روش های طراحی سیستم های پایانه ی هوایی

بعد از ارزیابی عملی یک ساختمان، یک یا ترکیبی از روش های طراحی زیر انتخاب می شوند:

• روش گوی غلتان( مشخصا برای سیستم های پیچیده مناسب است)
• روش زاویه ی حفاظتی (برای طراحی های ساده، نظیر میله های برقگیر)
• روش مش ( برای طراحی های ساده، نظیر بام های مسطح) (شکل 2.2)
  

روش گوی غلتان، تنها روش طراحی سیستم های جذب صاعقه است که از مدل الکترومغناطیسی صاعقه گرفته شده و بر اساس اصول فیزیکی ایجاد شده است. لذا، وقتی روش های زاویه ی حفاظتی یا مش، باعث ایجاد برخی عدم قطعیت ها می شوند از روش گوی غلتان باید استفاده شود.

 تفکیک بار باعث ایجاد اختلاف پتانسیل بین ابرها و زمین، و ایجاد جریان پایین رو که شامل یک جبهه ی پایین رو است، می شود. همچنین از نقاط مختلفی نظیر درختان، منازل و آنتن ها، جریان های بالارو نیز به سمت جبهه ی پایین رو شروع به حرکت می کنند. در نقطه ای که برای اولین دفعه، بار جاذب به نوک جریان پایین رو می رسد، یک صاعقه رخ میدهد. لذا ضروری است تمام نقاطی که روی سطح توپی قرار میگیرند که شعاع آن برابر با فاصله ی پیموده شده توسط صاعقه و نقطه ی مرکزی آن نوک جریان پایین رو است، در برابر برخورد صاعقه محافظت شوند. از این پس این توپ را ‘‘گوی غلتان" خواهیم نامید. شعاع گوی غلتان وابسته به کلاس حفاظت در برابر صاعقه در ساختمان مورد حفاظت است (شکل 2.4).

گوی غلتان، روی ساختمان غلت می خورد؛ هر جا که نقطه ای از این گوی به ساختمان برخورد می کند، نقطه ی ممکن برای برخورد صاعقه است.

نرم افزارهای CAD امروزه قادرند گوی غلتان را به صورت سه بعدی شبیه سازی کنند و لذا می توان آن را روی کل ساختمانی که قرار است حفاظت شود غلتاند. برای مثال، در ساختمان هایی که کلاس ۱ حفاظت در برابر صاعقه را دارند، سطح توپ به سطوح و نقاطی از ساختمان برخورد می کند این نقاط در صورتی که طراحی در کلاس حفاظتی ۲ (یا ۳ یا ۴) انجام می شد، هنوز تحت حفاظت بودند (سطح توپ به هی نقطه ای برخورد نمی کرد) (شكل
2.5). با استفاده از روش گوی غلتان می توان تاسیسات را از نظر حفاظت در برابر صاعقه، منطقه بندی کرد (LPZ) یا این که سطوح حفاظت در برابر صاعقه (LPL) را برای هر قسمت تعریف کرد:
LPZ 0A
خطر برخورد مستقيم صاعقه و میدان الکترومغناطیسی صاعقه.
LPZ 0B
حفاظت شده در برابر برخورد مستقيم صاعقه، ولی خطر میدان الکتریکی صاعقه.

در ساختمان هایی که ارتفاع آن ها بیشتر از شعاع گوی غلتان باشد، ممکن است صاعقه از پهلو در ساختمان هایی که ارتفاع آن ها از 60 متر کمتر است، ناچیز است.

ساختمانی که قصد داریم از آن در برابر صاعقه حفاظت کنیم، باید مجهز به سیستم های جذب صاعقه باشد، طوری که گوی غلتان با شعاعی که طبق کلاس حفاظت در برابر صاعقه مشخص می شود (شکل 2.6) با ساختمان تماس نداشته باشد. در نقاطی که با رنگ خاکستری تیره مشخص شده اند باید از ترمینال هوایی استفاده کرد. از روش گوی غلتان می توان برای تعیین طول مورد نیاز میله های جذب و فواصل بین آنها استفاده کرد (شکل 2.7 و 2.8). میله های جذب باید طوری جانمایی شوند که تمام بخش های سازه ای که قرار است حفاظت شود، در ناحیه حفاظت شده ی سیستم جذب قرار بگیرد.

در صورتی که از چندین میله ی جذب برای حفاظت از یک شئ استفاده شود، باید عمق نفوذ بین آن ها نیز لحاظ شود. برای مروری کوتاه بر این مطلب به جدول 2.1  مراجعه شود، یا در صورت نیاز به محاسبه ی عمق نفوذ، از فرمول زیر استفاده شود:

استفاده از روش زاویه ی حفاظتی تنها در ساختمان هایی که معماری ساده دارند یا در ساختمان های کوچک و برای ساختمان های منفرد توصیه می شود. لذا از این روش تنها باید وقتی استفاده شود که ساختمان از قبل با استفاده از میله های ترمینال هوایی حفاظت شده، که موقعیت این میله ها با استفاده از روش گوی غلتان یا روش مش تعیین شده باشند. در صورتی که هدف از استفاده از میله های جذب فقط برای آن بخشی از ساختمان باشد که به صورت برآمده است، استفاده از روش زاویه ی حفاظتی موثر است. تمام سازه های پشت بام باید توسط میله های جذب مورد حفاظت واقع شوند. در اینجا لازم است که فواصل جداسازی مربوطه ("s") بین سازه های پشت بام که زمین شده اند و سیستم های فلزی لحاظ شود.

در صورتی که سازه ی روی پشت بام پیوستگی هدایتی به داخل سازه داشته باشد (به طور مثال یک لوله ی استیل ضد زنگ که به سیستم تهویه یا هواساز وصل شده است)، باید فاصله ی میله ی جذب از شیء مورد حفاظت بزرگتر یا مساوی s باشد. با رعایت این فاصله، از جرقه یا قوس ناشی از جریان صاعقه جلوگیری می شود.

استفاده از روش زاویه ی حفاظتی تنها در ساختمان هایی که معماری ساده دارند یا در ساختمان های کوچک و برای ساختمان های منفرد توصیه می شود.

نصب حلقه ها

برای هر کلاس حفاظت در برابر صاعقه، سایز حلقه متفاوت است. ساختمانی که در این مثال بررسی می شود دارای کلاس ۳ حفاظت در برابر صاعقه است. سایز حلقه در این کلاس نباید بیشتر از ۱۵ متر در ۱۵ متر شود. همان طور که در این مثال بررسی می شود، اگر طول كل l  بیشتر از مقدار پیشنهادی در جدول 2.3  باشد، باید یک قطعه ی انبساطی نیز به منظور کنترل تغییرات طول ناشی از دما نصب شود.

روش مش، منحصرا بر مبنای کلاس حفاظت در برابر صاعقه مورد استفاده قرار می گیرد.

حفاظت در برابر اصابت جانبی برای ساختمان هایی که ارتفاع بیش از ۶۰ متر دارند و خطر آسیب جدی (نظیر آسیب به دستگاه های الکتریکی یا الکترونیکی)، توصیه می شود یک حلقه ی حفاظت از صاعقه را برای حفاظت در برابر برخوردهای جانبی نصب کنند. این حلقه در ارتفاع ۸۰٪ از کل ارتفاع ساختمان نصب شده و سایز حلقه -–نظیر حالتی که حلقه روی پشت بام نصب می شد - وابسته با کلاس حفاظت در برابر صاعقه است، به طور مثال کلاس ۳ حفاظت در برابر صاعقه متناظر با سایز حلقه ی ۱۵ متر در ۱۵ متر است (شکل 2.12).