صاعقه‌گیر الکترونیکی و استاندارد NF C 17-102؛ ΔT، شعاع حفاظت و طراحی

پاسخ کوتاه: NF C 17-102 استاندارد ملی فرانسه برای حفاظت ساختمان‌ها در برابر اصابت مستقیم صاعقه با صاعقه‌گیر الکترونیکی (اکتیو یا ESE) است. ویرایش جاری آن سپتامبر ۲۰۱۱ است و جای ویرایش ۱۹۹۵ را گرفته است. این استاندارد می‌گوید سر صاعقه‌گیر چگونه آزمون شود، شعاع حفاظت آن چگونه حساب شود، و هادی نزولی، سیستم ارت، همبندی و بازرسی چگونه اجرا شوند.

ما در گروه کالوت صاعقه‌گیرهای الکترونیکی فرانکلین فرانس را همراه با همهٔ اجزای سیستم عرضه می‌کنیم. در این راهنما مهم‌ترین بخش‌های استاندارد را به زبان ساده توضیح می‌دهیم. نکته‌های اجرایی را جمله‌به‌جمله و با شمارهٔ بند در مقالهٔ ۲۵ نکتهٔ مهم استاندارد NF C 17-102 آورده‌ایم.

استاندارد NF C 17-102 چیست و چه چیزهایی را پوشش می‌دهد؟

NF C 17-102 با عنوان «حفاظت در برابر صاعقه؛ سیستم‌های حفاظت با صاعقه‌گیر دارای وسیلهٔ آغازگر» را AFNOR (سازمان استاندارد فرانسه) منتشر کرده است. پایهٔ آن مدل الکتروهندسی صاعقه است، یعنی همان مدلی که روش گوی غلتان هم از آن می‌آید. اسپانیا هم استاندارد تقریباً یکسانی با نام UNE 21186:2011 دارد.

فهرست مطالب ویرایش ۲۰۱۱ نشان می‌دهد استاندارد چه چیزهایی را در بر می‌گیرد:

• نیاز به حفاظت و اجزای سیستم: چه ساختمانی حفاظت می‌خواهد و سیستم از چه بخش‌هایی ساخته می‌شود.
• سیستم صاعقه‌گیر الکترونیکی: طراحی، سر صاعقه‌گیر، هادی‌های نزولی، همبندی هم‌پتانسیل و فاصلهٔ جدایی.
• سیستم ارت: انواع الکترود، تمهیدات تکمیلی، هم‌پتانسیل‌سازی، نزدیکی به تأسیسات دیگر و جنس مواد.
• تمهیدات ویژه: آنتن‌ها، انبار مواد منفجره و آتش‌گیر، و بناهای مذهبی.
• پروندهٔ اجرا، بازرسی و نگهداری.
• پیوست‌ها: ارزیابی ریسک (پیوست A)، نقشهٔ چگالی صاعقه (B)، آزمون‌های سر صاعقه‌گیر (C)، حفاظت افراد در برابر برق‌گرفتگی ناشی از صاعقه (D) و نمونه‌های ضریب kc (E).

ویرایش ۲۰۱۱ چه چیزهایی را تغییر داد؟

طبق ارزیابی INERIS (مؤسسهٔ ملی محیط‌زیست صنعتی و ریسک فرانسه)، مهم‌ترین تغییرهای ویرایش ۲۰۱۱ این‌ها بودند:

• آزمون اندازه‌گیری ΔT سخت‌تر شد: یک میلهٔ مرجع کنار سر صاعقه‌گیر آزمون می‌شود و معیارهای آماری تازه‌ای آمد.
• برای ΔT کف و سقف گذاشته شد: کمتر از ۱۰ میکروثانیه ESE به شمار نمی‌آید و در محاسبه حداکثر ۶۰ میکروثانیه به کار می‌رود.
• آزمون‌های دوام اضافه شد: جریان صاعقهٔ ۱۰۰ کیلوآمپر، مه نمکی و هوای گوگردی.
• برای مدل‌هایی که مدار الکترونیکی دارند، الزامات سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) آمد.
• سطح حفاظت IV اضافه شد تا چهار سطح، مثل IEC 62305، داشته باشد.
• الزامات اجزا با استانداردهای اروپایی EN 50164 (امروز EN 62561) و EN 62305 هماهنگ شد.
• بخش تازه‌ای برای بازرسی سلامت سر صاعقه‌گیر (بند C.5) اضافه شد.

ΔT چیست و چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

هر صاعقه‌گیر، چه ساده و چه الکترونیکی، با آغاز یک «پیشرو رو به بالا» از نوکش، صاعقه را به خود جذب می‌کند. صاعقه‌گیر الکترونیکی طوری ساخته شده که این پیشرو را زودتر از یک میلهٔ ساده با همان شکل و ارتفاع آغاز کند. این زودتر بودن را ΔT (بر حسب میکروثانیه) می‌نامند. ΔT در آزمایشگاه ولتاژ بالا و طبق پیوست C استاندارد اندازه‌گیری می‌شود: سر صاعقه‌گیر و یک میلهٔ مرجع، یکی پس از دیگری و در شرایط یکسان، زیر یک میدان الکتریکی پایه و موج ضربه قرار می‌گیرند و زمان آغاز پیشرو در هر دو ثبت می‌شود.

هر مدل ESE پیش از عرضه باید این گروه آزمون‌های پیوست C را بگذراند:

1. شناسایی، مدارک فنی و نشانه‌گذاری روی محصول؛
2. کنترل ابعاد و آزمون مکانیکی؛
3. آزمون محیطی مه نمکی و هوای مرطوب گوگردی؛
4. آزمون جریان صاعقهٔ ۱۰۰ کیلوآمپر؛
5. آزمون ولتاژ ضربه و، برای مدل‌های الکترونیکی، سازگاری EMC؛
6. اندازه‌گیری ΔT کنار میلهٔ مرجع.

در طراحی، ΔT به یک «طول پیش‌افتادگی» تبدیل می‌شود: ⁦ΔL = ΔT × 1 m/µs⁩؛ یعنی هر میکروثانیه یک متر حساب می‌شود. هنگام خرید، ΔT را از گزارش آزمون پیوست C بخواهید، نه فقط از بروشور. صاعقه‌گیرهایی که عرضه می‌کنیم، مثل ACTIVE 1D+ با ΔT برابر ۱۲، ۲۵، ۴۵ یا ۶۰ میکروثانیه و ACTIVE 2D و ACTIVE 4D با ۳۰ یا ۶۰ میکروثانیه، در همین بازه‌اند.

سطح حفاظت چگونه انتخاب می‌شود؟

پیش از هر محاسبه باید روشن شود ساختمان به حفاظت نیاز دارد یا نه و با چه سطح حفاظتی. این کار با ارزیابی ریسک پیوست A استاندارد یا روش کامل IEC 62305-2 انجام می‌شود و به چگالی صاعقه در منطقه، ابعاد و کاربری ساختمان، محتوای آن و پیامد آسیب بستگی دارد. نتیجه یکی از چهار سطح I (سخت‌گیرانه‌ترین) تا IV است. هر سطح یک عدد r دارد که در فرمول شعاع حفاظت به کار می‌رود: ۲۰ متر برای سطح I، ۳۰ متر برای II، ۴۵ متر برای III و ۶۰ متر برای IV؛ همان شعاع گوی غلتان در IEC 62305-3. ارزیابی ریسک صاعقه از خدمات ماست.

شعاع حفاظت صاعقه‌گیر الکترونیکی چگونه حساب می‌شود؟

ناحیهٔ حفاظت هر سر ESE با شعاع حفاظت Rp بیان می‌شود. Rp شعاع دایره‌ای روی یک صفحهٔ افقی است و h ارتفاع نوک صاعقه‌گیر از همان صفحه. صفحه را از دورترین نقطه‌ای می‌گذرانیم که باید حفاظت شود. فرمول استاندارد برای h برابر ۵ متر یا بیشتر:

⁦Rp(h) = √( 2·r·h − h² + ΔL·(2·r + ΔL) )⁩

برای h بین ۲ و ۵ متر، Rp به نسبت ارتفاع کم می‌شود: ⁦Rp(h) = h × Rp(5) / 5⁩. کمترین h مجاز ۲ متر است. جدول زیر را با همین فرمول برای سه ΔT رایج حساب کرده‌ایم (اعداد بر حسب متر):

یک مثال: ساختمانی با سطح حفاظت II داریم و صاعقه‌گیری با ΔT برابر ۴۵ میکروثانیه، که نوکش ۵ متر بالاتر از بام است. شعاع حفاظت روی بام حدود ۷۱ متر است. اما اگر بخواهیم نقطه‌ای ۱۰ متر پایین‌تر از بام هم حفاظت شود، h برابر ۱۵ متر می‌شود و Rp در آن صفحه حدود ۷۳ متر است. پس عدد «شعاع حفاظت» بدون ذکر ΔT، h و سطح حفاظت معنی ندارد. بزرگ‌ترین عدد کاتالوگ معمولاً برای سطح IV و ارتفاع زیاد است.

در عمل گاهی بیش از یک سر لازم است؛ مثلاً وقتی بام خیلی بزرگ است یا بخش‌هایی از ساختمان بیرون از شعاع یک سر می‌مانند. مشاوره و طراحی سیستم حفاظت صاعقه را هم انجام می‌دهیم.

سیستم کامل صاعقه‌گیر الکترونیکی از چه اجزایی تشکیل می‌شود؟

سر صاعقه‌گیر فقط بخش بالایی سیستم است. طبق استاندارد، سیستم کامل این اجزا را دارد:

همبندی را در مقالهٔ هم‌بندی و هم‌پتانسیل‌سازی و ارسترها را در انواع ارستر (SPD) توضیح داده‌ایم.

صاعقه‌گیر الکترونیکی را هر چند وقت بازرسی کنیم؟

بند ۸ استاندارد به پروندهٔ اجرا، بازرسی و نگهداری اختصاص دارد. دوره‌هایی که سازندگان ESE به نقل از استاندارد منتشر کرده‌اند این است: برای سطح I و II بازرسی چشمی هر سال و بازرسی کامل هر ۲ سال؛ برای سطح III و IV بازرسی چشمی هر ۲ سال و کامل هر ۴ سال؛ و همیشه پس از هر اصابت ثبت‌شده. در بازرسی کامل، اتصال آزمون هر هادی باز و مقاومت ارت آن جداگانه اندازه‌گیری می‌شود. طبق بند C.5، سازندهٔ ESE باید دستورالعمل آزمون سلامت سر صاعقه‌گیر را بدهد. برای مدل‌هایی که ما عرضه می‌کنیم، ریموت تستر این آزمون را از روی زمین انجام می‌دهد. آزمون و بازرسی دوره‌ای را هم انجام می‌دهیم.

خلاصهٔ مهم‌ترین نکته‌ها

• ΔT فقط از گزارش آزمون پیوست C پذیرفته می‌شود و در محاسبه حداکثر ۶۰ میکروثانیه است.
• شعاع حفاظت را برای h واقعی و سطح حفاظت پروژه حساب کنید، نه از بزرگ‌ترین عدد کاتالوگ.
• نوک صاعقه‌گیر دست‌کم ۲ متر بالاتر از هر جزء در ناحیهٔ حفاظت قرار می‌گیرد.
• هر سر صاعقه‌گیر دست‌کم دو هادی نزولی و هر هادی یک ارت کمتر از ۱۰ اهم می‌خواهد.
• همهٔ ارت‌ها با ارت ساختمان همبند می‌شوند و ارستر هم لازم است.
• بازرسی دوره‌ای و پس از هر اصابت، به‌اضافهٔ آزمون سلامت سر صاعقه‌گیر.

فهرست کامل ۲۵ نکته، با شمارهٔ بند و شکل، در مقالهٔ نکات مهم استاندارد NF C 17-102 آمده است.

NF C 17-102 و IEC 62305 چه نسبتی دارند؟

مجموعهٔ بین‌المللی IEC 62305 روش‌های متعارف، یعنی گوی غلتان، زاویهٔ حفاظت و مش، را با IEC 62305-3 شرح می‌دهد و روش شعاع حفاظت ESE را ندارد. NF C 17-102 در ویرایش ۲۰۱۱ برای ارزیابی ریسک، سطوح حفاظت و الزامات اجزا به همان استانداردهای اروپایی ارجاع می‌دهد. پس صاعقه‌گیر را طبق استانداردی انتخاب کنید که مشخصات فنی پروژه خواسته است و همهٔ محاسبات را طبق همان استاندارد انجام دهید. مقایسهٔ بی‌طرفانهٔ دو روش را در مقالهٔ تفاوت صاعقه‌گیر اکتیو و پسیو آورده‌ایم و فهرست استانداردهای این حوزه را در استانداردهای حفاظت در برابر صاعقه.

برای انتخاب مدل، محاسبهٔ شعاع حفاظت و استعلام قیمت، ابعاد و نقشهٔ ساختمان، کاربری و استانداردی که پروژه خواسته را برای کارشناسان ما بفرستید یا از صفحهٔ تماس با ما با ما در تماس باشید.