صاعقه گیر چیست ؟

صاعقه گیر چیست ؟

صاعقه پديده اي است طبيعي كه احتمال وقوع آن نيز امري تصادفي مي باشد واز يك قانون كلاسيك تبعيت نكرده بلكه یک واقعه احتمالي است و عوامل موثر در بروز صاعقه دريك منطقه عبارتنداز:

موقعيت محل مانند ارتفاع ازسطح دريا،كوهستاني بودن يا واقع شدن در دشت ، نوع آب و هوا از قبيل استوايي، مديترانه اي، قطبي ،كويري و… وضعيت وزش باد ، رطوبت محل ، موقعيت محل درمسير جريانات جوي و…

در سازه های با اهمیت بالا که خطرآسيب پذيري آنها در برابرآتش سوزي و انفجار و به دنبال آن خطرات جاني و مالي بحث حفاظت اين نوع مكانها را در برابر صاعقه مطرح گرديده است با اطلاعات مربوط به عملكرد صاعقه در هر منطقه جغرافيايي و بررسي شرايط حاكم بر پروژه ميتوان، بهترين روش حفاظت دربرابر صاعقه را مطابق با استانداردهای روز دنیا به دست آورد.

حفاظت در برابر صاعقه به دو بخش تقسيم مي شود :

1. حفاظت خارجي (اوليه)
2. حفاظت داخلي (ثانويه)

بررسي نياز يا عدم نياز به نصب سيستم صاعقه گير وحفاظت دربرابر صاعقه:

براي بررسي نياز ياعدم نياز به نصب سيستم صاعقه گير وحفاظت در برابر صاعقه مطابق با استاندارد هاي BS6651 , NFPA780 , LEC62305 , UNE21186 , NFC17-102  بايد پارامتر هاي لازم را جمع آوري نمود تا بتوان ضريب احتمال خطر وقوع صاعقه را به دست آورد. اين پارامتر ها عبارتنداز:

1-          موقعيت جغرافيايي پروژه وتراكم ساليانه اصابت صاعقه :

Ng  پارامتری است که تعداد صاعقه هايي كه درهركيلومتر مربع درسال به زمين اصابت مي كند را نشان مي دهد. بطور کلی سازمان هواشناسی هر کشور متصدی بررسی این عامل و تهیه نقشه هاي ايزوكرونيك می باشد كه درآن تعداد روزهاي طوفاني در نواحي مختلف با اعداد مربوطه مشخص شده است . با توجه به عدم وجود نقشه های مذکور در ایران  مي توان براساس اطلاعات وآمار هواشناسي تعداد روزهاي طوفاني همراه با صاعقه رادر هر منطقه شمارش نمود و با تطبيق آن درجدول استانداردBS6651عددNg را برای هرمنطقه بدست آورد.

2-          ارزيابي احتمالي برخورد صاعقه وانتخاب سطح حفاظتي:

برای رسیدن به احتمال برخورد صاعقه و انتخاب سطح حفاظتی مناسب لازم است که دو فاکتور مهم در این زمینه یعنی Nc (تراكم تحمل پذيري ساختمان دربرابراصابت صاعقه) و Nd ( تعدادبرخورد مستقيم صاعقه با ساختمان) را مورد بررسی قرار داد . اگرNd<Nc باشد، نيازي به نصب سيستم حفاظتي نيست ولی اگرNd>Nc باشد بايد يك سيستم حفاظتي مناسب نصب گردد که برای آنالیز سطح حفاظتی مناسب با میزان خطر برخورد موجود با استفاده از جداول مربوطه و فرمولهای ارائه شده میتوان سطح مناسب را محاسبه نمود.

عوامل موثر در محاسبه این دو فاکتور عبارتند از :

Ae : سطح جاذب وابسته به طول وعرض وارتفاع سازه مورد نظر

Ng : تراكم اصابت صاعقه درهركيلومتر مربع به طور ساليانه

C1 : موقعيت قرارگيري ساختمان

‍C2 : نوع ساختمان

C3 : محتواي داخل ساختمان

C4 : فضاي اشغالي ساختمان

C5 : پي آمد اصابت صاعقه

برای اطلاعات بیشتر از چگونگی محاسبات و فرمولهای کارشده برای محاسبه دو فاکتور بحث شده لازم است که با استانداردهای مربوطه مراجعه نمائید .

حفاظت خارجي (اوليه):

حفاظت خارجي عبارتست از نصب سيستم صاعقه گير به منظورجلوگيري از اصابت مستقيم صاعقه به ساختمان مي باشد. در تئوری گوي غلطان نقاطي را كه در معرض اصابت صاعقه هستند مورد ارزيابي قرارمیدهیم . مطابق اين تئوري جريان صاعقه به صورت توده اي از بارهاي الكتريكي به صورت يك گوي به سمت زمين درحال حركت است شعاع اين گوي براساس كلاس حفاظتي مي تواند 20 متر (كلاس1) و يا 45 متر(كلاس2) و يا 60 متر (كلاس3) باشد و برخورد آن با سطح زمین میتواند در هر نقطه ای صورت پذیرد .

مطابق با استانداردهای موجود دو نوع سیستم حفاظتی بخش حفاظت اولیه وجود دارد :

1. صاعقه گیرهای پسیو مانند میله ساده فرانکلین ، قفس فارادی و سیستم مش که هر کدام برای حفاظت از یک سازه خاص مناسب می باشند .این نوع صاعقه گیرها به صاعقه واکنش نشان نداده فقط محلی هستند برای برخورد صاعقه ، لذا چتر حفاظتی کوچکی را ایحاد می کنند .
2. صاعقه گیرهای اکتیو ( ESE ) مانند الکترونیک خازنی که نسبت به نوع قبلی سریعتر به صاعقه واکنش نشان داده و با ارسال جریانی رو با بالا به سمت صاعقه نقطه اصابت را در فاصله دورتری نسبت به ساختمان ایجاد خواهند نمود لذا شعاع پوششی وسیعتری ایجاد می نمایند .

حفاظت داخلي (ثانويه):

وقتي انرژي حاصل از صاعقه راكه چند صد مگا ژول است باچند ميلي ژول انرژي كه براي  صدمه زدن به تجهيزات الكترونيكي حساس كافي مي باشد ،مقايسه نماييم ضرورت حفاظت اين نوع تجهيزات دربرابر اثرات ناشي ازصاعقه مشخص مي گردد. آسيب هاي ايجاد شده درسيستم هاي الكتريكي والكترونيكي به سبب اثرات الكترومغناطيسي صاعقه مي باشد كه به صورت شوكهاي هدايت شده و القايي و نيز تشعشعات امواج ميدان الكترو مغناطيسي ظاهر مي شوند.

در مبحث حفاظت داخلی با دو بخش مواجه هستیم :

1. ارستر (surge protection Devicive) وسیله ای است برای محدود کردن ولتاژ های اضافی گذرا به زمین که لازم است در سیستم حفاظتی در نظر گرفته شده نصب گردد . برای نصب آن لازم است با مراجعه با استانداردهای مربوطه، و تحلیل مناطق حفاظتی به مکان مناسب جهت نصب آن خواهیم رسید .
2. ارتينگ که عبارت از سیستم انتقال جریانهای ناهمگون ایجاد شده به زمین می باشد. این ارتباط الكتريكي بين اجزاء و دستگاهها با زمين جهت  هدايت جريان هاي مختلف به زمين ، نيازمند طراحي و اجراي يك سيستم ارت مي باشد. سيستمهای ارت مختلف را با اهداف خاصي همچون انتقال جريانهاي خطا به زمين به منظور ايجاد ايمني براي افراد و تجهيزات درتاسيسات مختلف ایجاد می کنند. وظيفه انتقال جريانها و بارهاي الكتريكي به زمين ، برعهده الكترود زمين مي باشد، از طرفي زمين داراي يك فضاي هادي با يك مقاومت ويژه است، بنابراين ازديدگاه نظريه  الكترواستاتيك هرالكترود دفن شده در زمين نسبت به نقطه مرجع در بينهايت داراي يك مقاومت است . مقاومت ويژه خاك ،طرح شكل و نحوه قرار گيري اجزاي الكترود در ميزان مقاومت بدست آمده تاثير به سزايي دارد. مقاومت الكترود زمين همچنين از مقادير پتانسيل هاي سطحي زمين كه دراثرجريان خطا بوجود مي آيند، متاثراست. ازاينرو لازم است قبل ازاجراي سيستم زمين تحقيقات گسترده اي در زمينه خاك و عوامل موثردرآن و ويژگيهاي بيولوژيكي بدن انسان انجام گيرد.

سيستم هاي زمين به لحاظ كاربرد به دو گروه زمين الكتريكي و زمين حفاظتي تقسيم مي شوند زمين حفاظتي درتمامي تاسيسات بدلیل حفاظت و ایمنی در اولويت است.که برای طراحی سیستم ارت حفاظتی به پارمترهائی ازقبیل مقاومت ویژه و جنس خاک ، ابعاد زمین مورد مطالعه ، حداكثرجريان اتصال كوتاه زمين، زمان عملكرد رله هاي حفاظتي متناسب باجريان اتصال كوتاه، حداكثر ولتاژ قابل تحمل براي افراد و تجهيزات نیاز خواهیم داشت.

مبحث هم پتانسیل سازی ( هم بندی چاههای ارت ) ازمسائل مهم واساسي در طراحي و اجراي سيستم ارت حفاظتي ، می باشد . همبندي به جهت جلوگيري از ايجاد اختلاف ولتاژهاي خطرناك بين اجزا در زمان بروز خطا حائز اهمیت می باشد اين اختلاف ولتاژها مي توانند باعث برق گرفتگي افراد و يا ايجاد جرقه درتجهيزات شوند ، لذا  بهتر است که در این سیستم ها ، ارت های مختلف با یکدیگر هم بندی گردند .

محسن حسن زاده – برگرفته از استانداردهای مرتبط با صاعقه گیر

Mohsen Hasanzadeh

Mohsen Hassanzadeh