حفاظت مراکز مخابراتی در برابر صاعقه

پدیده صاعقه و نحوه شکل گیری آن

قبل از شروع بحث حفاظت مراکز مخابراتی در برابر صاعقه لازم است مختصری در مورد پدیده صاعقه توضیحاتی داده شود. ابر حامل بار فعال الکتریکی، بارخود را بین زمین و ابر به نسبت تقسیم (لایه لایه) می کند،به این ترتیب بار الکتریکی ابر و زمین به گونه ای شکل می گیرد که یکی تشکیل قطب مثبت و دیگری به سمت قطب منفی گرایش پیدا می کند.

باربیشتر ابرها به زمین منفی است (الکترون سرازیر می شود)، البته برخی موارد بار ابر ممکن است مثبت و یا شامل هر نوع مثبت و منفی (bipolar) باشد.صاعقه بار مثبت خطرناک تر و معمولا در هنگام طوفان های شدید رخ می دهد.

با افزایش میدان الکتریکی بین ابر و زمین، سطح این میدان به قدری بالا می رود که اتمسفر اطراف ابر به عنوان عایق شروع به شکست می نماید.دراین حالت یک موج پیشرو (Stepped Leader)  از ابر جدا شده و به سمت زمین نشانه می رود.

هرچند این موضوع غیر قابل دیدن است ولی خود مقدمه ای بر یونیزاسیون مسیری در هوا می شود که صاعقه خو را در آن جاری می کند. این مسیر را پهنه جاری بالارو (upward going Streamer)  می نامند.

اهمیت حفاظت مراکز مخابراتی در برابر صاعقه

حفاظت مراکز مخابراتی در برابر صاعقه،بخش مهم و ضروری از مسئولیت های یک طراح توزیع مخابرات به شمار می رود.صاعقه مخرب ترین و خطرناک ترین عاملی است که حفاظت از آن به طور همیشگی مورد نیاز می باشد و این امر در مراکز مخابراتی چه از نظر ارتفاع سازه برج و چه از نظر حساسیت تجهیزات مورد استفاده در آن ها، اهمیتی خاص دارد.

تجهیزات جذب صاعقه

فلزات تجهیزاتی که در معرض مستقیم اصابت صاعقه هستند باید حداقل ضخامت 4.8 میلی متر را داشته باشند. این تجهیزات باید حداقل از طریق دو مسیر به سیستم حفاظت زمین متصل شوند.

  1. ارتفاع ترمینال های هوایی
  2. جایابی صاعقه گیرها بر روی سقف (Location of Strike termination device)
  3. تعیین مناطق حفاظت شده با استفاده از روش گوی غلطان (Rolling sphere)
  4. هادی ها (conductors)
  5. کنداکتورهای غیر فعال(Down conductor)
  6. پایانه های زمینی (Ground Terminal)
  7. میله های زمین (Ground Rod)
  8. حلقه های الکترودهای زمین (Ground Ring Electrode)
  9. پلیت (صفحه) زمین (Ground Plate)

مواد ساخت تجهیزات حفاظت در برابر صاعقه

سیستم حفاظت در برابر صاعقه باید از مواد مقاوم به زنگ زدگی تشکیل شده باشد تا در برابر رطوبت و سایر عوامل خورنده فلز مقاومت کافی از خود نشان دهد. استفاده از مواد زیر در ساخت تجهیزات بلامانع است:

مس

آلیاژهای مس

آلومینیوم

سیستم حفاظت از جنس مس نباید بر روی سقف هایی از جنس آلومینیوم کار شود و بالعکس.به طور کلی باید از تماس مستقیم دو فلزی مس و آلومینیوم جلوگیری کرد و در صورت نیاز به اتصال این دو فلز استفاده از بی متال الزامی است.

اتصال قطعات فلزی متفرقه در ساختمان

قطعات و بدنه های بلند اعم از زمین شده یا نشده ( به طوری که ارتفاع طول عمودی آن ها بیش از 18 متر باشد) باید مطابق دستورالعمل زیر باند شود :

ساختمان با اسکلت فلزی :

این قطعات باید به نزدیکترین سازه ساختمان متصل شود مگر اینکه قبلا و طی مرحله ساخت ساختمان به اسکلت فلزی متصل شده باشد.

ساختمان با اسکلت بتونی :

این قطعات باید به نزدیکترین عضو سیستم حفاظت در برابر صاعقه متصل شود مگر اینکه قبلا و طی فرآیند ساخت ساختمان به اسکلت ساختمان ارتباط داده شده باشد.

ساختمان هایی با سازه های متفرقه :

در این گونه ساختمان ها برای بدنه های زمین شده و زمین نشده مطابق دستورالعمل زیر عمل شود :

1.قطعات فلزی زمین شده :

اگر قطعه فلزی مورد نظر در ساختمان قبلا توسط یک مسیر به سیستم حفاظت زمین متصل شده باشد طراح باید بررسی های لازم را در خصوص لزوم اضافه کردن باندینگ بیشتر انجام دهد.

2.قطعات فلزی زمین نشده :

قطعات فلزی ایزوله درساختمان (نظیر پنجره های فلزی) که در فضای عایقی ساختمان محصور هستند و فاصله نزدیکی با سیستم حفاظت زمین و ساختمان دارد تنها هنگامی روی این سیستم تاثیرگذارند که مجموع فاصله آن ها تا کنداکتورهای غیرفعال و فاصله آن ها تا قطعات زمین شده  کمتر از فاصله باندینگ محاسبه شده باشد.

حفاظت در برابر صاعقه

متعادل سازی پتانسیل (Potential Equalization)

چنانچه ارتفاع ساختمان مرکز مخابراتی بیشتر از 18 متر باشد از کنداکتور متعادل ساز (Equalizator conductor)  استفاده می شود. این امر یکبار بر روی سقف ساختمان و از طریق اتصال هادی های  غیرفعال به هم و همچنین باقی تجهیزات دفع صاعقه و در میانه ساختمان با اتصال هادی های غیرفعال به سازه فلزی ساختمان و یا آرماتورهای بتن اسکلت ساختمان امکان پذیر می باشد.

اکولایزرهای میانی در ارتفاع 3.6 متری زیر بام ساختمان قرار می گیرد و چنانچه ارتفاع زیر این متعادل سازها بازهم بیشتر از 18 مترباشد این عمل در مقاطع پایین تر نیز تکرار می گردد.

زمین مشترک (Common Grounding)

تمامی تجهیزات و لوازماتی که به نوعی با زمین کردن در ارتباطند همچنین سازه های ساختمان باید به منظور یکسان سازی پتانسیل زمین به هم متصل شوند. منظور از تجهیزات فوق الذکر سیستم حفاظت در برابر صاعقه،زمین تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی مرکز مورد مطالعه، زمین آنتن های مخابراتی ،لوله های فلزی زیرزمینی، سازه ساختمان و فونداسیون آن ها، همچنین سازه و آماتورهای فونداسیون برج های مخابراتی و… همگی جز مواردی هستنند که برای ایجاد زمین مشترک باید به هم متصل شوند.

مدل سازی و بررسی برج های مخابراتی در برابر صاعقه

برج های مخابراتی به علت اینکه معمولا نسبت به اطراف خود دارای ارتفاع بیشتری هستند و جنس سازه آن ها نیز هادی جریان الکتریکی است. بیشتر در معرض خطر برخورد صاعقه هستند. برخلاف تصور اولیه مقاومت الکتریکی سازه برج بسیار کم می باشد (چیزی کمتر از 0/001 اهم در واحد طول) با این وجود افت ولتاژ در سراسر برج وقتی پیک جریان حدود 18 کیلو آمپر و یا بیشتر باشد می تواند قابل اغماض باشد.

برج های خودایستا (بدون سیم های مهار شده)

مساله اصلی در بررسی رفتار برج های مخابراتی در برابر صاعقه خاصیت اندوکتانسی هادی های جریان می باشد.مقدار اندوکتاس هر برج بستگی به شکل هندسی آن دارد ونسبت عرض به ارتفاع یک برج نقش تعیین کننده در بروز خاصیت سلفی و میزان اندوکتانس آن دارد.

برج های مهار شده (Guyed tower)

معمولا برج ها را با چندین سیم در پیرامون آن مهار می کنند.این مهار کردن علاوه بر آن که بر استقامت مکانیکی برج در برابر باد و دیگر عوامل فیزیکی خارجی می افزاید می تواند در هنگام صاعقه نیز نقش مهمی ایفا نماید. معمولا سیم های مهار از یک طرف به برج متصل می شوند و از سمت دیگر به وسیله یک قلاب به زمین متصل و محکم می شوند.

این قلاب در محل فونداسیون زمین شده و سیم مهار خود را به عنوان یک مسیر مجزا برای انتقال جریان صاعقه به زمین عمل می کند و باعث کاهش اندوکتانس مجموعه و بالطبع ولتاژ القایی روی آن می شود.

پدیده تزویج ( MUTUAL COUPLING)

تزویج مغناطیسی بر اثر تداخل خطوط فشار مغناطیسی بین دو هادی شکل می گیرد. معمولا یکی از هادی ها از جنس فرومغناطیسی تشکیل شده است.در ساختمان برج نیز این پدیده مغناطیسی رخ می دهد بدین صورت که سازه برج یک مسیر مناسب مغناطیسی برای متمرکز کردن مغناطیسی ایجاد می کند و این خطوط خود بر روی کابل کواکسیال تاثیر گذاشته و مقداری ولتاژ اضافه بر روی آن القا می کند.

در انتهای مقاله لازم به ذکر است پروژه نصب صاعقه گیر دکل های مخابراتی از جمله  پروژه های گروه مبتکران صنعت در حوزه سیستم های حفاظتی است که در محل شرکت نفت و گاز پارس جنوبی اجرا شده است.جهت دریافت مشاوره رایگان در خصوص انتخاب بهترین صاعقه گیر دکل های مخابراتی و نحوه اجرای آنها با کارشناسان فنی گروه تماس حاصل فرمایید.

در حال ارسال
نظرات کاربر
3 (2 آرا)
در صورت تمایل، مطلب ما را در شبکه های اجتماعی خود به اشتراک بگذارید
ترک نظر