صاعقه گیر چیست؟

صاعقه پدیده ای کاملا طبیعی و تصادفی از تخلیه الکتریکی است که در آن الکتریسیته ساکن انباشته شده در ابر و سطح زمین تخلیه می شود.

صاعقه های شدید  معمولا با تخلیه بار الکتریکی بالا همراه هستند و می توانند حطرات بسیار زیادی را برای ساختمان ها ، افراد و تجهیزات درون آن بوجود بیاورند. پیشنهاد آموج فرایند برای حل این مشکل، استفاده از صاعقه گیر استفاده می باشد.

صاعقه گیر یا برق گیر دستگاهی است که برای محافظت از تجهیزات موجود در پست ها و ساختمان ها در برابر اصابت مستقیم صاعقه یا سازه به کار می رود.

به طور خلاصه، کاری که صاعقه گیر انجام می دهد این است که جریانهای بالا و غیرعادی حاصل از اصابت را به زمین منتقل می کند، بدون اینکه بر منبع تغذیه تأثیر بگذارد.

فرکانس و شدت صاعقه به مشخصه هاي محيطي بستگي دارد و با داشتن اطلاعات دقيق در مورد مشخصه هاي محيطي ، مي توان بهترين و موثر ترين نوع حفاظت را تعيين نمود .

اثرات صاعقه به دو صورت حاصل مي گردد : يکي بوسيله اصابت مستقيم و ديگري به صورت اصابت غير مستقيم .

اصابت مستقيم پيامدهاي خطر ناکي براي ساختمان ، انسان و حيوان دارد و اصابت غير مستقيم خسارات اقتصادي سنگيني را به دنبال دارد که معمولا بوسيله القاء اضافه ولتاژ برروي هاديهاي الکتريکي است .

شرايط جوي ايجاد صاعقه:

تحت شرايط اتمسفريک ، بارهاي درون ابر ، يونيزه شده و از يکديگر جدا مي شوند ، بدين صورت که بارهاي منفي به سمت پائين ابر حرکت کرده و بارهاي مثبت به سمت بالاي ابر مي روند و يا بر عکس و پتانسيل الکتريکي درون ابر به حدود ميليون ولت مي رسد.

در سطح زمين نيز در يک شرايط مشابه ، اين اثر با پلاريته مختلف ايجاد مي شود .

ميدان الکتريکي بين قسمت پائين ابر و سطح زمين بسيار شديد گشته و يک تخليه الکتريکي ايجاد مي گردد که حاصل آن ،جريان رو به پائيني مي باشد .

وقتي اين جريان تخليه به سطح زمين مي رسد ، يک جريان با بارهاي مثبت رو به بالا ايجاد مي نمايد.

صاعقه گیر حفاظت در برابر صاعقه

وقتي اين دو جريان با يکديگر برخورد مي کنند ، مدار تخليه بسته گشته و   جريان تخليه اي بين 10 تا  200kA توليد مي شود.

تاریخچه حفاظت در برابر صاعقه :

پدر علم حفاظت در برابر صاعقه بدون شک بنجامین فرانکلین است. اولین بار میله های سنتی صاعقه گیر در سال 1750 در مجله جنتلمن توسط فرانکلین معرفی شد و بعدها در رساله اش در سال 1751 به بیان کاملتر ویژگی های آن پرداخت.

وی استفاده از میله های صاعقه گیر برای حفاظت ساختمانها در برابر صاعقه را در رساله خود پیشنهاد داد. در سال 1876 تحقیقات فرانکلین توسط ماکسول پیگیری شد که این تحقیقات منجر به پیشنهاد مدل کامل سیستم حفاظت در برابر صاعقه گردید.

ماکسول در این مدل پیشنهاد داد ساختمان در میان تسمه های فلزی قرار داده شود.

با این کار جریان صاعقه مسیر سطح بیرونی ساختمان را دنبال و از وسته بیرونی عبور می کند و در نتیجه جریان الکتریکی صاعقه به داخل ساختمان ورود پیدا نمی کند.

این ایده در نهایت به معرفی روش مقرون به صرفه از نظر اقتصادی به نام قفس فاراده (روش مش) منتهی شد که در آن قفسی از رساناها کل سازه را در بر میگیرد و مانع از صدمه دیدن ساختمان بواسطه صاعقه می شود.

سیستم حفاظت در برابر صاعقه دو بخش اجرایی دارد.

بخش اجرایی بیرونی شامل تجهیزات حفاظتی (پایانه های صاعقه گیر) ، اتصال ها و تجهیزات هدایت کننده جریان صاعقه از محل برخورد با سیستم صاعقه گیر به زمین است و بخش اجرایی داخلی شامل تجهیزات هم پتانسیل سازی یا فاصله جداسازی است که از خطرات ناشی از جرقه زنی در داخل سازه جلوگیری می نماید.

انواع صاعقه گیر:

1 –  صاعقه گیر غیرفعال (Passive):

همانطور که قبلا اشاره شداولین روش جذب صاعقه که به صاعقه گیرهای پسیو یا غیرفعال نیز 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.

2 – صاعقه گیر های فعال یا اکتیو: (Active)

صاعقه گیر فعال، صاعقه گیری است که به واسطه انرژی دریافتی از منبع خارجی نسبت به صاعقه واکنش نشان می دهد که معروف ترین آنها صاعقه گیرهای الکترونیک خازنی می باشند.

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.

این صاعقه گیر ها که به اختصار ESE  (Early Streamer Emission) نیز نامیده می شوند با ایجاد فاصله هوایی بین اجزای خود در حقیقت مدل ایجاد میدان الکتریکی را در مقیاس کوچت تر شبیه سازی نموده اند.

زمانی که انرژی الکتریکی اتمسفر از حد معینی بیشتر شود، مدار داخلی 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 و یک جریان با پلاریته معکوس به سمت ابر ارسال گردد.

این روش باعث ایجاد چتر پوششی وسیع تری می گردد و هزینه های حفاظت از سازه در مقابل اصابت مستقیم صاعقه را نیز به شکل چشمگیری کاهش می دهد.