در مقاله امروز ساختمان آنلاین قصد داریم شما را با صاعقه گیر و نحوه کار آن در ساختمان آشنا کنیم. رعد و برق یکی از حیرت‌انگیز ترین رویدادهای طبیعی است. اگرچه مناظر بسیار زیبایی در هنگام وقوع صاعقه ایجاد می‌شود، با این حال این پدیده یکی از کشنده ترین وقایع طبیعی است که برای انسان شناخته شده است.
طبق گزارش‌های سازمان ملی هواشناسی ایالات متحده، به طور متوسط سالانه 330 نفر در این کشور دچار صاعقه می‌شوند و به طور متوسط 51 نفر از آن‌ها نیز در اثر این امر جان خود را از دست می‌دهند. این آمار نشان می‌دهد که صاعقه بسیار خطرناک بوده و باید اقدامات ایمنی لازم نسبت به آن انجام شود. صاعقه یک پدیده فیزیکی بوده که دمای بسیار بالایی در نقطه برخورد ایجاد می‌کند. علاوه بر این، امواج بسیار قوی و تکان دهنده‌ای را نیز به همراه دارد که می‌تواند بسیار خطرناک باشد.
اگر از زیبایی و قدرت این پدیده بگذریم، سوال اساسی که همواره وجود داشته آن است که پدیده رعد و برق چگونه کار می‌کند؟ پاسخی که بسیار رایج است آن است که صاعقه در طوفان‌های حاوی بار الکتریکی شکل می‌گیرد. با این حال، نحوه باردار شدن ابرها هنوز جای بحث دارد. در این مقاله در ابتدا در مورد نحوه ایجاد صاعقه مطالبی بیان می‌شود و سپس با صاعقه گیر و نقش آن در جلوگیری از بروز خسارات بیشتر آشنا خواهیم شد.
باردار شدن ابرها
باردار شدن ابرهادر یک طوفان الکتریکی، ابرهای طوفانی همانند خازن‌های غول آسا در آسمان باردار می‌شوند. نواحی بالای ابرها دارای بار مثبت و نواحی پایینی آن‌ها دارای بار منفی می‌باشد. ابر در واقع تجمع رطوبت در جو زمین می‌باشد. این رطوبت‌های تجمع یافته می‌توانند با یخ و برف که در حال سقوط به زمین می‌باشد برخورد داشته باشند. در اثر این برخوردها الکترون‌ها از رطوبت تجمع یافته جدا می‌شوند و به این ترتیب یک جدایش بار الکتریکی رخ می‌دهد.
الکترون‌های جداشده در قسمت‌های زیرین ابر تجمع کرده و ایجاد بار منفی می‌کنند و به طبع آن نواحی بالایی ابرها دارای بار مثبت می‌شوند. در اثر ایجاد جدایش بار الکتریکی درون ابر، یک میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. مشابه حالت قبل، میدان در مناطق پایینی منفی و در مناطق بالایی مثبت می‌باشد. قدرت یا شدت این میدان الکتریکی ایجاد شده با میزان تجمع بار در ابر ارتباط مستقیم دارد. با گذشت زمان و ادامه برخوردها و یخ زدگی‌ها در جو، میدان الکتریکی شدید و شدیدتر می‌شود.
این شدت میدان الکتریکی تا حدی بالا می‌رود که الکترون‌های روی سطح زمین توسط بار منفی موجود در ابر دفع شده و به این ترتیب روی سطح زمین تجمع بار مثبت ایجاد می‌شود. در ادامه، تنها چیزی که لازم است وجود یک مسیر رسانا بین نواحی زیرین منفی ابر و سطح مثبت زمین می‌باشد تا تماس بین بارها برقرار شود. میدان الکتریکی قدرتمند ایجاد شده خود قابلیت ایجاد این مسیر را دارد.
ایجاد مسیر تخلیه بار بین ابر و زمین
میدان قوی الکتریکی منجر به درهم شکستن هوای اطراف ابر می‌شود. در واقع میدان الکتریکی منجر به یونیزه شدن هوا می‌شود و به این ترتیب هوا تبدیل به یون‌های مثبت و الکترون‌های جدا شده از یکدیگر می‌گردد. این جداشدن بارهای هوا باعث می‌شود که الکترون‌ها بتوانند بسیار راحت‌تر از قبل حرکت کنند. در نتیجه می‌توان گفت این هوای یونیزه که به آن پلاسما نیز می‌گویند، بسیار رساناتر از هوای غیر یونیزه قبلی می‌باشد.
به این ترتیب و با افزایش رسانایی هوا، یک مسیر رسانا بین ابر و زمین ایجاد شده و در نتیجه بین ابر و سطح زمین اتصال کوتاه رخ می‌دهد. نکته‌ای که باید به آن توجه شود آن است که مسیر ایجاد شده بین ابر و زمین، لزوماً یک مسیر مستقیم نیست. این امر به این دلیل است که هوا از تمامی جهات به یک اندازه یونیزه نمی‌شود. وجود عواملی نظیر گرد و غبار و ناخالصی درون هوا ممکن است باعث آن شود که هوا در یک سری از جهات راحت‌تر یونیزه شود و یا بالعکس.
عامل دیگری که در یونیزاسیون هوا تأثیر دارد شکل میدان الکتریکی می‌باشد. این امر بستگی به محل ذرات مثبت و منفی روی سطح زمین و نواحی زیرین ابر دارد. بنابراین نتیجه‌گیری می‌شود که مسیر حرکت بارها از ابر به زمین مستقیم نیست و بارها مسیری را انتخاب می‌کنند که کمترین مقاومت سر راه آن‌ها باشد؛ به همین خاطر رعد و برق‌هایی که مشاهده می‌شوند به صورت شاخه‌ای و در مسیرهای غیر مستقیم شکل می‌گیرند.
وقوع صاعقه
وقوع صاعقهتشکیل مسیر رسانا بین ابر و زمین به معنای وقوع صاعقه نیست، بلکه صاعقه زمانی اتفاق می‌افتد که جریان ناگهانی و بسیار عظیم الکتریکی از مسیر ایجاد شده عبور کرده و به این ترتیب از ابر به زمین منتقل شود. این تخلیه بار شدید و ناگهانی در واقع پاسخ طبیعت به جداسازی بار الکتریکی و تلاش آن برای خنثی سازی این امر می‌باشد. نور شدیدی که در اثر این امر مشاهده می‌شود نیز یکی از اثرات محلی وقوع صاعقه می‌باشد.
احتمال برخورد صاعقه با زمین بسیار متداول است، بخصوص وقتی که در نواحی مجاور درخت، تیر برق و یا هر جسم بلند دیگری وجود داشته باشد. در واقع چون مسیر رسانای ایجاد شده در هوا مستقیم نیست، این مسیر به سمت اشیا بلند موجود در زمین منحرف می‌شود. هر محلی که جریان الکتریکی وجود داشته باشد، گرما نیز به همراه آن وجود دارد.
بنابراین از آنجایی که در برخورد صاعقه با زمین جریان الکتریکی بسیار زیادی وجود دارد، میزان گرمای تولید شده هم بسیار زیاد می‌باشد. در واقع، می‌توان گفت که نقطه برخورد صاعقه با زمین، به علت تمرکز بسیار بالای بار الکتریکی، دمای نقطه‌ای بیشتر از سطح خورشید را دارد. دلیل اصلی نور بسیار سفید و درخشان ایجاد شده نیز همین دمای بسیار بالا در محل برخورد می‌باشد.
هنگامی که هوا گرم می‌شود، به سرعت منبسط شده و در واقع یک موج فشرده ایجاد می‌کند که از طریق هوای اطراف منتشر می‌شود. این موج فشرده به صورت صوت خود را نشان می‌دهد که در اصطلاح به آن رعد می‌گوییم. این موج صوتی بی خطر نمی‌باشد. اگر به اندازه کافی نزدیک باشید، می‌توانید شوک ایجاد شده در اثر این موج را به صورت لرزش محیط اطراف خود احساس کنید. این موج ضربه‌ای می‌تواند به سازه‌ها و افراد آسیب برساند.
- بیشتر بخوانید: مواردی که باید در مورد ایمنی برق به خاطر بسپاریم
هرچه فاصله شما از محل برخورد کمتر باشد، به علت قوی‌تر بودن موج ضربه‌ای، خطر بیشتری نیز متوجه شما خواهد بود. طبق قوانین فیزیک، سرعت صوت بسیار کمتر از سرعت نور است و به همین علت است که در هنگام بروز صاعقه، ابتدا نور شدید دیده می‌شود و بعد از مدتی صدای مربوط به آن به گوش ما می‌رسد.
انواع برخوردهای بار الکتریکی در صاعقه
انواع برخوردهای بار الکتریکی در صاعقهصاعقهها را از نظر نوع برخورد در سه دسته بندی می‌توان بیان کرد که عبارت‌اند از:
- برخورد از ابر به زمین. این برخورد در بخش‌های قبل توضیح داده شد.
- برخورد از زمین به ابر. این حالت برخورد نیز مشابه حالت قبل است؛ با این تفاوت که برخورد معمولاً از یک جسم بلند روی سطح زمین مثل برج‌ها و غیره آغاز می‌شود.
- برخورد از ابر به ابر. از نظر مکانیزم مشابه موارد قبل است با این تفاوت که مسیر رسانا بین دو ابر تشکیل می‌شود و بار الکتریکی از یک ابر به ابر دیگر منتقل می‌شود. نکته‌ای که باید بیان شود آن است که بیشتر صاعقه‌های ایجاد شده از این نوع می‌باشند و در واقع تعداد بسیار کمی از صاعقه‌ها می‌توانند به زمین برخورد کنند.
صاعقه گیر
صاعقه گیر در ابتدا به وسیله بنجامین فرانکلین ساخته شده است. ساختار صاعقه گیر بسیار ساده است؛ این سازه از یک میله فلزی نوک تیز تشکیل شده است که به سقف ساختمان‌ها متصل می‌شود. قطر این میله‌ها بستگی به ساختمان و ارتفاع آن دارد و می‌تواند میله‌ای به قطر یک اینچ باشد. این میله متصل شده به سقف، به سیم مسی و یا آلومینیومی بسیار بزرگی متصل می‌شود که قطر این سیم نیز در حدود یک اینچ است. این سیم به یک شبکه رسانا در زمین متصل می‌شود.
هدف استفاده از صاعقه گیر در ساختمان‌ها
هدف استفاده از صاعقه گیر در ساختمانهامعمولاً هدف از استفاده از صاعقه گیر به اشتباه توسط مردم برداشت می‌شود. بسیاری از افراد بر این باور هستند که صاعقه گیر باعث جذب صاعقه به سمت ساختمان می‌شود. در واقع باید این طور بیان شود که صاعقه گیر وظیفه آن را دارد که مسیری با مقاومت خیلی کم را فراهم کند تا هنگام وقوع صاعقه، جریان‌های الکتریکی عظیم از طریق این مسیر به سمت زمین هدایت شوند.
در مواقعی که صاعقه به ساختمان برخورد می‌کند، صاعقه گیر جریان عظیم منتقل شده را کنترل می‌کند و به این ترتیب جریان مضر را از سازه دور کرده و مانع از آسیب رسیدن به ساختمان می‌شود. در صورتی که صاعقه به ماده‌ای که به خوبی رسانا نیست برخورد کند، حرارت بسیار بالایی ایجاد شده و صدمات زیاده به سازه وارد می‌گردد.
- بیشتر بخوانید: همه چیز درباره تاسیسات برقی و الکتریکی ساختمان
جنس ماده‌ای که در صاعقه گیر استفاده می‌شود بسیار رسانا بوده و به این ترتیب بدون ایجاد گرمای بیش از اندازه، جریان به سمت زمین هدایت می‌شود. صاعقه در هنگام برخورد با اشیاء، می‌تواند به اطراف پرش کند. این امر به این دلیل است که صاعقه به دنبال مسیری با کمترین مقاومت به جهت رسیدن به زمین می‌باشد. این جهش در صاعقه وابسته به میزان اختلاف بین پتانسیل محل برخورد صاعقه و پتانسیل زمین می‌باشد. در صورتی که محل برخورد صاعقه در نزدیکی صاعقه گیر باشد، از آنجایی که مقاومت صاعقه گیر بسیار کم است، صاعقه به سمت آن جهش کرده و بدون آنکه آسیب بیشتری وارد کند به سمت زمین هدایت می‌شود.
بنابراین همانطور که دیدید، هدف از استفاده از صاعقه گیر، جذب صاعقه به سمت ساختمان نمی‌باشد؛ بلکه وظیفه اصلی صاعقه گیر فراهم کردن مسیری ایمن است تا صاعقه در صورت برخورد بتواند به راحتی به سمت زمین هدایت شود. در واقع می‌توان گفت حضور یا عدم حضور صاعقه گیر در برخورد صاعقه هیچ نقشی ندارد اما آنچه بعد از برخورد رخ می‌دهد را بسیار تحت تأثیر قرار می‌دهد.
نقش ارتفاع ساختمان در نصب صاعقه گیر
نقش ارتفاع ساختمان در نصب صاعقه گیرتمامی ساختمان‌ها نیاز به نصب صاعقه گیر ندارند. طبق قوانین مطرح شده در این زمینه، در نواحی که احتمال برخورد صاعقه با زمین کم است، نیازی به نصب صاعقه گیر برای ساختمان‌هایی با ارتفاع کمتر از 60 متر نمی‌باشد. در صورتی که ارتفاع ساختمان از این میزان بیشتر باشد، باید تجهیزات مناسب صاعقه گیر نصب شود؛ چه ساختمان در منطقه‌ای مستعد صاعقه باشد و چه نباشد نصب صاعقه گیر برای این ساختمان‌ها ضروری است.
انواع صاعقه گیر
به طور کلی می‌توان صاعقه گیر های مورد استفاده در ساختمان‌ها را به سه دسته اصلی تقسیم بندی نمود. این سه دسته عبارت‌اند از: صاعقه گیر میله‌ای یا راد، صاعقه گیر میله‌ای و سیمی و صاعقه گیر شبکه‌ای. هر یک از این سه دسته مطرح شده ویژگی‌های خاص خود را دارند و در ساختمان‌های مشخصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تمامی این سه دسته از صاعقه گیر ها، بعد از اتمام ساخت ساختمان بر روی سقف نصب می‌شود. نوع دیگری از صاعقه گیر ها نیز وجود دارد که در هنگام ساخت سازه نصب می‌شوند. در واقع در این حالت اسکلت ساختمان به عنوان یک صاعقه گیر انجام وظیفه می‌کند.
صاعقه گیر راد یا میله‌ای
این نوع صاعقه گیر به صاعقه گیر فرانکلین مشهور است که به صورت یک میله ساده فلزی است که در پشت بام نصب می‌شود و از طریق سیم‌هایی به ضخامت 5 میلی‌متر و بدون پوشش به به زمین وصل می‌شوند. این نوع صاعقه گیر مساحت کمی را تحت پوشش قرار می‌دهد و برای افزایش سطح پوشش آن باید ارتفاع میله پشت بام را افزایش داد.
صاعقه گیر کابلی و میله‌ای
صاعقه گیر کابلی و میلهایدر این نوع صاعقه گیر، میله‌هایی در اطراف خانه در زمین کار گذاشته می‌شوند که از زیر زمین نیز به یکدیگر متصل هستند و در بالا نیز به وسیله سیم‌هایی به هم وصل می‌شوند. فاصله کابل‌ها از پشت بام باید حداقل یک دهم ارتفاع ساختمان باشد. این نوع صاعقه گیر پوشش خوبی دارد ولی زیبایی فضا را به شدت کاهش می‌دهد.
صاعقه گیر شبکه‌ای
صاعقه گیر شبکهایاین نوع صاعقه گیر به نام صاعقه گیر قفس فارادی نیز معروف است که متشکل از میله‌هایی فلزی در چهار طرف پشت بام ساختمان، سیم‌کشی آن‌ها به یک دیگر توسط سیم‌های با قطر 5 میلی متر بدون پوشش است. در این روش تمام بخش‌های یک ساختمان به وسیله شبکه سیمی محافظت شده و در نهایت این سیم‌ها به زمین وصل می‌شوند تا در زمان برخورد صاعقه، انررژی آن را به زمین منتقل کنند. این نوع صاعقه گیر بیشتر برای ساختمان‌هایی که وسایل الکترونیکی قابل توجهی مانند کامپیوتر دارند، مورد استفاده قرا می‌گیرد.
ضوابط و مقررات نصب صاعقه گیر
ضوابط و مقررات نصب صاعقه گیرعبور جریان بسیار زیاد صاعقه پیش از آنکه در کل شبکه آرماتور ساختمان پخش شود ، به ویژه در نزدیکی محل برخورد صاعقه به ساختمان، می‌تواند خسارت آفرین باشد. همچنین در صورت عبور این جریان از مسیرهاي مقاومت‌دار ولتاژهاي خطرناکی پدید می آید. به همین علت لازم است کلیه ساختمان‌هاي مرتفع و یا ساختمان‌هايی که در نقاط مرتفع زمین و یا سایر نقاط صاعقه گیر احداث می‌شوند به صاعقه گیر مناسب تجهیز گردند. برخی از مهم‌ترین ضوابطی که در هنگام نصب صاعقه گیر باید رعایت شود عبارت‌اند از:
- ضروری است که از اتصال صاعقه گیر و سیم هادی آن به بدنه ساختمان جلوگیری به عمل آید. بهتر است که سیم‌های هادی که از سقف ساختمان به سمت زمین کشیده شده اند را از گوشه‌های ساختمان و به صورت رو کار بدون آنکه اتصالی به بدنه ساختمان داشته باشند هدایت کرد. عبور این سیم‌های هادی از داخل ساختمان در صورتی که از درون داکت‌های مخصوص رد شوند مجاز می‌باشد.
- در صورت استفاده از داکت‌های مخصوص برای عبور سیم‌های هادی، هیچ سیستم الکتریکی دیگری را نباید از درون این داکت‌ها عبور داد.
- سیم‌های هادی باید از ابتدا یعنی از محل صاعقه گیر در سقف ساختمان تا انتها یعنی زمین به صورت یکپارچه باشند و استفاده از هیچ نوع اتصال یا مفصل در مسیر این سیم‌ها مجاز نمی‌باشد.
- استفاده از سیم‌های هادی بدون روکش بسیار خطر آفرین بوده و به همین علت توصیه می‌شود از سیم‌های هادی دارای روکش پلاستیکی استفاده شود. این سیم‌ها باید بتوانند حداقل ولتاژ 1000 ولت را تحمل کنند.
- سیم‌های هادی در سیستم‌های صاعقه گیر فقط باید به چاه ارت اختصاصی صاعقه گیر ساختمان متصل شوند و به هیچ هادی دیگری اتصال نداشته باشند.
- سطح مقطع سیم‌های هادی بر اساس استانداردها باید تعیین شود و نباید از 35 میلی‌متر مربع کمتر باشد.
- استفاده از چاه ارت مجزا برای صاعقه گیر بسیار ضروری است. علاوه بر این، باید توجه شود که این چاه از چاه ارت مربوط به تأسیسات ساختمان فاصله داشته باشد.
منابع: howstuffworks و electrical-installation
