صاعقه در کمین است مراقب باشیم!

با افزایش ساخت و سازها و سربرآوردن هرچه بیشتر ساختمان‌ها و برج های بلند و آسمان‌خراش ها درمناطق مرتفع و تحولات شگرف در صنعت‌ ساخت و ساز، تکامل و پیشرفت چشمگیری نیز دراین صنعت به وجود آمده . از سوی دیگر ، امروزه با رشد روزافزون و سریع تکنولوژی وارایه و ابداع روش‌های جدید در صنایع، می‌توان تا حد زیادی از تهدید ها و خطرات و حوادث طبیعی گوناگون جلوگیری کرد. خطراتی که ساختمان ها را بر اثر ساخت و ساز درمناطق مرتفع تهدید می‌کند، مهندسان و تکنیسین های ساختمانی و عمران را متوجه این حوادث و صدمات کرده که این خطرات نیز البته با دانش و نوآوری روزافزون متخصصان روبه کاهش است. ما در جوامع شهری و روبه گسترش امروزی نیاز شدید و اصولی به فراگیری و رعایت کامل ایمنی و حفظ ساختمان ها در مناطق مرتفع داریم، تا خود و دیگران را در برابر این همه خطرات و سوانح طبیعی حفظ کنیم . ما باید این معلومات و راه و روش صحیح برای پیشگیری و چاره‌اندیشی را فرا گیریم تا بتوانیم از این حوادث طبیعی، که صاعقه یکی از آن هاست، جان سالم بدر ببریم.

صاعقه چیست و چگونه به وجود می‌آید؟

صاعقه یکی از اسرارآمیز‌ترین پدیده‌های خلقت است که در عین زیبایی، بسیار مخرب و خطرناک بوده و در طول تاریخ زندگی انسان، موجب ضرر و زیان مالی و جانی بسیاری شده است. صاعقه از تخلیه الکترواستاتیکی میان ابر و زمین به وجود می‌آید. در ابرهایی از نوع کومولونیمبوس (که گاه تا ۱۸ کیلومتر ارتفاع و چندین کیلومتر عرض دارند) طی مراحلی ذرات آب دارای بار منفی و ذرات یخ دارای بار مثبت شده، به گونه ای که غالبا بارهای منفی در لایه‌های زیرین و بارهای مثبت در بخش های فوقانی ابر متمرکز می‌شوند. در این حالت بارهای مثبت سطح زمین نیز، در زیر سایه ابرها جمع می‌شوند. با افزایش پتانسیل الکتریکی ابر نسبت به زمین، یک جریان پیشرو از الکترون ها با حرکتی نردبانی شکل از ابر به سوی زمین سرازیر شده و کانال اولیه صاعقه را شکل می‌دهد. هوای اطراف این کانال کاملاً‌ یونیزه است. این کانال 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 وشکست مقاومت عایقی هوا می‌شود. در این حالت سرعت حرکت کانال نزدیک شونده به زمین بیش از سیصد کیلومتر بر ثانیه است. در این زمان، با افزایش شدت میدان الکتریکی در سطح زمین، یک جریان الکتریکی بالا‌رونده نیز از زمین به سوی ابر پیش می‌رود. پس از اصابت این دو جریان به یکدیگر، کانال جریان بسته شده و ضربه اصلی صاعقه اتفاق می‌افتد و به این ترتیب، به خاطر خنثی شدن بارهای الکتریکی ابر و زمین، جریان بسیار زیادی در مدت کوتاهی در این کانال برقرار می‌شود .صاعقه در انواع مختلف اتفاق می‌افتد که متداول ترین آنها از نوع صاعقه منفی نزولی و خطرناک ترین آنها هم نوع مثبت صعودی است.

خسارات زیاد و مکرر از اثرات اولیه (ضربه‌های مستقیم) و ثانویه (میدان‌های الکترومغناطیسی) صاعقه، امروز به حدی رسیده است که توجه و راهکارهای جدی را می‌طلبد. شاید اولین دلیل بروز این حوادث، عدم آگاهی از روش های صحیح حفاظت است. اغلب به اشتباه تصور می‌شود که داشتن یک صاعقه‌گیر در خارج ساختمان (که تنها از وقوع جرقه و تخریب فیزیکی ساختمان جلوگیری می کند)، می‌تواند کلیه تجهیزات برقی و الکترونیکی داخل ساختمان رانیز حفاظت کند، در صورتی که چنین نیست.

ظرف ده سال گذشته، استانداردهای جهانی به ما این امکانات را داده‌اند که طراحی های مناسبی با رعایت اصول قوانین ای. ام. سی انجام دهیم. امروزه وسایل و تجهیزاتی که برای یک زندگی ساده تدارک دیده شده پر از مدارهای الکترونیکی است؛ وسایل خانگی، کامپیوتر، دستگاه فاکس، بی‌سیم، تلویزیون، تلفن، شبکه‌های اطلاعاتی جهانی،‌همه و همه از مدارهای الکترونیکی ساخته شده‌اند. این دستگاه ها اغلب گران قیمت اند و تعمیر آنها نیز آسان نیست و گاهی از خط خارج شدن آنها مصادف با خسارت های غیرقابل جبران است. عواملی که می‌توانند شدیداً تجهیزات نامبرده بالا یا بطور کلی هر وسیله دیگری را که مدارهای الکترونیکی در آنها به کار رفته باشد، به خطر انداخته یا غیرقابل استفاده کنند، عبارتند از: کوپلاژ مقاومتی، کوپلاژ سلفی و کوپلاژ الکتریکی.

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 هادی های ورودی- خروجی، به ساختمان های دیگر نیز منتقل شود. به این پدیده کوپلاژ مقاومتی می گویند. عبور جریان صاعقه از یک هادی و یا از کانال تخلیه خود، ایجاد یک میدان مغناطیسی می‌کند. وقتی که خطوط میدان، هادی هایی را که تشکیل یک حلقه یا لوپ داده‌اند، قطع کنند، در آنها ولتاژی معادل چند ده کیلوولت القاء می‌شود. به این پدیده کوپلاژ سلفی می گویند.

کانال صاعقه در نزدیکی نقطه تخلیه، یک میدان شدید الکتریکی ایجاد می‌کند. کابل ها و هادی ها مانند خازن و هوا نیز عایق دی‌الکتریک آنهاست. بدین صورت، علیرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان، کابل ها تحت یک ولتاژ بالا قرار می‌گیرند. به این پدیده کوپلاژ خازنی یا الکتریکی می گویند.

حفاظت از صاعقه

اصول حفاظت از صاعقه در ساختمان به طور کلی به دو صورت عمده انجام می شود: ۱ - حفاظت جلد خارجی ساختمان از ضربه‌های مستقیم صاعقه .۲ - حفاظت داخلی و تجهیزات نصب شده در ساختمان در مقابل آثار ثانویه صاعقه. منظور از حفاظت از جلد خارجی ساختمان، حفظ بدنه و ساختار ساختمان از آتش‌سوزی و انهدام در اثر اصابت صاعقه است. کلیه تجهیزاتی که جهت جذب وهدایت صاعقه از پشت بام تا شبکه زمین نصب می‌شوند طبق استاندارد شناسایی می‌شود.

اما در مورد حفاظت از تجهیزات نصب شده در داخل ساختمان باید به این موارد توجه کرد: توسعه کاربرد سیستم های الکترونیکی درجهان، موجب افزایش شدید آمار صدمات وارده به این دستگاه ها در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن شده است. اما باید بدانیم که تنها بخشی از اضافه ولتاژها در اثر صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشی از عملیات سوئیچینگ و حوادث تغذیه است. برای این بخش از حفاظت، کاهش اثر میدان های الکترومغناطیسی ناشی از صاعقه، مدنظر قرار می‌گیرد. پس از برخورد صاعقه به زمین یا ساختمان، وسایل الکترونیکی داخل ساختمان هایی که در 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 سیستم های حفاظت داخلی همراه با حفاظت خارجی ساختمان تماماً نصب شده باشند. نشست تدریجی بار مثبت از نوکها (تخلیه الکتریکی از نوک‌های تیز بهتر انجام می‌شود) به سوی ابرها و شارش الکترون ها از برق‌گیر به زمین، از انباشته شدن انبوه بار روی بلندترین بخش های ساختمان جلوگیری می‌کند. اگر این تخلیه الکتریکی از نوکها و از طریق برق‌گیری صورت نگیرد، تخلیه ناگهانی بار «آذرخش» صورت خواهد گرفت که همانطور که اشاره شد، خطرات و صدمات زیادی در پی خواهد داشت.

شارش ناگهانی و بسیار عظیم بار که آذرخش عامل آن است، آن قدر انرژی دارد که می‌تواند خسارت های جدی به ساختمان وارد کند.

امروزه در طراحی ساختمان ها باید به طور اخص به ایمنی داخلی و خارجی ساختمان در مقابل بلایایی چون صاعقه، زلزله و غیره توجه دوچندان کرد. علم و تکنولوژی پیشرفته امروز راه های فراوانی را به روی مهندسان و طراحان ما گشوده است.