باتریهای سرب اسید و نیکل کادمیوم از پرکاربرد ترین انواع باتریها در صنعت یوپی اس می‌باشند.

اغلب این سوال پیش می‌آید که این دو باتری چه تفاوتی با هم دارند؟

در چه مواردی بهتر است باتری سرب اسیدی پیشنهاد شود و بالعکس؟

نقاط ضعف و قدرت هر نوع باتری چیست؟

در ادامه سعی شده‌است حتی الامکان بطور خلاصه این دو نوع باتری با یکدیگر از زوایای گوناگون مقایسه شوند.

۱- تاریخچه

باتری سرب اسید (Lead Acid):

 در سال ۱۸۵۹ برای اولین بار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté به عنوان اولین باتری با قابلیت شارژ مجدد بصورت تجاری به بازار عرضه شد.

باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium):

 در سال ۱۸۹۹ توسط یک مخترع سوئدی به نام Waldemar Jungner ابداع گردید.

تمایل چندانی به استفاده از این باتریها در صنایع تا اوایل دهه ۱۹۶۰ وجود نداشت ولی پس از آن و با افزایش چشمگیر مصارف الکتریکی بویژه در آمریکا و ژاپن طرفدار پیدا کرد.

۲- مواد سازنده باتری

باتری سرب اسید (Lead Acid):

 آند یا قطب مثبت از اکسید سرب (PbO2) وقطب منفی یا کاتد از سرب (Pb) تشکیل شده و الکترولیت آن محلول اسید سولفوریک (H2SO4) و آب (H2O) می‌باشد.

اسید سولفوریک خالص عموما بین ۲۵ تا ۴۰ درصد از کل محلول را تشکیل می‌دهد.

باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium): 

هیدرات نیکل (NiOOH) بخش عمده قطب مثبت را تشکیل می‌دهد در حالیکه کادمیوم اسفنجی (Cd) عنصر غالب در مواد تشکیل دهنده قطب منفی است.

محلول هیدروکسید پتاسیم (KOH) در آب نیز نقش الکترولیت باتری را دارد.

غلظت هیدروکسید پتاسیم عموما بین ۲۰ تا ۳۵ درصد از کل محلول الکترولیت است.

۳- قیمت 

باتریهای نیکل کادمیوم حدودا بین ۲ تا ۴ بار گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند.

البته بسته به کیفیت و نوع آلیاژ و تکنیک ساخت باتری این امکان وجود دارد که این اختلاف بیشتر از ۵ برابر نیز بشود.

به همین دلیل سرمایه اولیه مورد نیاز برای تامین نیروی بکاپ از باتریهای نیکل-کادمیومی بسیار بالاتر تمام خواهد شد.

پس چرا همچنان طیفی از مصرف کنندگان سراغ باتریهای نیکل میروند؟

بخشهای بعدی پاسخ این سوال را خواهد داد.

۴- طول عمر

یک قانون کلی در ارتباط با طول عمر اکثر انواع باتریها وجود دارد، و آن اینکه با افزایش تعداد دشارژ باتری طول عمر آن کم خواهد شد.

اما هر دو باتری نیکل و سربی به عمق دشارژ نیز حساس هستند.

به این معنی که اگر فرضا باتری بطور متوسط ۳۰ درصد دشارژ شود طول عمر آن بسیار بیشتر از حالتیست که بطور متوسط تا ۸۰ درصد دشارژ می‌گردد.

گرچه باتریهای نیکل کادمیوم بسیار گرانتر از باتریهای سرب اسیدی هستند اما تعداد سیکلهایی که می‌توان آنها را دشارژ کرد بسیار بیشتر از باتری‌های سربی است.

شکل ۱: نمودار کاهش تعداد سیکلهای قابل استفاده از باتری نیکل کادمیم با افزایش عمق دشارژ باتری

شکل ۲: کاهش تعداد سیکلهای قابل استفاده از باتری سیلد اسید با افزایش عمق دشارژ باتری

همانطور که دیده می‌شود با افزایش عمق دشارژ به بیش از ۵۰ درصد، تفاوت عملکرد دو باتری به خوبی مشهود می‌گردد.

۵- حساسیت به دما

باتریهای سرب اسیدی بیشتر برای عملکرد در محیط ۱۰ تا ۳۵ درجه سانتیگراد پیشنهاد می‌شوند، زیرا نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی از خود نشان می‌دهند.

ظرفیت ظاهری باتریهای سرب اسیدی نسبت به کاهش دما سریعا افت می‌کند.

و از طرفی دیگر نیز با افزایش دما عمر متوسط آنها به شدت کاهش می‌یابد (با افزایش هر ۱۰ درجه طول عمر مفید باتریهای سرب اسیدی نصف می‌شود!).

اما باتریهای نیکل کادمیوم نسبت به تغییر دما حساسیت کمتری از خود نشان می‌دهند.

بویژه در مواردی که باتری می‌بایست در دماهای پایین مورد استفاده قرار گیرد بهترین گزینه استفاده از باتریهای نیکل است.

بازه دمایی مناسب برای عملکرد باتری نیکل کادمیم چیزی بین ۶۰ تا ۲۰- درجه سانتیگراد است.

البته طول عمر متوسط آن نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد.

شکل زیر مقایسه ایست بین تغییرات ظرفیت دو باتری در یک بازه دمایی نسبتا زیاد.

شکل ۳: نمودار مقایسه‌ای تغییر ظرفیت باتریهای نیکل-کادمیوم و سرب-اسیدی نسبت به تغییرات دما

۶- پدیده خود دشارژی (Self Discharge)

حتی درصورتیکه هر کدام از این دو نوع باتری به مدار متصل نباشند نیز، بعد از گذشت مدتی دشارژ می‌شوند.

به این پدیده خود دشارژی می‌گویند .

سرعت این پدیده در باتریهای نیکل کادمیوم چندین برابر باتریهای سرب اسیدی است.

باتریهای نیکل بسته به آلیاژ مورد استفاده در ساختشان و همچنین دمای محیط، حتی امکان دارد که روزانه ۱ درصد از ظرفیتشان را در هنگام انبارش از دست بدهند.

این مساله نیاز به شارژ مجدد باتری در هنگام استفاده و همچنین اتلاف انرژی را سبب می‌شود.

شکل ۴: مقایسه میزان افت شارژ باتریهای نیکل کادمیم و سرب اسیدی هنگام انبارش

اشاره به این تفاوت نیز ضروریست که گرچه خود دشارژی در باتریهای نیکل چندین برابر باتریهای سربی است، اما باتریهای نیکل را می‌توان حتی بطور دشارژ کامل نیز انبارش نمود.

اما همانطور که در مقاله آشنایی بیشتر با باتریهای سرب اسیدی توضیح داده شد، باتریهای سرب اسیدی را نمی‌بایست با سطح شارژ پایین نگهداری کرد.

زیرا در این صورت باتری سولفاته شده و طول عمر مفید آن بشدت کاهش می‌یابد.

۷- نحوه افت ولتاژ در هنگام دشارژ

ولتاژ باتریهای نیکل کادمیوم تقریبا تا لحظات آخر افت چندانی ندارد و می‌توان با تقریب، آن را ثابت فرض کرد.

اما ولتاژ پایانه‌ی باتریهای سرب اسیدی در هنگام دشارژ، به تدریج کاهش می‌یابد.

صاعقه گیر اکتیو آذرخش(ساخت ایران)

شکل ۵: افت ولتاژ باتری نیکل کادمیم طی یک سیکل دشارژ کامل

شکل ۶: افت ولتاژ باتری سرب اسید طی یک سیکل دشارژ کامل

۸- آلایندگی محیط زیست

در ساختار هر دو نوع باتری از فلزات سنگین (سرب و کادمیوم) استفاده شده است، که این به معنی دیر ترکیبی این فلزات است.

در صورتیکه پروسه بازیافت لاشه‌ی باتریها بدرستی انجام نشود هردو بشدت محیط زیست را آلوده می‌نمایند.

اما پروسه بازیافت کادمیوم پیچیده‌تر از سرب بوده و در عین حال این فلز شدیدا سرطان زا می‌باشد.

۹- سایز و وزن و پروسه ساخت

باتریهای سرب اسیدی روند ساخت ساده‌تری از باتریهای نیکل کادمیومی دارند.

اما در عین حال نسبت انرژی ذخیره شده در باتری نسبت به وزن آن، یکی از کمترین مقادیر بین انواع باتریهاست (Wh/kg 30-50).

درصورتیکه چگالی انرژی به وزن در باتریهای نیکل کادمیوم چیزی بین Wh/kg 45-80 می‌باشد.

این بدان معنی است که باتریهای نیکل-کادمیوم ۳۰ درصد انرژی بیشتری نسبت به باتریهای سرب اسیدی در یک وزن برابر، در خود ذخیره می‌کنند.

پس در مواردی که وزن مجموعه باتریها مهم است استفاده از باتریهای نیکل کادمیوم توصیه می‌شود.

۱۰- سرعت شارژ

باتریهای نیکل کادمیوم را می‌توان در زمانهای کوتاهی همچون ۱ ساعت نیز شارژ نمود درصورتیکه شارژ سریع باتریهای سرب اسیدی در زمانی کمتر از ۴ ساعت توصیه نمی‌شود.

و عموما چیزی در حدود ۸ تا ۱۰ ساعت را برای شارژ آنها مناسب می‌دانند.

۱۱- جریان پیک دشارژ

دشارژ باتریهای سرب اسیدی با جریانی بیشتر از ۵ برابر جریان نامی آن توصیه نمی‌شود (فرضا باتری ۹ آمپر ساعت را نباید با جریانی بیش از ۴۵ آمپر دشارژ کرد).

اما می‌توان باتریهای نیکل کادمیوم را حتی با جریان‌های ۱۰ تا ۱۵ برابر جریان نامی خود نیز دشارژ نمود.

۱۲- پدیده‌ی حافظه‌ای (Memory Effect) در باتریهای نیکل

یکی از مهمترین نقاط ضعف باتریهای نیکل نسبت به سربی، وجود “پدیده حافظه” در باتری است.

اگر باتری را چندین بار فرضا تا ۶۰ درصد ظرفیتش دشارژ کرده و مجددا شارژ نماییم.

باتری حدود ۶۰ درصد را به “حافظه” سپرده و اگر بار دیگر باتری را بخواهیم بیشتر از ۶۰ درصد دشارژ نماییم این بار ناگهان ولتاژ خروجی باتری افت شدیدی می‌نماید.

این پدیده باعث می‌شود که نتوان از ظرفیت باتری به طور مناسب استفاده نمود.

بویژه در کاربردهای یوپی اسی که باتریها به حالت آماده به کار بوده و مرتبا شارژ و دشارژ نمی‌شوند این پدیده باعث می‌شود که نتوان از کل ظرفیت نصب شده‌ی باتریها استفاده بهینه نمود.

۱۳- تفاوت ولتاژ نامی سلولهای باتری

بدلیل ساختار متفاوت شیمیایی دو باتری، ولتاژ نامی سلولهایشان نیز متفاوت است.

ولتاژ هر سلول در باتریهای نیکل کادمیم ۱٫۲ ولت و در باتریهای سرب اسیدی ۲ ولت می‌باشد.

به همین دلیل برای ساخت یک باتری ۱۲ ولت نیکل کادمیوم، می‌بایست ۱۰ سلول را با هم سری کرد.

در حالیکه سری کردن ۶ سلول باتری سرب اسیدی، همین ولتاژ را تولید خواهد نمود.

منبع: http://upspedia.com

مقدمه:

قبلاً واگذاری انشعابات به متقاضیان برق با دیماندهای قراردادی مصارف سنگین ، از جمله مهمترین و زمانبرترین فرایندها و عملیات های انجام یافته در شرکت های توزیع نیروی برق بود. واگذاری انشعاب برق فقط از طریق احداث و تجهیز پست پاساژ انجام می گرفت ، هزینه بالا و زمان زیاد اجرا و هزینه بالای بهره برداری و دیگر مشکلات روش فوق ، شرکت های توزیع نیروی برق را بر آن داشت تا با بهره برداری از تجهیزات جدید و تکنولوژی روز ، روش حاضر را برای واگذاری سریع انشعابات مشترکین سنگین که به صورت هوایی ( MOF یا METERING OUT FIT) راارائه نمایند.
در این طرح از دو تکنولوژی جدید ترانسفورماتور اندازه گیری هوایی انرژی MOF ( ترانسفورمر مرکب اندازه گیری ولتاژ و جریان به صورت سه فاز هوایی ) و کلید هوایی اتوماتیک جداکننده که قابلیت نصب آنها بر روی پایه های فشار متوسط ، کاهش حجم و ابعاد ساختمان پست به منظور اندازه گیری انرژی به طریق هوایی را امکان پذیر می سازد ، استفاده شده است. با توجه به آمار بالای پست های هوایی توزیع ، هزینه پایین و سرعت اجرای بیشتر این طرح در مقابل اجرای پست پاساژ از ویژگیهای عمده این طرح می باشد.

مزایای برق خورشیدی :

• تولید رایگان برق

• صرفه جویی در مصرف برق

• مناسب برای مناطق بدون برق و دور از شبکه

• مناسب برای پمپ خورشیدی برای مصارف کشاورزی و آشامیدنی

• عمر طولانی

• بدون نیاز به سوخت رسانی

• بدون اصطحلاک مکانیکی

• بدون نیاز به تعمیرات خاص

• بدون آلودگی صوتی

• بدون آلودگی هوا و سازگار با محیط زیست

• مناسب برای تامین روشنایی منازل، کارخانجات،تونل ها، چراغهای راهنمایی و رانندگی و اماکن عمومی همچون پارکها، مدارس، پادگانها و مراکز مرزی

1. برق خورشیدی متصل به شبکه

در سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه، در طول روز و هنگام تداوم نور خورشید، پنل ها، برقی تولید می کنند که مالک سیستم، علاوه بر استفاده داخلی، مجاز به فروش مازاد مصرف خود به شرکت های برق محلی هم می باشد.

2. برق خورشیدی مستقل از شبکه

این سیستم محبوبترین روش طراحی و نصب سیستم های برق خورشیدی می باشد.

این سیستم مناسب مناطقی می باشد که هیچ منبع جایگزینی در دسترس نباشد.

در این سیستم پنل های خورشیدی، توان الکتریکی را تولید کرده و برای ذخیره سازی روانه یک یا چند باتری قابل شارژ می نمایند تا در هنگام نیاز مورد استفاده قرار گیرد.

اطلاعات کلی در مورد انرژی خورشیدی

لوازم به کار برده شده در پنل خورشیدی

انواع سلول ها

در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسیم بندی ها در زمینه سلول های خورشیدی انجام می شود.

در اینجا نوعی از این تقسیم بندی را که تا حدی براساس ترتیب زمانی پیدایش آنها نیز می باشد ارائه شده است.

۱٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالی

رایج ترین ماده توده برای سلول خورشیدی، سیلیکون کریستالی (c-Si) است.

ماده توده سیلیکون با توجه به نوع کریستال و اندازه کریستال به چندین بخش تقسیم می شود.

• سیلیکون تک کریستالی (c-Si)

• سیلیکون پلی کریستالی (poly-Si) یا چند کریستالی (mc-Si)

۲٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیر کریستالی (آمورف)

هزینه پایین یکی از مزایای سلول های خورشیدی برپایه سیلیکون آمورف (a-Si) می باشد.

دو جزء اصلی آلیاژ a-Si ، سیلیکون و هیدروژن است.

علاوه براین، مشخصه یک آلیاژ a-Si داشتن ضریب جذب بالاست.

تنها یک لایه نازک برای جذب نور نیاز است و این باعث کاهش هزینه مواد می شود.

۳٫ سلول های خورشیدی لایه نازک GaAs

اولین لازمه موادی که باید در یک قطعه مبدل انرژی فتوولتائیک خورشیدی به کار برود، تطبیق گاف انرژی با طیف خورشیدی و نیز داشتن قابلیت تحرک بالا و طول عمر حامل های زیاد می باشند.

این شرایط توسط بسیاری از ترکیبات II-VI ، III-V و Si برآورده می شوند.

مواد گروه III – Vعلی رغم هزینه های بالای استحصال و ساخت این نیمه هادی ها، با موفقیت زیاد در کاربردهای فضایی که در آنها هزینه، فاکتور مهمی نیست مورد استفاده قرار گرفته اند.

در سال ۱۹۶۱، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن یک سلول خورشیدی پیوندی به شکل یک جسم سیاه با دمای ۳۰۰ کلوین نشان دادند که بیشترین بازدهی یک سلول خورشیدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، ۳۰% است که برای سلولی با گاف انرژی ماده برابر ۱٫۳۹eVبدست می‌آید.

با توجه به اینکه انرژی شکاف گالیم آرسناید برابر ۱٫۴۲۴eV است می تواند ماده مناسبی برای طراحی سلول های خورشیدی باشد.

سلول های خورشیدی ساخته شده برپایه لایه نازک GaAs به عنوان نسل دوم سلول های خورشیدی نامگذاری می شوند.

۴٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی

سلولهای خورشیدی ساخته شده از مواد آلی در مقایسه با همتایان دیگر خود بازده بسیار کمتری دارند.

اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیت هایی مانند انعطاف پذیری برای مصارف غیرصنعتی مناسب هستند.

انواعی از سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی شامل سلول های خورشیدی حساس به رنگ، سلول های خورشیدی پلیمری و سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع هستند.

• سلول های خورشیدی حساس به رنگ (DSSC )

ساختار پایه یک DSSC وارد کردن بهینه یک نیمه هادی نوع n شفاف (با شکاف انرژی پهن) در یک شبکه ای از ستون ها در ابعاد نانو در تماس با نانوذره ها یا برآمدگی های مرجانی شکل است.

شکل ۱) شماتیک یک سلول خورشیدی حساس به رنگ

 S. J. Fonash, Solar Cel Device Physics (Second Edition) Elsevier, 2010.

سطح شبکه بزرگ طراحی می شود و هرقسمت آن با یک تک لایه ای از یک رنگ یا پوششی از نقاط کوانتومی، که به عنوان رنگ عمل می کنند، پوشانده می شود.

سپس یک الکترولیت برای نفوذ ساختار شبکه پوشش داده شده حاصل، مورد استفاده قرار می گیرد تا یک کانال یا مجرایی بین رنگ و آند ایجاد کند.

رنگ نور را جذب می کند و تولید اکسیتون  می کند ، که در سطح مشترک رنگ – نیمه هادی تفکیک می شود و منجر به ایجاد الکترون ها توسط فوتون برای نیمه هادی و مولکول های رنگ اکسید شده به وسیله الکترولیت (که باید کاهش یابند و دوباره تولید شوند) می شود.

• سلول های خورشیدی پلیمری

سلول های خورشیدی پلیمری دارای ویژگی های خاصی هستند.

چون مواد اکتیو استفاده شده برای ساخت قطعات قابل حل شدن در حلال های آلی بسیاری هستند.

بنابراین سلول های خورشیدی پلیمری دارای پتانسیل لازم برای انعطاف پذیری و قابلیت ساخت در یک فرایند چاپ پیوسته همانند چاپ روزنامه را دارند.

شکل ۲) قابلیت ساخت سلول های خورشیدی پلیمری به صورت یک فرایند ساخت پیوسته

Nat. Photonics, vol. 2, p. 287–۲۸۹, ۲۰۰۸

اخیرا بازده تبدیل توان حدود ۶% گزارش شده است ولی این مقدار با مقادیر لازم برای کاربردهای معمول فاصله دارد.

• سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع

در نمونه ای از سلول های خورشیدی از این نوع از کریستال های مایع ستونی برای ساخت سلول استفاده می شود.

گروهی از کریستال‌های مایع می‌توانند به حالت ستونی وجود داشته باشند.

حالت ستونی حالتی است که مولکول‌های تشکیل‌دهنده کریستال‌های مایع که می‌توان آنها را به دیسکی تشبیه کرد روی هم قرار گرفته و ستون‌هایی را تشکیل می‌دهند.

در ابتدا این گروه از کریستال‌های مایع، کریستال‌های مایع دیسکی نامیده می‌شدند.

زیرا هر ستون از روی هم چیده شدن صفحات دیسک مانند مولکول‌ها روی هم درست می‌شود.

تحقیقات اخیر نشان داده‌است که بعضی از کریستال‌های مایع ستونی از واحدهای غیر دیسکی ساخته می‌شوند در نتیجه بهتر است به این گروه از مواد کریستال‌های مایع ستونی گفته شود.

۵٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی

یک فاکتور محدود کننده برای بازده تبدیل انرژی در سلول های خورشیدی با یک شکاف انرژی این است که انرژی فوتون جذب شده بالای شکاف انرژی نیمه هادی در اثر اندرکنش الکترون – فونون به صورت گرما تلف می شود تا حامل ها به لبه شکاف باند انرژی رسیده و به اصطلاح به آرامش  برسند.

شکل ۳) سلول خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی

(IEEE Transactions on devices, vol. 49, pp. 1632-1639, 2002.)

در سال های اخیر روشهایی برای کاهش این تلفات با استفاده از ساختارهای کوانتومی از جمله چاه های کوانتومی و نقاط کوانتومی ارائه شده است.

شکل ۴) بهبود بازده فتوولتائیک در سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی با استفاده از یونیزاسیون ضربه ای (اثر اوژهمعکوس) (

در این ساختارها هنگامی که حامل ها در نیمه هادی به وسیله سد های پتانسیل به نواحی خاصی که کوچکتر یا قابل مقایسه با طول موج دوبروی آنها یا شعاع بوهر اکسیتون ها در نیمه هادی توده  است محدود می شوند، دینامیک آرامش کاملا متفاوت خواهد بود

مقدمه:

از شروع عصر جدید تا به حال، صاعقه منشاء آتش‌سوزی و خطرات زیادی بوده است.

اول‌بار، اتوون گوریک(Otto Von Guericke) (۱۶۸۶ـ۱۶۰۲) فیزیکدان و مهندس معروف، تشابه میان تخلیه‌های الکترواستاتیکی آزمایشگاهی و شوکهای (Surge) ناشی از صاعقه را کشف کرد.

براساس این فرضیه که صاعقه یک پدیده الکتریکی است، بنجامین فرانکلین (۱۷۹۰ـ۱۷۰۶)، سیاستمدار، دانشمند و نویسنده معروف در سال ۱۷۵۲ پیشنهاد کرد که جرقه‌های صاعقه توسط میله‌های نوک‌تیز جذب و سپس توسط هادی فلزی به زمین هدایت شوند.

به این صورت وی را میتوان پایه‌گذار سیستم حفاظت از صاعقه، نامید.

سالهای قبل از ۱۷۵۲ یک فرانسوی بنام فرانسیس دلیبارد (Dalibard)، توسط یک آزمایش، توانسته بود ثابت کند که فعالیت‌های طوفان براساس پروسه‌های الکتریکی است.

او روی تپه‌ای در نزدیکی پاریس، یک میله فولادی ۱۲ متری را روی یک بطری شیشه‌ای بطور عایق از زمین نصب کرد.

در طی یک توفان، دستیار او توانست طول جرقه‌های ۴ سانتی‌متری را که در انتهای میله ظاهر شده بود، اندازه‌گیری کند.

این جرقه‌ها درست مشابه جرقه‌هایی بودند که در آزمایشگاههای آن زمان، از تخلیه‌های الکترواستاتیکی بدست می‌آمدند.

در پی آن، اولین‌بار کشیشی، یک میله ساده روی بام کلیسا نصب و آنرا توسط یک مفتول فلزی به زمین هدایت کرد و نهایتاً فرانکلین نیز در سال ۱۷۶۵، اولین وسیله حفاظت از صاعقه را در فیلادلفیای آمریکا ساخت.

هنگامیکه عملکرد صحیح این سیستم‌ها بر همگان ثابت شد، دستورالعملهای مدونی جهت ساخت و نصب صحیح سیستم، تهیه و تدوین شده و بزودی گسترش پیدا کردند.

ـ واژه حفاظت خارجی در مقابل صاعقه «عبارتست از حفاظت انسانها و حیوانات موجود در ساختمان، از ضربه مستقیم صاعقه، که میتواند منجر به انهدام و آتش‌سوزی گردد.

در آغاز این‌گونه حفاظت به تنهایی کافی بنظر می‌رسید، اما از نیمه سالهای ۱۹۷۰ با گسترش کاربرد تجهیزات الکترونیکی، وضعیت تغییر یافت.

ـ کاربرد وسیع سیستمهای الکترونیکی، موجب افزایش صدمات وارده به این تجهیزات در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن شد. اما با بکار بستن مقررات خاص سیستم‌های حفاظتی، هزینه ناشی از این صدمات بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش پیدا کرد.

 صاعقه چیست و چگونه بوجود می‌آید؟

صاعقه یکی از اسرارآمیزترین پدیده‌های خلقت است که در عین زیبایی بسیار مخرب بوده و در طول تاریخ زندگی انسان، موجب ضرر و زیان مالی و جانی بسیار شده است.

صاعقه از تخلیه الکترواستاتیکی میان ابر و زمین بوجود می‌آید.

در ابرهایی از نوع کومولونیمبوس (که گاه تا ۱۸ کیلومتر ارتفاع و چندین کیلومتر عرض دارند) طی مراحلی، ذرات آب دارای بار مثبت شده بطوریکه (عموماً) بارهای منفی در لایه‌های زیرین و بارهای مثبت در بخشهای فوقانی ابر متمرکز می‌شوند.

در این حالت بارهای مثبت سطح زمین نیز، در زیر سایه ابر مجتمع می‌گردند.

با افزایش پتانسیل الکتریکی ابر نسبت به زمین، یک جریان پیشرو از الکترونها با حرکتی نردبانی شکل از ابر به سوی زمین (downward leader) سرازیر شده و کانال اولیه صاعقه را شکل می‌دهد.

هوای اطراف این کانال کاملاً یونیزه است.

این پلکان که گاه طول شاخه‌های آن به ۵۰ متر می‌رسد، بار زیادی را در نوک پیکان با خود حمل کرده و موجب افزایش شدت میدان الکتریکی جو و شکست مقاومت عایقی هوا می‌شود.

در این حالت سرعت حرکت کانال نزدیک شونده به زمین بیش از ۳۰۰km/s می‌باشد.

در این زمان با افزایش شدت میدان الکتریکی در سطح زمین، یک جریان الکتریکی بالا رونده (upward leader) نیز از زمین به سوی ابر پیش می‌رود.

پس از اصابت این دو پیکان به یکدیگر، کانال جریان بسته شده و ضربه اصلی صاعقه (return stroke)اتفاق می‌افتد، و بدین ترتیب جهت خنثی شدن بارهای ار و زمین، جریان بسیار زیادی در مدت کوتاهی در این کانال برقرار می‌شود.

صاعقه در انواع مختلف اتفاق می‌افتد که متداولترین آنها (۹۰%) از نوع صاعقه منفی نزولی و خطرناکترین آنها نوع مثبت صعودی می‌باشد.

صدمات

اصولاً بشر تا قبل از تجربه شخصی حدود سانحه، کمتر به دنبال علت وقوع آنها بوده است اما خسارات زیاد و مکرر ناشی از اثرات اولیه (ضربه‌های مستقیم) و ثانویه (میدانهای الکترومغناطیسی) صاعقه امروز به حدی رسیده است که توجه به راهکارهای جدی را میطلبد.

شاید اولین دلیل بروز این حوادث، عدم آگاهی از روشهای صحیح حفاظت باشد.

مضافاً اینکه، اغلب بدلیل ادعای واهی برخی فروشندگان صاعقه‌گیر تصور می‌شود که داشتن یک صاعقه‌گیر در خارج ساختمان (که تنها از وقوع جرقه و تخریب فیزیکی ساختمان جلوگیری می‌کند) می‌تواند کلیه تجهیزات برقی و الکترونیکی داخل ساختمان را نیز حفاظت نماید، در صورتی که چنین نیست.

ظرف ده سال گذشته استانداردهای جهانی به ما این امکان را داده‌اند که طراحیهای مناسبی با رعایت اصول قوانین EMC انجام دهیم.

امروزه وسائل و تجهیزاتی که برای یک زندگی ساده تدارک دیده شده، پر از مدارهای الکترونیکی است.

وسایل خانگی، کامپیوتر، فاکس، بیسیم، تلویزیون، تلفن، شبکه‌های اطلاعاتی جهانی، همه و همه از مدارهای الکترونیکی ساخته شده‌اند که گران بوده و تعمیراتشان نیز آسان نیست و گاهی از خط خارج شدن آن مصادف با خسارتهای غیرقابل جبرانی می‌باشد.

عواملی که می‌توانند شدیدا تجهیزات نامبرده بالا یا بطور کلی هر وسیله دیگری را که مدارهای الکترونیکی در آنها بکار رفته باشد به خطر انداخته یا غیرقابل استفاده کنند، عبارتند از:

ـ اضافه ولتاژهای ناشی از تخلیه‌های الکترواستاتیک (Electrosatic Discharge)

ـ اضافه ولتاژهای ناشی از قطع و وصل مدارات جریان

 (Switching Electromagnetic Pulse)

ـ اضافه ولتاژهای ناشی از ضربه‌های مستقیم صاعقه و میدانهای الکترومغناطیسی آن. (Lightning Electromagnetic Pulse)

صاعقه از سه طریقه می‌تواند موجب بروز اضافه ولتاژ در سیستم‌های الکتریکی شود.

۱ـ کوپلاژ مقاومتی

وقتی که صاعقه به ساختمانی ضربه می‌زند جریانی که به زمین تخلیه می‌شود پتانسیل زمین را در سیستم‌های برق و دیتا، تا چند صد کیلوولت افزایش می‌دهد.

این امر موجب می‌شود بخشی از جریان صاعقه از طریق هادیهای بخشی از جریان صاعقه از طریق هادیهای ورودی ـ خروجی، به ساختمانهای دیگر منتقل شود.

۲ـ کوپلاژ سلفی (مغناطیسی)

عبور جریان صاعقه از یک هادی و یا از کانال تخلیه خود، ایجاد یک میدان شدید مغناطیسی می‌نماید.

وقتی که خطوط میدان، هادیهایی را که تشکیل لوپ داده‌اند قطع کند، در آنها ولتاژی معادل چند ده کیلوولت، القاء می‌شود.

۳ـ کوپلاژ خازنی (الکتریکی)

کانال صاعقه در نزدیکی نقطه تخلیه، یک میدان شدید الکتریکی ایجاد می‌کند.

کابلها و هادیها مانند خازن و هوا نیز هایق دی الکتریک آنهاست.

بدینصورت علیرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان کابلها تحت یک ولتاژ بالا قرار می‌گیرند.

اصول حفاظت از صاعقه:

حفاظت یک ساختمان بطور کامل شامل موارد زیر می‌شود:

ـ حفاظت جلد خارجی ساختمان از ضربه‌های مستقیم صاعقه.

ـ حفاظت داخلی و تجهیزات نصب شده داخل ساختمان در مقابل آثار ثانویه صاعقه.

الف ـ حفاظت جلد خارجی ساختمان

منظور از حفاظت خارجی، حفظ بدنه و استراکچر ساختمان از آتش‌سوزی و انهدام در اثر اسابت صاعقه است.

کلیه تجهیزاتی که جهت جذب و هدایت صاعقه از پشت بام تا شبکه زمین نصب می‌شوند، طبق استاندارد DINVDEo 185، NFC 17-100 و NFC 17-102 و BS 6651 و NFPA 780 و IEC شناسایی می‌گردند.

ب ـ حفاظت تجهیزات نصب شده در داخل ساختمان

توسعه کاربرد سیستمهای الکترونیکی در جهان، موجب افزایش شدید آمار صدمات وارده به این دستگاه‌ها در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن شده است.

لازم به ذکر است که تنها بخشی از اضافه ولتاژها در اثر صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشی از عملیات سوئیچینگ و حوادث تغذیه می‌باشند.

برای این بخش از حفاظت، کاهش اثر میدانهای الکترومغناطیسی ناشی از صاعقه، مدنظر قرار می‌گیرد.

پس از برخورد صاعقه به زمین یا ساختمان، وسائل الکترونیکی داخل ساختمانهایی که تا شعاع ۱/۵ کیلومتری از محل برخورد و در محدوده میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده قرار دارند، در معرض خطر خواهند بود.

حفاظت موثر این تجهیزات در مقابل ولتاژهای القایی حاصله، وقتی امکان‌پذیر است که کلیه سیستمهای حفاظت داخلی همراه با حفاظت خارجی ساختمان تواماً نصب شده باشند.

حفاظت داخلی از صاعقه عبارتست از تهیه وسائلی که به کمک آنها بتوان اثرات اضافه ولتاژهای القائی حاصل از جریانهای صاعقه را، بر روی تجهیزات داخل ساختمان خنثی کرد.

 حفاظت‌های عملی در مقابل اضافه ولتاژها

ـ موارد زیر از نقطه‌نظر مفاهیم حفاظتی بسیار مهم هستند:

ـ حفاظت بیرونی ساختمان به روش‌های سنتی (ایجاد قفس فارادی) و یا صاعقه‌ گیرهای اکتیوالکترونیکی.

ـ حفاظت داخلی ساختمان براساس اجرای یک سیستم هم پتانسیل جامع و مناسب.

ـ شیلدینگ ساختمان، خطوط تغذیه و تجهیزات، بطور مناسب.

ـ حفاظت مناسب تجهیزات در مقابل اضافه ولتاژها.

ـ بکارگیری ضوابط لازم جهت مقابله با تخلیه‌های الکترواستاتیکی.

ـ استفاده از کابلها نوری برای انتقال اطلاعات در سیستم‌های مخابراتی

ـ در سیستم حفاظت خارجی ساختمان از صاعقه، (External lightning protection sys.) 

هادیهای صاعقه گیر، انرژیهای جذب شده را به زمین منتقل می‌کنند.

اگر چنانچه این هادی‌ها پیش‌بینی نشده باشند، جریان حاصل از صاعقه، از طریق وسایل الکتریکی و سایر تأسیسات فلزی داخل ساختمان، به زمین منتقل می‌شود، که این امر موجب خرابی و صدمات فراوان خواهد شد.

در این حالت دستگاههایی که به منبع تغذیه انرژی متصل هستند، حتی اگر خاموش باشند، باز هم دچار آسیب خواهد  شد.

ـ ایجاد یک سیستم ایمنی در مقابل شوک حاصله از صاعقه و اثرات میدانهای الکترومغناطیسی بر روی هادیهای الکتریکی یک ساختمان، وظیفه اصلی سیستم حفاظت داخلی آن ساختمان تعریف شده است.

این سیستم حفاظتی از بروز اختلاف پتانسیل‌های خطرناک در قسمتهای مختلف تجهیزات منصوب در آن ساختمان جلوگیری خواهد کرد.

ـ قفس فارادی زمانی مؤثر خواهد شد که ساختمان و اتاقهای داخل آن همراه با تمامی خطوط و تجهیزات مستقر در آنها بدرستی شیلد شوند.

این عمل از القائات ایجاد شده در اثر میدانهای الکترومغناطیسی جلوگیری کرده و اضافه ولتاژهای پدید آمده از این طریق را به حداقل می‌رساند.

ـ علیرغم بکارگیری ضوابط حفاظتی فوق، هنوز احتمال وجود ولتاژهای زیاد در ورودی تغذیه تجهیزات، منتفی نمی‌باشد.

در این حالت، نصب ارسترهای اضافه ولتاژ در ورودی تغذیه سیستمهای حساس الکترونیکی، ضروری است.

ـ لازم به ذکر است که می‌توان از تجمع بارهای الکترواستاتیکی که عموماً توسط کاربرها ایجاد می‌شود، با بکارگیری ضوابط ایمنی و بدون تأثیر منفی روی تجهیزات، جلوگیری به عمل آورد.

بالاخره اینکه، تمامی تداخلات الکترومغناطیسی (EMI)، با انتقال اطلاعات و سیگنالها توسط کابلهای نوری قابل حذف هستند.

حفاظت سیستم‌های الکترونیکی در مقابل اضافه ولتاژهای ناشی از حوادث جوی

هدف از ایجاد چنین حفاظتی، ایجاد ایمنی برای تغذیه سیستم‌های الکترونیکی است.

معهذا هنوز هم امکان اختلال در مسیر اطلاعات و سیگنالها در جریان یک صاعقه وجود دارد، که معمولاً قابل اغماض است.

ضوابط ویژه تنها در مواردی که تجهیزات الکترونیکی در بخش‌های حساس (بطو رمثال: نیروهای مسلح) استافده شده‌اند، بکار می‌روند بطوریکه در طی صاعقه هیچ‌گونه اغتشاشی در عمل انتقال اطلاعات پیش نیاید.

حفاظت خارجی از صاعقه

در ابتدا، انرژی ایجاد شده توسط صاعقه، می‌بایست بدرستی توسط عناصر جذب دریافت شود.

هرچند که این عمل به تنهایی به حفاظت دستگاههای الکترونیکی کمکی نمی‌کند، معهذا، هنوز هم هادیهای جذب صاعقه، جزء مهمی از یک طرح کامل حفاظتی محسوب می‌شوند.

این عناصر، جریان صاعقه را از یک مسیر از پیش تعیین شده به شبکه زمین منتقل می‌کنند، که در صورت عدم وجود آنها، دیوار و دودکش و سایر تاسیسات فلزی ساختمان بطور ناخواسته، عهده‌دار این مهم خواهند بود. اجزاء این سیستم عبارتند از:

ـ عناصر جذب

ـ هادی‌های پائین رونده

ـ شبکه زمین

ـ مجموعه فوق، جلد خارجی ساختمان را بطور فیزیکی از خرابیهای ناشی از اصابت جرقه‌های مستقیم صاعقه، محفوظ می‌دارد.

اتصال قطعات فلزی بیرونی ساختمان به هادی‌های پائین رونده ضروری است. این هادی‌ها عناصر جذب را به شبکه زمین حفاظتی متصل می‌کنند.

اجزاء شبکه زمین می‌بایست گرداگر یک ساختمان نصب شوند، بطوریکه جریان صاعقه بطور یکنواخت به زمین منتقل شود.

 سیستم حفاظت داخلی و خارجی از صاعقه در یک ساختمان

این عمل در مراحل اولیه ساختمان‌سازی و با ایجاد ارت فونداسیون قابل حصول است و در غیر اینصورت تسمه و میله مسی که بطور مناسب در پیرامون ساختمان نصب شده، زمینی مطلوب خواهد بود.

از تجهیزات مختلفی جهت احداث شبکه زمین، می‌توان استفاده نمود، به شرط آنکه ضوابط خاص به منظور جلوگیری از خوردگی، در اثر اتصال چند فلز غیرهمنام، رعایت شده باشد.

حفاظت داخلی در مقابل صاعقه

بکارگیری اصول هم پتانسیل‌سازی در هنگام حدوث صاعقه، مهمترین جزء یک سیستم حفاظت داخلی به شمار می‌رود.

تمامی قطعات هادی و تأسیسات فلزی داخل ساختمان می‌بایست حتی‌الامکان بطور مستقیم از طریقه یک شینه هم‌پتانسیل به زمین حفاظتی (بطور مثال: ارت فونداسیون) متصل شوند.

لوله‌های فلزی آب، فاضلاب، تهویه و .. می‌بایست به این زمین حفاظتی متصل شوند، تا جریان صاعقه در تمامی ناودانی‌ها، لوله‌ها، شبکه‌های فلزی و نرده‌ها، تقسیم شود.

تأسیسات خاص مانند تانکها و لوله‌های گاز که حفاظت کاتدیک بر روی آنها انجام شده، می‌بایست از طریق فاصله هوایی (Spark gap) به سیستم زمین حفاظتی متصل شوند.

شیلد تمامی کابلها نیز به همین نحو باید به شینه هم پتانسیل‌سازی، اتصال داده شوند.

جهت اطمینان از کامل بودن سیستم هم پتانسیل، می‌بایست تمامی خطوط برق، مخابرات و اطلاعات از طریق ارسترهای خاص به این سیستم وصل شوند، تا جریانهای شوک حاصله از صاعقه به وسیله آنها به زمین هدایت شوند.

ارسترها و تجهیزاتی از این قبیل، خطوط تغذیه دستگاهها را به خوبی از اضافه ولتاژهای لحظه‌ای حفاظت میکنند.

این تجهیزات بهتر است حتی‌الامکان در نزدیکترین محل به نقطه ورود کابل تغذیه به ساختمان نصب شوند.

ارسترهایی شامل کپسولهای محتوی گاز، خشن‌ترین سطح حفاظت را برای خطوط مخابرات، اطلاعات و سیگنال، تامین می‌نمایند.

این عناصر در حالت عادی (غیرفعال) هیچگونه اثر منفی در عملکرد صحیح دستگاههای مورد حفاظت ندارند.

عناصر حفاظتی با فاصله هوایی (Spark gap) هنگامیکه ولتاژ دو سر آنها از یک مقدار تجاوز کند، فعال شده و جریان صاعقه را با جرقه به زمین تخلیه میکنند.

 سیستم حفاظت داخلی ـ هم‌ پتانسیل‌سازی در مقابل صاعقه

شیلدینگ (SHIELDING)

عمل شیلدینگ، در کابلها، سیستمهای الکترونیکی، ساختمانها و اتاقک‌هائی که درون آنها تجهیزات و وسائل حساس الکترونیکی نصب شده، حائز اهمیت شایان است.

از این طریق میتوان از ایجاد جریانهای القائی که موجب اضافه ولتاژهای مخرب می‌شود، جلوگیری نمود.

لازم به ذکر است صحیح شیلدکردن کابل، خصوصاً هنگامیکه کابلها از فضای باز (Zone 0) وارد ساختمان می‌شوند از اهمیت خاصی برخوردار است.

حتی وقتیکه صاعقه یک کیلومتر دورتر از مکان موردنظر اصابت کند، میزان ولتاژ شوکی (Surge) که در کابلها القا می‌شود ممکن است آن چنان بالا باشد که به تجهیزات برقی متصل به آنها خسارات جدی وارد کند.

اهمیت شیلدینگ در مورد یک ساختمان نیز قابل توجه است همین امر در مورد یک ساختمان هم صادق است.

وقتی که صاعقه‌ای مستقیم به یک ساختمان یا محلی در نزدیکی آن برخورد می‌کند، حدوث خسارت حتمی است.

بطور مثال اگر صاعقه‌ای در ۳۰ متری ساختمانی با لوپی (Loop) به ابعاد ۱۰ * ۱۰ متر فرود آید، ولتاژی در حد ۸۰۰۰۰ ولت به لوپ القا می‌کند که امکان تولید جرقه و تخلیه جریان، محرز است.

خطوط برقی که بدرستی صحیح شیلد شده باشند، به همراه اجرای یک سیستم هم پتانسیل و به هم پیوسته، می‌تواند به خوبی کار طراحی و نهایتاً بکارگیری تجهیزات تکمیلی حفاظتی را ساده کند.

در این صورت حفاظت تجهیزت الکترونیکی هم‌ارزان و هم‌ریشه‌ای، عملی می‌گردد.

اجرای این دستورالعمل‌ها، که تقریباً و بطور مقایسه‌ای مخارجی نزدیک صفر دارد، با در نظر گرفتن اینکه می‌توان از ستون‌ها، آرماتورها اسکلت‌های فلزی، سقف‌های کاذب، آرماتورهای کف و بطور کلی آهن‌آلات خود ساختمان استفاده کرد، کار را بطور محسوسی ارزان و ساده می‌کند.

به شرطی که کلیه قطعات نامبرده برای اجرای یک اتصال الکتریکی، هم پتانسیل شده و اتصال هیچ نقطه‌ای و قطعه‌ای فراموش نشود و در نهایت این شبکه یکدست و به هم پیوسته از چندین نقطه، به زمین وصل گردد.

قدم‌های بعدی شیلدکردن، کمی پیچیده‌تر و سخت‌تر می‌شود اما به هر صورت امکان‌پذیر است.

اتاق‌های مجزا می‌توانند به کمک توری‌های فلزی شیلد شوند و کابلهائی را که حتی دارای شیلد نباشند، می‌تواند با عبور دادن از درون لوله‌های فلزی یا داکت‌های فلزی محافظت کرد.

طراحی دقیق شیلدینگ را باید به متخصصین امر سپرد.

اجرای شیلدینگ می‌تواند حتی، حفاظت در مقابل شوکهای (Surge) ناشی از عملیات سوئیچینگ و یا تخلیه‌های الکترواستاتیک را نیز، تدارک نماید.

حفاظت تجهیزات الکترونیک

صدمات وارد شده به تجهیزات برقی و الکترونیکی، تنها در اثر اصابت مستقیم صاعقه به ساختمان حاوی تجهیزات نیست.

خطر اصلی زمانی اتفاق می‌افتد که خطوط برق و data که تحت تأثیر صاعقه قرار گرفته‌اند، بطور مستقیم به تجهیزات وصل شده باشند.

داشتن صاعقه‌گیر (Zone 0) از هر نوع، بطور اصولی برای هر ساختمان، بعنوان قدم اولیه حفاظت لازم است، اما باید بعنوان اضافه ولتاژهای سوار شده روی خطوط برق و DATA را قبل از رسیدن به تجهیزات الکترونیکی، محدود نمود.

همانطوریکه می‌دانیم، هر مصرف‌کننده برقی (قدرت) و یا الکترونیکی، به سطح معینی از حفاظت (از نقطه‌نظر ولتاژ عایقی)، نیاز دارد. بطور مثال دستگاههایی که اصطلاً به آنها تجهیزات قدرت می‌گویند، (power Technology equip) در مقایسه با تجهیزات مخابراتی، (Communication Technology equip) به مراتب تحمل بیشتری در مقابل ولتاژ بالاتر از ولتاژ کاری خود (در زمان مساوی) دارند.

ـ اگر بخواهیم تجهیزات الکترونیکی را در مقابل اضافه ولتاژها (بالاتر از ولتاژ کاری) حفاظت کنیم لازم است، کلیه خطوط اتصال را قبل از ورود به دستگاه (برق، data، آنتن، ..) بطور هماهنگ محافت کنیم.

برای مثال بیائید از یک گیرنده تلویزیونی که به آنتن روی بام متصل است، نمونه‌ای داشته باشیم.

این تلویزیون از دو طرف در معرض حمله قرار دارد. از طرف اضافه ولتاژیکه روی خط برق سوار شده و همچنین از طرف اضافه ولتاژ روی کابل ویدیویی انتن.

برای حفاظت این تلویزیون باید طبق شکل، در ورودی تغذیه و سیگنال آن، تجهیزات حفاظتی پیش‌بینی شود.

این یونیت‌ها به ما اطمینان می‌دهد که در لحظه کوتاه اصابت صاعقه، اضافه ولتاژها بطریقی کنترل شوند که باقیمانده آن نتواند به تلویزیون صدمه بزند.

اصول سیستم حفاظت از اضافه ولتاژ برای یک گیرنده تلویزیونی

ـ به همین ترتیب، این اصول باید برای حفاظت تجهیزات مخابراتی مشابه دیده شود و جهت موارد جامع‌تر و پیچیده‌تر باید بطریق زیر عمل کرد:

ـ کلیه خطوط برق و مخابرات و .. از یک نقطه ساختمان وارد شوند.

در نقطه ورود همه خطوط به شین هم پتانسیل متصل شوند.

(شیلد کابلها بطور مستقیم و کابلهای انرژی و data، از طریق ارسترها)

در اینصورت در هنگام صاعقه، پتانسیل کلیه خطوط با هم و به طور مساوی بالا میرود، لذا هیچگونه اختلاف پتانسیلی در میان نخواهد بود.

ـ ولتاژهای باقیمانده (Residual) و یا بعبارتی اضافه ولتاژی که بعد از اصابت صاعقه، بعلت طول هادی (از نقطه ورود کابلها تا محل مصرف‌کننده) و در اثر القائات امواج الکترومغناطیسی ایجاد شده است را، باید با نصب حفاظت‌کننده‌های ظریف‌تر حذف نمود.

این حفاظت‌کننده‌ها در نزدیک‌ترین نقطه به دستگاه نصب می‌شوند.

ـ معمولاً راههای عملی و دقیقی برای حفاظت مؤثر موجود است، بطوریکه از نظر تکنیکی مسئله‌ای برای تخلیه اضافه ولتاژها و اضافه جریان‌ها، وجود ندارد.

باید همیشه به خاطر داشت که تنها یک قطعه حفاظت‌کننده نمی‌تواند، حفاظت کامل ایجاد کند.

این مهم، کار متخصصین و طراحان حفاظت است که با اطلاع از مشخصات الکتریکی دستگاه موردنظر، کارسازترین قطعات حفاظتی را با اطمینان از نحوه کارکرد آنها، در مقابل اضافه ولتاژ انتخاب، و به خریدار پیشنهاد نمایند.

از منظر مشخصه‌های تکنیکی، قطعات زیر می‌توانند حفاظت در مقابل اضافه ولتاژها را تدارک ببینند:

ـ اسپارک گپ‌ها (Spark Gaps)

بصورت سطوح پر ظرفیت تخلیه‌کننده انرژی (High capacity surface discharge surge arrester) یا کپسول‌های پرشده از گاز (Gas filled surge arrester)

ـ وریستورهای اکسید روی (Zinc-Oxide Varister)

ـ دیودها (Suppressor Diodes)

از آنجائیکه در بازار انواع مختلف قطعات یاد شده، یافت می‌شود، می‌توان با توجه به مشخصات دستگاه یا سیستم موردنظر، مجموعه‌ای از اقلام فوق‌الذکر را اتخاب نمود و بدین طریق امکان حفاظت را در کلیه سطوح فراهم آورد.

حفاظت مرحله‌ای با استفاده از کپسولهای محتوی گاز، وریستور و دیود

حفاظت از اضافه ولتاژها در خطوط تغذیه برق

یکی از چندین مسیری که اضافه ولتاژ می‌تواند وارد یک ساختمان شود، از طریق خطوط برق آنها است.

برای کم اثر کردن این خطر روی تجهیزات برقی، استفاده از ارسترهای ۳۸۰ / ۲۲۰ VAC که باید در نزدیک‌ترین محل به نقطه ورود کابل ساختمان نصب شود، توصیه شده است (در جعبه کنتور و در صورت امکان قبل از کنتور)

این ارسترها، ولتاژ را تا سطح ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ ولت محدود می‌کنند.

بدین طریق میتوان مطمئن بود که خطوط برق، تابلوهای توزیع انرژی، اتصالات، پلاکت‌ها و حتی تجهیزات حساس الکترونیکی، از صدمه در امان هستند.

اگر خطوط برق طولانی باشند، در طول خط، نصب ارسترهای دیگری نیز ضروری است که می‌بایست آنها را در تابلوهای فرعی نصب کرد.

مثلاً در ساختمانهای بلندمرتبه، ارسترهای بعدی (Surge Protector) در طبقات نصب می‌شوند، چرا که صاعقه روی خطوط بلند و حفاظت نشده (Unshielded) علاوه بر حمله اولیه، شوک ولتاژی دیگری را از طریق القا، تولید میکند.

 حفاظت‌کننده با ظرفیت تخلیه انرژی بالا

همانطوریکه قبلاً هم اشاره شد، ارسترهای نصب شده در ورودی ساختمان (جعبه کنتور) نمی‌توانند حفاظت کافی برای وسائل الکترونیکی ایجاد نماید و متأسفانه بخاطر مسائل تجارتی، تولید‌کنندگان، وسائل الکترونیکی را بدون تجهیزات حفاظتی روانه بازار می‌کنند.

شاید به این امید که تجهیزات حفاظتی را بعداً مشتری شخصاً خریداری کند!

این امر عملاً به از دست رفتن تجهیزات منتهی می‌شود.

لذا هم اکنون حفاظت‌کننده‌هایی ساخته و به بازار عرضه شده است که خریدار می‌تواند بصورت آداپتور، روی کابلهای ورودی (برق، اطلاعات و ..) یک مصرف‌کننده سوار کند.

آداپتور حفاظت‌کننده موجود در بازار

حفاظت از اضافه ولتاژ برای خطوط اطلاعات مخابرات و سیگنال

معمولاً تجهیزات الکترونیکی که دیتا و سیگنال را دریافت، ارسال یا پروسس می‌کنند، به شبکه گسترده‌ای از کابل‌ها متصل‌اند.

این تجهیزات، در مقایسه با ولتاژ خطوط اصلی تغذیه، دارای ولتاژ کار پائینی هستند و به همین دلیل تجهیزات یاد شده که برای سطوح پایین ولتاژ، طراحی شده‌اند بسیار آسیب‌پذیرند.

لذا بروز اضافه ولتاژها، تقریباً همیشه باعث بروز خسارت روی نیمه‌هادیهای موجود در سیستم، و در نهایت خروج آن از مسیر استفاده می‌شود.

در این راستا، می‌بایست جهت حفاظت یکدستگاه، آن را از دو مسیر تغذیه و دیتا، مورد توجه قرار داده و حفاظتهای مناسب را پیش‌بینی نمود.

بریا حفاظت کارساز خطوط و تجهیزات مخابراتی معمولاً به بیش از یک قطعه حفاظتی نیاز است.

اگرچه معمولاً خطوط تلفن با ۴۸ یا ۶۰ ولت کار می‌کنند و سیگنال‌ها آنالوگ هستند، اما سطح ولتاژ پردازشگرهای الکترونیکی (EDP Equipment) به مراتب پائین‌تر بوده و اکثراً با سیگنالهای دیجیتال کار می‌کند.

حفاظت ظرفیت برای خطوط اطلاعات

به همین دلیل برای حفاظت تجهیزاتی که با چنین مشخصه‌های وسیعی کار می‌کنند باید از مجموعه هم آهنگ شده‌ای از ارسترها مانند کپسول‌های گاز، وریستورو دیود و .. استفاده کرد.

ـ ذکر این نکته ضروری است که، کار طراحی و انتخاب صحیح، نوع و محل نصب ارسترها باید بوسیله متخصصین امر و با اشراف کامل از مشخصات دستگاه موردنظر انجام گیرد تا از هر گونه تداخل‌های الکترومغناطیسی و .. جلوگیری شود.

حفاظت از اضافه ولتاژ در یک سیستم انتقال اطلاعات

کابلهای نوری

برای تجهیزات حساسی که بطور مشخص در معرض ضربات مستقیم صاعقه هستند (تجهیزاتی که لزوماً در ارتفاعات و کوهستان نصب شده‌اند) می‌توان از کابلهای نوری جهت انتقال سیگنالها، استفاده کرد.

بدین معنی سیگنالهای مخابراتی را ابتدا به پالس‌های نوری تبدیل و دوباره آنها را به سیگنال الکتریکی برگردانید.

پس بهتر است در محیطهای باز که احتمال اصابت صاعقه وجود دارد، کابل نوری، عامل انتقال سیگنال باشد.

امواج الکترومغناطیس روی سیگنالهائی که با کابل نوری انتقال پیدا می‌کنند، اثری ندارد و در نتیجه زمانی که، خطوط طولانی باشند، کابلهای نوری خود بهترین حفاظت را، می‌توانند تدارک ببینند.

این حفاظت خصوصاً در اتاق‌هایی که احتمال تشعشعات مزاحم از طریق ماشین‌هایی با کنترل مرحله‌ای، وجود دارد، بهترین راه‌حل است.

باید توجه داشت که هنگام تبدیل سیگنال نوری به سیگنال مخابراتی، دوباره احتمال بروز خطر، بصورت القا اضافه ولتاژ در اینترفیس دستگاه وجود دارد، که در آنصورت نیاز است، در همین نقطه نیز دستگاه حفاظت شود.

حفاظت در مقابل اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی (Switching)

شوکهایی از این دست می‌تواند هم در خطوط توزیع LV (ولتاژ پائین) و هم خطوط HV (ولتاژ بالا) رخ دهد.

دلیل این امر می‌تواند، قطع اتوماتیک (Automatic Shut down) مانند توقف یک آسانسور در طبقات و یا قطع اضطراری مصرف‌کننده‌ها بر اثر حادثه (سوختن فیوز Blown Fuse) باشد.

این شوکها (Surge) نه فقط در خط تغذیه تجهیزات پدید می‌آیند بلکه بر روی خطوط دیتا نیز کوپله میشوند.

نوع و مقدار تداخل روی کابل‌های یک مصرف‌کننده حساس، باعث عدم کارائی (Mulfunction) و یا خرابی وسیله الکترونیکی میشود.

فیلترها و ارسترهای ۳۸۰ / ۲۲۰ خط می‌توانند در مقاطع فوق کمک کنند.

محافظ‌های یاد شده که معمولاً بصورت سوکت ساخته شده‌اند باید در نزدیکترین نقطه به مصرف‌کننده نصب شوند.

در کابل‌کشی‌ها باید دقت کرد که، کابل‌های خروجی از فیلترها به هیچ وجه از نزدیک کابلهای فیلتر نشده، عبور نکنند.

به عبارتی، کابلها به محض خروج از فیلتر باید با حداقل فاصله ممکن، به مصرف‌ کننده‌ها وارد شوند.

ـ هنگام تداخل مکرر (Recurrent ilterference) روی خطوط برق، در صورتیکه با نوسانات ولتاژ نیز، همراه باشد، حفاظتی به شرح زیر بایستی تدارک دید:

ـ روی خطوط برق ترانسفورماتور ایزوله گذاشته شود.

ـ روی خطوط برق استابلایزر گذاشته شود (که میتواند قطعی‌های شبکه را تا حدود چند صد ms جوابگو باشد).

ـ روی خطوط برق Ups گذاشته شود (Ups نیز در عین حال دارای حفاظت‌های معمول باشد).

اضافه ولتاژ ناشی از کلیدزنی روی خطوط اطلاعاتی را، کماکان می‌توان بوسیله شیلدینگ خطوط حذف کرد.

بطور کلی همان معیارهایی که برای حفاظت تجهیزات از صاعقه قبلاً نیز شرح داده شد، می‌تواند برای این قسمت کارساز باشد.

بدلیل پایین‌بودن سطح ولتاژ و آسیب‌پذیری بیشتر تجهیزات، طراحی باید تنها بوسیله شخصی که شناخت دقیق از ارسترها و نیز تجهیزات مورد حفاظت دارد، انجام گیرد.

حفاظت در مقابل تخلیه‌های الکترواستاتیکی

اگر بتوان از تجمع بارهای الکترواستاتیک جلوگیری کرد روشن است که هم از اغتشاشات (Disturbance) و هم از خسارات ناشی از تخلیه این بارها می‌توان بر حذر بود.

دستورالعمل‌های جلوگیری از تخلیه‌های الکترواستاتیک به شرح زیر است:

ـ کف اطاق، صندلی‌ها، میز کار از کف‌پوش‌های ضدالکترواستاتیک و یا هادی (فلزی) پوشیده شوند.

ـ کفش‌ها، لباس‌ها، از مواد غیرمصنوعی ساخته شده باشند.

ـ رطوبت نسبی محل کار بالای ۵۰% باشد و در شرایط بسیار حساس، می‌توان اتمسفر اتاق را، یونیزه نمود.

اگر چنانچه مصرف‌کننده بخواهد وضع مطلوب‌تری را تدارک ببیند، راه‌حل‌های بهتری را می‌توان یافت:

ـ تجهیزات کاملاً شیلد شده، و به عبارتی جلد ساخته شده از مواد مصنوعی تجهیزات، با لایه‌ای هادی، پوشیده شده باشد.

ـ تا آن جا که ممکن است محفظه تجهیزات (Casing) کوچک ساخته شود.

ـ سیم زمین جداگانه برای تجهیزات هادی مانند Keyboard دیده شود.

ـ کلیه قطعات فلزی به هم اتصال الکتریکی داشته (Equipotantial Bonding) و ارت شده باشند.

شرایط محل کار باید بصورتی مهیا شود که کف اطاق، صندلی‌ها، دیوارها همه به هم متصل بوده و ارت شده باشند.

در جهت حفاظت در مقابل بارهای الکترواستاتیک، شرکت‌های مختلف تجهیزاتی تولید کرده‌اند که مصرف‌کننده براساس احتیاج باید از آن‌ها استفاده کند.

صاعقه گیر اذرخش(ساخت ایران)

 صدمات صاعقه

امروزه صاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن منشاء صدمات به دستگاههایی می‌شوند که در ساخت آنها، بطور وسیعی از عناصر الکترونیکی استفاده شده است.

گفتنی است که تنها بخشی از اضافه ولتاژها در اثر صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشی از عملیات سوئیچینگ و حوادث تغذیه می‌باشند.

تجربه نشان داده است که تخلیه صاعقه تا فاصله ۵/۱ کیلومتری می‌تواند برای تجهیزات الکترونیکی خطرآفرین باشد.

آمار خسارت

مطالعات آماری بر روی ۸۴۰۰ مورد سانحه منجر به خسارت توسط یک شرکت بیمه آلمانی در سال ۲۰۰۰ از این واقعیت حکایت دارد، که درصد قابل توجهی از خسارت وارده بر تجهیزات الکترونیکی ناشی از ولتاژهای ضربه، می‌باشد.

ورود میکروپروسسورها

به دایره تکنولوژی، کوچک شدن ساختمان نیمه‌هادیها و کاهش فاصله عایقی میان آنها، هرچند که موجب افزایش سرعت در عملیات پردازش اطلاعات و ظرفیت ذخیره‌سازی شده است، اما بر حساسیت و آسیب‌پذیری تجهیزات الکترونیکی نسبت به اضافه ولتاژهای لحظه‌ای (Surge) بسیار افزوده است.

اصول حفاظت و منطقه‌بندی حفاظتی

استاندارد IEC 61312-1 که در زمینه حفاظت تجهیزات الکترونیکی داخل ساختمان از صاعقه و اثرات مخرب ناشی از میدانهای الکترومغناطیسی تدوین شده است، جهت طرح یک سیستم حفاظتی مناسب از تئوری منطقه‌بندی (Zone Concept) استفاده می‌کند.

براساس این تئوری بیرون ساختمان که در معرض ضربه‌های مستقیم صاعقه قرار دارد Zone0_A و منطقه‌ای که احتمال اصابت مستقیم صاعقه وجود ندارد، اما شدت میدان الکترومغناطیسی (LEMP) بسیار بالاست، Zone0_Bو بخشهای داخلی ساختمان به ترتیب کاهش شدت میدان و Zone 1,2,… نامگذاری شده‌اند.

صاعقه گیر اذرخش(ساخت ایران)

هم پتانسیل‌سازی

حفاظت صحیح بر مبنای اصل هم پتانسیل‌سازی صورت می‌گیرد.

در این روش عناصر فلزی غیرفعال (لوله‌های آب، تهویه، کانالهای هوا، اسکلت فلزی ساختمان و ..) بطور مستقیم و هادیهای برق، تلفن، اطلاعات و سیگنال از طریق ارسترها (Surge arrester) در مرز عبور از هر منطقه به منطقه دیگر به شینه‌های هم پتانسیل‌کننده و در نهایت به زمین متصل می‌شوند.

در این صورت جریانهای شوک حاصل از صاعقه به زمین هدایت شده و تمامی عناصر موجود در پتانسیل واحد قرار می‌گیرند. این عمل را هم پتانسیل‌سازی نامند.

استانداردها ماکزیمم جریان مورد انتظار برای یک صاعقه را ۲۰۰ کیلوآمپر کرده‌اند.

فرض شده که ۵۰% این جریان از طریق سیستم ارتینگ به زمین منتقل و ۵۰%، در همان زمان از مسیر خطوط هادی بشرح زیر، داخل ساختمان می‌شوند:

۱ـ هادیهای برق

۲ـ هادیهای سیستمهای کامپیوتری، مخابراتی و اطلاعاتی

۳ـ لوله‌های آب، تهویه، آرماتورها، اسکلت فلزی ساختمان و ..

شکل موجهای شبیه‌سازی شده صاعقه

هنگامیکه صاعقه‌ای به ساختمان و یا محیط اطراف آن برخورد میکند.

ولتاژها و جریانهای لحظه‌ای (Surge) مانند یک موج جزر و مدی در سیستم‌های الکتریکی نمودار میگردند که موجب تخریب مصرف‌کننده‌های حساس الکترونیکی خواهند شد.

۱ـ نمودار ۱ مربوط به شکل موج جریان ضربه مستقیم و اولیه صاعقه

۲ـ نمودار۲مربوط به شکل موج جرایانهای القایی در اثر میدانهای الکترومغناطیسی ناشی از صاعقه و سوئیچینگ

استاندادرهای IEC 6143-1 و VDE 0675-6A براساس سطوح ولتاژ عایقی قابل تحمل تجهیزات، (Impluse withstand voltage) که در IEC 6066-1 تعیین شده است ارسترهای حفاظتی کلاس‌های (B)I، (C)II، (D)IIIرا طبقه‌بندی می‌نماید:

۱ـ محدود‌کننده‌های جریان صاعقه (Lightning Current Arrester):

این تجهیزات باید بتوانند تمامی یا بخشی از جریان حاصل از تخلیه مستقیم صاعقه را تحمل نموده و به زمین هدایت کنند.

محدودکننده جریان صاعقه (Lightning Current Arrester) با ساختمان Spark gap (کلاس I یا B) در مبدأ ورودی خط نیرو به ساختمان(Z0_A-1) نصب می‌گردد.

این ارستر با شکل موج جریان ۱۰/۳۵ms تست می‌شود.

۲ـ محدودکننده‌های اضافه ولتاژ (Surge arrester):

 این تجهیزات باید بتوانند، سطح ولتاژ تغذیه دستگاههای الکترونیکی را طبق اصل هماهنگی عایقی، در حد قابل تحمل آنها، محدود نمایند.

محدودکننده اضافه ولتاژ(Surge arrester) با ساختمان وریستوری MOV (کلاس II یا C) در تابلوهای فرعی ساختمان (Z0_B-1,2) نصب می‌گردد.

و با شکل موج جریان ۸/۲۰s تست می‌شود.

۳ـ محدودکننده اضافه ولتاژ (Surge arrester):

برای تامین ظرفیت‌ترین سطح حفاظت (کلاس III یا D) در ترمینال تجهیزت نصب شده و با شکل موج ترکیبی ۸/۲۰ جرییان ۱٫۲/۵۰ ولتاژ، تست می‌شود.

 راهنمای استفاده از Lom در شبکه زمین سطحی

۱ـ کانالی به عرض ۳۰ـ۲۰ سانتیمتر و عمق ۷۵ سانتیمتر بطول موردنظر حفر کنید.

اگر عمق نفوذ یخ‌زدگی خاک بیشتر از ۷۵ سانتیمتر باشد باید کانال عمیق‌تر و تا زیر لایه یخ‌زدگی حفاری شود.

کف کانال را به ضخامت ۱۰ سانتیمتر از lom مخلوط پرکنید.

۲ـ سیم یا تسمه‌ مسی را روی این لایه بخوابانید.

۳ـ روی سیم را به ضخامت ۱۰ سانتیمتر با مخلوط Lom بپوشانید مراقب باشید که هادی بطور کامل پوشانده شود و اگر هادی پوشانده نشد ضخامت Lom را افزایش دهید. بقیه کانال را با خاک پر کنید.

۴ـ با در نظر گرفتن حجم حفاری و شرایط فوق برای هر متر طول حداقل به سه کیسه Lom نیاز خواهد بود.

با تغییر ابعاد کانال یا ضخامت Lom مصرفی مقدار مورد Lom نیاز تغییر می‌کند.

راهنمای استفاده در نصب میله ارت (شبکه زمین عمودی)

۱ـ حفره‌ای به قطر ۲۵ـ۱۵ سانتیمتر و به عمق ۱۵ سانتیمتر کمتر از طول میله ارت حفر کنید.

۲ـ میله ارت را در وسط حفره طوری بکوبید که سر میله ارت ۱۰ سانتیمتر پایین‌تر از لبه حفره واقع شود.

۳ـ مخلوط Lom را پیرامون میله تخلیه کنید و این کار را تا ۲۰ سانتیمتر پایین‌تر از لبه فوقانی میله ارت ادامه دهید.

۴ـ اتصالات لازم را به میله ارت انجام دهید بعد دریچه بازدید را نصب کنید و یا حفره را با خاک کاملا پر کنید.

۵ـ در حین پر کردن حفره ضروری است هر یک متر که با Lom پر میشود مقداری آب داخل حفره تخلیه شود.

این عمل فشردگی و چسبندگی لایه‌های را به میله ارت افزایش داده و به پرکردن فضاهای خالی کمک می‌کند.

۶ـ در این حالت برای هر متر عمق حفره بین یک تا سه کیسه Lom مورد نیاز است.

راهنمای استفاده در نصب صفحه مسی چاه ارت (شبکه زمین سنتی)

۱ـ حفره‌ای به قطر تقریب ۵۰ سانتیمتر به عمق مورد نیاز حفر کنید.

۲ـ سیم ارت یا تسمه مسی را حداقل در دو نقطه توسط روش Cadweld به صفحه متصل کنید.

۳ـ صفحه ارت را بصورت عمودی در انتهای حفره قرار دهید.

۴ـ مخلوط Lom را داخل چاه طوری تخلیه کنید که ضمن فشردگی مناسب تا ۲۰ سانتیمتر بالای سطح صفحه را بپوشاند.

۵ـ برای پر کردن مابقی حفره Lom را به نسبت یک به سه با خاک حفره مخلوط کرده و حفره را با مخلوط حاضر پر کنید.

۶ـ در صورت نیاز دریچه بازدید را نصب کرده و هادی بیرون آمده از چاه را به هادی سیستم زمین متصل کنید.

۷ـ برای فشردگی بیشتر خاک اطراف هادی، صفحه و کیفیت مناسب پس از هر متر که با مخلوط Lom پر می‌شود مقدار مناسب آب اضافه نمایید.

۸ـ برای پر کردن چاه ارت با مشخصات فوق در یک متر اولیه ۱۰ کیسه و برای هر متر بعد از آن برای مخلوط کردن با خاک حفره سه کیسه Lom موردنیاز می‌باشد.

توجه ۱ـ اگر شبکه سطحی، حفره میله یا چاه ارت در مسیر حرکت سفره‌های آب زیرزمینی یا فاضلاب آب باران باشد بایستی کف آن توسط سیمان با مخلوط سیمان و Lom بتونه‌کاری شود که مخلوط حاضر توسط آب جاری شسته نشود.

توجه ۲ـ در جائیکه مقاومت مخصوص خاک (p) کمتر از m200 اهم باشد چنانچه قصد دارید Lom را با خاک مخلوط و مصرف کنید مناسبترین نوع ترکیب از نظر تکنیکی و اقتصادی اقلام با نسبت حجمی به شرح زیر پیشنهاد میگردد.

۶۰ درصد خاک

۳۰ درصد Lom

۱۰ درصد آب

برای مخلوط کردن صحیح اقلام فوق باید مواد به ترتیب زیر با هم مخلوط شوند تا بهترین نتیجه از یک مخلوط یکنواخت حاصل گردد.

اول Lom، دوم خاک، سوم آب

توجه ۳ـ لطفاً عنایت فرمائید تاثیر نهایی مواد کاهنده بصورت فوری قابل حصول نیست و برای دسترسی به نتیجه قطعی باید بین یک تا شش ماه صبر و تحمل داشته باشید.

توجه ۴ـ بازدید و تست دوره‌ای سیستم زمین را فراموش نفرمایید. نصب دریچه بازدید کار تست و بازرسی دوره‌ای را تسهیل می‌کند.

توجه ۵ـ محل اتصال الکتریکی سیستم زمین به شبکه ارت سطحی یا چاه ارت زیر زمین معمولاً به عنوان نقطه آزمایش سیستم در داخل دریچه بازدید قرار دارد.

بهتر است محل تماس الکتریکی توسط نوار چسب عایق ضدخوردگی، خمیر هادی یا لوله‌های Heat Shrink حفاظت شود.

مخلوط کاهنده مقاومت الکتریکی زمین

ترکیب Low-Ohm-Material یا به اختصار Lom شامل انواع ترکیبات مختلف جاذب الرطوبه شیمیایی و فیزیکی است که در کنار هم به افزایش هدایت الکتریکی خاک و به عبارتی کاهش مقاومت زمین کمک می‌کند.

کاربرد این ترکیبات در مناطقی که رطوبت نسبی خاک پائین بوده و یا زمینهای سنگلاخی که بصورت طبیعی دارای مقاومت الکتریکی بالایی هستند توصیه میشود.

مشخصات Lom:

ـ در هر خاکی قابل استفاده است خصوصا در مکانهایی که فصول خشک طولانی دارند.

ـ دارای تاثیر یکنواخت و دائمی بر روی محیط میباشد.

ـ خاصیت جذب و رطوبت تا چندین برابر بنتونیت را داراست.

ـ با استفاده از این مخلوط میتوان ابعاد شبکه ارت را کاهش داد.

ـ نیازی به نگهداری و شارژ دوره‌ای ندارد.

ـ به حضور آب یا تغذیه دائمی آن به طور مصنوعی وابستگی ندارد.

ـ با تغییر ترکیب شیمیایی و فیزیکی خاک نقطه انجماد را کاهش می‌دهد.

ـ تاثیر منفی یا مضر برای محیط زیست ندارد.

ـ وجود مواد جاذب الرطوبه فیزیکی و اسفنجی به دوام رطوبت مخلوط کمک می‌کند.

ـ برای هر نوع اجرای سطحی یا عمقی شبکه ارت قابل استفاده است.

ـ در کیسه‌های ۱۵ کیلوئی به ابعاد Cm ۱۰*۴۰*۵۰ ارائه میشود.

ـ بعلت وجود نمکهای خنثی اثر خورندگی بر روی میله ارت یا هادی میانی ندارد، ضمن اینکه حضور این نمکها همراه با رطوبت محیط شرایط الکترونیکی و یونی مناسب و کاملا هادی را فراهم می‌کند.

 صاعقه‌گیر الکترونیکی ـ خازنی

شرکت INDELEC فرانسه با بیش از ۳۵ سال تجربه بعنوان متخصص در ارائه تجهیزات حفاظت در مقابل برخورد مستقیم صاعقه شناخته شده است.

امروز پس از گذشت ۱۵ سال از نتایج بارز و موفقیت‌آمیز صاعقه‌گیرهای الکترونیکی مدل Prevectron در فرانسه و جهان، نسل سوم این صاعقه‌گیرها را تحت نامPrevectron2 Millennium Series به بازار روانه کرده است.

صاعقه گیر اذرخش(ساخت ایران)

صاعقه‌گیر چگونه عمل می‌کند؟

صاعقه‌گیر فعال PREVECTRON 2 (E.S.E)، انرژی مورد نیاز خود را بطور طبیعی از میدان الکتریکی اتمسفر، دریافت میکند شدت این میدان در هنگام طوفان، چندین کیلوولت بر متر است.

میله‌های پائینی صاعقه‌گیر، با جذب این بارها، باعث ذخیره انرژی مورد نیاز در واحد جرقه زن (Triggering Unit) می‌شوند.

درست قبل از حدوث صاعقه، شدت میدان الکتریکی سریعاً افزایش می‌یابد.

و این تغییرات، به سرعت توسط صاعقه‌گیر کشف و به واحد صاعقه‌گیر ارسال می‌شود.

در این زمان انرژی ذخیره شده با کمک جرقه به نوک میله میانی تخلیه و منجر به یونیزاسیون محیط اطراف میله می‌شود.

صاعقه گیر اذرخش(ساخت ایران)

اصول عملکرد

عملیات یونیزاسیون در نوک صاعقه‌گیر به شرح زیر می‌باشد:

الف ـ آزادسازی کنترل شده یونها

واحد جرقه‌زن (TRIGGERING) صاعقه‌گیرها (PREVECTRON) شرایطی را ایجاد می‌کند تا چشمه جوشانی از یون (کرونا) در اطراف میله نوک‌تیز فراهم شود.

دقت عمل این واحد باید به گونه‌ای کنترل شده باشد که آزادسازی یونها را درست چند میکروثانیه قبل از حدوث و تخلیه صاعقه صورت دهد.

ب ـ ایجاد‌کننده کرونا

حضور حجم وسیع بارهای الکتریکی در اطراف صاعقه‌گیر و ازدیاد ناگهانی میدان الکتریکی محیط قبل از صاعقه، باعث می‌شود که زمان تولید کرونا (Corona effect Triggering time) بسیار کوتاه شود.

ج ـ پیش‌دستی علمدار حمله از زمین

PREVECTRON 2 طوری طراحی شده که علمدار حمله‌ای که از نوک برقگیر به ابر می‌رود زودتر از حملاتی باشد که از هر نقطه مرتفع دیگری ممکن است به ابر فرستاده شود.

بدین معنی که PREVECTRON 2 باید نقطه ترجیحی دریافت صاعقه در محیط تحت حفاظت باشد.

مدت زمانیکه PREVECTRON 2 زودتر از یک میله ساده (در ارتفاع مساوی) صاعقه را دریافت می‌کند  نامگذاری شده و در لابراتور قابل اندازه‌گیری است و بعنوان تنها مشخصه کیفیت عملکرد صاعقه‌گیرهای یونیزه‌کننده، استاندارد شده است.

با داشتن  هر صاعقه‌گیر می‌توان  آن را محاسبه کرد.

برای محاسبه  (بزرگی طول علمدار حمله زمین) از فرمول  استفاده میشود.

در این فرمول Vسرعت upward leader و معادل یک متر بر میکروثانیه می‌باشد.

مزیت‌های انتخاب صاعقه‌گیر (PREVECTRON)

ـ امکان انتخاب شعاع حفاظتی گسترده

ـ دستیابی به کیفیت و تکنولوژی برترروز

ـ بهره‌گیری از سیستم عملکرد کاملاً مستقل و خودکفا (بدون احتیاج به نور، باد، باطری و غیره)

ـ فقط به هنگام وجود انرژی الکتریکی در اتمسفر فعال می‌شود. (عمر طولانی)

ـ یکپارچگی محور اصلی صاعقه‌گیر از نوک آن تا نقطه اتصال به هادی میانی

ـ کیفیت عملکرد و پایداری صاعقه‌گیر توسط مرکز تحقیقات علمی ملی فرانسه (French National Scientific Research Center) بارها آزمایش شده و صحت عملکرد آنها با گواهی شماره UMR 9929 تائید و ثبت شده است.

ضمناً انواع صاعقه‌گیر PREVECTRON در شرایط واقعی (تخلیه صاعقه) توسط کمیته انرژی اتمی فرانسه ـ Gernoble-France (C.E.A) Commissariat a’ l’ energie atomique با همکاری مرکز تحقیقات الکتریکی فلوریدای آمریکا مورد آزمایش عملی قرار گرفته و از نظر کیفیت عملکرد و پایداری مورد تائید قرار گرفته است.

مدل‌های مختلف PREVECTRON

صاعقه‌گیرهای PREVECTRON 2 سری میلینیوم در پنج مدل با شعاع حفاظتی مختلف قابل ارائه می‌باشد.

مدل جدید Ts2.10 با  معادل ۱۰ میکروثانیه اخیراً به محصولات این شرکت اضافه گردیده است.

صاعقه گیر اذرخش(ساخت ایران)

آزمایشات استاندارد ایمنی

از آغاز تولید انواع صاعقه‌گیرها الکترونیکی PREVECTRON بطور مداوم در آزمایشگاههای فشار قوی و مجهز فرانسوی مثل: مرکزی Renardieres Electricite de France و آزمایشگاه CEDIVER در شهر BAZET تحت آزمایش و بررسی قرار گرفته‌اند.

در طی تمام مراحل تکاملی صاعقه‌گیرها نتیجه آزمایشها حاکی از مقاومت خوب آنها در برابر اعمال شوک‌هایی با جریان و ولتاژ بالا بوده‌اند.

امتیازات کیفی و مزیت صاعقه‌گیرهای الکترونیکی در مقابل صاعقه‌گیرهای ساده در یک آزمایشگاه بررسی گردیده و اندازه‌گیری زمان تخلیه هر دو در شرایط مساوی، مشخص نمود که صاعقه‌گیرهای الکترونیکی به اندازه دهها میکروثانیه صاعقه را زودتر از میله ساده دریافت می‌نمایند.

مرکز ملی تحقیقات ملی فرانسه (C.N.R.S) برای هر مدل صاعقه‌گیرهای PREVECTRON پس از ساخت و براساس استاندارد NFC 17-102 اختلاف زمان تخلیه صاعقه  نسبت به یک میله ساده را اندازه‌گیری کرده و گواهی کیفی صادر نموده است.

صاعقه گیر اذرخش(ساخت ایران)

تحقیق و توسعه

شرکت INDELEC فرانسه اولین شرکتی است که برای بررسی کیفی صاعقه‌گیرهای الکترونیکی اقدام به انجام آزمایش در شرایط واقعی نموده است.

این آزمایش در طی سالهای اخیر چندین بار توسط کمیته انرژی اتمی فرانسه (France Grenoble) با همکاری متخصصین طراز اول اروپایی در این زمینه انجام شده است.

این آزمایش بارها برای بدست آوردن اطلاعات تکمیلی در آزمایشگاه Camp Blanding فلوریدای آمریکا و همچنین در منطقه Saint Privat d’ Alleri فرانسه تکرار شده و نکات جدیدی به شرح زیر دریافت شده است:

ـ با اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی در اطراف نوک میله صاعقه‌گیر وسعت و کیفیت عملکرد آن را می‌توان نمایش داد.

ـ اطلاعات دقیق‌تری از نحوه عملکرد واحد جرقه‌زن PREVECTRON را برای بررسی مقایسه‌ای بدست آورد.

ـ مقایسه و پایداری صاعقه‌گیر را در مقابله با شرایط تخلیه واقعی در یک تحلیل مشخص و دقیق بررسی و آزمایش نمود.

ـ نتایج آزمایشهای متخصصین فوق نهایتاً به توسعه و بهبود کیفی سیستم و تولید PREVECTRON 2 انجامید.

PREVECTRON 2 اولین صاعقه‌گیر یونیزاسیون الکترونیکی میباشد که مطابق استاندارد NF c 17-102 در شرایط واقعی بطور موفق‌آمیزی تست شده است.

منبع: poweretc.blogfa.com

فروش ویژه صاعقه گیر اکتیو آذرخش

امروزه با توجه به اهمیت استراتژیک منابع انرژی در جهان و تلاش برای بهبود وضعیت ایمنی مراکز ذخیره سوخت ، حفاظت مخازن سوخت در برابر صاعقه و اضافه جریان های ناشی از خطاهای سیستمی از اهمیت بالایی برخوردار شده است.

این شرکت با ارائه خدمات طراحی ، تامین و اجراری سیستم های حفاظت مخازن سوخت در برابر صاعقه در سراسر کشور می باشد.

حفاظت مخازن سوخت در صاعقه ( استفاده از بدنه مخزن به عنوان واحد جذب)

حفاظت مخازن سوخت در برابر صاعقه (استفاده از واحد جذب صاعقه نصب شده بر روی مخزن)

حفاظت مخازن سوخت در برابر صاعقه ( استفاده از واحد جذب ایزوله نصب به بدنه مخزن)

روش حفاظت مخازن در برابر سوخت با استفاده از واحد جذب ایزوله نسبت به مخزن

مقایسه روش های مختلف حفاظت مخازن در برابر صاعقه  در لینک زیر آثار اصابت صاعقه به مخازن سوخت و دیتایل های اجرایی بوضوح نشان داده شده است.

ick here to download the entire report in a pdf

There has been a rapidly growing trend for petroleum, water/wastewater and chemical industries to utilize Fiberglass Reinforced Plastic (FRP) storage tanks.

FRP storage tanks are common for these industries due to their non-corrosive properties compared to standard metal storage tanks.

These FRP storage tanks are still exposed to lightning and are a potential fire hazard.

The non-conductive property of FRP materials creates additional resistance to the fast lightning current impulses, creating intense heat at the point of impact.

Fires starting at a single FRP tank can engulf an entire facility.

Even in the case of an indirect lightning strike, it may also be considered that an unequal ion discharge rate between an insulated FRP tank and a nearby grounded/bonded metallic structure can cause the development of a difference of electrical potential, creating a spark which could lead to a tank explosion and fire.

Available lightning strike data related to the Tank Farm Batteries is neither comprehensive nor readily available, with most reports consisting of media

نیـروگـاههـای خـورشیـدی