مقاله حفاظت سیستم ها در برابر ( صاعقه )

مقدمه:

ایمنی در صنعت ساخت و ساز

با زیاد شدن جوامع بشری و ایجاد ساختمانها و برجهای بلند و آسمان خراشها در مناطق مرتفع و تحولات شگرد در صنعت ساخت و ساز ، تکامل و پیشرفت در  این صنعت بوجود آمده و همچنین  رشد روز افزون و سریع تکنولوژی ، ارائه و ابداع روشهای جدید در صنایع میتوان از تحدید  خطرات و حوادث طبیعی گوناگون در محیط فعالیت زندگی ما ( محیط کار ،منازل و …) بطور کلی در همه جا  جلوگیری کنیم  .

خطراتی که بر اثر ساخت و ساز در مناطق مرتفع  ساختمانها را تحدید میکند مهندسین و کارفرمایان  را متوجه این حوادث و صدمات کرده که با هماهنگی متخصصین  رو به کاهش است . این  واقعیت را نمایانگر می سازیم که نیاز شدید  و اصولی به فراگیری و رعایت کامل ایمنی و حفظ ساختمانها در مناطق مرتفع را داریم تا خود و دیگران را در برابر این همه خطرات و سوانح طبیعی حفظ کنیم و این معلومات  و راه و روش صحیح برای پیشگیری و چاره اندیشی را فرا گیریم که  از این حوادث طبیعی ( صاعقه ) جان سالم بدر ببریم .

صاعقه چیست و چگونه بوجود می آید.                   

صاعقه یکی از اصرار آمیز ترین پدیده های خلقت است که در عین زیبایی بسیار مخرب بوده و در طول تاریخ زندگی انسان ، 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 گاه تا  18 کیلومتر ارتفاع  و چندین کیلومتر عرض دارند )طی مراحلی ذرات آب دارای بار منفی و ذرات یخ دارای بار مثبت شده بطوری که (عموما")بارهای منفی در لایه های زیرین و بارهای مثبت در بخشهای فوقانی ابر متمرکز میشوند . در این حالت بارهای مثبت سطح زمین نیز ،در زیر سایه ابر مجتمع میگردند .

               تخلیه الکتریکی بین ابر با ابر                تخلیه الکتریکی بین ابر و زمین

با افزایش پتانسیل الکتریکی ابر نسبت به زمین ،یک جریان پیشرو از الکترونها با حرکتی نردبانی شکل از ابر به سوی زمین (downward leader) سرازیر شده و کانال اولیه صاعقه را شکل می دهد .هوای اطراف این کانال کاملا" یو نیزه است  این پلکان که گاه طول شاخه های آن به 50 متر میرسد ،بار زیادی را در نوک پلیکان با خود حمل کرده و موجب افزایش شدت میدان الکتریکی  جو و شکست مقاومت عایقی هوا می شود . در این حالت سرعت حرکت کانال نزدیک شونده به زمین بیش از   300km/s می باشد .

در این زمان با افزایش شدت میدان الکتریکی در سطح زمین ، یک جریان الکتریکی بالا رونده (upward leader  )نیز از زمین بسوی ابر پیش می رود پس از اصابت این دو پلیکان به یکدیگر ،کانال جریان بسته شده و ضربه اصلی صاعقه ( retum stroke  ) اتفاق می افتد و بدین ترتیب جهت خنثی بارهای ابر و زمین ،جریان بسیار زیادی در مدت کوتاهی در این کانال برقرار میشود . صاعقه در انواع مختلف اتفاق می افتد که متداولترین آنها ( 90% ) از نوع صاعقه منفی نزولی و خطرناکترین آنها نوع مثبت صعودی میباشد.

صدمات

اصولا" بشر تا قبل از تجربه شخصی حدود سانحه ،کمتر به دنبال علت وقوع آنها بوده است اما خسارات زیاد و مکرر از اثرات اولیه ( ضربه های مستقیم ) و ثانویه (میدانهای الکترو مغناطیسی ) صاعقه امروز به حدی رسیده است که توجه  و راهکارهای جدی را میطلبد  شاید اولین دلیل بروز این حوادث ، عدم آگاهی از روشهای صحیح حفاظت می باشد  مضافا" اینکه  اغلب بدلیل ادعای واهی برخی فروشندگان صاعقه گیر تصور میشود که داشتن یک صاعقه گیر در خارج ساختمان  ( که تنها از وقوع جرقه و تخریب فیزیکی ساختمان جلوگیری می کند ) میتواند کلیه تجهیزات برقی و الکترونیکی داخل ساختمان را نیز حفاظت نماید ، در صورتی که چنین نیست .

ظرف ده سال گذشته استانداردهای جهانی به ما این امکانات را داده اند که طراحیهای مناسبی با رعایت اصول قوانین  emc انجام دهیم . امروزه وسایل و تجهیزاتی که برای یک زندگی ساده تدارک دیده شده پر از مدارهای الکترونیکی است . وسایل خانگی ، کامپیوتر ،فاکس ، بی سیم ،تلویزیون ، تلفن ، شبکه های اطلاعاتی جهانی ،همه و همه از مدارهای الکترونیکی ساخته شده اند که گران بوده و تعمیرات آنها نیز آسان نیست و گاهی از خط خارج شدن آنها مصادف با خسارتهای غیرقابل جبران می باشد .

عواملی را که می توانند شدیدا" تجهیزات نامبرده بالا یا بطور کلی هر وسیله دیگری را که مدارهای الکترونیکی در آنها به کار رفته باشد به خطر انداخته یا غیر قابل استفاده کنند ، عبارتند از

-1 کوپلاژ مقاومتی

وقتی که صاعقه به ساختمانی ضربه می زند جریانی که به زمین تخلیه می شد  پتانسیل زمین را در سیستم های برق و دیتا ،تا چند کیلو ولت  افزایش می دهد .   این امر موجب می شود بخشی از جریان صاعقه از طریق  هادیهای  ورودی –خروجی ، به ساختمانهای دیگر منتقل شود .

-2 کوپلاژ سلفی ( مغناطیسی )

عبور  جریان  صاعقه  از یک هادی و یا از کانال تخلیه خود، ایجاد یک میدان مغناطیسی

می نماید . وقتی که خطوط میدان ،هادیهایی  که تشکیل لوپ داده اند قطع کند ،در آنها

ولتاژی معادل چند ده کیلو ولت القاء میشود

-3کوپلاژ خازنی (الکتریکی)

کانال صاعقه در نزدیکی نقطه تخلیه ، یک میدان شدید الکتریکی ایجاد میکند .کابلهاو هادیها مانند  خازن و هوا نیز  عایق  دی الکتریک آنهاست .  بدین  صورت علیرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان کابلها تحت

یک ولتاژ بالا قرار می گیرند .

اصول حفاظت از صاعقه

حفاظت یک ساختمان بطور کامل شامل موارد زیر می شود :

حفاظت جلد خارجی ساختمان از ضربه های مستقیم صاعقه .

حفاظت داخلی و تجهیزات نصب شده در ساختمان در مقابل آثار ثانویه صاعقه

الف – حفاظت جلد خارجی ساختمان

منظور از حفاظت خارجی ، حفظ بدنه و استراکچر ساختمان از آتش سوزی و انهدام در اثر اصابت صاعقه است . کلیه تجهیزاتی که جهت جذب و هدایت صاعقه از پشت بام تا شبکه زمین نصب می شوند  طبق استاندارد

DINVDEO 185 ، NFC 17-100 ، NFC 17-102 ، BS 6651 و

NFPA 780  وIEC 61024  شناسایی می گردد .

ب- حفاظت تجهیزات نصب شده در داخل ساختمان

توسعه کاربرد سیستمهای الکترونیکی در جهان ، موجب افزایش شدید آمار صدمات  وارده به این دستگاهها در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن شده است . لازم به ذکر است که تنها بخشی از اضافه ولتاژها در اثر صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشی از عملیات سو ئیچینگ و حوادث تغذیه می باشد . برای این بخش از حفاظت ، کاهش اثر میدانهای الکترومغناطیسی ناشی از صاعقه ، مد نظر قرار می گیرد .

پس از برخورد صاعقه به زمین یا ساختمان ، وسایل الکترونیکی داخل ساختمانهایی که شعاع  1/5 کیلو متری از محل برخورد و در محدوده میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده قرار دارند در معرض خطر خواهند بود .

حفاظت موثر این تجهیزات در مقابل ولتاژهای القایی حاصله وقتی امکان پذیر است که

کلیه سیستمهای حفاظت داخلی همراه با حفاظت خارجی ساختمان  تماما" نصب شده باشند                                                                             

 حفاظت داخلی از صاعقه عبارت است  از تهیه وسائلی که به کمک آنها بتوان اثر اضافه ولتاژ های القائی حاصله از جریان های صاعقه را ، بر روی تجهیزات داخل ساختمان خنثی کرد .