طراحی صاعقه گير : می دانیم که صاعقه جرقه عظیمیست که در اثر تخليه الکتریکی هوایی میان دو تکه ابر یا یکی از آن ها با زمین به وجود می آید . در همین رابطه زمانی که میان عوامل مذکور یک تخلیه الکتریکی صورت می پذیرد ، زبانه ای برقی با اختلاف پتانسیل چند ده میلیون ولت و شدت جریانی چند هزار آمپری روانه زمین (به عنوان قطب مثبت این شارش بار در رعد منفی) می شود که در صورت برخورد با یک ناحیه ، چند متر مربع اطراف نقطه اصابت خود را دستخوش تغییراتی معمولاً منفی قرار می دهد .
لزوم طراحی صاعقه گير
در همین رابطه میزان نور ، کوب ، فاصله زمانی میان مشاهده نور تا شنیدن صدا و میزان خسارتی که یک آذرخش به جای می گذارد رابطه مستقیمی با میزان اختلاف پتانسیل دو قطب مثبت و منفی و همچنین فاصله این دو عامل از یکدیگر دارد ، در نتیجه گاهی حتی برخورد رعد و برق با سر انسان نیز مرگ آور نبوده و ممکن است فرد آسیب دیده پس از چند دقیقه قادر به از سر گرفتن امور پیش از برق گرفتگی‌اش شود.
این در حالیست که این پدیده طبیعی همواره اینچنین مهربان نبوده و گاه سرآغاری برای به آتش کشیده شدن یک جنگل ، از بین رفتن جمعی از موجودات زنده یا تخریب زیر ساخت های الکتریکی یک ناحیه می شود . در همین اثنا سازه ای مانند ساختمان امپایر استیت نیویورک به واسطه بلندی (نزدیکی به ابرها) و همچنین داشتن بخش های تیز و فلزی فراوان نقطه ایده آلی برای پذیرش صاعقه ها می باشد .
با تصور اینکه سالانه قریب به 100 برق آسمانی با این سازه برخورد می کند ، فرض کنید چنانچه سازوکاری برای مهار این عامل وجود نداشت چه بناهایی هایی که سالانه قربانی رعد و برق نشده و زندگی را برای ساکنین خود سخت و پر ریسک نمی کردند ، این در حالیست که با وجود ادوات و تجهیزاتی مانند صاعقه گیر الکترونیکی این نوع تهدیدات به حداقل خود رسیده است .
آیا طراحی صاعقه گير از قانون خاصی پیروی می کند؟
پاسخ این سوال مثبت است ! استاندارد 17102NFC فرانسه به منظور طراحی، نصب و نکات مربوط به همبندی و بازرسی و نگهداری این نوع صاعقه گیرها بکار برده می شود. در این استاندارد اصول حفاظت در برابر صاعقه با استفاده از صاعقه گیرهای اکتیو، برای ساختمان‌های معمولی با ارتقاع کمتر از 60 متر و محوطه های باز (انبارها، مکان های تفریحی و ..) تشریح شده است اما در مورد حفاظت در برابر سرج ناشی از برخورد غیر مستقیم صاعقه مطلبی را عنوان نمی کند.
اصول کارکرد صاعقه گیر اکتیو
با عنایت به توضیحات فوق، وقتی قصد جذب یک صاعقه را داریم ، زمانی احتمال موفقیتمان افزایش می یابد که بتوانیم محل مورد نظرمان را با یون های مخالف آن یونیزه کرده ، ارتفاع مناسبی برای کلاهک دریافت صاعقه در نظر گرفته و با کمک زوایای نوک تیز ، صاعقه را به نقطه ای مشخص هدایت کنیم و بدین ترتیب به استقبال آن برویم .
چنانچه بخواهیم با نگاهی دقیقتر به این روند نگاهی بیاندازیم باید بگوییم که این اتفاقات در سه مرحله رخ میدهند :
شارژ واحد یونیزاسیون
واحد یونیزاسیون شامل یک خازن می باشد که لحظاتی قبل از وقوع صاعقه و تماس هدایتگر یون ، بر اثر میدان الکتریکی بسیار شدید و یونیزه شده هوای اطراف صاعقه گیر شارژ می شود و بار الکتریکی را در داخل خازن قرار می دهد.
آزاد سازی کنترل شده یون ها
در داخل صاعقه گیر یک مدار تریگر الکتریکی یا همان واحد جرقه زن تعبیه شده است که شرایطی را فراهم می کند تا به هنگام صاعقه، بین الکترودها و الکترود مرکزی صاعقه گیر جرقه صورت گرفته و هوای اطراف محیط با باری مخالف صاعقه یونیزه شود.
این آزاد سازی یون ها باید به گونه ای باشد تا دقیقاً چند میکروثانیه قبل از وقوع صاعقه تخلیه الکتریکی صورت گیرد.
جذب صاعقه
پروسه یونیزاسیون کنترل شده توسط صاعقه گیر باعث می شود که صاعقه به هنگام رخ دادن ، تنها از یک مسیر حرکت کرده و از طریق صاعقه گیر، جذب و تخلیه گردد.
چه عاملی پارامترهای دقیق یونیزه کردن محیط را مشخص می کند ؟
صاعقه‌گیرهای اکتیو دارای یک جدول شعاع پوششی و یک زمان فعال‌سازی مشخص میباشند. زمان فعال سازی یک صاعقه گیر اکتیو در واقع میزان سرعت عمل صاعقه گیر در یونیزاسیون محیط اطراف خود است. به عبارتی دیگر زمان فعال سازی ارتباط مستقیمی با شعاع پوششی صاعقه گیر دارد به گونه ای که هر قدر زمان فعال سازی بیشتر باشد، فضای بیشتری از محیط اطراف صاعقه گیر یونیزه می شود، یعنی شعاع پوششی صاعقه گیر بالاتر می رود. علاوه بر این ضریب عملکرد صاعقه گیر اکتیو در جذب صاعقه نیز بیشتر میشود.
در جدول شعاع پوششی و طراحی صاعقه گير الکترونیکی ، بر اساس زمان فعال سازی، سه پارامتر مهم سطح حفاظتی، ارتفاع نصب و شعاع پوششی دیده میشود. سطح حفاظتی یا LPL (Lightning Protection Level) برای یک ساختمان یا فضای باز بر اساس محاسبات مدیریت ریسک که در استانداردهای IEC62305 و NFPA 780 ذکر شده است، محاسبه میشود. پس از محاسبه سطح حفاظتی یک ساختمان، مطابق با ابعاد ساختمان شعاع پوششی مناسب باید انتخاب گردد.
ارتفاع نصب صاعقه گیر در تعیین شعاع پوششی نقش بسزایی دارد. هرقدر ارتفاع نصب صاعقه گیر بیشتر باشد، شعاع پوششی که صاعقه گیر ارائه میدهد، بیشتر است. سطح حفاظت شده با استفاده از یک مدل ژئومتری مشخص میشود که با صاعقهگیر ESE هم محور بوده و با شعاع حفاظتی متناسب با ارتفاعهای متفاوت مورد نظر (h) تعریف میشود.
