حفاظت در برابر صاعقه

در این بخش اصول حفاظت از تجهیزات موجود در ساختمان از صاعقه ذکر شده است. مسائل ایمنی فردی در این بخش ذکر نشده است.

حفاظت از صاعقه

چگونه پدیده ی صاعقه می تواند تجهیزات الکترونیکی را تحت تاثیر قرار دهد.

مسائل مربوط به حفاظت صاعقه برای تجهیزات الکترونیکی در IEC 62305-4 ذکر شده است.

صاعقه می تواند تجهیزات الکترونیکی را از روش های متفاوتی تحت تاثیر قرار دهد.

• القا ولتاژ مقاومتی

مقاومت خاک وقتی که تحت معرض تخلیه ی الکتریکی شدید رعد و برق قرار می گیرد

( بین 2KA-200KA ) اختلاف پتانسیل الکتریکی بین نواحی مختلفی که باید در حالت نرمال پتانسیل زمین را دارا باشند، ایجاد می کند.

در این حالت وسایل الکترونیکی که به این نواحی مختلف متصل هستند را تحت معرض افزایش ولتاژ ناگهانی قرار می دهد.

این پدیده که با نام “افزایش پتانسیل زمین[1]” شناخته می شود معمولا باعث آسیب

کابل های طولانی مخصوصا کابل های بین ساختمان و تجهیزات می شود.

• القا ولتاژ مغناطیسی

میدان های الکترومغناطیسی ناشی از تخلیه ی صاعقه باعث القا ولتاژ به هادی ها و تجهیزات زمین می شود.

• تزریق جریان به دلیل برخورد مستقیم صاعقه:

احتمال اینکه جریان مستقیما به تجهیزات الکترونیکی و کابل های تحت معرض صاعقه تزریق شود، وجود دارد. این برخوردها نه تنها ممکن است به مدارهای داخلی تجهیزات آسیب وارد کنند بلکه دستگاه های دیگری که با کابل و مسیر های دیگر به این تجهیزات متصل هستند را نیز تهدید می کند. همین موضوع دلیل دیگری بر اهمیت فاصله گذاری بین کابل ها و زمین کردن کابین ها می باشد.

• ترویج میدان الکتریکی:

تمام ناحیه ای که در آن امکان ایجاد صاعقه وجود دارد می تواند تحت معرض میدان الکتریکی تا مقدار 500Kv/m قرار بگیرد وتا فاصله ی حدود صد متر را نسبت به محل ایجاد صاعقه در بر بگیرد و همینطور با نوسان های میدان تا مقدار 500Kv/m همراه است. این میدان ها باعث القا ولتاژ و جریان به هادی ها و تجهیزات می شوند.

• پالس الکترومغناطیسی :

این پدیده ای در فار فیلد است به طوریکه ناشی از صاعقه ی بین ابر-با-ابر و یا صاعقه فاصله دار بین ابر-تا- زمین  ایجاد شود. این مورد تنها می تواند برای هادی های خارجی ای که تحت معرض هستند مشکل ایجاد کند و با استفاده از اقدامات احتیاطی که برای سایر تهدید های صاعقه اتخاذ می شود قابل حل است.

• چندگانگی ضربه ها در یک صاعقه:

یک صاعقه عموما شامل تعداد شاخه های زیاد تخلیه است. این برخوردهای چند گانه می تواند تا 10 بار رخ دهد و مدت زمان آن بیشتر از یک ثانیه طول بکشد. در نظر گرفتن این موضوع برای طراحی نرم افزارهای  تصحیح خطا و ریکاوری سیستم ها مفید است.

نمای کلی از سیستم حفاظت :

اصول طراحی سیستم حفاظت از صاعقه

طراحی این سیستم به منظور امنیت و حفاظت از تجهیزات نیازمند:

• ارزیابی خطر موجود بر اساس میزان احتمال قرارگیری در معرض صاعقه و پذیرش تلفات متعاقب
• طراحی ترمینال شبکه زمین و الکترودهای زمین

یک سیستم  ساده شامل ترمینال هوا ؛ شبکه down-conductor و شبکه ترمینال زمین است، شکل 1 . امکان طراحی یک سیستم محافظی که از سازه حفاظت می کند اما از نظر الکترونیکی از آن ایزوله است وجود دارد. اما سیستمی که اینجا توضیح داده شده است به ساختار متصل است.

شکل 1 اجزای حفاظت از ساختمان

• شبکه ترمینال هوا[2]

شبکه ی ترمینال هوا به منظور قطع ضربه صاعقه و منحرف کردن جریان آن از طریق down-conductor به شبکه زمین ایجاد می شود و از این طریق از تجهیزات در مقابل صاعقه محافظت می کند. این ساختار می تواند یک شبکه مش از جنس مس و یا آلومینیوم باشد که به صورت افقی و یا عمودی روی پشت بام ها و یا خارج دیوار قرار گرفته است. اجزای “طبیعی[3]” موجود مانند ناودان ها، نرده ها یا سقف های فلزی می تواند جزو این مجموعه به شمار آید و یا حتی می توانند جایگزین شبکه هوا شوند.

• Down-conductor

این هادی ها برای جریان ناشی از صاعقه مسیر امپدانس پایینی از ترمینال شبکه هوا تا سیستم الکترود زمین ایجاد می کنند. در واقع باید تعدادی از این هادی ها که با فاصله ی مشخصی ازهم قرار گرفته اند وجود داشته باشد تا جریان صاعقه بین آنها تقسیم شود. ساختارهای فلزی مانند دکل های رادیو یا میله های پرچم می توانند به طور همزمان به عنوان شبکه هوا و این هادی ها قرار گیرند.این هادی ها باید مستقیم و عمودی باشند و در گوشه های ساختار محکم شوند و با فاصله یکسان ازهم قرار گیرند و باید مستقیم ترین فاصله ممکن تا الکترودهای زمین را فراهم کنند.

شبکه ترمینال زمین:

سیستمی شامل الکترودهای زمین است که جریان های صاعقه را در توده ی خاک و یا صخره ی زیر ساختمان مصرف می کنند. تمامی خاک ها و صخره ها هدایت پذیری محدود دارند که مشخص کننده ی کارایی آنها است؛ بنابراین باید ساخت و نگهداری الکترودهای زمین هر دو مورد توجه قرار گیرد. مقاومت شبکه زمین معمولا باید زیر 10 اهم باشد اما بر اساس نیاز این مقدار قابل تغییر است. استانداردهای صاعقه برای هر تجهیز مشخص کننده ی قوانین برای ساخت الکترودهای زمین است.

[1]ground potential rise

[2]Air termination network

[3]Natural