حفاظت تجهيزات الكترونيكي در برابر صاعقه و فراتاخت ولتاژ (Surge Protection)
اصول كلي سيستمهاي حفاظت (IEC 61312) – - قسمت اول

مقدمه
از شروع عصر جديد تا بحال، صاعقه منشاء آتش سوزي و خطرات زيادي بوده است. اول بار، اتوفن گوريك (1602 -1686) (Otto Von Guericke) فيزيكدان و مهندس معروف، تشابه ميان تخليه هاي الكترواستاتيكي آزمايشگاهي و شوكهاي (Surge) ناشي از صاعقه را كشف كرد.
بر اساس اين فرضيه كه صاعقه يك پديده الكتريكي است، بنجامين فرانكلين ( 1706-1790) ، سياستمدار، دانشمند و نويسنده معروف در سال 1752 پيشنهاد كرد كه جرقه هاي صاعقه توسط ميله هاي نوك تيز جذب و سپس توسط هادي فلزي به زمين هدايت شوند. به اين صورت وي را مي توان پايه گذار سيستم حفاظت در برابر صاعقه، ناميد.
@LightningEarthing
سالهاي قبل از 1752 يك فرانسوي بنام فرانسيس دليبارد (Delibard)، توسط يك آزمايش، توانسته بود ثابت كند كه فعاليت هاي طوفان بر اساس پروسه هاي الكتريكي است. او روي تپه اي در نزديكي پاريس، يك ميله فولادي 12 متري را روي يك بطري شيشه اي بطور عايق از زمين نصب كرد.
در طي يك طوفان، دستيار او توانست طول جرقه هاي 4 سانتيمتري را كه در انتهاي ميله ظاهر شده بود، اندازه گيري كند. اين جرقه ها درست مشابه جرقه هايي بودند كه در آزمايشگاههاي آن زمان، از تخليه هاي الكترواستاتيكي بدست مي آمدند. در پي آن، اولين بار كشيشي، يك ميله ساده روي بام كليسا نصب و آنرا توسط يك مفتول فلزي به زمين هدايت كرد و نهايتا فرانكلين نيز در سال 1765، اولين وسيله حفاظت از صاعقه را در فيلادلفياي آمريكا ساخت.
هنگامي كه عملكرد صحيح اين روش ها بر همگان ثابت شد، دستورالعملهاي مدوني جهت ساخت و نصب صحيح سيستم، تهيه و تدوين شد و بزودي گسترش پيدا كردند.
@LightningEarthing

واژه " حفاظت خارجي در مقابل صاعقه " عبارتست از حفاظت انسانها و تجهيزات موجود در ساختمان، از ضربه مستقيم صاعقه كه مي تواند منجر به انهدام و آتش سوزي گردد. در آغاز اينگونه حفاظت به تنهايي كافي به نظر مي رسيد، اما از نيمه سالهاي 1970 با گسترش كاربرد تجهيزات الكترونيكي، وضعيت تغيير يافت.
كاربرد وسيع سيستمهاي الكترونيكي، موجب افزايش صدمات وارده به اين تجهيزات در اثر صاعقه و اضافه ولتاژهاي ناشي از آن شد. اما به مرور و با بكار بستن مقررات خاص سيستم هاي حفاظتي، هزينه ناشي از اين صدمات بطور قابل ملاحظه اي كاهش پيدا كرد.
@LightningEarthing

*حفاظت تجهيزات در مقابل فراتاخت هاي و لتاژ ناشي از صاعقه
صاعقه يك پديده طبيعي و خارج از كنترل بشر بوده كه همواره موجب صدمات مالي و جاني فراوان شده است. امروزه با لحاظ كردن مقررات و ضوابط خاصي مي توان از اين صدمات جلوگيري كرده و تا حد زيادي خسارت ناشي از آن را كاهش داد.
هاديهاي جاذب صاعقه بر روي ساختمانهاي بلند، كليساها و برجها نصب مي شوند. هرچند كه اينگونه سيستم هاي حفاظتي همانند سيستمهاي اعلام حريق براي ساختمانهاي بلند الزامي است، اما به تنهايي، قادر به تامين حفاظت مناسب براي وسايل الكترونيكي نخواهند بود.
سيستم هاي الكترونيكي داراي ساختمان پيچيده اي هستند و از ميكروپروسسورها و المانهاي نيمه هادي تشكيل شده اند كه اين عناصر در مقابل اضافه ولتاژ بسيار آسيب پذير مي باشند. تجربه نشان داده است كه تخليه صاعقه تا فاصله يك كيلومتر و حتي بيشتر مي تواند براي تجهيزات الكترونيكي خطرآفرين باشد.
@LightningEarthing

به منظور مقابله با اين خسارات و ايجاد يك سيستم حفاظتي مناسب، شركت هاي متخصص در اين زمينه، در پي گسترش ساخت هرچه بيشتر تجهيزات خاص اين گونه حفاظت ها هستند. همانطور كه امروزه، وجود فيوز، در حفاظت سيستمهاي تغذيه در مقابل اتصاليها، بسيار ضروري است، وجود ارسترهاي حفاظت در مقابل ولتاژهاي ضربه نيز لازم و ضروري به نظر مي رسد. ضمن آنكه تنها بخشي از اضافه ولتاژها در اثر تخليه صاعقه بوده و بخش عمده آنها ناشي از عمليات سوئيچينگ و حوادث تغذيه، ايجاد مي شوند.
متاسفانه هيچ راهي براي پيش بيني محل و زمان وقوع صاعقه وجود ندارد. در صورتي كه ميزان، منشاء و توالي وقوع ساير اضافه ولتاژها، با وسايل مناسب قابل اندازه گيري و بررسي مي باشند. اما بهرحال، تجهيزات حفاظتي مشابهي براي شوكهاي خط تغذيه، ناشي از سوئيچينگ و يا صاعقه، بكار مي روند.
در هر دو حالت، لازم است كه اين تجهيزات كاملا منطبق با مشخصات فني دستگاه مورد حفاظت انتخاب شوند، بطوريكه عمل حفاظت بدون توقف در عمليات سيستم انجام پذيرد. اين امر، مشاوره با متخصصين مربوطه را در اين زمينه طلب مي كند.
@LightningEarthing

1) علل خسارات :
ورود ميكروپروسسورها به دايره تكنولوژي كاربردهاي وسيعي را ايجاد كرده بطوريكه حتي تا چند سال پيش هم قابل لمس نبود. كوچك شدن ساختمان نيمه هاديها و كاهش طول هاديهاي الكتريكي تا كمتر از 2 μm ، موجب سرعت بالاي عمليات و ظرفيت بالاي ذخيره سازي اطلاعات شده است. از طرف ديگر، اين عناصر نسبت به اضافه ولتاژها بسيار حساس بوده و آسيب پذيري آنها را از اين بابت نمي توان از نظر دور داشت. بعلت فاصله هاي ميكروسكوپي ميان عناصر الكترونيكي و لايه هاي عايقي ظريف آنها، ولتاژهاي ضربه موجب شكستهاي عايقي و در نهايت خرابي و انهدام قطعات مي شوند. حتي اگر اين اضافه ولتاژها بيش از چند ميكروثانيه هم ادامه نداشته باشند، باز مي توانند موجب خرابي نيمه هاديها و توقف طولاني كل سيستم گردند.
پيش از اينها، اهميت زيادي به حفاظت تجهيزات الكترونيكي و مدارات الكتريكي در مقابل شوكهاي (Surge) سيستم هاي تغذيه، اينكه، تنها بعضي از سازنده ها اين عناصر حفاظتي را در تجهيزات الكترونيكي خود نصب ميكردند. تنها در ً داده نمي شد خصوصا سال 1986، اين نوع صرفه جويي هاي بي مورد بخشهاي توليدي كمپانيهاي بيمه آلمان را ناچار كرد، كه تاوان اين خسارت را تا مبلغ 100 ميليون مارك بپردازند. هرچند كه ميزان خسارات تجهيزات بيمه نشده يا خسارات توقف و از كارافتادن سيستمها به درستي مشخص نيست.
@LightningEarthing

1-1) فراتاخت ولتاژ ناشي از حوادث جوي(صاعقه)
دلايل بروز ولتاژهاي ضربه در طي فعاليتهاي طوفاني به شرح زير است :
-ضربه مستقيم صاعقه (بطور مثال از طريق سيستم صاعقه گير ساختمان)
-اصابت صاعقه به ساختمانهاي مجاور (بطور مثال القاء امواج صاعقه روي خطوط تجهيزات EDP)
-صاعقه اي كه در دور دست اتفاق مي افتد و موجب القاء ولتاژهاي ضربه روي تجهيزات حساس مي شود.
@LightningEarthing

ادامه این مقاله را در سایت شرکت مهندسی تونیر به آدرس زیر مطالعه فرمایید :
www.toonir.com 👈🏾👈🏾👈🏾👈🏾

لحظه برخورد صاعقه در نزدیکی خودروی خوش شانس که منجر به سوراخ شدن آسفالت شده است. LightningEarthing@

در راستای تامین سیستم زمین ، بایستی از نوع کاربری تجهیزات سایت و استانداردهای منتشر شده در آن اطلاع داشت ، لذا لازم دانستیم ضمن آشنایی شما عزیزان با دیتاسنتر و استاندارد TIA942 ، یادآوری نماییم که تمهیدات سیستم زمین و شیلدینگ بسته به Tier انتخابی متفاوت میباشد :
@LightningEarthing

دیتاسنتر مكانهايي مطمئن براي نگهداري اطلاعات با قابليت اطمينان بالا و همچنين قابليت دسترسي بالا هستند كه استفاده از آنها باعث میگردد که تشكيلات اقتصادي و سازمانهاي مختلف با دارا بودن امكان ارائه سرويس مستمر به مشتريان و همچنين در اختيار داشتن اطلاعات حياتی خود در شرايط مختلف، مطابق نيازهاي تجاري و بر طبق زمانبنديهاي دقيق خود عمل نمايند.
در واقع Data Centerها مراكز زير ساختي بسيار مهمي هستند كه وظيفه پشتيباني ازسرويس هاي تحت  اينترنت، تجارت الكترونيكي و بخش  هاي ارتباطات الكترونيكي را دارا مي باشند، لذا تمامي سرويس هاي ارايه شده در آنها مي بايست دقيق، مطابق برنامه و بدون كوچكترين وقفه اي عمل نمايند.
ايجاد Data Center به برنامه ريزي بسيار دقيق، گسترده و مرحله به مرحله نياز دارد و مي بايست ابتدا اهداف مورد نظر از طراحي و ايجاد يك Data Center‌ مشخص گردد تا با تعيين دقيق نيازمندي ها، رسيدن به اهداف تعيين شده براي آن ميسر گردد.
@LightningEarthing

معرفي استاندارد TIA 942

در سال 2005  برای تعیین راهكارهای عملی برای طراحی و ساخت Data Centerها مخصوصا با توجه به سیستمهای كابل كشی و طراحی شبكه، ایجاد شده است. این استاندارد، در دستورالعملهای خود هر دو نوع رسانه فیبر نوری و كابلهای مسی را مد نظر قرار داده است.  TIA-942 همچنین مرجعی تعیین كننده برای نیازمندی های خاص نواحی خصوصی و عمومی اتاق سرور در مورد برنامه های كاربردی و دستورالعملهای اجرایی می باشد.

معماری شبكه
طراحی الكتریكی
ذخیره سازی و تهیه نسخه پشتیبان                                           
افزونگی سیستم
امنیت و كنترل دسترسی به شبكه
مدیریت پایگاه داده
میزبانی Web و برنامه های كاربردی
توزیع محتوا
كنترل محیط
حفاظت در برابر اتفاقات فیزیكی (طوفان،  زلزله، آتش سوزی و .... )

مزایای اصلی طراحی اتاق سرور مطابق با استاندارد TIA-942 شامل نامگذاری استاندارد قطعات و تجهیزات، اطمینان كاركرد بدون اشكال و خرابی، حفاظت قوی در برابر آسیب های طبیعی یا مصنوع بشری و قابلیت اطمینان، توسعه پذیری و مقیاس پذیری برای مدت طولانی است.
@LightningEarthing

اهداف استاندارد TIA-942

هدف مهم این استاندارد، تهیه نیازمندیها و راهنماییهای لازم برای طراحی و نصب اتاق سرور و یا Server farm می باشد. این استاندارد مد نظر طراحانی است كه احتیاج به فهم گسترده در مورد طراحی اتاق سرور شامل طرح  ریزی ساختمان، سیستمهای كابل كشی و طراحی می باشند.

در زیر مدلی از اتاق سرور منطبق بر استاندارد TIA-942 را خواهید دید :
@LightningEarthing

استاندارد TIA-942 چهار ناحیه اصلی را در اتاق سرورمتصور شده است كه عبارتند از:
- اتاق ورودی
- اتاق كامپیوتر شامل نواحی:
ناحیه توزیع اصلی
ناحیه توزیع افقی
ناحیه توزیع دسته بندی شد
ناحیه توزیع تجهیزات
- اتاق مخابرات
- اتاق تجهیزات مکانیکی
اتاق سرور با توجه به

استاندارد TIA-942 به چهار ‏Tier زیر تقسیم می شود:
@LightningEarthing



Tier1 :

این Tier یك Tier ساده و بدون تجهیزات پیچیده است.
این Tier فاقد اجزاء افزونه و تجهیزات محافظ در برابر آتش و تجهیزات خنثی كننده می باشد.
برای توزیع برق، هوا و ارتباطات  شامل مسیرهای اضافی نیست.
تنها از یك دسترسی دهنده, سرویس دریافت می كنند.
هر گونه قطع  در تجهیزات و مسیرها باعث از كار افتادن كل اتاق سرور می‌شود.
توقف برنامه ریزی شده و برنامه ریزی نشده دارد.
در یك سال تا 40 ساعت Downtime  دارد.



Tier2:

در این  Tier نسبت به Tier یك برای سیستم الكتریكی پشتیبان در نظر گرفته می‌شود.
فقط مسیر توزیع برق و سیستم های تهویه و كابل های ارتباطی منظور می‌شود.
تنها از یك فراهم كننده دسترسی سرویس دریافت می‌شود.
یك سیستم اطفا حریق و تجهیزات خنثی كننده در این Tier منظور میگردد
توقف برنامه ریزی شده و برنامه ریزی نشده دارد (كمتر از Tier یك)
در یك سال تا 22 ساعت Downtime  دارد.
@LightningEarthing

Tier3 :

کلیه تجهیزات شبكه اعم از مسیر یاب ها و سوئیچ ها و ... دارای پشتیبان هستند.
برای سیستم توزیع برق, تهویه هوا و ارتباطات دو مسیر منظور میگردد (یكی فعال و دیگر به عنوان پشتیبان و در حالت عادی غیر فعال)
حداكثر از دو فراهم كننده دسترسی, سرویس گرفته می‌شود.
سیستم برق , ژنراتورها و UPS همگی دارای پشتیبان هستند.
سیستم شناسایی و اطفا حریق و پیش خنثی كننده دارد.
سیستم ایمنی CCTV دارد.
تنها برای فعالیت های برنامه ریزی شده متوقف می‌شود.
در یك سال تا 1.6 ساعت Downtime  دارد.


Tier4 :

كلیه تجهیزات شبكه اعم از مسیر یاب ها و سوئیچ ها و ... دارای پشتیبان هستند.
برای سیستم توزیع برق, تهویه هوا و ارتباطات دو مسیر منظور میگردد (هر دو  فعال)
حداقل از دو فراهم كننده دسترسی, سرویس گرفته می‌شود.
سیستم برق , ژنراتورها و UPS همگی دارای پشتیبان هستند.
سیستم شناسایی و اطفا حریق و پیش خنثی كننده دارد.
سیستم ایمنی CCTV دارد .
تنها برای فعالیت های برنامه ریزی شده متوقف می‌شود.
در یك سال تا 0.4 ساعت Downtime  دارد .
@LightningEarthing

برای طراحی و محاسبه شبکه ارتینگ در صنایع مختلف نظیر نیروگاهها،پستهای برق،پالایشگاهها،سایتهای مخابراتی و...
قبل از هر چیز می بایست هدایت الکتریکی خاک محل پروژه در نقاط و عمق های مختلف در دسترس باشد.
تا بتوانیم بر اساس آن شبکه ارتینگ را طراحی نماییم.
@LightningEarthing

یکی از روشهای متداول اندازه گیری مقاومت الکتریکی خاک(اهم-متر) روش Wenner مرسوم به روش 4 میله ایی می باشد.
این روش که مورد تایید خیلی از استانداردهای بین المللی نظیر IEEE,BS,IEC و... می باشد به روش زیر است:
@LightningEarthing

در اين روش جهت اندازه¬گيري مقاومت مخصوص خاك، از چهار ميله كه بصورت عمودي و در يك راستا مطابق شكل زير در خاك قرار مي¬گيرند استفاده مي¬شود. دو ميله C1 و C2 با استفاده از يك منبع تغذيه, جرياني را به درون خاك مي¬فرستند و دو ميله ديگر P1 وP2 ولتاژ را اندازه گيري مي¬كنند.
@LightningEarthing

قطر ميله¬ها مي¬تواند يكسان نباشد اما بايد همه آنها بطور موثر و با عمق يکسان در خاک فرو رفته باشند. همچنين ميله¬ها بايد در يک راستای مستقيم و با فواصل يکسان از يکديگر قرار گيرند.
ميزان كوبيدن الكترودها از سطح خاك طبيعي مي بايست 1/20 فاصله بين الكترودها باشد.
@LightningEarthing
لازم به اطلاع است جهت اندازه گیری هدایت الکتریکی خاک تنها دستگاههای ارت تستسر چهار سیمه توانایی اندازه گیری با این روش رادارند در زیر نمونه ایی از این دستگاه درذ شکل آمده است.
@LightningEarthing