خطرات ناشی از تخلیه ی صاعقه

 وابستگی ما به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در زندگی حرفه ای و خصوصی روز به روز در حال افزایش است. تبادل اطلاعات آنی و لحظه ای در شبکه های داده در شرکت ها پا دستگاه های اورژانس نظیر بیمارستان ها و ایستگاه های آتش نشانی، مرز بین مرگ و زندگی را مشخص می کند پایگاه های داده ی حساس، نظیر بانک ها با رسانه ها نیازمند مسیر عبور جریان قابل اطمینان هستند.
فقط پرخورد 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 با 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 می شود. این پیک های ولتاژ قادرند علیرغم تمام اتصالات هادی که ایجاد شده است در یک ساختمان نفوذ کنند و باعث ایجاد خسارات شدیدی شوند.

وقتی صاعقه به ساختمان های درختان، یا حتی خود زمین برخورد می کند، جریان صاعقه وارد زمین شده و یک " قیف پتانسيل شکل"  می گیرد( شكل 1.7)


۲ ناحیه ی گرادیان ولتاژ

A در نزدیکی نقطه ی برخورد/ در کنار هادی نزولی، ولتاژ گام (۱) مقدار زیادی دارد

B ولتاژ گام با افزایش فاصله از نقطه ی برخورد صاعقه کاهش می یابد C در فضای باز، وضعیت دولا شدن حفاظت در برابر برخورد مستقيم صاعقه را فراهم می کند. هرچه فاصله از نقطه ی تزریق جریان به زمین بیشتر باشد، پتانسیل الکتریکی در زمین کمتر می شود. تفاوت پتانسیل باعث ایجاد ولتاژ گام می شود 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 می شود. 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 بزرگ تری به حساب می آید. اگر فردی با سیستم حفاظت در برابر صاعقه تماس داشته باشد، در معرض خطر ولتاژ تماس بالا قرار می گیرد.

خطراتی که برای ساختمان ها و تجهیزات ایجاد می شود، 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 (ضريب:K/US) بزرگتر از ولتاژ مجاز شبکه هستند. افزایش ولتاژ از مقدار قابل تحمل یک سیستم الکتریکی (Ur/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 می شوند. 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 ساختمانها و تجهیزات، به سیستم های مناسب حفاظت در برابر سرج و صاعقه نیاز است. (شکل موج های ۴ و ۵ در شکل ۱.۸)

سرج های گذرا، به افزایش ولتاژی گفته می شود که در حد چند میکروثانیه رخ می دهد ولی اندازه ی آن تنها چند برابر ولتاژ شبکه است، سرج های دائمی که ناشی از شرایط غیرمجاز در شبکه ی برق هستند، سرج های گذرا به حساب نمی آیند.

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

پیک ولتاژهای القایی در تاسیسات ساختمان و کابل های برق و داده نیز می توانند به چندین برابر ولتاژ کاری رسیده و منجر به خرابی آتی سیستم ها شوند.

بزرگترین ولتاژهایی که در شبکه ی برق فشار ضعیف ایجاد می شوند ناشی از تخلیه های صاعقه هستند. سرج های صاعقه ممکن است گاهی اوقات تا ۱۰۰ برابر مقدار ولتاژ نامی شده و انرژی زیادی را منتقل کنند. وقتی صاعقه مستقیما به سیستم حفاظت اولیه در برابر صاعقه با خط برق فشار ضعیف برخورد می کند - در حالی که این سیستم فاقد حفاظت ثانویه در برابر صاعقه و سرج است – معمولا به عایق تجهیزات آسیب وارد شده و برق مصرف کنندگان قطع می شود.

جریان های صاعقه با انرژی زیاد غاليا باعث نابودی آنی سیستم های بدون حفاظت می شوند. از طرفی در صورتی که سرج ها کوچک باشند، غالبا بعد از مدتی در سیستم خرابی ایجاد می شود، چرا که این سرج ها باعث شتاب گرفتن روند فرسودگی قطعات در دستگاه هایی می شوند که تحت تاثیر سرج بوده اند، و باعث خرابی به ظاهر مشکوک می شوند (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.