صاعقه و حفاظت در برابر آن
سالانه در تمام دنیا بودجه زیادی صرف پژوهش بر روی صاعقه و مسائل پیرامون آن می شود پس شایسته است در مورد آن بیشتر بدانیم تا بتوانیم از انرژی حاصل از آن استفاه بیشتری کنیم. رعد و برق چگونه به وجود می آید؟ چگونه از آن در امان باشیم؟ گوی های آذرخش چیست؟ برق گیر چگونه عمل می کند؟ ذخیره انرژی حاصل از آن؟ در اینجا قصد داریم تا در این باره صحبت کنیم.
رعد و برق قادر است صدماتی جدی وارد آورد، میتواند به راحتی انسان و یا حیوان را از پای درآورد، زیرا از جریان الکتریکی بسیار بالایی برخوردار است که مدت آن کم بوده ولی قدرت آن زیاد است.
براساس مطالعات و بررسیهای به عمل آمده توسط متخصصین امر تعداد رعد و برق در هر لحظه در سراسر دنیا بین ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ بار میباشد. به عبارت دیگر حدود ۶۰۰۰ جرقه الکتریکی در هر دقیقه در دنیا زده می‌شود. شدت جریان الکتریکی در رعد و برق ممکن است بین ۱۰۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ آمپر باشد (درحالی که حداکثر شدت جریان قابل تحمل معمولاً ازچند صد آمپر تجاوز نمیکند).
تخلیه بار الکتریکی که از یک ابر به ابر دیگر و یا به زمین بوجود می آید، میتواند قلب انسان را از کار بیاندازد، ششها را پاره کند و یا سبب سوختگیهای جدی در بدن شود. هوایی که نور برق از میان آن میگذرد به شدت گرم می‌شود. جریان الکتریکی شدید میزان حرارت هوا را در کانالی که برق از آن عبور میکند برای مدت یک میلی‌ثانیه از ۳۰۰۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر میبرد.
رعد و برق چرا به صورت خط راست نیست ؟
رعد و صاعقه در اثر تخلیه در ابرها ایجاد می‌شود . اگر این تخلیه بین دو ابر باشد آذرخش یا برق و اگر بین زمین باشد صاعقه نامیده می‌شود . ابرها هنگام حرکت دارای بارهای الکتریکی مثبت و منفی می‌شوند و به دنبال مکانی می گردند که بار الکتریکی خود را تخلیه کنند در مسیر به ساختمان های بلند و یا درختان بلند و یا جاهای نوک تیز که تجمع بار الکتریکی بیشتر است می رسند و تخلیه بار را انجام می‌دهند تا به زمین برسند .
از آنجا که ابرهای باردار در مسیر یکسان محل تخلیه بار را پیدا نمی‌کنند بنابراین تا وقتی که همه بار الکتریکی خود را از دست نداده اند کاملا به زمین نمی رسند و بالا می روند . بنابراین به صورت شاخه ای دیده می‌شوند .از طرفی هنگامی که ابرها بالا هستند . در اثر برخورد و تابش های فرابنفش (تغییرات حوی) باردار می‌شوند و مقاومت هوا را که عایق است می شکنند و در نتیجه ها رسانا می‌شود و سپس تخلیه الکتریکی صورت می گیرد که ممکن است این تخلیه بین دو ابر یا ابر و زمین باشد .
مقاومت هوا در قسمت های مختلف متفاوت است مثلا در بعضی نقاط رطوبت هوا کمتر و در بعضی نقاط دیگر بیشتر می باشد و یا عوامل دیگر که باعث تغییر این مقاومت می‌شوند در نتیجه انتشار جریان الکتریکی به صورت مستقیم نیست و کنگره ای می‌شود .
اصول حفاظت از صاعقه
حفاظت یک ساختمان بطور کامل شامل موارد زیر است:
- حفاظت جلد خارجی ساختمان از ضربه های مستقیم صاعقه
- حفاظت داخلی و تجهیزات نصب شده داخل ساختمان در مقابل آثار ثانویه صاعقه
حفاظت جلد خارجی ساختمان
منظوراز حفاظت خارجی ،حفظ بدنه واستراکچر ساختمان از آتش سوزی وانهدام در اثر اصابت صاعقه است. کلیه تجهیزات(مانند برقگیر) که جهت جذب وهدایت صاعقه از پشت بام تا سیستم زمین نصب می شوند،طبق استانداردIEC -۶۱۰۲۴ شناسایی می گردند.
حفاظت تجهیزات نصب شده در داخل ساختمان
توسعه کاربرد سیستم های الکتریکی در جهان ،موجب افزایش شدید آمار صدمات وارده به این دستگاهها در اثرصاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن شده است।لازم به ذکر است که تنها بخشی از اضافه ولتاژها دراثر صاعقه بوده وبخش عمده آنها ناشی از عملیات سوئیچینگ وحوادث تغذیه می باشند.برای این بخش از حفاظت،کاهش اثر میدانهای الکترومغناطیسی ناشی از صاعقه مد نظر قرار می گیرد.
پس از بر خورد صاعقه به زمین یا ساختمان،وسایل الکترونیکی داخل ساختمانهایی که تا شعاع ۱۵km از محل برخوردودر 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 سیستم های حفاظت داخلی همراه با حفاظت خارجی ساختمان تواماٌ نصب شده باشند.حفاظت داخلی ازصاعقه عبارتست از تهیه وسایلی که به کمک آنها بتوان اثرات اضافه ولتاژهای القایی حاصل از جریانهای صاعقه رابرروی تجهیزات داخل ساختمان خنثی کرد.واز تئوری منطقه بندی جهت حفاظت داخلی ساختمان استفاده می شود. ضمناٌ برای کسب اطلاعات دقیق تربه استاندارد IEC-۶۱۶۴۳ که در این زمینه تدوین شده است مراجعه گردد.
یک سیستم صاعقه اساساً از سه قسمت اصلی تشکیل شده است که از :
- آنتن برقگیر Air termination
- هادی ها Conductor
- الکترود یا سیستم اتصال به زمین Earth termination
آنتن های برقگیر : عبارتند از جسم نوک دار با الکترود لوله ای در اندازه مشخص و یک پایه که دارای یک زمینه هدایت کنندگی می باشد. وظیفه آنتن برقگیر این است که تخلیه الکتریکی صاعقه را که احتمال دارد در ساختمان تحت حفاظت صورت گیرد ، به طرف خود منحرف نموده و به طرف زمین بارهای مربوطه را هدایت می نماید. محل نصب آنتن برقگیر در بلندترین نقطه ساختمان می باشد.
هادی ها : که سبب ارتباط الکتریکی آنتن های برقگیر به زمین و به یکدیگر و نیز به اجسام فلزی مجاور می گردد. وظیف هادی ها تخلیه بارهای صاعقه از آنتن برقگیر به زمین می باشد. هادی ها می توانند بصورت تسمه ای یا کابلی شکل باشند.
سیستم اتصال به زمین : عبارت است از یک یا چند الکترود منفرد یا مرتبط که بارهای الکتریکی را از آنتن توسط هادی های نزولی به زمین منتقل می کنند.
رابط ها عبارتند از پیوند الکتریکی مابین دو یا بیشتر قسمت های سیستم حفاظتی.
اتصالات : عبارتند از هادی هایی که به منظور فراهم نمودن اتصال الکتریکی مابین حفاظت صاعقه و قسمت های فلزی دیگر و مابین قسمت های مختلف اخیر برقرار شده است.
بست ها : که جهت محکم نمودن هادی ها به ساختمان به کار می روند. این بست ها برای اندازه های مختلف تسمه باید طراحی گردد.
سیستم حفاظت بر سوله ها ( یا بام های مسطح ) : در این سیستم از روشی موسوم به سیستم حفاظت فاراده استفاده می نمایند. آنتن برقگیر بصورت لوله های کوتاهی است با نوک تیز که در چند متری یکدیگر دور تا دور پشت بام یا در خط الراس سقف سوله قرار دارند.
قطر و ضخامت آنتن برقگیر در صورت استفاده از میله باید مطابق با جدولی که ابعاد اجزاء تشکیل دهنده سیستم حفاظت صاعقه را می دهد اجرا شود.
بام های با شیب تند : حداکثر فاصله بین میله های برقگیر در خط الرآس بام های با شیب تند ، ۶ تا ۸ متری باشد.
تذکر : سقف ها با شیب ملایم آنهایی هستند که عرض آنها چنانچه مساوی یا کمتر از ۴۰ فوت ( ۱۲ متر ) باشد شیب آنها کمتر از یک هشتم ، چنانچه متجاوز از ۴۰ فوت ( ۱۲ متر ) باشد ، شیب آنها کمتر از یک چهارم باشد.
سقف با شیب ملایم : چنانچه عرض آنها از ۱۵ متر بیشتر باشد ، باید علاوه بر آنکه دارای آنتن های اضافی در خط الرآس و نقاط لازم دیگر باشند ، که فاصله آنها از ۱۵ متر تجاوز نکند ، دور تا دور آنها نیز آنتن هایی به فواصل ۶ تا ۸ متر باید نصب گردد.
فاصله آنتن های برقگیر از انتهای بام یا خط الرآس سوله یا تغییر مسیر هر بام باید در حدود ۲ فوت ( ۶۰ سانتی متر ) باشد.
طول آنتن ها حداکثر ۱۵۰ و حداقل ۳۰ سانتی متر می باشند.
آنتن های برقگیر باید در قسمت های اساسی و محکم و در بلندترین نقطه ساختمان نصب گردند و سطح مقطع نقطه اتکا حداقل باید با سطح مقطع یکی باشد و طوری باید محکم گردند که احتمال واژگون شدن به وسیله باد را نداشته باشند. آنتن های برقگیر با ارتفاع متجاوز از ۶۰ سانتی متر ، باید نگهداری آنها از نقطه ای باشد که ارتفاع آن کمتر از ارتفاع نصب آنتن نباشد.
هواکش ، دودکش ، مخازن آب و سایر برجستگی های دیگر پشت بام که احتمال آسیب ناشی از شوک دارند باید به آنها اتصال الکتریکی ( به وسیله هادی های فرعی ، آنها را به هادی اصلی متصل نمود ) ایجاد نمود و یا ممکن است به وسیله یک هادی خارجی به یکدیگر متصل و سپس به اسکلت ساختمان وصل شوند که تعداد این اتصالات نباید از تعداد اتصال های زمین کمتر باشد.
منبع : برق نیوز
