سیستم حفاظت در برابر صاعقه

سیستم حفاظت در برابر صاعقه

مقدمه:

صاعقه یکی از پدیده های زیبا و جذاب ولی در عین حال مخرب و زیان آور است. با توجه به قدرتی که این پدیده از آن برخوردار است، یقینا صدمات و زیان های بسیاری را به طبیعت و مصنوعات دست بشر چه از لحاظ مالی و چه جانبی وارد می آورد. لذا شناخت این پدیده ضروری و روش های مقابله با آن و جلوگیری از اثرات آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

چرا باید صاعقه گیر نصب کرد؟

اثرات مخرب صاعقه یا ناشی از برخورد مستقیم صاعقه بوده و یا از ولتاژهای القایی میدان های الکترومغناطیسی آن ناشی می گردد و شوک های الکتریکی ناشی از صاعقه منجر به اثرات زیر می گردد:

-         آسیب رساندن به نیروی انسانی

-         آسیب رساندن به تجهیزات الکتریکی و ارتباطی

-         ایجاد خطا در داده ها و اطلاعات ارسالی

-         از کار افتادگی و توقف دستگاه ها

بنابراین اولا بایستی از خطر برخورد مستقیم صاعقه به ساختمان و تاسیسات که می تواند منجر به تخریب فلزی ، آتش سوزی و تلفات انسانی آن ها می گردد جلوگیری نمود و ثانیاً، از دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی و مخابراتی داخل ساختمان در برابر این خطرات حفاظت نمود. برای حفاظت از ساختمان از صاعقه گیر استفاده می گردد که بدان حفاظت اولیه گفته می شود و برای حفاظت از تجهیزات الکتریکی داخل ساختمان از ارستر استفاده می گردد که به این نوع حفاظت، حفاظت ثانویه گفته می شود.

بنابراین سیستم حفاظت از صاعقه شامل حفاظت اولیه (صاعقه گیر)، حفاظت ثانویه (ارستر) می باشد که این دو مکمل یکدیگر می باشند. بدیهی است که هم صاعقه گیر و هم ارستر نیاز به سیستم ارت دارند.

حفاظت اولیه:

به منظور حفاظت از سازه ها در برابر صاعقه باید از نفوذ جریان صاعقه به داخل ساختمان جلوگیری کرد. این کار به وسیله سیستم صاعقه گیر که شامل: صاعقه گیر، هادی میانی و ارتینگ می باشد انجام می گیرد. در صورت استفاده از این سیستم در بالای ساختمان، صاعقه به صاعقه گیر برخورد کرده و جریان آن از طریق هادی میانی به زمین انتقال می یابد. بدین ترتیب سیستم صاعقه گیر از عواملی همچون: تخریب فلزی، آتش سوزی و آسیب پذیری نیروی انسانی جلوگیری می کند.

حفاظت ثانویه:

علاوه بر خطرات اشاره شده در بالا، برخورد مستقیم صاعقه موجب القا شوک های الکتریکی در خطوط انتقال می گردد. با توجه به رشد روزافزون استفاده از تجهیزات الکترونیکی در زندگی روزمره میزان اهمیت آن بیشتر می گردد. بنابراین برای حفاظت از این سیستم ها و کنترل شوک ها، باید از حفاظت کننده های اضافه ولتاژ یعنی برقگیر مطابق استاندارد IEC 61643 و IEC 61024 استفاده نمود.

ارزیابی احتمال برخورد صاعقه:

احتمال برخورد صاعقه به یک ساختمان، به حجم ساختمان و شدت صاعقه وابسته است.

تعداد برخورد مستقیم صاعقه مورد انتظار به ساختمان (Nd):

با توجه به استاندارد  NFC17-102 و  IEC 61024-1-1 از رابطه زیر بدست می آید:

untitled

که:

Ae مساحت تجمیعی معادل ساختمان می باشد که برابر سطح زمینی است که احتمال برخورد مستقیم صاعقه به آن در سال برابر با احتمال برخورد مستقیم صاعقه به ساختمان مورد نظر می باشد و برابر سطحی است که از برخورد خطوط با زاویه شیب 30 درجه در همه جهات ساختمان با گذر از بالای ساختمان و سطح زمین ایجاد می گردد و از رابطه زیر بدست می آید:

untitled

که L، W و H به ترتیب طول، عرض و ارتفاع بر حسب متر می باشد.

Ng چگالی فلاش صاعقه، متوسط شدت صاعقه سالیانه در ناحیه ای است که ساختمان در آن قرار گرفته است (تعداد دفعات صاعقه در هر کیلومتر مربع در هر سال) این مقدار معمولا از نقشه های مربوطه چگالی برخورد صاعقه آن منطقه مشخص می گردد. در صورتی که این نقشه ها در دسترس نباشند، Ng از رابطه زیر تخمین زده می شود:

untitled

که:

Td تعداد روزهای طوفانی در سال می باشد.

C1 ضریب محیط با توجه به استاندارد NFC 17-102 می باشد که در جدول زیر آمده است.

untitled

تعداد قابل قبول برخورد سالیانه صاعقه (Nc):

جهت محاسبه Nc از رابطه زیر استفاده می گردد:

untitled

قبل از محاسبه مقدار Nc باید پارامترهای زیر را که در محاسبه Nc به کار می روند محاسبه نمود.

1- نوع مصالح ساختمان (C2)

untitled

2- محتویات ساختمان (C3)

untitled

3- مسکونی یا غیر مسکونی بودن ساختمان (C4)

untitled

4- اثرات برخورد صاعقه به ساختمان (C5)

untitled

انتخاب سطح حفاظت:

پس از محاسبه مقادیر Nd و Nc، می توان نیاز به حفاظت و همچنین سطح حفاظتی لازم را برای سازه ای خاص تعیین نمود.

- اگر Nd< Nc باشد، در این صورت نیاز به نصب صاعقه گیر نمی باشد.

- اگر Nd ≥ Nc باشد، در این صورت سیستم صاعقه گیر بایستی نصب گردد و سطح حفاظتی مورد نیاز از روی فرمول و جدول زیر تعیین می گردد:

untitled

untitled

نرم افزار مورد استفاده در زمینه محاسبه سطح حفاظت INDELEC می باشد که صفحه اصلی آن در شکل زیر نشان داده شده است:

11111

untitled

مطالب کامل تر در زمینه سیستم صاعقه گیر و آموزش نرم افزار و نیز چگونگی انجام محاسبات در فایل اصلی مقاله موجود می باشد.