ارتينگ و سيستم هاي حفاظت در برابر صاعقه
مقدمه
صاعقه يكي از پديده هاي زيبا و جذاب ولي در عين حال مخرب و زيان بار است. با توجه به قدرتي كه اين پديده از آن برخوردار است يقيناً صدمات و زيانهاي بسياري را به طبيعت و مصنوعات دست بشر چه از لحاظ مالي و چه جانبي وارد مي آورد. لذا شناخت اين پديده ضروري و روشهاي مقابله با آن و جلوگيري از اثرات آن از اهميت ويژه اي برخوردار است.
يادآوري نكاتي از فيزيك الكتريسيته
- قانون جاذبه يا دافعه بارهاي الكتريكي يا قانون ” كولمب ”: بارهاي همنام يكديگر را دفع و بار هاي غير همنام يكديگر را جذب ميكنند .
- ميدان الكتريكي بين دو سطح با بار مختلف العلامه به صورت يكنواخت بوده و در سطوح با پستي و بلندي يا داراي نقاط تيز داراي چگالي متفاوت ( در اطراف نقاط تيز بيشتر ) مي باشد .
- افزايش چگالي شدت ميدان در يك نقطه باعث افزايش پتانسيل الكتريكي در آن نقطه مي شود .
- اختلاف پتانسيل الكتريكي بيش از حد بين دو نقطه باعث شكست ملكول هاي ماده بين آنها شده و منجر به تخليه الكتريكي بين دو نقطه مي گردد .
- افزايش چگالي شدت ميدان در يك نقطه باعث افزايش پتانسيل الكتريكي در آن نقطه مي شود .
- اختلاف پتانسيل الكتريكي بيش از حد بين دو نقطه باعث شكست ملكولي ماده بين دو نقطه شده و تخليه ناگهاني الكتريكي را به همراه دارد . ميدا ن الكتريكي كه منجر به شكست ملكول هوا مي شود و اصطلاحا ”مقاومت هوا ” نام دارد برابر : 106*3 ولت بر متر است .
- پس از تخليه، هر دو نقطه از نظر الكتريكي به تعادل رسيده خنثي مي گردند .
- تخليه ناگهاني بين دو نقطه باردار در هوا مانند آنچه كه هنگام صاعقه اتفاق مي افتد معمولا با جرقه يا اخگر همراه است كه در هنگام صاعقه با توجه به چگالي جريان بسيار بالاي تخليه شونده و انرژي گرمايي شديدي كه به طور لحظه اي به هواي مسير آن وارد مي شود باعث انبساط شديد و لحظه اي ملكول هاي هوا شده موجي را توليد مي كند كه به صورت صداي مهيب ” رعد ” شنيده مي شود.
- صاعقه معمولا به دو شكل : ” ابر به ابر ” و ” ابر به زمين ” رخ مي دهد كه در هر دو مورد علت يكسان است .
فيزيك صاعقه و پديده تخليه كرونا
- ابرها در اثر حركت و اصطكاك ملكولي ذرات آب موجود در توده هاي هوا باردار مي شوند.
- اختلاف فشار زياد بين دو يا چند توده هوا با دما و ميزان رطوبت متفاوت باعث تشكيل ابرهاي باران زاي كوهي شكل يا ” كومولونيمبوس” مي گردد .
- ذرات آب كه در سطوح فوقاني ابر به شكل بلورهاي يخ هستند بار ” مثبت ” گرفته و در پايين ابر و سطوح تحتاني داراي بار منفي مي شوند .
- در اثر تراكم شديد بار الكتريكي در بعضي از نقاط ابر تخليه هاي الكتريكي كوچكي به صورت متوالي و منقطع روي ميدهد كه باعث تشكيل دالان هايي از يون هاي باردار ميگردد . اين دالان ها كه به سمت زمين ميل به رشد دارند اصطلاحا " پيشرو پله اي " نام دارند .
مشخصات تخليه الكتريكي صاعقه
- صاعقه با دو پلاريته ” مثبت ” و ” منفي ” تخليه مي شود .
- صاعقه هاي با پلاريته مثبت داراي يك ضربان اصلي بوده كه طي آن تقريبا تمامي بار الكتريكي ابر تخليه شده و معمولا چگالي جريان بزرگي را به دنبال دارد . مطالعات هواشناسي نشان ميدهد اين نوع صاعقه عمدتا در مناطق كوهستاني رخ مي دهد .
- صاعقه با پلاريته منفي معمولا در مناطق جلگه اي و پست و بعضا در كوهپايه ها رخ داده و داراي يك ضربه اصلي و چند ضربه متوالي است كه بيشترين بار الكتريكي ابر در ضربه اول تخليه ميشود .
- شدت و چگالي جريان تخليه، صاعقه مثبت بسيار بزرگتر از نوع منفي آن است.
- منحني تخليه جريان صاعقه داراي دو ناحيه است : ناحيه صعود و ناحيه فرود جريان ،كه مدت زمان فرود و تخليه كامل بسيار طولاني تر از زمان صعود است .
ضريب خطر Risk Factor معياري براي ارزيابي حفاظت
- عوامل اصلي موثر در احتمال برخورد صاعقه به يك مكان : ارتفاع مكان ، سطح موثر ، منطقه جغرافيايي
- سطح موثر بنا عبارت است از سطح مجموع كليه سطوح بتا كه در معرض برخورد صاعقه قرار دارد .
مراحل محاسبه درجه حفاظت مكان :
الف ) : محاسبه احتمال برخورد صاعقه Pd كه با مراحل زير بدست مي آيد .
1 – بدست آوردن عدد صاعقه نقطه يا مكان ( Nk ) از روي نقشه مناطق ايزوكرونيك ايران و بدست آوردن چگالي صاعقه (Ng) نقطه از روي جدول يا فرمول تجربي زير:
ng=0.04nk5/4
كه بطور تقريب برابر است با :
Ng=nk/10
2 – محاسبه سطح موثر بنا Ae برحسب متر مربع بر اساس تعريف ذكر شده .
3 – بدست آوردن ضريب موقعيت ساختمان با استفاده از جدول زير:
4 – محاسبه عدد احتمال برخورد از فرمول زير :
PD = NG × AE × C1 × 10-6/ سال
ب ) : محاسبه چگالي خطر پذيري Nc از فرمول زير :
Nc=5.5/f*10-3
كه در آن f عبارت است از حاصل ضرب ضرايب شاخص هاي ساختمان كه از جداول F1 تا F4 بدست مي آيد :
F=F1×F 2×F3*F4
ج ) : محاسبه عدد شاخص حفاظت E كه از رابطه زير بدست مي آيد :
E>[1-(nc/pd)]
پس از بدست آوردن عدد E و با توجه به جدول زير سطح يا درجه حفاظت مكان را بدست مي آوريم .
اصول كار برق گيرها
- حفاظت ساختمان در برابر برخورد صاعقه براي اولين بار توسط دانشمندي بنام بنيامين فرانكلين ابداع شد كه بر اساس استفاده از يك ميله برق گير در بالاترين نقطه ساختمان و اتصال آن به زمين عمل مي كرد . اين روش به خودي خود بر پايه پديده اي بنام ” اثر نقطه تيز ” كار مي كند كه در واقع دلالت بر چگونگي تغيير چگالي ميدان در اطراف نقاط تيز در صفحات بار دار مي كند كه در شكل ديده مي شود .
بعد ها دانشمندان ديگري نيز پيرو تئوري فرانكلين نظريه هاي متفاوتي ارائه كردند كه شباهت زيادي به نظريه سنتي فرانكلين دارد كه البته امروزه به علت دقت پايين كاربرد حرفه اي ندارند ناحيه حفاظتي بر اساس نظريه فرانكلين با مخروط رنگ زرد مشخص شده و خطوط ديگر نظريه ساير دانشمندان تا قبل از تئوري گوي غلطان است
تئوري گوي غلطان (Rolling Sphere)
- بيشترين احتمال برخورد صاعقه بين ديرك يا سطحي كه ديرك بر آن نصب شده 50 درصد يا 1/2 است .
R=k*I0.65D max (m)
- مكان هندسي نقاطي كه در اطراف ديرك احتمال برخورد يكسان دارند ، مكان هندسي يك ” كره ” است كه حول محور عمودي ديرك گردانده شود .
- شعاع كره غلطان بستگي به جريان تخليه صاعقه دارد ولي در عمل بين 20 تا 60 متر در نظر گرفته مي شود .
- كليه مناطقي كه زير كره علطان قرار دارند تحت حفاظت ديرك زمين شده قرار دارند .
نتيجه گيري
با توجه به مطالب مذكور و روشهاي ارائه شده ميتوان هر يك از سازه ها و ساختمانها و يا ابنيه اي كه مورد بررسي به منظور حفاظت در برابر صاعقه قرار دارد تحليل نموده و مناطق مورد نياز را جهت اجراي سيستمهاي حفاظتي شناسايي و سطح بندي نمود.
بازدید:
