صاعقه گیر

 

صاعقه گیر

 

  • صاعقه

 یکی از مهمترین مسائلی که همواره ذهن بشر را در همه اعصار به خود مشغول کرده و انسان ها به نوعی در پی علت آن بوده اند صاعقه است که تقریباً عمری برابر با عمر جهان دارد. از اصلی ترین نظریاتی که از گذشته های دور در مورد صاعقه و علل بوجود آمدن آن شده است می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • عده ای معتقد بودند که آب موجود در ابر اشعه خورشید را متمرکز کرده و با بالا بودن حرارت محیط ایجاد صدا و نور می نماید.
  • عده ای دیگر علت بروز صاعقه را اشتعال مواد گوگردی چرب و روغن داری می دانستند که از زمین متصاعد و در فضا تجمع می یابند.

اولین نظریه مبتنی بر اصول علمی در سال ۱۶۵۰ توسط یک دانشمند انگلیسی به نام وال ارائه شد که وی شواهدی مبنی بر شباهت بین جرقه های الکتریکی و صاعقه منتشر نمود. از این تاریخ به بعد تحقیقات زیادی بر پایه نظریه اخیر انجام گرفت و دانشمندان قرن ۱۸ نیز نظریه فوق را پذیرفتند. در طول قرن ۱۹ نیز تحقیقاتی درباره پتانسیل اتمسفر و تغییرات آن بر حسب ارتفاع دریا به عمل آمد. در حال حاضر وجود الکتریسیته جوی کاملاً به اثبات رسیده است.

اختلاف پتانسیل بین زمین و طبقات جوی بسیار متغییر می باشد که این تغییرات در ساعات مختلف

روز و بر اساس وضعیت تابش خورشید متفاوت است. اختلاف یاد شده در قسمت یونسفر (۳۰۰-۱۰۰کیلومتر از سطح دریا) به چند صد میلیون ولت بالغ می شود. در این سطح هوا یونیزه بوده و یون ها در حرکت می باشند که پس از تجمع ذرات، شبیه به خازنی می شوند که دی الکتریکی آن هواست.

 

 

  • چگونگی ایجاد صاعقه

در موقعی که اتمسفر دارای هوای مرطوب می باشد جریان های متصاعدی توده های هوا را به ارتفاعات برده در این موقع پدیده متراکم شدن ایجاد شده و باران می بارد. چنانچه به علت وجود حرارت، فشار، بخار و علل مشابه این توده های هوای مرطوب به ارتفاع بالاتری متصاعد شوند كنداسه شدن هوا توام با متصاعد شدن حرارت خواهد بود. این امر باعث بالا رفتن مجدد توده های فوق می شود. قسمت فوقانی ابری که بدین شکل تشکیل شده است در منطقه بسیار سرد قرار گرفته و ایجاد کریستال های یخ می نماید. کریستال های یخ تولید الکتریسیته در جو می کند که این عمل مشابه کار یک ژنراتور الکتریسیته ساکن می باشد.

در محوطه محدودی که در وسط منطقه صاعقه خیز قرار گرفته است فشار بارومتری از قسمت خارجی این منطقه کمتر است. منطقه فوق را می توان کاملاً به یک لوله گاز شبیه کرد که یکی از الکترودهای آن سطح قاعده ابر و الکترود دیگر آن زمین می باشد. در مواقعی که فعل و انفعالات مربوط به صاعقه در شرف انجام شدن است.

ابرها بصورت خاصی در می آیند بدین ترتیب که بار الکتریکی منفی در سطح قاعده ابر و بار مثبت در بالای آن ایجاد می گردد و چنانچه این فعل و انفعالات در بالای زمینی بوجود آید که از حيث ساختمان ژئولوژیکی عایق باشد باعث تجمع بارهای مثبت در آن می گردد.

وجود این بارها در مقابل یکدیگر باعث تسهیل تبادلات بده و ایجاد عدم تعادل الکتریکی می نماید. در موقعی که میزان بار الکتریکی به آستانه معینی برسد هوایی که بین زمین و قاعده ابر قرار گرفته تحت اثر دشارژهای الکتریکی مختصر شروع به یونیزه شدن می نماید این یونیزاسیون بطور یکنواخت تشکیل نمی شود و پخش توده های گاز و مولکول ها بعلت جریان های صعودی هوا و بادها متغییر و بطور نوسانی انجام می گیرد.

در نتیجه اغلب چند کانال از هوای یونیزه بوجود می آید. معهذا در این حالت بارها الکتریکی برای بوجود آوردن صاعقه کافی نبوده بلکه فقط یک روشنایی موقتی و کم دوام ایجاد می کنند که اغلب غیر قابل رویت بوده ولی باعث افزایش توانیزاسیون هوا در مسیر خود می شود. این امر باعث بوجود آوردن کانالی می شود که برای تکمیل آخرین مرحله صاعقه لازم است.

به موازات تخلیه بار منفی که از طرف ابر به زمین انجام می گیرد شدت میدان الکتریکی افزایش یافته و باعث تخلیه بار مثبت از زمین بطرف ابر می شود که به آن برخورد کرده و ایجاد صاعقه می نماید. این صاعقه کانالی بین ابر و زمین باز کرده و از راه این کانال دشارژها جریان پیدا کرده و تعادل الکتریکی را برقرار می نماید.

جریانی که در تخلیه الکتریکی فوق بوجود می آید به میزان چندین کیلو آمپر می رسد. هر چند که این فعل و انفعالات در مدت زمان کوتاهی بوقوع می پیوندد ولی مجموعه آنها بطور کلی شامل رویدادهای است که پشت سر هم و یکی پس از دیگری بوقوع می پیوندد و هر یک به نوبه خود دارای اهمیت می باشند. بطور کلی برق آسمانی به دو صورت ظاهر می شود : برق خطی و برق کروی.

برق خطی خود دارای انواع مختلفی است که اهم آنها عبارات از: نورانی، راکتی، زیکزاک و چند شاخه.

برق کروی در عین زیبایی و دید جالبی که دارد خطرناک تر از برق خطی بوده و بندرت پدید می آید. برق کروی به شکل اخگری گرد به قطر ۱۰ تا ۲۰ سانتیمتر همانند کلوخی غلتان و آتشین حرکت می نماید و همواره در هوا با صدای صفير و صورت نمایان شده و در طول چند ثانیه و گاهی اوقات چند دقیقه دیده شده و بعد با صدای مهیبی منفجر می شود.

طول صاعقه بین ابر و زمین به ندرت از یک مایل (۲/۵ کیلومتر) تجاوز می نماید ولی بین ابرها گاهی طول آن از ۵۰ کیلومتر مایل هم تجاوز می کند. پهنای گذر صاعقه از درون گرچه از چند سانتی متر تجاوز نمی کند ولی قادر است درجه حرارت یكباره بقدری بالا برد که مقدار عظیمی بخارات و گازات هوایی مجاور نورانی شده و در لحظه ای کمتر از ثانیه موجب ایجاد امواج بسیار متراکم شبیه یک انفجار عظیم که آنرا رعد می نامند گردد.

یک چنین تخلیه عظیم الکتریکی بسیار نیرومند معمولاً در سر راه خود باعث ترکیب O با O2 و تشکیل O3 (اوزون) و همچنین ترکیب اکسیژن با نیتروژن و ایجاد اکسیدهای ازته می گردد.

با توجه به مسائل فوق اثرات خطرناک صاعقه اجتناب ناپذیر بوده و اگر بوجود آید ضررهای جانی و مالی فراوانی بصورت مستقیم مثل سوزاندن و پرتاب کردن اشیاء و غير مستقيم مثل القاء جریان الكترومغناطیسی که باعث انفجار و احتراق و… ایجاد می کند. همانطوری که مشاهده شد شرایط جوی مناسب و وضعیت خاص ژئولوژیکی زمین ممکن است وضع یک ناحیه که می تواند از نوع مسکونی یا و صنعتی باشد را تبدیل به منطقه ای صاعقه خیز بکند.

 برای مقابله با خطرات صاعقه از اصول شکل گیری آن استفاده شده و سعی می شود با دخل و تصرف و در آن امکان بروز و پیامدهای آن به حداقل خود برسد.

 

 

  • اجزاء سیستم حفاظت از صاعقه 

در یک سیستم صاعقه اساساً از سه قسمت اصلی تشکیل شده است که از:

۱- آنتن برقگیر Air termination

۲- هادی ها conductor

 ۳- الكترود یا سیستم اتصال به زمین Earth termination

 

قسمت های مختلف صاعقه گیر

 

شکل (۱) قسمت های مختلف صاعقه گیر

 

 

  • آنتن های برقگیر

 عبارتند از جسم نوک دار با الکترود لوله ای در اندازه مشخص و یک پایه که دارای و یک زمینه هدایت کنندگی می باشد. وظیفه آنتن برقگیر این است که تخلیه الکتریکی صاعقه را که احتمال دارد در ساختمان تحت حفاظت صورت گیرد بطرف خود منحرف نموده و به طرف زمین بارهای مربوطه را هدایت می نماید. محل نصب آنتن برقگیر در بلندترین نقطه ساختمان می باشد.

 

آنتن صاعقه گیر

 

شکل (۲) نمونه ای از آنتن های صاعقه گیر

 

 

  • هادی ها در آنتن های برقگیر

 که سبب ارتباط الکتریکی آنتن های برفگیر به زمین و به یکدیگر و نیز به اجسام فلزی مجاور می گردد. وظیفه هادی ها تخلیه بارهای صاعقه از آنتن برقگیر به زمین می باشد. هادی ها می توانند بصورت تسمه ای با کابلی شکل باشند.

 

 

  • سیستم اتصال به زمین

 عبارت است از یک یا چند الکترود منفرد یا مرتبط که بارهای الکتریکی را از آنتن توسط هادی های نزولی به زمین منتقل می کنند. رابط ها عبارتند از پیوند الکتریکی ما بین دو یا بیشتر قسمت های یک سیستم حفاظت.

 

 

  • اتصالات در صاعقه گیر

 عبارتند از هادی هائی که به منظور فراهم نمودن اتصال الکتریکی ما بین حفاظت صاعقه و قسمت های فلزی دیگر و ما بین قسمت های مختلف اخیر برقرار شده است.

 

 

  •   بست ها در صاعقه گیر

که جهت محکم نمودن هادی ها به ساختمان به کار می روند. این بست ها برای اندازه های مختلف تسمه باید طراحی گردد.

 

 

١- سیستم حفاظت در سوله ها (یا بام های مسطح)

در این سیستم از روشی موسوم به سیستم حفاظت فاراده استفاده می نمایند. آنتن برقگیر بصورت لوله های کوتاهی است با نوک تیز که در چند متری یکدیگر دور تا دور پشت بام یا در خط الراس سقف سوله قرار دارند.

قطر و ضخامت آنتن برقگیر در صورت استفاده از میله باید مطابق با جداولی که ابعاد اجزاء تشکیل دهند سیستم حفاظت صاعقه را می دهد اجرا می شود.

 

 

۲- بام های با شیب تندر (سوله)

 حداکثر فاصله بین میله های برقگیر در خط الراس سوله های با شیب تند، ۶ تا ۸ متری باشد.

تذكر: سقف های با شیب ملایم آن هایی هستند که در عرض آنها چنانچه مساوی یا کمتر از ۴۰ فوت (۱۲ متر) باشد شیب آن ها کمتر از ۱/۸، چنانچه متجاوز از ۴۰ فوت (۱۲ متر) باشد شیب آن ها کمتر از ۱/۴ باشد.

 

۳- سقف با شیب ملایم 

چنانچه عرض آن ها از ۱۵ متر بیشتر باشد باید علاوه بر آنکه دارای آنتن های اضافی در خط الراس و نقاط لازم دیگر باشند که فاصله آن ها از ۱۵ متر متجاوز نکند دور تا دور آن ها نیز آنتن هایی به فواصل ۶ تا ۸ متر باید نصب گردد.

فاصله آنتن های برقگیر از انتهای بام یا خط الرأس سوله یا تغییر مسیر هر بام باید در حدود ۲ فوت (۶۰ سانتی متر) باشد.

و طول آنتن ها حداکثر ۱۵۰ و حداقل ۳۰ سانتی متر می باشد.

آنتن های برقگیر باید در قسمت های اساسی و محکم و در بلندترین نقطه ساختمان نصب گردند و سطح مقطع نقطه اتکاء حداقل باید با سطح مقطع باید یکی باشد و طوری به وسیله محکم گردند که احتمال واژگون شدن به وسیله باد را نداشته باشند.

آنتن های برقگیر با ارتفاع متجاوز از ۶۰ سانتی متر باید نگهداری آنها از نقطه ای باشد که ارتفاع آن کمتر از نصب ارتفاع آنتن نباشد. ی هواکش، دودکش بادبزن، جای بیرق، برج ها، مخازن آب و سایر برجستگی های دیگر پشت بام که احتمال دریافت خسارات حاصل از شوک را دارند باید در کنار برقگیر نصب و با آن ها اتصال الکتریکی به وسیله هادی های فرعی آن ها را به هادی اصلی متصل نمود تا از برق کنار جلوگیری به عمل آید.

یا ممکن است به بوسیله یک هادی خارجی به یکدیگر متصل و سپس به اسکلت ساختمان وصل شوند که تعداد این اتصالات نباید از تعداد اتصال های به زمین کمتر باشد. کرد. در ساختمان های بتن مسلح ، آنتن برقگیر باید به میله های استحکامی (آرماتورها) در مکان های مختلف متصل شوند.

 

 

  • سیستم حفاظت زاغه ها و انبارهای محتوی مواد قابل انفجار و اشتغال

برای حفاظت از اینگونه ساختمان ها از ۲ تا ۴ یا بیشتر ميله برقگیر که بصورت موازی و عمودی در دو طرف زاغه نصب و توسط یک هادی معلق (سیم گارد) هر دو آنتن روبروی بهم ارتباط داده می شوند، استفاده می گردد. آنتن های برقگیر می تواند از آهن گالوانیزه به ابعاد و ضخامت مناسب با ارتفاع حداکثر معادل ۶۰ د. سانتیمتر با یک مخروط مسی در راس آن با زاویه ۳۰ درجه باشد.

میله های برقگیر را می توان در صورت امکان بالای دو خاکریز اطراف زاغه یا بطور محکم به نوک دیر کها بسته و به سیستم اتصال به زمین مرتبط نمود. حداقل فاصله دیرک تا دیواره ساختمان تحت حفاظت باید و دو متر باشد.

  • حداکثر ارتفاع برفگیر از نوک دیرک باید ۶۰ سانتی متر باشد در این حالت بهتر است سیم گارد را از زیر میله برقگیر به پائین آنتن برقگیر متصل نمود.

 

  • درب زاغه و اجزا فلزی دیگر از قبیل آرماتورها باید به وسیله هادی های جداگانه به یک الكترود اتصال به زمین مجزی متصل شوند.

 

  • سطح تماس اتصالات حداقل باید ۱۰ سانتی متر باشد . توصیه می گردد چنانچه از غیر جوش فلز استفاده می شود این سطح حداقل ۵۲۰۰۰ سانتی متر مربع باشد.

 

  • هیچگونه درختی در نزدیکی زاغه ها یا بناهای حساس تا فاصله ۳ متری نباید باشد. در غیر این صورت بایستی توسط برقگیر جداگانه حفاظت شود.

 

 

  • هادی ها

 هادی ها و سیم های رابط، كليه آنتن های برقگیر را بهم و سپس به الكترود اتصالی زمینی و نیز کلیه قسمت های فلزی ساختمان را که لازم باشد به سیستم ارت متصل می نماید.

سیم های هادی باید با کمترین مقاومت از آنتن هوائی تا زمین کشیده شود. مستقیم ترین مسیر بهترین مسیر است، هادی ها نباید خمیدگی با شعاعی کمتر از ۲۰ سانتی متر داشته باشد. زاویه خمیدگی از ۹۰ درجه نباید کمتر باشد، مسیر هادی باید به سمت زمین یا افقی باشد.

  • از پیچش و خمیدگی در طول هادی حتی الامکان باید جلوگیری نمود در غیر این صورت طول هادی که تشکیل حلقه یا خمیدگی را می دهد نباید متجاوز از ۸ برابر پهنای دهانه حلقه یا گره باشد.

 

  • هادی ها باید محکم و مطمئن به ساختمان متصل شوند. این بست ها به وسیله میخ ، پیچ و یا هر میله دیگری که از جنس هادی و در برابر الکترولیت و خوردگی مقاوم باشد باید محکم گردد.

 

  • در بام های مسطح و یا با شیب ملایم، هیچ قسمت از سقف نباید بیش از ۵ متر از نزدیکترین هادی افقی  قرار گیرد.

 

  • تعداد هادی های نزولی برای هر ۲۰ متر فاصله پیرامون بام (با قسمت های مربوطه) با پیرامون ساختمان در سطح زمین (هر کدام که بزرگتر است) یک عداد باید باشد . برای ساختمان های بلندتر از ۲۰ متر، بازاء هر ۱۰ متر پیرامون یک عدد هادی باید به زمین اتصال یابد. در هر صورت حداقل ۲ هادی باید از هر طرف زمین کشیده  شود.

 

  • در بام های مسطح یا با شیب ملایم خط مسير هادی از روی بام بطرف زمین باید از گوشه و کنار  ساختمان باشد و این خط سیر در روی بام از لبه های بام بوده و به آنتن برقگیر اتصال داشته باشد.

هادی های بام تشکیل یک حلقه را می دهد، هادی های نزولی باید تا حد ممکن از هم جدا بوده و ترجیحاً در جهت های مخالف و قرینه و در گوشه های ساختمان به سمت زمین هدایت شود.

 

  • کلیه قسمت های فلزی ساختمان، در فاصله ای کمتر از آنچه در محاسبات به دست می آید باید به وسیله هادی های انشعابی به هادی های نزولی وصل نمود. همچنین شبکه لوله کشی آب را چنانچه فلزی و درون زمین باشد بهتر است به هادی ارتباط داد.

 

 

مقالات مرتبط