صاعقه گیر
همه چیز در مورد انواع صاعقه گیر
صاعقه پدیدهای طبیعی ناشی از برخورد ابرهای دارای بارهای ناهمنام است که در اثر آن تخلیههای شدید الکتریکی به صورت نور رخ میدهد. این تخلیهها میتوانند برای ساختمانها و تجهیزات خطرناک بوده و حتی موجب آتشسوزی شوند. برای مقابله با این خطر، استفاده از صاعقه گیر (برقگیر) توصیه میشود. صاعقه گیر دستگاهی است که ولتاژهای بالا و غیرعادی را بدون تأثیر بر منبع تغذیه، به زمین منتقل میکند و بدین ترتیب از تجهیزات در برابر امواج گذرا محافظت مینماید. این وسیله بهطور موازی با تجهیزات و بین خط و زمین نصب میشود و نقش حیاتی در ایمنی پستها و ساختمانها دارد.
اثر صاعقه بر ساختمان ها و تجهیزات چیست؟
صاعقه میتواند باعث تخریب سازهها، آسیب جدی به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، ایجاد آتشسوزی و حتی تهدید جان انسانها شود. به همین دلیل حفاظت در برابر آن برای ساختمانها و زیرساختها ضروری است.
اثرات صاعقه بر ساختمانها و تجهیزات
تخریب فیزیکی سازهها: جریان شدید صاعقه میتواند مصالح ساختمانی را ترک دهد، سقفها و دیوارها را بشکند یا حتی موجب انفجار جزئی شود.
آتشسوزی و حریق: دمای صاعقه تا حدود ۳۰٬۰۰۰ درجه سلسیوس میرسد که میتواند مواد قابل اشتعال را فوراً شعلهور کند.
آسیب به تجهیزات الکتریکی: ولتاژهای گذرا و ناگهانی ناشی از صاعقه باعث سوختن مدارها، از کار افتادن سیستمهای برقی و خرابی تجهیزات حساس میشود.
قطع برق و اختلال در عملکرد سیستمها: در ساختمانهای حیاتی مانند بیمارستانها یا کارخانهها، حتی قطع کوتاهمدت برق ناشی از صاعقه میتواند خسارت مالی و عملیاتی سنگینی ایجاد کند.
خطرات انسانی: برخورد مستقیم یا غیرمستقیم صاعقه میتواند منجر به سوختگی، اختلالات عصبی، فلج یا حتی مرگ افراد شود.
اختلال در ارتباطات و شبکهها: صاعقه میتواند به زیرساختهای مخابراتی و شبکههای اینترنتی آسیب رسانده و ارتباطات را مختل کند.
تا این جا با اثر صاعقه بر روی ساختمان ها و تجهیزات آشنا شدیم و دلیل ضرورت استفاده از صاعقه گیرها را دریافتیم. انواع صاعقه گیرها به دو دسته کلی صاعقه گیرهای غیرفعال یا پسیو و صاعقه گیرهای فعال یا اکتیو تقسیم می شوند که در ادامه با آن ها بیشتر آشنا خواهیم شد.
انواع صاعقه گیر:
۱. صاعقه گیر غیرفعال (Passive):
اولین روش جذب صاعقه که به صاعقه گیر های پسیو یا غیرفعال شهرت دارد، توسط بنجامین فرانکلین پیشنهاد شد. این صاعقه گیر، تنها میله ای نوک تیز است که در بالاترین نقطه سازه نصب می شود. در هنگام صاعقه با جذب ولتاژ ، جریان تولیدی را به زمین منتقل می کند و در این مسیر هیچ عامل تشدید کنندهای غیر از شکل خاص آنها وجود ندارد. پیشنهاد می شود که از صاعقه گیر پسیو به خاطر سادگیش در نصب شدن، در ایستگاه های رادیویی، محل آنتن های بشقابی و ساختمان هایی که سطح حفاظتی کوچک دارند، استفاده شود. صاعقه گیر غیرفعال (پسیو) با توجه به شیوه ساخت و نوع کاربری در انواع مختلفی ساخته می شود:
• صاعقه گیر میله ای
• صاعقه گیر با فواصل هوایی
• صاعقه گیر لوله ای
• صاعقه گیر با قوس طولانی
• صاعقه گیر با مقاومت غیر خطی
• کابل های معلق
• قفس فارادی
• سیستم ترمینال مش
صاعقه گیر میله ای:
ولین و ساده ترین صاعقه گیر ها که توسط فرانکلین پیشنهاد شدند، شامل یک میله نوک تیز ساده بود که از جنس مس یا استیل بود. صاعقه گیر میله ای، معایب بسیاری دارد و تنها مزیتی که دارد این است که ارزان است. این معایب می توانند در ولتاژهای بالا، سیم پیچی دستگاهها (ترانسفورماتورها) را تهدید کنند و با تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از حذف اضافه ولتاژ، باعث عمل کردن وسایل حفاظتی و در نتیجه، ایجاد وقفه در سیستم شوند.
صاعقه گیر با فواصل هوایی
صاعقه گیر با فواصل هوایی، شامل دو الکترود یا دو شاخک است که متناسب با ولتاژ، در فاصله معین بین هادی و زمین قرار میگیرند و در صورت بروز اضافه ولتاژ، میان این الکترودها قوس الکتریکی برقرار میشود. قوسی که ایجاد می شود باعث اتصال کوتاه می گردد و از اضافه شدن بیشتر ولتاژ جلوگیری می کند.
صاعقه گیر لوله ای
صاعقه گیر های لوله ای شامل یک فاصله هوایی برای جرقه زدن در فضا و یک فاصله دیگر در درون یک محفظه مخصوص هستند که با هم بطور سری قرار دارند. این نوع صاعقه گیرها به منظور کوتاه کردن زمان عبور جریان و جلوگیری از وقوع اتصال کوتاه تهیه شده ا ند.
صاعقه گیر با قوس طولانی(LFA)
یکی از روش های جدید حفاظت خطوط انتقال، روشی است که جهت هدایت قوس الکتریکی ناشی از تخلیه، از یک سطح طولانی استفاده می شود. صاعقه گیرهای قوس طولانی می توانند بین هادی های زمین یا به صورت سری با مقره قرار بگیرند و جلوی خارج شدن خطوط را بر اثر تخلیه اضافه ولتاژهای ناشی از تخلیه الکتریکی را بگیرند.
صاعقه گیر با مقاومت غیرخطی
صاعقه گیر با مقاومت غیرخطی، همان طور که از اسم آن پیداست مانند یک مقاومت غیرخطی عمل می کند. قرص های اکسید روی موجود روی این صاعقه گیر ها، نقش مقاومت غیرخطی را ایفا می کنند. عملکرد این صاعقه گیر به این صورت است که در برابر ولتاژ نامی شبکه، ولتاژ بالایی را از خود نشان می دهد و در برابر ولتاژهای بالاتر از ولتاژ نامی، امپدانس کمی را نشان می دهد که کار تخلیه الکتریکی صورت گیرد و به این روش، از تجهیزات محافظت کند.
کابل های معلق
در صاعقه گیر های از نوع کابل معلق، از یک یا چند سیم هوایی در بالای ناحیه ای که قرار است از آن محافظت شود، استفاده می گردد. این سیم ها از طریق دکلهایی در دو طرف ناحیه مورد نظر قرار گرفته و ازهمان طریق نیز به زمین متصل میشوند.
قفس فارادی
همان طور که گفته شد، صاعقه گیر میله ای معایب و محدودیت های زیادی دارد. از این رو، با گسترش ابعاد ساختمان ها، صاعقه گیر قفس فارادی جایگزین صاعقه گیر های میله ای شد. در این روش، سعی میشود ساختمان را در قفسی از هادیهای مسی یا فولادی محصور کرد.
سیستم ترمینال مش
صاعقه گیر سیستم ترمینال مش هم شامل چندین میله مهار شده و متصل به یکدیگر است که تمامی این میلهها توسط هادی بهم وصل شده و به زمین نیز متصل میگردند.
2. صاعقه گیر فعال(Active)
صاعقه گیر فعال، صاعقه گیری است که به واسطه انرژی دریافتی از منبع خارجی و استهلاک و مالش ابرها تولید شده و به صورت خودکفا هوای اطراف خود را یونیزه می کند. صاعقه گیرهای فعال به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
• صاعقه گیرهای وابسته به فعال شدن به منبع خارجی مانند برق شهر یا باتری
• صاعقه گیر خودکفا برای فعال شدن انرژی به واسطه یک مکانیزم داخلی
صاعقه گیرهای فعال هم مانند صاعقه گیرهای غیرفعال، دارای گستره وسیعی هستند که از انواع آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• اتمی
• بادی (پیزوالکتریک)
• خورشیدی
• خازنی
صاعقه گیرهای اتمی
صاعقه گیرهای اتمی، برای انجام عملیات یونیزاسیون وابسته به تشعشعات اتم سزیمی بودند که در داخل آن قرار داشت، وابسته بودند. امروزه، این دسته از صاعقه گیرها به دلایل زیر دیگر تولید نمی شوند:
• وجود اثرات زیست محیطی شدید به علت تشعشعات یک عنصر اتمی
• عدم وابستگی عملیات یونیزاسیون صاعقه گیر با اتصال سیستم صاعقه گیر با الکترود زمین
• وابستگی صاعقه گیرهای اتمی با نیمه عمر عنصر اتمی که در آن به کار رفته بود
صاعقه گیرهای بادی (پیزوالکتریک)
صاعقه گیرهای بادی از یک محفظه خالی با مسیر ورود و خروج دوکی شکل آیرودینامیک ساخته شده اند که ورود و خروج هوا از آن طی یک سیکل و مسیر مشخص صورت می گیرد و باعث ارتعاش یک الکترود عمودی می شود. این الکترود متصل به یک سلول پیزوالکتریک است. نوسانات الکترود سبب ایجاد الکتریسیته ساکن در سلول می شود و این انرژی ذخیره شده، در بین الکترود و جداره خارجی صاعقه گیر تخلیه شده و منجر به یونیزاسیون هوای اطراف خواهد شد.
صاعقه گیرهای خورشیدی
صاعقه گیرهای خورشیدی شامل باتری و تعدادی سلول خورشیدی دریافت کننده انرژی هستند که تابش نور آفتاب باعث می شود که باتری ها شارژ شوند. انرژی ذخیره شده در باتری ها باید در لحظه مناسب، باعث تخلیه و یونیزاسیون هوا شود.
صاعقه گیرهای خازنی
ساز و کار عملکرد صاعقه گیرهای خازنی براساس وجود پتانسیل الکتریکی جوی بنا شده است. این صاعقه گیرها می توانند انرژی مصرفی خود را به طور طبیعی از میدان الکتریکی اتمسفر بگیرند. زمانی که انرژی الکتریکی اتمسفر از حد معینی بیشتر شود، واحد شارژ برای جمع آوری انرژی فعال می شود. این واحد تا اشباع خازن-های یک مدار الکترونیکی به شارژ شدن ادامه می دهد. هرگاه مقدار پتانسیل اتمسفر از حد مشخصی عبور کند، آن گاه دستور تخلیه خازن ها را به الکترود میانی متصل به زمین صادر می کند. همین امر باعث می شود تا هوای اطراف صاعقه گیر دچار یونیزاسیون شود.
صاعقه گیر خازنی
صاعقه گیر های میله ای
هدف از نصب صاعقه گیر
براساس تحقیقات، در هر ثانیه، به طور متوسط بیش از پنجاه صاعقه به زمین اصابت می کنند و این صاعقه ها خسارات جانی و مالی فراوانی را از خود به جا می گذارند. وقتی صاعقه به یک سازه یا یک ناحیه مشخص اصابت می کند، این برخورد می تواند سبب خسارات قابل توجهی که معمولاً با آتش سوزی همراه است، شود و حفاظت در برابر این خطرات تنها توسط صاعقه گیر امکان پذیر است. به طور کلی، حوادثی که توسط صاعقه به وجود می آید به دو گروه تقسیم می شوند:
• حوادثی که به سبب برخورد مستقیم صاعقه به وجود می آید.
• حوادثی که به سبب اثرات غیر مستقیم صاعقه بوجود می آید.
هدف از نصب صاعقه گیر، حفاظت از سیستم ها و افراد در برابر صاعقه و به وجود آوردن مسیری مطمئن جهت انتقال جریان عظیم صاعقه به زمین است. در سیستم صاعقه گیر، رادهای هوائی وظیفه جذب صاعقه با میله راد صاعقه گیر و هادی های نزولی وظیفه انتقال جریان را به شبکه ارتینگ به عهده دارند. اگر سیستم صاعقه گیر به درستی طراحی و نصب شده باشد، امنیت جانی افراد و ایمنی تجهیزات را تضمین خواهد کرد.
نحوه عملکرد انواع صاعقه گیر
مهمترین مولفه در همه ی سیستم های صاعقه گیر و ارتینگ، رساناها هستند. این رساناها در انواع مختلفی مانند نوع مسی و آلومینیومی بدون روکش و یا روکش دار PVC و یا LSOH موجود هستند. ویژگی مشترک همه صاعقه گیرها این است که در همه انواع آن ها، وجود یک قطع کننده جریان هوا بسیار ضروری است. این مولفه از آلیاژهای مسی و یا آلومینیومی با کیفیت بالا ساخته می شود تا حداکثر رسانایی را برای ما تامین کند. جزء مهم دیگری که در انواع مختلف صاعقه گیر تعبیه می شود، الکترودهای زمین هستند. وجود الکترودهای زمین، جهت پراکنده کردن موثر جریان های صاعقه از شبکه رسانایی به زمین، حیاتی و لازم است. برای حفاظت از منبع توان اصلی سیستم، باید بتوانیم از جریان های گذرایی که وارد سیستم توزیع برق ساختمان می شوند، حتماً محافظت کنیم تا به منبع آسیب نزنند.
بر همین اساس، نحوه عملکرد صاعقه گیر این گونه است که تا زمانی که ولتاژ مدار در محدوده مجاز قرار دارد، صاعقه گیر به صورت مدار باز عمل می کند. اما زمانی که ولتاژ سیستم بالاتر از حد مجاز صاعقه گیر شود و اختلاف پتانسیل دو سر صاعقه گیر از حد مجاز بالاتر برود، آن گاه مدار بسته شده و ولتاژ اضافی به وسیله اتصال کوتاه در زمین تخلیه می شود.
صاعقه گیر الکترونیکی
صاعقه گیر الکترونیکی
صاعقه گیرهای الکترونیکی، صاعقه گیرهایی هستند که انرژی مورد نیاز خود را به طور طبیعی از میدان الکتریکی موجود در اتمسفر دریافت میکنند. میلههای پایینی این نوع صاعقه گیر، با جذب این بارهای الکتریکی، باعث ذخیره انرژی مورد نیاز در واحد جرقه زن (Triggering Unit) میشوند. شدت میدان الکتریکی ایجاد شده در هنگام طوفان، چندین کیلو ولت بر متر است.
درست قبل از وقوع صاعقه، شدت میدان الکتریکی سریعاً افزایش مییابد و این تغییرات به سرعت توسط صاعقه گیر کشف شده و به واحد صاعقه گیر ارسال میشود. در این زمان، انرژی ذخیره شده با کمک جرقه به نوک میانی تخلیه و منجر به یونیزاسیون محیط اطراف میشوند. به بیان دیگر، صاعقه گیر الکترونیکی، از اثر یونیزه نمودن هوای اطراف استفاده می کند و این کار باعث می شود تخلیه صاعقه در مدت زمان کمتری صورت پذیرد.
شمارنده صاعقه گیر چیست؟
اگر بخواهیم تعداد صاعقه هایی را که از سیستم عبور کرده اند، بشماریم و ساعت و تاریخ دقیق وقوع آن ها را گزارش دهیم، از شمارنده ها یا کانترهای برقگیر استفاده می کنیم. شمارنده صاعقه گیر از یک نمایشگر ۶ رقمی تشکیل شده است. هر ضربه صاعقه در هنگام عبور عدد سمت راست را یک واحد افزایش می دهد و آن را ثبت می کند.
شمارنده صاعقه
ویژگیهای یک صاعقهگیر ایدهآل
برای تضمین ایمنی و عملکرد مؤثر در برابر صاعقه، یک صاعقهگیر مناسب باید دارای مشخصات فنی و ساختاری زیر باشد:
عدم مصرف جریان در حالت عادی: صاعقهگیر نباید در شرایط معمول کاری، هیچگونه جریان الکتریکی از خود عبور دهد تا از ایجاد اختلال در سیستمهای الکتریکی جلوگیری شود.
طول عمر بالا: استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، فرسایش و شرایط محیطی سخت، موجب افزایش دوام و کاهش نیاز به تعمیرات دورهای میشود.
شعاع حفاظتی گسترده: طراحی آیرودینامیک و استفاده از فناوریهای پیشرفته باید به گونهای باشد که بتواند محدوده وسیعی را تحت پوشش حفاظتی قرار دهد.
تکیه بر فناوریهای روز: بهرهگیری از تکنولوژیهای نوین باعث افزایش دقت در جذب صاعقه و هدایت آن به زمین میشود.
تأیید عملکرد در شرایط واقعی و آزمایشگاهی: صاعقهگیر باید تحت آزمونهای معتبر بینالمللی قرار گرفته و عملکرد آن در محیطهای طبیعی و کنترلشده تأیید شده باشد.
ساختار یکپارچه محور اصلی: مسیر عبور جریان از نوک صاعقهگیر تا نقطه اتصال به هادی میانی باید کاملاً یکپارچه و بدون قطعی یا اتصال ضعیف باشد تا انتقال انرژی به زمین با کمترین مقاومت انجام شود.
سیستم عملکرد مستقل و خودکفا: صاعقهگیر نباید وابسته به منابع انرژی خارجی مانند نور خورشید، باتری یا برق باشد. استقلال عملکردی، ضامن کارایی آن در هر شرایطی است.
تجهیزات جانبی صاعقهگیر
برای عملکرد کامل و مطمئن یک صاعقهگیر، استفاده از تجهیزات جانبی زیر ضروری است:
۱. کانتر صاعقهگیر (شمارنده ضربه)
این دستگاه وظیفه ثبت تعداد دفعاتی را دارد که صاعقهگیر، صاعقه را جذب و به زمین منتقل کرده است. نمایشگر مکانیکی آن معمولاً عددی را نشان میدهد که بیانگر تعداد ضربههای ثبتشده است.
۲. کلمپ یا بست اتصال
برای اتصال هادی نزولی به بدنه صاعقهگیر از کلمپ استفاده میشود. این قطعه از فولاد با روکش گالوانیزه ساخته شده تا در برابر خوردگی و شرایط محیطی مقاوم باشد.
۳. ریموت تستر
ریموت تستر ابزاری برای بررسی سلامت مدارهای داخلی صاعقهگیر است. این دستگاه بدون نیاز به تماس مستقیم، تا فاصله ۱۵۰ متری قادر به تست عملکرد الکترونیکی صاعقهگیر میباشد.
۴. بستهای ابرویی
برای نصب پایههای تلسکوپی صاعقهگیر روی سطوح مختلف، از بستهای ابرویی استفاده میشود. این بستها نقش مهمی در تثبیت و ایمنی نصب دارند.
۵. میله افزایش ارتفاع
جهت افزایش ارتفاع صاعقهگیر و بهبود شعاع حفاظتی آن، از میلههای فلزی با روکش گالوانیزه استفاده میشود. این میلهها بهصورت ماژولار قابل نصب و تنظیم هستند.
مراحل نصب صاعقهگیر ساختمان
۱. بررسی و طراحی اولیه
- برداشت اطلاعات عوارض محل: شامل بررسی موقعیت جغرافیایی، ارتفاع ساختمان، نوع سازه و تجهیزات حساس.
- ارزیابی ریسک: تحلیل احتمال برخورد صاعقه و میزان خسارت احتمالی.
- تعیین سطح حفاظتی: انتخاب کلاس حفاظتی مناسب (مثلاً کلاس I تا IV) بر اساس استاندارد IEC 62305.
۲. اجرای زیرساختهای حفاظتی
- اجرای سیستم ارتینگ و همبندی: ایجاد مسیر مناسب برای انتقال جریان صاعقه به زمین با مقاومت کم.
- نصب صاعقهگیر: نصب واحد جذب صاعقه در بالاترین نقطه ساختمان.
- نصب هادیهای نزولی: اتصال صاعقهگیر به سیستم ارتینگ از طریق کابلهای مخصوص با مسیر مستقیم و ایمن.
۳. تجهیزات جانبی و تکمیلی
- نصب بستها و کلمپها: برای تثبیت هادیها و جلوگیری از حرکت یا آسیب.
- نصب جعبه تست: جهت بررسی سلامت سیستم و انجام تستهای دورهای.
- نصب شمارنده صاعقه: ثبت تعداد برخوردهای صاعقه برای تحلیل و نگهداری.
- همبندی سازه اطراف واحد جذب: اتصال اجزای فلزی اطراف به سیستم همبندی برای جلوگیری از اختلاف پتانسیل.
- نصب سرج ارستر: محافظت از تجهیزات الکترونیکی در برابر ولتاژهای ناگهانی ناشی از صاعقه.
قیمت تجهیزات صاعقه گیر
اگر قصد دارید برای ساختمانتان یک سیستم صاعقه گیر و ارت با کیفیت مطلوب نصب کنید و به دنبال بررسی و ارزیابی قیمت ها هستید، جهت ارتباط با مشاوران مجموعه ما با ما در تماس باشید.