برق گیر و نقش آن در جلوگیری از آسیب به ساختمان

ستاره | سرویس علوم - نقش برقگیر در جلوگیری از آسیب به ساختمان چیست؟ هدف از ساخت برق گیر‌ها معمولا اشتباه درک می‌شود. بسیاری از مردم فکر می‌کنند که برق گیرها، رعد و برق را به خود جذب می‌کنند. بهتر است این گونه گفته شود که برق گیر‌ها مسیری با مقاومت پایین از جریان‌ برق را به سمت زمین فراهم می‌کنند تا زمانی که برخورد آذرخش اتفاق می‌افتد، بتوانند از آن برای انتقال دادن جریان‌های الکتریکی عظیم استفاده کنند.

اگر رعد وبرقی اتفاق بیافتد، برقگیر‌ها جریان‌های الکتریکی مضر از ساختمان انتقال داده و آن را بدون هیچ خطری به زمین منتقل می‌کند. این دستگاه توانایی کنترل جریان الکتریکی عظیم وابسته به جریان رعد و برق را دارد. اگر جریان الکتریسیته به جسمی برخورد کند که رسانای خوبی نباشد، آن وسیله به دلیل تحمل حرارت بسیار زیاد، دچار آسیب جدی مانند سوختگی خواهد شد. سیستم برقگیر، رسانای فوق العاده‌ای است و در نتیجه امکان عبور جریان برق را بدون ایجاد هرگونه خسارت ناشی از درجه حرارت بالا، به سوی زمین فراهم می‌کند.

 

زمانی که رعد و برق به ساختمانی برخورد می‌کند، در هر جسم رسانایی که در ساختمان موجود باشد، جریان می‌یابد تا راه خودش را به سوی زمین باز کند. در اکثر موارد این فرایند از طریق سیم‌های مفتولی یا الکتریکی انجام می‌گیرد. هرچند بعضی اوقات خود ساختمان می‌تواند نقش رسانا را ایفا کند. زمانی که جریان برق از بین سیم‌ها عبور کند، می‌تواند موجب خسارت تجهیزات برقی شود و حتی ممکن است باعث آتش‌سوزی و نابودی ساختمان شود. اگر ما تهدید ایجاد شده توسط جریان رعد و برق را در مورد زندگی انسان در نظر بگیریم و این واقعیت را بپذیریم که نمی‌توانیم از آن جلوگیری کنیم، بهترین راه حل این است که از آن دوری نماییم. بنابراین آسان‌ترین روش دوری کردن از آن، هدایت جریان الکتریسیته به سمت زمین توسط مسیر مشخص شده‌ای است، به طوری که از کنار ساختمان عبور کند بدون آنکه خسارتی ایجاد شود.

بنابراین این موقعیت جایی است که سیستم برق گیر به کار می‌آید. سیستم برقگیر جلوی جریان الکتریسیته را گرفته و با استفاده از وسایل رسانا آن را به سمت زمین هدایت می‌کند. اولین نوع برق گیر، برق گیر فرانکلین بود. (یک رسانای برقگیر نوک تیز که توسط بنجامین فرانکلین چیزی در حدود سال‌های ۱۷۴۹ تا ۱۷۵۲ گسترش یافت.) عملکرد برق گیر فرانکلین ساده بود. حجم بار الکتریسیته قبل از آنکه بتواند به اندازه‌ی کافی زیاد شود تا تبدیل به رعد و برق شود، به آرامی از ابر تخلیه می‌شد. یکی از مشکلات برقگیر فرانکلین این بود که به زمین وصل نمی‌شد و در نتیجه خوب عمل نمی‌کرد. آن مشکل هم سرانجام با اختراع اولین برقگیر زمینی توسط دانشمند اهل چک، پروکوب دیویس در سال ۱۷۵۴ برطرف شد.

یک سیستم برق گیر یا به عبارت دقیق‌تر سیستم ایمنی در برابر جریان الکتریسیته به دقت طراحی شده تا ساختمان‌ها را از ضربه‌های ناگهانی آذرخش‌ها و خسارات ناشی از آن محافظت کند. سیستم برق گیر از یک میله‌ی فلزی نوک تیز به ضخامت یک اینچ، سیم‌های رسانا و سیم‌های دفن شده در زمین، تشکیل شده است. از این رو میله‌های صاعقه گیر فقط قسمتی از این سیستم است و مفتول‌های رسانا و سیم‌های دفن شده در زمین هر دو به طور مساوی نقش مهمی در تغییر جهت جریان الکتریسیته به سوی زمین بدون ایجاد هرگونه خسارتی به ساختمان به عهده دارند.

 

برقگیر‌ بار الکتریکی ابر‌ها را تخلیه می‌کنند و در نتیجه مانع از این می‌شود که صاعقه الکتریکی سیستم برق ساختمان را از کار بیاندازد. این که برق گیر آذرخش‌های الکتریکی را نه جذب می‌کند و نه دفع، امسئله مهمی نیست. همانطور که قبلا گفتیم برق گیر‌ها فقط جلوی ضربه‌ها و حملات ناگهانی صاعقه‌ها را می‌گیرد و بار‌های الکتریکی را به سمت زمین از طریق سیستم‌های رسانا و جسم رسانای دفن شده در زمین هدایت می‌کند، در نتیجه از ساختمان در برابر خسارت ناشی از درجه حرارت زیاد و آتش‌سوزی وابسته به این خطر طبیعی محافظت می‌کند. به بیان دیگر، زمانی که رعد و برق اتفاق می‌افتد، جریان الکتریسیته‌ موجود در آن به دنبال بهترین مسیر برای رسیدن به زمین است که (در این مورد) از طریق سیستم ایمنی جریان برق یا برقگیر انجام می‌شود.

بهترین مسیر ممکن یا راه رسانا از سیم‌های رسانای ضخیمی ساخته شده است که معمولا از جنس مس یا آلومینیوم هستند. از بین این دو، مس به لحاظ داشتن ظرفیت قابل توجه حمل جریان الکتریسیته، رسانای بهتری است. به وسیله‌ی تغییر جهت بار‌های الکتریسیته به سمت زمین از طریق مسیر رسانا، این سیم‌ها مانع از خسارت‌های ناشی از درجه حرارت بالا به اجسامی غیر رسانایی می‌شوند که در مسیر جریان الکتریسیته قرار می‌گیرند.

 

 

برق گیرها (صاعقه گیرها) به دو نوع اکتیو و پسیو تقسیم می‌گردند. صاعقه گیر پسیو (Passive) بر خلاف صاعقه گیر اکتیو (Active) در برابر صاعقه هیچ گونه واکنشی ندارد. از اینرو پسیو، غیر فعال یا ساده نامیده می شوند. صاعقه گیر پسیو در حقیقت همان چیزی است که بنیامین فرانکیلن در سال ۱۷۵۲ جهت مقابله با صدمات صاعقه ابداع کرد و تا کنون نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طبق استاندارد یک سیستم حفاظتی شامل سه بخش کلی صاعقه گیر یا ترمینال هوایی (Air Termination) ، هادی میانی (Down Conductor) و سیستم زمین یا ترمینال زمین (Earth Termination) می شود. تنها تفاوت اساسی سیستم پسیو و اکتیو در نوع ترمینال هوایی است. ترمینال هوایی در سیستم پسیو معمولا به شکل میله، سیمهای معلق و یا مش (قفس فارادی) می تواند باشد. ولی صاعقه گیرهای اکتیو اطراف خود را یونیزه میکنند و با این کار شعاع حفاظتی بمراتب بیشتری را جهت حفاظت از اصابت صاعقه پوشش میدهند .استاندارد بین المللی IEC 62305-3  به عنوان مرجع اصلی سیستمهای حفاظت پسیو اصول اساسی بکارگیری،‌ طراحی ،نصب و نگهداری این سیستم را شرح می دهد. علاوه بر این ، استانداردهای BS6651، NFPA780 و DIN VDE 0185 نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

مطالب مرتبط: تفاوت برق ac و dc چیست؟

 

بسیاری از مردم فکر می‌کنند که سرج ارستر‌ها (محافظ‌های الکتریکی) به منظور حفاظت موثر از جریان الکتریسیته یا رعد و برق ساخته شده که به دور از حقیقت است. سرج ارستر در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ در زندگی روزمره مقاوم است. آن‌ها می‌توانند از تجهیزات الکتریکی در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ یا افزایش ناگهانی برق مراقبت کنند. اما اگر رعد و برق به ساختمان برخورد کند، رعد و برق ناگهانی فوری می‌تواند سرج ارسترها را نیز از کار بیاندازد.


سرج ارسترها نمی‌توانند جایگزین برق گیر‌ها شوند، بلکه در کنار برقگیر کار می‌کنند. ساختار فولادی یک  ساختمان جریان الکتریسیته را به سمت زمین عبور خواهد داد. اما این احتمال هم وجود دارد که رعد و برق همانند ذخیره الکتریکی برق به سیستم الکتریکی خسارت وارد کند (در حالی که راهی را جستجو می‌کند) و از وسیله‌ای به وسیله‌ی دیگر پرش پیدا می‌کند.

این نکته مهم است که متوجه باشیم که یک برق گیر به محافظت از ساختمان‌ها در برابر رعد و برق کمک می‌کند، نه اینکه از رعد و برق جلوگیری کند! و آن فقط زمانی انجام می‌شود که این سیستم به طور صحیح نصب شود. مشکل است که ما بتوانیم پیش بینی کنیم کی و کجا رعد و برق اتفاق می‌افتد، هرچند ساختمان‌های بلند، خصوصا در مقابل این خطر طبیعی ضعیف و آسیب پذیر هستند. امروزه اگر ما برق گیر‌ها را نمی‌بینیم که از آسمان خراش‌ها بیرون زده باشند، فقط به این علت است که معماران چند روش خلاقانه پیدا کرده اند که در طراحی سیستم‌های ایمنی برق از آن استفاده می‌کنند، هر چند طرز کار اساسی آن‌ها یکسان باقی مانده است.

در ادامه نحوه کار برق گیر در کنار سیستم سرج ارستر را در قالب ویدئو مشاهده می‌کنید: