top of page

ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN DIŞ AŞIRI GERİLİMLENME

'Yıldırım' ve Analizi

—Yıldırım, bulut ile yer arasında oluşan, en tehlikeli şimşek türüdür. Çoğu çakma yeryüzüne negatif yük dağıtır ancak bir kısmı yeryüzüne pozitif yük taşır. Bu pozitif çakmalar sıklıkla bir orajın dağılma aşamasında oluşur. Pozitif çakmalar aynı zamanda kış ayları boyunca düşen toplam yıldırımların yüksek bir yüzdesini oluşturur.

    Bulut ve yer arasındaki elektrik potansiyeli farkı 10 ila 100 milyon volttur. ve yıldırımın dönüş darbesinin akımı yaklaşık 30.000 ampere, ısısı 30.000 °C'ye ulaşır. Yıldırımın oluşması çok hızlı bir şekilde gerçekleşir. Öncül darbe buluttan yere yaklaşık 30 milisaniyede ulaşır ve yerden bulutun merkezine yaklaşık 100 milisaniyede döner.

İşte muazzam güce sahip yıldırımın yakından çekimi

 

1.Doğadaki Bulunan Potansiyellerin Tarihçesi
2.Yıldırım Nedir ?  ve Oluşumu..! 

—Franklin 1725 yılında balon deneyi yaparak bulutların elektrik yüklü olduğunu ispatlamıştır.Dış aşırı gerilimler, yıldırım düşmesiyle veya yüklü bulutların etkisiyle oluşurlar.

—Yıldırımın koruma iletkenine düşmesi halinde bu iletken üzerinde her iki yönde ilerleyen dalgalar direğe vardığında, eğer direğin topraklanması iyi yapılmışsa sorun çıkmaz. Ancak direğin topraklaması iyi yapılmadığı durumda, yürüyen dalga önce direğe oradan da izolatör üzerinden faz iletkenine atlayarak tehlike oluşturur.

  8. Yıldırımın Karşı Koyamadığı Yapı Toprak
5.Yıldırımın Koruma İletkenine Düşmesi Halinde
 6. Yıldırımın Direğe Düşmesi Halinde

Yıldırımın direğe düşmesi halinde eğer direğin topraklanması iyi yapılmışsa, sorun çıkmaz. Aksi halde, yürüyen dalga direk ve izolatör üzerinden faz iletkenine geçerek tehlike oluşturur.

  • —Toprak sonsuz büyüklükte iletken ve sonsuz enerji taşıyan bir kitledir. Sonsuz büyüklükte  enerjiyi absorbe eden toprak ile irtibatı sağlamak amacıyla TOPRAKLAMA  yapılmalıdır. Bunun için ÖNEMLİDİR…  

  • Bu nedenle YIlDIRIM gibi yüksek enerjiye sahip bir yapı için en güvenli merkez topraktır. Bu nedenle YILDIRIMA karşı her zaman toprağı hazırlamalıyız. Hazırlamadan kasıt en önemli paradoks toprak direncidir. Toprağın kendi direnci ,0,05 ohm\km gibi gayet küçük bir değerdedir. 

  • Ancak bazı durumlarda toprağın direnci yüksek bir değer alabilir . Bunun bir  çok sebebi vardır. Ancak biz bunu düşürebileceğimiz GEM tozu denilen kimyasal maddelerle toprak direncini düşürüp yıldırım için bir yol oluşturabiliriz. Gem tozu kullanarak topraklama bakım maliyetlerini düşürmek de son derece kolay. Yani düşük maliyetli ve daha güvenli bir topraklama tesisatı için gem tozu kullanımı, bazı toprak çeşitlerinde mutlaka kullanılması gereken bir üründür.

  • Metalin toprakla temas ettiği alanın geçiş direncini düşürmeye ve kötü toprak şartlarında dahi iyi sonuçlar alınmasına yarar. En zor topraklama sorunlarını dahi çözen ve çok iyi iletkenlik özelliği olan GEM her türlü toprak çeşidinde topraklama etkisini arttırır.

  • Zayıf iletkenliği olan topraklar içinde çok ideal bir maddedir.

—Yıldırım fırtınalar boyunca oluşan doğal bir olaydır. Doğrudan yıldırım çarpması (bir hat veya yapıya) ve yıldırım çarpmasının dolaylı etkileri arasında bir ayrım yapılmıştır (aşırı gerilime sebep olma ve toprak potansiyelinde artış gibi).

—Yıldırım

i.Faz iletkenine düşebilir, (En tehlikelisi)

ii.Koruma iletkenine düşebilir,

iii.Direğe düşebilir.

  • —Yıldırımın faz iletkenine düşmesi halinde düştüğü noktadan itibaren iletkenin her iki yönde de ilerlerken karşılaştığı ilk direkte izolatörleri zorlar. Eğer koruma iyi yapılmamışsa izolatörlerde bu dalga altında ya atlama ya da delinme meydana gelir.

  • —Faz iletkenine yıldırım düşmesi en tehlikeli durumdur.

  • —Yıldırımın faz  iletkenine düşmesi halinde her iki yönde yürüyen dalgalar meydana  gelir . Dalgaların  şekli yıldırım boşalmasındaki akım şekline benzemektedir.

3. Yıldırım Olayları
4. Yıldırımın Faz İletkenine Düşmesi Halinde
7. Yürüyen Dalgalar

—Yüklü bulutlar enerji iletim hatlarının yakınından geçerken yürüyen dalga oluşturur. Bulut uzaklaşınca hat üzerinde serbest kalan yük dalgası ikiye bölünerek her iki yönde de aynı hızda ilerler.

  • —Bir yıldırım bulutu bir enerji iletim hattının yakınındaysa, bu hat etkiyle yükleniyor demektir. Etkiler; (-) yükler yalıtkan direnci üzerinden toprağa akarken (+) yük dalgası hat üzerinde kalır. Bulut hareket ettiğinde bu (+) yük dalgası da paralelinde hareket eder. Yıldırım bulutu ile toprak arasında bir boşalma olunca veya yıldırım bulutu uzaklaşınca hat üzerindeki (+) yük dalgası serbest kalır ve yarısı bir yönde diğer yarısı da zıt yönde aynı hızla hareket eder.

  • —Hat üzerindeki (+) yükle toprak arasında,

    hattın birim uzunluğu başına düşen gerilimi : u

    hattın birim uzunluğuna düşen yükü : q ise,

    oluşan hattın birim uzunluğuna düşen kapasite

                                                      C = q/u    

9. Sistemleri Yıldırıma Karşı Koruma
  • —Elektrik tesislerinde yıldırıma karşı korumak için , parafudurların     topraklama uçları ile açık hava tesislerinde yıldırımın düşmesi ihtimali olan bütün madeni kısımlar , mesela hava hatlarının koruma iletkenleri madeni veya beton direkler özel bir topraklayıcı üzerinden topraklanır Buna yıldırım topraklaması adı verilir.

  • —Yıldırım topraklaması da bir nevi koruma topraklamasıdır ve onun için iki topraklama biri birine bağlanır. Yıldırım topraklamasının amacı ,her elektrik tesislerine düşen bir yıldırım düşmesinin sebep olduğu aşırı gerilim gerilim dalgasının işletme araçlarına zarar vermeden toprağa iletilmesi ve hem de binalara düşen yıldırımın , insan hayatına zarar vermeden ve bir yangına sebep olmadan toprağa atılarak zararsız hale getirilmesidir.

MATLAB DA DIŞ AŞIRI GERİLİM ÖRNEKLEMESİ Surge Arrester (Parafudur)
Yapısı ile Analizi

Oluşan Yıldırım Darbe Katarı Sonucunda Parafudur dan Akan Akım Analizi

Oluşan Yıldırım Darbe Katarı Sonucunda Parafudurun Sistemde Darbeyi Sönümlendirmesi

9. Sistemleri Yıldırıma Karşı Koruma(devamı)
  • —Franklin çubuk paratoneri ile korunma: Bu tür korunma sisteminde aşağıdaki malzemeler kullanılmaktadır . Yakalama çubuğu, İniş iletkeni, Topraklama tesisatı  gibi

  • —Faraday kafesi ile koruma: Bu tür koruma sisteminde de Franklin çubuk sistemindeki gibi sistemler kullanılmaktadır.

  • Radyoaktif paratoner ile korunma: Radyoaktif paratoner ünitesi, Radyoaktif paratoner iniş iletkeni, Radyoaktif paratoner topraklama tesisatı, sistemleri kullanılmaktadır.

  • Topraklama tesisatı: Franklin çubuklu paratoner, Faraday kafesli koruma ve radyoaktif paratoner de topraklama tesisatı aynı kullanılmaktadır. Topraklama tesisatı, çubuk veya düz levha bakırdan yapılmaktadır. Topraklama direnci maksimum 5 ohm olmalıdır. Topraklama direnci 10 ohm dan büyük olursa sisteme topraklama çubuğu veya levhası eklenerek direncin limitler içinde olması sağlanır. Topraklama çubukları veya levhalarının gömüleceği toprağın dünyanın toprağı ile bağlantısı olması gerekmektedir.

Yıldırıma Karşı Koymak İmkansız..!
Yıldırımın Enerjisinin Kapasitesi...
  • —Her yıldırım düşmesinde ortalama “500 bin” Joule ‘luk bir enerji açığa çıkıyor. Bu devasa miktarda ki enerjinin tarafımızca kullanıldığını bir düşünsenize ! Bir adet yıldırım düşmesi ile elde edilebilecek elektrik enerjisi ile tam bin adet evin bir aylık elektrik ihtiyacı karşılanabilir.

  • —Her bir bulutun da ortalama 15 coulomb'luk bir elektrik yükü taşıdığı düşünülürse, potansiyel farkında 100 V/m olduğu varsayımı ile 49.500 MW lık bir enerji açığa çıktığı bulunabilir. Aynı hesap ülkemiz için yapılırsa, bu değerin yaklaşık olarak 79,5 MW olduğu bulunur. Bu da bir hidroelektrik santralinin üreteceği enerjiye eşdeğerdir. Türkiye'de üretilen enerjinin ise 6638,6 MW olduğu düşünülürse bu değerin toplam enerjiye oranla çok düşük kaldığı sonucuna ulaşılır.

Yıldırımın Enerjisini Kullanabilir miyiz ?
  1. —İşte mesele burada kilitleniyor. Maalesef kullanamıyoruz. Yıldırımın sahip olduğu enerji 100 mega volttan fazladır. Bu gücün büyüklüğü gerçekten cezbedicidir  ve bu doğal olayı kullanılabilir bir enerji haline getirmek ise her bilim insanının hayalidir. Stratosfer katmanı ile yer küre arasında sürekli bir elektrostatik alan söz konusudur. Bir nevi kondansatör etkisi gören bu etkileşim ürettiği enerjiyi ara ara boşaltmak zorundadır. Bunu da ya bulutlar birbiri arasında şimşek şeklinde ya da yerküre ile bulut arasında yıldırım şeklinde yaparlar. Bulutlar arasında gelişen bu enerji boşalmalarını kullanmamız günümüz teknolojisi ile imkânsızdır. Bu yüzden bu enerji boşalmalarından yararlanabilmemiz için yerküre ile bulut arasındaki etkileşimden faydalanmak gerekir. 

  2. —Fakat bu da çok zor bir seçenektir .Çünkü bulutun deşarj olması 65.250 km hız ile bir elektron demetinin toprağa iletilmesi ile mümkündür. 

  3. —Yıldırım enerjisinin kullanılmasındaki diğer bir zorlukta düşeceği yerin tam koordinatları ile bilinmemesidir. Bu yüzden depolamak için kuracağımız santralin ne kadar işlev gerçekleştireceği ise gerçekten şansa kalıyor demektir.

  4. Paratonerden akan enerjiyi tam verimle kullanmak içinse çok iyi bir iletken ve dışına sarılmış çok iyi bir yalıtkan malzeme gerekmektedir. Oluşan enerji çok büyük olduğundan kurduğumuz tesisteki depo malzemelerindeki anlık gerilim 10 mikro saniyede 10 mega volt olacağından günümüzdeki malzemelerin buna dayanması mümkün değildir. Belki teknolojinin daha da ilerlemesi ile yıldırım enerjisinden faydalanabiliriz.

  5. —Bilim adamları bu konuda çalışmalarını sürdürmeye devam etmektedirler  ve Fransa da üretilen basketbol sahası büyüklüğündeki kondansatöre yıldırımı depolamaya çalışmışlardır.

Yıldırımın Enerjisini Kullanabilir miyiz ?(devamı)

6. Fakat sonuç, kondansatörün kullanılamaz hale gelmesiyle sonuçlanmıştır.7. Ayrıca yıldırımlar negatif ve pozitif karakterde olabilmektedir. Bu enerjinin depolanmasının yanında elektrikli cihazların besleme gerilimlerini elde edebilecek bir sistem günümüz teknolojisi ile de mümkün değildir. Bu nedenle de elde edilecek akımın günümüzde kullandığımız cihazlar için kullanılması mümkün değildir.

—8. Oluşan bu akım saniyenin 100 de birlik bir anında gerçekleşmesinden dolayı kurulacak sistemde çok yüksek gerilimlere ve akımlara dayanabilecek iletim elemanlarına ihtiyaç vardır. Ani gerçekleşen bu akımın kurulacak olan tesise zarar vereceği de çok açıktır.

9. Her nasıl ki yıldırımın enerjisini depolayamıyorsak       şimdilik , onun toprağa akması için onu engellememeli, binalara ve eşyalara zarar vermeyecek şekilde uygun bir yol bulmaya çalışmalıyız.

BUNU DA TOPRAKLAMAYLA SAĞLARIZ…

  • Twitter Square
  • Google Scholar
  • LinkedIn
  • Instagram
  • YouTube Black Square
  • RSS Black Square

©2023 Elektrik-Elektronik Dünyası [E.E.E]| All rights reserved |

                                          Theme by turancakil                         

Bu site Norton SSl tarafından korunmaktadır.Bu sitede kopyalama yasagı bulunmaktadır.Kopyalamada IP adresi loglanmaktadır.

                         ©

Bu Site Html 5 Kaynak Kodlu Oldugundan  GoogleChrome önerilir...        

bottom of page