خطرات ناشی از تخلیه صاعقه

 تخلیه صاعقه:

در بحث تخلیه صاعقه، وابستگی ما به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در زندگی حرفه ­ای و خصوصی روز به روز در حال افزایش است. تبادل اطلاعات به صورت لحظه ­ای در شبکه­ های داده در شرکت­ ها یا دستگاه ­های اورژانس نظیر: بیمارستان­ ها و ایستگاه­ های آتش ­نشانی، مرز بین مرگ و زندگی را مشخص می­کند. پایگاه ­های داده­ ی حساس، نظیر: بانک­ ها یا رسانه­ ها نیازمند مسیر عبور جریان قابل اطمینان هستند.

فقط برخورد صاعقه نیست که تهدیدی مرگبار برای این سیستم­ ها به حساب می ­آید.تجهیزات الکترونیکی، امروزه بیشتر و بیشتر در معرض آسیب­ های ناشی از ولتاژهای سرج هستند. ولتاژهای سرج در اثر تخلیه­ ی صاعقه در محلی دورتر یا عملیات سوئیچینگ در سیستم ­های الکتریکی بزرگ به وجود می ­آیند. در طول طوفان­ های صاعقه نیز، حجم زیادی از انرژی در یک لحظه ­ی خیلی کوتاه آزاد می­شود. این پیک‌های ولتاژ قادرند علی­رغم تمام اتصالات هادی که ایجاد شده است در یک ساختمان نفوذ کنند و باعث ایجاد خسارات شدیدی شوند.

خطرات برای افراد به هنگام تخلیه صاعقه:

وقتی صاعقه به ساختمان­ ها، درختان، یا حتی خود زمین برخورد می­کند، جریان صاعقه وارد زمین شده و یک “قیف پتانسیل” شکل می­گیرد.

در شکل بالا:

1= ولتاژ گام U_s.

2= ناحیه­ی گرادیان ولتاژ.

A= در نزدیکی نقطه­ی برخورد/در کنار هادی نزولی، ولتاژ گام (1) مقدار زیادی دارد.

B= ولتاژ گام با افزایش فاصله از نقطه­ی برخورد صاعقه کاهش می­یابد.

C= در فضای باز، وضعیت دولا شدن حفاظت در برابر برخورد مستقیم صاعقه را فراهم می­کند.

نکته ای در رابطه با تخلیه صاعقه:

هرچه فاصله از نقطه ­ی تزریق جریان به زمین بیشتر باشد، پتانسیل الکتریکی در زمین کمتر می­شود. تفاوت پتانسیل باعث ایجاد ولتاژ گام می­شود که برای افراد و حیوانات خطر برق ­گرفتگی را به دنبال دارد. در ساختمان ­هایی که مجهز به سیستم ­های حفاظت در برابر صاعقه هستند، جریان صاعقه باعث افت ولتاژ در مقاومت زمین می­شود. تمام اجزای فلزی که داخل و روی ساختمان قرار دارند باید به سیستم همبندی وصل شده باشند تا از خطر بروز ولتاژ تماس بالا جلوگیری شود. در زمین نزدیک به ساختمان، ولتاژ گام خطر بزرگ­تری به حساب می ­آید. اگر فردی با سیستم حفاظت در برابر صاعقه تماس داشته باشد، در معرض خطر ولتاژ تماس بالا قرار می­گیرد.

خطرات تخلیه صاعقه برای ساختمان ­ها و تجهیزات:

خطراتی که برای ساختمان ­ها و تجهیزات ایجاد می­شود، نه فقط از برخوردهای مستقیم صاعقه، بلکه از سرج ­هایی است که ممکن است تا دو کیلومتر دورتر از محل برخورد صاعقه شکل بگیرند. سرج ­ها چندین برابر (ضریب: K/ÜS) بزرگتر از ولتاژ مجاز شبکه هستند. افزایش ولتاژ از مقدار قابل تحمل یک سیستم الکتریکی (Ûr/V)، منجر به عملکرد نادرست یا حتی خرابی دائمی شود.

سرج­ های دائمی ضعیف ولی مکرر، ناشی از تداخلات فرکانس ­بالا و اغتشاشات خط ایجاد می­شوند. در این حالت­ ها، منابع تداخل باید حذف شوند یا از فیلترهای مناسب خط استفاده شود. به منظور حفاظت در برابر سوئیچینگ­ هایی که انرژی زیادی دارند یا سرج ­های صاعقه در ساختمان ­ها و تجهیزات، به سیستم ­های مناسب حفاظت در برابر سرج و صاعقه نیاز است.

سرج ­های گذرا:

 اندازه ­ی این سرج ها تنها چند برابر ولتاژ شبکه است. سرج ­های دائمی که ناشی از شرایط غیرمجاز در شبکه ­ی برق هستند، سرج­های گذرا به حساب نمی ­آیند. به طور کلی هر اضافه ولتاژی که به صورت لحظه ای و در حد چند میکروثانیه به طول انجامد سرج گذرا نام دارد.

سرج ­های سوئیچینگ:

سرج­ های سوئیچینگ ممکن است ناشی از منابع مختلفی باشند، نظیر عملیات سوئیچینگ که شامل بارهای سلفی بزرگ نظیر موتورها می­شود. اندازه­ ی سرج ­های سوئیچینگ دو یا سه برابر ولتاژ کاری است.

ولتاژهای سرج القایی:

در اثر چندین برابر شدن ولتاژ کاری در ولتاژ های القایی ممکن است آسیب های جدی به سیستم ها اعمال گردد.

سرج­ های صاعقه:

بزرگترین ولتاژهایی که در شبکه ­ی برق فشار ضعیف ایجاد می­شوند ناشی از تخلیه­ های صاعقه هستند. گاهی ممکن است سرج های صاعقه 100 برابر ولتاژ نامی شوند و منجر به آزاد شدن انرژی بسیار زیادی شوند. در صورتی که سیستم ها فاقد حفاظت ثانویه در برابر صاعقه و سرج باشند، به هنگام برخورد  مستقیم صاعقه به سیستم حفاظت اولیه یا خط برق فشار ضعیف، عایق تجهیزات از بین می رود.

در شکل زیر:

1 =افت ولتاژ موقت با بازه ­های زمانی متفاوت

2 =هارمونیک ­های ناشی از نوسانات کند و سریع ولتاژ

3 =ولتاژهای سرج گذرا

4 =سرج­ های سوئیچینگ

5 =سرج ­های صاعقه

6 =گستره­ای که دستگاه­ های حفاظت در برابر سرج در آن مورد استفاده قرار می­گیرند.

اثرات سرج­ ها:

جریان ­های صاعقه با انرژی زیاد غالبا باعث نابودی آنی سیستم ­های بدون حفاظت می­شوند. از طرفی در صورتی که سرج­ ها کوچک باشند، غالبا بعد از مدتی در سیستم خرابی ایجاد می­شود، چرا که این سرج­ ها باعث شتاب گرفتن روند فرسودگی قطعات در دستگاه­ هایی می­شوند که تحت تاثیر سرج بوده­اند، و باعث خرابیِ به ظاهر مشکوک می­شوند (چون خرابی در زمانی بعد از وقوع سرج رخ داده و فرد غیرحرفه ­ای ممکن است نتواند علت را شناسایی کند). به همین منظور به ابزار حفاظتی مختلفی نیازمندیم. این ابزار وابسته به علت اصلی و/یا نقطه­ ی برخورد صاعقه هستند.