در این صفحه
الف سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) مجموعهای هماهنگ از اقدامات است که چهار مشکل مختلف را مدیریت میکند: محل برخورد صاعقه، نحوه هدایت جریان صاعقه به سمت زمین، نحوه محدود کردن اختلاف پتانسیلهای خطرناک، و نحوه دور نگه داشتن ولتاژهای ضربهای هدایتشده یا القایی از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی.
بنابراین، پایانههای هوایی، هادیهای نزولی، سیستمهای اتصال به زمین، اقدامات همبندی و برقگیرها (SPDها) وظایف متفاوتی را انجام میدهند. یک پایانه هوایی به تنهایی یک LPS کامل نیست. یک الکترود زمین نیز یک LPS کامل نیست. همچنین یک SPD جایگزینی برای حفاظت ساختاری در برابر صاعقه محسوب نمیشود.
پرسش عملی این نیست که “کدام دستگاه واحد صاعقه را متوقف میکند؟” بلکه این است:
آیا برای هر مسیر از سازه در معرض خطر تا رابط تجهیزات، یک اقدام حفاظتی در نظر گرفته شده و تحت قوانین طراحی مربوطه تأیید شده است؟
سیستم حفاظت در برابر صاعقه چیست؟
واژهنامه بینالمللی الکتروتکنیک، LPS را به عنوان سیستم کاملی تعریف میکند که برای محافظت از یک سازه و محتویات آن در برابر اثرات صاعقه استفاده میشود. در عمل، این سیستم کامل ممکن است شامل اقدامات ساختاری و داخلی باشد که از طریق ارزیابی ریسک مختص پروژه انتخاب شدهاند.
IEC 62305-1:2024 اصول کلی حفاظت از سازهها، تأسیسات و محتویات آنها و همچنین افراد را تعیین میکند. این استاندارد، اقدامات مربوط به آسیبهای فیزیکی و خطرات جانی را از اقدامات مربوط به خرابی سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی تفکیک میکند. این تمایز حائز اهمیت است، زیرا هدایت ایمن جریان اصلی صاعقه به اطراف ساختمان، بهطور خودکار ولتاژ گذرا را از تابلو کنترل، درگاه داده یا اینورتر دور نمیکند.
| عملکرد حفاظتی | اقدامات معمول | مشکل اصلی مورد بررسی | این موضوع اثبات نمیکند که |
|---|---|---|---|
| کنترل نقطه برخورد صاعقه | میلههای برقگیر، هادیها، مشها یا دکلهای انتخابشده توسط طراحی LPS | نقاط برخورد مورد نظر برای صاعقه را فراهم میکند | مسیر ایمن جریان، همبندی یا حفاظت از تجهیزات |
| هدایت جریان صاعقه | هادیهای نزولی و اتصالات آنها | جریان صاعقه را به سمت سیستم پایانه زمین هدایت میکند | شرایط قابل قبول تماس/گام یا ولتاژ پایین تجهیزات |
| پایانه زمین | الکترودها و آرایشهای اتصال زمین به هم پیوسته | جریان را پخش کرده و به ایجاد یک مرجع مشترک کمک میکند | اینکه هر سرویس فلزی همبندی شده یا هر کابل در برابر نوسانات ولتاژ محافظت شده باشد |
| کنترل اختلاف پتانسیل | همبندی همپتانسیل، جداسازی و واسطهای مناسب | کاهش خطر جرقه خطرناک و تخلیه جانبی | اینکه خطوط ورودی برق و سیگنال دارای محدودکننده گذرا مناسب باشند |
| اقدامات حفاظت در برابر نوسان | استفاده هماهنگ از SPDها، شیلدینگ، مسیریابی، همبندی و طراحی ناحیه حفاظتشده | کاهش تنشهای هدایتی و القایی که به سیستمهای داخلی میرسند | اینکه سازه در برابر اثرات فیزیکی برخورد مستقیم محافظت شود |
این پنج ردیف یک نقشه مهندسی مفید هستند، نه پنج محصول قابل جایگزینی یا جایگزینی برای طراحی مبتنی بر استاندارد.
یک مفهوم حفاظتی کامل، مسیر برخورد خارجی را به همبندی و رابطهای الکتریکی که وارد مناطق حفاظتشده میشوند، متصل میکند.
حفاظت در برابر صاعقه در پنج مرز عمل میکند
بررسی در سطح ساختمان زمانی شفافتر میشود که به پنج مرز تقسیم شود. هر مرز دارای حالت خرابی، منبع شواهد و رشته مسئول متفاوتی است.
| مرز | پرسش طراحی | شواهد معمول | شرایط توقف |
|---|---|---|---|
| ۱. محل برخورد | صاعقه کجا میتواند برخورد کند و سیستم رهگیری در نظر گرفته شده چگونه سازه را پوشش خواهد داد؟ | هندسه ساختمان، میزان در معرض بودن، ارزیابی ریسک، نقشههای طراحی LPS | عدم وجود طراحی ساختاری LPS مناسب برای ریسک شناساییشده برخورد مستقیم صاعقه |
| ۲. مسیر جریان صاعقه | آیا جریان میتواند از طریق مسیرهای پیوسته و مناسب، از سیستم گیرنده به زمین منتقل شود؟ | مسیرهای هادی، جزئیات اتصال، مستندات قطعات، سوابق بازرسی | مسیر جریان ناپیوسته، آسیبدیده یا تأییدنشده |
| ۳. همبندی و جداسازی | آیا ممکن است اختلاف پتانسیل خطرناکی بین LPS و سازههای فلزی یا تأسیسات ایجاد شود؟ | طرح همبندی، ارزیابی جداسازی، نقشههای ورودی تأسیسات | تخلیه جانبی حلنشده یا خطر تماس/گام |
| ۴. ورودی سرویس | آیا انرژی ناشی از سرج میتواند از طریق خطوط برق، داده، کنترل، آنتن یا سایر خطوط رسانا وارد شود؟ | فهرست کامل سرویس، آرایش ارتینگ، مرزهای زون، طرح SPD | یک مسیر ورودی رسانا از طرح حفاظتی حذف شده است |
| ۵. رابط تجهیزات | آیا تنش باقیمانده با تجهیزات متصل سازگار است؟ | اطلاعات تحمل تجهیزات، دادههای حفاظتی SPD، مسیرهای هادی نصبشده، شواهد هماهنگی | سطح حفاظتی یا هماهنگی را نمیتوان در ترمینالهای تجهیزات اثبات کرد |
این مدل پنجمرزی از یک خطای رایج در تعیین محدوده جلوگیری میکند. ممکن است یک پروژه دارای پایانههای هوایی (air terminals) قابل مشاهده روی پشتبام باشد اما فاقد حفاظت خط سیگنال باشد. پروژه دیگری ممکن است دارای یک SPD بزرگ در تابلوی اصلی باشد اما با وجود نیاز ارزیابی ریسک، فاقد LPS خارجی باشد. پروژه سوم ممکن است هر دو را داشته باشد، اما همبندی ضعیف یا یک سرویس رسانای محافظتنشده میتواند بین این دو سیستم پل ایجاد کند.
سیستم تنها زمانی کامل است که برای هر مرز، یک اقدام مشخص، مسئول مستندات و سوابق تاییدیه وجود داشته باشد.
LPS خارجی و حفاظت داخلی وظایف متفاوتی دارند
LPS خارجی: دریافت و هدایت
LPS خارجی به تعامل فیزیکی بین صاعقه و سازه میپردازد. سیستم پایانه هوایی آن با استفاده از یک روش طراحی پذیرفتهشده برای هندسه ساختمان و کلاس حفاظتی مورد نیاز، جانمایی میشود. هادیهای نزولی، آن شبکه دریافتکننده را از طریق مسیرهای جریان تعمدی به سیستم پایانه زمین متصل میکنند.
IEC 62305-3:2024 حفاظت از سازهها در برابر آسیب فیزیکی به وسیله LPS و حفاظت از افراد در برابر ولتاژهای تماس و گام در نزدیکی LPS را پوشش میدهد. این استاندارد همچنین مرزهای طراحی، نصب، بازرسی و نگهداری را در بر میگیرد. چیدمان دقیق پایانه هوایی، ابعاد هادیها، فاصلهگذاری، فاصله جدایش و طراحی پایانه زمین، کارهای مهندسی مختص هر پروژه باقی میمانند؛ آنها نباید از نمودارهای کلی وبلاگها استخراج شوند.
حفاظت داخلی در برابر صاعقه: کنترل اختلاف پتانسیل
هنگامی که جریان صاعقه برقرار میشود، بخشهای مختلف ساختمان ممکن است به پتانسیلهای متفاوتی برسند. جرقه خطرناک میتواند بین سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) و اسکلت فلزی، لولهکشیها، سینیهای کابل، تأسیسات الکتریکی یا سایر سیستمهای رسانا رخ دهد.
حفاظت داخلی در برابر صاعقه از همبندی همپتانسیل و در صورت نیازِ طراحی، از جداسازی الکتریکی یا سایر واسطهای مناسب استفاده میکند. ارتینگ و همبندی با یکدیگر مرتبط هستند اما مترادف نیستند: یک الکترود ارت به تنهایی تضمین نمیکند که تمام بخشهای رسانای مربوطه در طول یک ضربه (ایمپالس)، در پتانسیلهای هماهنگ و مناسب باقی بمانند.
اقدامات حفاظت در برابر سرج: حفاظت از سیستمهای داخلی
سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی حتی زمانی که مسیر جریان خارجی به درستی عمل میکند، ممکن است تحت تنش قرار گیرند. ضربه الکترومغناطیسی صاعقه (LEMP)، جریان هدایتشده در سرویسهای ورودی و کوپلینگ الکترومغناطیسی، همگی میتوانند ولتاژ گذرا در داخل یک سازه ایجاد کنند.
IEC 62305-4:2024 شامل اقدامات حفاظت در برابر سرج برای سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی داخل سازهها است. این اقدامات ممکن است شامل SPDهای هماهنگشده، همبندی، شیلدینگ، مسیریابی خطوط و مفاهیم منطقه حفاظتی باشد. ترکیب صحیح به ارزیابی ریسک، محیط الکترومغناطیسی، نصب و تجهیزاتی که باید محافظت شوند، بستگی دارد.
چگونه اثرات صاعقه به تجهیزات الکتریکی میرسند
سه مسیر باید در طول بازبینی طراحی، مجزا نگه داشته شوند:
- مسیر جریان مستقیم: صاعقه به سازه یا سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) خارجی برخورد میکند و جریان از طریق هادیهای طراحیشده و سیستم ارتینگ عبور میکند.
- مسیر سرج هدایتشده: یک ولتاژ گذرا از طریق خطوط برق، مخابرات، آنتن، کنترل یا سایر سرویسهای فلزی وارد یا خارج میشود.
- مسیر القایی یا کوپلشده: میدان الکترومغناطیسی که بهسرعت در حال تغییر است، ولتاژی را در حلقههای سیمکشی، سیستمهای کابلی یا رابطهای تجهیزات مجاور ایجاد میکند.
وجود برق زیرزمینی بهطور خودکار تمام خطرات مربوط به صاعقه را از بین نمیبرد. همچنین وجود یک LPS خارجی، نیاز به بررسی خطوط ورودی را برطرف نمیکند. برعکس، یک SPD متصل به تابلو توزیع نمیتواند صاعقه برخورد کرده به سقف را مهار کند یا جایگزین مسیر جریان سازهای شود.
برای پرسش محدودتر در مورد اینکه یک SPD چه کاری میتواند و چه کاری نمیتواند انجام دهد، از راهنمای VIOX استفاده کنید آیا محافظهای ولتاژ در برابر رعد و برق محافظت میکنند؟.
ارزیابی ریسک پیش از انتخاب قطعات انجام میشود
هر ساختمانی به اقدامات حفاظتی یا سطح حفاظت در برابر صاعقه یکسانی نیاز ندارد. تصمیمگیری به سازه، موقعیت مکانی، نوع کاربری، خدمات، محتویات، پیامدهای خسارت و مقررات قابل اجرا بستگی دارد.
IEC 62305-2:2024 روشی را برای ارزیابی ریسک صاعقه و انتخاب اقداماتی که ریسک ارزیابیشده را به سطح قابلقبول یا کمتر از آن کاهش میدهد، ارائه میکند. یک لیست کلی از محصولات نمیتواند جایگزین این فرآیند شود.
پیش از مشخص کردن قطعات، حداقل موارد زیر را جمعآوری کنید:
- نقشههای ساختمان، نماها، مصالح ساختمانی و تجهیزات پشتبام؛;
- اطلاعات مربوط به مواجهه جغرافیایی و محیطی که توسط روش قابل اجرا استفاده میشود؛;
- ورودیهای مربوط به کاربری، ایمنی جانی، تداوم خدمات، حریق و پیامدهای دارایی؛;
- تمام سرویسهای فلزی ورودی و خروجی؛;
- نقشههای موجود LPS، ارتینگ و همبندی همپتانسیل؛;
- اطلاعات مربوط به ولتاژ سیستم قدرت، آرایش ارتینگ و جریان خطای احتمالی؛;
- محل تجهیزات حساس و اطلاعات موجود در مورد مقاومت در برابر ضربه (impulse-withstand)؛;
- اقتباس ملی قابل اجرا از IEC 62305، NFPA 780، UL 96A یا سایر قوانین محلی؛;
- سوابق موجود بازرسی، اصلاح و نگهداری.
اگر این ورودیها موجود نباشند، انتخاب آرایش پایانه هوایی یا SPD صرفاً بر اساس مقادیر کاتالوگ، زود هنگام است.
LPZ توضیح میدهد که وظیفه حفاظتی در کجا تغییر میکند
مفهوم منطقه حفاظت در برابر صاعقه (LPZ)، ساختمان را به جای یک فضای محافظتشده یکپارچه، به عنوان مجموعهای از محیطهای الکترومغناطیسی در نظر میگیرد. میزان مواجهه با صاعقه، با عبور یک خط یا شیء از یک منطقه بیرونی به سمت مناطق داخلی که به طور فزایندهای محافظت میشوند، تغییر میکند.
در مرز یک منطقه، طراحان این پرسشها را مطرح میکنند:
- آیا جریان مستقیم صاعقه یا بخشی از آن میتواند از این مرز عبور کند؟
- کدام خطوط برق، داده، سیگنال، آنتن یا کنترل از آن عبور میکنند؟
- سرویسهای رسانا چگونه در این مرز همبندی (Bonding) میشوند؟
- چه میزان جریان سرج و تنش ولتاژی ممکن است باقی بماند؟
- تجهیزات موجود در منطقه بعدی به چه سطح از مقاومت (Withstand level) نیاز دارند؟
سپس یک SPD برای وظیفه محولشده به آن مرز انتخاب شده و با اقدامات بالادستی و پاییندستی هماهنگ میشود. این نمودار یک معماری مفهومی است، نه یک دستورالعمل کلی که هر پروژه دقیقاً به سه دستگاه نیاز داشته باشد.
هر مسیر رسانای خدماتی که از مرز منطقه حفاظتشده عبور میکند باید در نظر گرفته شود؛ حفاظت از هادیهای قدرت به تنهایی میتواند مسیر ورودی دیگری را باز بگذارد.
راهنمای VIOX برای SPDهای نوع 1، نوع 2 و نوع 3 وظایف آزمون متفاوت آنها را توضیح میدهد. بخش جداگانه راهنمای هماهنگی SPD توضیح میدهد که چرا قرار دادن چندین نوع (Type) به صورت متوالی، به خودی خود اثباتکننده هماهنگی ولتاژ، انرژی، فاصله یا خطا نیست.
SPDها کجا قرار میگیرند—و کجا قرار نمیگیرند
SPDها ولتاژ گذرا را محدود کرده و جریان ضربه را تحت شرایط اعلامشده خود منحرف میکنند. در چارچوب IEC، الزامات محصول و روشهای آزمون SPDهای فشار ضعیف AC توسط استاندارد IEC 61643-11:2025، در حالی که IEC 61643-12:2020 به اصول انتخاب و کاربرد، از جمله مکان و هماهنگی میپردازد.
مشخصات یک SPD همچنان باید با موارد زیر مطابقت داشته باشد:
- کاربرد AC، DC، فتوولتائیک یا خط سیگنال؛;
- ولتاژ سیستم و حداکثر شرایط عملکرد مداوم؛;
- آرایش ارتینگ و حالتهای حفاظتی مورد نیاز؛;
- ظرفیت ضربهای مورد انتظار در مرز نصب؛;
- هدف حفاظت ولتاژ در تجهیزات؛;
- شرایط اتصال کوتاه و حفاظت پشتیبان مورد نیاز؛;
- مسیر کابلکشی و طول اتصال؛;
- مستندات هماهنگی بالادست/پاییندست؛;
- قوانین ملی و دستورالعملهای دقیق سازنده.
دستگاههای SPD نقص در سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) ساختمانی، شبکه همبندی ناکافی، اضافهولتاژ پایدار، اضافهبار معمولی یا اتصال کوتاه را برطرف نمیکنند. همچنین، آنها بقای تجهیزات را در برابر تمامی رویدادهای صاعقه تضمین نمیکنند.
حفاظت توان به تنهایی ممکن است زمانی که خطوط داده یا کنترل وارد همان تجهیزات میشوند، ناقص باشد. این راهنمای انتخاب محافظ نوسان ولتاژ سیگنال استفاده کنید ورودیهای رابط، سیگنال، زمینکردن و نصب را برای آن مدارها پوشش میدهد.
نقشه استانداردها: قوانین سیستم و قوانین محصول
| سند | دامنه اصلی در این تصمیم | از آن به عنوان ... استفاده نکنید |
|---|---|---|
| IEC 62305-1:2024 | اصول کلی و چارچوب کلی حفاظت در برابر صاعقه | گواهی محصول برای یک قطعه SPD یا LPS |
| IEC 62305-2:2024 | مدیریت ریسک صاعقه مختص به سازه | یک گزاره کلی مبنی بر اینکه هر ساختمان به سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) یکسانی نیاز دارد |
| IEC 62305-3:2024 | آسیب فیزیکی، خطر جانی و اقدامات LPS سازهای | یک استاندارد تست محصول SPD ولتاژ پایین |
| IEC 62305-4:2024 | اقدامات حفاظت در برابر سرج برای سیستمهای الکتریکی/الکترونیکی داخلی | یک برگه اطلاعات SPD مستقل یا نمودار جانمایی عمومی |
| استاندارد IEC 61643-11:2025 | الزامات و روشهای تست برای SPDهای ولتاژ پایین AC | اثبات اینکه یک LPS کامل نصبشده به درستی طراحی شده است |
| IEC 61643-12:2020 | اصول انتخاب و کاربرد SPD ولتاژ پایین AC | گواهینامه یک مدل محصول دقیق |
| NFPA 780 / UL 96A | چارچوبهای نصب LPS ساختاری در آمریکای شمالی، مشروط به پذیرش و زمینه پروژه | جایگزینی برای کد الکتریکی قابل اجرا یا مستندات لیستبندی محصول |
The راهنمای استانداردهای VIOX IEC 61643 نقشه عمیقتری از استاندارد محصول ارائه میدهد. در پروژههای آمریکای شمالی، ویرایش قابل اجرا، کد پذیرفتهشده، الزامات لیستبندی و مرجع ذیصلاح باید تایید شوند. این راهنمای کاربردی حفاظت در برابر صاعقه UL به همین ترتیب بر طراحی کامل سیستم، همبندی، استانداردهای کاربردی و بازرسی تأکید دارد، نه اینکه یک قطعه را به عنوان یک تأسیسات کامل در نظر بگیرد.
چکلیست تحویل پروژه
از این چکلیست برای شفاف نگه داشتن مسئولیتها و مستندات استفاده کنید.
برای طراح یا متخصص LPS
- ارزیابی ریسک و اقدامات حفاظتی مورد نیاز؛;
- پوشش پایانه هوایی و روش اتصال سازهای؛;
- مسیرهای جریان صاعقه و طراحی پایانه ارت؛;
- ارزیابی همبندی و جداسازی؛;
- ملاحظات مربوط به ولتاژ تماس، ولتاژ گام و جرقه خطرناک؛;
- هماهنگی با تجهیزات پشتبام و انشعابات ورودی؛;
- الزامات بازرسی و نگهداری طبق استاندارد مصوب.
برای طراح سیستم الکتریکی یا سازنده تابلو
- دیاگرام تکخطی و آرایش ارتینگ؛;
- تمام ورودیهای برق، داده، کنترل، آنتن و مخابرات؛;
- LPZ یا مرزهای حفاظتی معادل؛;
- اهداف تحملپذیری تجهیزات؛;
- شرایط اتصال کوتاه احتمالی در محلهای نصب SPD؛;
- مسیرهای هادی نصبشده و محدودیتهای اتصال؛;
- هماهنگی بین مسیرهای حفاظتی توان و سیگنال.
برای تأمینکننده SPD
- نوع سیستم و ولتاژ نامی/حداکثر ولتاژ کار دائم؛;
- کلاس آزمون یا Type مورد نیاز SPD و ظرفیت ضربه؛;
- حالتهای حفاظتی و آرایش ارتینگ؛;
- سطح حفاظتی ولتاژ مورد نیاز یا هدف تجهیزات؛;
- اظهارنامههای جریان تخلیه مورد نیاز برای مرز;
- الزامات اتصال کوتاه و حفاظت پشتیبان؛;
- نشانگر وضعیت، سیگنالدهی از راه دور، محفظه و نیازهای جایگزینی؛;
- مستندات دقیق مورد نیاز برای بازار مقصد.
VIOX بخش SPD از طراحی حفاظت در برابر صاعقه و نوسان برق را تأمین میکند. مهندسان و خریداران فنی میتوانند طیف محصولات SPD برند VIOX پس از تعیین مرزهای سیستم و شواهد مورد نیاز، بررسی کنند یا با [email protected] ورودیهای الکتریکی فوق تماس بگیرند. طراحی، نصب و تأیید LPS ساختمانی باید توسط متخصصان ذیصلاح و مطابق با استانداردهای پروژه و قوانین محلی انجام شود.
منابع
- IEC 62305-1:2024 — اصول کلی
- IEC 62305-2:2024 — مدیریت ریسک
- IEC 62305-3:2024 — آسیب فیزیکی به سازهها و خطر جانی
- IEC 62305-4:2024 — سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی درون سازهها
- IEC 61643-11:2025 — الزامات و روشهای تست SPDهای ولتاژ پایین AC
- IEC 61643-12:2020 — اصول انتخاب و کاربرد SPDهای ولتاژ پایین AC
- راهنمای کاربردی حفاظت در برابر صاعقه UL
