با زياد شدن جوامع بشري و ايجاد ساختمانها و برجهاي بلند و آسمان‌خراشها درمناطق مرتفع و تحولات شگرد در صنعت ساخت و ساز، تكامل و پيشرف دراين صنعت بوجود آمده و همچنين رشد روزافزون و سريع تكنولوژي، ارايه و ابداع روشهاي جديد در صنايع مي‌توان از تحديد خطرات و حوادث طبيعي گوناگون در محيط فعاليت زندگي ما (محيط كار، منازل و …) بطور كلي در همه‌جا جلوگيري كنيم. خطراتي كه بر اثر ساخت و ساز درمناطق مرتفع ساختمانها راتحديد مي‌كند مهندسان و كارفرمايان را متوجه اين حوادث و صدمات كرده كه با هماهنگي متخصصان روبه كاهش است. اين واقعيت را نمايانگر مي‌سازيم كه نياز شديد و اصولي به فراگيري و رعايت كامل ايمني و حفظ ساختمانها در مناطق مرتفع را داريم تا خود و ديگران را در برابر اين همه خطرات و سوانح طبيعي حفظ كنيم واين معلومات و راه و روش صحيح براي پيشگيري و چاره‌انديشي را فرا گيريم كه از اين حوادث طبيعي (صاعقه) جان سالم بدر ببريم. صاعقه چيست و چگونه بوجود مي‌آيد؟ صاعقه يكي از اصرارآميز‌ترين پديده‌هاي خلقت است كه در عين زيبايي بسيار مخرب بوده و در طول تاريخ زندگي انسان، موجب ضرر و زيان مالي و جاني بسياري شده است صاعقه از تخليه الكترواستاتيكي ميان ابر و زمين بوجود مي‌آيد. در ابرهايي از نوع كومولونيمبوس (كه گاه تا 18 كيلومتر ارتفاع و چندين كيلومتر عرض دارند) طي مراحلي ذرات آب داراي بار منفي و ذرات يخ داراي بار مثبت شده بطوري كه (عموماً) بارهاي منفي در لايه‌هاي زيرين و بارهاي مثبت در بخشهاي فوقاني ابر متمركز مي‌شوند. در اين حالت بارهاي مثبت سطح زمين نيز، در زير سايه ابر مجتمع مي‌شوند.
با افزايش پتانسيل الكتريكي ابر نسبت به زمين، يك جريان پيشرو از الكترونها با حركتي نردباني شكل از ابر به سوي زمين (downward leader) سرازير شده و كانال اوليه صاعقه را شكل مي‌دهد. هواي اطراف اين كانال كاملاً يونيزه است اين پلكان كه گاه طول شاخه‌هاي آن به 50 متر مي‌رسد، بار زيادي را در نوك پليكان با خود حمل كرده و موجب افزايش شدت ميدان الكتريكي جو وشكست مقاومت عايقي هوا مي‌شود. در اين حالت سرعت حركت كانال نزديك شونده به زمين بيش از 300km/s است. در اين زمان با افزايش شدت ميدان الكتريكي در سطح زمين، يك جريان الكتريكي بالا‌رونده (upward leader) نيز از زمين به سوي ابر پيش مي‌رود پس از اصابت اين دو پليكان به يكديگر، كانال جريان بسته شده و ضربه اصلي صاعقه (retum stroke) اتفاق مي‌افتد و بدين ترتيب جهت خنثي بارهاي ابر و زمين، جريان بسيار زيادي در مدت كوتاهي در اين كانال برقرار مي‌شود. صاعقه در انواع مختلف اتفاق مي‌افتد كه متداولترين آنها (90 درصد) از نوع صاعقه منفي نزولي و خطرناكترين آنها نوع مثبت صعودي است.
صدمات
اصولاً بشر تا قبل از تجربه شخصي حدود سانحه، كمتر به دنبال علت وقوع آنها بوده است اما خسارات زياد و مكرر از اثرات اوليه (ضربه‌هاي مستقيم) و ثانويه (ميدانهاي الكترومغناطيسي) صاعقه امروز به حدي رسيده است كه توجه و راهكارهاي جدي را مي‌طلبد شايد اولين دليل بروز اين حوادث، عدم آگاهي از روشهاي صحيح حفاظت است مضافاً اينكه اغلب بدليل ادعاهاي واهي برخي فروشندگان صاعقه‌گير تصور مي‌شود كه داشتن يك صاعقه‌گير در خارج ساختمان (كه تنها از وقوع جرقه و تخريب فيزيكي ساختمان جلوگيري مي كند) مي‌تواند كليه تجهيزات برقي و الكترونيكي داخل ساختمان رانيز حفاظت كند، در صورتي كه چنين نيست.
ظرف ده سال گذشته استانداردهاي جهاني به ما اين امكانات را داده‌اندكه طراحيهاي مناسبي با رعايت اصول قوانين emc انجام دهيم. امروزه وسايل و تجهيزاتي كه براي يك زندگي ساده تدارك ديده شده پر از مدارهاي الكترونيكي است. وسايل خانگي، كامپيوتر، فاكس، بي‌سيم، تلويزيون، تلفن، شبكه‌هاي اطلاعاتي جهاني،همه و همه از مدارهاي الكترونيكي ساخته شده‌اند كه گران بوده و تعميرات آنها نيز آسان نيست و گاهي از خط خارج شدن آنها مصادف با خسارتهاي غيرقابل جبران است.
عواملي را كه مي‌توانند شديداً تجهيزات نامبرده بالا يا بطور كلي هر وسيله ديگري را كه مدارهاي الكترونيكي در آنها به كار رفته باشد به خطر انداخته يا غيرقابل استفاده كنند، عبارتند از:
كوپلاژ مقاومتي
وقتي كه صاعقه به ساختماني ضربه مي‌زند جرياني كه به زمين تخليه مي‌شد پتانسيل زمين را در سيستمهاي برق و ديتا، تا چند صد كيلوولت افزايش مي‌دهد. اين امر موجب مي‌شود بخشي از جريان صاعقه از طريق هاديهاي ورودي- خروجي، به ساختمانهاي ديگر منتقل شود.
كوپلاژ سلفي (مغناطيسي)
عبور جريان صاعقه از يك هادي و يا از كانال تخليه خود، ايجاد يك ميدان مغناطيسي مي‌كند. وقتي كه خطوط ميدان، هاديهايي را كه تشكيل لوپ داده‌اند قطع كند، در آنها ولتاژي معادل چند ده كيلوولت القاء مي‌شود.
كوپلاژ خازني (الكتريكي)
كانال صاعقه در نزديكي نقطه تخليه، يك ميدان شديد الكتريكي ايجاد مي‌كند. كابلها و هاديها مانند خازن و هوا نيز عايق دي‌الكتريك آنهاست. بدين صورت عليرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان كابلها تحت يك ولتاژ بالا قرار مي‌گيرند.
اصول حفاظت از صاعقه
حفاظت يك ساختمان بطور كامل شامل موارد زير مي‌شود:
حفاظت جلد خارجي ساختمان از ضربه‌هاي مستقيم صاعقه.
حفاظت داخلي و تجهيزات نصب شده در ساختمان در مقابل آثار ثانويه صاعقه
الف- حفاظت جلد خارجي ساختمان
منظور از حفاظت خارجي، حفظ بدنه و استراكچر ساختمان از آتش‌سوزي و انهدام در اثر اصابت صاعقه است. كليه تجهيزاتي كه جهت جذب وهدايت صاعقه از پشت بام تا شبكه زمين نصب مي‌شوند طبق استاندارد BS6651, NFC17-102, NFC17-100, DINVDEO185 و NFPA780 و IEC61024 شناسايي مي‌شود.
ب- حفاظت تجهيزات نصب شده در داخل ساختمان
توسعه كاربرد سيستمهاي الكترونيكي درجهان، موجب افزايش شديد آمار صدمات وارده به اين دستگاهها در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهاي ناشي از آن شده است. لازم به ذكر است كه تنها بخشي از اضافه ولتاژها در اثر صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشي از عمليات سوئيچينگ و حوادث تغذيه است. براي اين بخش از حفاظت، كاهش اثر ميدانهاي الكترومغناطيسي ناشي از صاعقه، مدنظر قرار مي‌گيرد.
پس از برخورد صاعقه به زمين يا ساختمان، وسايل الكترونيكي داخل ساختمانهايي كه شعاع 1/5 كيلومتري از محل برخورد و در محدوده ميدان الكترومغناطيسي ايجاد شده قرار دارند در معرض خطر خواهند بود.
حفاظت موثر اين تجهيزات در مقابل ولتاژهاي القايي حاصله وقتي امكان‌پذير است كه كليه سيستمهاي حفاظت داخلي همراه با حفاظت خارجي ساختمان تماماً نصب شده باشند.
حفاظت داخلي از صاعقه عبارت است از تهيه وسايلي كه به كمك آنها بتوان اثر ولتاژهاي القائي حاصله از جريان‌هاي صاعقه را، بر روي تجهيزات داخل ساختمان خنثي كرد.
برق‌گير يا رساناي آذرخش
برق‌گيري يا رساناي آذرخش، ساختمانهاي بلند را از يورش آذرخش (صاعقه) مصون مي‌دارد. يك رساناي آذرخش ازيك نوار مسي كلفت تشكيل شده است كه نوك‌هاي فلزي تيزي دارند و در بالاي بلندترين قسمت ساختمان كار گذاشته مي‌شود. اين نوار را به تيغه فلزي بزرگي كه در اعماق مرطوب زمين زير ساختمان مدفون گشته است متصل مي‌كنند.
اين رسانا مسيري را براي شارش بار الكتريكي از بالاي ساختمان به زمين فراهم مي‌كند.
نشست تدريجي بار مثبت از نوكها (تخليه الكتريكي از نوك‌هاي تيز بهتر انجام مي‌شود) بسوي ابرها و شارش الكترونها از برق‌گير به زمين، از انباشته شدن انبوه بار روي بلندترين بخشهاي ساختمان جلوگيري مي‌كند. اگر اين تخليه الكتريكي از نوكها و از طريق برق‌گيري صورت نگيرد تخليه ناگهاني بار «آذرخش» صورت خواهد گرفت.
شارش ناگهاني و بسيار عظيم بار كه آذرخش روي مي‌دهد آن قدر انرژي دارد كه مي‌تواند خسارتهاي جدي به ساختمان وارد كند.
راهنماي استفاده از LOM در شبكه زمين سطحي
– كانالي به عرض 30-20 سانتيمتر و عمق 75 سانتيمتر به طول مورد نظر حفر كنيد. اگر عمق نفوذ يخ‌زدگي خاك بيشتر از 75 سانتيمتر باشد بايد كانال عميقتر و تا زير لايه يخ‌زدگي حفاري شود كف كانال را به ضخامت 10 سانتيمتر از LOM مخلوط پر كنيد.
– سيم يا تسمه مسي را روي اين لايه بخوابانيد.
– روي سيم را به ضخامت 10 سانتيمتر با مخلوط LOM بپوشانيد مراقب باشيد كه هادي بطور كامل پوشانده شود و اگر هادي پوشانده نشد ضخامت LOM را افزايش دهيد. بقيه كانال را با خاك پر كنيد.
– با در نظر گرفتن حجم حفاري وشرايط فوق براي هر متر طول حداقل به سه كيسه LOM نياز خواهد بود باتغيير ابعاد كانال يا ضخامت LOM مصرفي مقدار مورد LOM تغيير مي‌كند.
راهنماي استفاده در نصب ميله ارت (شبكه زمين عمودي)
– حفره‌‌هاي به قطر 15-25 سانتيمتر و به عمق 15 سانتيمتر كمتر از طول ميله ارت حفر كنيد.
– ميله ارت را در وسط حفره طوري بكوبيد كه سر ميله ارت 10 سانتيمتر پايين‌تر از لبه حفره واقع مي‌شود.
– مخلوط LOM را پيرامون ميله تخليه كنيد و اين كار را تا 20 سانتيمتر پايين‌تر از لبه فوقاتي ميله ارت ادامه دهيد.
– اتصالات لازم را به ميله ارت انجام دهيد بعد دريچه بازديد را نصب كنيد و يا حفره را كاملاً پر كنيد.
– در حين پر كردن حفره ضروري است هر يك متر كه با LOM پر مي‌شود مقداري از آب داخل حفره تخليه شود اين عمل فشردگي و چسبندگي لايه‌ها را به ميله ارت افزايش مي‌دهد.
– در اين حالت براي هر متر عمق حفره بين يك تا سه كيسه LOM مورد نياز است.
راهنماي استفاده در نصب صفحه مسي چاه ارت (شبكه زمين سنتي)
– حفره‌اي به قطر تقريبي 50 سانتيمتر به عمق مورد نياز حفر كنيد.
سيم ارت يا تسمه مسي را حداقل در دو نقطه توسط روش cadweld به صفحه متصل كنيد.
– صفحه ارت را به صورت عمودي در انتهاي حفره قرار دهيد.
– مخلوط lom را در داخل چاه طوري تخليه كنيد كه ضمن فشردگي مناسب تا 20 سانتيمتر بالاي سطح صفحه را بپوشاند.
– براي پر كردن مابقي حفره lom را به نسبت يك به سه با خاك حفره يا خاك رس مخلوط كرده و حفره را با مخلوط فوق پر كنيد.
– در صورت نياز دريچه بازديد را نصب كرده و هادي بيرون آمده از چاه را با هادي سيستم زمين متصل كنيد.
– براي فشردگي بيشتر خاك اطراف هادي صفحه و كيفيت مناسبتر پس از هر متر كه با مخلوط lom پر مي‌شود مقدار مناسب آب اضافه كنيد.
براي پر كردن چاه ارت با مشخصات فوق در يك متر اوليه 10 كيسه و براي هر متر بعد از آن براي مخلوط كردن با خاك حفره سه كيسه lom مورد نياز است.
توجه 1- اگر شبكه سطحي، حفره ميله يا چاه ارت در مسير حركت سفره‌هاي آب زيرزميني يا فاضلاب آب باران باشد بايد كف آن توسط سيمان يا مخلوط سيمان و lom بتونه كاري شود كه مخلوط حاضر توسط آب جاري شسته نشود.
توجه 2- در جايي كه مقاومت مخصوص خاك (P) كمتر از m20 اهم باشد چنانچه قصد داريد lom را با خاك مخلوط و مصرف كنيد مناسبترين نوع تركيب از نظر تكنيكي و اقتصادي با نسبت حجمي به شرح زير پيشنهاد مي‌شود:
60 درصد خاك
30 درصد lom
10 درصد آب
براي مخلوط كردن صحيح اقلام فوق بايد موارد به ترتيب زير با هم مخلوط شوند تا بهترين نتيجه از يك مخلوط يكنواخت حاصل شود.
اول lom، دوم خاك، سوم آب
توجه 3- لطفاً عنايت فرماييد تاثير نهايي مواد كاهنده بصورت فوري قابل حصول نيست و براي دسترسي به نتيجه قطعي بايد بين يك تا شش ماه صبر و تحمل داشته باشيد.
توجه 4- بازديد و تست دوره‌اي سيستم زمين را فراموش نفرماييد نصب دريچه بازديد كار تست و بازرسي دوره‌اي را تسهيل مي‌كند.
توجه 5- محل اتصال الكتريكي سيستم زمين به شبكه ارت سطحي يا چاه ارت زير زمين معمولاً به عنوان نقطه آزمايش سيستم در داخل دريچه بازديد قرار دارد محل تماس الكتريكي توسط نوار چسب عايق ضد خوردگي، خمير هادي حفاظت شود.
ماهنامه صنعت برق