เทคโนโลยีป้องกันฟ้าผ่าในยุคข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์
หลังจากทศวรรษ 1970 เนื่องจากการพัฒนาข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีการบินและอวกาศ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการรวมเซมิคอนดักเตอร์และเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์อย่างกว้างขวาง การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าของฟ้าผ่า และอันตรายจากพัลส์ฟ้าผ่าจึงรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นเทคโนโลยีป้องกันฟ้าผ่าจึงค่อย ๆ เคลื่อนตัวจากยุคไฟฟ้าไปสู่ยุคข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ วัตถุประสงค์หลักของการป้องกันฟ้าผ่าในยุคข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์นั้นแสดงออกมาในด้านต่อไปนี้
(1) ป้องกันฟ้าผ่าจากสิ่งปลูกสร้างที่กระทบโดยตรงจนทำให้เกิดผลกระทบทางไฟฟ้า ผลกระทบทางความร้อน และผลกระทบทางกล
(2) ป้องกันฟ้าผ่าจากการบุกรุกโครงสร้างที่เป็นคลื่นฟ้าผ่าผ่านสายโลหะหรือท่อโลหะ ซึ่งเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยส่วนบุคคลภายในอาคารและการทำลายอุปกรณ์
(3) เพื่อป้องกันฟ้าผ่าที่เกิดจากพายุฝนฟ้าคะนอง กระแสพัลส์แรงจะทำให้ประจุในเมฆเป็นกลางกับพื้นดิน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในสนามไฟฟ้าสถิต ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าสูงที่เกิดจากประจุตรงข้ามกับเครื่องหมายของช่องนำร่อง ที่จะเหนี่ยวนำให้ตัวนำที่อยู่ใกล้เคียงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอันตรายในสถานที่ไวไฟและระเบิดได้
(4) ป้องกันอันตรายจากการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่า เมื่อกระแสฟ้าผ่าเปลี่ยนจากศูนย์เป็นหมื่นแอมแปร์ภายในเวลาไมโครวินาที สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงชั่วคราวจะถูกสร้างขึ้นในพื้นที่โดยรอบ และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำบนเส้นจะทำให้เกิดอันตราย ในเวลาเดียวกัน ฟ้าผ่าสามารถแผ่รังสีจากความถี่ต่ำมากที่ไม่กี่เฮิรตซ์ไปจนถึงความถี่สูงพิเศษที่หลายกิกะเฮิรตซ์ เมื่อวัตถุที่ได้รับการป้องกันอยู่ใกล้กับฟ้าผ่า จะได้รับผลกระทบจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตเป็นหลัก เมื่อสนามป้องกันอยู่ห่างจากฟ้าผ่า จะได้รับผลกระทบจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหลัก ผลกระทบของรังสีอาจมีตั้งแต่การรบกวนการสื่อสารทางวิทยุ เช่น สายสัญญาณและเสาอากาศ ไปจนถึงอุปกรณ์ที่สร้างความเสียหาย ทำให้เกิดประกายไฟในบริเวณที่ติดไฟและระเบิดได้ และแม้แต่การระเบิด
วิธีการป้องกันฟ้าผ่าในยุคข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแบ่งและปล่อยกระแสฟ้าผ่า และการปิดกั้นการบุกรุกของคลื่นฟ้าผ่า เช่นเดียวกับอุปกรณ์ป้องกันการป้องกัน เทคโนโลยีป้องกันฟ้าผ่าและศักยภาพเท่ากันและการใช้งานที่ครอบคลุม
ยังคงเป็นไปไม่ได้ที่มนุษย์จะควบคุมฟ้าผ่าได้อย่างสมบูรณ์ แต่หลังจากการสำรวจและฝึกฝนมาเป็นเวลานาน ความรู้และประสบการณ์มากมายเกี่ยวกับการป้องกันฟ้าผ่าได้ถูกสั่งสมมา และชุดวิธีการและเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการป้องกันฟ้าผ่าได้ถูกสร้างขึ้น มีความสำคัญเป็นแนวทางสากลสำหรับอุตสาหกรรมในการป้องกันภัยพิบัติจากฟ้าผ่าอย่างมีประสิทธิภาพ
1. การรับฟ้าผ่า
การเชื่อมต่อฟ้าผ่าหมายความว่า ฟ้าผ่า (ฟ้าผ่าโดยตรง) ภายในช่วงหนึ่งไม่สามารถเลือกช่องทางจำหน่ายโดยพลการ แต่สามารถปล่อยพลังงานลงสู่พื้นโลกตามระบบป้องกันฟ้าผ่าและช่องทางที่กำหนดซึ่งออกแบบล่วงหน้าโดยผู้คนเท่านั้น อุปกรณ์ที่ใช้รับฟ้าผ่าเรียกว่าขั้วฟ้าผ่า ในมาตรฐานแห่งชาติ "รหัสสำหรับการออกแบบการป้องกันฟ้าผ่าของอาคาร" ระบุว่าสายล่อฟ้า แถบฟ้าผ่า (เส้น) และตาข่ายฟ้าผ่าเป็นอุปกรณ์ที่รับฟ้าผ่าโดยตรง ซึ่งเรียกรวมกันว่าตัวรับฟ้าผ่า
ในการป้องกันฟ้าผ่าภายนอกอาคาร หลังจากเชื่อมต่อฟ้าผ่าเข้ากับขั้วต่อฟ้าผ่าแล้ว กระแสฟ้าผ่ากำลังแรงจะรั่วไหลลงสู่พื้นผ่านช่องที่กำหนด ซึ่งสามารถป้องกันความเสียหายต่อตัวอาคารจากกระแสฟ้าผ่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกัน ในกระบวนการรั่วหลังจากได้รับฟ้าผ่า ให้ความสนใจกับการเหนี่ยวนำการป้องกันฟ้าผ่า การป้องกันภายนอกจะป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงที่เกิดจากกระแสฟ้าผ่าทำร้ายบุคคลหรือวัตถุในบริเวณใกล้เคียง การเหนี่ยวนำฟ้าผ่ายังสามารถสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าและผู้คนภายในอาคารได้ ดังนั้นควรติดตั้งเครื่องป้องกันไฟกระชากไว้ด้านหน้าสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ไฟฟ้า เพื่อป้องกันแรงดันไฟเกินชั่วคราวไม่ให้ทำลายอุปกรณ์ตามแนวสาย
ในศตวรรษที่ 20 ผู้คนเริ่มตระหนักถึงอันตรายของการเหนี่ยวนำให้เกิดฟ้าผ่า ในปี 1914 ชาวเยอรมัน W. Peterson ได้หยิบยกทฤษฎีสายดินป้องกันฟ้าผ่า (สายฟ้าผ่า) การป้องกันฟ้าผ่า; ชาวอเมริกันในเวลาต่อมา F. W. Peek และ W. W. Lewis ยังได้ตระหนักว่าภัยคุกคามต่อสายไฟไม่ได้มาจากการฟาดฟ้าโดยตรงเท่านั้น แต่ยังมาจากการเหนี่ยวนำฟ้าผ่าด้วย จนกระทั่งช่วงปลายทศวรรษที่ 1930 มนุษย์จึงบรรลุฉันทามติ: สายล่อฟ้าเป็นมาตรการป้องกันขั้นพื้นฐานต่อฟ้าผ่าโดยตรง ซึ่งสอดคล้องกับสายจ่ายไฟที่สูงกว่า 100kV และหน้าที่ของสายล่อฟ้าก็คล้ายคลึงกับสายล่อฟ้า
แถบป้องกันฟ้าผ่าหมายถึงการติดตั้งแถบโลหะบนเชิงเทินรอบหลังคาของหลังคาแบนหรือสันและชายคาของหลังคาลาดเอียงเป็นอุปกรณ์กำจัดฟ้าผ่าและการเชื่อมต่อเข้ากับพื้นอย่างดีจะได้ผลการป้องกันฟ้าผ่าที่ดีกว่า
โครงข่ายปลายฟ้าผ่าหมายถึงการใช้ตาข่ายเสริมแรงในโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กเพื่อป้องกันฟ้าผ่า หากจำเป็น สามารถเพิ่มเครือข่ายปลายฟ้าผ่าเสริมได้ ดังนั้น เครือข่ายปลายฟ้าแลบจึงเรียกว่าเครือข่ายปลายฟ้าผ่าแบบปกปิด
2. การปรับสมดุลความดัน
เมื่ออุปกรณ์ปลายฟ้าผ่าจับฟ้าผ่า ตัวนำลงจะขึ้นสู่ศักย์ไฟฟ้าสูงทันที ซึ่งจะทำให้เกิดวาบไฟด้านข้างแก่ตัวนำรอบอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ยังคงมีศักย์ไฟฟ้าต่ำ เพิ่มศักย์ไฟฟ้าและก่อให้เกิดอันตรายต่อบุคลากรและอุปกรณ์ . เพื่อลดความเสี่ยงของการวาบไฟตามผิวทางนี้ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้วงแหวนกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้า: เพื่อเชื่อมต่อตัวนำที่มีศักยภาพต่ำให้เท่ากันไปจนถึงอุปกรณ์กราวด์ หากระยะห่างระหว่างสิ่งอำนวยความสะดวกที่เป็นโลหะ อุปกรณ์ไฟฟ้า และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับตัวนำของระบบป้องกันฟ้าผ่า โดยเฉพาะอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่ระบุ ควรมีการเชื่อมต่อให้ศักย์ไฟฟ้ากับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าด้วยสายไฟเท่ากัน ด้วยวิธีนี้ เมื่อกระแสฟ้าผ่าผ่านไป สามารถมั่นใจได้ว่าไม่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เป็นอันตรายเกิดขึ้นระหว่างชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และไม่มีการคายประจุวาบไฟตามผิวด้านข้าง การเชื่อมต่อให้ศักย์ไฟฟ้าเท่ากันสมบูรณ์แบบยังสามารถป้องกันการโต้กลับที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของศักย์ภาคพื้นดินที่เกิดจากกระแสฟ้าผ่าที่เข้าสู่พื้นดิน
3. การต่อสายดิน
การต่อสายดินป้องกันฟ้าผ่าคือการปล่อยพลังงานฟ้าผ่าที่เข้าสู่อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าลงสู่พื้น การต่อสายดินที่ดีสามารถลดแรงดันไฟฟ้าบนสายดินแนวดิ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ และหลีกเลี่ยงการตอบโต้ ในอดีต กฎระเบียบบางข้อกำหนดให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต้องต่อสายดินแยกต่างหาก เพื่อป้องกันกระแสเล็ดลอดหรือกระแสไฟชั่วคราวในระบบส่งกำลังรบกวนการทำงานปกติของอุปกรณ์ ก่อนคริสต์ทศวรรษ 1990 อุปกรณ์สื่อสารและการนำทางส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์หลอดอิเล็กทรอนิกส์ โดยใช้การสื่อสารแบบอะนาล็อก ซึ่งมีความไวต่อการรบกวนเป็นพิเศษ เพื่อต้านทานการรบกวน อุปกรณ์สื่อสารและการนำทางจึงใช้วิธีการแยกแหล่งจ่ายไฟออกจากกราวด์การสื่อสาร ขณะนี้การต่อสายดินแบบแยกไม่สนับสนุนในด้านวิศวกรรมป้องกันฟ้าผ่า การต่อสายดินแบบแยกไม่สนับสนุนในมาตรฐาน IEC และมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับ ITU และมาตรฐานอเมริกัน IEEE Std1100-1992 ไม่แนะนำให้ใช้สิ่งที่เรียกว่าตัวแยกอิสระ คอมพิวเตอร์ อิเล็กทรอนิกส์ หรือการต่อสายดินอื่น ๆ เป็นส่วนหนึ่งของตัวนำการต่อสายดินของอุปกรณ์ ทางแยก. การต่อสายดินเป็นส่วนเชื่อมต่อพื้นฐานที่สุดในระบบป้องกันฟ้าผ่า หากการต่อลงดินไม่ดี จะไม่เกิดผลการป้องกันฟ้าผ่าตามมาตรการป้องกันฟ้าผ่าทั้งหมด
4. การเบี่ยงเบน
การแบ่งคือการเชื่อมต่ออุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบขนานระหว่างสายทั้งหมดที่มาจากภายนอก (รวมถึงสายไฟ สายโทรศัพท์ สายสัญญาณ ตัวป้อนเสาอากาศ ฯลฯ) และสายดิน เมื่อคลื่นแรงดันไฟเกินที่สร้างบนเส้นลวดเข้าไปในห้องหรืออุปกรณ์ตามแนวเส้นเหล่านี้ ความต้านทานของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะลดลงอย่างกะทันหันจนมีค่าต่ำซึ่งใกล้เคียงกับไฟฟ้าลัดวงจร และกระแสฟ้าผ่าจะถูกปัดลงดิน
เมื่อใช้มาตรการป้องกันฟ้าผ่าในการแบ่งควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการเลือกพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เนื่องจากการติดตั้งสิ่งอำนวยความสะดวกเพิ่มเติมจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า ตัวอย่างเช่น การเชื่อมต่ออุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่ควรส่งผลต่ออัตราการส่งข้อมูลของระบบ การสูญเสียอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากของตัวป้อนเสาอากาศในพาสแบนด์ควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากใช้กับอุปกรณ์กำหนดทิศทาง จะต้องไม่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่ง
5. โล่
การป้องกันคือการใช้ตัวนำ เช่น ตาข่ายโลหะ แผ่นฟอยล์ เปลือก และท่อ เพื่อป้องกันวัตถุที่จะป้องกัน เพื่อป้องกันการบุกรุกของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่าจากอวกาศ
ป้องกันไฟกระชาก means that when the overvoltage formed in response to the lightning current hitting the transmission line propagates on the line in thunderstorm days, the transient overvoltage can be limited by the nonlinear element in the surge protector and the surge current Leak into the earth respectively, so that electronic and electrical equipment can be protected.
7. ดอดจ์
การหลีกเลี่ยงหมายความว่าเมื่อมีพายุฝนฟ้าคะนองเกิดขึ้น ให้ปิดอุปกรณ์การทำงาน ตัดสายที่เข้ามาในปัจจุบัน และเชื่อมต่อเสาอากาศและอุปกรณ์ป้อนเข้ากับอุปกรณ์กราวด์ การหลีกเลี่ยงได้สำเร็จต้องใช้การตรวจจับฟ้าผ่าและระบบเตือนภัยล่วงหน้าที่เชื่อถือได้ และการเลือกสถานที่ควรหลีกเลี่ยงสถานที่พิเศษที่เสี่ยงต่อการเกิดฟ้าผ่า
วิธีการป้องกันฟ้าผ่าข้างต้นจะต้องเลือกได้อย่างยืดหยุ่นตามกฎหมายว่าด้วยฟ้าผ่าในท้องถิ่น
ยินดีต้อนรับสู่การเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการป้องกันฟ้าผ่าต่อไป
