سازوکار صاعقه
 

وجود بخار آب، حرارت و هواي گرم باعث ايجاد ابرهاي کلمونيموس مي گردد. اين مدل ابر بسيار گسترده و طول آن بالغ بر 15 کيلومتر و حداقل داراي ضخامت 10 کيلومتر است. گاهي از اوقات وجود ضخامت بالا در وضعيت جوي متلاطم موجب ايجاد دماي تا 65- درجه ي سانتي گراد مي شود. همچنين سرعت حرکت بالاي ابر و دماي ياد شده باعث ايجاد کريستال هاي يخ در لايه بالايي ابر و ذرات ريز آب در لايه هاي پايين گشته و در اثر سرعت ابر، اين دو لايه باردار مي گردند، به نحوي که کريستال هاي يخ بار مثبت و ذرات آب، بار منفي به خود مي گيرند. در اين ميانه لايه ي نسبتاً خنثي (از جنس هواي خشک يا مرطوب) با قطر يک تا 2 کيلومتر، نقش يک جداکننده را در اين سيستم اجرا مي کند (مانند خازن با دو صفحه ي باردار و عايق در ميان که هر چقدر نقش اين جداکننده پر رنگ تر باشد، ظرفيت خازن افزايش مي يابد).
در وضعيت عادي اتمسفر زمين بار (الکتريسته ساکن) حدود 100 ولت بر متر (ارتفاع) را دارا است. در هنگامي که اين سيستم ابر به وجود آمد، بار ساکن اتمسفر زمين افزايش مي يابد و به 15 تا 20 کيلوولت بر متر مي رسد. همچنين حرکت ابر باردار باعث حرکت بار مثبت زمين مي گردد. اين انتقال بار تا آن جا ادامه پيدا مي کند که شدت بار در اتمسفر بين 15 تا 20 کيلو ولت بر متر برسد. در اين حالت به شدت احتمال تخليه بين دو بار مثبت ابر و منفي زمين افزايش مي يابد. تا اين که در محلي با شرايط بهتر (فاصله ي کم تر يا شدت بار بيش تر) تخليه ي الکتريکي انجام مي پذيرد.
در اين حالت بار منفي ابر به سمت بار مثبت زمين انتقال يافته در سطح زمينه يا هادي که به زمين متنصل است، تخليه انجام مي پذيرد. بر طبق برآوردها حدود 96% از صاعقه ها بين ابر و زمين انجام مي پذيرد و 4% مابقي بين ابر با ابر و يا در داخل خود ابر انجام مي پذيرد.

محل صاعقه
 

با چشم غير مسلح نمي توان محل دقيق صاعقه را متوجه شد، اما با دوربين مخصوص فيلمبرداري اين پديده ي قابل ثبت است. در اين حالت صاعقه با سرعت 000/50 کيلومتر بر ثانيه به طرف هدف حرکت و با آن برخورد مي کند. در سيستم هاي معمول برق گير (صاعقه گير) حرکت بار از ابر به سمت زمين و محل اصابت آن روي زمين است. اما به تازگي سيستم هاي توليد شده اند که در هنگام صاعقه، بار مثبت زمين به طرف صاعقه فرستاده مي شود. در اين سيستم ها، مقداري بار تا ارتفاع محدود فرستاده مي شود و محل صاعقه روي زمين نمي باشد، بلکه مقداري بالاتر از زمين است و پس از برخورد صاعقه به بار انتقالي، نقطه ي تلاقي به زمين کشيده مي شود.

آثار صاعقه
 

در اندازه گيري هاي انجام شده، جريان گذاري صاعقه تا حدود 35 کيلوآمپر برآورد شده است. حال با توجه به اين جريان شديد، صاعقه آثار زيان باري بر محيط وارد مي نمايد. در هنگام برخورد صاعقه، در محل برخورد به شدت گاز ازن توليد مي شود؛ همچنين، عبور اين جريان باعث تخريب بافت خاک مي گردد، زيرا حرارت توليدي در اثر عبور جريان بسيار زياد است.
از جمله آثار صاعقه مي توان موارد زير را نام برد:
1- نور شديد در هنگام تخليه
2- صداي شديد به علت تخليه بارها و ايجاد فشار هواي بسيار زياد که اثرات آن تا 10 کيلومتر قابل شنيدن است.
3-اثر حرارتي به علت وجود جريان بالا و يونيزاسيون اتمسفر که در بعضي موارد باعث ايجاد حريق مي گردد.
4- اثر الکتروديناميک: عبور جريان بالا از هادي هاي مجاور باعث ايجاد نيروي شديد بين آن ها مي شود که احتمال تخريب هادي ها يا مواد نگهدارنده ي بين آن ها را باعث مي گردد.
5- اثر الکتروشيميايي: در اثر عبور جريان از هوا و زمين به وجود مي آيد.
6- اثر القائي: در اثر عبور جريان اثر هادي ها به وجود مي آيد.
7- اثر برق گرفتگي: در اثر عبور جريان از بدن اشخاص با حيوانات به صورت مستقيم يا غير مستقيم (ولتاژ قدم) به وجود مي آيد.

آثار مستقيم و غير مستقيم صاعقه بر ساختمان ها
 

از اثرات مستقيم صاعقه بر ساختمان، ايجاد جريان و ولتاژ بالاي لحظه اي و ايجاد خسارات بر خود ساختمان از جمله حريق و شکستن شيشه ها را مي توان نام برد. از اثرات غير مستقيم ايجاد پالس هاي گذرا بر شبکه ي برق، مخابرات و رايانه و ايجاد خسارات بر تمامي تجهيزات الکتريکي و الکترونيکي را مي توان نام برد.

حفاظت ساختمان در مقابل برخورد صاعقه (اثر مستقيم)
 

در اين نوع حفاظت با ايجاد برق گير با امپدانس پايين سعي در جذب کامل صاعقه و ارسال آن به زمين مي شود. بر طبق استاندارد فرانسه چهار نوع برق گير (صاعقه گير) پيشنهاد مي گردد (جدول 1).

الف – برق گير ساده ميله اي SIMPLE ROD LIGHTNING CONDUCTORS (SRL):
 

اين نوع برق گير داراي يک ميله ي بلند است که بر سقف بلندترين محل ساختمان نصب و به زمين متصل مي شودو در هنگام صاعقه، با جذب ولتاژ، جريان توليدي را به زمين منتقل مي کند. اين صاعقه گير به واسطه ي سادگي نصب در ايستگاه هاي راديو، محل آنتن هاي بشقابي، و ساختمان هايي که سطح حفاظتي کوچک دارند توصيه مي شود. سيستم صاعقه گير ميله اي از قسمت هاي زير تشکيل شده است:
1- ميله ي اصلي ودنباله ي آن
2- يک يا چند هادي پايين رونده
3- کلمپ تست که به انتهاي هادي پايين رونده وصل است و ادامه ي آن به سيستم زمين واردمي شود.
4- نوار حفاظتي که به کلمپ تست وصل، حداقل 2 متر روي زمين کشيده و به زمين وارد مي شود.
5- وسايل هم پتانسيل کننده (يا هم بندي) بين سيستم برق گير و سيستم ارت اصلي ساختمان.

ب: سيستم برق گير ESE (گسيل دهنده ي بار به طرف صاعقه)
 

اين نوع برق گير که به وسيله ي کارخانه هليتا و موسسه ي مطالعاتي فرانسه (CNRS) ساخته شده است به عنوان PULSAR شناخته مي شود. وجود فناوري بالا باعث برکارآمدي 100% اين برق گير در جذب صاعقه شده است. در تکنولوژي ساخت اين برق گير، توليد ولتاژ بالا و تنظيم فرکانس در هنگام صاعقه ايجاد يک بار خزنده ي پيشرو (بالا رونده) مي نمايد که همزمان با حرکت صاعقه به سمت بار منفي حرکت مي کند و به فاصله ي کمي از زمين (نسبت به فاصله ي زمين تا ابر) اين دو بار به يکديگر برخورد و بلافاصله محل برخورد به سمت نوک برق گير حرکت و ادامه ي صاعقه از طريق اين ميله به سمت زمين حرکت مي کند. سرعت حرکت اين بار، از برق گير به سمت بالا حدود (يک متر بر ميکروثانيه) است.
زمان برخورد به وسيله ي رابطه ي زير تعريف مي شود. اين رابطه بر اساس فاصله ي بين بارها (محل برخورد و نوک برق گير) و سرعت حرکت بار پيشروي استاتيکي تعريف شده است. در عمل مقدار در آزمايشگاه ر اساس استاندارد NFC17-102 اندازه گيري مي شود.

زمان اصابت يا برخورد صاعقه با بار پيشرو است که معمولاً درآزمايشگاه اندازه گيري مي شود.
مسافتي که بار پيشرو به سمت بالا حرکت مي کند.
V سرعت حرکت بار پيشرو به طرف بالا که معمولاً يک متر بر ميکروثانيه است.
از فرمول بالا مي توان نتيجه گرفت که فاصله ي برخورد صاعقه تا برق گير بستگي به دو عامل سرعت حرکت بار و زمان برخورد دارد. در عمل هر چقدر L بزرگ تر باشد، محل برخورد از محل مورد حفاظت دورتر و حفاظت کامل تر است (يعني محل مورد حفاظت از اثرات صاعقه درامان است).
صاعقه گيرPULSAR مخصوص نصب در ساختمان هاي مرکزي، سايت ها، مراکز صنعتي، تاريخي و زمين هاي بازي روباز است. معمولاً با نصب اين سيستم برق گير اطمينان و قدرت عملکرد بسيار زياد مي شود.

قسمت هاي مختلف صاعقه گير ESE
 

الف: قسمت ميله و سيستم توليد ولتاژ (الکترونيک)
ب: يک يا چند هادي پايين رونده
ج: کلمپ تست که به ازاي هر هادي پايين رونده يک عدد جداگانه نصب مي شود.
د: قسمت هاي محافظ هادي که حداقل 2 متر بر روي زمين نصب مي شود.
ر: الکترودهاي زمين که مخصوص پخش جريان صاعقه بر روي زمين هستند.
ز: اتصالات هم پتانسيل کننده با هم بندي هاي اصلي زمين که به صورت قابل نصب و جدا شونده هستند.
ج) شبکه بندي قفسه اي MESH CAGES
يکي از ساده ترين و کامل ترين راه هاي حفاظت ساختمان در مقابل صاعقه، شبکه بندي قفسه اي است. در اين سيستم پشت بام و بلندترين قسمت هر ساختمان تحت سيم بندي موسوم به قفسه اي (شبکه اي) قرار مي گيرد و به تعداد مشخص هادي پايين رونده در اطراف آن نصب مي گردد. در اين حالت ساختمان و تمام اجزاء هادي هاي آن از خطر صاعقه و امواج الکترومگنتيک آن در امان هستند.
علت استفاده از هادي هاي پايين رونده به خاطر تقسيم جريان صاعقه و کاهش آثار آن است. (شکل 4)

اجزاي سيستم
 

1- هادي هاي شاخکي کوتاه که صاعقه را دريافت مي نمايند و به شبکه انتقال مي دهند.
2- شبکه بندي قفسه اي (مش)
3- هادي هاي پايين رونده
4- شکبه ي زمين (سيستم زمين)
5- اتصالات هم بندي و هم پتانسيل کننده و سيستم تست که قابل مونتاژ است.
د) برق گير با سيستم سيم هوايي STRETCH
در اين سيستم از يک يا چند سيستم هوايي که بر فراز تجهيزات کشيده مي شود و دو طرف آن به شبکه زمين وصل است استفاده مي شود. در استفاده از اين مدل که بيش تر بر روي تجهيزات پست برق و دکل هاي انتقال برق فشار قوي استفاده مي شود، مقاومت سيم هوايي، استقامت مکانيکي در مقابل کشش و عبور جريان صاعقه و ارتفاع سيستم از زمين مورد بحث خواهد بود. معمولاً تمامي برق گيرها بايد قابليت جذب جريان تا 65 کيلوآمپر را داشته باشند.

حفاظت در مقابل اثرات غير مستقيم صاعقه:
 

در هنگام اصابت صاعقه به ساختمان، اثرات جريان القائي آن بر روي کابل هاي کواکسيال، کابل هاي ارتباطي و قدرت باعث ايجاد مشکل خواهد شد. در اين حالت سيستم حفاظتي به نام surge arrester که قدرت جذب جريان تا 65 کيلو آمپر را داشته باشد، توصيه مي گردد.

عيوب مربوطه به عدم هم بندي Equipotential Bounding Defects
 

در هنگام برخورد مستقيم صاعقه، عدم وجود اتصالات و هم بندي صحيح مي تواند باعث ايجاد جرقه ي شديد و در نتيجه ايجاد جريان مخرب بين دو وسيله گردد. بنابراين بايد از هم بندي اجزاي صاعقه گير و عملکرد صحيح آن اطمينان حاصل نمود. به همين خاطر در يک سيستم برق گير، تمامي اجزاء و تجهيزات جانبي شامل شبکه ي مخابرات، IT و ... به وسيله ي يک هم بندي اضافه، به صاعقه گير وصل مي شوند.
ابتدا تمامي تجهيزات يک ساختمان به وسيله ي هم بندي و سيستم حفاظت در مقابل ضربه SUREGE ARRESTER به يک شبکه ي ارت داخلي وصل و درانتهاي شبکه به وسيله قسمت هم پتانسيل کننده به شبکه ي صاعقه گير وصل مي گردند.

فصل سوم
 

استاندارد فرانسه NFC 17-102, NFC 17-100 پيشنهاد مي کند صاعقه گير در سه قسمت مورد بحث قرار گيرد.
1- ارزيابي ريسک صاعقه
2- انتخاب سطح حفاظت و تجهيزات
3- انتخاب تجهيز يا تجهيزات جهت حفاظت

ارزيابي ريسک صاعقه
 

شبکه بندي به صورت مش يا قفسه اي MESHED CAGES
 

در اين روش حداکثر عرض مش ها نبايد از 15 متر تجاوز کند. نصب سيستم برق گير بر اساس موارد زير است:
الف: نصب يک چند ضلعي (معمولاً 4 ضلعي) در پيرامون سقف ساختمان (محيط سقف)
ب: اضافه نمودن هادي هاي متقاطع به شبکه ي اوليه جهت اضافه شدن مش بندي
ج: عبور الزامي هادي از هر برآمدگي در سقف. يعني از هر قسمت که ارتفاع مجزا از سقف دارد، سيستم شبکه به صورت کامل انجام پذيرد و سپس به شبکه ي اصلي متصل شود.
د: شاخک هاي عمودي (Air Terminal) بايد در مرتفع ترين و آسيب پذيرترين نقاط و گوشه ها و نزديک تجهيزات جانبي نصب گردند.
ترتيب و فواصل: فاصله ي 2 ترمينال (شاخک) 30 سانتي متري از 10 متر بيش تر نباشد.
فاصله ي 2 ترمينال (شاخک) 50 سانتي متري از 15 متر بيش تر نباشد.
شاخک (strike air terminal) خارج از چند ضلعي قرار نگرفته و در داخل چند ضلعي باشد.

هادي هاي پايين رو
 

جهت هر ميله ي برق گير ساده يا ESE نياز به يک کنتور (شمارنده ي تعداد صاعقه) وجود دارد. همچنين جهت هر 4 هادي پايين رو و حداقل يک شمارنده نياز است. شمارنده معمولاً در ارتفاع 2 متري بالاي سطح زمين و در انتهاي هادي پايين رو نصب مي شود.

حالت هاي خاص
 

وقتي برق گير (چه از نوع برق گير ساده و چه از نوع ESE) در يک ساختمان نصب مي گردد، به ازاي هر ميله حداقل يک هادي پايين رو نياز است. اما در دو حالت نياز به هادي پايين رو جهت هر ميله است:
الف: نصف عرض ساختمان بيش از ارتفاع ساختمان باشد. B>A دو هادي پايين رو (منظور از نصف عرض ساختمان فاصله ي لبه ي ساختمان تا ميله ي برق گير است).
ب: ارتفاع ساختمان معمولي بيش از 28 متر و يا در دودکش ها يا ساختمان هاي صنعتي بيش از 40 متر باشد.

هادي هاي ساده (برق گيرهاي ساده SRL)
 

در اين گونه سيستم ها به ازاي هر برق گير (ميله)، حداقل يک هادي پايين رو نياز است. در صورتي که ارتفاع ساختمان بيش از 35 متر باشد، حداقل 2 هادي پايين رو جهت هر ميله ي برق گير نياز است. اين دو هادي به دو ديوار مختلف نصب مي گردند. همچنين در ساختمان هاي مهم و پر رفت و آمد نيز براي ميله ي برق گير 2 هادي پايين رو نياز است.

هادي هاي برق گير (صاعقه گير) SRC و ESE
 

قاعده ي کلي در برق گيرها آن است که بالاترين نقطه ي هرهادي يا برق گير شاخکي بيش ترين احتمال اصابت صاعقه را دارد. بر طبق سفارش استاندارد، سر برق گير بايد حداقل 2 متر از تمام نقاط ساختمان (پشت بام، تجهيزات فلزي و جانبي) بلندتر باشد. در اين حالت بهتر است برق گير در بالاترين نقطه ي ساختمان نصب گردد. همچنين محل صاعقه گير با توجه به تجهيزات جانبي و فواصل مجاز از بدنه هاي فلزي انتخاب مي شود.
جهت افزايش طول صاعقه گير، استفاده از ميله ي واسطه با جنس مخصوص لازم است. شرکت هليتا واسطه ي صاعقه گيرهاي ميله اي در طول هاي کلي 75/5 و 5/7 متر را جهت افزايش طول صاعقه گير به بازار ارائه داده است. اين ميله ها از جنس فولاد ضد زنگ هستند.
در زمين هاي ورزشي، استخرها و کمپينگ مي توان از سيستم ESE استفاده نمود. جهت محاسبه ي ريسک و سطح پوشش استفاده، از نرم افزار Helita استفاده مي شود. همچنين تمهيدات ويژه اي جهت نصب برق گير در نزديکي دودکش هاي فلزي و تجهيزات ديگر در نظر گرفته مي شود. در صورتي که هواي محل نصب داراي گازهاي خورنده يا دودهاي اسيدي – کربني باشد، بايد فاصله ي مناسب نصب در نظر گرفته شود. فاصله ي 50 سانتي متر از تجهيزات فلزي مانند دودکش فاصله ي مناسبي است.
در ساختمان هايي که بيش از يک صاعقه گير ميله اي (ESE يا SRC) در پشت بام آن ها نصب شده باشد و در صورتي که مانع بيش از 5/1 ارتفاع بين آن ها نباشد، بايد تمامي صاعقه گيرها به يکديگر متصل شوند. در صورتي که بين هر کدام از آن ها مانع بلندتر از 5/1 متر باشد، نبايد به يکديگر متصل گردند.
در انتخاب هادي هاي مربوط به صاعقه گير، چه هادي شبکه بندي و يا پايين رو، استفاده از سطح مقطع کم تر از 3×30 ميلي متر و استفاده از هادي هاي گوشه دار و نوک دار ممنوع است.

آنتن هاي تلويزيون و راديو
 

با موافقت کاربر آنتن ها، مي توان تمامي تجهيزات صاعقه گير را بر روي ميله ي آنتن تلويزيون يا دريافت کننده هاي ديگر نصب نمود. در اين حالت لازم است موارد زير رعايت گردد:
الف: سر برق گير حداقل 2 متر از بلندترين نقطه ي آنتن بلندتر باشد.
ب: کابل کواکسيال آنتن به صورت مستقيم از کنار هادي برق گير به طرف پايين رفته باشد و به آن هادي محکم شده باشد.
ج: نياز به اتصالات مشترک مرسوم به guging ندارد.
د: هادي پايين رو به ميله با کلمپ ثابت شده باشد.
اين روش باعث کاهش هزينه ي نصب صاعقه گير نيز مي شود.

اتصالات
 

هادي هاي متصل به برق گير حداقل قطر 6 تا 8 ميلي متر داشته باشند. در محل هايي که نياز به شمش مسي است، قطر آن از 30×30 کم تر نباشد؛ مانند اتصال به کلمپ ها و کانترها.

کوپلينگ تست
 

هر هادي پايين رو بايد به يک کوپلينگ تست وصل گردد تا در هنگام تست، مقاومت زمين و يا تست جريان و مقاومت برق گير، از جا برداشته شود. قسمت تست (کوپلينگ تست) در ارتفاع 2 متري از سطح زمين نصب مي گردد و قابل بازرسي چشمي است. در ضمن بر روي آن کلمات مربوط به اسم تجهيز و شماره ي آن نوشته مي شود.

هادي هاي حفاظتي
 

اين هادي ها بين کوپلينگ تست و قسمت زمين (هادي ها و الکترود زمين) نصب مي گردد و 2 متر طول عمودي و مقداري نيز طول افقي دارد و از جنس مس (هم جنس با دو هادي سر و ته) و يا همان قطراست. در نصب آن از پيچ و مهره ي همجنس استفاده مي شود تا خوردگي به وجود نيايد. قسمت عمودي آن با سه اتصال به ديوار محکم مي شود. اتصالات (کلمپ ها) از جنس خود شمش يعني مسي است.

هم بندي اتصالات Equipotential Bonding
 

برآورد اجمالي:
 

در هنگام صاعقه، عبور جريان شديد از هادي هاي برق گير، ايجاد اختلاف پتانسيل شديد بين نقاط صاعقه گير و شبکه هاي مجاور شامل لوله هاي گاز، آب، سازه ي فلزي ساختمان، تجهيزات سرمايشي و گرمايشي مي نمايد. اين اختلاف ولتاژ گاهي اوقات به خاطر ارت شدن اين تجهيزات و عدم هم پتانسيل شدن با صاعقه گير است و باعث ايجاد جرقه (تخليه ي سطحي) مي گردد. جهت جلوگيري از اين معضل دو روش وجود دارد:
الف: برقراري يک اتصال دائمي بين شبکه ي برق گير و شبکه ي فلزي ساختمان (هادي هاي ساختمان)
ب: ايجاد يک فاصله ي ايمن بين هادي هاي صاعقه گير و تمامي تجهيزات در معرض تخليه
فاصله ي ايمن فاصله اي است که در صورت ايجاد صاعقه در شبکه هاي برق گير، بين اين شبکه و هادي هاي موجود در ساختمان که نزديک شبکه ي برق گير هستند، هيچ گونه تخليه ي الکتريکي به وجود نيايد.
اين مهم با افزايش قدرت عايقي تجهيزات و تغيير مسير هادي ها در هنگام نصب ممکن مي گردد که البته روش هزينه بر و پر کاري است. بنابراين از روش هم پتانسيل کردن بيش تر استقبال مي گردد. روش ايجاد فاصله ي ايمني فقط در مواردي مانند لوله گاز، منابع نفت و گاز و ... کاربرد دارد که تجهيزات به سبب احتمال انفجار، ترکيدگي و ريسک خطر بالا، قادر به هم بندي نباشند.

محاسبات فاصله ي ايمني: S(m)=n.kj.L/km
 

S(m): فاصله ي ايمني بين هادي هاي برق گير و تجهيزات فلزي به حسب متر
N: ضريب که بستگي به تعداد هادي هاي پايين رو (در سيستم ESE) قبل از اتصال به يکديگر دارد و مقدار آن:
براي يک هادي پايين رو n=1
براي دو هادي پايين رو n=0.6
براي سه يا بيش تر هادي پايين رو n=0.4
Ki: ضريب، بستگي به لول (سطح) حفاظتي دارد.
جهت سطح حفاظتي يک (حفاظت بالا) مانند خازن سوخت، ساختمان هاي مهم Ki=0.1
جهت سطح حفاظتي دو (حفاظت خوب) بناهاي تاريخي وساختمان هاي پر جمعيت Ki=0.075
جدول 2: فاصله مش

اندازه مش	PROTECTION LEVEL
5×5 10×10 15×15 20×20	I II III IV

جدول 3: فواصل هادي هاي پايين رو

فواصل بين هادي ها	PROTECTION LEVEL
10 15 20 25	I II III IV

جهت سطح حفاظتي سه (حفاظت نرمال) ساختمان هاي مسکوني معمولي Ki=0.05
Km: ضريب مواد بين دو سيستم برق گير و تجهيز.
وجود هوا بين دو سيستم Km=1
وجود جامدات بين دو سيستم Km=0.52
L : فاصله ي عمودي بين نقطه ايي که اندازه گيري انجام مي شود (کلپ تست) و نزديک ترين نقطه (هادي) تجهيز.
S: براي لوله هاي گاز 3 متر در نظر گرفته مي شود.
مثال: در يک ساختمان با درجه ي حفاظت يک (سطح حفاظت بالا) با ارتفاع 30 متر سيستم برق گير نصب شده است (نوع ESE).
سوال يک: سيستم تهويه ي هوا در پشت بام ساختمان نصب شده است. در صورتي که 3 متر با شبکه ي برق گير فاصله داشته باشد، چرااين فاصله ايمن است؟ مقدار L برابر 25 متر در نظر گرفته شود.
جواب:
چون 92/1 متر از 3 متر کم تر است اين سيستم در فاصله ي ايمن قرار دارد. از نرم افزار هليتا مي توان فاصله ي ايمن را محاسبه نمود.

هم بندي شبکه ي فلزي تجهيزات جانبي
 

EQUTPOTENTIAL BONDING OF EXTERNAL METALIC NET WORKS
راه دوم حفاظت تجهيزات جانبي ساختمان مانند سازه ي فلزي، لوله ها، سيستم هواساز و هم بندي آن ها و هم پتانسيل کردن با شبکه ي صاعقه گير است. اين حالت وقتي لازم است که نتوان فاصله ي S حفاظتي را در مورد اين تجهيزات يا سيستم زمين آن ها رعايت نمود.
جهت هم پتانسيل کردن اين تجهيزات، نياز به هادي هاي مطمئن و دائمي با محاسبات سطح مقطع و مقاومت وجود دارد. تمامي تجهيزات قابل هم بندي مانند خطوط شبکه ي مخابراتي، اطلاعات، سازه ي فلزي، لوله هاي آب، گاز و غيره به وسيله ي هادي هاي مطمئن که حداقل سطح مقطع آن 16 است متصل و توسط هادي هاي پايين رو که به ديوار محکم شده اند، به جعبه ي هم بندي موسوم به Equipotential Box و از آنجا به آخرين نقطه ي يک شبکه ي برق گير (قبل از ورود به الکترودهاي زمين) که کلمپ تست ناميده مي شود، وارد مي شود. اين اتصال که موسوم به هم بندي اضافه است، بايد قابل باز نمودن جهت تست هاي خاص، و محل و ارتفاع آن مناسب جهت بازديدهاي دائمي باشد. با اين عمل تمامي تجهيزات ياد شده از خطر جرقه ناشي از صاعقه (Flash Point) محفوظ مي مانند. اما با اين عمل مي بايد سيستم هاي حساس مانند کامپيوتر، شبکه ي IT و شبکه ي مخابراتي به همراه تجهيزات مربوطه توسط surge arrester محافظت گردد. (شکل 7)

بررسي سيستم زمين صاعقه گير SYSTEM EARTH TERMINATION :
 

نگاه اجمالي: در هر سيستم برق گير، تمامي پتانسيل سيستم در جذب و انتقال صاعقه به زمين نهاد شده است. در اين سيستم جذب صاعقه به وسيله ي هادي هاي ميله اي يا شبکه، انجام و جريان جذب شده توسط هادي هاي پايين رو به شبکه ي زمين انتقال داده مي شود. در شبکه ي زمين که شامل الکترودها، اتصالات و هادي هاي مسي است، انتقال اين جريان به زمين در کمترين زمان صورت مي پذيرد. تفاوت سيستم زمين در يک برق گير با شبکه ي ارت سيستم برق ساختمان نيز به همين دليل است. در شبکه ي برق گير بار استاتيک بايد در سطح زمين گسترده شود تا بارهاي غير همنام اثر يکديگر را خنثي (بار منفي ابر و مثبت زمين) کنند، اما در سيستم برق ساختمان جهت انتقال جريان نشتي از طريق شبکه ي زمين به نقطه ي خنثي ترانفسورماتور بايد الکترود ارت به طريق خاص باشد.
هر سيستم زمين مربوط به صاعقه گير در سه قسمت بررسي شده است:
الف: در فرانسه و اکثر کشورهاي پيشرفته ي دنيا، مقاومت حداکثر 10 اهم جهت سيستم زمين هر صاعقه گير پيشنهاد مي شود. اندازه گيري اين مقدار با باز کردن کلمپ تست و اندازه گيري مقاومت الکترودهاي زمين به روش هاي 2 سيمه و 4 سيمه انجام پذير است. در صورتي که مقاومت 10 اهم مورد نياز در اين قسمت حاصل نگردد، استاندارد پيشنهاد افزايش طول الکترودهاي زمين، نصب ميله هاي ارت در خاتمه هادي هاي زمين الکترودها و استفاده از الکتروليت هاي مجاز مانند سولفات ها، بنتونيت و غيره را داده است.
افزايش طول هادي زمين (الکترودها) تا 100 متر يعني هر هادي تا 20 متر نيز مجاز است.

ب: توانايي هدايت جريان
 

جهت افزايش توانايي حمل جريان توسط هادي زمين، نياز به سه هادي (الکترود) به جاي يک الکترود پيشنهادي استاندارد است. افزايش تعداد هادي ها موجب افزايش طول هادي و دمپ سريع تر جريان صاعقه مي گردد.

ج: هم بندي اضافه (هم پتانسيل کردن)
 

استاندارد نياز به يک هم بندي اضافه جهت هم پتانسيل کردن در سيستم برق گير و سيستم ارت ساختمان را لازم و ضروري مي داند.
بازرسي هاي سيستم صاعقه گير: تمامي اجزاي يک برق گير از ميله تا سيستم زمين نياز به بازرسي هاي دوره اي و اندازه گيري مقاومت دارند. فرايند تست و بازرسي به شرح زير است:
سيستم حفاظت با سطح بالا (لول يک) ساليانه؛
سيستم حفاظت با سطح خوب (لول دو) دو ساله؛ و
سيستم حفاظت با سطح معمول سه ساله.
در ضمن پس از هرگونه تعميرات ساختمان يا اصابت صاعقه بر سيستم، بايد بازرسي و تست ها مجدداً انجام پذيرد.

انواع الکترودهاي زمين در سيستم صاعقه گير
 

ابتدا سيستم الکترود زمين در صاعقه گير ساده ESE بررسي مي شود:
1- الکترودهاي سه گانه (پنجه اردکي): در اين سيستم سه شمش مسي با ابعاد 2×30 ميلي متر به صورت پنجه اردک است. هر کدام از شمش ها فاصله ي 45 درجه با شمش وسطي دارند و (حداکثر) طول کل شمش ها 25 متر است و به سه قسمت – يکي از شمش ها حدود 2 متر بلندتر است – تقسيم مي شوند.
دو شمش کناري با زاويه ي 45 درجه به شمش وسط در انتها با استفاده از کلمپ مسي يا کدولد وصل مي گردند. شمش وسط پس از ارتباط با شمش ديگر به طرف نقطه ي تست ادامه مي يابد (شکل 8). طول الکترودهاي زمين بستگي به مقاومت زمين دارند و از 6 متر به بالا ادامه مي يابند.
2- ميله هاي ارت: در صورتي که جغرافياي ساختمان اجازه ي استفاده از شبکه ي پنجه اردکي را ندهد، مي توان از سيستم مثلث متساوي الاضلاع با طول هر ضلع 2 متر که ميله ي ارت به انتهاي هر زاويه متصل شده است، استفاده نمود. طول ميله ي ارت 2 متر است. هر ميله با زاويه ي مربوطه کلمپ يا جوش کدولد مي گردد (شکل 9).
3- سيستم ترکيبي: در صورتي که عمل الکترودهاي زمين داراي وسعت باشد، مي توان جهت کاهش مقاومت زمين از ترکيب شبکه ي پنجه اردکي و ميله ارت (در انتها) استفاده نمود (شکل 10).

شبکه ي زمين در صاعقه گير شبکه اي (شبکه قفسه اي)
 

در برق گير نوع شبکه ي قفسه اي از دو سيستم پنجه اردکي و ميله ي ارت مي توان استفاده نمود.
1- شبکه ي ارت پنجه اردکي: اتصالات به وسيله ي 3 تسمه ي مسي 2×30 ميلي متر که يکي از تسمه ها بزرگ تر است و دو عدد ديگر با زاويه ي 45 درجه در انتها به شمش اصل جوش کدولد و يا کلمپ مي گردند، صورت مي پذيرد. طول مفيد هر يک از هادي ها 2 متر و در عمق 60 تا 80 سانتي متري زمين دفن مي گردند.
2- ميله هاي ارت: در اين حالت ميله هاي ارت به صورت عمودي به طول 2 متردر داخل زمين کوبيده مي شوند. فاصله ي آن ها 2 متر از يکديگر و فاصله از پي يک تا 5/1 متر است. اين دو ميله به وسيله ي شمش مسي 2×30 به يکديگر کلمپ و يا جوش داده مي شوند (شکل 11).
علت تفاوت شبکه ي زمين در دو سيستم صاعقه گير ESE و شبکه ي قفسه اي به خاطر احتمال جذب صاعقه ي آن ها است.

تجهيزات سيستم ارت
 

EARTH SYSTEM EQUIPMENT BONDING
هنگامي که دريک ساختمان سيستم زمين جهت تجهيزات برق نصب مي گردد، مي توان سيستم برق گير را در نقطه ي خاص به نام کلمپ هم بندي ولتاژ به اين سيستم وصل نمود. اين نقطه ي اتصال نزديک ترين نقطه ي به هادي پايين رو است. در صورتي که امکان وصل اين قسمت نباشد، مي توان سيستم برق گير را مستقيم به هادي زمين وصل نمود. اما اتصال بايد به طريقي باشد که جريان القائي صاعقه بر روي کابل هاي برق اثر گذار نباشد. در اتصال به نقطه ي هم پتانسيل (هم بندي اضافه) بايد بتوان نقطه ي اتصال را جهت تست مقاومت اهمي و جريان جدا نمود. همچنين نقاط قابل ديد و تست دوره اي باشند.
فواصل مجاز بين هادي هاي سيستم صاعقه گيرو انشعابات برق، آب، گاز زيرزمين:
بر طبق استاندارد NFC فواصل مجاز بين تمامي هادي هاي شبکه ي صاعقه گير و سيستم انشعاب برق و آب و گاز و کابل هاي زيرزميني بر طبق جدول وجود داشته باشد. اين فواصل براي تمامي اجزاي فلزي صادق است و اجزاي غير فلزي را شامل نمي شود (جدول 4)

ارزيابي ريسک (احتمال) برخورد صاعقه
 

بر طبق پيشنهاد استاندارد NFC مطالعه ي صاعقه در سه قسمت انجام مي پذيرد.
1. ارزيابي ريسک صاعقه
2. بررسي سطح حفاظت
3. بررسي شيوه ي حفاظت

بررسي ريسک صاعقه (احتمال برخورد صاعقه به ساختمان)
 

در بررسي احتمال برخورد صاعقه، روش مورد استفاده به صورت زير است.
1- تعداد مورد انتظار برخورد صاعقه با برق گير که به Ng شناخته مي شوند.

که در اين فرمول:
Ng: حداکثر تعداد صاعقه هايي است که به واحد سطح در اين منطقه برخورد مي کند (تعداد صاعقه / کيلومتر مربع / سال)؛ و Ngman=2Ng
که مي توان آن را به صورت زير محاسبه نمود:
الف: استفاده از نقشه ي منطقه ي جغرافيائي
ب: استفاده از سطح ايزوکرونيک موج به Nk
که تقريباً برابر Nk/10 مي شود.

محاسبه ي سطح (ايزوله) ساختمان بر حسب مترمربع Ae
 

در معرفي سطح زير ساخت، همان تعداد صاعقه که به ساختمان اصابت مي کند در نظر گرفته مي شود. در پيوست استاندارد NFC 17-100, 17-102 محاسبات و جداول مربوطه ارائه شده است. ضريب بستگي به شرايط محيطي ساختمان دارد.
از نرم افزار ارائه شده توسط شرکت هليتا محاسبات ريسک حريق ارائه شده است. همچنين اين محاسبات در مجموعه هاي ديگر توسط سازندگان معروف ارائه گرديده است. شرکت فرس Furse نيز مجموعه محاسباتي خود را با توجه به ساختمان ارائه کرده است.
بررسي تعداد قابل انتظار برخورد صاعقه به ساختمان NC: (تعداد قابل تحمل صاعقه)
در بررسي احتمال برخورد صاعقه از فرمول زير استفاده مي شود.
: ضريب که بستگي به نوع ساختمان دارد.
: ضريب که بستگي به اجزاء ساختمان دارد.
: ضريب که بستگي به تجهيزات داخل ساختمان دارد.
: ضريب که بستگي به آثار و نتيجه ي برخورد و صاعقه به ساختمان دارد.
همچنين از طريق نرم افزار قابل محاسبه است.

سطح حفاظتي PROTECTION LEVEL :
 

در اين حالت مقادير مقايسه شده اند.
اگر کوچک تر يا مساوي باشد، در نتيجه نياز به اجباري کردن نصب برق گير نيست.
اگر بزرگ تر از باشد،نياز به سيستم صاعقه گير با سطح حفاظتي است.
مقادير سطح حفاظتي، شعاع حفاظت برق گير را مشخص مي کند. فاصله ي ايمني و پريود تعميرات نيز توسط اين سطح مشخص مي گردد.
در بررسي نقشه مربوط به تعداد صاعقه در ايران بين صفر تا يک صاعقه (يک صاعقه /سال/ کيلومتر مربع) را مي توان انتظار داشت.

پي نوشت ها :
 

1- کارشناس برق – قدرت، دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجف آباد، عضو گروه تخصصي برق سازمان.
 

منبع: نشريه دانش نما، شماره 176-178