حفاظت در برابر صاعقه و حفاظت خارجی
– موج نا شی از صاعقه :
همانطورکه گفته شد صاعقه را می توان نوعی انفجار نیز محسوب کرد ، خصوصاوقتی به زمین برخورد می کند بنابراین صاعقه هم موج انفجار تولید می کند ، موجیکه گاه می تواند انسانی را به هوا پرتاب کند.
تولید توسط گاز صاعقه
شاید یکی از عجیب ترین پیامدهاي صاعقه ، تولید گاز باشد و بیشتر تعجب می کنیدوقتی که بدانید این گاز ازون است همان گازي که با قرار گرفتن در لایه هاي بالاییجو سدي در برابر تشعشعات زیانبار کیهانی ایجاد می کند.
ازون در حقیقت هماناکسیژن است ولی به جاي 2 اتم ، داراي 3 اتم اکسیژن است مولکول اکسیژن به علتمشکلات پیوندي نمی تواند به راحتی به صورت 3 اتمی در آید و به همین دلیل مقدارگاز ازون در طبیعت بسیار محدود است اما صاعقه این کار را به زور و اجبار انجام میدهد و اتم هاي اکسیژن را سه به سه به هم پیوند می زند وازون تولید میکند ازون برخلاف اکسیژن یک گاز سمی است و تنفس آن می تواند خطرناك باشد.
– برق زمینی (ولتاژ گام)
برق زمینی یا ولتاژ گام یکی دیگر از عواقب خطرناك صاعقه است ، برق زمینیجریانی است که پس از وقوع صاعقه براي لحظاتی در زمین باقی می ماند تا جذب زمینشده یا تبدیل به گرما شود. معمولا قسمت عمده برق زمینی در اعماق فرو می رود امااگر سطح زمین مرطوب ، داراي بستر سنگی یا پوشیده از خاك مناسب یا علفزار باشدترجیح می دهد که روي سطح زمین و در جهات مختلف حرکت کند این پدیده را ولتاژگام می نامند زیرا با وارد کردن برق از راه گام هاي شخص ( پاهاي او ) باعث برقگرفتگی او می شود.
ولتاژ گام
ولتاژ گام تا شعاع چندین متر در اطراف محل اصابت صاعقهپراکنده شده و اشخاصی که در مسیر حرکت آن قرار گرفته باشند را دچار برق گرفتگیمی کند اینکه ولتاژ گام دقیقا چقدر برد دارد قابل محاسبه نیست و به میزان رساناییخاك آن محل بستگی دارد. ولتاژ گام مختص صاعقه نیست و در حوادث صنعت برقمانند افتادن کابل هاي فشار قوي برق بر روي زمین نیز ایجاد می شود البته به طورحتم ولتاژ گام ناشی از صاعقه بسیار قوي تر است.
انواع صاعقه گیر
صاعقه گیر چگونه عمل می کند و انواع آن کدامند ؟
میله هاي ساده فرانکلینی : اولین واحد جذب که توسط فرانکلین بیشنهاد گردید،میله هاي ساده بودند که ضربه مستقیم صاعقه به اندازه طول میله ها، دور ازساختمان اتفاق می افتاد و شعاع حفاظتی این صاعقه گیرهاي ساده در کلاسهايحفاظتی براساس تئوري زاویه محاسبه می گردید.
قفس فارادي
با گسترش ابعاد ساختمانها و با توجه به محدودیت هاي میله ساده ،
قفس فارادي جایگزین میله هاي ساده فرانکلینی شد، امروزه نیز اکثر استانداردهايجهانی استفاده از قفس فارادي را بهترین روش میدانند. در این روش سعی می شودساختمان را در قفسی از هادیهاي مسی یا فولادي محصور نمود.
– صاعقه گیرهاي یونیزه کننده هوا
– صاعقه گیرهاي یونیزه کننده هوا : طراحی و نصب این صاعقه گیر هاي براساساستاندارد 17-102 NFC انجام می گیرد.
صاعقه گیر پس از نصب روي ساختمان، می بایست بوسیله هادیهاي میانی DownConductorاز طریق سیم مسی بدون روکش به سیستم زمین متصل گردد.
مقاومت الکترود زمین صاعقه گیر می بایست زیر 10 اهم باشد و پس از اجرا بهشبکه هم پتانسیل کل سایت متصل شود.
در اجراي الکترود زمین هر صاعقه گیر می بایست از اقلامی چون صفحه هاي مسی،مواد کاهنده مقاومت (LOM) ، اتصالات جوش انفجاري استفاده نمود .
– صاعقه گیر الکترونیکی :
– صاعقه گیر الکترونیکی : درست قبل از حدوث صاعقه بطور طبیعی محتوي
الکتریکی اتمسفر بطور ناگهانی افزایش می یابد. این تغییر وضعیت توسط واحد جرقهزن حس و کنترل می شود صاعقه گیرهاي الکترونیکی انرژي موجود در هواي پیش ازطوفان را که حدود چندین هزار ولت بر هر متر است جذب و در واحدهاي جرقه زنذخیره می نماید و در نهایت واحد جرقه زن با تخلیه بار الکتریکی خازنها بینالکترودهاي فوقانی و الکترود مرکزي اش هواي اطراف را یونیزه می نماید.
اصول عملکرد صاعقه گیر الکترونیکی
آزاد سازي کنترل شده یونها : واحد جرقه زن (TRIGGERING) صاعقه گیرهاي
الکترونیکی شرایطی را ایجاد می کند تا چشمه جوشانی از یون (کرونا) در اطراف میلهنوك تیز فراهم شود. دقت عمل این واحد باید به گونه اي کنترل شده باشد که آزادسازي یونها را درست چند میکرو ثانیه قبل از حدوث و تخلیه صاعقه صورت دهد.
اثر کرونا و واحد جرقه زن : حضور حجم وسیع بارهاي الکتریکی در اطراف میله نوكتیز صاعقه گیر پس از یونیزاسیون توسط واحد جرقه زن سبب می شود تا پدیدهطبیعی تجمع بارهاي الکترونیکی اطراف میله تقویت و تشدید شود.
حفاظت در برابر صاعقه :
سیستم هم پتانسیل :
وجود اختلاف پتانسیل بالا بین دو هادي الکتریکی نزدیک به هم باعث بوجود آمدنقوس الکتریکی می شود که خطر و خسارت ناشی از آن کمتر از صاعقه نیست ، بههمین دلیل در ایجاد یک سیستم حفاظتی ،هم پتانسیل سازي از ارکان کار بوده و بدینمفهوم است که در یک مکان حفاظت شده بایستی تمامی هادي هاي الکتریکی از قبیلبدنه دستگاه ها، سازه هاي فلزي، لوله هاي آب و … هم پتانسیل باشند .
زیرا در غیر اینصورت این اختلاف پتانسیل باعث تخلیه شدن رعد و برق از مسیرهاي نامناسب خواهدشد که احتمالا خسارت آن کمتر از اصابت مستقیم صاعقه نیست براي ایجاد سیستم همپتانسیل بایستی تمامی اجزاء هادي در ساختمان به گونه اي به سیستم زمین مشتركمتصل گردند.
طراحی سیستم حفاظت
براي طراحی سیستم حفاظت از سایت هاي ارتباطی در مقابل رعد وبرق
مؤلفه هاي فراوانی وجود دارد که مواردي در ذیل آمده است :
1- موقعیت جغرافیاي سایت ارتباطی : که به وسیله آن احتمال وقوع رعد و برق در آنناحیه و ضرورت نصب سیستم ارتینگ محاسبه می گردد.
2- فاکتور تأثیر سطوح خارجی ساختمان : شکل و ارتفاع یک ساختمان با کاهش یاافزایش احتمال اصابت صاعقه به آن ساختمان مستقیماً در ارتباط است .
3- نوع ساختمان :آجري یا بتونی بودن ساختمان و این که داراي اسکلت فلزي است یانه ؟
4- ارزش تجهیزات ارتباطی داخل ساختمان : بسته به قیمت تجهیزات می توان مقدارهزینه مطلوب براي ایمنی آن را برآورد نمود .
در حالت کلی براي حفاظت از یک سایت ارتباطی در نظر گرفتن دو نوع حفاظت خارجیو حفاظت داخلی الزامی می باشد.
حفاظت یک ساختمان بطورکامل شامل موارد زیر می شود:
1- حفاظت جلد خارجی ساختمان از ضربه هاي مستقیم صاعقه
2- حفاظت تجهیزات نصب شده داخل ساختمان در مقابل آثار ثانویه صاعقه
1- حفاظت جلد خارجی ساختمان:
منظور از حفاظت خارجی، حفظ بدنه و استراکچر ساختمان از آتش سوزي و انهدام دراثر اصابت صاعقه است.
حفاظت خارجی
حفاظت خارجی سایت ارتباطی را در مقابل اصابت مستقیم رعد و برق محافظت مینماید و از سه قسمت ذیل تشکیل گردیده است .
1- برقگیر
2- هادي میانی
3- سیستم زمین
که هر کدام از موارد فوق داراي انواع محاسبات عدیده اي می باشد که به اختصار
شرح داده می شود .
برقگیر :
برقگیر وسیله اي است که در بالاترین نقطه ساختمان نصب گشته و اولین نقطهاصابت رعد و برق می باشد به دلیل این که رعد و برق از کوتاه ترین فاصله بین ابر وزمین تخلیه می گرددالبته از نوك برقگیر نصب شده به زاویه 45 درجه تا سطح افق رامخروط ایمنی می گویند و هر جسمی که در درون مخروط ایمنی قرار گیرد دیگر درمعرض اصابت مستقیم صاعقه نخواهد بود .
کاربرد برقگیر
به همین دلیل است که دربعضی مواردبراي پوشش کل ساختمان از چندین برقگیر به صورت قفس فاراده استفاده می گردد وحتی در استاندارد فرانسه براي حفاظت از کارخانجات پتروشیمی و نفت و … پیشنهادگردیده که در اطراف ساختمان چهار دکل نصب و هر کدام از آن ها به وسیله سیم ازسر به هم وصل شوند تا بدین صورت مخروط ایمنی با ضریب اطمینان بالا حاصل
گردد. در حالت کلی می توان برقگیرها را با توپولوژي ساده نصب نمود .
برقگیر بر دو نوع است :
1- برقگیر غیرفعال ( پسیو )
2- برقگیر فعال ( اکتیو )
برقگیر غیرفعال
برقگیر غیرفعال شامل یک میله ساده نوك تیز است که دقیقاً مخروط ایمنی از نوك آنبه فاصله 45 درجه می باشد و در محاسبات عملی براي بالا رفتن اطمینان این زاویه را35 درجه یا حتی پایین تر در نظر می گیرند .
برقگیر فعال
برقگیر فعال با فناوري مختلف ( خازنی ،اتمی و … ) هواي اطراف خویش را یونیزه می نماید و بدینوسیله ایمنی بیشتري راایجاد می نماید این نوع برقگیرها با توجه به توان ایمنی ایجادي به کلاس هاي 2 ، 1و 3 تقسیم می گردند. در برقگیرهاي فعال معمولاً سه مؤلفه کلاس حفاظتی ، شعاعحفاظت و ارتفاع برقگیر نسبت به سطح بایستی مورد توجه قرار گیرد. از نظر قیمت نیزبرقگیرهاي فعال گران تر هستند و می بایست در انتخاب برقگیر دقت نماییم تا مجهزبه سیستم هادي میانی مناسب باشد تا برقگیر درست عمل کرده و موجب خسارتنشود.
