تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - آشنایی با اصول حفاظت در برابر صاعقه

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)







صاعقه، این
پدیده زیبا و در عین حال خطرناک، یکی از نشانه های آفریدگار بر  روی زمین است.
صاعقه یک تخلیه الکترواستاتیکی با منشأ اتمسفری بین ابر و زمین است که به نقطه ای
از زمین یا اشیاء روی آن اصابت کرده و موجب تغییرات فیزیکی در نقطه اصابت می شود.
به طور   متوسط در هر ثانیه حدود 45 تخلیه
الکتریکی در جو کره  زمین رخ می دهد که   مجموع سالیانه آن به عدد یک میلیارد و
چهارصد میلیون  تخلیه می رسد.



خوشبختانه تنها
25 درصد از این تعداد صاعقه بین ابر و زمین  است که البته  همین مقدار هم قابل توجه
بوده و از اهمیت حفاظت در مقابل آن  نمی کاهد. طبق  آمار حداکثر (پیک) جریان صاعقه
بین 2 تا 200 کیلو آمپر و در   50 درصد از  اصابتها، بیش از 30 کیلو آمپر می باشد
که این میزان جریان می  تواند حدود  500 مگاژول انرژی منتقل نماید. این جابجایی
انرژی قادر است  حرارت هوای  مجاور قوس الکتریکی صاعقه را به صورت ناگهانی تا حدود
20 تا 30 هزار درجه   سانتی گراد افزایش دهد که این افزایش حرارت موجب  انبساط
ناگهانی هوای   اطراف و پدید آمدن صدای تندر می شود.


خطرات ناشی از
اصابت صاعقه بر کسی  پوشیده نیست. ترس از آن از دیرباز در  ذهن بشر وجود داشته است.
یکی از  مهمترین وقایعی که تاکنون ثبت شده است  حادثه اصابت صاعقه به یک کلیسا در 
برشیای ایتالیا در سال 1769 میلادی می  باشد که در آن به علت وجود صدها تن  باروت
در زیر گنبد کلیسا و انفجار آن،  حدود 3000 نفر کشته و بیش از یک ششم  شهر از بین
رفت. امروزه علاوه بر جان  انسان و حیوانات، تجهیزات الکتریکی و  الکترونیکی حساس،
سیستمهای مخابراتی،  تجهیزات و مواد قابل انفجار،  ساختمانها و سازه ها در معرض
خطرات مستقیم  اصابت صاعقه و یا اثرات ناشی از  آن قرار دارند. سازه های مرتفع،
برجهای  مخابراتی و ساختمانهای واقع در  دشتهای وسیع و یا مکانهای بلند، دارای 
بیشترین احتمال اصابت صاعقه هستند.


بنجامین 
فرانکلین برای اولین بار  در سال 1749 از صاعقه گیر استفاده نمود و در  حقیقت او
مخترع صاعقه گیر به  شمار می آید. چیزی که او ابداع کرده بود در  ابتدا "جذب کننده
صاعقه" و  بعدها "میله فرانکلین " نام گرفت. سالها بعد در اوایل قرن بیستم نیکولا
تسلا فیزیکدان آمریکایی، که تحقیقاتش عمدتا در زمینه فیزیک الکتریسیته بود، تحقیقات
گسترده ای در زمینه حفاظت در برابر صاعقه انجام داد.


اصول
حفاظت در برابر صاعقه: اصول کلی حفاظت در برابر صاعقه به صورت مختصر و
مفید که بر گرفته از استانداردهای مرتبط در این زمینه و نیز تجربیات این شرکت می
باشد، در ادامه و به ترتیب موضوع شرح داده شده است. علاقه مندان می توانند جهت
دسترسی سریع به هر یک از عناوین، بر روی عنوان مورد نظر کلیک
نمایند.










خواهشمند است
جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما
تماس بگیرید.






تعریف
صاعقه: یک تخلیه
الکترواستاتیکی
با منشأ اتمسفری بین ابر و زمین که شامل یک یا چند ضربه بازگشتی باشد. که این تخلیه
به نقطه ای از زمین یا اشیاء روی آن اصابت کرده و موجب تغییرات فیزیکی قابل توجه در
نقطه اصابت می شود.


نحوه
شکل گیری صاعقه: توفان-تندر (Thunderstorm) می تواند با حرکت و فعالیت جوی
سبب جابجایی و متراکم شدن بارهای الکتریکی(غالبا منفی) در توده های خاصی از ابرها
شود. زمانی که یک ابر (Thundercloud)دارای بار الکتریکی زیادی می شود، حرکت این ابر
در هوا موجب القاء یک بار الکتریکی با پلاریته مخالف (غالبا مثبت) بر روی سطح زمین
می شود. اختلاف پتانسیل میان زمین و ابر سبب ایجاد یک میدان الکتریکی قوی می شود.


به موجب این
میدان الکتریکی کانالهای یونیزه شده(هدایتگر یا Leader) بین زمین و ابر ایجاد می
کند. هدایتگرها سعی می کنند به طرف قطب مخالف (زمین) حرکت کرده و انتقال بار صورت
گیرد. هدایتگرهای ابر پله ای رو به پایین یا Downward Leader هستند. همین فرایند بر
روی زمین رخ می دهد و هدایتگر رو به بالا (Upward Streamer) شکل می گیرد. از آنجایی
که معمولا تمرکز بار الکتریکی در مرکز ابر بیشتر از سایر قسمتهای آن است، تعداد
هدایتگرهای رو به پایین محدود بوده و غالبا یک هدایتگر است که شدت آن با توجه به
میزان بار موجود در ابر زیاد است. به همین علت Leader نامیده می شود. اما این حالت
بر روی زمین به شکل دیگری است. در هنگام حرکت ابر بار دار، بار الکتریکی بر روی سطح
زمین به صورت غیر یکنواخت توزیع می شود، بطوریکه نقاط برجسته تر دارای چگالی بار
بیشتری هستند. ینابراین تعداد هدایتگرهای رو به بالا زیاد است اما شدت آنها نسبت به
هدایتگرهای رو به پایین کمتر است.  شدت این هدایتگر بر روی نقاط نوک تیز مانند
برجها سازه های بلند آنتن ها و یا میله های صاعقه گیر بیشتر از سایر نقاط است . هر
دو هدایتگر در جهت خود با جهشهای ناگهانی و پی در پی پیشروی می کنند. هر هدایتگر در
هنگام حرکت خود چندین هدایتگر جدید به صورت شاخه ای از خود بیرون می دهد. طول هر
هدایتگر معمولا به 40 تا 50 متر می رسد. دو هدایتگر پس از پیشروی در نقطه ای به
یکدیگر اصابت می کنند که در پی آن استقامت دی الکتریکی هوا در لحظه بسیار کوتاهی
شکسته و مسیر برای عبور بار الکتریکی از ابر به زمین هادی می شود . به این ترتیب
صاعقه شکل می گیرد.


با شکستن
استقامت دی الکتریکی هوا و
هادی شدن
مسیر، جابجایی بار الکتریکی به منظور هم
پتانسیل شدن بین ابر و زمین صورت گرفته و صاعقه بوجود می آید. نور ساتع شده از این
پدیده در نتیجه پلاسمای الکتریکی ناشی از جابجایی بار و صدای ایجاد شده از آن ناشی
از انبساط گرمایی هوا در مسیر هوای یونیزه شده می باشد. سرعت متوسط هدایتگرها حدود
1.0 m/μs  است.


سیستم
حفاظت در برابر صاعقه (LPS): سیستمی که از اصابت مستقیم صاعقه به انسان ،
سازه ها و ساختمانها جلوگیری کرده و مسیر عبور جریان صاعقه را از آنها منحرف می
کند. باید توجه نمود که به هیچ عنوان نمی توان از اصابت صاعقه جلوگیری نمود، تنها
می توان با برپایی سیستم حفاظت در برابر صاعقه ، محیط مورد نظر را ایمن
ساخت.
بنجامین فرانکلین برای اولین بار در سال 1749 از صاعقه گیر استفاده نمود و
در حقیقت او مخترع صاعقه گیر به شمار می آید. هر سیستم حفاظتی شامل سه جزء اصلی
ترمینال هوایی(صاعقه گیر) ، هادی میانی و ترمینال زمین می باشد. ترمینال هوایی
جریان صاعقه را با اصابت به آن جذب کرده و هادی میانی این جریان را به ترمینال زمین
می رساند. ترمینال زمین هم این جریان را به جرم کلی زمین انتقال می دهد. ترمینال
هوایی بسته به نوع کاربرد و تکنولوژی متفاوت است.
سیستمهای حفاظتی با توجه به
نوع صاعقه گیر به دو نوع پسیو (غیر فعال) و اکتیو (فعال) تقسیم می شوند. سیستم پسیو
نسبت به عملکرد صاعقه هیچ گونه واکنشی نداشته و از اینرو پسیو، غیر فعال یا ساده
نامیده می شود. در حالی که صاعقه گیر اکتیو یا ESE(Early Streamer Emission) مجهز
به سیستمی است که دارای زمان فعال سازی (Triggering Advance Δt) بوده و در هنگام
صاعقه ، نسبت به جذب صاعقه عملکرد سریعتری دارد. زمان فعال سازی نسبت به یک صاعقه
گیر ساده در شرایط یکسان سنجیده می شود. سیستم پسیو در واقع همان چیزی است که
فرانکلین ابداع کرده بود. وجود (Δt)  موجب افزایش شعاع حفاظتی در صاعقه گیر اکتیو
می شود که عملکرد این نوع را در مقایسه با سیستم پسیو بر جسته می نماید.  سایر
اجزاء سیستم مانند هادی میانی و ترمینال زمین در هر دو سیستم مشابه است.
با
توجه به اینکه نصب سیستم پسیو در ساختمانها و مکانهای وسیع مستلزم استفاده از حجم
بالای هادی ها و میله های مسی می باشد، لذا بزرگترین مزیت سیستم اکتیو نسبت به پسیو
کاهش هزینه های برپایی سیستم حفاظتی است. از طرفی در یک صاعقه گیر اکتیو نقطه اصابت
صاعقه در مکانی بالاتر از نوک میله صاعقه گیر اتفاق می افتد که به این ترتیب سازه و
تجهیزات مورد حفاظت، کمتر در معرض خطرات ناشی از اصابت صاعقه قرار خواهند گرفت.

در زمینه نصب ، بکارگیری و نگهداری سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه استانداردهای
مختلفی وجود دارند. در بحث سیستمهای اکتیو استانداردهای NFC17-102 (فرانسه) و UNE
21186 (اسپانیا) و در زمینه سیستم پسیو استانداردهای IEC 62305 ، BS 6651 و NFPA
780 و VDE 0185 مورد توجه می باشند.
استانداردهای مربوط به هر دو نوع سیستم در
موارد بسیاری با یکدیگر اشتراک دارند. در ابتدا لازم است با مختصری از مفاهیم و
تعاریف کلی مورد نیاز که در تمامی استانداردها استفاده می شوند، آشنا
شویم.


جریان
صاعقه: جریان صاعقه ترکیبی از ضربات کوتاه مدت با زمان کمتر از 2ms و بلند
مدت با زمان بیش از 2ms است شکل موج جریانی که در اثر ضربات کوتاه مدت به زمین
منتقل می شود تقریبا مشابه شکل 1 است. طبق آماری که استاندارد BS 6651 منتشر کرده
است حداکثر(پیک) جریان بازگشتی صاعقه I در محدوده 2 تا 200 کیلوآمپر قرار دارد که
در این میان مقادیر کمتر، احتمال وقوع بالایی را به خود اختصاص می دهند. بطوریکه 1%
بیش از 200kA، 10% بیش از 80kA ، 50% بیش از 28kA ، 90% بیش از 8kA و 99% بیش از
3kA می باشند. در شکل 1 زمان T2 کمتر از 2ms
است.


شکل 1


شکل 1 : شکل موج
جریان ضربه کوتاه مدت صاعقه


کلاس
حفاظتی سیستم (LPL): برای دستیابی به اهداف استاندارد، چهار کلاس حفاظتی
مطابق با استانداردهای IEC 62305 و NFC 17-102 تعریف شده است.  کلاس حفاظتی بیانگر
سطح یا میزان حفاظت فراهم شده توسط سیستم است بطوریکه سطح حفاظت در کلاس I بیشترین
و در کلاس IV کمترین میزان را دارد. بنابر این انتظار می رود که هزینه های برپایی
سیستم در سطح بالاتر، بیشتر باشد. از طرفی باید توجه داشت که سازه ها و تجهیزات
مختلف بسته به نوع کاربری طبق استاندارد نیازمند سطوح حفاظتی متناسب هستند. کلاس
حفاظتی با توجه به نوع کاربری، جنس و ابعاد سازه، موقعیت جغرافیایی و... قابل
محاسبه است. جدول 1 حداکثر مقادیر پارامترهای جریان صاعقه را برای سطوح حفاظتی
مختلف طبق IEC 62305 نشان می دهد.



حجم
حفاظتی: حجم یا شعاع حفاظتی بسته به نوع صاعقه گیر (پسیو یا اکتیو) و شکل
آن (در  حالت پسیو) ، کلاس حفاظتی و ارتفاع نصب متغییر است. در اینجا بطور مختصر در
مورد انواع صاعقه گیر و حجم حفاظتی هر یک اطلاعاتی ارائه می شود.


جدول 1 حداکثر
مقادیر پارامترهای جریان صاعقه طبق IEC 62305


جدول 1


صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :