מערכת פתרון מגן על גליות (הגנה מברקים): תוכנית הגנה חיצונית ופנימית משולבת

​

​1. רקע והיעדים של הפתרון​

פעילות ברק היא גורם משמעותי המאיים על הבטיחות של מבנים, אישים וציוד פנימי. פגיעת ברק יוצרת זרמים ישרים בעוצמה גבוהה ותדרים גבוהים זמניים. אלה יכולים לא רק לגרום לנזק למבנים ולהרס פיזי של ציוד, אלא גם להיקלט דרך קווי מתכת כגון קווי חשמל ואותות, מה שגורם לתקלות בציוד אלקטרוני, אובדן נתונים ואפילו תקלות משניות כמו שריפות. הפתרון הזה מכוון להקים מערכת הגנה כוללת המורכבת מערכת הגנה חיצונית נגד ברק (ELPS) ומכשירי הגנה נגד תדרים גבוהים (SPDs), שתתמודד בצורה יעילה עם הרק ותפצל, תחצה ותגביל את אנרגיית הברק כדי להבטיח את הבטיחות המבנית של המבנה ואת המשך הפעילות והתפעול הסדיר של הציוד והמערכות הפנימיות.

​2. סקירה של רכיבי מערכת ההגנה על ברק (LPS)​

מערכת הגנה אינטגרלית ויעילה על ברק (LPS) מורכבת משני רכיבים עיקריים בלתי נפרדים הדוממים אחד את השני:

• ​מערכת הגנה חיצונית על ברק (ELPS):​​ מיועדת בעיקר להגנה מפני פגיעת ברק ישירה.
• ​מערכת הגנה פנימית על ברק (מערכת הגנה על תדרים גבוהים, SPD System):​​ מיועדת בעיקר להגנה מפני תדרים גבוהים זמניים (תדרים גבוהים) הנכנסים לציוד דרך קווים כתוצאה מהאפקט האלקטרומגנטי של הברק (LEMP).

​3. תוכנית התקנת מערכות הגנה חיצוניות (הגנה מפני פגיעת ברק ישירה)​​

• ​תפקיד מרכזי:​​ להפריש פגיעת ברק ישירה ולשנות באופן בטוח את זרם הברק העצום אל הקרקע, למנוע את הנזק הפיזי (כמו חדירה, שריפה, נזק מבני) שיכול להיגרם למבנה עצמו על ידי פגיעת ברק ישירה.
• ​רכיבים מרכזיים:​​
• ​מערכת תפיסה אווירית (מגיני ברק/פסים/רשתות):​​ מותקנים על גג המבנה או בנקודות הגבוהות ביותר כדי למשוך לקבל פגיעת ברק. יש לבחור את הסוג המתאים (לדוגמה, מגן, רשת, פס) והפריסת בהתאם לצורת המבנה והשטח, תוך שמירה על כיסוי הגנה שמתאים לדרישות עקרון "כדורגלגל".
• ​הצמדים המוליכים:​​ משמשים לשינוי זרם הברק מהמערכת התפיסתית האווירית למערכת האדמה. יש להעביר אותם דרך הנתיבים הקצרים והישרים ביותר, עם מספר מספק ומפוזר באופן אחיד (המרחקים מתואמים עם התקנות). החומרים הם בדרך כלל פלדה מרוסקת או פלדה מעגלית. יש להימנע ממיקומים קרובים לנתיבי אנשים נפוצים או ליישם אמצעי הגנה מבודדים.
• ​מערכת האדמה:​​ משחררת את זרם הברק אל הקרקע. זהו הליבה והבסיס של מערכת ההגנה; איכותו (ערך ההתנגדות של האדמה) היא קריטית. מכילה בדרך כלל אלקטרודות אדמה (מוטות אנכיים, מוליכים אופקיים) ומוליכים מקשרים. יש להשתמש בחומרים עמידים בתאונות (למשל, פלדה מרוסקת, נחושת), להבטיח עומק קבורה מספק וליצור טבעת אquipotential אפקטיבית (earthing בסיס) סביב המבנה. יש להקטין את ההתנגדות של האדמה (בדרך כלל דרוש ≤10Ω, דרישות ספציפיות לפי תקנים רלוונטיים).
• ​מקומות התקנה:​​
• נקודות הגבוהות ביותר של גג המבנה ובמקומות פגיעים לפגיעה (פינות, קצוות, מחיצות, מנקזים, מצופים, וכו').
• מבנים מיוחדים (למשל, מגדלים, אנטנות, תומכות ללוחות סולאריים) דורשים שיקול פרטני או משולב.
• ​נקודות מפתח של התוכנית:​​
• ​התאם לתקנים:​​ יש להקפיד על תקני עיצוב הגנה על ברק לאומיים ותעשייתיים (למשל, GB 50057 "קוד תכנון הגנה על ברק לבניינים", שקול ל-IEC 62305 סדרה).
• ​איכות החומרים:​​ יש להשתמש בחומרים איכותיים עמידים בתאונות שמקיימים תקנים.
• ​ Equipotential Bonding:​​ כל רכיבי מתכת (למשל, צינורות, מכלים, גגות מתכת, מבנים מפלדה) חייבים להיות מקושרים באופן אמין למוליך הקרוב ביותר או למערכת האדמה כדי למנוע פלאש צדדי.
• ​מרחקים בטיחותיים:​​ יש להבטיח שישנם מרחקים בטיחותיים מספקים בין מערכות תפיסה אווירית לבין המבנה, ובין המוליכים לבין שירותים/קווי צינור.
• ​חיבור אמין:​​ כל נקודות החיבור חייבות להיות חזקות (תפירה או טיפוליים מאושרים) כדי להבטיח רציפות חשמלית טובה.

​4. תוכנית התקנת מערכות הגנה פנימיות (SPD) (הגנה מפני תדרים גבוהים של ברק)​​

• ​תפקיד מרכזי:​​ להגביל תדרים גבוהים זמניים (תדרים גבוהים) שנכנסים דרך קווי חשמל, אותות, תקשורת, וכו', לחסל אותם לרמה בטוחה שהציוד יכול לסבול, למנוע נזק מתח-יתר/זרם-יתר.
• ​רכיבים מרכזיים: מכשיר הגנה נגד תדרים גבוהים (SPD),​​ גם מכונה מדכא תדרים גבוהים או מגן ברק:
• ​מדכא תדרים גבוהים זמניים (TVS):​​ לעתים קרובות משמש להגנה על ציוד עדין או קווי אות.
• ​מדכא מתח-יתר:​​ מונח כללי שמכסה טכנולוגיות שונות (למשל, Varistor אוקסידי מתכת (MOV), צינור שחרור גז (GDT), מגני מצב מוצק).
• ​SPD חשמל:​​ מותקנים בשלבים שונים של מערכת הפצת החשמל (הפצה ראשית, הפצה משנית, לפני ציוד סופי).
• ​SPD אות/נתונים:​​ מותקנים בנקודות כניסה לקווי טלפון, קווי רשת (למשל, RJ45), קווי Coaxial (למשל, וידאו CCTV, אותות לוויין), קווי בקרה, וכו'.
• ​חיבור אדמה:​​ על SPDS להיות מחוברים היטב לאדמה דרך מסלול נמוך-התנגדות כדי לשחרר בצורה יעילה את זרמי התדרים הגבוהים. מוליכי אדמה צריכים להיות ככל האפשר ​קצר, ישר ורחב​ ("עקרון קצר-ישר-רחב").
• ​מקומות והשלבים התקנה (הגנה מרובית - התאמה):​​
• ​הגנה ראשונה (SPD סוג I / סוג 1):​​
• ​מקום:​​ פאנל הפצה ראשי של המבנה/כניסת המוצא הראשית (בדרך כלל בגבול LPZ 0A/0B → LPZ 1).
• ​תפקיד:​​ משחרר את רוב האנרגיה העצומה (גל 10/350μs) מפגיעת ברק ישירה או סמוכה, מגביל את המתח השארוני לרמה נמוכה יותר. בדרך כלל משתמש ב-SPD מטיפוס פיצוץ-גפרור בעלי יכולת פיצול גבוהה. דורש אדמה אמינה מאוד.
• ​הגנה שנייה (SPD סוג II / סוג 2):​​
• ​מקום:​​ פאנלי הפצה קומות, פאנלי הפצה אזורים, פאנל ראשי באולם הציוד (בגבול LPZ 1 → LPZ 2).
• ​תפקיד:​​ מגביל עוד יותר את המתח השארוני שעבר דרך ההגנה הראשונה ואת המתח-יתר שנגרם מהפעולה הפנימית של המפסקים (גל 8/20μs), מספק הגנה אזורית לציוד. בדרך כלל משתמש ב-SPD מטיפוס מגביל מתח (למשל, מבוססי MOV).
• ​הגנה שלישית (SPD סוג III / סוג 3 / הגנה בנקודת שימוש):​​
• ​מקום:​​ מיד לפני הציוד, בתוך שקעים/פסים מתחברים, או במעגל הפנימי של הציוד (בגבול LPZ 2 → LPZ 3).
• ​תפקיד:​​ מגביל את המתח השארוני (גל משולב) בנקודות הכניסה של הציוד, מספק הגנה סופית עדינה. חשוב מאוד עבור ציוד אלקטרוני רגיש (למשל, שרתים, סטציות עבודה, PLCs, מכשור רפואי, ציוד תקשורת). גם בשימוש בכניסות לקווי אות.
• ​נקודות מפתח של התוכנית:​​
• ​התאמה:​​ על SPDS בשלבים שונים להשיג התאמה אנרגטית ומתחית (בעזרת אלמנטים של חיבור/הפרדה בין שלבים או התכונות הפרידה הטבעיות של ה-SPD), להבטיח שהאנרגיה משתחררת בהדרגה והמתח מופחת בצעדים. זה מונע מ-SPD ברמות נמוכות יותר להיכשל עקב אנרגיה יתרה.
• ​איכות האדמה:​​ האדמה האפקטיבית של SPDS היא קריטית לתפקוד של כל התוכנית. מוליכי אדמה צריכים להיות automáticamente קצרים מ-0.5 מטר, עם שטח חתך מספק (לפי סוג ה-SPD ומקום, בדרך כלל ≥6-25mm² נחושת עטופה).
• ​התקנה בהתאם:​​ התקן לפי הוראות המוצר של ה-SPD ותקנים רלוונטיים, להבטיח חיבורים נכונים של מופע ואדמה.
• ​Equipotential Bonding:​​ חבר תיבות מתכת, שולחנות, קווי צינור, וכו', כדי ליצור אפקט "קופסת פראדיי", להפחית את ההבדלים הפוטנציאליים הפנימיים.
• ​תחזוקה קבועה:​​ SPDS הם לעתים קרובות מכשירים "נדיבים" הדורשים בדיקה קבועה (מחוון מצב חזותי, מעקב אזעקת מרוחק) ובדיקות. יש להחליף במהירות SPDS שנכשלו.

​5. יתרונות וערך מימוש הפתרון המלא​

• ​הגנה מלאה:​​ המערכת החיצונית מגינה על פגיעות ישירות; המערכת הפנימית מגינה על תדרים גבוהים מושרה (LEMP), יוצרת שרשרת הגנה מלאה.
• ​בטיחות מקסימלית:​​ מגנה על מבנה המבנה, חיי אדם וא셋ים של ציוד חשמלי/אלקטרוני יקר ערך מנזקים.
• ​הבטחת המשך פעולה:​​ מפחיתה את הסיכון של כשל ציוד, זמן עצירת מערכת ואובדן נתונים שנגרמים על ידי ברק, משפרת את אמינות המערכת והמשכיות העסקים.
• ​הקטנת עלות החזקה הכוללת:​​ השקעה מניעה היא משמעותית יותר Zukost-effective לעומת עלויות ישירות של נזקי פגיעת ברק (החלפת ציוד) ועלויות עקיפות (עצירת יצור, אובדן נתונים, השפעה על המוניטין).
• ​התאם לתקנות:​​ соответствует национальным требованиям по безопасности зданий, электробезопасности и защите от молний.