מערכות הגנה מפני ברקים: שמירה על מבנים ברחבי העולם

פגיעות ברק מהוות סכנה משמעותית, המאיימת על חיים, רכוש ותשתיות חיוניות ברחבי העולם. פגיעת ברק ישירה עלולה לגרום לנזק הרסני, לרבות שריפות, פיצוצים וכשלים במערכות החשמל. מערכות הגנה מפני ברקים (LPS) מתוכננות להפחית סיכונים אלו על ידי יצירת נתיב בטוח לאנרגיית הברק אל האדמה, ובכך למזער נזק פוטנציאלי למבנים ולשוהים בהם. מדריך מקיף זה סוקר את חשיבותן של מערכות LPS, רכיביהן, התקנים הרלוונטיים, נוהלי ההתקנה ודרישות התחזוקה כדי להבטיח הגנה יעילה מפני פגיעות ברק ברחבי העולם.

מדוע הגנה מפני ברקים היא חיונית

תדירותן ועוצמתן של פגיעות הברק משתנות גיאוגרפית, כאשר אזורים מסוימים חווים רמות גבוהות משמעותית של פעילות ברקים מאחרים. עם זאת, הפוטנציאל לנזק קיים בכל מקום. שקלו את הסיבות המרכזיות הבאות מדוע מערכות LPS הן חיוניות:

• הגנה על חיי אדם: פגיעות ברק עלולות להיות קטלניות. מערכות LPS מפחיתות את הסיכון לפציעה או מוות על ידי הסטה בטוחה של אנרגיית הברק הרחק מאנשים בתוך מבנים.
• מניעת שריפות ופיצוצים: פגיעות ברק עלולות להצית חומרים דליקים ולגרום לשריפות ופיצוצים. מערכות LPS ממזערות סיכון זה על ידי הולכה בטוחה של אנרגיית הברק לאדמה, ובכך מונעות הצטברות חום וניצוצות בתוך המבנה.
• הגנה על מערכות חשמל ואלקטרוניקה: פגיעות ברק עלולות לייצר נחשולי מתח חזקים הפוגעים או הורסים ציוד חשמלי ואלקטרוני רגיש, לרבות מחשבים, מערכות תקשורת ובקרים תעשייתיים. מערכות LPS, בשילוב עם מגיני נחשולי מתח, מסייעות להגן על מערכות אלו מפני מתח יתר.
• מזעור נזקים מבניים: פגיעות ברק עלולות לגרום לנזק מבני משמעותי לבניינים, לרבות סדקים, קריסות והיחלשות של חומרים. מערכות LPS מסייעות להגן על השלמות המבנית של הבניין על ידי יצירת נתיב מועדף לאנרגיית הברק אל האדמה, ובכך מפחיתות את העומס על חומרי הבניין.
• הבטחת רציפות עסקית: פגיעות ברק עלולות לשבש פעילות עסקית ולגרום להשבתות ולהפסדים כספיים. מערכות LPS מסייעות להבטיח רציפות עסקית על ידי הגנה על תשתיות וציוד חיוניים, ובכך ממזערות את השפעת פגיעות הברק על הפעילות.
• עמידה בתקנים ובתקנות: תקני בנייה ותקנות רבים דורשים מערכות הגנה מפני ברקים עבור סוגים מסוימים של מבנים, במיוחד אלו שהם גבוהים, חשופים, או מאחסנים חומרים מסוכנים. התקנת מערכות LPS מסייעת להבטיח עמידה בתקנות אלו.

דוגמה: באזורים כמו דרום-מזרח אסיה ומרכז אפריקה, החווים פעילות סופות רעמים גבוהה, הגנה מפני ברקים נדרשת לעיתים קרובות עבור בתי ספר, בתי חולים ומבני ממשל כדי להגן על אוכלוסיות פגיעות ותשתיות חיוניות.

רכיבים של מערכת הגנה מפני ברקים

A comprehensive LPS typically consists of the following components, each designed to perform a specific function:

מערכת LPS מקיפה מורכבת בדרך כלל מהרכיבים הבאים, כאשר כל אחד מהם נועד לבצע תפקיד ספציפי:

• קולטנים אוויריים (כליאי ברק): אלו הם מוטות מתכת או תרנים המותקנים באופן אסטרטגי על הגג או על חלקים חשופים אחרים של המבנה. הם נועדו ליירט פגיעות ברק ולספק נקודת מגע מועדפת. התכנון, המיקום וסוג הקולטן האווירי (מחודד, קהה או רשת) תלויים בגודל המבנה, צורתו ומאפייני פגיעות הברק המקומיים.
• מוליכי ירידה: אלו הם כבלי נחושת או אלומיניום עבים המחברים את הקולטנים האוויריים למערכת ההארקה. הם מספקים נתיב בעל עכבה נמוכה לזרימת אנרגיית הברק מהקולטנים האוויריים לאדמה. בדרך כלל מעדיפים שימוש במספר מוליכי ירידה כדי לפזר את הזרם ולהפחית את הסיכון להבזקי צד.
• מערכת הארקה: זוהי רשת של אלקטרודות הארקה, לוחות או רשתות קבורות באדמה המספקות חיבור בעל התנגדות נמוכה לאדמה. מערכת ההארקה מפזרת את אנרגיית הברק לאדמה, ומונעת ממנה להצטבר ולגרום נזק. סוג הקרקע, תכולת הלחות והגיאולוגיה המקומית משפיעים כולם על תכנון מערכת ההארקה.
• מוליכי גישור (השוואת פוטנציאלים): אלו משמשים לחיבור רכיבים מתכתיים בתוך המבנה למערכת ההגנה מפני ברקים. הגישור מסייע להשוות את הפרשי הפוטנציאלים בין רכיבים מתכתיים שונים, ובכך מפחית את הסיכון להבזקי צד וקשתות חשמליות.
• מגני נחשולי מתח (SPDs): ידועים גם כמגני נחשולי מתח ארעיים (TVSS), התקנים אלה מותקנים בלוחות חשמל ובציוד רגיש כדי להגן מפני נחשולי מתח הנגרמים מפגיעות ברק. מגני נחשולי מתח מסיטים מתח עודף לאדמה, ומונעים נזק לציוד המחובר. מגני נחשולי מתח מגיעים בסיווגים שונים, עם יכולות טיפול בנחשולי מתח שונות בהתאם ליישום.

דוגמה: במרכז נתונים, מגני נחשולי מתח הם חיוניים להגנה על שרתים וציוד רשת מפני נחשולים הנגרמים על ידי ברקים. אסטרטגיית SPD מקיפה כוללת מגני נחשולי מתח בלוח החשמל הראשי, בלוחות משנה ובארונות ציוד בודדים.

תקנים וקודים בינלאומיים להגנה מפני ברקים

מספר תקנים וקודים בינלאומיים מספקים הנחיות לתכנון, התקנה ותחזוקה של מערכות הגנה מפני ברקים. כמה מהתקנים המוכרים ביותר כוללים:

• IEC 62305: תקן בינלאומי זה מספק מסגרת מקיפה להגנה מפני ברקים, כולל הערכת סיכונים, אמצעי הגנה ותכנון מערכות. הוא מאומץ באופן נרחב באירופה, אסיה וחלקים אחרים של העולם.
• UL 96A: תקן זה, שפורסם על ידי Underwriters Laboratories (UL), מפרט את הדרישות להתקנת מערכות הגנה מפני ברקים בארצות הברית.
• NFPA 780: תקן זה, שפורסם על ידי האגודה הלאומית להגנה מפני אש (NFPA), מספק דרישות להתקנת מערכות הגנה מפני ברקים כדי להגן על אנשים ורכוש מפני שריפה וסכנות נלוות. תקן NFPA 780 נמצא בשימוש נרחב בארצות הברית ובמדינות אחרות.
• AS/NZS 1768: תקן זה משמש באוסטרליה וניו זילנד.

תקנים אלה מספקים דרישות מפורטות לכל ההיבטים של הגנה מפני ברקים, כולל בחירה ומיקום של קולטנים אוויריים, מוליכי ירידה, מערכות הארקה ומגני נחשולי מתח. חיוני להתייעץ עם התקנים והקודים הרלוונטיים בעת תכנון והתקנה של מערכת LPS.

דוגמה: חברה רב-לאומית המתכננת מפעל ייצור בגרמניה תפעל ככל הנראה בהתאם לתקן IEC 62305 עבור מערכת ההגנה שלה מפני ברקים, ותבטיח עמידה בתקנות המקומיות ובשיטות העבודה המומלצות הבינלאומיות.

הערכת סיכונים להגנה מפני ברקים

לפני תכנון מערכת הגנה מפני ברקים, חיוני לבצע הערכת סיכונים יסודית כדי לקבוע את רמת ההגנה הנדרשת. הערכת הסיכונים צריכה לקחת בחשבון גורמים כגון:

• צפיפות פגיעות ברק: מתייחס למספר הממוצע של פגיעות ברק לקילומטר רבוע בשנה באזור נתון. ניתן להשיג נתונים על צפיפות פגיעות ברק מסוכנויות מטאורולוגיות או מרשתות ייעודיות לאיתור ברקים.
• גובה וגודל הבניין: בניינים גבוהים וגדולים יותר נוטים יותר להיפגע מברק.
• אכלוס הבניין: בניינים עם שיעור אכלוס גבוה או המאכלסים אוכלוסיות פגיעות (למשל, בתי ספר, בתי חולים) דורשים רמת הגנה גבוהה יותר.
• תכולת הבניין: בניינים המכילים חומרים דליקים, כימיקלים מסוכנים או ציוד חיוני דורשים רמת הגנה גבוהה יותר.
• מבנה הבניין: סוג מבנה הבניין (למשל, שלד עץ, שלד פלדה, בטון) יכול להשפיע על פגיעותו לנזקי ברק.
• התנגדות סגולית של הקרקע: ההתנגדות של הקרקע משפיעה על יעילות מערכת ההארקה. התנגדות קרקע גבוהה יכולה להפחית את יכולתה של מערכת ההארקה לפזר את אנרגיית הברק.

בהתבסס על הערכת הסיכונים, ניתן לקבוע רמת הגנה, אשר תכתיב את דרישות התכנון הספציפיות עבור מערכת ה-LPS.

התקנת מערכות הגנה מפני ברקים

התקנת מערכת הגנה מפני ברקים צריכה להתבצע על ידי אנשי מקצוע מוסמכים ומנוסים. תהליך ההתקנה כולל בדרך כלל את השלבים הבאים:

• בחינת התכנון: תכנון מערכת ה-LPS צריך להיבחן על ידי מהנדס מוסמך או מומחה להגנה מפני ברקים כדי לוודא שהוא עומד בתקנים ובתקנות הרלוונטיים.
• בחירת חומרים: כל החומרים המשמשים במערכת ה-LPS צריכים להיות באיכות גבוהה ולעמוד בתקנים הרלוונטיים. נחושת ואלומיניום נפוצים בשימוש עבור קולטנים אוויריים, מוליכי ירידה ומערכות הארקה.
• התקנת קולטנים אוויריים: יש להתקין קולטנים אוויריים במיקומים אסטרטגיים על הגג או בחלקים חשופים אחרים של המבנה. המרווח בין הקולטנים האוויריים צריך להיקבע בהתבסס על דרישות התכנון.
• התקנת מוליכי ירידה: יש להתקין מוליכי ירידה לאורך הקירות החיצוניים של הבניין, ולספק נתיב ישיר מהקולטנים האוויריים למערכת ההארקה. יש להדק היטב את מוליכי הירידה למבנה הבניין.
• התקנת מערכת הארקה: יש להתקין את מערכת ההארקה בהתאם לדרישות התכנון. יש להחדיר את אלקטרודות ההארקה לעומק האדמה כדי להבטיח חיבור בעל התנגדות נמוכה לאדמה.
• גישור (השוואת פוטנציאלים): יש לגשר בין כל הרכיבים המתכתיים בתוך המבנה למערכת ההגנה מפני ברקים כדי להשוות הפרשי פוטנציאלים ולהפחית את הסיכון להבזקי צד.
• בדיקה ובחינה: לאחר ההתקנה, יש לבדוק ולבחון את מערכת ה-LPS כדי לוודא שהיא פועלת כראוי. יש למדוד את התנגדות מערכת ההארקה כדי לוודא שהיא עומדת בדרישות התכנון.

דוגמה: בעת התקנת מערכת LPS על בניין היסטורי, יש להקפיד במיוחד על מזעור ההשפעה החזותית של המערכת. טכניקות כמו הסתרת מוליכי ירידה בתוך קירות או שימוש בקולטנים אוויריים לא פולשניים יכולות לעזור לשמר את השלמות האדריכלית של הבניין תוך מתן הגנה יעילה מפני ברקים.

תחזוקת מערכות הגנה מפני ברקים

תחזוקה שוטפת חיונית להבטחת יעילותה המתמשכת של מערכת הגנה מפני ברקים. התחזוקה צריכה לכלול:

• בדיקה חזותית: ערכו בדיקות חזותיות סדירות של מערכת ה-LPS כדי לבדוק אם יש נזק או קורוזיה בקולטנים האוויריים, במוליכי הירידה, במערכת ההארקה ובחיבורי הגישור.
• בדיקת התנגדות הארקה: מדדו מעת לעת את התנגדות מערכת ההארקה כדי לוודא שהיא נשארת בגבולות המקובלים. התנגדות הארקה גבוהה יכולה להצביע על קורוזיה או נזק למערכת ההארקה.
• בדיקת גישור: בדקו את חיבורי הגישור כדי לוודא שהם מאובטחים ונקיים מקורוזיה.
• בדיקת מגני נחשולי מתח: בדקו את מגני נחשולי המתח כדי לוודא שהם פועלים כראוי. החליפו כל מגן שנפגע או הגיע לסוף חייו.
• שמירת תיעוד: שמרו תיעוד של כל הבדיקות, הבחינות ופעילויות התחזוקה.

תדירות התחזוקה צריכה להיקבע בהתבסס על תנאי הסביבה וסוג המבנה המוגן. באזורים עם רמות גבוהות של קורוזיה או פעילות ברקים, ייתכן שתידרש תחזוקה תכופה יותר.

שילוב מגני נחשולי מתח (SPDs)

בעוד שמערכת הגנה מפני ברקים מספקת הגנה חיצונית, מגני נחשולי מתח (SPDs) חיוניים למתן הגנה פנימית מפני מתחי יתר ארעיים הנגרמים מפגיעות ברק או אירועים חשמליים אחרים. מגני נחשולי מתח נועדו להגביל את נחשול המתח המגיע לציוד המחובר, ובכך למנוע נזק לאלקטרוניקה רגישה.

שיקולים מרכזיים לשילוב מגני נחשולי מתח באסטרטגיית הגנה מקיפה מפני ברקים כוללים:

• מיקום: יש להתקין מגני נחשולי מתח במספר רמות של מערכת החשמל, החל מכניסת השירות הראשית ועד ללוחות משנה וציוד בודד.
• סוג: בחרו מגני נחשולי מתח עם דירוגי מתח וזרם מתאימים ליישום הספציפי. סוגים שונים של מגני נחשולי מתח זמינים לרמות מתח שונות וליכולות נשיאת זרם נחשול שונות.
• תיאום: ודאו כי מגני נחשולי המתח מתואמים זה עם זה כדי לספק הגנה מיטבית. תיאום כולל בחירת מגני נחשולי מתח עם דירוגי מתח 'עובר' (let-through) ודירוגי זרם נחשול מתאימים כדי להבטיח שהם פועלים יחד ביעילות.
• ניטור: השתמשו במגני נחשולי מתח עם יכולות ניטור כדי לספק התרעה מוקדמת על בעיות פוטנציאליות. לחלק ממגני נחשולי המתח יש מחוונים מובנים המראים מתי הם נפגעו או הגיעו לסוף חייהם.

דוגמה: במתקן תקשורת, מגני נחשולי מתח הם חיוניים להגנה על ציוד תקשורת רגיש מפני נחשולים הנגרמים על ידי ברקים. גישת SPD רב-שכבתית תכלול מגני נחשולי מתח בלוח החשמל הראשי, בלוחות משנה, בארונות ציוד בודדים, וכן בקווי תקשורת נכנסים.

טכנולוגיות מתקדמות להגנה מפני ברקים

בעוד שמערכות הגנה מפני ברקים מסורתיות נמצאות בשימוש שנים רבות, טכנולוגיות מתקדמות מפותחות כל הזמן כדי לשפר את יעילות ההגנה מפני ברקים. חלק מטכנולוגיות אלו כוללות:

• טכנולוגיית העברת מטען (CTT): טכנולוגיה זו משתמשת ברשת של אלקטרודות כדי לפזר את הצטברות המטען באטמוספירה, ובכך להפחית את הסבירות לפגיעת ברק.
• קולטנים אוויריים מסוג ESE (Early Streamer Emission): קולטנים אוויריים אלה נועדו ליינן את האוויר סביבם, וליצור נתיב מועדף לפגיעות ברק. עם זאת, יעילותם של קולטני ESE עדיין שנויה במחלוקת, וחלק מארגוני התקינה אינם מכירים בהם.
• מידול בשיטת הכדור המתגלגל (Rolling Sphere Method): כיום משתמשים בתוכנות מתוחכמות כדי למדל דפוסי פגיעת ברק ולמטב את מיקום הקולטנים האוויריים להגנה מרבית.

חשוב להעריך בקפידה את הטענות של יצרני טכנולוגיות הגנה מפני ברקים מתקדמות לפני אימוצן. התייעצו עם מומחים מוסמכים להגנה מפני ברקים כדי לקבוע אם טכנולוגיות אלה מתאימות ליישום הספציפי שלכם.

סיכום

הגנה מפני ברקים היא אמצעי בטיחות חיוני שיכול להגן על חיים, רכוש ותשתיות חיוניות מפני ההשפעות ההרסניות של פגיעות ברק. על ידי הבנת עקרונות ההגנה מפני ברקים, יישום אמצעי הגנה מתאימים ותחזוקה נכונה של המערכת, ניתן להפחית באופן משמעותי את הסיכון לנזקי ברק. זכרו להתייעץ עם אנשי מקצוע מוסמכים ולפעול בהתאם לתקנים ולקודים הבינלאומיים הרלוונטיים כדי להבטיח את יעילות מערכת ההגנה שלכם מפני ברקים. מבתים פרטיים ועד למתקנים תעשייתיים, מערכת LPS מתוכננת ומתוחזקת היטב היא השקעה קריטית בבטיחות ובביטחון בעולמנו ההולך ומתחשמל.