صاعقه و محافظت در برابر آن

گاهی اوقات با برخورد صاعقه به زمین خسارات جانی و مالی فراوانی بر جای می ماند. بطور کلی حوادثی که توسط صاعقه پدید می آید به دو گروه تقسیم می شوند:

• حوادث ناشی از برخورد مستقیم صاعقه
• حوادث ناشی از اثرات غیر مستقیم صاعقه

وقتی به یک ناحیه مشخص صاعقه اصابت می کند، می تواند سبب خسارات قابل توجهی که معمولا با آتش همراه است شود. حفاظت در برابر این خطرات توسط صاعقه گیرهایی که با سیستم الکترونیکی کنترل می شوند فراهم می گردد. بطور طبیعی درست قبل از صاعقه، محتوای الکتریکی اتمسفر بطور ناگهانی افزایش یافته و این تغییر وضعیت توسط سیستم حس می گردد. صاعقه گیرهای الکترونیکی، انرژی موجود در هوای پیش از طوفان که حدود چندین هزار ولت بر هر متر است را جذب و ذخیره می نماید و در نهایت با تخلیه بار الکتریکی خازن ها بین الکترودهای فوقانی و مرکزی، هوای اطراف را یونیزه می کند و شرایطی را بوجود می آورد که صاعقه به سمت آن هدایت می شود.

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می نمایید، صاعقه گیر نصب شده در بالای برج میلاد تهران به درستی عمل نموده و صاعقه را به سمت خود هدایت نموده است:

چگونگی عملکرد یک صاعقه گیر الکترونیکی

صاعقه گیر الکترونیکی انرژی مورد نیاز خود را بطور طبیعی از میدان الکتریکی اتمسفر دریافت می کند و نیاز به هیچ منبع دیگری ندارد، بطوری که شدت این میدان در هنگام طوفان چندین کیلو ولت بر متر است. میله های پایینی صاعقه گیر، با جذب این بارها باعث ذخیره انرژی مورد نیاز می شوند.

درست قبل از وقوع صاعقه، شدت میدان الکتریکی سریعا افزایش می یابد و این تغییرات به سرعت توسط صاعقه گیر حس شده و در این زمان انرژی ذخیره شده به نوک میانی تخلیه و منجر به یونیزاسیون محیط اطراف می شود. این عمل در حقیقت آزاد سازی کنترل شده یون می باشد. شرایطی ایجاد می شود تا چشمه جوشانی از یون (کرونا) در اطراف میله نوک تیز بوجود آید. دقت عمل باید به گونه ای باشد که آزاد سازی یون ها درست چند میکرو ثانیه قبل از وقوع صاعقه صورت دهد. حضور حجم وسیع بارهای الکتریکی در اطراف صاعقه گیر و ازدیاد ناگهانی میدان الکتریکی محیط قبل از صاعقه، باعث می شود که زمان تولید کرونا بسیار کوتاه شود. صاعقه گیر باید طوری طراحی شده باشد که عملا حمله ای که از نوک برقگیر به ابر می رود زودتر از حملاتی باشد که از هر نقطه مرتفع دیگری ممکن است به ابر فرستاده شود. بدین معنی که صاعقه گیر باید نقطه ترجیحی دریافت صاعقه در محیط تحت حفاظت باشد.

برخورد صاعقه با خطوط انتقال برق

اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از برخورد صاعقه به خطوط انتقال در تعیین سطوح عایقی تجهیزات و دستگاه های محافظت در مقابل صاعقه اهمیت زیادی دارند. هنگامی که خط در معرض برخورد صاعقه قرار می گیرد، امواج ولتاژ و جریان بوجود می آیند و این امواج در طول خط با سرعتی نزدیک به سرعت نور به حرکت در می آیند. به محض رسیدن این امواج به ترمینال های خط، امواج ولتاژ و جریان انعکاسی بوجود می آیند و در طول خط بر می گردند و با امواج اولیه ترکیب می شوند. به خاطر وجود تلفات، امواج سیار بعد از چند انعکاس تضعیف شده و از بین می روند. همچنین اندوکتانس های سری سیم پیچ های ترانسفورماتور به طور مؤثری اغتشاشات را بلوکه می نمایند و بدین صورت از ورود آن ها به سیم پیچ های ژنراتور جلوگیری می کنند. به هر حال انعکاس چند باره موج می تواند باعث تقویت اضافه ولتاژ شده و ولتاژ تا سطحی افزایش یابد که سبب ایجاد جرقه روی عایق ترانسفورماتور یا خط و نهایتا آسیب دیدگی آن شود. کلیدهای قطع کن فشار قوی که می توانند در 50 میلی ثانیه عمل کنند خیلی کندتر از این هستند که در مقابل صاعقه عملیات محافظت را صورت دهند. امواج صاعقه می تواند در چند میکرو ثانیه به حداکثر مقدار خود برسد. این امواج آنقدر سریع هستند که قبل از اینکه کلید فشار قوی بتواند باز شود عایق را تخریب می کنند. دستگاه های حفاظتی ای به نام برقگیر وجود دارند که قادرند عایق تجهیزات را در مقابل اضافه ولتاژها محافظت نمایند. این دستگاه ها ولتاژ را به حد معین محدود کرده و انرژی امواج صاعقه را جذب می نمایند. اتصال زمین مناسب پست و تجهیزات مرتبط با آن مانند ترانسفورماتورها و کلیدها می تواند تا حد زیادی جان کاربران و حتی تجهیزات را در مقابل این ولتاژها حفظ کند.

راه حل دیگر ساخت برق‌گیرهای سیلیکونی ولتاژ بالا است که شبکه برق را در برابر صدمات ناشی از رعد و برق بیمه می نماید. یکی از مهمترین دلایل کاهش پایداری شبکه برق به ویژه پس از وقوع طوفان و رعد و برق‌های فصلی، عدم تجهیز کابل های فشار قوی برق به نسل جدید تجهیزات برقی است. جلوگیری از ورود ولتاژ اضافی، مقاومت شدید در مقابل آلودگی‌های محیطی، افزایش ایمنی، مقابله با تبعات اصابت رعد و برق و صاعقه، کاهش تلفات الکتریکی، وزن و ابعاد دکل‌های فشار قوی، کاهش مشکلات ناشی از برف و یخ از مهمترین مزیت های استفاده از تجهیزات جدید برقی است.