اجزای فولادی سازه ها

مقصود از اجزای فولادی سازه ها، هر نوع قطعات فولادی مربوط به سازه ها است که مستقیما و یا از طریق بتنی که دور آنها ریخته شده است (فونداسیون) با زمین در تماس باشند. بدیهی است دفن اجزای فولادی سازه ها بدون هیچگونه حفاظ، جز در مواردی نادر و با استفاده از فولادهای مخصوص ضد رنگ، انجام نمی شود. بنابراین در اینجا، اجزای فولادی سازه های داخل بتن و از آن میان میلگردهای بتن مورد نظر خواهند بود.

معمولا استفاده از مجموعه بتن و فولاد داخل آن بعنوان الکترود در بیشتر موارد امکانپذیر است. مقاومت الکترود بتن فولاد در اغلب موارد بعلت سطح زیاد آن، بقدری پایین است (کمتر از ۱ اهم) که کمتر الکترود دیگری، حتی با صرف مبالغی زیاد، می تواند با آن رقابت کند. بدیهی است که مقاومت اتصال به زمین بتن / فولاد به جنس و رطوبت زمینی که در آن قرار دارد بستگی خواهد داشت و جز در موارد نادر که زمین محل استقرار بسیار خشک باشد، مقاومت مخصوص در دمای عادی بین ۳۰ الی ۹۰ اهم متر است که از بسیاری از انواع خاک ها کمتر است. با تمام این مزایا لازم است به خورده شدن فولاد در داخل بتن، توجه شود، زیرا محصول خورده شدن بتن حجمی بیش از فولاد دارد و در نتیجه ممکن است سبب ترک خوردن بتن شود. در این مورد باید جریان هایی که بطور دائم از الکترود به زمین نشت می کنند، بررسی شوند. یکی از علل وجود این جریان ها، نبودن سازگاری بین مجموعه بتن / فولاد و اجزای دیگر در تماس با زمین و همبندی شده با آن است.

لازم است توجه شود که جریان متناوب سبب ایجاد خوردگی در میلگردهای بتن نمی شود یا خرابی ایجاد شده بوسیله آن در محدوده توانایی عبور جریان، ناچیز و قابل اغماض است، ولی یکی از خواص "زمین الکترولیت" این است که بصورت یک نیم هادی هم عمل می کند که نتیجه آن ایجاد جریان یکسو شده بطور دایمی است. هر چند شدت این جریان زیاد نباشد.

اگر مقاومت الکترود بتن / فولاد بقدر کافی کم باشد، در اثر عبور جریان به زمین، در بتن ترک خوردگی ایجاد نخواهد شد.

مفهوم و کاربرد ارت:

مفهوم و کاربرد ارت:

تعریف:مجموعه تکنیکهایی که جهت فراهم کردن بستری مناسب در زمین بمنظور تخلیه جریانهای ناشی از اتصال بدنه ها ،عدم تقارن بارها و خطوط تغذیه سه فاز،الکتریسیته ساکن ، صاعقه و ... بکار برده میشود ارتینگ نامیده میشود.

کاربرد:

سیستم حفاظت در برابر صاعقه ،حفاظت در برابر برق گرفتگی در زمان اتصال بدنه تجهیزات ،حفاظت تجهیزات در زمان شکست عایقی و اتصال بدنه ،حفاظت در برابر الکتریسیته ساکن و جرقه خطرنک در محیطهای آتشزا مانند جایگاه سوخت گیری و CNG،کاهش نویز پذیری و حفاظت تجهیزات مخابراتی از جمله دیتا سنتر و...  

- در سیستم حفاظت در برابر صاعقه نقش سیستم رت بعنوان بستر مناسب جهت تخلیه  جریان صاعقه میباشد.بطوریکه صاعقه گیر با دریافت جریان صاعقه از طریق هادی نزولی آن را به سیستم ارت انقال میدهد.در خصوص صاعقه گیر ها موارد زیر قابل ذکر میباشد:

سیستم صاعقه گیر جهت حفاظت و جلوگیری از برخورد مستقیم صاعقه به سازه در دو نوع اکتیو و پسیو طراحی میشود.لزوم نصب صاعقه گیر در هر سازه بر اساس فرمولهای موجود در استانداردهای مربوطه از قبیل :NFC17-102 و BS6651 و... و از طریق نرم افزارهای منطبق بر این فرمولها و استانداردها تحت عنوان ارزیابی احتمال خطر مطرح میگردد.بر اساس این استانداردها و از طریق پارامترهایی نظیر : تراکم برخورد صاعقه در هر منطقه ،سطح جاذب و ابعاد سازه ،تجهیزات داخل ساختمان ،جنس سازه و... نیاز و عدم نیاز هرسازه به نصب صاعقه گیر و در صورت نیاز به نصب ،کلاس حفاظتی سازه تعیین میشود.یکی از این نرم افزار ها ،نرم افزار شرکت سیر پروتک(CIRPROTEC )میباشدکه بصورت آنلاین و از طریق سایت این شرکت در دسترس میباشد.

- در سیستم ارتینگ حفاظتی نقش سیستم ارت بعنوان بستری مناسب است جهت تخلیه جریانهای خطا که معمولا بر اثر شکست عایقی تجهیزات الکتریکی و ظاهر شدن ولتاژ خطا روی بدنه بوجود می آیند.این ولتاؤ ضمن اینکه تهدیدی برای سلامتی افراد در ارتباط با این تجهیزات میباشد ،میتواند به خود تجهیزات نیز آسیب برساند و موجب خسارات مالی شود.

- در آزمایشگاههای الکترونیک و تجهیزاتی که به کالیبراسینون احتیاج دارند و همچنین در انبارهای مواد سوختی و مواد آتشزا نقش سیستم ارت بعنوان بستری مناسب جهت تخلیه الکتریسیته ساکن میباشد.

- در پستهای خطوط انتقال و توزیع سیستم ارت بعنوان یکی از عناصر اصلی و مهم پست مطرح میشود.تخلیه جریانهای خطا ناشی از عملیات سوئیچینگ ،جریانهای اعمال شده بر خطوط با دامنه های بالا بر اساس برخورد مستقیم و غیر مستقیم صاعقه و بطور کلی تخلیه جریانهای ناشی از حوادث اتفاقی روی شبکه مستلزم وجود یک سیستم رات جامع و یکپارچه میباشد.که این سیستم یکپارچه باعث از بین رفتن و کاهش ولتازهای گام و تماس میشود.همچنین جهت اتصال نقطه نوترال شبکه سه فاز به زمین میتوان بر اساس نوع سیستم توزیع محلی(IT,TT,TNS,TNC,TNCS ) از سیستم ارت استفاده کرد.همچنین در ترانسفورماتور خطوط انتقال و توزیع جهت تخلیه جریان های جاری شده در نوترال بر اساس هارمونیکهای شبکه ،نقطه نوترال از طریق سیستم ارت یا امپدانس به زمین مرجع متصل میشود.

یک سیستم ارت جامع و کامل علاوه بر عملیاتی که عمقی از خاک انجام میشود شامل تمامی تکنیکها و روشها و دستورالعملهایی میباشد که منجر به تخلیه جریان خطا از محل خطا تا بستر خاک و زمین مرجع میشود.عملیات همراه با حفاری و دفن فلزات ،هم بندی ها و هم پتانسیل سازی ها ،مسیر های کوتاه تخلیه ،جدا سازیها و عملیات ایزولاسیون ،اجرای تکنیکهای کاهش مقاومت ویژه خاک و ... همه و همه در قالب یک طرح جامع و بر اساس استانداردهای طراحی ارتینگ نظیر :IEC,NFC,UNE,IEEE.BS.ITUT,… بعنوان سیستم ارت جامع مطرح میگردد.

شرکت توسعه افق رعد طراح و مجری سییتمهای حفاظت در برابر صاعقه و سیستمهای ارت ،تمامی فعالیتهای خود را بر اساس استانداردهای روز دنیا که به آنها اشاره شد انجام میدهد.همچنین تولیدات این شرکت از جمله :ارت پک ،مواد کاهنده مقاومت زمین(مود پودری- مواد ژله ای-مواد احیاء گر) ،میله های ارت و میله های صاعقه گیر و بست و اتصالات سیستم ارت (بست و کلمپ مسی-قالب جوش احتراقی-پودر جوش احتراقی)کمک شایانی در اجرا و نصب این سیستمها شده است.که همگی بر اساس استانداردهای مربوطه تولید و تست شده اند.

سیستمهای ارت

سیستمهای ارت

بطور کلی برای ایجاد یک ارتباط الکتریکی بین اجزاء و دستگاهها با زمین جهت هدایت جریانهای مختلف به زمین، نیاز به طراحی و اجرای یک سیستم ارت می باشد. سیستمهای ارت مختلف می تواند با اهداف خاصی اجرا گردد، یکی از این اهداف انتقال جریانهای خطا به زمین، به منظور ایجاد ایمنی برای افراد در تاسیسات مختلف  می باشد . وظیفه انتقال جریانها و بارهای الکتریکی به زمین ، برعهده الکترود زمین می باشد، از طرفی زمین دارای یک فضای هادی با یک مقاومت ویژه است ، بنا بر این از دیدگاه نظریه الکترواستاتیک هر الکترود دفن شده در زمین نسبت به نقطه مرجع در بینهایت دارای یک مقاومت است. طرح شکل و نحوه قرار گیری اجزاء الکترود در میزان مقاومت بدست آمده تاثیر بسزایی دارد، مقاومت الکترود زمین همچنین در مقادیر پتانسیلهای سطحی زمین که در اثر جریان خطا بوجود می آیند، متاثر است. از اینرو لازم است قبل از اجراء سیستم ارت تحقیقات گسترده ای در زمینه خاک و عوامل موثر در آن و ویژگیهای بیولوژیکی بدن انسان انجام گیرد.

طراحی فنی و تخصصی سیستمهای ارت در شرکت تاور با استفاده از نرم افزارهای طراحی سیستم ارت و با بهره گیری از استانداردهای معتبر دنیا صورت می گیرد .

بدیهی است که مسائل بسیاری در ارتباط با طرح و اجراء سیستم ارت در حاشیه وجود دارد که لازم است در هر مورد به استاندارد مرتبط با آن موضوع مراجعه شود. به عنوان مثال هندبوک ITU-T در ارتباط با همبندی و زمین کردن در تاسیسات مخابراتی بوده و می تواند در بسیاری از مسائل تئوری و عملی مرتبط با این بحث سودمند واقع شود.

● انواع سیستمهای ارت به لحاظ کاربرد :

 برای اینکه اهداف مورد نظر از اجرای سیستم ارت برآورده شود ، متناسب با آن دو نوع سیستم ارت ایجاد می گردد:

   -ارت حفاظتی : اتصال بدنه فلزی دستگاهها به زمین که در حالت عادی جریانی حمل نمی کنند را اتصال زمین حفاظتی می نامند.

   -ارت الکتریکی : زمین کردن نقطه ای از دستگاههای الکتریکی و تجهیزات برقی که قسمتی از مدار الکتریکی می باشند را ارت الکتریکی گویند. این عمل جهت کار صحیح دستگاهها  و به بیان دیگر حفاظت از وسایل برقی می باشد.

به دلایل حفاظتی و ایمنی ارت حفاظتی در تمامی تاسیسات دارای اولویت است. بطور مثال در تاسیسات فشار قوی از آنجایی که با ولتاژ بالا (بالاتر از یک کیلو ولت) و عبور جریان زیاد روبرو هستیم، بنابراین مسئله القای بارهای الکتریکی خطرناک و تزویج مغناطیسی بر روی تجهیزات فلزی که در مجاورت دستگاهها و خطوط برقدار هستند، جدی می باشد. از اینرو برای طراحی سیستم زمین در اینگونه تاسیسات بایستی تدابیر ویژه ای اندیشیده شود، استفاده از شبکه گسترده زمین در این کاربردها راه حل اساسی می باشد.

 در تاسیسات مخابراتی نیز به دلیل حرکت بارهای الکتریکی اضافی و سرگردان به جهت کارکرد سیگنالها و جریانهای فرکانس بالا، از زمین مرجع سیگنال استفاده می شود. همچنین ارت سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه نیز به عنوان ارت حفاظتی تلقی می شوند.

● الکترود زمین:

جزء اصلی و مهم یک سیستم ارت، الکترود زمین می باشد که بسته به نوع، کاربرد و شرایط محلی می تواند به صورت افقی یا عمودی با استفاده از انواع هادیهای استاندارد سیم، تسمه ، صفحه یا میله ساخته شود.

طبق توصیه های استاندارد و به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، مس بهترین فلز برای استفاده در هادی ها و الکترود زمین است، بنابراین سیمها، تسمه ها و صفحه های مورد استفاده در سیستم ارت عموما از جنس مس می باشد. برای بالا بردن استحکام میل ها در هنگام کوبیدن، بهتر است میل ها از جنس فولاد باشند و برای جلوگیری از خوردگی و ایجاد اتصال بهتر از روکش مس بر روی فولاد استفاده شود. بهترین و موثرترین روش روکش کردن برای افزایش طول عمر میل فولادی، روش Copper Bond می باشد.

●  مقاومت ویژه و مدل خاک:

اولین پارامتر در طراحی سیستم ارت بوده و طبق تعریف مقاومت خاک به ابعاد یک متر در یک متر در یک متر، با واحد اهم-متر می باشد. دما، رطوبت و میزان نمک سه پارامتر اساسی هستند که تاثیر قابل ملاحظه ای در مقاومت ویژه دارند. از طرفی نوع ساختار زمین در مقاومت ویژه معادل و در نتیجه محاسبات سیستم زمین اهمیت ویژه ای دارد، از اینرو در مدل های محاسباتی سه مدل یکنواخت، غیر یکنواخت و دولایه در نظر گرفته می شود.

سنجش مقاومت ویژه خاک نیز به روش چهار نقطه ای ونرصورت می گیرد.

●  مقاومت ارت و نحوه اندازه گیری آن:

 مقاومت  ارت به صورت گسترده و نسبت به مرجع بینهایت با واحد اهم در نظر گرفته می شود.

در استاندارد های فوق الذکر روابطی جهت محاسبه الکترود ها با اشکال مشخص و محدود ارائه شده است که عمده آنها از تلفیق روشهای ریاضی و تجربی بدست آمده اند، اما محاسبه دقیق مقاومت الکترود های نامتعارف که از ترکیب و آرایش خاصی تشکیل شده اند از آن طرق امکان پذیر نمی باشد و استفاده از این روابط نتایج تقریبی بدست می دهند، از اینرو محاسبات اینگونه الکترودها با روش اجزاء محدود (Finite Element Method) به صورت دقیق و با استفاده از نرم افزار انجام می شود.

پس از احداث سیستم ارت لازم است مقدار مقاومت سیستم سنجیده شود، اندازه گیری مقاومت سیستم زمین با روش سه نقطه ای و مطابق با استاندارد IEEE 81 صورت می گیرد.

در این روش الکترود کمکی جریان و ولتاژ در فاصله مناسب از الکترود اصلی مطابق شکل قرار داده می شوند. بین الکترود جریان و  الکترود اصلی جریانی ارسال شده و ولتاژ بین الکترودهای اصلی و ولتاژ سنجیده می شود، نسبت ولتاژ به جریان ، مقاومت سیستم را به دست می دهد. همانگونه که در شکل ملاحظه می شود
 سنجش صحیح مقاومت سیستم  شدیدا به محل و فاصله الکترود ها بستگی دارد، لذا هنگام اندازه گیری بایستی به شرایط استاندارد دقت شود.

شایان ذکر است دستگاه تست پارامترهای زمین، G-Test  ساخت شرکت Cirprotec قابلیت سنجش مقاومت ویژه خاک و مقاومت الکترود زمین را به صورت خودکار دارا بوده و می تواند مستقیما با ارسال جریان و سنجش ولتاژ مقادیر مقاومت ویژه و مقاومت الکترود را بر روی صفحه نمایش دیجیتال نمایش دهد.

سنجش مقاومت سیستم زمین در دو فرکانس 270 و 1470 هرتز، به صورت Optional قابل انجام است که فرکانس 270 برای زمین سیستمهای فرکانس پایین مانند زمین الکتریکی سیستمهای قدرت و فرکانس 1470 نیز برای کارکردهای فرکانس بالا مانند صاعقه و سیگنالهای مخابراتی مناسب می باشد.

هم بندی سیستمهای ارت و ایجاد ارتینگ یکپارچه

-مطابق استاندارد IEC61000-5-2 جهت کاهش اثرات الکترومغناطیسی کلیه سیستم های ارت بایستی با یکدیگر همبند گردند.

-مطابق استاندارد IEC61000-5-2 استفاده از یک سیستم مشترک  برای کلیه تجهیزات توصیه       نمی شود.

-روش توصیه شده در استاندارد IEC61000-5-2 جهت کاهش اثرات الکترومغناطیسی،استفاده ازسیستم ارت مجزا و همبندی سیستم های ارت در زیر وروی زمین

آموزش روش محاسبه صاعقه گیر و برقگیر هادی حفاظتی میله فرانکلین قف

وجود بخار آب، حرارت و هوای گرم باعث ایجاد ابرهای کلمونیموس می گردد. این مدل ابر بسیار گسترده و طول آن بالغ بر 15 کیلومتر و حداقل دارای ضخامت 10 کیلومتر است. گاهی از اوقات وجود ضخامت بالا در وضعیت جوی متلاطم موجب ایجاد دمای تا 65- درجه ی سانتی گراد می شود. همچنین سرعت حرکت بالای ابر و دمای یاد شده باعث ایجاد کریستال های یخ در لایه بالایی ابر و ذرات ریز آب در لایه های پایین گشته و در اثر سرعت ابر، این دو لایه باردار می گردند، به نحوی که کریستال های یخ بار مثبت و ذرات آب، بار منفی به خود می گیرند. در این میانه لایه ی نسبتاً خنثی (از جنس هوای خشک یا مرطوب) با قطر یک تا 2 کیلومتر، نقش یک جداکننده را در این سیستم اجرا می کند (مانند خازن با دو صفحه ی باردار و عایق در میان که هر چقدر نقش این جداکننده پر رنگ تر باشد، ظرفیت خازن افزایش می یابد).
در وضعیت عادی اتمسفر زمین بار (الکتریسته ساکن) حدود 100 ولت بر متر (ارتفاع) را دارا است. در هنگامی که این سیستم ابر به وجود آمد، بار ساکن اتمسفر زمین افزایش می یابد و به 15 تا 20 کیلوولت بر متر می رسد. همچنین حرکت ابر باردار باعث حرکت بار مثبت زمین می گردد. این انتقال بار تا آن جا ادامه پیدا می کند که شدت بار در اتمسفر بین 15 تا 20 کیلو ولت بر متر برسد. در این حالت به شدت احتمال تخلیه بین دو بار مثبت ابر و منفی زمین افزایش می یابد. تا این که در محلی با شرایط بهتر (فاصله ی کم تر یا شدت بار بیش تر) تخلیه ی الکتریکی انجام می پذیرد.
در این حالت بار منفی ابر به سمت بار مثبت زمین انتقال یافته در سطح زمینه یا هادی که به زمین متنصل است، تخلیه انجام می پذیرد. بر طبق برآوردها حدود 96% از صاعقه ها بین ابر و زمین انجام می پذیرد و 4% مابقی بین ابر با ابر و یا در داخل خود ابر انجام می پذیرد.

محل صاعقه

با چشم غیر مسلح نمی توان محل دقیق صاعقه را متوجه شد، اما با دوربین مخصوص فیلمبرداری این پدیده ی قابل ثبت است. در این حالت صاعقه با سرعت 000/50 کیلومتر بر ثانیه به طرف هدف حرکت و با آن برخورد می کند. در سیستم های معمول برق گیر (صاعقه گیر) حرکت بار از ابر به سمت زمین و محل اصابت آن روی زمین است. اما به تازگی سیستم های تولید شده اند که در هنگام صاعقه، بار مثبت زمین به طرف صاعقه فرستاده می شود. در این سیستم ها، مقداری بار تا ارتفاع محدود فرستاده می شود و محل صاعقه روی زمین نمی باشد، بلکه مقداری بالاتر از زمین است و پس از برخورد صاعقه به بار انتقالی، نقطه ی تلاقی به زمین کشیده می شود.

آثار صاعقه

در اندازه گیری های انجام شده، جریان گذاری صاعقه تا حدود 35 کیلوآمپر برآورد شده است. حال با توجه به این جریان شدید، صاعقه آثار زیان باری بر محیط وارد می نماید. در هنگام برخورد صاعقه، در محل برخورد به شدت گاز ازن تولید می شود؛ همچنین، عبور این جریان باعث تخریب بافت خاک می گردد، زیرا حرارت تولیدی در اثر عبور جریان بسیار زیاد است.
از جمله آثار صاعقه می توان موارد زیر را نام برد:
1- نور شدید در هنگام تخلیه
2- صدای شدید به علت تخلیه بارها و ایجاد فشار هوای بسیار زیاد که اثرات آن تا 10 کیلومتر قابل شنیدن است.
3-اثر حرارتی به علت وجود جریان بالا و یونیزاسیون اتمسفر که در بعضی موارد باعث ایجاد حریق می گردد.
4- اثر الکترودینامیک: عبور جریان بالا از هادی های مجاور باعث ایجاد نیروی شدید بین آن ها می شود که احتمال تخریب هادی ها یا مواد نگهدارنده ی بین آن ها را باعث می گردد.
5- اثر الکتروشیمیایی: در اثر عبور جریان از هوا و زمین به وجود می آید.
6- اثر القائی: در اثر عبور جریان اثر هادی ها به وجود می آید.
7- اثر برق گرفتگی: در اثر عبور جریان از بدن اشخاص با حیوانات به صورت مستقیم یا غیر مستقیم (ولتاژ قدم) به وجود می آید.

آثار مستقیم و غیر مستقیم صاعقه بر ساختمان ها

از اثرات مستقیم صاعقه بر ساختمان، ایجاد جریان و ولتاژ بالای لحظه ای و ایجاد خسارات بر خود ساختمان از جمله حریق و شکستن شیشه ها را می توان نام برد. از اثرات غیر مستقیم ایجاد پالس های گذرا بر شبکه ی برق، مخابرات و رایانه و ایجاد خسارات بر تمامی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی را می توان نام برد.

حفاظت ساختمان در مقابل برخورد صاعقه (اثر مستقیم)

در این نوع حفاظت با ایجاد برق گیر با امپدانس پایین سعی در جذب کامل صاعقه و ارسال آن به زمین می شود. بر طبق استاندارد فرانسه چهار نوع برق گیر (صاعقه گیر) پیشنهاد می گردد (جدول 1).

الف – برق گیر ساده میله ای SIMPLE ROD LIGHTNING CONDUCTORS (SRL):

این نوع برق گیر دارای یک میله ی بلند است که بر سقف بلندترین محل ساختمان نصب و به زمین متصل می شودو در هنگام صاعقه، با جذب ولتاژ، جریان تولیدی را به زمین منتقل می کند. این صاعقه گیر به واسطه ی سادگی نصب در ایستگاه های رادیو، محل آنتن های بشقابی، و ساختمان هایی که سطح حفاظتی کوچک دارند توصیه می شود. سیستم صاعقه گیر میله ای از قسمت های زیر تشکیل شده است:
1- میله ی اصلی ودنباله ی آن
2- یک یا چند هادی پایین رونده
3- کلمپ تست که به انتهای هادی پایین رونده وصل است و ادامه ی آن به سیستم زمین واردمی شود.
4- نوار حفاظتی که به کلمپ تست وصل، حداقل 2 متر روی زمین کشیده و به زمین وارد می شود.
5- وسایل هم پتانسیل کننده (یا هم بندی) بین سیستم برق گیر و سیستم ارت اصلی ساختمان.

ب: سیستم برق گیر ESE (گسیل دهنده ی بار به طرف صاعقه)

این نوع برق گیر که به وسیله ی کارخانه هلیتا و موسسه ی مطالعاتی فرانسه (CNRS) ساخته شده است به عنوان PULSAR شناخته می شود. وجود فناوری بالا باعث برکارآمدی 100% این برق گیر در جذب صاعقه شده است. در تکنولوژی ساخت این برق گیر، تولید ولتاژ بالا و تنظیم فرکانس در هنگام صاعقه ایجاد یک بار خزنده ی پیشرو (بالا رونده) می نماید که همزمان با حرکت صاعقه به سمت بار منفی حرکت می کند و به فاصله ی کمی از زمین (نسبت به فاصله ی زمین تا ابر) این دو بار به یکدیگر برخورد و بلافاصله محل برخورد به سمت نوک برق گیر حرکت و ادامه ی صاعقه از طریق این میله به سمت زمین حرکت می کند. سرعت حرکت این بار، از برق گیر به سمت بالا حدود (یک متر بر میکروثانیه) است.
زمان برخورد به وسیله ی رابطه ی زیر تعریف می شود. این رابطه بر اساس فاصله ی بین بارها (محل برخورد و نوک برق گیر) و سرعت حرکت بار پیشروی استاتیکی تعریف شده است. در عمل مقدار در آزمایشگاه ر اساس استاندارد NFC17-102 اندازه گیری می شود.

زمان اصابت یا برخورد صاعقه با بار پیشرو است که معمولاً درآزمایشگاه اندازه گیری می شود.
مسافتی که بار پیشرو به سمت بالا حرکت می کند.
V سرعت حرکت بار پیشرو به طرف بالا که معمولاً یک متر بر میکروثانیه است.
از فرمول بالا می توان نتیجه گرفت که فاصله ی برخورد صاعقه تا برق گیر بستگی به دو عامل سرعت حرکت بار و زمان برخورد دارد. در عمل هر چقدر L بزرگ تر باشد، محل برخورد از محل مورد حفاظت دورتر و حفاظت کامل تر است (یعنی محل مورد حفاظت از اثرات صاعقه درامان است).
صاعقه گیرPULSAR مخصوص نصب در ساختمان های مرکزی، سایت ها، مراکز صنعتی، تاریخی و زمین های بازی روباز است. معمولاً با نصب این سیستم برق گیر اطمینان و قدرت عملکرد بسیار زیاد می شود.

قسمت های مختلف صاعقه گیر ESE

الف: قسمت میله و سیستم تولید ولتاژ (الکترونیک)
ب: یک یا چند هادی پایین رونده
ج: کلمپ تست که به ازای هر هادی پایین رونده یک عدد جداگانه نصب می شود.
د: قسمت های محافظ هادی که حداقل 2 متر بر روی زمین نصب می شود.
ر: الکترودهای زمین که مخصوص پخش جریان صاعقه بر روی زمین هستند.
ز: اتصالات هم پتانسیل کننده با هم بندی های اصلی زمین که به صورت قابل نصب و جدا شونده هستند.
ج) شبکه بندی قفسه ای MESH CAGES
یکی از ساده ترین و کامل ترین راه های حفاظت ساختمان در مقابل صاعقه، شبکه بندی قفسه ای است. در این سیستم پشت بام و بلندترین قسمت هر ساختمان تحت سیم بندی موسوم به قفسه ای (شبکه ای) قرار می گیرد و به تعداد مشخص هادی پایین رونده در اطراف آن نصب می گردد. در این حالت ساختمان و تمام اجزاء هادی های آن از خطر صاعقه و امواج الکترومگنتیک آن در امان هستند.
علت استفاده از هادی های پایین رونده به خاطر تقسیم جریان صاعقه و کاهش آثار آن است. (شکل 4)

اجزای سیستم

1- هادی های شاخکی کوتاه که صاعقه را دریافت می نمایند و به شبکه انتقال می دهند.
2- شبکه بندی قفسه ای (مش)
3- هادی های پایین رونده
4- شکبه ی زمین (سیستم زمین)
5- اتصالات هم بندی و هم پتانسیل کننده و سیستم تست که قابل مونتاژ است.
د) برق گیر با سیستم سیم هوایی STRETCH
در این سیستم از یک یا چند سیستم هوایی که بر فراز تجهیزات کشیده می شود و دو طرف آن به شبکه زمین وصل است استفاده می شود. در استفاده از این مدل که بیش تر بر روی تجهیزات پست برق و دکل های انتقال برق فشار قوی استفاده می شود، مقاومت سیم هوایی، استقامت مکانیکی در مقابل کشش و عبور جریان صاعقه و ارتفاع سیستم از زمین مورد بحث خواهد بود. معمولاً تمامی برق گیرها باید قابلیت جذب جریان تا 65 کیلوآمپر را داشته باشند.

حفاظت در مقابل اثرات غیر مستقیم صاعقه:

در هنگام اصابت صاعقه به ساختمان، اثرات جریان القائی آن بر روی کابل های کواکسیال، کابل های ارتباطی و قدرت باعث ایجاد مشکل خواهد شد. در این حالت سیستم حفاظتی به نام surge arrester که قدرت جذب جریان تا 65 کیلو آمپر را داشته باشد، توصیه می گردد.

عیوب مربوطه به عدم هم بندی Equipotential Bounding Defects

در هنگام برخورد مستقیم صاعقه، عدم وجود اتصالات و هم بندی صحیح می تواند باعث ایجاد جرقه ی شدید و در نتیجه ایجاد جریان مخرب بین دو وسیله گردد. بنابراین باید از هم بندی اجزای صاعقه گیر و عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل نمود. به همین خاطر در یک سیستم برق گیر، تمامی اجزاء و تجهیزات جانبی شامل شبکه ی مخابرات، IT و ... به وسیله ی یک هم بندی اضافه، به صاعقه گیر وصل می شوند.
ابتدا تمامی تجهیزات یک ساختمان به وسیله ی هم بندی و سیستم حفاظت در مقابل ضربه SUREGE ARRESTER به یک شبکه ی ارت داخلی وصل و درانتهای شبکه به وسیله قسمت هم پتانسیل کننده به شبکه ی صاعقه گیر وصل می گردند.

فصل سوم

استاندارد فرانسه NFC 17-102, NFC 17-100 پیشنهاد می کند صاعقه گیر در سه قسمت مورد بحث قرار گیرد.
1- ارزیابی ریسک صاعقه
2- انتخاب سطح حفاظت و تجهیزات
3- انتخاب تجهیز یا تجهیزات جهت حفاظت

ارزیابی ریسک صاعقه

شبکه بندی به صورت مش یا قفسه ای MESHED CAGES

در این روش حداکثر عرض مش ها نباید از 15 متر تجاوز کند. نصب سیستم برق گیر بر اساس موارد زیر است:
الف: نصب یک چند ضلعی (معمولاً 4 ضلعی) در پیرامون سقف ساختمان (محیط سقف)
ب: اضافه نمودن هادی های متقاطع به شبکه ی اولیه جهت اضافه شدن مش بندی
ج: عبور الزامی هادی از هر برآمدگی در سقف. یعنی از هر قسمت که ارتفاع مجزا از سقف دارد، سیستم شبکه به صورت کامل انجام پذیرد و سپس به شبکه ی اصلی متصل شود.
د: شاخک های عمودی (Air Terminal) باید در مرتفع ترین و آسیب پذیرترین نقاط و گوشه ها و نزدیک تجهیزات جانبی نصب گردند.
ترتیب و فواصل: فاصله ی 2 ترمینال (شاخک) 30 سانتی متری از 10 متر بیش تر نباشد.
فاصله ی 2 ترمینال (شاخک) 50 سانتی متری از 15 متر بیش تر نباشد.
شاخک (strike air terminal) خارج از چند ضلعی قرار نگرفته و در داخل چند ضلعی باشد.

هادی های پایین رو

جهت هر میله ی برق گیر ساده یا ESE نیاز به یک کنتور (شمارنده ی تعداد صاعقه) وجود دارد. همچنین جهت هر 4 هادی پایین رو و حداقل یک شمارنده نیاز است. شمارنده معمولاً در ارتفاع 2 متری بالای سطح زمین و در انتهای هادی پایین رو نصب می شود.

حالت های خاص

وقتی برق گیر (چه از نوع برق گیر ساده و چه از نوع ESE) در یک ساختمان نصب می گردد، به ازای هر میله حداقل یک هادی پایین رو نیاز است. اما در دو حالت نیاز به هادی پایین رو جهت هر میله است:
الف: نصف عرض ساختمان بیش از ارتفاع ساختمان باشد. B>A دو هادی پایین رو (منظور از نصف عرض ساختمان فاصله ی لبه ی ساختمان تا میله ی برق گیر است).
ب: ارتفاع ساختمان معمولی بیش از 28 متر و یا در دودکش ها یا ساختمان های صنعتی بیش از 40 متر باشد.

هادی های ساده (برق گیرهای ساده SRL)

در این گونه سیستم ها به ازای هر برق گیر (میله)، حداقل یک هادی پایین رو نیاز است. در صورتی که ارتفاع ساختمان بیش از 35 متر باشد، حداقل 2 هادی پایین رو جهت هر میله ی برق گیر نیاز است. این دو هادی به دو دیوار مختلف نصب می گردند. همچنین در ساختمان های مهم و پر رفت و آمد نیز برای میله ی برق گیر 2 هادی پایین رو نیاز است.

هادی های برق گیر (صاعقه گیر) SRC و ESE

قاعده ی کلی در برق گیرها آن است که بالاترین نقطه ی هرهادی یا برق گیر شاخکی بیش ترین احتمال اصابت صاعقه را دارد. بر طبق سفارش استاندارد، سر برق گیر باید حداقل 2 متر از تمام نقاط ساختمان (پشت بام، تجهیزات فلزی و جانبی) بلندتر باشد. در این حالت بهتر است برق گیر در بالاترین نقطه ی ساختمان نصب گردد. همچنین محل صاعقه گیر با توجه به تجهیزات جانبی و فواصل مجاز از بدنه های فلزی انتخاب می شود.
جهت افزایش طول صاعقه گیر، استفاده از میله ی واسطه با جنس مخصوص لازم است. شرکت هلیتا واسطه ی صاعقه گیرهای میله ای در طول های کلی 75/5 و 5/7 متر را جهت افزایش طول صاعقه گیر به بازار ارائه داده است. این میله ها از جنس فولاد ضد زنگ هستند.
در زمین های ورزشی، استخرها و کمپینگ می توان از سیستم ESE استفاده نمود. جهت محاسبه ی ریسک و سطح پوشش استفاده، از نرم افزار Helita استفاده می شود. همچنین تمهیدات ویژه ای جهت نصب برق گیر در نزدیکی دودکش های فلزی و تجهیزات دیگر در نظر گرفته می شود. در صورتی که هوای محل نصب دارای گازهای خورنده یا دودهای اسیدی – کربنی باشد، باید فاصله ی مناسب نصب در نظر گرفته شود. فاصله ی 50 سانتی متر از تجهیزات فلزی مانند دودکش فاصله ی مناسبی است.
در ساختمان هایی که بیش از یک صاعقه گیر میله ای (ESE یا SRC) در پشت بام آن ها نصب شده باشد و در صورتی که مانع بیش از 5/1 ارتفاع بین آن ها نباشد، باید تمامی صاعقه گیرها به یکدیگر متصل شوند. در صورتی که بین هر کدام از آن ها مانع بلندتر از 5/1 متر باشد، نباید به یکدیگر متصل گردند.
در انتخاب هادی های مربوط به صاعقه گیر، چه هادی شبکه بندی و یا پایین رو، استفاده از سطح مقطع کم تر از 3×30 میلی متر و استفاده از هادی های گوشه دار و نوک دار ممنوع است.

آنتن های تلویزیون و رادیو

با موافقت کاربر آنتن ها، می توان تمامی تجهیزات صاعقه گیر را بر روی میله ی آنتن تلویزیون یا دریافت کننده های دیگر نصب نمود. در این حالت لازم است موارد زیر رعایت گردد:
الف: سر برق گیر حداقل 2 متر از بلندترین نقطه ی آنتن بلندتر باشد.
ب: کابل کواکسیال آنتن به صورت مستقیم از کنار هادی برق گیر به طرف پایین رفته باشد و به آن هادی محکم شده باشد.
ج: نیاز به اتصالات مشترک مرسوم به guging ندارد.
د: هادی پایین رو به میله با کلمپ ثابت شده باشد.
این روش باعث کاهش هزینه ی نصب صاعقه گیر نیز می شود.

اتصالات

هادی های متصل به برق گیر حداقل قطر 6 تا 8 میلی متر داشته باشند. در محل هایی که نیاز به شمش مسی است، قطر آن از 30×30 کم تر نباشد؛ مانند اتصال به کلمپ ها و کانترها.

کوپلینگ تست

هر هادی پایین رو باید به یک کوپلینگ تست وصل گردد تا در هنگام تست، مقاومت زمین و یا تست جریان و مقاومت برق گیر، از جا برداشته شود. قسمت تست (کوپلینگ تست) در ارتفاع 2 متری از سطح زمین نصب می گردد و قابل بازرسی چشمی است. در ضمن بر روی آن کلمات مربوط به اسم تجهیز و شماره ی آن نوشته می شود.

هادی های حفاظتی

این هادی ها بین کوپلینگ تست و قسمت زمین (هادی ها و الکترود زمین) نصب می گردد و 2 متر طول عمودی و مقداری نیز طول افقی دارد و از جنس مس (هم جنس با دو هادی سر و ته) و یا همان قطراست. در نصب آن از پیچ و مهره ی همجنس استفاده می شود تا خوردگی به وجود نیاید. قسمت عمودی آن با سه اتصال به دیوار محکم می شود. اتصالات (کلمپ ها) از جنس خود شمش یعنی مسی است.

هم بندی اتصالات Equipotential Bonding

برآورد اجمالی:

در هنگام صاعقه، عبور جریان شدید از هادی های برق گیر، ایجاد اختلاف پتانسیل شدید بین نقاط صاعقه گیر و شبکه های مجاور شامل لوله های گاز، آب، سازه ی فلزی ساختمان، تجهیزات سرمایشی و گرمایشی می نماید. این اختلاف ولتاژ گاهی اوقات به خاطر ارت شدن این تجهیزات و عدم هم پتانسیل شدن با صاعقه گیر است و باعث ایجاد جرقه (تخلیه ی سطحی) می گردد. جهت جلوگیری از این معضل دو روش وجود دارد:
الف: برقراری یک اتصال دائمی بین شبکه ی برق گیر و شبکه ی فلزی ساختمان (هادی های ساختمان)
ب: ایجاد یک فاصله ی ایمن بین هادی های صاعقه گیر و تمامی تجهیزات در معرض تخلیه
فاصله ی ایمن فاصله ای است که در صورت ایجاد صاعقه در شبکه های برق گیر، بین این شبکه و هادی های موجود در ساختمان که نزدیک شبکه ی برق گیر هستند، هیچ گونه تخلیه ی الکتریکی به وجود نیاید.
این مهم با افزایش قدرت عایقی تجهیزات و تغییر مسیر هادی ها در هنگام نصب ممکن می گردد که البته روش هزینه بر و پر کاری است. بنابراین از روش هم پتانسیل کردن بیش تر استقبال می گردد. روش ایجاد فاصله ی ایمنی فقط در مواردی مانند لوله گاز، منابع نفت و گاز و ... کاربرد دارد که تجهیزات به سبب احتمال انفجار، ترکیدگی و ریسک خطر بالا، قادر به هم بندی نباشند.

محاسبات فاصله ی ایمنی: S(m)=n.kj.L/km

S(m): فاصله ی ایمنی بین هادی های برق گیر و تجهیزات فلزی به حسب متر
N: ضریب که بستگی به تعداد هادی های پایین رو (در سیستم ESE) قبل از اتصال به یکدیگر دارد و مقدار آن:
برای یک هادی پایین رو n=1
برای دو هادی پایین رو n=0.6
برای سه یا بیش تر هادی پایین رو n=0.4
Ki: ضریب، بستگی به لول (سطح) حفاظتی دارد.
جهت سطح حفاظتی یک (حفاظت بالا) مانند خازن سوخت، ساختمان های مهم Ki=0.1
جهت سطح حفاظتی دو (حفاظت خوب) بناهای تاریخی وساختمان های پر جمعیت Ki=0.075
جدول 2: فاصله مش

اندازه مش	PROTECTION LEVEL
5×5 10×10 15×15 20×20	I II III IV

جدول 3: فواصل هادی های پایین رو

فواصل بین هادی ها	PROTECTION LEVEL
10 15 20 25	I II III IV

جهت سطح حفاظتی سه (حفاظت نرمال) ساختمان های مسکونی معمولی Ki=0.05
Km: ضریب مواد بین دو سیستم برق گیر و تجهیز.
وجود هوا بین دو سیستم Km=1
وجود جامدات بین دو سیستم Km=0.52
L : فاصله ی عمودی بین نقطه ایی که اندازه گیری انجام می شود (کلپ تست) و نزدیک ترین نقطه (هادی) تجهیز.
S: برای لوله های گاز 3 متر در نظر گرفته می شود.
مثال: در یک ساختمان با درجه ی حفاظت یک (سطح حفاظت بالا) با ارتفاع 30 متر سیستم برق گیر نصب شده است (نوع ESE).
سوال یک: سیستم تهویه ی هوا در پشت بام ساختمان نصب شده است. در صورتی که 3 متر با شبکه ی برق گیر فاصله داشته باشد، چرااین فاصله ایمن است؟ مقدار L برابر 25 متر در نظر گرفته شود.
جواب:
چون 92/1 متر از 3 متر کم تر است این سیستم در فاصله ی ایمن قرار دارد. از نرم افزار هلیتا می توان فاصله ی ایمن را محاسبه نمود.

هم بندی شبکه ی فلزی تجهیزات جانبی

EQUTPOTENTIAL BONDING OF EXTERNAL METALIC NET WORKS
راه دوم حفاظت تجهیزات جانبی ساختمان مانند سازه ی فلزی، لوله ها، سیستم هواساز و هم بندی آن ها و هم پتانسیل کردن با شبکه ی صاعقه گیر است. این حالت وقتی لازم است که نتوان فاصله ی S حفاظتی را در مورد این تجهیزات یا سیستم زمین آن ها رعایت نمود.
جهت هم پتانسیل کردن این تجهیزات، نیاز به هادی های مطمئن و دائمی با محاسبات سطح مقطع و مقاومت وجود دارد. تمامی تجهیزات قابل هم بندی مانند خطوط شبکه ی مخابراتی، اطلاعات، سازه ی فلزی، لوله های آب، گاز و غیره به وسیله ی هادی های مطمئن که حداقل سطح مقطع آن 16 است متصل و توسط هادی های پایین رو که به دیوار محکم شده اند، به جعبه ی هم بندی موسوم به Equipotential Box و از آنجا به آخرین نقطه ی یک شبکه ی برق گیر (قبل از ورود به الکترودهای زمین) که کلمپ تست نامیده می شود، وارد می شود. این اتصال که موسوم به هم بندی اضافه است، باید قابل باز نمودن جهت تست های خاص، و محل و ارتفاع آن مناسب جهت بازدیدهای دائمی باشد. با این عمل تمامی تجهیزات یاد شده از خطر جرقه ناشی از صاعقه (Flash Point) محفوظ می مانند. اما با این عمل می باید سیستم های حساس مانند کامپیوتر، شبکه ی IT و شبکه ی مخابراتی به همراه تجهیزات مربوطه توسط surge arrester محافظت گردد. (شکل 7)

بررسی سیستم زمین صاعقه گیر SYSTEM EARTH TERMINATION :

نگاه اجمالی: در هر سیستم برق گیر، تمامی پتانسیل سیستم در جذب و انتقال صاعقه به زمین نهاد شده است. در این سیستم جذب صاعقه به وسیله ی هادی های میله ای یا شبکه، انجام و جریان جذب شده توسط هادی های پایین رو به شبکه ی زمین انتقال داده می شود. در شبکه ی زمین که شامل الکترودها، اتصالات و هادی های مسی است، انتقال این جریان به زمین در کمترین زمان صورت می پذیرد. تفاوت سیستم زمین در یک برق گیر با شبکه ی ارت سیستم برق ساختمان نیز به همین دلیل است. در شبکه ی برق گیر بار استاتیک باید در سطح زمین گسترده شود تا بارهای غیر همنام اثر یکدیگر را خنثی (بار منفی ابر و مثبت زمین) کنند، اما در سیستم برق ساختمان جهت انتقال جریان نشتی از طریق شبکه ی زمین به نقطه ی خنثی ترانفسورماتور باید الکترود ارت به طریق خاص باشد.
هر سیستم زمین مربوط به صاعقه گیر در سه قسمت بررسی شده است:
الف: در فرانسه و اکثر کشورهای پیشرفته ی دنیا، مقاومت حداکثر 10 اهم جهت سیستم زمین هر صاعقه گیر پیشنهاد می شود. اندازه گیری این مقدار با باز کردن کلمپ تست و اندازه گیری مقاومت الکترودهای زمین به روش های 2 سیمه و 4 سیمه انجام پذیر است. در صورتی که مقاومت 10 اهم مورد نیاز در این قسمت حاصل نگردد، استاندارد پیشنهاد افزایش طول الکترودهای زمین، نصب میله های ارت در خاتمه هادی های زمین الکترودها و استفاده از الکترولیت های مجاز مانند سولفات ها، بنتونیت و غیره را داده است.
افزایش طول هادی زمین (الکترودها) تا 100 متر یعنی هر هادی تا 20 متر نیز مجاز است.

ب: توانایی هدایت جریان

جهت افزایش توانایی حمل جریان توسط هادی زمین، نیاز به سه هادی (الکترود) به جای یک الکترود پیشنهادی استاندارد است. افزایش تعداد هادی ها موجب افزایش طول هادی و دمپ سریع تر جریان صاعقه می گردد.

ج: هم بندی اضافه (هم پتانسیل کردن)

استاندارد نیاز به یک هم بندی اضافه جهت هم پتانسیل کردن در سیستم برق گیر و سیستم ارت ساختمان را لازم و ضروری می داند.
بازرسی های سیستم صاعقه گیر: تمامی اجزای یک برق گیر از میله تا سیستم زمین نیاز به بازرسی های دوره ای و اندازه گیری مقاومت دارند. فرایند تست و بازرسی به شرح زیر است:
سیستم حفاظت با سطح بالا (لول یک) سالیانه؛
سیستم حفاظت با سطح خوب (لول دو) دو ساله؛ و
سیستم حفاظت با سطح معمول سه ساله.
در ضمن پس از هرگونه تعمیرات ساختمان یا اصابت صاعقه بر سیستم، باید بازرسی و تست ها مجدداً انجام پذیرد.

انواع الکترودهای زمین در سیستم صاعقه گیر

ابتدا سیستم الکترود زمین در صاعقه گیر ساده ESE بررسی می شود:
1- الکترودهای سه گانه (پنجه اردکی): در این سیستم سه شمش مسی با ابعاد 2×30 میلی متر به صورت پنجه اردک است. هر کدام از شمش ها فاصله ی 45 درجه با شمش وسطی دارند و (حداکثر) طول کل شمش ها 25 متر است و به سه قسمت – یکی از شمش ها حدود 2 متر بلندتر است – تقسیم می شوند.
دو شمش کناری با زاویه ی 45 درجه به شمش وسط در انتها با استفاده از کلمپ مسی یا کدولد وصل می گردند. شمش وسط پس از ارتباط با شمش دیگر به طرف نقطه ی تست ادامه می یابد (شکل 8). طول الکترودهای زمین بستگی به مقاومت زمین دارند و از 6 متر به بالا ادامه می یابند.
2- میله های ارت: در صورتی که جغرافیای ساختمان اجازه ی استفاده از شبکه ی پنجه اردکی را ندهد، می توان از سیستم مثلث متساوی الاضلاع با طول هر ضلع 2 متر که میله ی ارت به انتهای هر زاویه متصل شده است، استفاده نمود. طول میله ی ارت 2 متر است. هر میله با زاویه ی مربوطه کلمپ یا جوش کدولد می گردد (شکل 9).
3- سیستم ترکیبی: در صورتی که عمل الکترودهای زمین دارای وسعت باشد، می توان جهت کاهش مقاومت زمین از ترکیب شبکه ی پنجه اردکی و میله ارت (در انتها) استفاده نمود (شکل 10).

شبکه ی زمین در صاعقه گیر شبکه ای (شبکه قفسه ای)

در برق گیر نوع شبکه ی قفسه ای از دو سیستم پنجه اردکی و میله ی ارت می توان استفاده نمود.
1- شبکه ی ارت پنجه اردکی: اتصالات به وسیله ی 3 تسمه ی مسی 2×30 میلی متر که یکی از تسمه ها بزرگ تر است و دو عدد دیگر با زاویه ی 45 درجه در انتها به شمش اصل جوش کدولد و یا کلمپ می گردند، صورت می پذیرد. طول مفید هر یک از هادی ها 2 متر و در عمق 60 تا 80 سانتی متری زمین دفن می گردند.
2- میله های ارت: در این حالت میله های ارت به صورت عمودی به طول 2 متردر داخل زمین کوبیده می شوند. فاصله ی آن ها 2 متر از یکدیگر و فاصله از پی یک تا 5/1 متر است. این دو میله به وسیله ی شمش مسی 2×30 به یکدیگر کلمپ و یا جوش داده می شوند (شکل 11).
علت تفاوت شبکه ی زمین در دو سیستم صاعقه گیر ESE و شبکه ی قفسه ای به خاطر احتمال جذب صاعقه ی آن ها است.

تجهیزات سیستم ارت

EARTH SYSTEM EQUIPMENT BONDING
هنگامی که دریک ساختمان سیستم زمین جهت تجهیزات برق نصب می گردد، می توان سیستم برق گیر را در نقطه ی خاص به نام کلمپ هم بندی ولتاژ به این سیستم وصل نمود. این نقطه ی اتصال نزدیک ترین نقطه ی به هادی پایین رو است. در صورتی که امکان وصل این قسمت نباشد، می توان سیستم برق گیر را مستقیم به هادی زمین وصل نمود. اما اتصال باید به طریقی باشد که جریان القائی صاعقه بر روی کابل های برق اثر گذار نباشد. در اتصال به نقطه ی هم پتانسیل (هم بندی اضافه) باید بتوان نقطه ی اتصال را جهت تست مقاومت اهمی و جریان جدا نمود. همچنین نقاط قابل دید و تست دوره ای باشند.
فواصل مجاز بین هادی های سیستم صاعقه گیرو انشعابات برق، آب، گاز زیرزمین:
بر طبق استاندارد NFC فواصل مجاز بین تمامی هادی های شبکه ی صاعقه گیر و سیستم انشعاب برق و آب و گاز و کابل های زیرزمینی بر طبق جدول وجود داشته باشد. این فواصل برای تمامی اجزای فلزی صادق است و اجزای غیر فلزی را شامل نمی شود (جدول 4)

ارزیابی ریسک (احتمال) برخورد صاعقه

بر طبق پیشنهاد استاندارد NFC مطالعه ی صاعقه در سه قسمت انجام می پذیرد.
1. ارزیابی ریسک صاعقه
2. بررسی سطح حفاظت
3. بررسی شیوه ی حفاظت

بررسی ریسک صاعقه (احتمال برخورد صاعقه به ساختمان)

در بررسی احتمال برخورد صاعقه، روش مورد استفاده به صورت زیر است.
1- تعداد مورد انتظار برخورد صاعقه با برق گیر که به Ng شناخته می شوند.

که در این فرمول:
Ng: حداکثر تعداد صاعقه هایی است که به واحد سطح در این منطقه برخورد می کند (تعداد صاعقه / کیلومتر مربع / سال)؛ و Ngman=2Ng
که می توان آن را به صورت زیر محاسبه نمود:
الف: استفاده از نقشه ی منطقه ی جغرافیائی
ب: استفاده از سطح ایزوکرونیک موج به Nk
که تقریباً برابر Nk/10 می شود.

محاسبه ی سطح (ایزوله) ساختمان بر حسب مترمربع Ae

در معرفی سطح زیر ساخت، همان تعداد صاعقه که به ساختمان اصابت می کند در نظر گرفته می شود. در پیوست استاندارد NFC 17-100, 17-102 محاسبات و جداول مربوطه ارائه شده است. ضریب بستگی به شرایط محیطی ساختمان دارد.
از نرم افزار ارائه شده توسط شرکت هلیتا محاسبات ریسک حریق ارائه شده است. همچنین این محاسبات در مجموعه های دیگر توسط سازندگان معروف ارائه گردیده است. شرکت فرس Furse نیز مجموعه محاسباتی خود را با توجه به ساختمان ارائه کرده است.
بررسی تعداد قابل انتظار برخورد صاعقه به ساختمان NC: (تعداد قابل تحمل صاعقه)
در بررسی احتمال برخورد صاعقه از فرمول زیر استفاده می شود.
: ضریب که بستگی به نوع ساختمان دارد.
: ضریب که بستگی به اجزاء ساختمان دارد.
: ضریب که بستگی به تجهیزات داخل ساختمان دارد.
: ضریب که بستگی به آثار و نتیجه ی برخورد و صاعقه به ساختمان دارد.
همچنین از طریق نرم افزار قابل محاسبه است.

سطح حفاظتی PROTECTION LEVEL :

در این حالت مقادیر مقایسه شده اند.
اگر کوچک تر یا مساوی باشد، در نتیجه نیاز به اجباری کردن نصب برق گیر نیست.
اگر بزرگ تر از باشد،نیاز به سیستم صاعقه گیر با سطح حفاظتی است.
مقادیر سطح حفاظتی، شعاع حفاظت برق گیر را مشخص می کند. فاصله ی ایمنی و پریود تعمیرات نیز توسط این سطح مشخص می گردد.
در بررسی نقشه مربوط به تعداد صاعقه در ایران بین صفر تا یک صاعقه (یک صاعقه /سال/ کیلومتر مربع) را می توان انتظار داشت.

سیستم ارت و صاعقه گیر (2)

محاسبه مقاومت الکترود زمین

1-میل سطحی:

این میل تشکیل شده از یک یا چند سیم مفتولی یا تسمه و یا طناب فولادی روی اندود که در عمق کم (حدود 50 سانت متر تا 100 سانتی متر) در زمین چال می شود. وممکن است به صورت ساده (خطی),اشعه ای (پنجه ای ),کمربندی,غربالی ویا ترکیبی از آن ها باشد.

طول یا ابعاد میل سطحی بستگی به مقدار گسترده مورد نیاز دارد.

مقاومت گسترده میل سطحی ساده (خطی) را می توان در شرایطی که زمین تا سطح میل یخ زده باشد اگر رابطه زیر را محاسبه کرد:

مقاومت گسترده میل گرد ساده بر حسب اهم R

قطر میل برحسب متر d:طول میل برحسب متر و L

استفاده شود در رابطه فوق bاگر ازمیل تسمه ای به پهنای

مثال: یک میل سطحی از تسمه  تخت فلزی بطول  L=100m وپهنای  b=2 cmکه در عمق یک متری زمین یک متری زمین چال شده است در صورتیکه مقاومت مخصوص زمین  .mΩp=100  باشد برابر با

در صورتیکه سطح مقطع میل سطحی از 100 سانتی متر مربع بزرگتر باشد.میتوان برای تعیین مقاومت گسترده میل از رابطه ساده روبرو استفاده کرد

میل سطحی بهتر است کاملا صاف و افقی در زمین قرار گیرد و در صورتیکه میل دارای انشعاب هایی می باشد (مثل پنجه ای )باید بخاطر جلوگیری از اثر متقابل اشعه ها بر یک دیگر زاویه  بین اشعه ها از 60 درجه کمتر نشود.به عبارت دیگر تعداد اشعه ها نباید از 6 عدد تجاوز کند . معمولا در پست های فشار قوی از 4 اشعه با زاویه 90درجهاستفاده می شود

در این صورت مقاومت  گسترده میل از رابطه زیر بدست می آید.

اگر از میل غربالی یا توری استفاده می شود.بهتر است که عرض توری حداقل برابر صفرنصف طول باشد.

متناسب با خانه های غربال برابر است با K   طول و عرض میل غربالی است و فاکتور B,L  و

2-میل عمقی :

این میل که در اعماق زمین چال می شود بر دو نوع است.میل میله ای و میل صفحه ای.

الف: میل میله ای :

که تشکیل شده از یک میله .لوله- یا هر پروفایل دیگری از آهن سفید که بطور عمودی در زمین کوبیده می شود و طول و تعدادی  آن بستگی به مقاومت گسترده لازم دارد. مقاومت گسترده یک میل میله ای بر حسب اهم برابر است با

که

قطر لوله یا مفتول برحسب متر می باشدD طول میل برحسب متر                                                     h

ب) میل صفحه ای

میله صفحه ای از ورق آن روی اندود(آهن سفید)ویا مسی به ضخامت 3 میلی متر تشکیل شده و بطور عمودی در زمین چال می شود.

می باشد .5m×1m ویا 1m×1m ابعاد آن متناسب با مقاومت گسترده لازم

در موقع قرار دادن صفحه در زمین باید دقت کرد که لبه بالای صفحه حداقل یک متر زیر سطح زمین قرار گیرد. در این صورت مقاومت گسترده میل صفحه ای برابر است

عرض صفحه است A که در آن

ج)الکترود گرافیکی:

الکترود های ارتقاء یافته برای خاک های کم رسانا و هدایت الکتریکی پایین (الکترود گرافیتی ) .گرافیت به علت خاصیت انتقال حرارتی و الکتریکی بالا در برابر مواد شیمیایی غیرقابل آسیب با خنثی عمل می کند.وبعنوان الکترود زمین خوب عمل می نماید.(به علت قابلیت نفوذ یکنواخت آن درون صخره های سنگی ).این الکترود نوعی هسته ی گرافیکی سخت است که بایک لایه املاح (نمک) وپودر گرافیت اطرافش پوشانده شده است ودر عین حال مانع وارد شدن آسیب های مکانیکی در حین نقل وانتقال یا نصب می شود ونیز رسانای الکترود ا بالا می برد.

همین عملکرد در مورد نفوذ پذیری مورد استفاده قرار می گیرد.میله اتصال تست نصب شده درون چاه ارت توسط سیم مسی به قطر 8-10 میلیمتر وبا تسمه  مسی به ابعاد2×30میلیمتر محکم می شود. جهت افزایش دوام وکارایی الکتود گرافیتی .گودال می بایست از خاک گرافیت و پودر خاص گرافیت جهت اتصال زمینی پر شود.

روش های اتصال سیم ارت به زمین

روش کوبیدنی (میله ای- الکترودی)

این روش بیشتر در مکان های که باعث سست بودن خاک و امکان کندن چاه نباشد می توان الکترود را در زمین کوبید در این روش چون امکان کوبیدن یک میله بلند مثلا 10یا 15  متری مشکل است از چند میله کوتاه  که به صورت دایره ای وبه فاصله حداقل 2.5 تا 3 متر می باشد کوبیده و در نهایت آنها ا به صورت موازی به هم اتصال داد.

روش دفنی :

از این روش در زمین هایی که حفر چاه ویا دفن کردن هادی امکان داشته باشد استفاده می شود. وبه دو صورت سطحی و عمقی می باشد.

استفاده از چاه ارت(صفحه ای-مشبک-کلافی)

سطحی که بیشتر در زمین های مردابی ویا به صورت کانال روی زمین (تسمه ای ,پاغازی,سیم خوابیده شده)در این موارد عمیق دفن معمولا 0.5 متر انتخاب می شود

سیم اتصال زمین سیار

از این روش بیشتر در هنگام  کار بر روی شبکه هوایی استفاده می کنند

اتصال زمین های سیار باید از سیم های لخت مسی افشان وقابل انعطاف ساخته شده باشند.ودارای استقامت حرارتی لازم جهت اتصال کوتاه باشند.

سطح مقطع سیم اتصال زمین سیاراز فرمول زیر بدست می آید

حداکثر جریان پایدار اتصال کوتاه دستگاه برحسب آمپر I  سطح مقطع هادی برحسب میلیمتر مربع        s

بیشترین زمان عملکرد رله های دستگاه برحسب ثانیه که به هرحال سطح مقطع مذکور نباید از 25میلیمتر مربع کمتر باشد T

تمام هادی های اتصال زمین سیار (جهت  اتصال کوتاه تمام فاز ها و وصل به سیستم زمین) باید دارای گیره های مخصوص باشد.

1-مجموعه اتصال زمین سیار باید شماره گذاری شوند و درمحل مشخص نگهداری شوند.(به علت اینکه در پایان کار یا در موقع تعمیر اجزایی فراموش نشود)

2- قطع و وصل کردن سکسیونرهای اتصال زمین  و همچنین اتصال سیار باید طبق نقشه اجرایی انجام شود.

3- باز وبست کردن اتصال زمینهای سیار در ایستگاه های با ولتاژبالای 1000ولت باید توسط دو نفر انجام پذیرد.

4- بستن اتصال زمین سیار را بایستی بلافاصله پس از کنترل نبودن ولتاژانجام داد.

شرایط انتخاب میله ها:

درانتخاب نوع میله ها باید به مواد موجود درخاک توجه کرد و آنگاه درمورد گالوانیزه بودن ویا دارای روکش دار بودن ونوع فولادی و….. توجه داشت

مشکلات میله ها:

مشکلات استفاده از الکترود های میله ای عبارت است از

3_کوبیدن آن ها در داخل زمین مخصوصا زمانی که بخواهیم تعداد بیشترویا به طول بزرگ تر در زمین بکوبیم.

4_خورندگی و پوسیدگی آنها باگذشت زمان

5_اثرات املاح و مواد شیمیایی موجود در خاک بر روی آنها

انواع صفحه ها:

صفحات معمولا قبلا از جنس آهن وبعد ها ازجنس مس و گاها” از صفحات  مسی روکش داده شده بابعضی ازآلیاژها استفاده می شود.

روش اتصال سیم به صفحه:

سیم ارت را به روش های ذیل به صفحه اتصال دهند.

1_در گوشه هاو یا در وسط صفحه سوراخی تعبیه می کنند وبعد سیم ارت را به صورت کمربندی از سوراخ گوشه ها عبور داده وبعد در سوراخ وسطی به پیچ و مهره محکم به صفحه می بندند.(باید توجه کرد که برای جلوگیری کردن از خوردگی به دلیل خاصیت قطبی بودن دو فلز مختلف باید جنس پیچ ها از جنس صفحه باشد)

2_محل اتصال بین صفحه وسیم را جوش مخصوص می دهند.

روش های قرار دادن صفحه در چاه:

صفحه را می توان به دو صورت در داخل چاه قرار داد.

1_به صورت عمودی :که بهترین روش می باشد به دلیل اینکه هر دو طرف صفحه همیشه به یک اندازه باخاک در تماس است.

2_به صورت افقی: دراین روش چون نمک ویا ذغال سنگ با گذشت زمان حل می شوند.و درزیر صفحه حفره ای کوچک تشکیل شده و مقاومت آن قسمت زیاد می شود ودر تماس کمی با خاک قرار می گیرد.به همین دلیل از این روش در زمانی که ازنمک و ذغال بکار می رود کمتر استفاده می کنند.

محاسبه تعداد چاه ارت

برای محاسبه تعداد چاه های اتصال زمین لازم است مقاوت حداکثر مجاز سیستم اتصال زمین با الکترود مشخص را از رابطه زیر بدست آورد.

مقاومت هر چاه اتصال زمین برحسب اهمR

مقاومت مخصوص اکتریکی زمین برحسبƿ

قطر الکترود مورد نظر برحسب سانتی مترD

طول الکترود مورد نظر برحسب سانتی مترL

روش پرکردن چاه ارت

چاه ارت را به سه روش می توان پر کرد

1. بااستفاده از نمک وذغال به صورت لایه لایه (وش سنتی)
2. بااستفاده از نمک وذغال به صورت مخلوط (روش سنتی)
3. با استفاده از مواد مخصوص و کاهنده مقاومت زمین(که اخیرا رایج پیدا کده است)

روش کاهش مقاومت  چاه ارت

1-  بااستفاده از موادی که ضریب هدایت آنها بیشتر ا نمک وذغال است

2- با استفاده از حفظ رطوبت خاک

روش های حفظ رطوبت و جلوگیری از افزایش مقاومت چاه

_ احداث چاه در باغچه و محل های چمن کاری شده

_ احداث چاه در زیر ویا نزدیکی ناودانی آب باران

_ قرار دادن اولیه پلیکا به صورت مورب وپر از ماسه و سوراخ دار در داخل چاه

انواع کار برد های چاه ارت

1_  حفاظتی

2_  اکتریکی

2.1_ رعد وبرق

2.2_ میدانهای مغناطیس

چاه ارت

شکل کلی چاه ارت 

جهت جلوگیری از بارهای اضافی ومخرب روی سیستم برقی,سیستم زمین یا ارت باید برقدار شود دراین سیستم,نول واقع یه چاه ارت توسط کابل مسی مرتبط می شود شرایط ایجاد ارت استاندارد به صورت ذیل می باشد:

1_حفر چاه تا رسیدن به خاک نم دار بایستی انجام شود

2_پودر ذغال و نمک (کلیرید سدیم) به نسبت یک به دو (هرکیلو گرم ذغال دوکیلو گرم نمک) به مقدار 40کیلوگرم درچاه ریخته شود (این مواد با مقاومت خاک نسبت عکس دارند وکم وزیاد کردن این مواد مقاومت خاک را زیاد ویا کم می گرداند)

3_صفحه ی مسی به اندازه 50×50 سانتی متر وبه قطر 1 سانتی متر به صورت تیغه ای (عمودی)روی نمک وذغال قرار می گیرد.

4_ سیم مسی به قطر 50میلیمتر توسط کابلشو مسی وپیچ ومهره مخصوص از جنس مس جهت جلوگیری از پوسیدگی و زنگ زدگی به صفحه مسی متصل شود.

5_لوله پلیکا به قطر 4ا 6 سانتی متر در کنار ویا بصورت مورب در چاه قرارمی گیرد.لازم به توجه است.سوراخهای متعددی در بدنه لوله ها ایجاد شده تا اطراف لوله وچاه را مرطوب گداند.

6_در پایان نیز چاه باخاک رس و نرم پر می شود.

7_مقاومت چاه بااستفاده از دستگاه ارت سنج باید زیر 2 اهم باشد.

انواع مواد کاهش دهنده مقاومت چاه

1.لوم

2.مارکونیت

3.ماده سان ارت

4.بنتونیت

الف) بنتونیت میکرونیزه

ب) بنتونیت اکتیب دار

5.خاکستر سفی

GMI.6

1. ژل افزاینده هدایت الکتریکی
2. مواد صاعقه گیر زمین
3. مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین

MEG .10مواد ازاینده اثر زمین

GEM.11

12.خاک کاهنده مقاومت زمین

13.پودر هادی الکترسیته (رسانا)

AZP.14 مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین آذر پاد

16.تونسیل ارت مخصوص چاه ارت

17. نمک و ذغال خاک ذغال موزاک خاک ذغال پود_ نمک

 _نمک صنعتی

 _نمک شکری

 _نمک شکلاتی