صاعقه پدیدهای جوی است که امکان وقوع آن در اثر اختلاف پتانسیل الکتریکی بین یک توده ابر و زمین، موجب تخلیه الکتریکی ناگهانی و ایجاد جرقههای عظیم میشود. از طرفی همواره با تکامل شهرنشینی ساختمانهایی وجود دارند که با توجه به ارتفاع و شرایط جغرافیایی خاص خود نیاز به محافظت در برابر چنین خطراتی دارند؛ بنابراین اختراع صاعقه گیرها ازجمله سیستمهای باارزشی هست که به کاهش خسارات ناشی از چنین پدیدههای جوی کمک بسیار بزرگی مینماید. با توجه به همین مقدمه نیز در این قسمت از سازه افزار به سراغ این نوع از سیستمها رفته و بهطور کاملاً جامعی انواع آنها را بررسی میکنیم. همچنین ذکر این مورد قابلتوجه است که در این مقاله دستورالعمل نصب صاعقه گیر را نیز ارائه دادهایم. پس مثل همیشه همراه ما باشید.
صاعقه از طرق مختلف میتوانند باعث اضافه ولتاژهای ناگهانی شده و مستقیماً به یکخانه ازجمله سیمپیچی مدار درون دیوارهای آن، اصابت کند و طبیعتاً عاملی برای آسیب به این نوع از سیمپیچیها شود. از طرفی صاعقه همچنین میتواند به اشیاء نزدیک به خانه مانند، زمین و یا درختان، برخورد کرده و باعث افزایش ناگهانی ولتاژ و آتشسوزی شود. بنابراین، یک صاعقه گیر نقش مهمی را در حفاظت از وسایل برقی و تأسیسات شبکهای در برابر این افزایشهای ناگهانی، ایفا میکند. در یک دیدگاه جامع میتوان مطرح کرد که صاعقه گیرهای ساختمان ازجمله سیستمهایی میباشند که هدف آنها این است که ساختمان را از برخورد مستقیم صاعقه حفاظت کنند. درواقع با برخورد صاعقه به این هادیها و تخلیه جریان صاعقه به زمین، ساختمانها از خسارات ناشی از صاعقه در امان میمانند که در ادامه این مقاله اطلاعاتی بیشتر را در این باب خدمت شما عزیزان ارائه میکنیم.
هر سیستم صاعقه گیر از ۳ قسمت اصلی زیر تشکیلشده است که این موارد به شرح زیر است:
بهطورکلی این بخش محل اصلی برخورد صاعقه به آن هست که در بالاترین ارتفاع ساختمان است.
صاعقه گیر باید سایر نقاط موجود ساختمان را موردحفاظت قرار دهد و وظیفه آن، جلوگیری از برخورد صاعقه به ساختمان و تخلیه جریان صاعقه به زمین است.
هادیهای نزولی مسیرهای انتقال جریان صاعقه از محل برخورد آن با میلههای صاعقه گیر به نقطه پایانی یعنی اتصال زمین هستند.
شبکه اریتنگ در اطراف ساختمان تعبیهشده و جریان پس از عبور از هادیهای نزولی به شبکه اتصال زمین میرسد و سپس طی این اتصال به زمین تخلیه میشود.
صاعقه گیرها را میتوان بر اساس شکل سیستم و نوع کاربری در دستهبندیهای زیر قرار داد که این موارد به شرح زیر هست:
بهطورکلی میتوان مطرح کرد که این صاعقه گیرها بسته بهاندازه سازه و هادیهای پایینرونده دارای یکسر یا چندین سر بوده و این قابلیت را دارند که هم بهصورت مستقیم به الکترود ارث در فونداسیون متصل شوند و یا بسته به نوع حفاظت و اجرا، به یک الکترود ارت خاص همچون الکترود ارتکنندهی صاعقه گیر متصل شوند.
جالب است بدانید که این صاعقه گیرها نوع توسعهیافتهی صاعقههای میلهای تکی و دارای یک اسپارک اول میباشند. در باب اسپارک اور نیز باید اذعان نمود که این نوع از سیستمها یک میدان الکتریکی روی سر برقگیر ایجاد میکنند که باعث میشود صاعقه بهتر جذبشده و عمل صاعقه گیر بهبود بخشیده شود. برای ساختمانهای بزرگتر از ۶۰ متر که با یک صاعقه گیر میلهای از نوع اسپارک اور یا معمولی حفاظت میشود، حفاظت سیستم با اجرای یک حلقهی فلزی در بالا تکمیل میشود تا ریسک برخورد جرقههای صاعقههای پهلویی و عرضی نیز از بین برود. در همین راستا لازم به ذکر است که شما میتوانید چندین صاعقه گیر را روی یک ساختمان نصب کنید. کل این صاعقه گیر باید هم به هم متصل شده و سپس به الکترود ارت متصل شوند.
همانطور که از نامش پیداست، دارای دو میله به شکل شاخک است و آرایش این میلههای فلزی میتواند در اطراف یک شکاف هوایی کوچک شکل بگیرد. از طرفی چنین آرایشی فاصله بین این دو میلهها را نیز میتواند افزایش دهد. این میلههای فلزی نیز بر روی عایقهای سرامیکی قرار دارند. اتصالات یک شاخک را میتوان از طریق وصل کردن دو سیم جداگانه به آنها ایجاد کرد. در حال که یکطرف شاخک بهوسیله مقاومت و پیچک محافظ به خط وصل شده و طرف دیگر آن به زمین متصل میشود. در همین راستا جالب است بدانید که مقاومت این محصول، حرکت جریان را به میزان یک دقیقه محدود میکند. همچنین شکاف بین شاخکها نیز قابل تنظیم است.
جالب است بدانید که طراحی این نوع از صاعقه گیرها بهگونهای هست که بهوسیله استوانههای پشت سرهم و از طریق شکافهای هوایی، از یکدیگر جدا و نسبت به هم عایق شدهاند. درواقع ترتیب استوانهها به شکلی است که استوانه اول به یک خط برقی متصل شده و باقی استوانهها توسط مقاومت سری به زمین متصل میشوند.
بهطورکلی این نوع از صاعقه گیرها در سیستمهای الکتریکی توان بالا، کاربرد دارند و شامل دو قسمت اصلی میباشند که یک قسمت شامل ترتیبی از شکافهای جرقه و قسمت دیگر مجموعهای از دیسکهای مقاومت غیرخطی است. عملکرد این وسیله زمانی انجام میگیرد که یک ولتاژ شدید باعث ایجاد ضربه در شکافهای جرقه شده و مقاومتهای غیرخطی نیز ولتاژ را درون زمین حفظ میکنند؛ بنابراین زمانی که اضافه توان ناگهانی متوقف شود، شکافهای جرقه را میتوان بهطور جداگانه و توسط مقاومتها کنار زد.
طراحی این نوع از صاعقه گیرها توسط لولههای شیشهای که از گلولههای سربی پرشدهاند، انجام میگیرد و ساخت این صاعقه گیرها با محیط درونی سرشار از پرو کسید سرب که سرتاسر آن را پوشانده است، تکمیل میشود. بهطورکلی اکسید سربی که درون پرو کسید سرب وجود دارد، رسانای قدرتمندی بهحساب نمیآید؛ بنابراین زمانی که اکسید سرب گرم شود، تبدیل به پرو کسید سرب شده و مکانی برای جاری شدن جریان به وجود میآید و هرگاه حرکت جریان منتقل شود، پرو کسید سرب برعکس اکسید سرب، تغییر میکند. در پایان نیز لازم به ذکر است که معمولاً از این نوع از صاعقه گیرها زیاد استفاده نمیشود و چندان رایج نمیباشند.
صاعقه گیر بهصورت قفس مشی ازجمله انواع این نوع از سیستمها هست که شامل شبکه از هادیها که بیرون ساختمان و اطراف آن ایجاد میشود و درعینحال کل ساختمان را میپوشاند، میشود. بهطورکلی میلههای این نوع از صاعقه گیر میتوانند به این شبکهی مسی که بر روی فواصل معین روی سقف و نقاط نوکتیز مانند دودکش یا ناودان متصل شدهاند بهوسیلهی هادیهای پایینرونده به ارت فونداسیون متصل شوند.
سیستم ارت یا اتصال به زمین بهمنظور هدایت جریان ناخواسته به زمین طراحیشده است. چراکه ازآنجاییکه تمامی تجهیزات برقی با ولتاژ کار میکنند، ازاینرو افزایش و کاهش ولتاژ سبب آتشسوزی و سوختن مدارات سیستم برقی میشود. از طرفی نیز میتوان اذعان داشت که در مواردی امکان برقگرفتگی هم وجود دارد. با توجه به همین مسئله نیز میتوان از سیستمهایی همچون سیستم ارت استفاده کرد. درواقع در این سیستم در صورت وجود بار الکتریکی در قسمتهایی که نباید برقدار باشد، بار به زمین منتقل میشود. این سیستم در بالای ساختمانها، محلهایی بیرونی ساختمان، بالای خطهای انتقال و بسیاری از نقاط دیگر استفاده میشود.
برقگیر وسیلهای است که از تأسیسات و تجهیزات الکتریکی در برابر افزایش توان و ولتاژ گذرای ناشی از وقوع خطاهای الکتریکی مانند سوئیچینگ، اتصال کوتاه، جرقه و صاعقه، حفاظت میکند. بهطورکلی این وسیله درون پنل نصب میشود تا افزایشهای ناگهانی توان را خنثی کند. درحالیکه صاعقه گیر وسیلهای است که برای محافظت از مدارات الکتریکی و وسایل متصل به آن در برابر برخوردهای صاعقهای که دارای ولتاژ گذرای بالایی هستند، استفاده میشود. درواقع صاعقه گیرها در فضای بیرونی نصب میشوند تا اثرات مخرب ضربات پالسی حالت گذرای صاعقه را به زمین منتقل کنند؛ بنابراین میتوان ادعا کرد که برقگیر سیستمی کاملاً متفاوت با صاعقه گیر دارد.
مزایای نصب یک صاعقه گیر مناسب بر روی ساختمان را میتوان بهطور خلاصه به شرح زیر ارائه نمود که این موارد شامل:
بهمنظور نصب صاعقه گیرها بهتر است این کار را به افراد حرفهای و متخصص در این حوزه بسپارید، اما اگر علاقهمند به آشنایی با سازوکار نصب این نوع از سیستمها میباشید میتوان اذعان نمود که رویه نصب صاعقه گیرها به شرح زیر هست که در ادامه هر یک از این مراحل را بهطور مفصل موردبررسی قرار میدهیم.
بهطورکلی هدف از این مرحله تحقیق در مورد ضرورت نصب صاعقه گیر در محل موردنظر هست. اگر نتیجه این تحقیق لزوم استفاده از سیستم حفاظت در برابر صاعقه را به اثبات برساند، به گامهای بعدی نیز نیاز است و طبیعتاً در صورت امکانسنجی و عدم ضرورت به نصب صاعقه گیر هزینهای نیز در این زمینه مصرف نمیشود. اما بهمنظور امکانسنجی ابتدا محل موردنظر بازدید میشود و موقعیت جغرافیایی آن موردبررسی قرارگرفته و اطلاعات موردنیاز در خصوص کاربری محل و میزان حساسیت آن به دست میآید. جالب است بدانید که اولین پارامتر تعیین سطح حفاظتی در برابر صاعقه ارتفاع ساختمان است. بر همین اساس سازههای حفاظتشده را به دو نوع سازههای با ارتفاع کمتر از 23 متر و سازههای با ارتفاع بیشتر از 23 متر تقسیمبندی میکنند. در همین راستا اگر ارتفاع ساختمان کمتر از 23 متر بود و فقط قسمتی از آن (مثلاً یک آنتن مخابراتی) در ارتفاعی بیش از 23 متر قرار میگرفت، هادیها و تجهیزات باید فقط در قسمتی که بیشتر از ارتفاع 23 متر دارد به کار گرفته شود و هادیها به طرز متعادلی به بقیه سیستم حفاظت از صاعقه متصل شوند. همچنین فرایند امکانسنجی با توجه به تنوع شکل ساختمانها و بناهای جدید ازلحاظ معماری و حالات مختلف سقف ساختمانها نیز اعمال میشود.
در این مرحله از فرایند نصب به بررسی مکان موردنظر جهت به دست آوردن سطح حفاظتی و شعاع پوششی موردنیاز میپردازیم. درواقع مواردی که در این مرحله موردبررسی قرار میگیرند شامل نوع سازه موردحفاظت (بتنی، فلزی، چوبی)، ارتفاع سازههای بلند اطراف سازه موردحفاظت، فاصله سازههای بلند اطراف سازه موردحفاظت، اهمیت سازه موردحفاظت در هنگام آتشسوزی و به دست آوردن سطح حفاظتی موردنیاز هست. همچنین در این مرحله از نصب صاعقه گیر رعایت استانداردهای بینالمللی مختلفی ازجمله استانداردهای NFC17-102، NFP-780، BS6651 نیز ضروری هست.
پس از محاسبات ذکرشده میزان سطح حفاظتی موردنیاز برای سازه موردنظر به دست میآید. به یاد داشته باشید که در این فرایند با استفاده از فرمولهای محاسباتی مهمی که در استانداردهای بینالمللی یادشده میتوان سطح حفاظتی موردنیاز را نیز به دست آورد. واضح است که سطح حفاظتی بهدستآمده در این مرحله در انتخاب صاعقه گیر ساختمان مناسب فاکتور مهمی هست.
در این مرحله نصب صاعقه گیر با توجه به دستورالعمل فنی آن انجام میگیرد. یادآوری میگردد که مدل مناسب صاعقه گیر و میزان شعاع پوششی آن با توجه به نتایج مرحله سوم انتخاب میگردد. بهطورکلی میتوان مطرح کرد که طی این فرایند سر ترمینالهای هوایی تا تجهیزات حفاظتشده نباید کمتر از 245 میلیمتر باشد. همچنین ترمینالهای هوایی باید به طرز محکم و قابل قبولی در جای خود محکم شوند تا در برابر وزش باد و دیگر خطرات جابجا نشوند. صاعقه گیرها باید در فاصله 60 سانتیمتری از لبه پشتبام نصب شوند. درروی سقفهای شیروانی باید بر روی لبه و در پشتبامهای تخت باید در محیط پیرامون آن نصب شوند. چنانچه ارتفاع صاعقه گیرها بیشتر از 6 سانتیمتر باشد مجاز به نصب آنها در فاصلهای کمتر از 7.6 متری از همدیگر هستیم. لازم به ذکر است که اگر عرض و یا طول پشتبام ساختمان بیشتر از 15 متر باشد نیاز به صاعقه گیرهای اضافی است.
بهطورکلی میتوان اذعان نمود که تعیین محل نصب پایههای صاعقه گیر سه روش زیر امکانپذیر است که این روشها به شرح زیر است:
• روش زاویه حفاظتی
این روش برای سطوح شیبدار قابلاستفاده است. در این سطوح میلههای صاعقه گیر نسبت به افق عمودی نصب میشوند بهطوریکه محدوده حفاظتی مدنظر زاویه حفاظتی برآورده شود. معمولاً این روش برای تکمیل روش مش در ساختمانهایی که در سطح هموار برآمدگی دارند استفاده میشود. این روش سادهترین روش جایابی صاعقه گیر است و برای میلههای صاعقه گیر فرانکلین به کار میرود اما بهاندازه روش گوی غلتان مؤثر و قابلاطمینان نیست. لازم به ذکر است که این روش برای ساختمانهای با ارتفاع بیش از 20 متر مناسب نیست.
• روش مش (قفس فارادی)
در این روش تسمههای مسی را بهصورت متقاطع به نحوی بر روی سطح خارجی ساختمان نصب میکنند که فاصله این تسمههای مسی، متناظر با اعداد مرتبط باکلاس حفاظتی است. برای ساختمانهای بلندتر از 60 متر، برای 20 درصد دیوارهای بخش بالایی ساختمان نیز این روش اجرا میشود.
• روش گوی غلتان
در این روش کرهای فرضی روی سازه غلتانده میشود و قسمتهایی از سازه که گوی با آن محدودتر تماس پیدا میکند، مستعد برخورد صاعقه و نیازمند محافظت تشخیص داده میشود و پایانههای صاعقه گیر در آن مناطق نصب میشود. این روش جامع و درعینحال روشی ساده برای تعیین محل پایانههای صاعقه گیر است.
پس از نصب صاعقه گیر ساختمان، آن را توسط یک یا چند هادی نزولی به سیستم ارتینگ اجراشده در مرحله چهارم متصل میکنیم. به هادیهای نزولی اصطلاحاً هادیهای میانی نیز گفته میشود. جنس این هادیها از انواع تسمه و یا سیمهای مسی بافتهشده با حداقل سطح مقطع 50 میلیمتر مربع انتخاب میگردد. البته در مورد صاعقه گیر ساختمان سطح مقطع 50 میلیمتر مربع کفایت میکند، ولی جهت نصب صاعقه گیر برای مصارف صنعتی از سیمهای مسی با سطح مقطع بیشتر از 50 مانند 75، 90 و یا حتی 120 استفاده میگردد. تعداد هادیهای موردنیاز نیز با توجه به ارتفاع ساختمان موردحفاظت تعیین میگردد که در استانداردهای NFC قابلدسترسی است. البته در همین راستا ذکر این نکته ضروری است که به هنگام نصب هادی نزولی و اتصالات آن باید دقت زیادی کرد. وظیفه هادیها تخلیه انرژی صاعقه هست و این امر باید بهدرستی انجام گیرد تا این انرژی خطرناک از مسیرهای نامناسب تخلیه نگردد؛ زیرا خطرات آن بهمراتب بیشتر از خود صاعقه خواهد بود. بهطورکلی پارامترهایی که بر مکان این هادیها تأثیرگذار است عبارتاند از:
همچنین درباره هادیهای اصلی نیز ذکر این نکات ضروری است که در این بخش باید تمام تجهیزات و ترمینالها را به شکلی به هم وصل کنند که هر تجهیز حداقل دو مسیر مجزا به سمت پایین ساختمان داشته باشد. البته در مواردی ازجمله شرایطی که فاصله صاعقه گیرهای انتهایی، از هادیهای شبکه کمتر از 5 متر باشد و چنانچه سقف ساختمان خود دارای دو ارتفاع بوده باشد، میتوان کار را تنها با یک هادی پیش برد. همچنین لازم به یادآوری است که قطعات فلزی ساختمان از قبیل نردههای فلزی، نردبان، لولههای جمعآوری آبهای باران و … نباید بهعنوان جایگزین هادیهای اصلی شبکه شوند.
در این مرحله هادیهای نزولی در نظر گرفتهشده در مرحله قبلی با استفاده از کلمپ ها یا بست ها به صاعقه گیر متصل میشوند. همانطور که در بخش قبلی از این نوشتار در سازه افزار نیز اشاره کردیم، در اتصال همواره باید دقت زیادی به عمل آورد. بهطورکلی جنس کلمپ ها نیز معمولاً فولادی و یا گالوانیزه میباشند و چنانچه هادیها به درون خاکی وارد میشوند که رطوبت دارد و یا ازلحاظ املاح شیمیایی خاصیت اسیدی یا قلیایی دارد، تمهیدات لازم برای جلوگیری از زنگزدگی و یا خوردگی این کنداکتورها باید لحاظ گردد. این روکش گالوانیزه باید از 90 سانتیمتری بالای سطح خاک روی سیم را پوشاند و تا انتها ادامه یابد. در این مرحله لازم به اذعان است که شما عزیزان میتوانید از سازه فلزی ساختمان و یا آرماتورهای بتن اسکلت ساختمان نیز بهعنوان کنداکتورهای غیرفعال استفاده نمود.
بهطورکلی بهمنظور هدایت جریان صاعقه به زمین باید از اتصال و یکپارچگی آرماتورها و یا سازه از بام تا زمین اطمینان حاصل شود و تستهای مربوطه انجام شود، در قسمت بام ساختمان تمامی آرماتورها به نحو مناسب (لحیم کردن، جوش دادن، سیم بندی و اتصالات محکم) به هم متصل شوند. نصب جعبههای تست بر روی تمامی هادیهای نزولی اجباری هست و ازجمله وظایف آنها شامل انجام تستهای سیستم و تست اتصال صحیح هادی نزولی به سیستم ارت هست. این جعبهها در فاصله حدوداً دومتری از سطح زمین نصب میشوند. همچنین در پایان توصیه میشود از جنس کامپوزیتی بهجای فلزی استفاده گردد.
شمارنده صاعقه گیر و یا همان کانتر تعداد صاعقههای عبوری از سیستم صاعقه گیر و ساعت و تاریخ وقوع آنها را ثبت میکند. این ابزار جهت بررسی صحت عملکرد این سیستم ضروری هست که در این مرحله در مستقیمترین هادی نزولی و قبل از جعبه تست نصب میگردد. همچنین ذکر این نکته الزامی است که در ساختمانهایی که بیش از یک صاعقه گیر میلهای در پشتبام آنها نصبشده است و مانع با ارتفاع بیش از 1.5 متر در بین آنها وجود ندارد، باید تمامی صاعقه گیرها به یکدیگر متصل شوند.
جمعبندی
همانطور که در این مقاله کامل از وبلاگ سازه افزار جامعترین سایت نیازمندیهای صنعت ساختوساز کشور اشاره نمودیم، برای حفاظت ساختمانها و تأسیسات در مقابل صاعقه نیاز به یک سیستم صاعقه گیر است که صاعقه را گرفته و جریان آن را به زمین منتقل کند. در بین ساختمانهایی که نیاز به سیستم صاعقه گیردارند میتوان ساختمانهای مسکونی و فضاهای باز عمومی مورداستفاده مردم، ساختمانهایی که خطر نشت مواد آلودهکننده را دارند و همچنین ساختمانها و بناهای تاریخی و غیره را نام برد؛ بنابراین میتوان ادعا کرد که وجود صاعقه گیرها ازجمله سیستمهای کارایی هست که از وارد آمدن خسارت به ساختمانها جلوگیری میکند و نقش اساسی در استانداردسازی سازهها بازی میکند. در پایان این مقاله نیز لازم به ذکر است که کامنتها و پیشنهادات شما در راستای ارائه محتوای کاربردیتر برای شما بسیار باارزش هست و میتوان کیفیت این متون را بهشدت بالا ببرد؛ بنابراین پیشاپیش از همراهی شما با سازه افزار سپاسگزاریم.