به منظور طراحی سیستم حفاظت در برابر اصابت مستقیم صاعقه بر اساس استانداردهای NFC 17102:2011و و اثرات ناشی از آن یا سیستم حفاظت داخلی بر اساس استاندارد IEC61643-12 انجام میشود که کلیات در متن موجود میباشد. همچنین در بررسی الزامات طراحی سیستم اتصال زمین و همبندی از استانداردهایی نظیر BS7430-IEEE80-IEC60364-IEEE 1100 نیز بهره گرفته شده است. 

1- سیستم ارتینگ و اتصال زمین:

بستر زمین بصورت ترکیبی از الکترودهای افقی(رینگ ارت) و الکترودهای عمودی (میله ارت) در نظر گرفته شده است. استفاده از این روش اجرای اتصال زمین پستهای توزیع و همچنین اتصال زمین سیستم صاعقه گیر به دلیل خطرات ناشی از پتانسیل های گام و تماس پیشنهاد میگردد.

1-1 مشخصات سیستم ارتینگ و اتصال زمین:

- مقدار مقاومت ویژه خاک به صورت متوسط و پیش فرض 70 اهم متر در محاسبات لحاظ شده است. بدیهی است مقدار مقاومت اهمی بر اساس مقدار واقعی مقاومت ویژه واقعی سایت میتواند تغییر کند.

- مقدار مجاز ولتاژ تماس و ولتاژ گام براساس سطح اتصال کوتاه 2200 آمپر سیستم تغذیه و زمان قطع کلید (5ثانیه) محاسبه شده است. 

- همچنین یکی از عوامل تاثیر گذار در این پارامترها مقدار مقاومت ویزه لایه سطحی زمین میباشد. مقاومت ویژه لایه سطحی به صورت پیش فرض برابر500 اهم متر در نظر گرفته شده است.

2-1 فرمول محاسباتی الکترودهای زمین:

3-1 سایز هادی زمین:

یکی از پارامترهای تاثیر گذار در عملکرد صحیح سیستم ارتینگ، توانایی تحمل عبور جریان خطا از هادی ها و اتصالات میباشد. سایز هادی های اتصال زمین میبایست بر اساس روشها و جداول موجود در استاندارد انتخاب شده باشد.

- در پروژه مذکور بر اساس جداول استاندارد هادی زمین از جنس مس و با سطح مقطع 50 میلیمتر مربع انتخاب شده است. این هادی میبایست از نوع مفتولی تابیده شده و بدون روکش انتخاب شود. مشخصات آن در جدول موجود میباشد.

- یکی از الزامات آن توانایی حمل جریان خطا بوده که بر اساس سطح اتصال کوتاه و تایم قطع کلید انتخاب میشود. فرمول محاسبه سطح مقطع در استانداردهایی نظیر IEC 60364,IEEE80,BS 7430 به روش زیو ارائه شده است.

- لازم به ذکر است که نرم افزار E-TAP نیز از همین الگوریتم در مجاز بودن سطح مقطع استفاده میکند. در صورتیکه سطح مقطع انتخابی صحیح نباشد به صورت خطا در خروجی نرم افزار نمایش داده میشود.

- قطر و جنس میله های ارت نیز بر اساس جداول استاندارد انتخاب شده است.

4-1 اتصالات هادی ها و الکترودهای زمین: 

- به منظور انجام اتصالات دفنی بین سیم و میله ارت توصیه استاندارد استفاده از جوش اگزوترمیک (احتراقی) میباشد. تجهیزات جوش احتراقی میبایست مطابق با استاندارد IEC 62561,IPS-C-TP820,IEC 60225,IEEE 837 تولید، تست و اجرا گردند.

5-1 مواد کاهنده مقاومت زمین: 

- به منظور جلوگیری از خوردگی الکترودهای زمین و همچنین کاهش نوسانات مقاومت اهمی سیستم زمین در فصول مختلف سال استفاده از مواد کاهنده استاندارد توصیه میشود. این مواد میبایست مطابق استاندارد IEC 62561-7 تست و تولید گردند. ارائه گواهی تست های : آزمایش لیچینگ- آزمایش سولفور- آزمایش مقاومت ویژه و آزمایش خوردگی از سوی تامین کننده الزامیست.

- در اجرای الکترودهای زمین به روش افقی و کانال ارت استفاده از 20 کیلوگرم مواد کاهنده استاندارد به ازای هر یک متر طول کانال توصیه میشود. این مقدار بر اساس جرم حجمی مواد کاهنده و به منظور احاطه هادی های دفنی به مقدار لازم انتخاب شده است.

- عمق دفن الکترود افقی زمین میبایست پایینتر از عمق یخ زدگی خاک لحاظ گردد. این عمق به صورت تجربی در کشور ایران حدودا از 50 الی 70 سانتی متر لحاظ میگردد.

2- پایانه هوایی صاعقه گیر:

- محاسبات ارزیابی ریسک بر اساس دستورالعمل استاندارد IEC 62305-2وNFC 17-102:2011 و با استفاده از نرم افزار FURSE انجام شده است.بر اساس این محاسبات و نتایج خروجی نرم افزار، کلاس حفاظتی یا تراز حفاظتی 1 انتخاب شده است.

- به منظور تامین شعاع پوششی لازم بر اساس استاندارد NFC 17102:2011 با توجه به اختلاف ارتفاع و کلاس حفاظتی مدل NIMBUS60 با زمان پاسخدهی 60 میکروثانیه انتخاب شده است. این صاعقه گیر در کلاس حفاظتی 1 و در اختلاف ارتفاع 5 متر دارای شعاع پوششی 79 متر میباشد.

- برای نصب صاعقه گیرها بر روی بام با استفاده از پایه گالوانیزه گرم پیشنهاد میگردد. جانمایی در نقشه پیوست موجود میباشد.

1-2 هادی میانی: 

- هر سیستم صاعقه گیر اکتیو ایزوله نشده میبایست از دو مسیر به سیستم زمین متصل گردد. به همین منظور دو مسیر هادی میانی با سیم گرد بدون روکش جهت اتصال پایانه هوایی به سیستم زمین که مسیر عبور آن از روی دیواره های سازه میباشد، پیشنهاد میگردد.

هادی میانی به منظور سهولت در اجرا از نوع سیم مسی گرد  با سطح مقطع 50 میلیمتر مربع پیش بینی شده است.

جدول انتخاب سایز و نوع هادی میانی بر اساس استاندارد

3-2 بست و اتصالات: 

- فاصله بین بست های مهار کننده هادی میانی و نصب آنها میبایست مطابق استاندارد NFC 17-102:2011 هر 33 سانتیمتر یک عدد و همچنین تست و تولید این بست ها میبایست مطابق استاندارد IEC 62561-1 و BS EN 50164-2و UL 96 انجام شده باشد.

4-2 گیره تست مدار:

- بمنظور سهولت در انجام بازبینی و اندازه گیری های دوره ای و همچنین تعمیرات میبایست در ارتفاع 2 متری از سطح زمین بر روی مسیر هادی میانی گیره تست مدار نصب شود .که این گیره امکان جداسازی سیستم زمین را از هادی میانی فراهم میکند.

5-2 حفاظت مکانیکی هادی میانی:

- هادی میانی به منظور جلوگیری از صدمات مکانیکی در 2 متر انتهایی میبایست با استفاده از لوله یا کاندوئیت مناسب محافظت گردد. به این منظور لوله گالوانیزه PG16 پیشنهاد میگردد.

2-6 شمارنده تعداد دفعات اصابت صاعقه:

- یکی از الزامات انجام بازبینی دوره ای زمانهای پس از اصابت میباشد .برای آگاهی از اصابت صاعقه و عملکرد سیستم میبایست از شمارنده تعداد دفعات برخورد صاعقه استفاده شود . شمارنده پیشنهادی میتواند مشابه مدل پیوست شده بوده و محل نصب آن در ارتفاع 2 متری سطح زمین و در قسمت بالای گیره تست مدار میباشد

.7-2 سیستم زمین صاعقه گیر:

-سیستم زمین هر هادی میانی بر اساس استاندارد NFC 17-102:2011 از نوع A پیشنهاد میگردد. این نوع متشکل از میله های عمودی(حداقل 2 الکترود) و هادی های افقی(پنجه کلاغی) میباشد.

- حداکثر مقدار مقاومت اهمی هر سیستم زمین بر اساس استاندارد  برابر 10 اهم میباشد:

- سیستم زمین نوع A: 

7-4  همبندی سیستم ارت تاسیسات و سیستم ارت صاعقه گیر:

- بر اساس استاندارد   IEC 61000-5-2 همبندی بین سیستم ارت صاعقه گیر و سیستم های ارت با کاربری های دیگر میبایست با هادی مناسب و در سطوح مختلف انجام شود.

- همبندی بین سیستمهای ارت  بصورت دفنی و در عمق 60 سانتیمتری(پایینتر از عمق یخ زدگی) و از محل شینه ها و باسبارهای همبندی انجام شود.

3- حفاظت داخلی:

به منظور حفاظت تجهیزات داخلی در برابر اثرات ناشی از امواج گذرا با منابع صاعقه یا سوئیچینگ نصب ارسترهای متناسب با منطقه حفاظتی منطبق بر استاندارد IEC 61643 پیشنهاد میگردد. برای این منظور در تابلوی تغذیه هر سازه میبایست سیت سه فاز ارستر کلاس 1+2 ترکیبی با استفاده از فیوز پشتیبان 125 آمپری نصب شود. در صورت وجود ارستر در تابلوهای توزیع نصب مجدد آن ضرورتی ندارد.