تفاوت صاعقه و آذرخش + دانلود فایل

تفاوت صاعقه و آذرخش

صاعقه چیست ؟

بر اثر برخورد ابرهای دارای بارهای غیر هم نام، واکنش‎های الکتریکی شدیدی به صورت نور و صدای شدید بنام صاعقه یا رعد و برق تولید می‎گردد که با نور و صدای شدید همراه است.

در اثر برخورد ذرات آب یک جبهه هوای گرم به ذرات یخ یک جبهه هوای سرد ، الکتریسته ساکن بوجود می آید که نسبت به زمین دارای بارالکتریکی منفی بوده و در صورتی که فاصله منبع جریان الکتریکی نسبتاً‌نزدیک به سطح زمین باشد ، صاعقه بروز می کند . در رعد و برقهای شدید معمولاً‌بیشترین تخلیه الکتریکی صورت می گیرد .

رعد و برق قادر است صدماتی جدی وارد آورد، می‎تواند به راحتی انسان و یا حیوان را از پای درآورد، زیرا از جریان الکتریکی بسیار بالایی برخوردار است که مدت آن کم بوده ولی قدرت آن زیاد است.

براساس مطالعات و بررسی‎های به عمل آمده توسط متخصصین امر تعداد رعد و برق در هر لحظه در سراسر دنیا بین ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ بار می‎باشد. به عبارت دیگر حدود ۶۰۰۰ جرقه الکتریکی در هر دقیقه در دنیا زده می‎شود. شدت جریان الکتریکی در رعد و برق ممکن است بین ۱۰۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ آمپر باشد (درحالی که حداکثر شدت جریان قابل تحمل معمولاً ازچند صد آمپر تجاوز نمی‎کند).

تخلیه بار الکتریکی که از یک ابر به ابر دیگر و یا به زمین بوجود می ‎آید، می‎تواند قلب انسان را از کار بیاندازد، شش‎ها را پاره کند و یا سبب سوختگی‎های جدی در بدن شود. هوایی که نور برق از میان آن می‎گذرد به شدت گرم می‎شود. جریان الکتریکی شدید میزان حرارت هوا را در کانالی که برق از آن عبور می‎کند برای مدت یک میلی‌ثانیه از ۳۰۰۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر می‎برد.

هوایی که به طور ناگهانی این میزان گرم می‎شود به سرعت منبسط شده و ضربه‎ای به هوای اطراف می‎زند و امواجی را با فشار بین ۱۰ تا ۳۰ اتمسفر بوجود می‎آورد. اغلب فلزاتی که به عنوان وسایل زینتی به کار می‎روند مانند گردنبند و دست بند نیز می‎توان هنگام رعد و برق خطرناک باشند. در موقعی که رعد و برق شدید رخ می‎دهد بهترین کار برای حفظ سلامتی این است که هر نوع وسیله فلزی که در دست دارید را فوراً رها کنید و از ریسک کردن بپرهیزید.

تفاوت صاعقه و آذرخش چیست و چرا رعد و برق چرا به صورت خط راست نیست ؟

رعد و صاعقه در اثر تخلیه در ابرها ایجاد می‌شود . اگر این تخلیه بین دو ابر باشد آذرخش یا برق و اگر بین زمین باشد صاعقه نامیده می‌شود . ابرها هنگام حرکت دارای بارهای الکتریکی مثبت و منفی می‌شوند و به دنبال مکانی می گردند که بار الکتریکی خود را تخلیه کنند در مسیر به ساختمان های بلند و یا درختان بلند و یا جاهای نوک تیز که تجمع بار الکتریکی بیشتر است می رسند و تخلیه بار را انجام می‌دهند تا به زمین برسند .

از آنجا که ابرهای باردار در مسیر یکسان محل تخلیه بار را پیدا نمی‌کنند بنابراین تا وقتی که همه بار الکتریکی خود را از دست نداده اند کاملا به زمین نمی رسند و بالا می روند . بنابراین به صورت شاخه ای دیده می‌شوند .

از طرفی هنگامی که ابرها بالا هستند . در اثر برخورد و تابش های فرابنفش (تغییرات حوی) باردار می‌شوند و مقاومت هوا را که عایق است می شکنند و در نتیجه ها رسانا می‌شود و سپس تخلیه الکتریکی صورت می گیرد که ممکن است این تخلیه بین دو ابر یا ابر و زمین باشد .

مقاومت هوا در قسمت های مختلف متفاوت است مثلا در بعضی نقاط رطوبت هوا کمتر و در بعضی نقاط دیگر بیشتر می باشد و یا عوامل دیگر که باعث تغییر این مقاومت می‌شوند در نتیجه انتشار جریان الکتریکی به صورت مستقیم نیست و کنگره ای می‌شود .

آمارها می گوید بیشترین خسارت ناشی از ناآگاهی مردم است .

براساس آمار درسال ۱۹۹۳از خسارتهای طبیعی ناشی از طوفان ، آتش سوزی ، دزدی و غیره ۳۴٪ مربوط به صاعقه و اثرات ثانویه آن بوده است.

شاید ساده ترین دلیل این حوادث عدم آگاهی از روشهای صحیح حفاظت باشد. مضافاً به اینکه همه به غلط تصور می کنند که داشتن یک صاعقه گیر نوع میله ای در خارج ساختمان [که تنها از وقوع جرقه وتخرب فیزیکی ساختمان جلوگیری می کند] می تواند ،کلیه تجهیزات برقی والکترونیکی داخل ساختمان رانیز حفاظت نماید.

در صورتیکه چنین نیست . و اما امروزه تکنولوژی به کمک آمده و تجهیزاتی طراحی وابداع شده است که بتواند حفاظت مناسب را بوجود آورد. و در مقالات بعد جهت تکمیل این مقاله به حفاظت کنندهای خط تغذیه دستگاههای الکتریکی وتجهیزات حفاظتی DEHN خواهیم پرداخت.

صاعقه یکی ازاسرار آمیزترین پدیدههای خلقت است، که در عین زیبایی بسیار مخرب ودرطول تاریخ زندگی انسان ، موجب ضرر وزیان مالی وجانی بسیاری شده است. صاعقه از تخلیه الکترواستاتیکی میان ابر وزمین بوجود می آید.

در ابرهایی از نوع کومولونیمبوس (که گاه تا ۱۸km ارتفاع وچندین کیلو متر عرض دارند)طی مراحلی،ذرات آب دارای بار مثبت شده بطوریکه بارهای منفی درلایه های زیرین وبارهای مثبت در بخشهای فوقانی ابر متمر کزمی شوند. دراین حالت بارهای مثبت سطح زمین نیز،در زیر سایه ابر مجتمع می گردند.با افزایش پتانسل الکتریکی ابرنسبت به زمین یک جریان پیشرواز الکترونها با حرکتی نردبانی شکل از ابر به سوی زمین(downward leader) سرازیر شده وکانال اولیه صاعقه راشکل می دهد.

هوای اطراف این کانال کاملاٌ یونیزه است.این پیکان که گاه طول شاخه های آن به ۵۰m می رسد،بار زیادی را در نوک پیکان با خود حمل کرده وموجب افزایش شدت میدان الکتریکی جووشکست مقاومت عایقی هوا می شود.دراین حالت سرعت حرکت کانال نزدیک شونده به زمین بیش از۳۰۰km/sمی باشد.دراین زمان با افزایش شدت میدان الکتریکی در سطح زمین،یک جریان الکتریکی بالا رونده(upward leader )نیز از زمین به سوی ابر پیش می رود. پس از اصابت این دو پیکان به یکدیگر،کانال جریان بسته شده وضربه اصلی صاعقه ((return strokeاتفاق می افتد،و بدین ترتیب جهت خنثی شدن بارهای ابر وزمین،جریان بسیار زیادی در مدت کوتاهی در این کانال برقرار می شود.صاعقه در انواع مختلف اتفاق می افتد که متداولترین آنها (%۹۰)از نوع صاعقه منفی نزولی وخطرناکترین آنها نوع مثبت صعودی می باشد.

صدمات صاعقه

اصولاٌ بشر تا قبل از تجربه شخصی حدوث سانحه، کمتر به دنبال علت وقوع آنها بوده است اما خسارات زیاد ومکرر ناشی از اثرات اولیه (ضربه های مستقیم)و ثانویه (میدانهای الکترومغناطیسی)صاعقه امروز به حدی رسیده است که توجه وراهکارهای جدی را می طلبد.

شاید اولین دلیل بروز این حوادث،عدم آگاهی از روشهای صحیح حفاظت باشد،که داشتن یک صاعقه گیردر خارج ساختمان(که تنها از وقوع جرقه وتخریب فیزیکی ساختمان جلوی گیری می کند) می تواند کلیه تجهیزات برقی والکترونیکی داخل ساختمان را نیز حفاظت نماید ، در صورتی که چنین نیست.طی ده سال گذشته استانداردهای جهانی به ما این امکان را داده اند که طراحیهای مناسبی با رعایت اصول وقوانین ( ElectroMagnetic Compatibilty EMC) انجام دهیم.

امروزه وسایل وتجهیزاتی که برای یک زندگی ساده تدارک دیده شده،پر از مدارهای الکترونیکی است. وسایل خانگی،کامپییوتر،فاکس،بیسی م،تلویزیون ،تلفن،شبکه های اطلاعاتی جهانی ،همه وهمه از مدارهای الکترونیکی ساخته شده اندکه گران بوده وتعمیراتشان نیز آسان نیست وگاهی از خط خارج شدن آنها مصادف با خسارتهای غیر قابل جبرانی می باشد.

عواملی که می توانند شدید اٌتجهیزات نامبرده بالا یا بطور کلی هر وسیله دیگری را که مدارهای الکترونیکی در آنها بکار رفته باشد به خطر انداخته یاغیر قابل استفاده کنند، عبارتند از :

اضافه ولتاژهای ناشی از تخلیه های الکترواستاتیک(Electrostatic Discharge)

اضافه ولتاژهای ناشی از قطع ووصل مدارات جریان(Switching Electromagnetic Pulse)

اضافه ولتاژهای ناشی از ضربه های مستقیم صاعقه ومیدانهای الکترومغناطیسی آن(Lightning- Electromagnetic ulse)

صاعقه از سه طریق می تواند موجب بروز اضافه ولتاژ در سیستم های الکتریکی شود:

۱-کوپلاژمقاومتی:

وقتی که صاعقه به ساختمانی ضربه می زندجریانی که به زمین تخلیه می شودپتانسیل زمین رادر سیستم های برق ودیتا،تا چند صد کیلوولت افزایش می دهد.این امر موجب می شود بخشی از جریان صاعقه ازطریق هادیهای ورودی –خروجی به ساختمانهای دیگرمنتقل شود.

۲- کوپلاژسلفی:

عبورصاعقه ازیک هادی ویا کانال تخلیه، خود ایجاد یک میدان شدید مغناطیسی می نماید. وقتی که خطوط میدان،هادیهای را که تشکیل لوپ داده اند قطع کند،در آنها ولتاژی معادل چند کیلوولت القاء می شود.

۳- کوپلاژ خازنی:

کانال صاعقه در نزدیکی نقطه تخلیه،یک میدان شدید الکتریکی ایجاد می کند।کابلها وهادیها مانند خازن وهوانیز عایق دی الکتریک آنهاست. بدینصورت علیرغم عدم برخورد صاعقه به ساختمان کابلها تحت یک ولتاژ بالا قرار میگیرد.

اصول حفاظت از صاعقه

حفاظت یک ساختمان بطور کامل شامل موارد زیر است:

۱-حفاظت جلد خارجی ساختمان از ضربه های مستقیم صاعقه

۲-حفاظت داخلی و تجهیزات نصب شده داخل ساختمان در مقابل آثار ثانویه صاعقه

۱-حفاظت جلد خارجی ساختمان

منظوراز حفاظت خارجی ،حفظ بدنه واستراکچر ساختمان از آتش سوزی وانهدام در اثر اصابت صاعقه است. کلیه تجهیزات(مانند برقگیر) که جهت جذب وهدایت صاعقه از پشت بام تا سیستم زمین نصب می شوند،طبق استانداردIEC -۶۱۰۲۴ شناسایی می گردند.

۲-حفاظت تجهیزات نصب شده در داخل ساختمان

توسعه کاربرد سیستم های الکتریکی در جهان ،موجب افزایش شدید آمار صدمات وارده به این دستگاهها در اثرصاعقه و اضافه ولتاژهای ناشی از آن شده است।لازم به ذکر است که تنها بخشی از اضافه ولتاژها دراثر صاعقه بوده وبخش عمده آنها ناشی از عملیات سوئیچینگ وحوادث تغذیه می باشند.برای این بخش از حفاظت،کاهش اثر میدانهای الکترومغناطیسی ناشی از صاعقه مد نظر قرار می گیرد.

پس از بر خورد صاعقه به زمین یا ساختمان،وسایل الکترونیکی داخل ساختمانهایی که تا شعاع ۱۵km از محل برخوردودر محدوده میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده قرار دارند،در معرض خطر خواهند بود।(شکل-۴) حفاظت موثر این تجهیزات در مقابل ولتاژهای القایی حاصله،وقتی امکان پذیر است که کلیه سیستم های حفاظت داخلی همراه با حفاظت خارجی ساختمان تواماٌ نصب شده باشند.حفاظت داخلی ازصاعقه عبارتست از تهیه وسایلی که به کمک آنها بتوان اثرات اضافه ولتاژهای القایی حاصل از جریانهای صاعقه رابرروی تجهیزات داخل ساختمان خنثی کرد.واز تئوری منطقه بندی ( (Zone Conceptجهت حفاظت داخلی ساختمان استفاده می شود. ضمناٌ برای کسب اطلاعات دقیق تربه استاندارد IEC-۶۱۶۴۳ که در این زمینه تدوین شده است مراجعه گردد.

یک سیستم صاعقه اساساً از سه قسمت اصلی تشکیل شده است که از :

۱- آنتن برقگیر Air termination

۲- هادی ها Conductor

۳- الکترود یا سیستم اتصال به زمین Earth termination

آنتن های برقگیر : عبارتند از جسم نوک دار با الکترود لوله ای در اندازه مشخص و یک پایه که دارای یک زمینه هدایت کنندگی می باشد. وظیفه آنتن برقگیر این است که تخلیه الکتریکی صاعقه را که احتمال دارد در ساختمان تحت حفاظت صورت گیرد ، به طرف خود منحرف نموده و به طرف زمین بارهای مربوطه را هدایت می نماید. محل نصب آنتن برقگیر در بلندترین نقطه ساختمان می باشد.

هادی ها : که سبب ارتباط الکتریکی آنتن های برقگیر به زمین و به یکدیگر و نیز به اجسام فلزی مجاور می گردد. وظیف هادی ها تخلیه بارهای صاعقه از آنتن برقگیر به زمین می باشد. هادی ها می توانند بصورت تسمه ای یا کابلی شکل باشند.

سیستم اتصال به زمین : عبارت است از یک یا چند الکترود منفرد یا مرتبط که بارهای الکتریکی را از آنتن توسط هادی های نزولی به زمین منتقل می کنند.

رابط ها عبارتند از پیوند الکتریکی مابین دو یا بیشتر قسمت های سیستم حفاظتی.

اتصالات : عبارتند از هادی هایی که به منظور فراهم نمودن اتصال الکتریکی مابین حفاظت صاعقه و قسمت های فلزی دیگر و مابین قسمت های مختلف اخیر برقرار شده است.

بست ها : که جهت محکم نمودن هادی ها به ساختمان به کار می روند. این بست ها برای اندازه های مختلف تسمه باید طراحی گردد.