Dünyanın En Yüksek Binasında Yıldırımları Ölçen Sistem

👤Kerem Kökel, Phoenıx Contact Türkiye Endüstriyel Elektronik Ürün Grubu Yönetmeni

Dünyanın en yüksek binası olan Dubai’deki Burj Khalifa’nın tepesinde yıldırım düşmelerini ölçmek ve değerlendirmek için, yerinde bir yıldırım ölçme sistemi kuruldu.

🔍


Resim 1. Burj Khalifa üzerindeki yıldırım sensörü, en yüksek binanın üzerinde tüm yıldırımlar algılanıyor.

Bir bina ne kadar yüksek ise, yıldırım kaynaklı yüklenmeler de o derece fazla olur. Yıldırımın algılanması ve değerlendirilmesi için Phoenix Contact, Lightning Monitoring-System LM-S’i geliştirdi. Dünyanın en yüksek binası olan Dubai’deki Burj Khalifa’da da bu değerleri ölçüyor.

Yıldırım düşmeleri, binalar ve sistemler üzerinde tahribatlara yol açmaktadır. Yıldırım üzerinde taşıdığı enerjiye bağlı olarak, ağır hasarlar meydana gelmektedir. Şehirler sürekli büyüdüğü ve binalar git gide daha yüksek yapıldığı için, yıldırım ölçümü de daha fazla önem kazanıyor. Dünyanın en yüksek binası olan Dubai’deki Burj Khalifa’nın tepesinde yıldırım düşmelerini ölçmek ve değerlendirmek için, yerinde bir yıldırım ölçme sistemi (Lightning Monitoring-System, LM-S) kuruldu.

Manyeto-optik Faraday etkisi
Gökdelen, Birleşik Arap Emirlikleri’nde Dubai’de uluslararası faaliyet gösteren bir inşaat firması olan Emaar Properties’in bir eseridir. Şirket sayısız Mega proje kurup işletmekte olup Khalifa’nın 2010 yılında bitirilen 828 m yüksekliğindeki kulesi de bunlardan biridir.

Rüzgarlı havada en üst katlardaki salınım yaklaşık 1,5 metreyi bulmaktadır.

Toplam 526.760 metrekarelik kullanılır alanda otel işletmesi, restoranlar, ofisler ile özel konutlar yer almaktadır ve yer altında da iki kat otopark mevcuttur. 57 asansör, kullanıma açık olan 160 katı birleştirmekte ve aynı zamanda, dünyanın en yüksek asansör bekleme yeri burada 638 metre yükseklikte bulunmaktadır.

Yıldırım ölçme sistemi LM-S; bir analizör, bir bağlantı kablosu ve en fazla üç sensörden oluşur. Burj Khalifa’nın tepesinde takılı olan paratoner direğine bir yıldırım düştüğünde , yıldırımın akımını aktaran kablonun üzerinde bir manyetik alan oluşmaktadır. LM-S, aktarma kablolarındaki bu yıldırım akımlarını ölçmek için manyeto-optik bir Faraday etkisinden yararlanmaktadır. Bu amaçla, sensörün içinde bulunan ölçüm hattında ışık polarize edilmektedir. Sensörün ölçüm hattı yıldırım düşmesinden kaynaklanan bir manyetik alan algıladığında, daha önce polarize edilmiş olan ışık ölçülür hale dönüştürülmektedir.

🔍

Resim 2. Fonksiyon prensibi: Kablonun içinde akan yıldırım akımının manyetik alanı B ölçüm hattı üzerine etki yapar, birbirine göre 45° açı ile yerleştirilmiş polarizatörler yardımıyla ölçüm hattı içindeki ışık akımının etkisi belirlenir.


Yıldırım olayının genlik, maksimum eğim, özgül enerji, yüklenme gibi karakteristik tanım değerleri belirlenmekte ve yıldırım çarpmasının tarih ve saati ile birlikte kaydedilmektedir. Işık sinyali, sensör tarafından bir fiber-optik kablo yardımıyla analizöre transfer edilmektedir.

Rüzgar gücünden öğrenilmesi gerekenler
Dubai’deki yıldırım akımı ölçme sisteminin kurulumu aşırı koşullar altında gerçekleşmiş olup, sistemin işletimi de birkaç rekor almaya adaydır. Plakanın kökündeki sensörü göbekteki analizör ile birleştirmek için rüzgar enerjisi sistemlerinde 10 m kablo uzunlukları yeterli olurken, Burj Khalifa’da bu uzunluk 200 m’dir.

Başlangıçta LM-S, rüzgar enerjisi sistemlerinde yıldırımların yol açtığı tahribatları önlemek amacıyla geliştirilmiştir.
Zira hiç hesapta olmayan servis hizmetleri ve onarımlar, bu endüstride sürekli yüksek maliyetlere neden olmaktadır.
Bir rüzgar enerjisi sisteminde yıldırım akımını ölçme sistemi ile, rüzgar sahasında ki tipik yıldırım karakteristikleri belirlenip oluşan deneyimler sayesinde, hasar durumlarının düzenlenmesi yoluyla önleyici bakımlar daha iyi planlanmaktadır. Bu arada binalardaki kapsamlı paratoner konseptleri için de bu pratikten yararlanılabilir.
Bu nedenle binalarda, fonksiyon durumlarını aralıksız izleyen ve sonuçları derhal bir merkezi kontrol ünitesine bildiren akıllı izleme sistemleri de kullanıma girmektedir.

🔍


Resim 3. Burj Khalifa’daki yıldırım ölçme sisteminin kurulumu, binanın tepesindeki yıldırım sensörü, bir LWL kablo yardımıyla sunucu kabinindeki analizöre bağlanmıştır.

Aşırı Çevre Koşulları
Burj Khalifa’da da paratoner direği, binanın en yüksek noktasını oluşturmaktadır. Yıldırım sensörü bunun üzerinde metal kablo bağları ile sabitlenmiştir. (Resim 3)

Normal olarak sensörün rengi siyahtır, ancak aşırı güneş ışığı nedeniyle burada beyaz renkli özel bir model seçilmiştir, böylece güneş ışığının ısı absorbsiyonu minimize edilmiştir.

Burj Khalifa’daki analizör, 680 m yükseklikte iklimlendirilmiş bir sunucu dolabında çalışmaktadır. Sensör ile analizör arasında 200 m uzunluğundaki cam elyaf kablo, bu çevre koşulları için 70 derece Celsius sıcaklığa dayanıklılık testinden geçirilmiştir. Kablo döşenirken de, özellikle güvenilir bir sabitleme yapılmasına özen gösterilmiştir. Yüksekliğin her 10 metresinde bir, kendi ağırlığı nedeniyle herhangi bir genleşmenin ve sarkmanın önlenmesi amacıyla kablonun kısa bir parçası yatay biçimde döşenmiştir.

50 Ka Üzerindeki Maksimum Değerler
Dünyanın en yüksek binasında entegre edilmiş olan yıldırım ölçme sistemi, 50 kA üzerindeki maksimum değerlere ulaşan birkaç yıldırımı algılamıştır. Binanın işletmecisi için bu bilgiler istatistik bilgileri olarak önem taşımaktadır, binada aynı zamanda kapsamlı bir harici ve dahili paratoner sistemi de kullanılmaktadır.
Burj Khalifa’nın elektrik ve işletme tekniğindeki olası anormallikler, yıldırım ölçme sisteminin güncel ölçüm değerleri ile karşılaştırılmaktadır.

Rüzgar enerjisi sistemlerinde olduğu gibi binalarda da yıldırım değerleri ölçüldüğünde, yıldırım parametreleri ile buna bağlı olan tahribat arasındaki ilişkiden sonuçlar çıkartılması her zaman mümkündür. Ayrıca belirli olaylar değerlendirildiğinde, paratoner sisteminin verimi hakkında da sonuçlar çıkartılmaktadır. Bir hasar kontrolü durumunda da yıldırım bilgi sistemlerinin yardımıyla, yıldırım hakkında bilgiler edinilmektedir, bir yıldırım düşmesinin yeri 200 m hassasiyetle tanımlanabilmektedir. Zira bir yıldırımın binaya çarpıp çarpmadığı ve neresine isabet ettiği, ancak Phoenix Contact’ın LM-S’si gibi bir yıldırım akımı ölçme sistemi ile belirlenebilir.