با توجه به شکل 6 سیستم TN-C-Sابتدا حاوی هادی نول و ارت PEN مشترک است که در محلی ( معمولا در محدوده ی مصرف کننده) از هم تفکیک شده و هادیهای نول N و ارت PE مجزا می گردند و پس از آن دیگر به هم متصل نمی گردند همچنین نول ثانویه ترانس مستقیماً ارت شده است.
مزایا و معایب : در چنین سیستمی اتصال های مکرر هادی مشترک نول و ارت PEN به زمین توصیه می گردد، ضمنا باید دقت شود که هادی های نول و ارت پس از جدا شدن ( در محدوده ی مصرف کننده) دیگر هیچگاه به هم متصل نگردند. سیستم TN-C-S تحت عنوان "سیستم حفاظتی ارت چند جانبه"
(Protective Multiple Earthend) PME نیز شناخته می شود که این امر به هادی نول و ارت مشترکی اشاره دارد که در ابتدا ، انتها و اواسط مسیر خود ارت می گردد، از اینرو ما را مطمئن می سازد که در صورت قطع احتمالی هادی مشترک نول و ارت PEN ، قسمتهای فلزی در دسترس، بدون ارت نمانند و خطر آفرین نشوند ، در چنین وضعیتی تجهیزات دچار نوسانات ولتاژ ناخواسته خواهند شد.
با توجه به شکل 5 سیستم TN-Cحاوی هادی نول و ارت PEN مشترکی است که در کل سیستم از هم جدا نمی شوند همچنین نقطه نول ثانویه ترانس مستقیماً ارت شده است.
مزایا و معایب : در چنین سیستمی اتصال های مکرر هادی مشترک نول و ارت PEN به زمین توصیه می گردد.
اگراتصال مکرر هادی مشترک به زمین موجود نباشد، چنانچه به هر دلیل، هادی مشترک نول و ارت PEN قطع گردد، قسمتهای فلزی در دسترس، در مصرف کنندگان تک فاز، دارای ولتاژ فازی خواهند شد و در مصرف کنندگان سه فاز این قسمتها به تناسب عدم تقارن فازها، برقدار خواهند گردید، که این امر بسیار خطر آفرین است.
اگراتصال مکرر هادی مشترک به زمین موجود نباشد، چنانچه به هر دلیل، هادی مشترک نول و ارت PEN قطع گردد، قسمتهای فلزی در دسترس، در مصرف کنندگان تک فاز، دارای ولتاژ فازی خواهند شد و در مصرف کنندگان سه فاز این قسمتها به تناسب عدم تقارن فازها، برقدار خواهند گردید، که این امر بسیار خطر آفرین است.
با توجه به شکل 4 سیستم TN-Sحاوی هادی های نولN و ارت PE ای است که در کل سیستم از هم مجزا نگهداشته می شوند همچنین نقطه نول ثانویه ترانس مستقیماً ارت شده است.
مزایا و معایب : سیستم TN-S دارای یک عیب کلی است که چنانچه به هر دلیل، هادی ارت PE قطع گردد نشانه ی خاصی ندارد و سیستم می تواند بدون آگاهی ما و بدون هیچ علامت مشخصه ای بدون ارت باقی بماند، که این امر بسیار خطر آفرین است.
زمین حفاظتی عبارت از پایانه زمینی است که کلیه قسمت های فلزی تاسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم ( اتصال الکتریکی) با مدار الکتریکی قرار ندارند، به آن متصل می گردند.
این زمین کردن بخصوص، برای حفاظت جان اشخاص در مقابل برق گرفتگی به کار می رود . از آنجا که زمین از موادی تشکیل شده است که غالبا هادی الکتریسیته هستند ( بخصوص در حالتی که زمین مرطوب باشد)، اگر شخصی که روی زمین قرار دارد با جسمی که نسبت به زمین دارای پتانسیل الکتریکی است تماس حاصل نماید، بعلت برقرار شدن جریان الکتریکی، می تواند دچار برق گرفتگی شود.بنابراین ، زمین حفاظتی به شکلی طراحی و اجرا می گردد که اگر بدلایل مختلف، بخش های فلزی برقدار شوند، فرد در اثر تماس با آنها، در معرض اختلاف پتانسیل الکتریکیِ بیش از حد مجاز قرار نگرفته و دچار برق گرفتگی نشود. مثالی از این بخشهای فلزی، ستونها، پایه های فلزی، درب ها، نرده ها، بدنه تاسیسات الکتریکی و تابلوهای برق، بخصوص قسمتهای فلزی که برای کار کردن با دستگاه، باید آنها را لمس کرد یا در دست گرفت، می باشند.
زمین الکتریکی عبارت از پایانه زمینی است که جهت اتصال دادن نقطه ای از دستگاههای الکتریکی و تجهیزات برقی به زمین بکار می رود که آن نقطه جزیی از مدار الکتریکی باشد. مانند زمین کردن نقطه ی ستاره سیم پیچ ترانسفورماتور یا ژنراتور، یا زمین کردن هادی مشترک دو ژنراتور جریان دایم در حالت سری.
این زمین کردن بخصوص، بخاطر عملکرد صحیح دستگاههای الکتریکی و جلوگیری از اختلال در فازهای سالم در موقع اتصال فاز دیگر به زمین، بکار می رود.
به صورت خلاصه زمین کردن الکتریکی بر سه نوع است:
• زمین کردن مستقیم
• زمین کردن غیر مستقیم
• زمین کردن بار
سیستم اتصال زمین (ارت) شامل انواع اصلی " زمین حفاظتی" و "زمین الکتریکی" است. البته در مصارف غیر برقی ( منظور غیر از سیستم توزیع و مصرف انرژی الکتریکی ) مانند مصارف ابزار دقیق یا ارت تجهیزات مخابراتی ، مفاهیم دیگری مانند " زمین عملیاتی" یا " زمین پاک -Clean Earth " نیز مطرح می گردد.
مشخصات و ابعاد و طرح سیستم زمین حفاظتی، بر اساس برآورده شدن شرایط زیر تعیین می گردند:
• در محدوده ی پست فشار قوی، اختلاف پتانسیل الکترود ارت از 125 ولت تجاوز نکند.
• اختلاف سطح تماسی در خارج از محدوده ی پست فشار قوی از 65 ولت تجاوز نکند.
این 2 شرط بصورت تصویری در شکل 1 نشان داده شده اند:
علاوه بر آن سیستم ارت باید بگونه ای طراحی گردد که از خطر برق گر فتگی بواسطه اختلاف ولتاژ تماسی (Touch Voltage) و اختلاف ولتاژ گامی(Step Voltage) جلوگیری گردد.
موضوع ولتاژ تماسی و گامی در شکل 2 نشان داده شده است :
در آزمایشی که توسط فرانکلین در نیمه قرن 18 ام میلادی انجام گرفت، مشخص گردید که یک میله فلزی نوک تیز شده ، بیش از اشیا هم اندازه یا میله های غیر فلزی صاعقه را به خود جذب می کند. بعدها که مسئله صاعقه با دیدگاه های علمی تر و مبانی تئوری مورد بررسی بیشتر قرار گرفت، مطلب فوق با بیان جدیدتری به شکل زیر مطرح شد :
میله فلزی نوک تیز شده، پیشرو بالارونده ( Upward Leader) بیشتری را از خود ساطع می کند.
کلیه اجسامی که در ناحیه پیشرو زیر ابر باردار قرار گرفته اند با توجه به تجمع بار الکتریکی در آنها ، از خود پیشرو بالارونده ساطع می کنند که این پیشرو در اشیا بلند تر و فلزی بیشتر است، از اینرو صاعقه به آنها اصابت می کند.
حال یک پایانه هوایی ( صاعقه گیر ) را در نظر بگیرید، چنانچه ما برای افزودن به میزان پیشرو بالارونده تمهیدی اندیشیه باشیم ( مانند اتصال به برق ، استفاده از خازن یا استفاده از رادیو اکتیو) صاعقه گیر از نوع اکتیو ( فعال) خواهد بود زیرا میزان پیشرو بالارونده را مصنوعاٌ افزایش داده ایم و بنابراین مساحت بیشتری را پوشش خواهیم داد.
اما اگر پایانه هوایی(صاعقه گیر) حالت طبیعی خود را داشته باشد و ما برای افزودن به میزان پیشرو بالارونده اقدامی نکرده باشیم ( مثل یک میله ساده یا مش روی بام ، سیم آویخته یا یک سقف فلزی) صاعقه گیر از نوع پسیو( غیر فعال) خواهد بود زیرا میزان پیشرو بالارونده را افزایش نداده ایم و بنابراین مساحت پوشش کمتری خواهیم داد.
تجهیزات و لوازمی که در سیستم های حفاظت در برابر صاعقه بکار می روند باید دارای مشخصات و ویژگیهای خاصی باشند، هر جنس ، مقطع یا اتصالی را نمی توان بعنوان جزئی از سیستم حفاظت در برابر صاعقه به کار برد زیرا ممکن است توانایی عبور جریان بالای صاعقه یا ضربه ایجاد شده بواسطه انتقال جریان در زمان خیلی کوتاه را نداشته باشد. بنابراین بعنوان هادی ها ، بست ها ، یراق آلات نتها از فلزات یا آلیاژ های خاصی می توان استفاده نمود که در استاندارد مربوطه یعنی IEC-62561 اجزای سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه قید گردیده است. همچنین در این استاندارد برای هر کدام از این اجزا آزمون های خاصی تعریف شده است که تنها در آزمایشگاههای معتبر قابل انجام است و در صورتی که قطعه مورد نظر آزمون مذکور را پشت سر بگذارد ، می تواند با اطمینان از صحت عملکرد، بعنوان جزئی از سیستم مورد استفاده قرار گیرد.
تا قبل انتشار این استاندارد بین المللی یعنی سال 2012 میلادی، مرجع استناد استاندارد اروپایی با همین عنوان و محتویات BS-50164 بوده است ، لذا بعضی از تولید کنندگان قطعات حفاظت در مقابل صاعقه ، کماکان به آن استناد می کنند. استاندارد IEC-62561 دارای 8 بخش است که هرکدام از قسمتی از تجهیزات پشتیبانی می کنند، عناوین آنها به شرح زیر است:
IEC-62561-1 : ویژگیها ومشخصات فنی اجزای اتصال دهنده
IEC-62561-2 : ویژگیها و مشخصات فنی هادیها و الکترودهای اتصال زمین
IEC-62561-3 : ویژگیها و مشخصات فنی اسپارک گپ های ایزوله کننده
IEC-62561-4: ویژگیها و مشخصات فنی بست های هادی ها
IEC-62561-5 : ویژگیها و مشخصات فنی دریچه های بازدید الکترود ارت
IEC-62561-6 : ویژگیها و مشخصات فنی کنتور(شمارنده) های صاعقه
IEC-62561-7 : ویژگیها و مشخصات فنی مواد کاهنده ی مقاومت الکتریکی زمین
IEC-62561-8 : ویژگیها و مشخصات فنی اجزای سیستم حفاظت در مقابل صاعقه ی ایزوله
هر سیستم حفاظت در مقابل صاعقه ( شامل پسیو یا اکتیو ) شامل 3 بخش کلی است:
• پایانه هوایی
• هادی نزولی
• پایانه زمین
پایانه هوایی(Air Termination) : بخشی از سیستم است که دریافت کننده ی جریان صاعقه از هوا است. این بخش خود می تواند بصورت های میله ساده ، مش ، سیم آویخته ، عوامل طبیعی مانند دود کش یاسقف فلزی ، ترکیبی از مش و میله یا اینکه دستگاه صاعقه گیر الکترونیکی(ESE) باشد. در خصوص جنس، ابعاد و مقاطع مجاز در بخش تجهیزات و لوازم حفاظت در برابر صاعقه کامل تر صحبت شده است.
هادی نزولی(Down Conductor): بخشی از سیستم است که انتقال دهنده ی جریان صاعقه را از پایانه هوایی تا پایانه زمین(ارت) به طریقی ایمن بر عهده دارد. این بخش می تواند سیم یا تسمه از جنس مس ، فولاد زنگ نزن(Stainless Steel) ، آلومینیوم یا بخشی از اسکلت یا سازه فلزی باشد. در خصوص جنس، ابعاد و مقاطع مجاز در بخش تجهیزات و لوازم حفاظت در برابر صاعقه کامل تر صحبت شده است.
پایانه زمین(Earth Termination): بخشی از سیستم است که انتقال دهنده ی جریان صاعقه به زمین به طریقی ایمن می باشد که خود می توان چاه ارت ، میله ارت ، هادی ارت خوابانیده شده در زمین ، شبکه ارت و یا ترکیبی از آنها باشد. حداکثر مقاومت قابل قبول برای چنین پایانه ای 10 اهم می باشد. این مقاومت مورد تایید کلیه استاندارد هایی است که در بخش استاندارد ها به آنها اشاره گردید. در خصوص جنس، ابعاد و مقاطع مجاز در بخش تجهیزات و لوازم حفاظت در برابر صاعقه کامل تر صحبت شده است.
ویژگیهای جالب و منحصر به فرد دستگاههای صاعقه گیر فعال (ESE) که با نامهای صاعقه گیر استقبالی یا صاعقه گیر الکترونیکی نیز شناخته می شوند منجر به کاربری گسترده ی این دستگاهها در سیستم های حفاظت در مقابل صاعقه گردیده است، به شکلی که صاعقه گیر الکترونیکی جایگاه ویژه ای را در این صنعت به خود اختصاص داده است.
کاربرد روزافزون این دستگاه ها منجر به تدوین استاندارد حفاظت در مقابل صاعقه بوسیله صاعقه گیرهای فعال (صاعقه گیرهای الکترونیکی) یا همان NF C 17-102 گردیده است . این استاندارد که نسخه اول آن در سال 1995 منتشر گردیده و در اواخر سال 2011 بروز رسانی شده است مرجع اصلی طراحان این سیستم ها می باشد که البته ویرایش اخیر آن کامل تر و شامل نکات ظریفتر می باشد.
نکته جالب توجه در خصوص ویرایش اخیر این استاندارد آنست که در بسیاری از بخش ها، بویژه مشخصات اجزای سیستم، به اطلاعات و جداول IEC استناد نموده است و حتی آنها را با ذکر مرجع، به صفحات خود افزوده است. که به نوبه خود، نشان از حرکت به سوی یکسان سازی و جامعیت این استاندارد ها دارد.
در استاندارد NF C 17-102 ویرایش جدید ، پوشش صاعقه گیرهای الکترونیکی، با توجه به زمان (∆t) و ارتفاع نصب آنها، در 4 سطح (Level) محاسبه می گردد جهت اطلاع بیشتر می توان به متن استاندارد یا کاتالوگ دستگاههای صاعقه گیر ESE مراجعه نمود.
روش ها ی ایمن سازی در مقابل خطرات و آسیب های حاصل از صاعقه و مباحث تئوری های پشتیبانی کننده از مبانی این روش ها، مدتها موضوع بحث دانشمندان و متخصصین امر بوده است، این تحقیقات منجر به شکل گیری انجمن ها و سازمانهای تخصصی گردیده که حاصل کار این سازمانها تدوین دستورالعمل ها ، راهکارها و استانداردهای محلی و بین المللی است.مانند سایر استاندارد های الکتریکی ، IEC کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (International Electro technical Commission) عهده دار تدوین و انتشار و ویرایش استاندارد بین المللی حفاظت در برابر صاعقه گردیده است، این استاندارد با شماره ی IEC-62305 ودر 4 بخش منتشر گردیده و ویرایش 2010 آن جدید ترین نسخه این استاندارد می باشد.از سویی دیگر کاربری گسترده (ESE) منجر به تدوین استاندارد سیستم حفاظت در مقابل صاعقه بوسیله صاعقه گیرهای فعال (صاعقه گیرهای الکترونیکی) یا همان NF C 17-102 گردیده است .
استاندارد های فوق مربوط به طراحی سیستم ها بوده و مشخصه ها و ویژگیهای دقیق اجزای بکار رونده در این سیستمها، شرح و بسط نگردیده است . بدین منظور در سال 2012 استاندارد IEC جدیدی با عنوان ویژگیها و مشخصات اجزای بکار رونده در سیستم های حفاظت در مقابل صاعقه با شماره IEC-62561 در 8 بخش منتشر گردیده است.
در کشورمان از سال 1380 استاندارد حفاظت سازه ها در مقابل آذرخش با شماره ی ISIRI-6213-1 انتشار یافته و به کار برده می شود که بر مبنای استاندارد های NFC و IEC تهیه و تدوین گردیده است.همانطور که اشاره گردید، استاندارد های متفاوتی در کشور های مختلف در این خصوص وجود دارد که موارد مهمتر در جدول زیر آورده شده است.
مقابله با خطرات و آسیب های حاصل از صاعقه از دیرباز امری ضروری بوده است. این ضرورت منجر به ابداع راهکارها و روش های حفاظتی متفاوتی گردیده است. امروزه راهکار اصلی و رایج، طراحی و پیاده سازی یک سیستم حفاظت در مقابل صاعقه (Lightning Protection System) بر اساس یکی از استاندارد های معتبر است.
بر خلاف تصور اولیه، محلی که مورد اصابت صاعقه قرار می گیرد، تنها بخشی نیست که در معرض آسیب قرار می گیرد، بلکه القای الکترومغناطیسی حاصل از تخلیه صاعقه نیز می تواند به شدت آسیب رساننده باشد. این آسیب بویژه متوجه تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی است. انواع روشهای اثر گذاری صاعقه عبارتند از :
• اصابت مستقیم به یک بنا بدون حفاظت خارجی در برابر صاعقه
• اصابت مستقیم به خطوط انتقال قدرت فشار قوی• اصابت مستقیم به خطوط انتقال قدرت فشار ضعیف
• اصابت مستقیم به یک بنا دارای حفاظت خارجی در برابر صاعقه
• اصابت به یک نقطه نزدیک بنا و اثرات آن
• اصابت به یک نقطه دور از بنا و اثرات آن
کلید زنی ( سوئیچینگ )- مشابه اثر صاعقه
اثرات مستقیم و غیر مستقیم اصابت صاعقه باعث ایجاد خسارت هایی مانند
:
• از دست رفتن جان انسانها یا دام و طیور – یا مصدومیت آنها
• آسیب جدی به ساختمان و محتویات آن
• آتش سوزی و عواقب آن
• آسیب رسیدن به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی
• از دست رفتن یا تبادل نا صحیح اطلاعات
• کاهش تولید در واحد های تولیدی
• مختل شدن سرویس های حیاتی
در خصوص اندازه گیری میزان این خسارت ها در کشورمان آمار و اطلاعات
دقیقی موجود نیست ولی در کشورهای اروپایی تحقیقاتی در این خصوص صورت گرفته است که
یک نمونه از آن در نمودار زیر دیده می شود.
در بررسی
های بعمل آمده در سال 1995 از خسارت های پرداخت شده توسط شرکت های آلمانی بیمه، در
9000 مورد حادثه، میزان خسارات وارده در اثر صاعقه و فراتاخت 31درصد کل موارد را
به خود اختصاص داده بود.
جالب است بدانید قسمت عمده این آسیب ها موارد آتش سوزی و آسیب
تجهیزات بر اثر القای الکترومغناطیسی ( اثر ثانویه صاعقه ) بوده است و میزان
خسارات پرداخت شده بالغ بر 70 میلیون یورو بوده است.
میزان رخداد صاعقه در مناطق مختلف دنیا و در فصول مختلف متفاوت است. مبنای سنجش این امر تعداد روز صاعقه خیز در سال می باشد. که آنرا می توان بصورت نمودار زیر ملاحظه نمود. پر واضح است که روز صاعقه خیر در فصول بارش متمرکز میباشند و تعداد یا شدت صاعقه در آنروز، ملاک سنجش قرار نگرفته است.
مناطق مختلف کشور ایران روی این نمودار، از 5 تا 19 روز صاعقه گیر در سال را داراست.از نقطه نظر دیگر، چنانچه میزان رخداد در قیاس با سایر رخداد های طبیعی زیانبار، مانند زلزله، سیل و آتشفشان مقایسه گردد، مقام دوم را پس از سیلاب های موسمی داراست.
بدیهی است که در کشور ما ایران از آنجا که نواحی شمالی مجاور دریای خزر و همینطور استانهای آذربایجان شرقی و غربی و همچنین استانهای جنوبی و مجاور خلیج فارس و استانهای کوهستانی و مرتفع، بیشتر در معرض بارش هستند، صاعقه در آنجا بیشتر و با شدت جریان بالاتری رخ می دهد.
مکانیزم ایجاد صاعقه در مورد صاعقه های مثبت و منفی و میان ابر یا زمین مشابه است ، در اینجا نوع منفی ابر به زمین شرح داده می شود.
پیشرانه های طوفان ممکن است باعث جابجایی مقادیر زیادی هوای گرم و مرطوب در درون ابر شوند که حتی تا ارتفاع 15 کیلومتری بالا می روند ،در مرکز این پیشرانه ها، یک جریان هوای بالا رونده قوی وجود دارد که باعث تفکیک بارهای الکتریکی در درون ابر می گردد.
نوع ابری که صاعقه در آن ایجاد می گردد، کومولو نیمبوس (Cumulonimbus) است که از انواع بسیار مرتفع ابرهاست، و از 2 تا 16 کیلومتر ارتفاع دارد . مرکز تفکیک بارها در این ابرها، در ارتفاع تقریبی 6 کیلومتری است.
همانطور که می دانید، در ارتفاعات بالا دمای هوا بسیار پایین است، بعنوان مثال در هنگام سفر با هواپیما، هنگامی که در ارتفاع حدود 10 کیلومتری از سطح دریا هستیم دمای هوای بیرون، حتی در تابستان حدود 50 درجه سانتیگراد زیر صفر اعلام میگردد. این دمای پایین باعث انجماد سریع ذرات رطوبت در درون ابر گردیده و ذرات کوچک یخ ( ذرات کوچک تگرگ مانند که در اثر رشد کریستال یخ ایجاد شده و گرد هم می آیند) را ایجاد می نمایند که طبیعتا سنگین شده و به سوی پایین روانه می گردند ، در حین سقوط، این ذرات کوچک تگرگ، در تصادم با بخارات بالا رونده ، الکترونها را از آنها جداکرده و خود دارای بار منفی می شوند و آنها را دارای بار مثبت می کنند، مانند حالتی که با جوراب نو روی فرش تمیز راه می رویم و الکترون ها از فرش به جوراب و بدن منتقل می گردند.
به دلیل پایین آمدن این ذرات با بار منفی، بارهای الکتریکی در درون ابر تفکیک می گردد، به طریقی که بخش زیرین ابر، دارای بار منفی و بخش بالایی آن دارای بار مثبت می گردد.
و البته هنگام پایین آمدن، ذرات کوچک تگرگ، مجدداٌ بعلت افزایش دما در سطوح پایین تر به قطرات بسار ریز و شناور مایع تبدیل می گردند ( به حالت ابر )که ممکن است بعداٌ بصورت باران نزول کنند.
نتیجه این فرایند، تجمع افزاینده ی بارهای الکتریکی منفی در بخش زیرین ابر ( که نزدیکتر به زمین است ) می باشد. متقابلاٌ بارهای مثبت در بخش بالایی جمع می شوند و در اثر ادامه ی این فرایند، بارها در درون ابر بیشتر و بیشتر تفکیک می گردد.
از سوی دیگر، تجمع بارهای منفی در پایین ابر باعث جذب بار ناهمنام ( مثبت) در سطح زمین در ناحیه مجاور و زیر ابر می گردد
اختلاف پتانسیل بوجود آمده میان ابر و زمین همچنان افزایش می یابد که گاهی تاحدود 100 میلیون ولت نیز میرسد ، تخلیه الکتریکی هنگامی رخ می دهد که این اختلاف پتانسیل بتواند بر مقاومت عایقی هوا غلبه کند.
مقاومت عایقی هوا بسته به دما ، فشار و میزان رطوبت متغیر است، بطور معمول برای غلبه بر مقاومت الکتریکی هر سانتیمتر هوا به 0.5 تا 20 کیلو ولت اختلاف پتانسیل نیاز است.
از آنجا که بارهای الکتریکی در نقاط نوک تیز تجمع می کنند، در قسمت های بلند و برجسته زمینِ زیر ابر، مانند ساختمانها ، درخت ها ، کوه ، تپه یا هر بلندی طبیعی و یا مصنوعی دیگر، تجمع بار، و بنابر این شدت میدان الکتریکی مثبت افزوده می گردد و به عبارتی پیشرو بالارونده ( Upward Leader) ایجاد می گردد که آنرا میتوان مانند دستهایی دانست که بسوی بالا جهت اتصال روانه گردیده است.
متقابلاٌ در بخش زیرین ابر، شدت میدان الکتریکی منفی افزوده گردیده و از سوی ابر، پیشرو پایین آینده، (Downward Leader) مانند دستهایی برای اتصال بسوی پایین گسیل می گردد.
در فیلمبرداریهایی که با سرعت بسیار بالا از وقوع صاعقه انجام گردیده است این پیشرو(leader) ها و رشد آنها بصورت اشکال قوس الکتریکی قابل رویت هستند.
زمانه که این پیشرو ها به هم می رسند ( چون بارهای الکتریکی ناهمنام یکدیگر را جذب می کنند) کانال( Channel) را تشکیل می دهند که یک مجرای رسانا است و مانند یک هادی جهت تخلیه بار الکتریکی عمل میکند.
تخلیه الکتریکی تا زمانی که اختلاف پتانسیل قابل توجهی جهت ادامه ی غلبه بر مقاومت الکتریکی هوا وجود دارد ادامه می یابد. تخلیه الکتریکی باعث افزایش دمای هوای اطراف کانال تا حدود 30/000درجه سانتیگراد می گردد و هوا را به حالت تابش می رساند و بنابراین نوری شدید از آن ساطع می گردد که ما بعنوان برق (آذرخش) می شناسیم. و البته این افزایش دمای شدید و ناگهانی باعث انبساط شدید و انفجار گونه ی هوای آن ناحیه و در نتیجه ایجاد خلا در آنجا می گردد، هنگامی که هوا مجدد خلا را پر می کند، از برخورد شدید ملوکولهای هوا بر هم، صدایی عظیم برمی خیزد که ما آنرا بعنوان رعد (تندر) می شناسیم ( حالتی مشابه آنچه در شکستن دیوار صوتی رخ می دهد).
تخلیه الکتریکی صاعقه در مدت زمانی کوتاه ( در محدود یک هزارم ثانیه) رخ می دهد و معمولا بصورت دو ضربه با فاصله چند هزارم ثانیه است که ضربه اول شدید تر است.
صاعقه، پدیده طبیعی تخلیه الکتریکی است که ممکن است میان ابر و زمین یا میان دو ابر رخ دهد. ماهیت و شدت صاعقه به میزان و نوع بار الکتریکی ( مثبت یا منفی ) بستگی دارد. تغییر توزیع بارهای الکتریکی در ابر بواسطه جابجایی توده های هوای گرم و مرطوب در درون ابر رخ میدهد. در اثر تجمع بارهای الکتریکی میزان اختلاف پتانسیل به حدی می رسد که می تواند بر مقاومت عایقی هوا غلبه کند. مثلاٌ چنانچه بخش پایینی ابر دارای بار منفی باشد و به زمین نزدیک باشد، صاعقه میان ابر و زمین رخ خواهد داد؛ به این نوع صاعقه منفی ابر به زمین گویند که بیشتر صاعقه های ابر به زمین از این نوع هستند. ایجاد دیگر انواع صاعقه نیز همین مکانیزم را دارد ولی ممکن است نوع بار یا جهت رخداد متفاوت باشد.
صاعقه می تواند ولتاژ هایی تا حدود 100,000,000 ( صد میلیون) ولت ایجاد نماید و شدت جریانهای ناشی از صاعقه تا بیش از 200,000 ( دویست هزار) آمپر نیز ثبت شده است.
صاعقه پدیده ای گرم است و ملکول های هوای اطراف خود را تا 30,000 درجه سانتیگراد گرم میکند ، در چنین دمایی ملکولهای هوا شروع به تابش میکنند و این چیزی است که ما به نام برق (آذرخش) می شناسیم.
صاعقه ها به انواع میان ابر و زمین ، میان ابر و ابر، و نوع درون ابری تقسیم میشوند. بسته به نوع بار الکتریکی ، انواع زیر چند نوع صاعقه معروف هستند:
منفی ابر به زمین
مثبت ابر به زمین
مثبت زمین به ابر
صاعقه درون ابری
• دستگاه صاعقه گير الکترونیکی بايد به گونه اي نصب گردد كه نوك صاعقه گير حداقل 2 متر از نواحي تحت حفاظت آن مانند آنتن، برج خنك كن و ... بالاتر باشد. (بند 5-2-5)
• در كليه ساختمانها و سازه ها صاعقه گير الكترونيكي مي بايست از دو مسير مجزا توسط هادي نزولي به سيستم زمين متصل گردد. (بند 5-3-2)
• جنس و ابعاد هادي نزولي و هادی ارت سیستم حفاظت در برابر صاعقه بايستي مطابق با جدول شماره 1 استاندارد BS EN 50164-2 باشد.(5-3-6)
• از اسكلت فلزي ساختمان (در صورت دارا بودن برخي ويژگي ها) مي توان به عنوان جايگزين تمام يا بخشي از هادي نزولي استفاده نمود. (بند 5-3-9)
• هادي نزولي بايد در هر متر توسط سه عدد بست (هر 33 سانتی متر) به سازه متصل گردد. (بند 5-3-3)
• هادي نزولي ترجيحا بايد در خارجي ترين قسمت بناي ساختمان نصب شوند. (بند 5-3-3)
• در ساختمان هایی كه نمای آنها کامپوزیت ، شيشه اي يا سنگ هستند می توان هادي نزولي را در زير آن نصب نمود و در چنین حالتی می بایست هادی در دو نقطه ابتدا و انتها با زيرساخت فلزي نما متصل و همبند گردد. (بند 5-3-9)
مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین : نیاز اولیه و اساسی هر سیستم اتصال زمین!
هر سیستم اتصال زمین ( پایانه ارت ) و اجزای بکار رونده در آن، چه بصورت چاه ارت یا مجموعه ای از میله های ارت و چه بصورت هادی ها ی خوابانیده شده در بستر زمین ، از دیدگاه استاندارد باید دارای ویژگیهای خاصی باشد که در بخش ارت بصورت جداگانه شرح داده شده است و مهم ترین آنها به شرح زیر است:
• اجزای بکار رونده در آن از نظر جنس و مقاطع باید مطابق استاندارد باشند.
• قادر به تامین مقاومت خاصی بصورت پایدار و با تغییرات جزیی باشد.
• دارای عمر طولانی باشد ( یعنی بسرعت دچار خوردگی ، پوسیدگی یا عدم کارایی نشود).
برای ایجاد چنین سیستمی به اجزای رایج آن از قبیل صفحه مسی استاندارد ، میله ارت استاندارد ، بست ها و اتصالات استاندارد و مواد کاهنده ی مقاومت الکتریکی زمین استاندارد نیاز است.
بدیهی است وجود این عوامل به تنهایی کافی نیست بلکه طراحی و اجرای سیستم ارت نیز باید بر طبق استاندارد انجام گیرد.
در این میان مواد کاهندی مقاومت الکتریکی زمین نقش های ویژه ای را بازی می کند که عبارتند از :
کمک به رسیدن به مقاومت مطلوب سیستم زمین ( نقش کاهندگی مواد)
تضمین پایداری طولانی مدت سیستم ارت ایجاد شده ( نقش حفاظتی)
صرف مواد اولیه و هادی های ارت کمتر ( نقش اقتصادی)
مواد کاهنده ی مقاومت الکتریکی زمین از چه نوع موادی است؟
انواع مواد کاهنده ی مقاومت الکتریکی زمین کدامند؟
مقاومت ویژه ی الکتریکی خاک چیست و چگونه اندازه گیری می شود؟
آیا همیشه و در همه خاکها باید از مواد کاهنده استفاده کرد؟
استاندارد های مربوط به مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین کدامند؟
مشخصات مواد کاهنده ی استاندارد چیست؟
آیا مواد کاهنده از خوردگی و پوسیدگی سیستم ارت جلوگیری می کند؟
آیا نمک و زغال ماده استاندارد است ؟ مزایا و معایب آن چیست؟
آیا بنتونیت یک ماده استاندارد است ؟ مزایا و معایب آن چیست؟
مواد کاهنده ی با پایه ی کربنی (Carbon Base) چه موادی هستند؟
در چه زمین هایی از چه موادی استفاده کنیم؟
آیا رطوبت خاک یک عامل اساسی در کاهش مقاومت مواد کاهنده است؟
محاسبات مقاومت پایانه ارت در هنگام استفاده از مواد کاهنده بر اساس چه فرمولهایی انجام می شود؟
کسانی که عضو نیستند، نمی توانند اینجا را مشاهده کنند.
وابستگي زندگی امروزی ما به تجهيزات الكتريكي و الكترونيكي همواره رو به افزايش مي باشد. شبكه هاي كامپیوتری، تجهيزات پزشكي در بيمارستانها، تجهيزات ابزار دقيق در كارخانجات، تجهيزات مخابراتي ، عمليات بانكي و بسياري نمونه هاي ديگر مثال هايي از امکاناتی مي باشند كه عملكرد صحيح و بدون وقفه آنها در زندگي امروزي بشر ضروري است.
تنها برخورد صاعقه نيست كه موجب صدمه زدن به سيستمهاي فوق مي شود، بلكه اكثرا تجهيزات فوق بر اثر اضافه ولتاژ هاي ناشي از سوئيچينگ در سيستمهاي توزیع برق و همچنين تخليه صاعقه در فاصله هاي دور تر از آن تاسيسات، صدمه ديده و كار آنها را مختل می گردد. طبق مطالعات انجام شده تخليه صاعقه تا فاصله 2 كيلومتري مي تواند براي تجهيزات الكترونيكي حادثه آفرين بوده و به آنها آسيب برساند .
اتصال الکتریکی به زمین ( سیستم ارت) : مهار کردن خطر الکتریسیته!
بیش از یک قرن است که استفاده از انرژی الکتریکی جزء لاینفک زندگی بشر گردیده و انجام کارهای سخت و غیر ممکن را بر ما آسان گردانیده است به شکلی که تصور زندگی بدون انرژی الکتریکی برای ما ناممکن می نماید، اما در کنار همه ی خدماتی که برق برای ما به ارمغان آورده است، خطرات اجتناب ناپذیری نیز با خود بهمراه دارد، به غیر از خطر برق گرفتگی که بر همگان مشهود است، اختلالاتی که در توزیع نیروی برق رخ میدهد مانند اتصال کوتاه، می تواند باعث آسیب دیدن لوازم الکتریکی یا باعث آتش سوزی و تبعات آن گردد .
انسان همواره کوشش خود را در جهت تحت کنترل قرار دادن و مهار این خطرات قرار داده است، اتصال زمین یا (ارت) یک را مطمئن و اصولی برای خنثی کردن تحدیدات انرژی الکتریکی است. نگاه تیزبین بشر هنگامی که مشاهده کرد تجمع بارهای الکتریکی در ابر ها به شکل صاعقه در زمین تخلیه می گردد، به توانایی عظیم زمین در جذب و مهار انرژی الکتریکی پی برد و با الهام گرفتن از طبیعت، سیستم اتصال زمین را به عنوان یک سیستم حفاظتی بنا نهاد.
با گسترش و همه گیری استفاده از انرژی الکتریکی ، نیاز به سیستم ارت نیز گسترش یافت چرا که هر کجا تجهیزات تولید، انتقال و توزیع الکتریسیته نصب و راه اندازی می گردید به تبع آن اتصال زمین مناسب نیز ایجاد می گردید.با گذر زمان و تغییرات سریع و روز افزون تکنولوژی ، اتصال زمین الکتریکی از حالت یک مفهوم ساده و معمول خارج گردید و مصارف و نیازمندیهای جدید تر و متنوع تری برای آن ایجاد شد، از جمله نیاز های عملیاتی ، مخابراتی ، تاسیساتی یا اتصال زمین شبکه های اطلاعاتی و کامپیوتری.
گسترش و تنوع استفاده از سیستم زمین (ارت) امروزه آنرا به صورت یک زیر شاخه مستقل از صنعت برق در آورده است به شکلی که مستقلاً دارای روش ها ، استاندارد ها ، مراجع و هند بوک های مختص به خود است و از سوی دیگر مقادیر معتنابهی ملزومات ، یراق آلات و ابزار های و دستگاههای ویژه ی آن ساخته شده و رایج گردیده است.هر سیستم اتصال زمین ( پایانه ارت ) و اجزای بکار رونده در آن، چه بصورت چاه ارت یا مجموعه ای از میله های ارت و چه بصورت هادی ها ی خوابانیده شده در بستر زمین ، از دیدگاه استاندارد باید دارای ویژگیهای خاصی باشد که در مراجع بصورت جداگانه تشریح شده است و مهم ترین آنها به شرح زیر است :
• پایانه یا سیستم ارت برای مصرف خاصی استفاده شود.
• بر مبنای استاندارد خاصی طراحی و اجرا گردیده باشد.
• اجزای بکار رونده در آن از نظر جنس و مقاطع مطابق استاندارد باشند.
• قادر به تامین مقاومت خاصی بصورت پایدار و با تغییرات جزیی باشد.
• دارای دوام طولانی باشد ( یعنی بسرعت دچار خوردگی ، پوسیدگی یا عدم کارایی نشود).
برای ایجاد چنین سیستمی، علاوه بر استفاده از اجزای رایج و استاندارد آن مانند صفحه مسی ، میله ارت(ارت راد)، بست ها، یراق آلات و اتصالات و مواد کاهنده ی مقاومت الکتریکی زمین، به دانش فنی و آگاهی به مقررات و تجربه کافی نیز نیاز است. شرح کل مباحث و نیازمندی های سیستم ارت در این مختصر نمی گنجد ولی در اینجا قصد داریم به بعضی از سئوالات متداول در این خصوص پاسخ گوییم.
سیستم اتصال زمین (ارت) بر چند نوع است؟
منظور از زمین حفاظتی و زمین الکتریکی چیست ؟
تفاوت زمین کردن حفاظتی و زمین کردن الکتریکی چیست ؟
مشخصات سیستم زمین حفاظتی را چگونه تعیین می کنند؟
مشخصات سیستم زمین الکتریکی را چگونه تعیین می کنند؟
مقاومت الکتریکی سیستم زمین برای مصارف مختلف چقدر است؟
استاندارد های مربوط به طراحی و نصب سیستم زمین کدامند؟
مقاومت پایانه زمین چگونه اندازه گیری می شود؟
مقاومت پایانه زمین چگونه محاسبه می گردد؟
ملزومات استاندارد برای ایجاد پایانه ارت کدامند؟
در چه زمینهایی از چه متریالی برای ایجاد پایانه ارت استفاده کنیم؟
صاعقه : مواجهه با چند خطر به طور همزمان!
صاعقه، پدیده طبیعی تخلیه الکتریکی است که ممکن است میان ابر و زمین یا ابر و ابر رخ دهد . این پدیده از دیرباز فکر بشر را به خود مشغول داشته است و انسانهای بدوی از آن به شدت بیم داشته اند . در اقوام وملل مختلف علل و داستانهای مختلفی در باره آن ذکر می کرده اند که اغلب به خشم خداوند نسبت داده می شده است.
بر خورد علمی و سیستماتیک با این پدیده و اثرات آن، از زمان آزمایش مشهور بنجامین فرانکلین در سال 1752 میلادی آغاز گردید، جایی که بشر به ماهیت الکتریکی صاعقه و اثرات مخرب آن پی برد و بنابراین در صدد برآمد با روش های علمی به مقابله با این پدیده طبیعی و گریز ناپذیر بپردازد.
در روزگار ما صاعقه، عوامل بوجود آورنده آن و خطرات ناشی از آن به خوبی شناخته شده و تحت کنترل قرار گرفته است. با کمک تکنولوژی پیشرفته و ابداع دستگاههای صاعقه گیر و سرج ارستر، اثرات اولیه ( ناشی از اصابت مستقیم ) و ثانویه ( برخواسته از میدان مغناطیسی حاصل از تخلیه جریان صاعقه) تحت کنترل قرار گرفته و دفع می شوند.
خطرات و آسیب های ناشی از صاعقه از نظر آماری مقام اول را در آسیب های وارده به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی دارند و نظر به اینکه صاعقه می تواند اختلاف پتانسیل هایی تا 100/000/000 ولت و جریانهایی تا 200/000 آمپر و دمایی تا 30/000 سانتیگراد ایجاد نماید قابلیت های مخرب آنرا در ایجاد آتش سوزی و سایر خطرات جانی و مالی، نباید دست کم گرفت.
صاعقه چیست و انواع صاعقه ها کدامند؟
انواع روش های اثر گذاری صاعقه چیست؟
خسارت های ناشی از صاعقه چقدر است؟
چگونه با اثرات مخرب صاعقه مقابله کنیم؟
استاندارد های مربوط به حفاظت در برابر صاعقه کدامند؟
صاعقه گیر های الکترونیکی و استاندارد NF C 17-102
سیستم حفاظت در برابر صاعقه و اجزای آن