صاعقه گیر یکی از تجهیزات مهم در سیستم حفاظت در برابر صاعقه است که با هدف کاهش خطرات ناشی از برخورد مستقیم صاعقه با ساختمانها، تجهیزات و تأسیسات مورد استفاده قرار میگیرد. صاعقه میتواند انرژی بسیار زیادی را در مدتزمان کوتاهی وارد یک سازه کند و در صورت نبود سیستم حفاظت مناسب، موجب آتشسوزی، آسیب به تجهیزات الکتریکی، خرابی سازه و حتی تلفات جانی شود.
به همین دلیل، طراحی و اجرای اصولی سیستم حفاظت در برابر صاعقه (Lightning Protection System) در بسیاری از ساختمانها و پروژههای صنعتی اهمیت ویژهای دارد.
صاعقه گیر چیست؟
صاعقه گیر یا Lightning Arrester / Lightning Protection System تجهیز یا مجموعهای از تجهیزات است که برای حفاظت از ساختمانها، تأسیسات و تجهیزات در برابر اثرات مخرب صاعقه طراحی میشود.
در یک سیستم حفاظت در برابر صاعقه، هدف اصلی این است که مسیر کنترلشده و کمامپدانسی برای عبور جریان صاعقه از نقطه دریافت تا سیستم زمین ایجاد شود.
در واقع صاعقه گیر به تنهایی یک سیستم کامل محسوب نمیشود؛ بلکه برای حفاظت مؤثر، باید اجزای مختلف سیستم شامل پایانه هوایی، هادی نزولی، سیستم اتصال زمین و همبندی بهصورت هماهنگ طراحی و اجرا شوند.
چرا استفاده از صاعقه گیر اهمیت دارد؟
صاعقه یکی از پدیدههای طبیعی پرانرژی است و برخورد مستقیم یا غیرمستقیم آن با ساختمان و تأسیسات میتواند خسارتهای قابل توجهی ایجاد کند.
مهمترین مزایای اجرای سیستم حفاظت در برابر صاعقه عبارتاند از:
- کاهش خطر آتشسوزی ناشی از برخورد صاعقه
- حفاظت از ساختمانها و سازههای مرتفع
- کاهش خطر آسیب به تجهیزات الکتریکی
- حفاظت از تجهیزات مخابراتی و کنترلی
- ایجاد مسیر مشخص برای تخلیه جریان صاعقه
- کاهش احتمال برقگرفتگی افراد
- حفاظت از تأسیسات صنعتی و زیرساختهای حساس
- کاهش خسارات ناشی از اضافهولتاژهای ناشی از صاعقه
سیستم حفاظت در برابر صاعقه چگونه کار میکند؟
عملکرد سیستم حفاظت در برابر صاعقه بر پایه ایجاد یک مسیر مشخص برای هدایت جریان صاعقه به زمین است.
بهطور کلی، این سیستم شامل سه بخش اصلی است:
۱. پایانه هوایی:
در بالاترین قسمت سازه نصب شده و وظیفه دریافت یا رهگیری صاعقه را بر عهده دارد.
۲. هادی نزولی:
جریان صاعقه را از پایانه هوایی به سمت سیستم زمین هدایت میکند.
۳. سیستم اتصال زمین:
انرژی و جریان صاعقه را به زمین منتقل میکند.
برای افزایش ایمنی، این اجزا باید بهصورت یک سیستم یکپارچه طراحی شوند.
اجزای اصلی سیستم صاعقه گیر
یک سیستم استاندارد حفاظت در برابر صاعقه از اجزای مختلفی تشکیل شده است.
۱. پایانه هوایی
پایانه هوایی در قسمت بالایی سازه نصب میشود و میتواند به شکل میلههای ساده، شبکههای هادی یا سیستمهای تخصصیتر طراحی شود.
انتخاب نوع پایانه هوایی به عواملی مانند ارتفاع ساختمان، شکل سازه، سطح حفاظت مورد نیاز و استانداردهای مربوطه بستگی دارد.
۲. هادی نزولی
هادی نزولی وظیفه انتقال جریان صاعقه از پایانه هوایی به سیستم زمین را دارد.
این هادی باید به شکلی طراحی شود که مسیر جریان تا حد امکان مستقیم، کوتاه و دارای امپدانس پایین باشد. تعداد و مسیر هادیهای نزولی نیز باید بر اساس طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه مشخص شود.
۳. سیستم ارتینگ
سیستم زمین یکی از مهمترین بخشهای حفاظت در برابر صاعقه است. جریان صاعقه پس از عبور از هادی نزولی باید از طریق سیستم زمین به خاک منتقل شود.
طراحی سیستم ارتینگ باید متناسب با شرایط خاک، ساختار سازه و الزامات پروژه انجام شود.
۴. همبندی و اتصال همپتانسیل
همبندی مناسب بخشهای فلزی مختلف ساختمان و تأسیسات میتواند به کاهش اختلاف پتانسیل و کاهش خطر جرقه جانبی کمک کند.
در پروژههای صنعتی، موضوع همبندی باید همزمان با طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه مورد بررسی قرار گیرد.
۵. حفاظت در برابر اضافهولتاژ
برخورد صاعقه میتواند از طریق خطوط برق، مخابرات، شبکههای کنترلی و سایر مسیرهای متصل به ساختمان باعث ایجاد اضافهولتاژ شود.
برای کاهش این خطر، در کنار سیستم حفاظت خارجی، استفاده صحیح از تجهیزات حفاظت در برابر اضافهولتاژ (SPD) نیز میتواند مورد نیاز باشد.
انواع صاعقه گیر
سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه را میتوان بر اساس نوع طراحی و روش حفاظت به گروههای مختلف تقسیم کرد.
صاعقه گیر میلهای
صاعقه گیر میلهای یکی از سادهترین روشهای حفاظت در برابر برخورد مستقیم صاعقه است.
این سیستم معمولاً از یک یا چند میله هادی تشکیل شده و در قسمت مرتفع سازه نصب میشود. میلهها از طریق هادیهای نزولی به سیستم زمین متصل میشوند.
صاعقه گیر مشبکی
در این روش، شبکهای از هادیها روی سطح یا بخشهای مختلف سازه اجرا میشود.
سیستم مشبکی میتواند برای ساختمانها و سازههایی که نیاز به پوشش گسترده دارند مورد استفاده قرار گیرد.
صاعقه گیر با پایانههای هوایی تخصصی
در برخی پروژهها از سیستمهای پایانه هوایی تخصصی استفاده میشود که طراحی آنها بر اساس روش و استاندارد مورد استفاده پروژه انجام میشود.
انتخاب این سیستمها باید بر مبنای ارزیابی ریسک و شرایط سازه صورت گیرد و صرفاً بر اساس ادعاهای تجاری انجام نشود.
صاعقه گیر اکتیو یا ESE
یکی از انواع سیستمهایی که در بازار با عنوان صاعقه گیر اکتیو یا ESE (Early Streamer Emission) شناخته میشود، دارای پایانه هوایی ویژهای است.
در استفاده از این نوع تجهیزات باید به استانداردهای مورد پذیرش پروژه، الزامات کارفرما و مقررات مربوطه توجه شود.
تفاوت صاعقه گیر و برق گیر چیست؟
صاعقه گیر و برق گیر اصطلاحاتی هستند که گاهی به جای یکدیگر استفاده میشوند، اما از نظر فنی میتوانند به تجهیزات متفاوتی اشاره کنند.
صاعقه گیر:
عموماً به سیستم یا تجهیزاتی گفته میشود که برای حفاظت سازه در برابر برخورد مستقیم صاعقه طراحی شدهاند.
برق گیر یا Surge Arrester:
معمولاً تجهیزی است که برای محدود کردن اضافهولتاژهای گذرا و حفاظت از تجهیزات الکتریکی در برابر Surge مورد استفاده قرار میگیرد.
در یک پروژه حفاظتی کامل، ممکن است استفاده از هر دو نوع حفاظت خارجی در برابر صاعقه و حفاظت داخلی در برابر اضافهولتاژ ضروری باشد.
صاعقه گیر در چه مکانهایی استفاده میشود؟
سیستم حفاظت در برابر صاعقه میتواند در ساختمانها و تأسیسات مختلف مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:
- ساختمانهای بلندمرتبه
- کارخانهها
- پالایشگاهها
- پتروشیمیها
- نیروگاهها
- مخازن و تأسیسات نفت و گاز
- دکلهای مخابراتی
- مراکز داده
- فرودگاهها
- سولههای صنعتی
- برجها و سازههای مرتفع
- مراکز حساس و زیرساختی
در تأسیسات صنعتی، اهمیت طراحی صحیح سیستم حفاظت در برابر صاعقه به دلیل وجود تجهیزات حساس و مواد قابل اشتعال بیشتر است.
آیا همه ساختمانها به صاعقه گیر نیاز دارند؟
نیاز به سیستم حفاظت در برابر صاعقه برای هر ساختمان باید بر اساس ارزیابی ریسک، نوع سازه، ارتفاع، موقعیت جغرافیایی، کاربری ساختمان، میزان حضور افراد، تجهیزات موجود و الزامات استانداردی و کارفرمایی بررسی شود.
بنابراین نمیتوان گفت تمام ساختمانها الزاماً به یک نوع صاعقه گیر مشخص نیاز دارند.
برای پروژههای صنعتی و حساس، انجام بررسی مهندسی و ارزیابی ریسک پیش از انتخاب سیستم اهمیت زیادی دارد.
نحوه طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه
طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه باید بر اساس مشخصات ساختمان و الزامات استانداردهای مرتبط انجام شود.
مراحل کلی طراحی شامل موارد زیر است:
۱. بررسی مشخصات پروژه
در ابتدا اطلاعاتی مانند ارتفاع ساختمان، ابعاد، نوع سازه، کاربری، تجهیزات موجود و موقعیت پروژه بررسی میشود.
۲. ارزیابی ریسک صاعقه
احتمال برخورد صاعقه و میزان خسارت احتمالی بررسی شده و سطح حفاظت مورد نیاز تعیین میشود.
۳. انتخاب روش حفاظت
بر اساس نتایج بررسی، روش مناسب برای سیستم پایانه هوایی، هادیهای نزولی و سیستم زمین انتخاب میشود.
۴. طراحی مسیرهای نزولی
مسیر هادیهای نزولی باید بهگونهای طراحی شود که جریان صاعقه با کمترین امپدانس و در مسیر مناسب به زمین منتقل شود.
۵. طراحی سیستم زمین
سیستم اتصال زمین باید با توجه به شرایط خاک و نیازهای سیستم حفاظت در برابر صاعقه طراحی شود.
۶. طراحی همبندی و حفاظت داخلی
همبندی سازه و تجهیزات و همچنین نیاز به تجهیزات SPD برای حفاظت از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی بررسی میشود.
۷. تست و بازرسی
پس از اجرا، سیستم باید از نظر اتصالات، پیوستگی هادیها و عملکرد سیستم زمین مورد بررسی و آزمایش قرار گیرد.
اهمیت سیستم ارتینگ در صاعقه گیر
یکی از مهمترین بخشهای سیستم حفاظت در برابر صاعقه، سیستم اتصال زمین است.
اگر جریان صاعقه نتواند از مسیر مناسبی به زمین منتقل شود، احتمال ایجاد جرقه، اختلاف پتانسیل بالا و آسیب به تجهیزات افزایش پیدا میکند.
به همین دلیل طراحی سیستم زمین باید همزمان با طراحی پایانههای هوایی و هادیهای نزولی انجام شود.
در پروژههای صنعتی ممکن است از ترکیبی از الکترودهای زمین، هادیهای مدفون، شبکه ارتینگ و سایر روشهای اتصال زمین استفاده شود.
استانداردهای مرتبط با حفاظت در برابر صاعقه
برای طراحی و اجرای سیستم حفاظت در برابر صاعقه، استانداردهای مختلفی وجود دارند. یکی از مهمترین مراجع بینالمللی در این زمینه، خانواده استاندارد IEC 62305 است که موضوعاتی مانند اصول حفاظت، مدیریت ریسک، حفاظت سازه در برابر صاعقه و حفاظت سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی را پوشش میدهد.
در پروژههای مختلف ممکن است استانداردها و مقررات ملی، مشخصات فنی کارفرما و سایر الزامات نیز در طراحی مورد استفاده قرار گیرند.
بنابراین انتخاب و طراحی سیستم صاعقه گیر باید بر اساس استاندارد و مشخصات فنی مورد پذیرش پروژه انجام شود.
نگهداری و تست سیستم صاعقه گیر
پس از اجرای سیستم حفاظت در برابر صاعقه، بازرسی دورهای اهمیت زیادی دارد.
برخی مواردی که باید در بازرسیهای دورهای بررسی شوند عبارتاند از:
- سلامت پایانههای هوایی
- وضعیت هادیهای نزولی
- کیفیت اتصالات
- خوردگی هادیها و اتصالات
- پیوستگی الکتریکی مسیرها
- وضعیت سیستم اتصال زمین
- عملکرد تجهیزات حفاظت در برابر اضافهولتاژ
- تغییرات ایجادشده در سازه
- اضافه شدن تجهیزات یا سازههای جدید
بازرسی و نگهداری منظم میتواند به حفظ عملکرد سیستم در طول عمر بهرهبرداری کمک کند.
طراحی و اجرای سیستم صاعقه گیر توسط شرکت مهندسی کاهنگان مهر
شرکت مهندسی کاهنگان مهر با تجربه در حوزه طراحی، تولید، تأمین، اجرا و عارضهیابی سیستمهای ارتینگ و حفاظت در برابر صاعقه، خدمات مهندسی و اجرایی مورد نیاز پروژههای صنعتی و ساختمانی را ارائه میدهد.
این خدمات میتواند شامل بررسی شرایط پروژه، طراحی سیستم حفاظت در برابر صاعقه، تأمین تجهیزات، اجرای سیستم زمین و هادیهای نزولی، همبندی و بررسی مشکلات سیستمهای موجود باشد.
در پروژههای صنعتی، طراحی سیستم صاعقه گیر باید بهصورت یکپارچه با سیستم ارتینگ و سایر تجهیزات حفاظتی انجام شود تا سطح حفاظت مورد نیاز پروژه تأمین شود.
جمعبندی؛ صاعقه گیر چیست؟
در پاسخ به سؤال صاعقه گیر چیست؟ میتوان گفت صاعقه گیر بخشی از یک سیستم حفاظتی است که برای کاهش خطرات ناشی از برخورد مستقیم صاعقه با ساختمانها و تأسیسات طراحی میشود.
یک سیستم حفاظت در برابر صاعقه مناسب تنها به نصب یک میله روی ساختمان محدود نمیشود؛ بلکه باید مجموعهای از پایانههای هوایی، هادیهای نزولی، سیستم اتصال زمین، همبندی و در صورت نیاز تجهیزات حفاظت در برابر اضافهولتاژ بهصورت مهندسی طراحی و اجرا شوند.
انتخاب نوع صاعقه گیر و روش حفاظت نیز باید بر اساس شرایط پروژه، ارزیابی ریسک، استانداردهای مربوطه و نیازهای کارفرما انجام شود.
