مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 1 | ۷-۱۵- سیستم حفاظت SPM) LEMP)

۱-۷-۱۵- کلیات 

با توجه به احتمال بروز خسارات ناشی از ضربات الکترومغناطیسی صاعقه (LEMP) بر روی سیستم های الکتریکی و  الکترونیکی، برای جلوگیری از آسیب های وارده به سیستم های داخلی نیاز به در نظر گرفتن تدابیر حفاظت در برابر LEMP (موسوم به SPM) است.

طراحی SPM باید توسط متخصصین حفاظت صاعقه و سرح که اطلاعات وسیعی در خصوص سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) و روش های اجرا و نصب دارند، صورت گیرد.

حفاظت در برابر LEMP بر اساس مفهوم زون های حفاظت صاعقه (LPZ) صورت می گیرد که در آن ناحیه ای که شامل سیستم هایی است که مد نظر است تا حفاظت شوند باید به زون های مختلف تقسیم بندی شود (شکل (۱۵-۹)).

۲-۷-۱۵- اتصال زمین و هم بندی 

اتصال زمین و هم بندی مناسب، بر اساس یک سیستم اتصال زمین کامل (شکل (۱۵-۱۰)) بوده و از موارد زیر تشکیل می شود : 

    • سیستم ترمینال زمینی (که جریان صاعقه را در خاک پراکنده می کند)؛ 

    • شبکه هم بندی (که اختلاف پتانسیل بین نقاط مختلف ساختمان را به حداقل رسانده و میدان مغناطیسی را کاهش می دهد). 

۱-۲-۷-۱۵- سیستم ترمینال زمینی  

ترمینال زمینی ساختمان ها باید بر اساس الزامات بند ۱۵-۶-۱-۴ و همچنین استاندارد 3-62305 IEC باشد. در ساختمان هایی که تنها شامل سیستم های الکتریکی هستند، آرایش زمین نوع A ممکن است مورد استفاده قرار گیرد، ولی ارجحیت با استفاده از آرایش زمین نوع B است. ولی در ساختمان هایی که شامل سیستم های الکترونیکی هستند، آرایش زمین از نوع B توصیه می شود. 

الکترود زمین رینگ دور ساختمان یا الکترود زمین رینگ در داخل بتن پیرامون فونداسیون باید با شبکه مش (معمولا با عرض مش ۵ متر) در زیر و اطراف ساختمان یکپارچه شود. این کار باعث بهبود عملکرد ترمینال زمینی می شود. چنانچه بتن مسلح فونداسیون نیز، یک شبکه مش به هم پیوسته را تشکیل داده و هر ۵ متر به ترمینال زمینی متصل شود، می تواند روش مناسبی محسوب شود. در شکل (۱۵-۱۱) مثالی از سیستم زمین مش بندی شده در یک کارخانه نشان داده شده است. 

برای کاهش اختلاف پتانسیل دو نقطه از سیستم های داخلی که ممکن است در برخی موارد خاص به سیستم های زمین مجزایی متصل شده باشند، روش های زیر را می توان بکار برد : 

    • قرار دادن چندین هادی هم بندی به صورت موازی در مسیرهای مشترک با کابلهای الکتریکی و یا عبور دادن کابل ها از داخل داکت های بتن مسلح شبکه ای شکل (یا لوله های فلزی با پیوستگی الکتریکی) و متصل نمودن آن ها به هر دو سیستم ترمینال زمینی 

    • استفاده از کابل های شیلددار با سطح مقطع مناسب و اتصال شیلدها از دو سر کابل به سیستم های اتصال زمین مجزا 

۲-۲-۷-۱۵- شبکه هم بندی 

به جرات می توان گفت که اجرای یک سیستم هم بندی صحیح، می تواند نقش بسزایی در کاهش خطرات ناشی از صاعقه در یک ساختمان داشته باشد و به هیچ عنوان قابل حذف و چشم پوشی نیست. به این منظور برای جلوگیری از ایجاد اختلاف پتانسیل های خطرناک مابین تجهیزات موجود در زون های حفاظتی داخل ساختمان به یک شبکه هم بندی با امپدانس پائین نیاز است. علاوه بر این شبکه هم بندی ایجاد شده از شدت میدان های مغناطیسی خواهد کاست. 

این مهم می تواند از طریق ایجاد یک شبکه هم بندی مش که قسمت های فلزی ساختمان یا اجزای سیستم های الکتریکی و الکترونیکی داخل ساختمان را یکپارچه نموده و از طریق هم بندی قسمت های فلزی یا تاسیسات فلزی (مانند لوله های برق، مخابرات، گاز، آب و ...) در مرز هر یک از زون های حفاظتی به صورت مستقیم و یا با استفاده از SPD، محقق شود. شبکه هم بندی را می توان به صورت یک ساختمان مش بندی شده سه بعدی، که مش ها به طور معمول دارای عرض ۵ متر است، در نظر گرفت (شکل (15-10)). این امر مستلزم ایجاد اتصالات متعدد بین اجزا فلزی موجود در ساختمان (همانند آرماتورهای مدفون در بتن، ریل های آسانسورها، جرثقیل ها، بام ها و نماهای فلزی چهارچوب ها، درها و پنجره های فلزی، لوله ها و سینی های مربوط به کابل) است. انواع شینه های هم بندی (همانند شینه های هم بندی رینگ، شینه هم بندی مختلف در طبقات ساختمان) و شیلدهای مغناطیسی زون های حفاظتی (LPZ) نیز باید به همین روش به یکدیگر متصل شوند. مثال هایی از شبکه هم بندی در شکل های (۱۳-۵) و (۱۳-۶) فصل ۱۳ آمده اند. 

قسمت های رسانا (مانند تابلوها، محفظه ها، و رک ها) و هادی های حفاظتی (PE) سیستم های داخلی باید مطابق شکل (۱۲-۱۵) به شبکه هم بندی متصل گردند. 

در صورت استفاده از چیدمان S، تمام قسمت های فلزی (همانند تابلوها، محفظه ها، و رک ها) سیستم های داخلی باید از سیستم زمین، ایزوله باشند. اتصال چیدمان S به سیستم زمین باید تنها از طریق یک شینه هم بندی صورت پذیرد؛ که به عنوان نقطه مرجع زمین (ERP) عمل می کند و نتیجه این امر چیدمان Ss خواهد بود. در هنگام استفاده از چیدمان S، تمام خطوط بین تجهیزات باید به موازات و در نزدیکی هادی های همبندی چیدمان ستاره قرار گیرند تا از ایجاد حلقه های القایی خودداری شود. می توان از چیدمان S در جایی که سیستم های داخلی در زون های نسبتا کوچک قرار گرفته و در آن تمامی خطوط تنها از یک نقطه وارد زون می شوند، استفاده نمود.

در صورت استفاده از چیدمان M، قسمت های فلزی (همانند تابلوها، محفظه ها، رک ها) سیستم های داخلی، لازم نیست از سیستم زمین ایزوله گردند، بلکه باید در نقاط مختلف با آن هم بند شده باشد که نتیجه آن، چیدمان MM است. چیدمان نوع M در موارد زیر ترجیح داده می شود : 

    • اگر سیستم های داخلی در زون هایی با گستردگی زیاد یا در کل ساختمان پراکنده باشند. 

    • جایی که خطوط متعددی (برق مخابرات و ...) مابین تجهیزات وجود داشته باشند. 

    • اگر خطوط (برق، مخابرات ...) از نقاط مختلف وارد ساختمان شوند. 

در سیستم های با ساختار پیچیده، می توان از ترکیب این دو نوع چیدمان (چیدمان M و S) که به عنوان ترکیب ۱ (SS در ترکیب با MM) و یا ترکیب ۲ (MS در ترکیب با MM) مطابق شکل (15-13) استفاده نمود. 

۳-۲-۷-۱۵- شینه هم بندی 

شینه های همبندی برای مرتبط کردن قسمت های زیر باید مورد استفاده قرار گیرند : 

    • تمام خدمات رسانا (همانند لوله های فلزی آب، گاز و ...) که به زون های حفاظت صاعقه وارد می شوند (به صورت مستقیم یا با استفاده از وسایل حفاظتی سرج مناسب) 

    • هادی حفاظتی (PE) 

    • قسمت های فلزی سیستم های داخلی (همانند تابلوها، محفظه ها و رک ها) 

    • شیلدهای مغناطیسی زون حفاظت صاعقه (LPZ) در پیرامون و داخل ساختمان .

برای انجام هم بندی موثر، رعایت نکات زیر در هنگام نصب حائز اهمیت است :

    • اساس تمامی تدابیر هم بندی ایجاد یک شبکه هم بندی با امپدانس ناچیز است. 

    • شینه های همبندی باید از طریق کوتاه ترین مسیر ممکن به سیستم اتصال زمین متصل گردند؛ 

    • جنس و ابعاد شینه ها و هادی های هم بندی باید مطابق با بند ۱۵-۷-۲-۵ باشد. 

    • وسایل حفاظتی سرج باید از طریق کوتاه ترین مسیر ممکن به شینه های هم بندی و همچنین هادی های فاز متصل گردند تا ولتاژ القایی در آن ها به حداقل ممکن برسد. 

    • در سمت حفاظت شده مدار، (پایین دست وسایل حفاظتی سرج)، اثرات القای متقابل باید از طریق حداقل کردن سطح حلقه و یا به کارگیری کابل های شیلددار و یا داکت کابل کاهش یابد. 

۴-۲-۷-۱۵- همبندی در مرز زون های حفاظت صاعقه 

در جایی که زون حفاظت صاعقه تعریف می شود، هم بندی باید برای همه قسمت های فلزی و خدمات مانند لوله های فلزی خطوط برق یا خطوط سیگنال در مرز ورودی به زون حفاظت صاعقه در نظر گرفته شود. 

یادآوری - هم بندی خدمات که به 1 LPZ وارد می شوند (مانند خطوط برق یا خطوط مخابراتی) باید توسط کارشناسان شرکت ارایه دهنده خدمت مربوطه، مورد بحث و تبادل نظر قرار گیرند، زیرا ممکن است با قوانین این شرکت ها در تضاد باشند. 

هم بندی باید از طریق شینه های همبندی که در نزدیکترین محل ممکن به نقطه ورودی در مرز زون مورد نظر نصب شده است، انجام شود. در صورت امکان خدمات ورودی به LPZ باید از یک نقطه وارد شده و به یک شینه هم بندی مشترک متصل گردند. اگر خدمات مختلف از نقاط متفاوت وارد LPZ شوند، هر خدمت باید به یک شینه هم بندی مجزا وصل شده و تمام این شینه ها نیز به هم متصل گردند. برای برآورده شدن این هدف توصیه می شود این شینه ها به شینه هم بندی رینگ هادی رینگ متصل گردند. 

هم بندی برای هم پتانسیل سازی وسایل حفاظتی سرچ همواره در نقطه ورودی به زون حفاظت صاعقه الزامی است تا خطوط ورودی متصل به سیستم های واقع در درون زون حفاظت صاعقه داخل ساختمان را هم بند کند. به منظور کاهش تعداد وسایل حفاظتی سرج مورد نیاز می توان از نواحی حفاظت صاعقه بزرگ یا متصل به هم استفاده نمود. 

کابل های شیلددار یا داکت های فلزی متصل به هم که در مرز LPZ به یکدیگر هم بند شده اند، می توانند چندین LPZ با مرتبه مشابه را به هم متصل کنند تا یک زون حفاظت صاعقه مشترک تشکیل شود یا یک LPZ را تا مرز LPZ بعدی گسترش دهند. 

۵-۲-۷-۱۵- جنس و ابعاد عناصر هم بندی 

جنس اندازه و شرایط استفاده باید مطابق استاندارد 3-62305 IEC باشد. حداقل سطح مقطع برای اجزاء هم بندی باید مطابق با جدول (۱۵-۱۶) باشد. ابعاد کلمپ ها باید متناسب با مقدار جریان تر از حفاظت صاعقه (LPL) (ر.ک. ۱۵-۴) و نتایج برآورد تقسیم جریان (ر.ک. 15-6) باشند. پارامترهای SPD باید مطابق با بند ۱۵-۷-۴ باشد.  

۳-۷-۱۵- شیلد کردن مغناطیسی و مسیریابی خطوط 

۱-۳-۷-۱۵- کلیات 

شیلد کردن مغاطیسی میتواند از شدت میدان الکترومغناطیسی و همین طور دامنه سرج های الفاء شده در داخل ساختمان بکاهد. همچنین انتخاب مسیر مناسب برای کابل های داخل ساختمان، می تواند نقش بسزایی در کاهش میزان سرج های القایی داشته باشد. هر دو تدبیر، در کاهش خرابی های دایمی سیستم های داخلی موثر است. 

۲-۳-۷-۱۵- شیلد کردن فضایی 

روش شیلد کردن فضایی زون های حفاظتی مختلفی را تعیین می کند که می توانند شامل کل ساختمان، قسمتی از آن، یک اتاق و یا تنها محفظه یک تجهیز باشند. چنین شیلدی ممکن است شبکه ای شکل، یا به صورت شیلدهای فلزی پیوسته و یا متشکل از اجزاء طبیعی خود ساختمان باشد (ر.ک. ۱۵-۶) 

استفاده از شیلدهای فضایی در جایی که حفاظت از یک زون مشخص از ساختمان عملی و سودمند باشد؛ در قیاس با حفاظت از تجهیزات به صورت تک تک و مجزا توصیه می شود. به منظور استفاده از شیلدهای فضایی باید در مراحل نخست طراحی هر ساختمان جدید با هر سیستم داخلی جدید در یک ساختمان موجود، ملاحظات لازم را در این مورد مد نظر قرار داد. گاهی افزودن شیلدهای فضایی به تاسیسات موجود و در حال بهره برداری می تواند هزینه و مشکلات فنی زیادی به همراه داشته باشد. 

۳-۳-۷-۱۵- شیلد کردن خطوط داخلی 

شیلد کردن ممکن است محدود به کابل کشی و تجهیزات سیستم تحت حفاظت شیلد فلزی کابل ها داکت های فلزی بسته برای عبور کابل ها و محفظه های فلزی تجهیزات باشد. 

۴-۳-۷-۱۵- مسیریابی خطوط داخل ساختمان 

انتخاب مسیر مناسب خطوط داخل ساختمان حلقه های القایی را به حداقل ممکن می رساند و از ایجاد ولتاژهای سرج در داخل ساختمان جلوگیری می کند. می توان با مسیریابی کابل ها در مجاورت اجزاء خنثی ساختمان که به زمین متصل شده اند و/یا با یافتن مسیرهایی که خطوط برق و سیگنال در کنار هم حرکت کرده اند، مساحت حلقه ها را به حداقل رسانید (شکل (۱۵-۱۴)) 

یادآوری - در هر حال برای جلوگیری از بروز اختلال، فاصله بین خطوط برق و خطوط سیگنال شیلد نشده باید رعایت شود. 

۵-۳-۷-۱۵- شیلد کردن خطوط خارج از ساختمان 

شیلد کردن خطوط خارجی که به ساختمان وارد می شوند مشتمل بر شیلد کابل ها، داکت های فلزی در پوش دار کابل ها و نیز داکت های بتنی مسلح با آرماتورهای به هم پیوسته است. شیلد کردن خطوط خارج از ساختمان مفید است ولی اغلب در حیطه کاری طراح SPM قرار نمی گیرد (چون معمولا مالک خطوط خارج از ساختمان شرکت های تاسیساتی شهری هستند).

۶-۳-۷-۱۵- جنس و ابعاد شیلدهای مغناطیسی

در مرز LPZ0A و LPZ1 جنس و ابعاد شیلدهای مغناطیسی (مانند شیلد فضایی شبکه ای شکل، شیلد کابل ها و محفظه تجهیزات) باید مطابق الزامات بخش 15-6 برای هادی های ترمینال هوایی و/یا هادی های نزولی باشد. به طور خاص :

    • حداقل ضخامت ورقه های فلزی، داکت های فلزی لوله ها و شیلد کابل ها باید مطابق جدول ۳ از استاندارد IEC 62305-3 تعیین گردند.  

    • چیدمان شیلدهای فضایی شبکه ای شکل و همچنین حداقل سطح مقطع هادی به کار رفته در آنها باید منطبق بر جدول ۶ از استاندارد 3-62305 IEC باشد. 

شیلدهای مغناطیسی که عبور جریان صاعقه از آن ها مد نظر نباشد، لزومی به تطبیق ابعادشان با جداول ۳ و ۶ از استاندارد 3-62305 IEC نیست :

    • در مرز زون های 1/2 LPZ یا بالاتر، به شرط آن که فاصله جدایی (s) بین شیلدهای مغناطیسی و LPSها رعایت شده باشد. (ر.ک. بند ۱۵-۶-۲-۳) 

    • در مرز هر یک LPZ ها، هرگاه تعداد رویدادهای خطرناک ND ناشی از اصابت صاعقه به ساختمان قابل صرف نظر باشد یا به عبارتی 0.01 > N در سال باشد.(نحوه محاسبه پارامتر ND در پیوست A استاندارد 2-62305 IEC شرح داده شده است).

۴-۷-۱۵- سیستم SPD هماهنگ شده 

حفاظت از سیستم های داخلی در برابر سرج در گرو وجود شیوه ای سیستماتیک مبتنی بر بکارگیری SPDهای هماهنگ شده برای حفاظت از خطوط برق و مخابرات است. ضوابط انتخاب و نصب SPDهای هماهنگ شده در هر دو مورد (خطوط برق و مخابرات) یکسان است (ر.ک پیوست C استاندارد 4-62305 IEC). 

در یک SPM که از تکنیک زون های حفاظت صاعقه استفاده می کند و از بیش از یک زون داخلی (LPZ2 ،LPZ1 یا بالاتر) تشکیل شده است SPDهای مناسبی باید در محل ورود خطوط به داخل هر یک از زون های حفاظت صاعقه، پیش بینی شوند (شکل (۱۵-۱۵)) 

در SPMهایی که تنها شامل LPZ1 هستند باید حداقل یک SPD در ورودی LPZ1 نصب شود. 

در هر دو حالت فوق اگر فاصله بین مکان نصب SPD و تجهیزاتی که باید حفاظت شوند زیاد باشد این امکان وجود دارد  که تعداد SPDهای مورد نیاز اضافه شود (ر.ک. پیوست C استاندارد 4-62305 IEC) .

آزمون SPDها باید مطابق استاندارهای زیر صورت گیرد : 

    • برای سیستم های قدرت : IEC 61643-11 

    • برای سیستم های مخابراتی و سیگنالینگ: 21-61643 IEC 

اطلاعات لازم برای انتخاب و نصب سیستم SPD هماهنگ شده در پیوست C استاندارد 4-62305 IEC ارایه شده است. 

همچنین انتخاب و نصب سیستم SPD هماهنگ شده باید منطبق بر استانداردهای زیر باشد : 

    • برای حفاظت سیستم های قدرت استانداردهای IEC 60364-5-53, IEC 61643-12

    • برای حفاظت سیستم های مخابراتی و سیگنالینگ استاندارد 22-61643 IEC 

در پیوست استاندارد 4-62305 IEC به اطلاعات اولیه ای در مورد نصب و انتخاب حفاظت SPDهای هماهنگ، اشاره شده است. اطلاعاتی در خصوص دامنه سرج ناشی از صاعقه، به منظور تعیین و محاسبه پارامترهای SPDها در نقاط مختلف تاسیسات درون ساختمان در پیوست D استاندارد 4-62305 IEC و پیوست E از استاندارد 1-62305 IEC ارایه شده است.