حفاظت سیستمها در برابر (صاعقه)

  

         بسمه تعالی

حفاظت سیستمها در برابر

( صاعقه )

فهرست

مقدمه    ………..……………………………………………………       1

صاعقه چیست و چگونه بوجود می آید    ….…..…………………….         2    

صدمات   …………………………………………………….        3

اصول حفاظت از صاعقه ……..………………………………….         5

برق گیر یا رسا نای آذرخش …………………………………….           6

راهنمای استفاده از lom   ……………….……………………….        8         

راهنمای استفاده در نصب میله ارت (شبکه زمین عمودی ) ….…..…. ...........        9

راهنمای استفاده نصب میله مسی چاه ارت  (شبکه زمین سنتی ) ............................   10

منابع  …...…………………………………………………         14

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 .

برق گیر یا رسانای آذرخش

برق گیر یا رسانای آذرخش ، ساختمان های بلند را از یورش آذرخش ( صاعقه ) مصون می دارد . یک رسانای آذرخش از یک نوار مسی  کلفت تشکیل شده است که نوک های فلزی تیزی دارند (شکل در صفحه بعد ) و در بالای بلندترین قسمت ساختمان کار گذاشته می شود .این نوار را به تیغه فلزی بزرگی که در اعماق مرطوب زمین زیر ساختمان مدفون گشته است متصل می کنند .

این رسانا مسیری را برای شارش بار الکتریکی از بالای ساختمان به زمین فراهم میکند .

نشست تدریجی بار مثبت از نوکها ( تخلیه ی الکتریکی از نوک های تیز بهتر انجام میشود ) بسوی ابرها و شارش الکترونها از برق گیر به زمین ، از انباشته شدن انبوه بار روی بلندترین بخشهای ساختمان جلوگیری می کند . اگر این تخلیه ی الکتریکی از نوکها و از طریق برق گیر صورت نگیرد تخلیه ناگهانی بار (( آذرخش)) صورت خواهد گرفت .

شارش ناگهانی و بسیار عظیم بار که آذرخش روی می دهد آن قدر انرژی دارد که می تواند خسارتهای جدی به ساختمان وارد کند .

                                          LOM

راهنمای استفاده از LOM  در شبکه زمین سطحی

1- کانالی به عرض 20-30  سانتیمتر و عمق 75  سانتیمتر به طول مورد نظر حفر کنید . اگر عمق نفوذ یخ زدگی خاک بیشتراز  75 سانتیمتر باشد  باید   کانال عمیق ترو تا زیر لایه  یخ زدگی  حفاری شود کف  کانال را به ضخامت 10 سانتیمتر از LOM مخلوط پر کنید

-2 سیم یا تسمه مسی را روی این لایه بخوابانید .

-3 روی سیم را به ضخامت 10 سانتیمتر با مخلوط  LOM بپوشانید مراقب باشید که هادی بطور کامل پوشانده شود و اگر هادی پوشانده نشد ضخامت LOM را افزایش دهید . بقیه کانال را با خاک پر کنید

LOM : مخلوطی از خاک رس و زغال خرد شده و سنگ نمک خرد شده است .

-4 با در نظر گرفتن حجم حفاری و شرایط فوق برای هر متر طول حداقل به سه کیسه LOM  نیاز خواهد بود  با تغییر ابعاد کانال یا ضخامت  LOM مصرفی مقدار مورد  LOM تغییر میکند .

راهنمای استفاده در نصب میله ارت ( شبکه زمین عمودی )

-1 حفرهای به قطر 25-15  سانتیمتر و به عمق 15 سانتیمتر کمتر از طول میله ارت حفر کنید

-2میله ارت را در وسط حفره طوری بکوبید که سر میله ارت 10سانتیمتر پایین تر از لبه حفره واقع می شود

-3مخلوط lomرا پیرامون میله تخلیه کنید و این کار را تا   20سانتیمتر پایین تر از لبه فوقانی میله ارت ادامه دهید .

-4اتصالات لازم را به میله ارت انجام دهید بعد دریچه بازدید را نصب کنید و یا حفره را کاملا" پر کنید

 -5در حین پر کردن حفره ضروری است هر یک متر که با lom پر میشود مقداری آب داخل حفره تخلیه شود این عمل فشردگی و چسبندگی لایه های را به میله ارت افزایش می دهد.  -6در این حالت برای هر متر عمق حفره بین یک تا سه کیسه lom مورد نیاز است

راهنمای استفاده در نصب صفحه مسی چاه ارت ( شبکه زمین سنتی )

-1 حفره ای به قطر تقریبی   50 سانتیمتر به عمق مورد نیاز حفر کنید .

-2سیم ارت یا تسمه مسی را حداقل در دو نقطه توسط روش cadweld  ( شکل)به صفحه متصل کنید .

-3 صفحه ارت را به صورت عمودی در انتهای حفره قرار دهید .

-4 مخلوط lomرا در داخل چاه طوری تخلیه کنید که ضمن فشردگی مناسب تا 20سانتیمتر بالای سطح صفحه را بپوشاند

-5برای پر کردن مابقی حفره lom را به نسبت یک به سه با خاک حفره یا خاک رس مخلوط کرده و  حفره را با مخلوط فوق پر کنید .

-6در صورت نیاز دریچه بازدید را نصب کرده و هادی بیرون آمده از چاه را با هادی سیستم زمین متصل کنید .

-7برای فشردگی بیشتر خاک اطراف هادی صفحه و کیفیت مناسبتر پس از هر متر که با مخلوط lom پر می شود مقدار مناسب آب اضافه نمایید .

-8برای پر کردن چاه ارت با مشخصات فوق در یک متر اولیه 10کیسه و برای هر متر بعد از آن برای مخلوط کردن با خاک حفره سه کیسه lom مورد نیاز می باشد .

توجه –1 اگر شبکه سطحی ، حفره میله یا چاه ارت در مسیر حرکت سفره های آب زیرزمینی یا فاضلاب آب باران باشد بایستی کف آن توسط سیمان یا مخلوط سیمان و   lom  بتونه کاری شود که مخلوط حاضر توسط آب جاری شسته نشود .

توجه –2 در جاییکه مقاومت مخصوص خاک (p ) کمتر از 20 m اهم باشد چنانچه قصد دارید lom را با خاک مخلوط و مصرف کنید مناسبترین نوع ترکیب از نظر تکنیکی و اقتصادی با نسبت حجمی به شرح زیر پیشنهاد می گردد .

  60 درصد خاک

30 درصدlom

 10 درصد آب

 برای مخلوط کردن صحیح اقلام فوق باید موارد به ترتیب زیر با هم مخلوط شوند  تا بهترین نتیجه از یک مخلوط یکنواخت حاصل گردد .

  اول lom ،دوم خاک ، سوم آب

توجه –3  لطفا" عنایت فرمایید تاثیر نهایی مواد کاهنده بصورت فوری قابل حصول نیست و برای دسترسی به نتیجه قطعی باید بین یک تا شش ماه صبر و تحمل داشته باشید .

توجه – 4  بازدید و تست دوره ای سیستم زمین را فراموش نفرمایید نصب دریچه بازدید کار تست و بازرسی دوره ای را تسهیل می کند .

توجه  - 5 محل اتصال الکتریکی سیستم زمین به شبکه ارت سطحی یا چاه ارت زیر زمین معمولا" به عنوان نقطه آزمایش سیستم در داخل دریچه بازدید قرار دارد محل تماس الکتریکی توسط نوار چسب عایق ضد خوردگی ،خمیر هادی حفاظت شود .

بسمه تعالی

خداوند متعال را سپاسگزارم که توفیق عنایت فرمود تا بتوانم مجموعه ای کوچک تحت عنوان (( حفاظت سیستمها در برابر صاعقه  ))را تقدیم علاقمندان نمایم .

مطالب این جزوه با استفاده از شکلها و عکسهایی از قسمتهای مختلف تنظیم شده و خواننده را قادر می سازد تا بیشتر به اهمیت حفاظت بپردازد .

در اینجا لازم میدانم از زحمات استادان ارجمند در مرکز فنی و حرفه ای شاندیز آقایان مهندس فاتحی ،نجفی ، امجدی فر و آقای دلگشا و همچنین از همکاری شرکت موج بر طوس آقای شریعتی و مؤسسه تایپ و تکثیر پویش آقای کریم زاده و کلیه دوستان تشکر نمایم که بیدریغ همه تجربیات ارزنده علمی و عملی خودشان را در اختیارم گذاشتند .

امید است این خدمت کوچک در تامین رفاه خانوادها و همچنین کار آموزان و دانشجویان رشته برق و حفظ ثروت ملی موثر واقع شود .

منابع :

استاندارد های  v d e 0100 –v d e 0675 –I e c 61643 –I e c 61312-1/2/3

کتاب جدولهای و ستر مان –فیزیک سال اول –کتابهای فنی برق