazifesini yapmaya vakit (bulamadı. Çünkü bunu, kuraklığa sebebolduğu gerekçesiyle köylüler indirdiler. 1760*da Philadelphie'de Franklin'in deneyi yer almaktadır ki bu, bugün büyük binaların çoğunluğunda gördüğümüz paratonerdir. Bu, ucu sivri bir metal çubuk ile bunu toprak bağlantısına kadar götüren bir iniş telinden meydana gelir. Pranklin paratoneri, meydana çıkmasından kısa bir süre sonra Avrupa'da hızla yayıldı, ingilizler VVilson'un ısrarlı tavsiyeleri üzerine Franklin sivri ucunun yerine süratle birer kürecik koymaya başladılar. 1783'de SaintOmer belediyesi M. Boisval'i binasının üzerindeki paratoneri sökmeye zorladı. Bu adam da Arras divanı önünde Belediyeyi dava etti ve davayı kazandı. M. de Boisval yeni tanınmaya başlayan bir avukat M. de Robeispier yardımıyla bir savunma örneği verdi. i784'de bir resmi daire, bütün limanlan dolaşıp gemilere paratoner yaptırmakla görevlendirildi. Nihayet 1790'da Barbeu Dubourg adındaki bir mucit şemsiye-paratoneri uygulama deneylerini yapıyordu. Franklin paratoneri bu değişimden sonra bir daha önemli bir değişikliğe uğramadı

Anlatmaya çalıştığırruz Franklln paratonerinin bugünkü şekliyle çalışması şöyledir; Metal çubuğ-un varlığı eşpotansiyel düzlemi deforme eder ve sıfır düzlemini yukarı doğru götürür, bunun üstüne de paratonerin sivri ucundan uçuşan iyonlar bu noktada gerilim yoğunluğunu arttırır. Buradan devamlı iyon çıkışlarının bulutun elektrik yükünü nötrleştirdiği kabul edilir.

o Yıldırımın belli bir uzaklıktaki komşu bölgeye düşmektense paratoner üzerine düşeceği kabul edilir. Bu belli uzak.ığa paratonerin etki yarıçapı denir

Paratoner çubuğundan ölçülen bu «etki yarıçapı» muhakkak ki kesin r ir anlam taşımamaktadır. Bu konuya biraz ,îs«ıın edelim. Schoffers'in önemle dikkati çektiği gibi 19. yüzyılın başlarında fizikçi Charles ve Gay-LuFsac bir paratoner çubuğunun etki yarıçjpı olarak bu çubuktan itibaren çubuğun iki kat boyunu veriyorlardı. Bu rakam azar azar küçülmüş, korama bugün homen hemen ortaklaşa çubuk boyuna eşit olarak kabul edilmiştir.

Bununla beraber hiç bir şekilde teorik olarak bu konuda herhangi bir rakam tesbit etmek mümkün değildir. Uygulan.a göstermektedir ki, Franklin paratoneri konduğu yeri korumaktadır. Fakat bu koruma böi.resi herahngi bir bölgeye kadar uzayamaz.

Faraday kafesi paratonerin ilkesi bambaşkadır. 1884'de belçikalı fizikçi Melsens büyük binaları, binayı üstten metal şerit ve tellerle Faraday kafesi içme alarak üstte sivri uçlar koyarak bu kafesin tellerinin hepsini de topraklayarak, yıldırımdan koruma araş armalarını yaptı (Şekil 1) Bir metal silindir içine bir elektroskop konduğu zaman elektroskop silindir dışındaki bir elektrostatik makinadan etkilenmez, bu silindir elektriksel olarak makinaya bağlansa bile elektroskobu etkileyemez. Faraday'ın bu laboratuvar deneylerine dayanarak doğmuş olan bugünkü paratoner halen her ;.erde kullanılmaktadır. Bu aynı zamanda göstermiştir ki, silindir dolu olmayıp kafes şeklinde veya örgü şeklinde de olsa koruma olmaktadır. O halde bir binanın bütün dış yüzü bir metal örgü ile kaplanırsa bina dışarıdan gelen elektrostatik yüklerin hemen hemen hiç etkilenmeyecektir diye kabul edilebilir. «He men hemen» diyoruz çünkü bu olayın matematik teorisinde şu hipotez çok unutulmaktadır : Bir ekran meydana getiren bir yüzey sürekli ve sonsuz iletken olmalıdır, eğer bu tabaka kesikli ve bazı açıklıkları bulunuyorsa ya da iletkenlik kötü ise dışarıdaki olan değişimler az veya çok zayıflayarak iç kısımla-da da kendini hissettirir, önemli olmasına rağmen ekonomik düşüncelerle teorinin bu 'bölümünü unutarak Faraday kafesini, kafes aralıkları daha geniş, metal iletkenler arası biraz daha açık, nihayet iyi iletken ol-

Şekil 1. Melsens paratoneri (Faraday kafesi tipi paratoner).

mayan metalleri de paratoner olarak sürekli kullanılmış görüyoruz.

Orta büyüklükte bir ev için çok defa görülen, duvarların dört köşesinde dört metal çubuk ve damda birkaç demet sivri uçtur. Bu tip paratonere fazlaca güvenmek hayal olur. Bu tip paratoner de maalesef yaygındır. Fransa'da Faraday kafesinin etkili bir şekilde paratoner olarak kullanıldığı binalar sadece patlayıcı madde depoları, bazı hidrokarbür depolan ve açık denize kurulmuş deniz f ener1 erinden ibarettir. Sclhaffers, Faraday kafesinin paratoner olarak kullanılmasında çok önemli bir hataya daha işaret etmektedir. Binanın etrafındaki kafesin, aynı zamanda zeminde toprak içinde de binayı çevrelemesi gerektiği unutulmaktadır ve bu bölümlerde toprağın iletkenliğine güvenilmektedir. Birçok hallerde bu iletkenlik yetersizdir. Tipik bir örnek olarak burada Mont Blanc Observatuan'udan bahsedebiliriz. Burası bakır levha ile örtülmüş, bir çubuk ve ucunda sivri uçlarla teçhiz edilmiştir. Bütün bu tedbirlere rağmen tourası da yıldırımlara maruz kalmıştır. Aslında bu bina epeyce kalın/ bir kar tabakası üstüne kurulmuştu ve kar iletken değil fakat oldukça iyi bir yalıtım özelliği gösteriyordu. Bu koşullarda kafesin, yalnız dam ve duvarlarda örttüğü yerleri koruyacağı ve tam bir koruma yapamıyacağı gerçeği şaşırtıcı değildir

Son olarak günümüzün paratonerlerine geliriz. Ikazlı radyoaktif paratoner. Görmüştük ki, M. Dauzere'in çalışmalarına göre, radyoaktif kaynaklar ve radyoaktif suların ya da sellerin yatakları, çok yakında yüksek yerler olmasına rağmen özel olarak çok yıldırım tarafından bulunmaktadır. Bu durum, radyoaktif maddelerin ışınlaması sonucu iyonlaşarak kısmî iletken ortamlar meydana getirmesi sonucudur. M. Dau-

zere'in ,bu çalınmaları zaten Rusya'da 1930'da Dnieprostoin Ağırlıklar ve ölçüler Merkezi Bürosunun isteği üzerine M Bogoisvlansky tarafından doğrulanmıştır Deneyler farklı iki köyde dört farklı ölçü yöntemi kullanılarak yapılmıştır; bu deneyler yerdeki radyoaktivite bulunan yerlere yıldırımın düştüğü sonucunu doğrulamıştır.

O halde bir paratonerin ucuna yakın bir yerine bir radyum, tuzu konsa, bunun, paratonerin üstündeki havayı iletken hale getireceği sivri uçlardan elektrik yüklerinin akmasını kolaylaştıracağı ve bulutlardan itibaren deşarjların paratonere kadar geleceği tahmin edilebilir.

Radyoaktif paratoneri erle ilgili ilk deneyler 1914 yılında yapılmıştır. Fizikçi Hongrois Szillard Bilimler Akademisine sivri uçlu paratonerler üzerine radyum tuzu hoyarak yaptığı deneyleri sundu. Bu deneyde kı-llandığı şey 4 metre uzunluğunda bir çubuk, ucunda bir sivri uç ve sivri uca yakın bir yerde de radyoaktif madde bulunan bir diskden ibarettir. Laboratuvarda bir küçük statik makinayı çalıştırarak bir elektrometrenin göstergesini saptırmayı ya da bir Geissler tübünü ışıklandırmayı başardı. Bu deneyi dışarda da yaptığında gördü ki, bu sistemin gönderdiği akım, şok, iyonızasyon ve arklann doğurduğu akımı da hesaba katmaksızın normalin bir milyar katı artmaktadır. Bu deney uzun zaman bilimsel bir merak hr.linde kaldı. Szilard'ın kullandığı radyumun doı,u epeyce yüksekti ve bu cihazın fiyatını aşın derecede yükseltiyordu. Diğer taraftan cihazın fiyatını önemli derecede arttırmayacak kadar düşük dozda radyum kullanıldığı zamanda elde edilen cihaz, Franklin paratonerinden ciddi bir üstünlük sağlamıyordu. 1932'de Szillard'm radyoaktif paratonerine, atmosfer elektriklenmesinden faydalanarak, toprağa bağlı uçlardan çıkan iyonları ve paratoner tarafından üretilen iyonları hızlandırıcı bir sistem ilâve edilmesi fikri aoğdu. Bu paratoner şimdi «helita paratoner» adıyla bilinmektedir. Bu cihazlar Franklin paratonerinden şu bakımdan ayrılırlar; Yine yıldırım darbesinin yönlendirilerek belirli bir iletkenden toprağa götürülmesine çalışırlar, fakat sivri uçtan çıkan çok az miktarda değil de miktarı her zaman sabit ve çok olan radyumun ışınladığı iyonlarla yaparlar bu işi. Yukarıda da dediğimiz gibi Szillard saptadı ki, radyumun kullanılması paratoner tarafından ışınlanan iyonları büyük bir katsayı (l milyar) kadar arttırır. O halde buradan hükmedilebilir ki, bu durumda bulutların yükü yıldırım düşmeden de büyük ölçüde azalır. Radyuımlu paratonerle korunmuş; bir yere aüşen yıldırımların sayısı, burada bulutların büyük ölçüde yüklenmelerine fırsat bulamayışlarından dolayı diğer yerlerden çok az olacaktır. Bir radyoaktif sivri uç tarafından ışınlamalarla iyonlaşan havanın iyonları

Flektrik Mühendisliği 191

bulut ile paratoner arasında iletken bir yol meydana getirir ve önemli büyüklükte bir etkili bölge meydana gelmesini sağlar Kuşkusuz bu etkili bölge sivri ucun sıfır gerilimli yüzeyin üstündeki yüksekliğin? bağlıdır. Bu aynı zamanda radyum miktarına ve ileride göreceğimiz gibi atmosferin az veya çok fırtınalı oluşuna da bağlıdır. Elbette ki radyumun dozu büyük bir önem taşımaktadır ve bu diğer kısımları hiç değiştirmeden paratonerin etki yarıçapını değiştirmeyi sağlar. Szillard'm deneyleri oldukça yüksek dozlarda yapıldığından, tormal olarak paratonerler bu dozda imal edildiğinde fiyatı kabul edilemeyecek bir düzeye çılcanr. Eğer doz, fiyat bakımından uygun olabilecek bir düzeye indirilse o zamanda cihazın etki bakımından beğenilemiyecek düzeye inmesi riski vardır. Bu konuda şunu hatırlatalım ki, bir miligram radyum saniyede 2,8.10" iyon çifti üretir. Burada iyon emisyonunu arttırma fikrine gidemeyiz. Fizikçi ve kimyacılar radyum ışınlamasının tam olarak sabit olduğu ilkesini koymuşlardır, fakat iyonların hızını bir hızlandırıcı gerilim kullanarak, klasik bir yöntemle arttırmak mümkündür. Bu yüksek gerilimi elde etmek için ek bir sisteme gerek yoktur. Atmosfer geriliminin kendisi kullanılacaktır.

4. RADYOAKTİF -HELtTA» PARATONERİ

Bu aşağıdaki elemanlardan meydana gelir: Merkezde bir metal çubuk (A) vardır. Bu iniş teline, bu tel de aşağıda toprak prizine bağlıdır, metal çubuğun üstünde bir porselen başlık (B) vardır, bu başlığın da üzeri suda çözülmeyen bir radyum tuzu ile kaplanmıştır Bu radyum taşıyıcı çeşitli atmosferik etkilere dayanıklı ve önyü sonsuza yakındır. Radyumun kitlesinin yarısına inmesi için 1850 sene geçmesi gerekmektdeir. O halde bu yönden paratonerin zayıflaması diye bir tehlike yoktur. Radyoaktif parçanın altında bulunan bir metal disk (C) bir yalıtkan parça (D) üzerine oturmuştur ve buna metal antenler (E) bağlıdır. Bunlar paratonerden uzaklaşacak şekilde dışa doğru uzarlar ve uçlannda bir radyoaktif rondela (F) vardır. Bu düzen fizikçiler tarafından iyi bilinen ve gözlemlerde duman veya sıvı gerilim prizi yerine geçm bir çeşit gerilim prizidir.

4.1. Radyoaktif helita paratonerinin çalışma tekniği :

(C) metal diski bu gerilim prizleri sayesinde, paratoner çubuğundan olan uzaklığa göre belli bir atmosferik gerilim tabakasında bulunur. Bu gerilim, çubuk ilke olarak toprak geriliminde olduğundan diskin çubuğa olan uzaklığına göre oldukça yüksek ve pozitifdır. O halde aranan sonuç bulunmuştur : Radyum civarına gerilimi yüksek metal bir yüzey konmalıdır. Daha önce paratonerin etki yarıçapı atmosferin az veya çok fırtınalı oluşuna bağlıdır demiştik. Atmosferdeki gerilim gradiyenti yani iki tabaka, ör-

D

Şekil z. Radyoaktif «helita» paratoneri.

neğin l metre aralıkla iki tabaka arasındaki gerilim farkı havanın fırtınalı oluuşu ile büyük ölçüde artar. Nonmai olarak toprağa yakın bölgelerde 100 V/m olan bu gradiyent fırtınalı havada bazan birkaç bin voltu bulur. O halde bu paratonerde kullanılan hızlandırıcı • gerilim şiddetlendikçe veya yakına geldikçe artmakla ve dolayısıyla ^paratonerin etki yarıçapı tehlike arttıkça büyümektedir. Bu, §u iki tedbirin birleştirilmesidir. Radyumun kullanılması ve bununda etki yarıçapının hızlandırıcı bir gerilimle önemli ölçüde artması. Bu paratoner üzerine çegitli laboratuvarlarda deneyler yapılmıştır. Gif radyoaktif laboratuvarmda aşağıdaki deneyler yapılmıştır. Gerilim kaynağı olarak 7 tabakalı 70.000 V civarında gerilim üreten elektrostatik bir makina kullanılıyordu. Makinanın uçlarından biri toprağa diğeri yalıtılmış, bir küreye bağlanıyordu. Bu paratoner küreden 4 metre uzağa yerleştirilmiş ve bitişik bir odada bulunan hareketli armatürlü yazıcı bir elektrostatik voltmetreye bağlanmıştı. Elde edilen değerler aşağıdadır : — Çıplak paratoner çubuğu ile 250 V elde edil mişti. — Bu radyoaktif başlıklı paratoner çubuğu ile 970 V olmuştu. Radyoaktif başlıklı paratoner çubuğu ve ikaz elemanları ile de 1080 V elde edilmiştir. Bu deneyler Delft (Hollanda) Üniversitesi Laboratuvarmda Prof. Zvvikker tarafından da yapılmış ve benzer sonuçlar ekle edilmifttir. îşte onun elde ettiği birkaç sonuç :

— Elektrostatik kuramlar ve daha evvel bah sedilen deneyler gözönünde tutularak emin olu nabilir ki, radyoaktif sivri uç civarındaki havayı iyonlaştırır.

— Yakında bulunan bir fırtınanın yarattığı elek trostatik alanın varlığı dolayısiyle, iyon ve elek tronlar, paratonerin üstünde meydana gelen kuv vet çizgilerini izleyeıek hareket eder ve yollar boyunca iletken bir kolon meydana getirirler.

— Bir yandan degarj akımı büyürken diğer yan dan bulut deşarjının sivri ucu bulması kolay laşmış olur.

— Pratik olarak ıbir radyoaktif sivri ucun etki yarıçapı normal bir sivri ucunkinden çok daha büyüktür.

Bu sonuçların tamamı, Prag Üniversitesinde atmosfer elektriği profesörü Dr. Bohouneck tarafından da doğrulanmıştır.

4.2. Radyoaktif helita anteninin pratik etki yarıçapı :

Kuşkusuz paratonerim pratikteki görevi ile ilgili deneyleri yapmak çok nazik bir iştir. Bu cihazların kendi çalışma koşullarındaki dokümanlar araştırılmıştır. Dört ;ıluk bir kullanma süresinden sonra birkaç yüz metrelik bir koruma bölgesi saptandığı emin olarak söylenebilir. Bu gerçeğin birkaç örneği şunlardır: Birçok büyük demiryolu kuruluşu bu paratoneri aynen almış ve sinyalizasyon şebekesinin, yıldırım darbelerinden ve" yakına düşen yıldırımların etkileyeceği yüksek gerilimle-den korunmasında kullanmıştır. Bilinci deneme 9 paratonerle yapıldı. Birinci i§ olarak Acheres ayırma garında 30 ım'lik metal bir pilon üzerine konan büyük etki yarıçapü tek bir paratonerle deney yapıldı. Bu paratoner kurulmadan 6nce sinyalizasyon postaları ayırma garının bütün yüzeyine dağıtılmışlardır, fırtına zamanında arızalar sigorta atması veya zamansız sinyaller verilmesi ile kendini göstermiştir. Bu paratoner kurulduktan sonra 1933 Mayıs ayında bütün fırtınalar süresince bu paratonere 900 metre uzaklıkta bulunan sinyal postalarında hiç bir hatalı çalışma görülmemişti, halbuki eskiden görüJmekte idi. 1933 yılı 9 Ekiminde Nogent-le-Rotrou garındaki paratonere doğrudan bir yıldırım düşmesi görüldü. Işık ilkin dik olarak yere doğru inerken birden bire sert bir dirsek yapıp ilk yolunu değiştirip 900 metre kadar uzaktaki paratonere yöneldi ve paratonere çarptı, izlediği yol çok belirli bir iz şeklinde görüldü. Bu gözlemlerden sonra Paris-Le hattının çok yıldırıma maruz kalan bir bölümü, kısmî olarak radyoaktif «helita» anteni ile korundu. 1934 yıü ilk iki haftası içinde LisieuK üzerinde şiddetli bir fırtına patladı. Bu paratonerle konman bölümün gar elektrik tesisatında, ışık ve PTT hatlannda hiç bir anor-

Elektrik Mühendisliği 191'

Şekil 3. Radyoaktif hellta paratoneri : £. Radyoaktif paratoner B iniş D Toprak prizi (kazayağı tipi)

mallik görülmedi ki, koruma olmadığı zaman bunlar ciddi zararlaıı uğruyorlardı. Massif Central Elektrik Enerjisi Nakil ŞlrkeH (Temac), Truyere barajında üretilen enerjiyi alıp gönderen Ruyres merkezini bu radyoaktif paratonerle korudu. Bu paratonerin kuruluşundan sonra şunlar görüldü La Truyere sel yatağına düşen yıldırımlar gökte yatay bir ark şeklinde yürümekte ve gidip paratonere düşmektedir. 30 kezden fazla bu ilginç olay meydana gelmiştir. Nihayet Lüksemburg'da Rodange Ougree Madencilik ve Metalürji Şirketi bu radyoaktif paratoneri kurdukta a sonra fabrikalarının üzerindeki fırtınaların azaldığını fakat civarda bir değişiklik olmadığını ilân etmiştir.

5. PARATONERLERİN iNlŞLEBl Paratoner inişleri sorunu Franklln paratonerinde olduğu gibi radyoaktif paratonerlerde de önemli rol oynar. Fakat bu önemlilik Faraday kafesine (Melsens paratoneri) göre daha azdır Bu problemin önemi büyüktür ve öyle görünüyor ki, her zaman tekniğin gerektirdiği itina burada gösterilmemektedir. Bir paratonerde inişin rolünü inceleyelim : Yukarıda yakalama ucuna aşağıda toprağa bağlı olan bu kablo veya metal şeridin görevi, bir yandan paratoner tarafından üretilen sürekli akımı iletmek, diğer yandan eğer bir yıldırım düşmüşse bu deşarj akımını çabuk ve zararsız bir şekilde gene toprağa iletmektedir. Bu akım, süresinin kısa olmasına rağmen çok büyüktür. Bu akımın karakteri bugün tam olarak bilinmiyor. Göründüğüne göre titreşimli doğrultulmuş akım özelliğinde ve çok dik cepheli dalgaların birleşmesinden meydana gelmiş gibidir. Bunu aynı zamanda bir doğru, birde dalgalı akımın bileşkesi olarak da kabul edebiliriz. Yıldırımın ışık yoluyla son araştırmaları, iki tane objekti*! olan, iki zıt yönde defor-

Elektrlk Mühendisliği 191

me olmuş resimler çeken, bu resimlerin karşılaştırılmasına olanak veren bir fotoğraf makinası (Boys makinası) yardimiyle yapılmıştır. Güney Afrika'da Halliday, Collens, Malan, Hodges ve Schonland'ın bu aletle yapılan çalışmaları göstermiştir ki, her parlama ardarda birçok deşarjlardan meydana gelmektedir ve bunların herbiri de genel olarak buluttan toprağa doğru nisbeten yavaş giden bir deşarj ve bunun arkasından çok büyük hızda ve çok parlak olarak aynı yol üzerinde geriye doğru bir deşarjdan meydana gelmektedir. 1933 -1934 yıllarında Almanya'da Dr. Grunewold tarafından ve aynı zamanda Ajnerika'da General Electric CompanyMe yapılan ölçmelere göre, bu akımların şiddeti 1000 ile 200.000 A arasında değişmekte ve ortalaması 30.000 A civarında olmaktadır. Görülmektedir ki, paratoner inişleri oldukça büyük kesitte (50 veya 100 mmı2 olarak kabul edilebilir) olmalı ve titreşen kısımlarda cidar etkisi ile şelf endüksiyonu azaltacak şekilde bağlanmalıdır. Şelf endül-siyon, yıldırımın iniş telini terkederek komşu parçalara yönelmesi (gaz, su veya elektrik şebekesi gibi) sonucu ciddi kazaları doğurabilir. Schaffers, problemin bu bölümü üzerinde diretmekte ve özellikle binanın metal kısımlarının aşağıda ve yukarıda paratoner iniş teline bağlanması gerektiğini savunmaktadır. Yalnız unutmamalıdır ki, bunların yapılması tehlikeleri önlemez. Eğer metal kitlesi bütün değilse, kesiklik yerlerinde arkların meydana gelmesi riski vardır. Gene bu nedenle eğer gaz ve su boruları bağlanıyorsa sayaçların şöntlenmesi gerekir.

Sırası gelmişken çok yaygın olan pratik bazı bilgiler konusunda parptoner kullananların dikkatini çekmek gerekir. Çelik konstrüksiyonla yapılan binalarda metal kısımların iniş iletkeni olarak kullanılması konusunda, bazıları fiyatı düşürmek için çelik konstrüksiyonu yukarıda yakalama ucuna, aşağıda toprağa bağlanmakta ve iniş tellerinin hiçbirini tereddütsüz kullanmamaktadırlar. Bu çözüm yolu tehlikelidir. Çünkü binanın metal konstrül-'Siyon elemanları boyalı ve paslıdır, dolayıslyle e'c yerleri iletkenlik bakımından kötüdürler. Kuruluş sırasında bunlar güzelce kazınıp temizlense bile pas tabakaları yine buraları yalıtmakta geclkmeyecekdir. Çatıya bir yıldırım düşmesi halinde kolayca akan yıldırım akıanı ile bu birleşme yerlerinde arklar meydana gelecek ve buda yangın tehlikesini beraber getirecektir. Ayrıca sistemin kimyasal dayanımı da burada önemli rol oynar. Paslı bir ek yerinin elektrik direnci çok küçük olmaz. Halbuki Faraday kafesinin koruma etkisi kafesin elektrik direncinin hemen hen.en sıfır olmasına çok bağlıdır. O halde çelik konstrüksiyonlu bir binada, bağımsız ayrı iniş telleri kullanılması gereklidir. Buda olmuyorsa konstrüksiyonun bütün parça-

larım bir metal parça ile birleştirip lehimlemelıdır. Çok tehlikeli bir durum da betonarme bir bina veya şöminenin beton içindeki demirlerinin birkaç yerden tepede yakalama ucuna aşağıda toprağa bağlanmasıdır. Beton içindeki demirler arasında elektriksel bağlantı varsa bile çok kötüdür. Bu bağlantı var ve iyi ise bile bitişik bir bölüme düşen yıldırım demire erişip oradan toprağa gitmek için beton kısımdan geçmek zorunda kalacaktır. Bu geçişlerin ciddi lıasarlara sebeb olmayacağı söylenemez.

özet olarak bir paratonerden emin olmak için şunlar gereklidir :

1. iniş tellerini yaparken, şelf endüksiyonu bü yüttüğünden dolayı dirseklerden ve ciddi yön değişimlerinden kaçınılmalıdır.

2. Yine iniş tellerim o şekilde bölümlemeli ki şok akımı şiddetini mümkün olduğu kadar azalt sın ve komşu inişlerden gelecek tehlike azalsın. Eldeki bu bilgiler ışığında tahmin ediyoruz ki, iniş telinin şekli de biraz önem taşıyor. Şerit şeklindeki çubuklar kuramsal olarak cidar et kisini azaltması bakımından avantajlıdır ve biz de bunu salık veririz. Aynca bunun işlenmesi de kabloya oranla daha kolaydır.

îniş iletkenlerin diğer elemanları ve bunların toprak bağlantısı, mekanik araçlarla kendi aralarında bir bütün haline gelmelidir. Perçinleme, vidalama, sıkma bileziği ya da _manşonu, eğer lehimleme yapılıyorsa çok itina ile yapılmalıdır. Lehim, eğer tesisat yeni ıs'j vidalamaya göre daha iyi bir temas sağlıyor görünür, fakat bunun iki sakıncası vardır : Birisi, paratonere doğrudan gelen bir yıldırımın doğuracağı sıcaklık lehimin eriyip parçalarının ayrılmasına ve bir scnrakı yıldırım da hiç bir işe yaramasına sebebolur. ikincisi ise, kendinden olmayan bir lehimin çubuk veya kabloyu tuttuğu yerin korozyon için tam hazır bir ortam hazırlamış olmasıdır. Çünkü farklı elektrolitik gerilimde iki metal bir araya gelmiş oluyor. O halc'e ortalama bir lehimle yapılan bağlatmalarda zayıflatma tehlikesi vardır.

6. TOPRAK PRÎZJt

Tcprak prizi paratonerin önemli elemanlarından olan, bununla beraber çoğu kez ihmal edilen bir organdır. Uzun zaman toprak prizini silindir ya da saçak şeklinde metalden yapıp bir kuyu içindeki suya daldırmak ve fırtına yıldırım anında deşarjların buradan akmasını ummakta inat edilmiştir, öyle görünüyor ki bu düşünce, 18. yüzyılın elektrostatik deney sonuclanna dayanan eski bilgilerin bir kalıntısıdtr. Henüz elektrik tekniğinin büyük gelişmeleri paratoner tekniğine girememiş ve bu konudaki yanlış alışkanlıklardan kurtulma konusunda savaş alanını terketmiştir. Saf su bir yalıtkandır. Kuyu suyu da öyle. Yalnız bazı özel hallerde iyi bir toprak bağlantısı ile zayıf bir iletkenlik sağlanabilir. Fakat kuyu içindeki toprak bağlantısı kötü olacaktır. Zaten bu tıp toprak bağlantısı Fransa'da Çalışma Bakanlığının Ağustos 1934 kararnamesiyle yasak edilmiştir.

Toprak prizi problemi zaten çok uzun bir süre kuşku duyulacak gibi görünmediğinden karışıktır. Yıldırımdan toprağa gelen doğru akımın hiçbir zaman topraktan, örneğin telefon ya da telgraf akımlarında olduğu gibi bir dönüşü yoktur. Harcanması gereken çok büyük bir enerji çok yüksek bir gerilim altında ortaya çıkar ve çoğu kez hemen hemen yalıtkan özellik gösteren dünya üzerinde bir kondan atörün deşarjı gibi şaklar Bu konuda Almanya, Hollanda ve Belçika'da yapılan araştırmaların büyük bir yeri vardır. D . halde paratoner toprak prizi için su aramayı öngören bu eski gelenekleri kesinlikle terketmek gerekir. Bilimler akademisi paratoner bilimi için kaynaklan 1904 yılından bağlatır ki, bunlar da 1867'ye kadar uzana-ı metinlere dayanmaktadır Bunlarda şöyle denmektedir : En önemli koşullardan birisi paratoner iletkeninin deniz altı yüzeyine erişmesi ve bunun böylece birkaç kilometre devam etmesidir. Buna benzer bir yöntemin hiçbir güvencesi olmayacak ve maliyeti çok fazla olacaktır. Burada tam tercih edilecek yol 25 metrelik metal, bakır ve korozyona dayanım için üzeri kurşun kaplı, çubukların gittikçe açılan kazağayı şeklinde ve büyük bir yüzeye yayılacak şekilde yerleştirilmesi yada arazi buna uygun değilse dikine borularla benzer tesisatın yapılmasıdır. Çoğu kez dik boruların boyu kısa kalır; Laboratoire National d'Electricite'de yapılan en son deneylere göre doğru veya alternatif akım değil, bir kondansatörün deşarjı ile meydana gelen gök akımı büyük boyda bir düşey borudan meydana gelen toprak prizine verilir ve osilografda görülürse büyük bir görünen dirençle, gözönüne alman durumda 120 Q, halbuki diğer durumlarda 30 Q, karşılaşılır. Bu durumda da yüzeydeki toprak prizinde dalgalı akım direnci daha büyüktür.

7. SONUÇ

Bugün geçerli olan düşünceye göre yıldırıma karşı iki korunma yolu vardır : l Faraday' kafesi (Şekil' l'deki Melsens paratoneri gibi), îtina edilerek (yalnız örttüğü yeri koruyacak kadar), binayı tamamen örten bir metal çubuk kafes içine alıp yukarıda olduğu gibi aşağıda da birçok toprak prizleri ile bağlantı yapıldığında, oldukça yüksek bir fiyata iyi sonuç verir.

1. Yeni radyoaktif paratonerler (Şekil 2 ve 3'deki paratoner).. Büyük etki -yarıçapı (yani büyük koruma yarıçapı) olan iniş ve toprak prizleri çok azalarak maliyeti düşen, buna karşılık radyum dolayısiyle gene yükselen, fakat tesisat masrafları da katılınca yine Faraday kafesinden ucuza gelen bir sistemdir. Bir binanın korunmasında kullanılacak radyoaktif paratoner maliyeti, aynı iş ıçm yapılacak Faraday kafesi maliyetinin onda bin ile yarısı arasında değişir.