بررسی انواع سیستم های حفاظتی صاعقه گیر ساختمان

نصب صاعقه گیر ساختمان به دلیل جلوگیری از خسارات احتمالی

در این مقاله کاربردی قصد داریم شما را با سیستم های حفاظتی صاعقه گیر ساختمان آشنا سازیم. ابتدا بایستی بدانیم که صاعقه چیست و چگونه رخ می دهد. زمانی که هوا طوفانی می شود به دلیل حرکت ابرهای باردار، بارهای الکتریکی زیادی در ابرها ذخیره می شود که شامل انرژی و ولتاژ عظیمی می باشد.

این ابرهای باردار در کوتاه ترین زمان ممکن تخلیه شده و به سمت زمین فرود خواهند آمد. بر اساس آزمایشات علمی صورت گرفته، ولتاژ صاعقه تا صد میلیون ولت تخمین زده شده است که با قدرت سرسام آوری در کسری از ثانیه به زمین می رسد. جریان و سیستم صاعقه به صورت مستقیم (DC) است، اما به خاطر اثر دندانه ای که دارد بسیاری آنرا با سیستم های فرکانسی و متناوب اشتباه می گیرند. صاعقه یکی از خطرات طبیعی می باشد که عدم توجه به آن می تواند خسارات غیر قابل جبرانی را به همراه داشته باشد.

انواع سیستم های صاعقه گیر ساختمان

 صاعقه گیر ساختمان به دو صورت پسیو و اکتیو می باشند.

سیستم های صاعقه گیر پسیو شامل میله های ساده، سیمهای هوایی و هدایت کننده های مش هستند؛ سیستم های صاعقه گیر الکترونیکی یا اکتیو فقط در برخی از کشورهای محدود اروپایی کاربرد دارد؛ سیستم های صاعقه گیر الکترونیکی خازنی در میان سیستم های اکتیو از بقیه متداول تر می باشد؛ سیستم های صاعقه گیر دیگری در زمره سیستم های اکتیو قرار می گیرند که کمتر مورد استفاده قرار می گیرند؛ از جمله این سیستم های صاعقه گیر می توان به سیستم های لیزری، الکترواستاتیک و رادیو اکتیو اشاره نمود. سیستم های رادیو اکتیو به دلیل آلودگی های هسته ای به مرور حذف شده است و سیستم های لیزری نیز هنوز به بازار عرضه نشده اند.

مکانیزم های پیشگیری از صاعقه

یک سیستم بسیار جالب وجود دارد که از بروز صاعقه جلوگیری می کند. بایستی بدانیم که صاعقه زمانی رخ می دهد که ابرهای دارای بار الکتریکی منفی در آسمان وجود داشته باشند. حال اگر در زمین تجمع بارهای مثبت وجود داشته باشد یک تونل بین آسمان و زمین ایجاد شده و انرژی شدید آن تخلیه خواهد شد. سیستم پیشگیری از صاعقه به گونه ای عمل می کند، که از تجمع بارهای الکتریکی مثبت در ساختمان ممانعت به عمل آورده و این بارها را پراکنده می سازد. به این صورت عملا احتمال امکان برخورد صاعقه را به صفر می رساند.

بخش های داخلی و خارجی حفاظت در برابر صاعقه

سیستم های حفاظتی صاعقه گیر ساختمان شامل دو بخش کلی داخلی و خارجی می باشند. در بخش حفاظت خارجی ایمنی سازه یا ساختمان در برابر برخورد مستقیم صاعقه تضمین می گردد؛ در بخش حفاظت داخلی نیز وسایل و ابزار الکترونیکی موجود در ساختمان در برابر نوسانات به وجود آمده توسط صاعقه محافظت می شوند.

حفاظت خارجی به این گونه عمل می شود که میله های صاعقه گیر بر روی بام ها نصب می شوند و با استفاده از هادی های نزولی جریانات ناشی از صاعقه به سمت زمین سوق داده می شود؛ در نهایت سیستم ارت (زمین) جریان صاعقه دریافت شده را بایستی در کوتاه ترین مسیر در سطح زمین پخش کند.

در بخش حفاظت داخلی نیز تمام وسایل الکترونیکی داخل ساختمان بایستی به سیستم ارت وصل شوند. همچنین تجهیزات و وسایل الکترونیکی بایستی در فاصله ای ایمن نسبت به سیستم صاعقه گیر خارجی قرار داشته باشند. بایستی بدانیم هنگامی که یک صاعقه از طریق سیستم صاعقه گیر خارجی دریافت می شود، جریانی که از هادی نزولی عبور می کند به دلیل اینکه دارای نوسانات شدید می باشد، هادی های ثابت مانند کابل های اطراف آن را تحت تاثیر قرار می دهد. بر اساس قانون فارادی ولتاژ در این هادی های ثابت ادغام می شود. به این دلیل بایستی تجهیزات search protection device (SPD) را مورد استفاده قرار داد. SPD سایر تجهیزات ساختمان را در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از عبور صاعقه از هادی های نزولی محافظت می کند.

نکات مهم در انتخاب یک سیستم صاعقه گیر ساختمان

برای انتخاب یک سیستم حفاظتی صاعقه گیر ساختمان بایستی برخی موارد مهم را مورد بررسی قرار دهیم. در اولین مرحله بایستی خطرات موجود را مورد ارزیابی قرار دهیم. بایستی تعیین کنیم که ساختمان مورد نظر با توجه به شرایط و پارامترهای موجود، اصلا نیاز به صاعقه گیر دارد یا الزامی به نصب چنین سیستم حفاظتی وجود ندارد. در دومین مرحله باید نوع سیستم صاعقه گیری که نیاز داریم را انتخاب نماییم. با توجه به شرایط می توان صاعقه گیرهای پسیو یا اکتیو را انتخاب نمود. در مرحله سوم بایستی بررسی کنیم که صاعقه گیر انتخاب شده چه شعاعی را به ما پوشش می دهد.

سیستم های صاعقه گیر پسیو

اولین روش استفاده از میله های ساده می باشد. این میله ها بایستی به صورت تجمعی استفاده شوند و در فواصلی منظم نسبت به همدیگر قرار گیرند. پیرامون هر کدام از میله ها شعاع حفاظتی وجود خواهد داشت. به این صورت سازه تحت حفاظت قرار خواهد گرفت. جنس میله ها می تواند از فولاد یا مس باشد، البته پیشنهاد می شود در محیط هایی که خورندگی زیاد است از فولاد استفاده شود.

سیمهای هوایی که تحت روشی به نام guard wire نصب میشوند، بیشتر برای ساختمان هایی که ریسک بالایی دارند و احتمال انفجار در آنها وجود دارد مورد استفاده قرار میگیرد. در چنین ساختمان هایی امکان نصب صاعقه گیر بر روی سازه امکان پذیر نیست. برای چنین ساختمان هایی بایستی در فواصل ایمن پایه هایی نصب گردد و از طریق سیم گارد این پایه ها متصل شوند. در نهایت باید از طریق محاسبات و بررسی شعاع پوششی تضمین شود که ساختمان در چتر پوششی قرار گرفته باشد.

روش بعدی در سیستم های پسیو استفاده از شبکه مش می باشد. در این روش از طریق هادی های صاعقه گیر بدون اینکه از میله های صاعقه گیر استفاده شود، شبکه هایی با ابعاد مشخص بر روی سطح سازه ایجاد می گردد. در زمان برخورد صاعقه جریان از طریق این شبکه ها به زمین منتقل می شود. شبکه های مش برای سازه ها و ساختمان هایی استفاده می شوند که مسطح هستند یا دارای شیب ملایمی هستند.

سیستم های صاعقه گیر اکتیو

سیستم های صاعقه گیر ساختمان اکتیو یا الکترونیکی نوع دیگری از سیستم های حفاظتی می باشند که کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سیستم های صاعقه گیر اکتیو بر اساس یونیزه کردن فضای پیرامون خود صورت می گیرد. قبلا هم توضیح داده شد که در زمان صاعقه ابرها دارای بار منفی و سطح زمین از بارهای مثبت تشکیل شده است. در این میان یک تونل ارتباطی بین ابر و زمین لازم است تا صاعقه به طرف زمین هدایت شود.

سیستم های حفاظت در برابر صاعقه اکتیو زمانی حرکت صاعقه به طرف پایین شروع می شود، یک ردیاب وجود دارد که این اتفاق را تشخیص می دهد. در چنین حالتی از طریق یک مولد، پالس های high voltage به سمت صاعقه فرستاده می شود. به این ترتیب محیط کاملا یونیزه می شود و تونلی برای دریافت بارهای صاعقه ایجاد می شود. این تونل جریان صاعقه را به سمت زمین تخلیه می نماید. صاعقه گیرهای الکترونیکی به سرعت نسبت به صاعقه واکنش نشان می دهند. در این سیستم ها قبل از اینکه صاعقه به ساختمان برخورد کند از فاصله بسیار زیادی از طریق جریان ساز بالا رونده، صاعقه را دریافت و به زمین منتقل میسازد.

مژده شمس

نویسنده