صاعقه

صاعقه چیست و چگونه بوجود می آید ؟
رعد و برق یکی از مخرب ترین حوادث طبیعت است، بنابراین حفاظت از مردم، محیط زیست و زیرساخت ها در برابر اثرات آن و همچنین تضمین تداوم خدمات و حفاظت از دارایی های مادی و فرهنگی و در نهایت جان مردم، ضروری است. هدف از سیستم حفاظت در برابر صاعقه، گرفتن رعد و برق، هدایت جریان ایمن آن به زمین، پراکندگی در زمین و محافظت در برابر اثرات ثانویه صاعقه است.
صاعقه یکی از اسرار آمیز ترین پدیده های خلقت است که در عین زیبایی ، بسیار مخرب بوده و در طول تاریخ زندگی بشر ، موجب ضرر و زیان مالی و جانی بسیاری شده است . صاعقه از تخلیه الکترواستاتیکی میان ابر و زمین بوجود می آید . در ابرهایی از نوع کومولونیمبوس که گه¬گاه تا ۱۸ کیلومتر ارتفاع و چندین کیلومتر عرض دارند ، طی مراحلی ذرات آب دارای بار منفی و ذرات یخ دارای بار مثبت شده بطوریکه عموماً بارهای منفی در لایه های زیرین و بارهای مثبت در بخشهای فوقانی ابر متمرکز می شوند. در این حالت بارهای مثبت سطح زمین نیز در زیر سایه ابر مجتمع می گردند .
یک سیستم حفاظت از صاعقه موثر عمدتاً از دو شکل (یعنی اولیه و ثانویه) سیستم های حفاظتی بسته به عملکرد آنها تشکیل شده است. این سیستم ها در محافظت از ساختمان ها در برابر آسیب های ناشی از اثرات مستقیم صاعقه، خطرات آتش سوزی و غیره و همچنین اثرات ثانویه که شامل آسیب اغلب جبران ناپذیر به سیستم های الکترونیکی است، بسیار مهم هستند.

حفاظت اولیه خارجی ساختمان چیست ؟
سیستم های حفاظت در برابر صاعقه راهی برای تخلیه جریان صاعقه به داخل زمین ایجاد می‌کنند. این سیستم‌ها به صورت کلی دارای سه بخش اصلی هستند:
• صاعقه گیر Air Termination ( پایانه هوایی )
• هادی نزولی و اتصالات
• سیستم ارتینگ ( ترمینال زمین صاعقه¬گیر )

1- پایانه هوایی Air Termination :
صاعقه گیر میله‌ای فلزی است که برای محافظت از سازه در برابر برخورد صاعقه که بر روی سازه نصب می‌شود. و در صورت وقوع صاعقه در نزدیکی سازه، صاعقه ترجیحاً به میله برخورد کرده و به جای عبور از سازه، از طریق هادی نزولی به زمین هدایت می‌شود. در سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه، هادی نزولی وظیفه هدایت جریان صاعقه از ترمینال هوایی یا صاعقه گیر به سمت سیستم زمین یا همان ارتینگ را بر عهده دارد.
در سیستم حفاظت در برابر صاعقه، که منطبق بر استانداردهای ملی ایران INSO62305 و استانداردهای بین المللی IEC62305 می¬بایست ترجیحا از نوع پسیو انتخاب شده است، صاعقه گیر برای انجام عملکرد حفاظتی خود نیاز به اتصال به زمین دارد. به همین منظور لازم است هادی نزولی به سیستم زمین و یا ارتینگ متصل شود. جریان صاعقه پس از برخورد به صاعقه گیر و عبور از هادی نزولی توسط سیستم زمین یا ارتینگ درون زمین تخلیه می‌شود.

1-1- جانمایی و نصب پایانه هوایی:
پس از انجام محاسبات ارزیابی ریسک و انتخاب نوع پایانه هوایی، نقاط محل اصابت با پایانه هوایی مناسب پوشش داده شده است. معمولا گوشه ها و زوایای ساختمان محل های پرخطر و مناسب جهت نصب صاعقه گیر میباشند.
به طور کلی جانمایی پایانه هوایی با سه روش زاویه حفاظتی، گوی غلطان و مش انجام میشود
روش زاویه حفاظتی در سازه های ساده ، روش گوی غلطان در تمامی سازه ها و روش مش در سازه های مسطح مورد استفاده قرار میگیرند
2- هادی نزولی Down Conductor :
_ برای کاهش خطر و تخریب در سیستم حفاظت از صاعقه می¬بایست از هادی نزولی با شرایط زیر استفاده گردد:
_ هادی نزولی در مسیرهای متعدد طراحی گردد
_ تا حد امکان کوتاه و مستقیم باشد
_ الزامات همبندی همپتانسیل سازی رعایت گردد
_ در شرایطی که از مسیرهای متعدد استفاده میشود می¬بایست فواصل بین مسیرها یکسان و کاملا متقارن باشد
_ جهت کاهش خطرات جرقه زنی ناشی از ایجاد اختلاف پتانسیل بین مسیرها مسیرهای هادی نزولی بایستی بصورت رینگ شده متصل گردند
_ این الزام در سازه های فلزی همبندی شده وجود ندارد
_ در پایه های صاعقه گیر که با رعایت فاصله جداسازی از سازه نصب شده اند نصب یک مسیر هادی نزولی کفایت میکند.

1-2- جنس و شکل و سطح مقطع هادی نزولی
حداقل سطح مقطع انتخاب میبایست مطابق جدول IEC62561 باشد. به طور مثال در این پروژه از هادی کلاسیک الکتریکی مدور آلوسیل با سطح مقطع آن 50 میلیمتر مربع استفاده شده است.

3- سیستم ترمینال زمین Earthing :
با توجه به اهمیت ایمنی افراد و حفاظت از سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی در برابر جریان‌های خطا و با هدف مهار آسیب‌ها و خطرات ناشی از این جریان‌ها از سیستم‌های ارتینگ استفاده می‌شود. سیستم ارتینگ با اتصال بخش‌های خاصی از یک سیستم الکتریکی به زمین (پتانسیل صفر) جریان‌های خطا را به سمت زمین تخلیه می‌نماید. حداقل سطح مقطع انتخاب میبایست مطابق جدول IEC62561 باشد

1-3- کاربردهای سیستم ترمینال زمین

• حفاظت از انسانها و تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی
• حفاظت و عملکرد مناسب تجهیزات مخابراتی و دیتا
• انتقال جریانهای لحظه¬ای ناشی از تخلیه الکترواستاتیک و حوادث جوی
• عملکرد صحیح سیستم تغذیه الکتریکی
جالب است که بدانید کره زمین به عنوان بزرگترین رسانای برق شناخته می شود. معنای سیستم گراندینگ یعنی اتصال قسمت های فعال به زمین است. این بخش ها در حالت عادی دارای جریان الکتریکی هستند. این فرایند را معمولا برای محافظت از تجهیزات برق قدرتی به کار می گیرند که مسیر بازگشت از دستگاه به منبع برق را به وجود می آورد، تا به این ترتیب بتوانند خسارات مالی را به میزان زیادی کاهش دهند.
سیستم زمین کردن را معمولا برای محافظت از مدار ادوات و تجهیزات در برابر صاعقه و ولتاژ بالا یا برای مقابله با افزایش بار ناخواسته به کار می گیرند. این در حالی است که سیستم گراندینگ را به عنوان یک نقطه مشترک برای مدارها کار می برند که وظیفه ی آن حفظ ولتاژ است.

4- سیستم ارتینگ
جرم اصلی زمین می تواند بعنوان یک مرجع ثابت و غیرقابل تغییر پتانسیل (صفر) مورد استفاده قرارگیرد. این نقطه صفربرای تمامی سیستم هایی که به نوعی به زمین نیاز دارند ، بکار گرفته می شود. در عمل ، تمامی اجزا و بدنه های هادی تجهیزات الکتریکی به طور مستقیم به این مرجع پتانسیل (زمین) متصل می شوند.
در هنگام بروز یک اتصال کوتاه ناخواسته با بدنه تجهیزات الکتریکی ، قطعات فلزی که دارای اتصال به زمین نیستند ، درهمان پتانسیل فاز قرار می گیرند و انسانی که با آنها درتماس است ، ممکن است یک اختلاف پتانسیل خطرناک را برداشت نموده و آسیب ببیند.
5- اساس زمین کردن
زمین کردن به دو علت انجام می گیرد ، کارکرد و رفتار صحیح سیستم های الکتریکی به بیان دیگر حفاظت از تجهیزات (زمین الکتریکی ) و دیگری حفاظت اشخاصی که به نوعی با تجهیزات در تماس هستند ( زمین حفاظتی ).

6- کاربردهای سیستم اتصال به زمین
• حفاظت انسانها و تجهیزات (Protection & Safety)
• عملکرد صحیح سیستم تغذیه الکتریکی (Functional & Operational) .
• انتقال جریانهای لحظه ای ناشی از تخلیه الکترواستاتیک و حوادث جوی (EMP,ESD)
• حفاظت و عملکرد مناسب تجهیزات مخابراتی و دیتا (EMC)