حفاظت در برابر صاعقه (Lightning Protection System - LPS) یکی از حیاتیترین بخشهای طراحی ایمنی در سازههای بلند، دکلهای مخابراتی، برجهای مسکونی و ساختمانهای حساس صنعتی است. برخورد صاعقه میتواند منجر به خسارات فیزیکی، آتشسوزی، آسیب به تجهیزات الکترونیکی و حتی تلفات جانی شود. طراحی و نصب این سیستمها باید بر اساس استانداردهای بینالمللی دقیق انجام پذیرد.
۱. استانداردهای اصلی حفاظت در برابر صاعقه
سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه در سطح جهانی عمدتاً بر اساس دو استاندارد اصلی طراحی و اجرا میشوند:
الف) استاندارد IEC 62305 (رایج در اروپا و ایران)
این استاندارد، که یکی از کاملترین منابع است، حفاظت در برابر صاعقه را به چهار بخش اصلی تقسیم میکند:
- بخش ۱: اصول کلی (General Principles).
- بخش ۲: مدیریت ریسک (Risk Management).
- بخش ۳: آسیب فیزیکی به سازهها و خطر جانی (Physical Damage and Life Hazard).
- بخش ۴: سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی داخل سازهها (Surge Protection).
ب) استاندارد NFPA 780 (رایج در آمریکا)
استاندارد انجمن ملی حفاظت از آتش آمریکا، عمدتاً بر الزامات نصب و ساختار فیزیکی سیستمهای گیرنده و هادیهای نزولی تمرکز دارد.
۲. سطوح حفاظت صاعقه (Lightning Protection Levels)
بر اساس استاندارد IEC 62305-2، سطح ریسک برخورد صاعقه برای هر سازه محاسبه میشود و بر اساس آن، سطح حفاظت مورد نیاز تعیین میگردد. چهار سطح حفاظت (LPL - Lightning Protection Level) تعریف شده است:
سطح حفاظت (LPL) | جریان پیک صاعقه (آمپر) | بازدهی مورد انتظار سیستم |
I (بالاترین سطح) | 200,000 | 99% |
II | 150,000 | 95% |
III | 100,000 | 90% |
IV (پایینترین سطح) | 100,000 | 80% |
انتخاب سطح حفاظت، روش طراحی سیستم گیرنده صاعقه (مانند روش زاویه محافظ یا کره غلتان) را تعیین میکند.
۳. اجزای سیستم حفاظت صاعقه (LPS)
یک سیستم حفاظت صاعقه مؤثر شامل سه بخش اصلی است:
الف) سیستم گیرنده (Air Termination System)
این بخش وظیفه جذب و رهگیری صاعقه را بر عهده دارد.
- میلههای ساده (Rods): معمولاً در نقاط مرتفع ساختمان و دکلها نصب میشوند.
- سیمهای کشیده شده (Catenary Wires): در سازههای عریض یا محوطهها به صورت شبکه نصب میشوند.
- هادیهای روی سقف (Mesh Conductors): برای سقفهای مسطح، شبکهای از هادیها با فاصلههای منظم (مثلاً 5 m times 5 m برای LPL III) روی سقف نصب میشود.
الزامات ساختمانهای بلند: در برجها، میلههای گیرنده باید در تمام نقاط مرتفع (از جمله آنتنها و تجهیزات پشت بام) نصب شده و به یک حلقه هادی (Ring Conductor) در سقف متصل شوند.
ب) سیستم هادی نزولی (Down Conductors)
این هادیها، جریان صاعقه را با کمترین آسیب از سیستم گیرنده به سیستم زمین منتقل میکنند.
- تعداد و فاصله: در ساختمانهای بلند و دکلها، تعداد هادیهای نزولی باید به اندازهای باشد که جریان به صورت مساوی توزیع شود. استاندارد IEC 62305-3 فاصله بین این هادیها را بر اساس LPL تعیین میکند (مثلاً برای LPL III، حداکثر 15 متر).
- مسیر نصب: هادیهای نزولی باید تا حد امکان به صورت مسیر مستقیم و عمودی و بدون خمهای تند و حلقهای نصب شوند تا القای الکترومغناطیسی و پدیده قوس الکتریکی کاهش یابد.
ج) سیستم زمین (Earthing System)
این بخش وظیفه تخلیه ایمن جریان صاعقه به زمین و پراکنده کردن انرژی عظیم آن را دارد.
- شکل زمین کردن: برای سازههای بزرگ، استفاده از سیستم حلقه زمینی (Earth Ring) در اطراف پایه ساختمان یا دکل، و اتصال آن به صفحات یا میلههای عمیق توصیه میشود.
- مقاومت زمین: مقاومت سیستم زمین باید در پایینترین حد ممکن باشد (معمولاً کمتر از 1 تا 10 اهم، بسته به استاندارد).
۴. الزامات تخصصی دکلها و سازههای فلزی
دکلهای مخابراتی، برجهای انتقال نیرو و سازههای فلزی بلند، به دلیل ساختار فلزی خود، نیازمند ملاحظات ویژهای هستند:
الف) اتصال مستقیم (Bonding)
در دکلهای فلزی (مانند دکلهای مخابراتی)، بدنه فلزی خود دکل به عنوان هادی نزولی طبیعی در نظر گرفته میشود. تمام تجهیزات الکتریکی و بدنه آنتنها باید مستقیماً به سازه فلزی دکل اتصال مستقیم (Bonding) شوند تا از اختلاف پتانسیل جلوگیری شود.
ب) سیستم زمین گسترده
پایههای دکل باید به سیستم زمین با مقاومت بسیار پایین متصل شوند، معمولاً با استفاده از چندین میله زمین در شعاع گسترده (مانلاً به صورت پایههای پنجه کلاغی یا رینگی).
۵. حفاظت ثانویه: حفاظت از تجهیزات داخلی (Surge Protection)
حتی اگر صاعقه به ساختمان برخورد نکند، جریان صاعقه ممکن است از طریق خطوط برق یا مخابرات وارد ساختمان شده و تجهیزات حساس را نابود کند. اینجاست که حفاظت ثانویه وارد میشود:
- تجهیزات حفاظت از نوسانات (SPD): این دستگاهها (Surge Protection Devices) در ورودیهای حساس نصب میشوند:
- ورودی برق اصلی: SPDهای کلاس I و II در تابلوی اصلی برای حفاظت از نوسانات بزرگ.
- تابلوهای فرعی: SPDهای کلاس III برای حفاظت نهایی تجهیزات (مانند کامپیوترها، سرورها و تجهیزات HVAC).
- ورودیهای داده/مخابرات: نصب SPDهای اختصاصی در ورودی کابلهای شبکه، تلفن یا کواکسیال.
قانون یکپارچگی: برای حفاظت کامل، سیستم حفاظت اولیه (صاعقهگیر بیرونی) و ثانویه (SPD داخلی) باید به طور کامل هماهنگ و به یک سیستم زمین مشترک متصل باشند.
