بسمه تعالي

حفاظت سيستمها در برابر

( صاعقه )

فهرست

مقدمه   

صاعقه چيست و چگونه بوجود مي آيد        

صدمات  

اصول حفاظت از صاعقه

برق گير يا رسا ناي آذرخش

راهنماي استفاده از lom          

راهنماي استفاده در نصب ميله ارت (شبكه زمين عمودي )

راهنماي استفاده نصب ميله مسي چاه ارت  (شبكه زمين سنتي ) 

منابع  …..

مقدمه:

ايمني در صنعت ساخت و ساز

با زياد شدن جوامع بشري و ايجاد ساختمانها و برجهاي بلند و آسمان خراشها در مناطق مرتفع و تحولات شگرد در صنعت ساخت و ساز ، تكامل و پيشرفت در  اين صنعت بوجود آمده و همچنين  رشد روز افزون و سريع تكنولوژي ، ارائه 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 همه جا  جلوگيري كنيم  .

خطراتي كه بر اثر ساخت و ساز در مناطق مرتفع  ساختمانها را تحديد ميكند مهندسين و كارفرمايان  را متوجه اين حوادث و صدمات كرده كه با هماهنگي متخصصين  رو به كاهش است . اين  واقعيت را نمايانگر مي سازيم 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 و اين معلومات  و راه و روش صحيح براي پيشگيري و چاره انديشي را فرا گيريم كه  از اين حوادث طبيعي ( صاعقه ) جان سالم بدر ببريم .

صاعقه چيست و چگونه بوجود مي آيد.                   

صاعقه يكي از اصرار آميز ترين پديده هاي 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 مي آيد .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 (عموما")بارهاي منفي در لايه هاي زيرين و بارهاي مثبت در بخشهاي فوقاني ابر متمركز ميشوند . در اين حالت بارهاي مثبت سطح زمين نيز ،در زير سايه ابر مجتمع ميگردند .

               تخليه الكتريكي بين ابر با ابر                تخليه الكتريكي بين ابر و زمين

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 مي دهد .هواي اطراف اين كانال كاملا" يو نيزه است  اين پلكان كه گاه طول شاخه هاي آن به 50 متر ميرسد ،بار زيادي را در نوك پليكان با خود حمل كرده و موجب افزايش شدت ميدان الكتريكي  جو و شكست مقاومت عايقي هوا مي شود . در اين حالت سرعت حركت كانال نزديك شونده به زمين بيش از   300km/s مي باشد .

در اين زمان با افزايش شدت ميدان الكتريكي در سطح زمين ، يك جريان الكتريكي بالا رونده (upward leader  )نيز از زمين بسوي ابر پيش مي رود پس از اصابت اين دو پليكان به يكديگر ،كانال جريان بسته شده و ضربه اصلي صاعقه ( retum stroke  ) اتفاق مي افتد 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 مي افتد كه متداولترين آنها ( 90% ) از نوع صاعقه منفي نزولي و خطرناكترين آنها نوع مثبت صعودي ميباشد.

صدمات

اصولا" بشر تا قبل از تجربه شخصي حدود سانحه ،كمتر به دنبال علت وقوع آنها بوده است اما خسارات زياد و مكرر از اثرات اوليه ( ضربه هاي مستقيم ) و ثانويه (ميدانهاي الكترو مغناطيسي ) 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 مي باشد  مضافا" اينكه  اغلب بدليل ادعاي واهي برخي فروشندگان صاعقه گير تصور ميشود كه داشتن يك صاعقه گير در خارج ساختمان  ( كه تنها از وقوع جرقه و تخريب فيزيكي ساختمان جلوگيري مي كند ) ميتواند كليه تجهيزات برقي و الكترونيكي داخل ساختمان را نيز حفاظت نمايد ، در صورتي كه چنين نيست .

ظرف ده سال گذشته استانداردهاي جهاني به ما اين امكانات را داده اند كه 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 ، بي سيم ،تلويزيون ، تلفن ، شبكه هاي اطلاعاتي جهاني ،همه و همه از مدارهاي الكترونيكي ساخته شده اند كه گران بوده و تعميرات آنها نيز آسان نيست و گاهي از خط خارج شدن آنها مصادف با خسارتهاي غيرقابل جبران مي باشد .

عواملي را كه مي توانند شديدا" تجهيزات نامبرده بالا يا بطور كلي هر وسيله ديگري را كه مدارهاي الكترونيكي در آنها به كار رفته باشد به خطر انداخته يا غير قابل استفاده كنند ، عبارتند از

-1 كوپلاژ مقاومتي

وقتي كه صاعقه به ساختماني ضربه مي زند جرياني كه به زمين تخليه مي شد  پتانسيل زمين را در سيستم هاي برق و ديتا ،تا چند كيلو ولت  افزايش مي دهد .   اين امر موجب مي شود بخشي از جريان صاعقه از طريق  هاديهاي  ورودي –خروجي ، به ساختمانهاي ديگر منتقل شود .

-2 كوپلاژ سلفي ( مغناطيسي )

عبور  جريان  صاعقه  از يك هادي و يا از كانال تخليه خود، ايجاد يك ميدان مغناطيسي

مي نمايد . وقتي كه خطوط ميدان ،هاديهايي  كه تشكيل لوپ داده اند قطع كند ،در آنها

ولتاژي معادل چند ده كيلو ولت القاء ميشود

-3كوپلاژ خازني (الكتريكي)

كانال صاعقه در نزديكي نقطه تخليه ، يك ميدان شديد الكتريكي ايجاد ميكند .كابلهاو هاديها مانند  خازن و هوا نيز  عايق  دي الكتريك آنهاست .  بدين  صورت عليرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان كابلها تحت

يك ولتاژ بالا قرار مي گيرند .

اصول حفاظت از صاعقه

حفاظت يك ساختمان بطور كامل شامل موارد زير مي شود :

·                      حفاظت جلد خارجي ساختمان از ضربه هاي 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 آتش سوزي و انهدام در اثر اصابت صاعقه است . كليه تجهيزاتي كه جهت جذب و هدايت صاعقه از پشت بام تا شبكه زمين نصب مي شوند  طبق استاندارد

DINVDEO 185 ، NFC 17-100 ، NFC 17-102 ، BS 6651 و

NFPA 780  وIEC 61024  شناسايي مي گردد .

ب- حفاظت تجهيزات نصب شده در داخل ساختمان

توسعه كاربرد سيستمهاي الكترونيكي در جهان ، 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 سو ئيچينگ و حوادث تغذيه مي باشد . براي اين بخش از حفاظت ، كاهش اثر ميدانهاي الكترومغناطيسي ناشي از صاعقه ، مد نظر قرار مي گيرد .

پس از برخورد صاعقه به زمين يا ساختمان ، وسايل الكترونيكي داخل ساختمانهايي كه شعاع  1/5 كيلو متري 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 امكان پذير است كه

كليه سيستمهاي حفاظت داخلي همراه با حفاظت خارجي ساختمان  تماما" نصب شده باشند                                                                            

برق گير يا رساناي آذرخش

برق گير يا رساناي آذرخش ، ساختمان هاي بلند را از يورش آذرخش ( صاعقه ) مصون مي دارد . يك رساناي آذرخش از يك نوار مسي  كلفت تشكيل شده است كه نوك هاي فلزي تيزي دارند (شكل در صفحه بعد ) و در بالاي بلندترين قسمت ساختمان كار گذاشته مي شود .اين نوار را به تيغه فلزي بزرگي كه در اعماق مرطوب زمين زير ساختمان مدفون گشته است متصل مي كنند .

اين رسانا مسيري را براي شارش بار الكتريكي از بالاي ساختمان به زمين فراهم ميكند .

نشست تدريجي بار مثبت از نوكها ( تخليه ي الكتريكي از نوك هاي تيز بهتر انجام ميشود ) بسوي ابرها و شارش الكترونها از برق گير به زمين ، از انباشته شدن انبوه بار روي بلندترين بخشهاي ساختمان جلوگيري مي كند . اگر اين تخليه ي الكتريكي از نوكها و از طريق برق گير صورت نگيرد تخليه ناگهاني بار (( آذرخش)) صورت خواهد گرفت .

شارش ناگهاني و بسيار عظيم بار كه آذرخش روي مي دهد آن قدر انرژي دارد كه مي تواند خسارتهاي جدي به ساختمان وارد كند .

                                          LOM

راهنماي استفاده از LOM  در شبكه زمين سطحي

1- كانالي به عرض 20-30  سانتيمتر و عمق 75  سانتيمتر به طول مورد نظر حفر كنيد . اگر عمق نفوذ يخ زدگي خاك بيشتراز  75 سانتيمتر باشد  بايد   كانال عميق ترو تا زير لايه  يخ زدگي  حفاري شود كف  كانال را به ضخامت 10 سانتيمتر از LOM مخلوط پر كنيد

-2 سيم يا تسمه مسي را روي اين لايه بخوابانيد .

-3 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

LOM : مخلوطي از خاك رس و زغال خرد شده و سنگ نمك خرد شده است .

-4 با در نظر گرفتن حجم حفاري و شرايط فوق براي هر متر طول حداقل به سه كيسه LOM  نياز خواهد بود  با تغيير ابعاد كانال يا ضخامت  LOM مصرفي مقدار مورد  LOM تغيير ميكند .

راهنماي استفاده در نصب ميله ارت ( شبكه زمين عمودي )

-1 حفرهاي به قطر 25-15  سانتيمتر و به عمق 15 سانتيمتر كمتر از طول ميله ارت حفر كنيد

-2ميله ارت را در وسط حفره طوري بكوبيد كه سر ميله ارت 10سانتيمتر پايين تر از لبه حفره واقع مي شود

-3مخلوط lomرا پيرامون ميله تخليه كنيد و اين كار را تا   20سانتيمتر پايين تر از لبه فوقاني ميله ارت ادامه دهيد .

-4اتصالات لازم را به ميله ارت انجام دهيد بعد دريچه بازديد را نصب كنيد و يا حفره را كاملا" پر كنيد

 -5در حين پر كردن حفره ضروري است هر يك متر كه با lom پر ميشود مقداري آب داخل حفره تخليه شود اين عمل فشردگي و چسبندگي لايه هاي را به ميله ارت افزايش مي دهد.  -6در 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 )

-1 حفره اي به قطر تقريبي   50 سانتيمتر به عمق مورد نياز حفر كنيد .

-2سيم ارت يا تسمه مسي را حداقل در دو نقطه توسط روش cadweld  ( شكل)به صفحه متصل كنيد .

-3صفحه ارت را به صورت عمودي در انتهاي حفره قرار دهيد .

-4 مخلوط lomرا در داخل چاه طوري تخليه كنيد كه ضمن فشردگي مناسب تا 20سانتيمتر بالاي سطح صفحه را بپوشاند

-5براي 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 .

-6در صورت نياز دريچه بازديد را نصب كرده و هادي بيرون آمده از چاه را با هادي سيستم زمين متصل كنيد .

-7براي فشردگي بيشتر خاك اطراف هادي صفحه و كيفيت مناسبتر پس از هر متر كه با مخلوط lom پر مي شود مقدار مناسب آب اضافه نماييد .

-8براي پر كردن چاه ارت با مشخصات فوق در يك متر اوليه 10كيسه و براي هر متر بعد از آن براي مخلوط كردن با خاك حفره سه كيسه lom مورد نياز مي باشد .

توجه –1 اگر شبكه سطحي ، حفره ميله يا چاه ارت در مسير حركت سفره هاي آب زيرزميني يا فاضلاب آب باران باشد بايستي كف آن توسط سيمان يا مخلوط سيمان و   lom  بتونه كاري شود كه مخلوط حاضر توسط آب جاري شسته نشود .

توجه –2 در جاييكه مقاومت مخصوص خاك (p ) كمتر از 20 m 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 مي گردد .

  60 درصد خاك

30 درصدlom

 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 گردد .

  اول lom ،دوم خاك ، سوم آب

توجه –3  لطفا" 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 دوره اي سيستم زمين را فراموش نفرماييد نصب دريچه بازديد كار تست و بازرسي دوره اي را تسهيل مي كند .

توجه  - 5 محل اتصال الكتريكي سيستم زمين به شبكه ارت سطحي يا چاه ارت زير زمين معمولا" به عنوان نقطه آزمايش سيستم در داخل دريچه بازديد قرار دارد محل تماس الكتريكي توسط نوار چسب عايق ضد خوردگي ،خمير هادي حفاظت شود .

بسمه تعالي

خداوند متعال را سپاسگزارم كه توفيق عنايت فرمود تا بتوانم مجموعه اي كوچك تحت عنوان (( حفاظت سيستمها در برابر صاعقه  ))را تقديم علاقمندان نمايم .

مطالب اين جزوه با استفاده از شكلها و عكسهايي از قسمتهاي مختلف تنظيم شده و خواننده را قادر مي سازد تا بيشتر به اهميت حفاظت بپردازد .

در اينجا لازم ميدانم از زحمات استادان ارجمند در مركز فني و حرفه اي شانديز آقايان مهندس فاتحي ،نجفي ، امجدي فر و آقاي دلگشا و همچنين از همكاري شركت موج بر طوس آقاي شريعتي و مؤسسه تايپ و تكثير پويش آقاي كريم زاده و كليه دوستان تشكر نمايم كه بيدريغ همه تجربيات ارزنده علمي و عملي خودشان را در اختيارم گذاشتند .

اميد است اين خدمت كوچك در تامين رفاه خانوادها و همچنين كار آموزان و دانشجويان رشته برق و حفظ ثروت ملي موثر واقع شود .

منابع :

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

كتاب جدولهاي و ستر مان –فيزيك سال اول –كتابهاي فني برق