چرا طراحی زمین برای روشنایی دکل بالا حیاتی است؟

1. مقدمه

سیستم های روشنایی دکل بالا-معمولاً بین 20 تا 50 متر ارتفاع دارند-به طور گسترده در فرودگاه‌ها، بنادر دریایی، معابر بزرگراه‌ها، استادیوم‌های ورزشی و میادین عمومی بزرگ استفاده می‌شوند. این سازه‌ها به دلیل ارتفاع بلند و مکان‌های در معرض دید در فضای باز، اهداف اصلی برای اصابت صاعقه هستند. سیستم اتصال زمین با طراحی ضعیف می تواند منجر به خرابی فاجعه بار تجهیزات، خطرات آتش سوزی و حتی تلفات جانی شود. این مقاله توضیح می دهد که چرا طراحی زمین مناسب صرفاً یک تشریفات قانونی نیست، بلکه یک ضرورت مهندسی حیاتی برای روشنایی LED با دکل بالا است.

2. حفاظت از صاعقه: عملکرد اولیه

تیرهای دکل بلندیکی از بلندترین سازه های اطراف خود هستند و آنها را به گیرنده های طبیعی صاعقه تبدیل می کند. یک سیستم جامع حفاظت در برابر صاعقه از سه جزء ضروری تشکیل شده است: پایان هوا (صاعقه گیر)، هادی پایین و سیستم زمین. خود قطب فلزی معمولاً به عنوان هادی پایین عمل می کند و جریان صاعقه را از بالا به پایه هدایت می کند.

سیستم اتصال به زمین حیاتی ترین بخش این زنجیره است. اگر مقاومت زمین خیلی زیاد باشد، جریان صاعقه نمی تواند به طور ایمن در زمین پخش شود و باعث افزایش پتانسیل زمین فاجعه بار می شود که می تواند کل مدار الکتریکی را از بین ببرد. نصب های حرفه ای به مقاومت زمین کمتر از 10 اهم برای کاربردهای عمومی و کمتر از 4 اهم برای زیرساخت های حیاتی نیاز دارند. با توجه به آیین نامه طراحی حفاظت در برابر صاعقه ساختمان ها (GB 50057-2010) و آیین نامه طراحی روشنایی جاده های شهری (CJJ45-2015)، زمین سیستم روشنایی دکل بلند باید با استانداردهای عملکرد ایمنی ملی مطابقت داشته باشد.

3. حفاظت از پرسنل: جلوگیری از ولتاژ مرحله و لمس

در طی یک رعد و برق، جریان عظیمی از طریق قطب به زمین می گذرد و یک گرادیان ولتاژ خطرناک در اطراف پایه ایجاد می کند. این می تواند ولتاژ پله ای-تفاوت پتانسیل بین دو پای شخص-و همچنین ولتاژ لمسی را در صورت تماس فردی با قطب ایجاد کند.

برای کاهش این خطر، مهندسان اغلب دو یا سه حلقه مسی زمین را با فاصله تقریبی 600 میلی متر در زیر پایه قطب دفن می کنند. فاصله 600 میلی متری انتخاب شده است زیرا فاصله گام های معمولی انسان حدود 0.8 متر است و فاصله کمتر به طور موثر ولتاژ پله ای را که ممکن است فرد تجربه کند کاهش می دهد. این حلقه ها اهداف دوگانه ای دارند: هم به عنوان الکترودهای حفاظت در برابر صاعقه و هم به عنوان الکترودهای زمینی مکرر برای هادی PE (زمین حفاظتی) در مدار برق روشنایی عمل می کنند و به اتصال هم پتانسیل بین قطب و زمین می رسند. این به طور قابل توجهی ولتاژ تماس و ولتاژ پله را در هنگام برخورد صاعقه یا خطاهای الکتریکی کاهش می دهد و حفاظت ضروری را برای پرسنل کار در نزدیکی یا عبور از قطب ایجاد می کند.

4. حفاظت از خطای الکتریکی و ایمنی تجهیزات

علاوه بر صاعقه، اتصال زمین برای حفاظت از خطاهای الکتریکی عادی ضروری است. سیستم‌های روشنایی دکل بالا با برق 220 ولت یا 380 ولت AC کار می‌کنند و چراغ‌های متعددی روی یک قطب نصب شده‌اند. تیرهای فلزی و محفظه‌های لامپ، قطعات رسانا در معرض دید هستند که باید به طور قابل اطمینانی به زمین متصل شوند.

طبق آیین نامه CJJ89{3}}2012 برای ساخت و ساز و پذیرش مهندسی روشنایی جاده های شهری، در پیکربندی های زمینی سیستم TN یا TT، هادی پلی اتیلن باید به قطب فلزی، جعبه های توزیع و سایر تجهیزات فلزی متصل شود تا یک شبکه را تشکیل دهد، با مقاومت زمین که در هیچ نقطه ای از 4 اهم تجاوز نمی کند. اتصال زمین مناسب تضمین می‌کند که در صورت خرابی عایق، جریان‌های خطا دارای یک مسیر امپدانس پایین به زمین هستند و به دستگاه‌های حفاظتی مانند کلیدهای مدار یا RCD اجازه می‌دهد تا به سرعت کار کنند و منبع تغذیه را قطع کنند. بدون اتصال به زمین کافی، یک قطب فلزی می تواند انرژی بگیرد و خطر برق گرفتگی شدید را به همراه داشته باشد، به ویژه در محیط های مرطوب بیرونی.

5. حفاظت از نوسانات برای الکترونیک حساس

نورپردازی LED مدرن با دکل بالا به طور فزاینده ای از چراغ های LED با درایورها و سیستم های کنترل پیچیده استفاده می کند. این قطعات الکترونیکی به اضافه ولتاژهای گذرا ناشی از برخورد مستقیم و غیرمستقیم صاعقه (سرج القایی) بسیار حساس هستند. طبق DB41/T 1472-2017، پایه‌های دکل بلند باید دارای دستگاه‌های محافظ ولتاژ آزمایشی کلاس I (SPD) در جعبه اتصال در پایه قطب باشند. SPD در طول رویدادهای اضافه ولتاژ گذرا در نانوثانیه فعال می شود، جریان اضافی را به زمین منحرف می کند و از سوختن ماژول های LED حساس جلوگیری می کند. یکی از دلایل مکرر خرابی در پروژه‌های روشنایی با کیفیت پایین، اتصال زمین ناکافی و حفاظت در برابر نوسانات برق است که منجر به خرابی گسترده چراغ‌های LED پس از یک فصل رعد و برق می‌شود.

6. نتیجه گیری

طراحی زمین یک افزونه اختیاری- نیست بلکه یک نیاز اساسی برای آن استروشنایی LED با دکل بالاایمنی و قابلیت اطمینان حفاظت ضروری در برابر برخورد مستقیم صاعقه را فراهم می کند، از پرسنل در برابر ولتاژهای گام و لمس محافظت می کند، عملکرد صحیح دستگاه های حفاظت از خطای الکتریکی را تضمین می کند و از تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر نوسانات مخرب محافظت می کند. همانطور که نورپردازی LED با دکل بالا با فناوری LED و کنترل‌های هوشمند به تکامل خود ادامه می‌دهد، اهمیت یک سیستم اتصال زمین-به خوبی مهندسی شده بیشتر می‌شود. مدیران و مهندسان تاسیسات باید طراحی زمین را از اولین مراحل برنامه ریزی اولویت بندی کنند و از انطباق با استانداردهای ملی مانند GB 50057-2010، CJJ45-2015 و GB50169-2016 اطمینان حاصل کنند تا از دارایی ها و جان انسان ها در تمام طول عمر سیستم محافظت کنند.