مدونة

ما هو قضيب الصواعق، وكيف يعمل؟

قضبان الصواعق التي طورها بنجامين فرانكلين، أحد أهم العلماء في القرن الثامن عشر، هي عبارة عن هياكل تحمي من الصواعق ذات التدفق العالي للطاقة. تحدثنا في هذا المقال عن هيكل ومبدأ عمل قضبان الصواعق التي تنقل الشحنة الكهربائية في السحب إلى الأرض.

 

تستخدم قضبان الصواعق، التي طورها العالم الأمريكي بنجامين فرانكلين لأول مرة عام 1749، على نطاق واسع الآن في حماية المباني من الصواعق. وهي كهيكل مادي، تتكون من معدن مدبب متصل بطرف قضيب كما نرى على قمم المباني. يتم توصيل القضيب بشبكة موصلة مدفونة في الأرض بكابل من الألومنيوم أو النحاس، بشكل مستقل عن خطوط النقل الكهربائية للمباني. فكيف يستطيع هذا القضيب امتصاص الطاقة العالية الناتجة عن الصواعق؟

 

- لماذا يتم توجيه مانعة الصواعق؟

- لماذا توضع قضبان الصواعق على أعلى ارتفاع ممكن؟

إذا كنت تتساءل عن هذه الأسئلة، فإن الإجابات موجودة في استمرار المحتوى الخاص بنا.

كثيرًا ما تستخدم قضبان البرق في العديد من المباني والمنازل والمصانع والأبراج وحتى منصات إطلاق المركبات الفضائية. بادئ ذي بدء، دعونا نتحدث عن الأجزاء التي يتكون منها هذا النظام الذي نعرفه.

مكونات قضبان الصواعق

على الرغم من أن تلك القضبان التي نراها في قضبان البرق تبدو ذات أهمية كبيرة في النظام بأكمله، إلا أنها في الواقع واحدة من أقل الأجزاء أهمية في تركيب النظام. تحتوي قضبان البرق بشكل أساسي على 3 مكونات رئيسية.

1) قضبان (أطراف هوائية)

نتوءات رأسية صغيرة مصممة لتعمل كمحطات لتفريغ البرق. يمكن تصميم القضبان بأشكال وأحجام مختلفة. في الاستخدام الشائع يتم تزويد معظمها بقضيب طويل مدبب وكرة مصقولة ملساء.

2) كابلات الموصلات

الكابلات هي عبارة عن هياكل ثقيلة تنقل تيار البرق من الأعلى إلى الأرض. تمتد الكابلات على طول القمم وحواف السقف. ثم يتم توصيلها بالأرض في زاوية واحدة أو أكثر تحت الهيكل حيث توجد.

3) القضبان الأرضية

يتم دفن قضبان أرضية طويلة وسميكة وثقيلة في الأرض حول الهيكل المحمي لتوفير التأريض. يتم توصيل كابلات الموصلات بهذه القضبان لضمان حماية الهيكل.

ما يمكن وما لا يمكن أن تفعله قضبان البرق

إن الغرض من أنظمة الحماية من الصواعق هو حماية المبنى من الصواعق المباشرة، بما في ذلك التركيبات الكهربائية في الداخل، والأجهزة الإلكترونية في الداخل، والقاطنين. من أجل تفريغ الطاقة في البرق، يجب أن تمر الطاقة عبر الأرض في مسار آمن.

 

على عكس الخرافات المتداولة، فإن قضبان الصواعق لا تجذب البرق. تقوم قضبان قضبان قضبان الصواعق في أنظمة قضبان الصواعق بإدارة التيار الكهربائي العالي عند حدوث التفاعل بدلاً من جذب البرق وضمان انتقاله إلى الأرض في مسار أقل مقاومة. إذا ضرب البرق المنطقة، يحاول النظام تدفق التيار الكهربائي الذي سيضر بالبيئة بأمان بعيدًا عن الهياكل إلى الأرض. بعبارة أخرى، وخلافاً للاعتقاد الشائع، لا يمكن للنظام حماية تلك المنطقة من الصواعق أو منع وقوع الحدث.

يحمل النظام نبض تيار كهربائي عالي الطاقة. إذا تلامس هذا التيار مع موصلات ذات سعة منخفضة أو موصلات قديمة ومهترئة، فقد يتسبب ارتفاع درجات الحرارة في الموصلات في حدوث تلف. إن قدرات حمل الطاقة للقضبان والموصلات المستخدمة في أنظمة مانعة الصواعق عالية جدًا وبالتالي فهي تسمح للتيار بالتدفق إلى الأرض دون التعرض لأي حرارة عالية.

كيف يعمل مانع الصواعق؟

في حالة حدوث صاعقة صاعقة على المباني التي ليس لها مسار تيار محدد للوصول إلى الأرض، قد تختار الطاقة الانتقال عبر أي موصل موجود داخل تركيب المنزل أو المبنى. تشمل هذه المسارات خطوط الهاتف، والكابلات، وخطوط الكهرباء، وأنابيب المياه والغاز ذات الإطارات الفولاذية.

في المنشآت التي لا تحتوي على قضبان صواعق، عادةً ما تتبع الطاقة الناجمة عن الصواعق أحد هذه المسارات، ولكن في بعض الأحيان يمكن أن تنتقل أيضًا عن طريق التقوس الهوائي لتنتقل إلى موصل مؤرض أفضل. يحدث هذا الانتقال بسبب عثور الطاقة على مقاومة أقل حيث يمكن أن تتدفق إلى الأرض. تعتمد مبادئ العمل وطرق تركيب قضبان البرق أيضًا على هذا المبدأ. تختار صواعق الصواعق خط النقل حيث يتم تركيب قضبان الصواعق، وهو مسار منخفض المقاومة للغاية للتفريغ في المناطق التي يوجد بها قضيب صاعقة. وبهذه الطريقة، يتم ضمان تدفق التيار العالي إلى الأرض دون الإضرار بالأنظمة في المنزل.

 

في الصور أدناه، تظهر التيارات التي قد تحدث أثناء الصاعقة في منزلين بدون أنظمة مانعة للصواعق ومزودين بأنظمة مانعة للصواعق على شكل صور متحركة. في المنزل الموضح في الصورة على اليسار، بما أن البرق لا يستطيع إيجاد مسار مقاومة أقل، فإنه يفضل الموصل الذي تتصل به مروحة التهوية في المنزل ويدخل خط النقل في المنزل من هناك. ثم يقوم بقفزة هوائية من خط النقل إلى تركيب المياه الموصلة كمسار أقل مقاومة.  في الصورة على اليمين، وبفضل مانع الصواعق المثبت على السقف، يقفز البرق مباشرة إلى أعلى نقطة في المنزل (النقطة الأقرب إلى اتجاه البرق) وينقل طاقته إلى الأرض من خلال نظام مانع الصواعق المؤرض.

يتم اختيار ارتفاع القضيب المستخدم في الأنظمة كأعلى نقطة من الهياكل قدر الإمكان بحيث لا يحاول البرق الانتقال عبر موصل قبل مانع الصواعق. والسبب وراء توجيه نهايات قضبان الصواعق هو أن الشحنات الكهربائية تتجمع في النهايات ويتشكل مجال كهربائي أكبر في الهياكل ذات القطر الصغير. ويسهل المجال الكهربائي العالي تدفق الطاقة عبر تلك المنطقة.

وكما هو واضح، فإن الغرض من نظام مانعة الصواعق ليس جذب البرق، بل توفير مسار آمن يمكن أن تتبعه الطاقة المشحونة في البرق الذي يضرب تلك المنطقة.

المصدر:

►stormhighway

►science.howstuffworks.com