صاعقه چیست؟ و راه جلوگیری از آن

صاعقه چیست؟ جزء پدپده های متداول طبيعت و يکی از زيباترين و در عين حال خطرناکترين رخدادهای طبیعی می باشد. در هر  100 ثانيه يك تخليه الکتريکی در آسمان اتفاق می افتد كه 90 درصد آن رعد و برق و 10 درصد آن صاعقه است. اولين تاثير صاعقه آتش سوزی است كه باعث خسارت سنگین به لوازم برقی، خطوط تلفن و شبکه های رایانه ای میشود و ضرر مالی برای افراد، شركتها و سازمانها را به دنبال دارد.

تعريف صاعقه

صاعقه پديده ای جوی است که امکان وقوع آن در اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی بين يك توده ابر و زمين، موجب تخليه الکتریکی ناگهانی و ایجاد جرقه ای عظيم میشود.

 انواع صاعقه

اختلاف پتانسيل الکتریکی بين توده های ابر در اثر مالش باعث ايجاد آذرخش يا صاعقه میشود. صاعقه انواع مختلفی دارد كه  90 درصد آنها تخليه الکتريکی بين ابری است. شدت جريان صاعقه بين  10 تا 30 كيلو آمپر بر ميكرو ثانيه است. بزرگترين جريان ثبت شده تا كنون  200 كيلو آمپر بوده است. در اثر تخلیه الکتریکی صاعقه، اضافه ولتاژ در محل تخليه ایجاد میشود.

اضافه ولتاژ عاملی است که میتواند شديداًتجهيزات الکتریکی و الکترونیکی را به خطر انداخته يا غير قابل استفاده كند. یکی از عوامل ایجاد اضافه ولتاژ ضربه های مستقيم صاعقه و ميدان الکترومغناطيسی آن میباشد.

خطرات برخورد صاعقه

برخورد صاعقه مي تواند خطرات جانی برای افراد و موجودات زنده و يا سازه ها و وسايل داخل سازه را داشته باشد.

خطرات جانی صاعقه در اثر عوامل زير اتفاق می افتد:

1. برخورد مستقیم صاعقه
2.  ولتاژ گام
3.  ولتاژ تماس
4. اثرات جانبی صاعقه

خطرات صاعقه برای سازه ها و وسايل داخل سازه ها

برخورد صاعقه با سازه ها می تواند منجر به اتفاقات زير شود، به همين دليل بايد صاعقه را مهار كرد.

1. انفجار يا آتش گرفتن وسايل در اثر گرمای تولیدی صاعقه
2. آتش سوزی و يا انفجار ناشی از گرما در اثر عبور جريان بالا از هادیها و يا قسمتهای فلزی
3. ريزش سقف در اثر گرمای ناشی از محل برخورد صاعقه
4. خرابی قسمتهای داخلی سيستمهای الکتريکی و الکترونيکی

با توجه به مطالب فوق ضرورت دارد كه ساختمانها و سازه ها برای جلوگیری از خطرات برخورد صاعقه به سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه مجهز شوند. برای ايجاد يك حفاظت مناسب، نياز به مجهز شدن سازه به دو نوع حفاظت است.

• حفاظت خارجی
•  حفاظت داخلی

 حفاظت خارجی از صاعقه چیست؟

منظور از حفاظت خارجی ايجاد شرايط و مسیری برای جلوگیری از برخورد صاعقه به ساختمان يا سازه است. اين سيستم حفاظت صاعقه خارجی شامل سه بخش است.

• پراكنده كردن جريان صاعقه در زمين (توسط سيستم پايانه های زمين)  پراکنده کردن صاعقه در زمین
• جلوگیری از برخورد مستقیم صاعقه به ساختمان و تاسيسات بیرونی (توسط پايانه هوايي)
• هدايت ايمن جريان صاعقه به زمين (توسط سيستم هادی نزولی)

برای جلوگیری از اصابت مستقیم صاعقه سه سيستم مطابق شکل  كاربرد دارد:

• صاعقه گير
• سيستم سيم هوايى
• سيستم مش

 حفاظت داخلی  از صاعقه چیست؟

به عبارت ديگر، حفاظت داخلی به مجموعه فعالیتهایی گفته میشود كه خطرات ناشی از اضافه ولتاژ صاعقه را در داخل ساختمان مهار میکند. آنچه از سيستم حفاظت داخلی انتظار می رود جلوگیری از خطرات جرقه و اضافه ولتاژ خطرناک در داخل ساختمان با استفاده از همبندی به منظور هم پتانسيل سازی يا جداسازی تجهيزات حساس الکتریکی و الکترونیکی از اجزای سیستم حفاظت صاعقه می باشد.

 تجهیزات سیستم صاعقه گیر

هر سيستم صاعقه گير از 3 قسمت اصلی زير تشكيل شده است.

1. میله های صاعقه گير (برقگير) که محل اصلی برخورد صاعقه به اين ميله در بالاترين ارتفاع ساختمان است.
2. هادی های نزولی که مسير هدايت صاعقه از طريق ميله صاعقه گير و هادی نزولی به زمين است.
3. شبکه ارتينگ رينگ اطراف ساختمان و چاه زمين صاعقه پس از عبور از هادی های نزولی به شبکه اتصال زمین میرسد و در اين اتصال به زمين تخليه میشود.

    میله های صاعقه گیر

صاعقه گير بايد ساير نقاط موجود ساختمان را مورد حفاظت قرار دهد و وظيفه آن، جلوگیری از برخورد صاعقه به ساختمان و تخليه جريان صاعقه به زمين است.

 انواع میله های صاعقه گیر

 صاعقه گيرها به طور کلی به دو دسته صاعقه گیرهای غير فعال و صاعقه گیرهای فعال تقسيم بندی میشوند.

صاعقه گیرهای غیرفعال

به صاعقه گير هایی گفته می شود كه هيچ عامل تشدید کنندهای غير از شکل خاص آنها برای عبور جريان وجود ندارد. صاعقه گير فرانكلين از مهمترين انواع اين نوع صاعقه گير است. از اين نمونه می توان به صاعقه گير ژوپيتر و جوجه تیغی نيز اشاره كرد.

صاعقه گير فرانكلين ساده ترين و ابتدايي ترين برقگير است اين صاعقه گير شامل يك ميله ساده نوک تيز بوده و شکل مخروطی از ميله های نوک تيز كه به فاصله 45 درجه از ميله سازه است. در محاسبات عملی برای بالا رفتن اطمينان اين زاويه را  35 درجه در نظر میگیرند.

صاعقه گیرهای فعال:

به صاعقه گير هایی گفته میشود که به واسطه انرژی دریافتی از منبع خارجی يا توليد شده به صورت خودكفا هوای اطراف خویش را يونيزه نموده و ایمنی بیشتری را ايجاد می نمايد.

صاعقه گیرهای فعال از نظر نياز به انرژی به دو گروه زير تقسیم بندی میشود:

صاعقه گیرهای وابسته كه برای فعال شدن به يك منبع خارجی مانند باتری يا برق شهر نياز دارند.

صاعقه گیرهای خودكفا برای فعال شدن انرژی را توسط يك مكانيزم داخلی از محيط اطراف دريافت می نمايند اين صاعقه گيرها شامل صاعقه گیرهای: 1- اتمی 2- بادی يا پيزوالكتريك 3- خورشيدی 4- الكترونيك خازنی ـ اتمسفريك می باشند. از بين  4 صاعقه گير فعال فوق صاعقه گیرهای الکترونیکی بيشترين کاربرد را در ساختمانها دارد. 

صاعقه گیر الکترونیک خازنی ـ اتمسفريك

شيوه عملكرد اين صاعقه گير بر اساس وجود پتانسيل الکتريکي اتمسفر طراحی شده و در صورتی که شرایط جوی فاقد پتانسيل الکتريکي باشد، اين صاعقه گير همانند يك صاعقه گير ساده است و فعالیتی ندارد. واحد حس كننده وقتی انرژی الکتریکی اتمسفر فراتر از حد معینی ( )5KV/m می رسد، بخش شارژ را برای جمع آوری انرژی به کار می اندازد. عملکرد اين نوع صاعقه گير به علت وابستگی به شرایط جوی صاعقه خيز بهترين كارايی را دارد.

 نکات مهم در نصب صاعقه گیرها 

ü  ميله ها تا آنجا كه امکان دارد به لبه پشت بام نزديك باشد.

ü  فلز مناسب برای کاهش خطر خوردگی انتخاب شود (در داخل زمين و خاک از جنس مس و در بيرون آنها از جنس آلومينيوم و رابط آنها اتصال دو فلزی   Bimetal باشد.

ü  میله های صاعقه گير بايد دارای سيستم نصب مطمئن باشد.

ü  ميله ها بايد در مکان هایی نصب شوند كه امکان جاری شدن آب روی آن وجود نداشته باشد.

ü      اتصالات نگهدارنده ميله به نحوی نصب شود تا ميله صاعقه گير به داخل پشت بام (در اثر گرما) نفوذ نکند.

صاعقه گیرهای فعال از نظر قيمت بسيار گران هستند ولی اين صاعقه گيرها هميشه بهترين گزينه نيستند. زيرا در شرایط مساوی محيط اطراف، صاعقه را به سمت خود می خوانند. اگر سيستم حفاظتی مناسب نباشد و طراحی و بازرسی آن درست نباشد، به مفهوم آن است كه به استقبال خطر رفته ايم.

هادی های نزولی 

هادی های نزولی مسیرهای انتقال جريان صاعقه از محل برخورد آن با میله های صاعقه گير به نقطه پايانی (اتصال زمين)

هستند. لازم به یادآوری است كه استفاده از قسمت های فلزی سازه به عنوان هادی نزولی با رعايت شرايط مجاز می باشد.

 شرايط نصب هادی نزولی 

برای نصب هادی های نزولی شرايط زير بايد فراهم شود:

• چند مسير برای تخليه جريان صاعقه ايجاد نمايد.
• تا حد امکان مسيرها كوتاه و مستقيم باشد.
• نصب هادی در امتداد صاعقه گيرها اجرا شود.
• از حلقه های هم پتانسیل سازی استفاده شود.
• به دهانه ناودان يا به ناودان متصل نباشد حتی اگر با لوله   PVC پوشانده شده باشد.
• هادی نزولی بايد در هر متر با سه بست به سازه متصل شود.
•  هادی نزولی توسط بست آزمایشی به شبکه الکترودهای مدفون شده در خاک متصل شود.

سیستم  زمین

يكي از مهمترين قسمت های سیستم حفاظت صاعقه سيستم زمين است.

با اصابت صاعقه (آذرخش) يا برق به برقگیر انرژی الکتریکی آن به برقگير منتقل میشود و سيستم هادی ميانی وظيفه دارد از يك مسير مناسب كه در طراحی مدنظر بوده آن را به سيستم زمين منتقل كند. كار سيستم ارت به تزريق انرژی صاعقه به زمين منتهی می شود بدون اینکه تخليه مسیرهای نادرست صورت گيرد.

با توجه به توضيح بالا معلوم میشود قسمت زمين سيستم ارت باید به نحوی تخلیه انرژی به زمين را در كمترين زمان انجام می دهد زمين مبنای پتانسيل الکتريکي بوده و مقاومت صفر است ولی به علت وجود لایه های پوسته زمين، در سطح زمين مقاومت آن دقيقاً صفر نيست و بايد با ايجاد سيستم زمين مناسب مقاومت زمين را به صفر نزديك كرد تا قابليت جذب انرژی صاعقه را داشته باشد. پس مهمترين مولفه يك سيستم زمين مقدار مقاومت اهمی است. هر چه اين مقدار پايينتر باشد اتصال زمين بهتر است. برای سيستم های قدرت، مقاومت اتصال زمين زير 10 اهم قابل قبول است ولی برای سيستم های حساس مانند سيستم های مخابراتی معمولاً مقاومت زير 3 اهم مدنظر است. موارد خاص با توجه به پيشنهاد سازنده دستگاه اين مقدار تغيير می يابد.

حفاظت ثانويه

علاوه بر خطرات اشاره شده در بالا برخورد مستقیم صاعقه موجب القای شوک های الکتریکی در خطوط برق و تغذيه (سیم کشی برق، درب بازكن، تلفن، تلويزيون، كامپيوتر و نظاير آن) می شود. با توجه به رشد روزافزون استفاده از تجهيزات الکترونيکی در لوازم خانگی، حفاظت وسايل الکتريکی اهميت بيشتری پيدا مي كند. بنابراين براي حفاظت از اين سيستم ها و كنترل شوک ها ،بايد از حفاظت كننده های اضافه ولتاژ یعنی برقگير مطابق با استاندارد  IEC 61643-IEC 61024 استفاده كرد.

به وسيله ای كه دستگاه های الکترونیکی و مخابراتی را در مقابل شوک های ناشی از صاعقه محافظت می کند سرج ارستر يا SPD گفته می شود. در اين هنگام ايجاد شوک های الکتريکی، جريان اضافه را به زمين منتقل کرده و از آسيب به دستگاه های الکتریکی محافظت می کند.