صاعقه در كمين است مراقب باشيم!

با افزايش ساخت و سازها و سربرآوردن هرچه بيشتر ساختمان‌ها و برج هاي بلند و آسمان‌خراش ها درمناطق مرتفع و تحولات شگرف در صنعت‌ ساخت و ساز، تكامل و پيشرفت چشمگيري نيز دراين صنعت به وجود آمده .

از سوي ديگر ، امروزه با رشد روزافزون و سريع تكنولوژي وارايه و ابداع روش‌هاي جديد در صنايع، مي‌توان تا حد زيادي از تهديد ها و خطرات و حوادث طبيعي گوناگون جلوگيري كرد. خطراتي كه ساختمان ها را بر اثر ساخت و ساز درمناطق مرتفع تهديد مي‌كند، مهندسان و تكنيسين هاي ساختماني و عمران را متوجه اين حوادث و صدمات كرده كه اين خطرات نيز البته با دانش و نوآوري روزافزون متخصصان روبه كاهش است. ما در جوامع شهري و روبه گسترش امروزي نياز شديد و اصولي به فراگيري و رعايت كامل ايمني و حفظ ساختمان ها در مناطق مرتفع داريم، تا خود و ديگران را در برابر اين همه خطرات و سوانح طبيعي حفظ كنيم . ما بايد اين معلومات و راه و روش صحيح براي پيشگيري و چاره‌انديشي را فرا گيريم تا بتوانيم از اين حوادث طبيعي، كه صاعقه يكي از آن هاست، جان سالم بدر ببريم.
صاعقه چيست و چگونه به وجود مي‌آيد؟
صاعقه يكي از اسرارآميز‌ترين پديده‌هاي خلقت است كه در عين زيبايي، بسيار مخرب و خطرناك بوده و در طول تاريخ زندگي انسان، موجب ضرر و زيان مالي و جاني بسياري شده است. صاعقه از تخليه الكترواستاتيكي ميان ابر و زمين به وجود مي‌آيد. در ابرهايي از نوع كومولونيمبوس (كه گاه تا 18 كيلومتر ارتفاع و چندين كيلومتر عرض دارند) طي مراحلي ذرات آب داراي بار منفي و ذرات يخ داراي بار مثبت شده، به گونه اي كه غالبا بارهاي منفي در لايه‌هاي زيرين و بارهاي مثبت در بخش هاي فوقاني ابر متمركز مي‌شوند. در اين حالت بارهاي مثبت سطح زمين نيز، در زير سايه ابرها جمع مي‌شوند. با افزايش پتانسيل الكتريكي ابر نسبت به زمين، يك جريان پيشرو از الكترون ها با حركتي نردباني شكل از ابر به سوي زمين سرازير شده و كانال اوليه صاعقه را شكل مي‌دهد. هواي اطراف اين كانال كاملاً‌ يونيزه است. اين كانال كه گاه طول شاخه‌هاي آن به 50 متر مي‌رسد، بار زيادي را در نوك پيكان با خود حمل كرده و موجب افزايش شدت ميدان الكتريكي جو وشكست مقاومت عايقي هوا مي‌شود. در اين حالت سرعت حركت كانال نزديك شونده به زمين بيش از سيصد كيلومتر بر ثانيه است. در اين زمان، با افزايش شدت ميدان الكتريكي در سطح زمين، يك جريان الكتريكي بالا‌رونده نيز از زمين به سوي ابر پيش مي‌رود. پس از اصابت اين دو جريان به يكديگر، كانال جريان بسته شده و ضربه اصلي صاعقه اتفاق مي‌افتد و به اين ترتيب، به خاطر خنثي شدن بارهاي الكتريكي ابر و زمين، جريان بسيار زيادي در مدت كوتاهي در اين كانال برقرار مي‌شود .صاعقه در انواع مختلف اتفاق مي‌افتد كه متداول ترين آنها از نوع صاعقه منفي نزولي و خطرناك ترين آنها هم نوع مثبت صعودي است.
خسارات زياد و مكرر از اثرات اوليه (ضربه‌هاي مستقيم) و ثانويه (ميدان‌هاي الكترومغناطيسي) صاعقه، امروز به حدي رسيده است كه توجه و راهكارهاي جدي را مي‌طلبد. شايد اولين دليل بروز اين حوادث، عدم آگاهي از روش هاي صحيح حفاظت است. اغلب به اشتباه تصور مي‌شود كه داشتن يك صاعقه‌گير در خارج ساختمان (كه تنها از وقوع جرقه و تخريب فيزيكي ساختمان جلوگيري مي كند)، مي‌تواند كليه تجهيزات برقي و الكترونيكي داخل ساختمان رانيز حفاظت كند، در صورتي كه چنين نيست.
ظرف ده سال گذشته، استانداردهاي جهاني به ما اين امكانات را داده‌اند كه طراحي هاي مناسبي با رعايت اصول قوانين اي. ام. سي انجام دهيم. امروزه وسايل و تجهيزاتي كه براي يك زندگي ساده تدارك ديده شده پر از مدارهاي الكترونيكي است؛ وسايل خانگي، كامپيوتر، دستگاه فاكس، بي‌سيم، تلويزيون، تلفن، شبكه‌هاي اطلاعاتي جهاني،‌همه و همه از مدارهاي الكترونيكي ساخته شده‌اند. اين دستگاه ها اغلب گران قيمت اند و تعمير آنها نيز آسان نيست و گاهي از خط خارج شدن آنها مصادف با خسارت هاي غيرقابل جبران است. عواملي كه مي‌توانند شديداً تجهيزات نامبرده بالا يا بطور كلي هر وسيله ديگري را كه مدارهاي الكترونيكي در آنها به كار رفته باشد، به خطر انداخته يا غيرقابل استفاده كنند، عبارتند از: كوپلاژ مقاومتي، كوپلاژ سلفي و كوپلاژ الكتريكي.
وقتي كه صاعقه به ساختماني ضربه مي‌زند، جرياني كه به زمين تخليه مي‌شود، پتانسيل زمين را در سيستم‌هاي برق و ديتا، تا چند صد كيلوولت افزايش مي‌دهد. اين امر موجب مي‌شود بخشي از جريان صاعقه از طريق هادي هاي ورودي- خروجي، به ساختمان هاي ديگر نيز منتقل شود. به اين پديده كوپلاژ مقاومتي مي گويند. عبور جريان صاعقه از يك هادي و يا از كانال تخليه خود، ايجاد يك ميدان مغناطيسي مي‌كند. وقتي كه خطوط ميدان، هادي هايي را كه تشكيل يك حلقه يا لوپ داده‌اند، قطع كنند، در آنها ولتاژي معادل چند ده كيلوولت القاء مي‌شود. به اين پديده كوپلاژ سلفي مي گويند.
كانال صاعقه در نزديكي نقطه تخليه، يك ميدان شديد الكتريكي ايجاد مي‌كند. كابل ها و هادي ها مانند خازن و هوا نيز عايق دي‌الكتريك آنهاست. بدين صورت، عليرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان، كابل ها تحت يك ولتاژ بالا قرار مي‌گيرند. به اين پديده كوپلاژ خازني يا الكتريكي مي گويند.
حفاظت از صاعقه
اصول حفاظت از صاعقه در ساختمان به طور كلي به دو صورت عمده انجام مي شود: 1 - حفاظت جلد خارجي ساختمان از ضربه‌هاي مستقيم صاعقه .2 - حفاظت داخلي و تجهيزات نصب شده در ساختمان در مقابل آثار ثانويه صاعقه. منظور از حفاظت از جلد خارجي ساختمان، حفظ بدنه و ساختار ساختمان از آتش‌سوزي و انهدام در اثر اصابت صاعقه است. كليه تجهيزاتي كه جهت جذب وهدايت صاعقه از پشت بام تا شبكه زمين نصب مي‌شوند طبق استاندارد شناسايي مي‌شود.
اما در مورد حفاظت از تجهيزات نصب شده در داخل ساختمان بايد به اين موارد توجه كرد: توسعه كاربرد سيستم هاي الكترونيكي درجهان، موجب افزايش شديد آمار صدمات وارده به اين دستگاه ها در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهاي ناشي از آن شده است. اما بايد بدانيم كه تنها بخشي از اضافه ولتاژها در اثر صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشي از عمليات سوئيچينگ و حوادث تغذيه است. براي اين بخش از حفاظت، كاهش اثر ميدان هاي الكترومغناطيسي ناشي از صاعقه، مدنظر قرار مي‌گيرد. پس از برخورد صاعقه به زمين يا ساختمان، وسايل الكترونيكي داخل ساختمان هايي كه در شعاع 1 / 5 كيلومتري از محل برخورد و در محدوده ميدان الكترومغناطيسي ايجاد شده قرار دارند، در معرض خطر خواهند بود. حفاظت موثر اين تجهيزات در مقابل ولتاژهاي القايي حاصله وقتي امكان‌پذير است كه كليه سيستم هاي حفاظت داخلي همراه با حفاظت خارجي ساختمان تماماً نصب شده باشند. نشست تدريجي بار مثبت از نوكها (تخليه الكتريكي از نوك‌هاي تيز بهتر انجام مي‌شود) به سوي ابرها و شارش الكترون ها از برق‌گير به زمين، از انباشته شدن انبوه بار روي بلندترين بخش هاي ساختمان جلوگيري مي‌كند. اگر اين تخليه الكتريكي از نوكها و از طريق برق‌گيري صورت نگيرد، تخليه ناگهاني بار «آذرخش» صورت خواهد گرفت كه همانطور كه اشاره شد، خطرات و صدمات زيادي در پي خواهد داشت.
شارش ناگهاني و بسيار عظيم بار كه آذرخش عامل آن است، آن قدر انرژي دارد كه مي‌تواند خسارت هاي جدي به ساختمان وارد كند.
امروزه در طراحي ساختمان ها بايد به طور اخص به ايمني داخلي و خارجي ساختمان در مقابل بلايايي چون صاعقه، زلزله و غيره توجه دوچندان كرد. علم و تكنولوژي پيشرفته امروز راه هاي فراواني را به روي مهندسان و طراحان ما گشوده است.