Blog

What is a Lightning Rod, How Does It Work?

Developed by Benjamin Franklin, one of the most important scientists of the 18th century, lightning rods are structures that protect against lightning strikes with high energy flow. In this article, we talked about the structure and working principle of lightning rods that transfer the electric charge in the clouds to the ground.

 

First developed by US scientist Benjamin Franklin in 1749, lightning rods are now widely used to protect buildings against lightning strikes. The physical structure consists of a pointed metal attached to the end of a rod, as we see on the tops of buildings. The rod is connected to a conductive grid buried in the ground with an aluminum or copper cable, independent of the electrical transmission lines of the structures. So how does this lightning rod absorb the high energy from lightning strikes?

 

- Why is the lightning rod pointed?

- Why are lightning rods placed as high as possible?

If you are curious about these questions, the answers are in the rest of our content.

Today, lightning rods are frequently used in many buildings, houses, factories, towers and even spacecraft launch pads. First, let's talk about the parts that make up this system that we are familiar with.

Components of Lightning Rods

Although those rods we see in lightning rods seem to be of great importance in the whole system, they are actually one of the least important parts in the system installation. Lightning rods mainly have 3 main components.

1) Rods (Air Terminals)

Small vertical projections designed to act as terminals for the discharge of lightning. Rods can be designed in different shapes and sizes. In common use most are equipped with a long pointed rod and a smooth polished sphere.

2) Conductor Cables

Cables are heavy structures that transmit lightning current from overhead to the ground. Cables run along the tops and roof edges. They are then connected to the ground at one or more corners under the structure.

3) Ground Rods

Long, thick and heavy ground rods are buried in the ground around the protected structure to provide earthing. Conductor cables are connected to these rods to ensure protection of the structure.

What Lightning Rods Can and Cannot Do

The purpose of lightning protection systems is to protect a building from direct lightning strikes, including the electrical installations inside, the electronics inside and the occupants. In order to discharge the energy from the lightning, the energy must pass through the ground in a safe path.

 

Kulaktan duyma efsanelerin aksine paratonerler yıldırımları çekmezler. Paratoner sistemlerinin çubukları yıldırımları çekmekten öte etkileşim meydana geldiğinde yüksek elektrik akımını yönetmek, zemine daha düşük dirençli bir yoldan gitmesini sağlamaktadırlar. Yıldırım bulunulan alan üzerine düşerse sistem çevreye zarar verecek elektrik akımını yapılardan uzağa güvenli bir şekilde götürerek toprağa akıtmaya çalışır. Yani sanılanın aksine o bölgeyi yıldırım düşmesi olayından koruyamaz veya olayı engelleyemezler.

Sistem yüksek enerjili bir akım darbesi taşır. Bu akımın kapasitesi düşük veya eskimiş, yıpranmış iletkenlerle temasa geçmesi halinde iletkenlerde yüksek ısılar hasara meydan olabilirler. Paratoner sistemlerinde kullanılan çubuklar ve iletkenlerin enerji taşıma kapasiteleri oldukça yüksektir ve bu sayede herhangi bir yüksek ısıya maruz kalmaksızın akımın toprağa akmasını sağlarlar.

Paratoner Nasıl Çalışır?

Zemine ulaşmak için belirlenmiş bir akım yolu olmayan yapılara yıldırım düşmesi durumunda enerji evin ya da binanın tesisatı içerisindeki mevcut herhangi bir iletkenden yol almayı tercih edebilir. Bu yollara telefon hatları, kablolar, elektrik hatları, çelik çerçeveli su ve gaz boruları da dahildir.

Yıldırımdan kaynaklı enerji paratoner olmayan yapılarda genellikle bu yollardan birini takip eder fakat bazen daha iyi topraklanmış bir iletkene atlayabilmek için havadan ark yolu ile iletime de geçebilir. Bu geçiş, enerjinin toprağa akabileceği daha düşük dirençli bir bulmasından dolayı kaynaklanır. Paratonerlerin çalışma prensipleri ve kurulum şekilleri de bu prensibe göre gerçekleşmektedir. Yıldırımlar paratonerin olduğu bölgelerde deşarj olmak için çok düşük dirençli bir yol olan paratonerlerin takılı olduğu iletim hattını seçerler. Bu şekilde yüksek akımın evdeki sistemlere zarar vermeden toprağa akması sağlanır.

Aşağıdaki resimlerde paratoner sistemi kullanılmayan ve kullanılan iki evde yıldırım düşmesi anında oluşabilecek akımlar hareketli resim olarak gösterilmiştir. Soldaki resimde görülen evde, yıldırım daha düşük dirençli bir yol bulamamasından dolayı evin havalandırma pervanesinin bağlı olduğu iletkeni tercih edip oradan evdeki iletim hattına giriyor. Ardından iletim hattından daha düşük bir yol olarak iletken su tesisatına havadan atlama yapıyor.  Sağdaki resimde ise çatıya monte edilmiş bir yıldırımsavar sayesinde yıldırım, direk olarak evin en yüksek noktasına(Yıldırımın geldiği yöne en yakın nokta) atlayarak oradan topraklanmış paratoner sistemiyle enerjisini toprağa aktarıyor.

Sistemlerde kullanılan çubuğun yüksekliği yapıların olabildiğince en yüksek noktası olarak seçilir ki yıldırım paratoner çubuğundan önce bir iletken üzerinden yol almaya çalışmasın. Paratoner çubuklarının uçlarının sivri olmasının nedeni ise elektriksel yüklerin uçlarda toplanması ve küçük çaplı yapılarda daha büyük bir elektrik alan oluşmasıdır. Elektrik alanın yüksek olması enerjinin o bölge üzerinden akışını kolaylaştırır.

Görüldüğü gibi paratoner sisteminin amacı yıldırımı çekmek değil o bölgeye düşen yıldırımında yüklenen enerjinin izleyebileceği güvenli bir yol sağlamaktır.

Kaynak:

 

►stormhighway

►science.howstuffworks.com