ارزیابی ریسک صاعقه و سیستم صاعقه گیر
جهت تعیین سطح حفاظتی از محاسبات ارزیابی ریسک سیستم صاعقه گیر استفاده می شود. این محاسبات در واقع زیر بنای طراحی یک سیستم حفاظت در برابر صاعقه است که در اینجا به شرح آن می پردازیم.
با داشتن تجهیزات پیچیده الکتریکی و ساختمان های بلند ، بروز یک صاعقه می تواند منجر به آسیب فیزیکی و خرابی فاجعه بار شود. صاعقه بطور طبیعی می تواند باعث آتش سوزی و اختلالات عمده در برق رسانی ، شبکه های مخابراتی و خدمات کامپیوتری و پردازش داده شود و صدمات اقتصادی و جانی جبران ناپذیری گردد. در شکل زیر نقشه جغرافیایی وجود و احتمال بروز صاعقه را بر اساس تعداد تکرار ملاحظه می نمایید. با توجه به نقشه مناطق نزدیک به خط استوا پر تراکم ترین مناطق جهان از لحاظ وقوع صاعقه می باشند.
همانطور که در شکل میبینید مناطق غربی ایران 10 تا 20 روز در سال صاعقه داشته ، مناطق مرکزی 4 تا 10 روز در سال صاعقه دارد و مناطق شرقی و جنوب شرقی 2 تا 4 روز در سال را صاعقه خواهند داشت. مناطق نزدیک به خط استوا نیز 140 تا بیش از 200 روز در سال را صاعقه دارند و جزو مناطق صاعقه خیز هستند. با این مقدمه به سراغ بررسی و ارزیابی محاسبات ریسک صاعقه و سیستم صاعقه گیر می رویم.
مدیریت ریسک :
استاندارد IEC 62305-2 روش مدیریت ریسک صاعقه (محاسبات احتمال اصابت صاعقه) را تبیین نموده و حد قابل تحمل با مجاز ریسک را تعیین می نماید. با استفاده از این استاندارد می توان روش های محاسبه ریسک واقعی و روش های حفاظت در برابر صاعقه را اجرا نموده و میزان ریسک واقعی را تا حدود مجاز مشخص شده در استاندارد کاهش داد. نتیجه اصلی و با در واقع خروجی تمام این محاسبات ، این است که آیا بطور کلی نیاز به اجرای سیستم حفاظت در برابر صاعقه هست یا خیر؟ و اگر نیاز هست ، میزان و سطح حفاظت می بایست چقدر باشد ؟ بنابراین محاسبات ارزیابی ریسک به یک LPL(Lightning Protection Level) می انجامد که این LPL (سطح حفاظتی) مبنای طراحی سیستم صاعقه گیر اکتیو و پسیو خواهد بود.
لازم به ذکر است که استاندارد IEC 62305 بسیار پیچیده و جامع می باشد و بیش از صد صفحه است . به همین دلیل محاسبات دستی می تواند بسیار طولانی شود و با خطا و در نظر نگرفتن برخی پارامترها همراه باشد. بنابراین می بایست جهت محاسبات ارزیابی ریسک از نرم افزار مخصوص استفاده شود که این استاندارد معمولا به همراه نرم افزار ارایه می گردد. برخی شرکت های پیشرو در برابر حفاظت و صاعقه نیز نرم افزارهایی طراحی نموده اند که منطبق بر استاندارد می باشد. شرکت الکتروتوان نیز در این زمینه فعال می باشد و با استفاده از نرم افزارهای مدیریت ریسک ، مانند نرم افزار DEHNguard محصول شرکت DEHN آلمان، این خدمات را ارایه می دهد.
برای مجتمع های بزرگ و سازه یا مناطق پر ریسک ، آنالیزهایی با جزییات بیشتر و با استفاده از شرایط کامل استاندارد باید انجام گردد . این نوع بسیار پیچیده از آنالیزها در موارد زیر اعمال می شود اما محدود به تنها این موارد نیست و با تشخیص بهره برداران پروژه و مهندسین طراح محاسبه خواهد شد :
- مکان هایی با مواد منفجره یا خطرناک مانند مخازن سوخت ، مخازن نگهداری مواد شیمیایی و پالایشی ، ذاغه های مهمات و ...
- بیمارستان ها و یا مکان هایی که خرابی سیستم داخلی آنها ممکن است خطرات جانی به همراه داشته باشد.
توجه داشته باشید با اجرای ملی استاندارد BS EN 62305 ، در زمینه مدیریت ریسک صاعقه ، برخی تغییرات جزئی در رویه ها و مقادیر جهت انعکاس بهتر شرایط محلی و میزان ریسک قابل تحمل ، مجاز می باشد. بنابراین می توانید با توجه به تعداد روزهایی طوفانی و صاعقه خیز (تراکم بروز صاعقه) در منطقه و یا کشوری که هستید ، از مقررات ملی و استانداردهای محلی نیز استفاده نمایید که نهایتا نشات گرفته از استاندارد فوق می باشد.
مروری بر آنالیز ریسک :
در این مقاله به بررسی روند کلی آنالیز ریسک سیستم صاعقه گیر و حفاظت در برابر صاعقه و مدیریت آن می پردازیم . این پروسه دارای مراحل زیر می باشد و عبارتند از :
- مشخص نمودن و تعیین استراکچر یا سازه ای که باید حفاظت شود و محیط اطراف آن
- مشخص نمودن هر گونه آسیب احتمالی و خطر آن ( R1 تا R3)
- مقایسه هر کدام از ریسک های R1 تا R3 با حد مجاز ریسک Rt برای تعیین نیاز به حفاظت (آیا حفاظت نیاز است یا خیر؟)
- بررسی آپشن های حفاظتی بر اساس اینکه هر کدام از ریسک ها کمتر از Rt باشد (Rt>=R1 to R3)
توجه داشته باشید شکل شماتیک مقایسه هر یک از R1 تا R3 با Rt در استاندارد موجود است . و این نیاز وجود دارد که هریک از این ریسک ها باید کوچکتر یا مساوی حد ریسک مجاز تعریف شده در استاندرد باشد. همچنین ممکن است طراحی و محاسبات ارزیابی ریسک بر اساس توجیهات اقتصادی و خطرات اقتصادی باشد که در این حالت R4 برای ملاحظات اقتصادی تعریف شده است و یک روش جداگانه برای تحلیل ریسک اقتصادی در استاندارد IEC 62305-2 آورده شده است.
هریک از ریسک های مشخص شده دارای عناصر جداگانه (زیر مجموعه ) است که با توجه به تاثیرات مستقیم و غیر مستقیم صاعقه بر ساختار و سرویس ها ارزیابی می گردد. این امر مستلزم محاسبه تعداد وقایع خطرناک است که مربوط به اندازه و حجم ساختار و تراکم وقوع صاعقه است. نرم افزار ساده سازی شده محاسبات ارزیابی ریسک پارامترهای زیر را در نظر می گیرد :
- ابعاد سازه تحت حفاظت
- ویژگی های ساختاری سازه
- تاثیرات محیطی محل مورد مطالعه ارزیابی ریسک
- تاثیر بر سرویس ها و تجهیزات موجود در تاسیساتی که قرار است محافظت شود
- اندازه گیری ها و تمهیدات حفاظتی موجود که در حال حاضر انجام شده است و تحت بهره برداری هستند
جدول زیر آسیب های موجود برای ارزیابی ریسک را نشان می دهد. در این جدول ستون اول حوزه آسیب شامل L1 : آسیب در مورد تلفات انسانی و جانی ، L2 : از دست رفتن سرویس ها و خدمات اضطراری ، L3 : از دست رفتن آثار و ابنیه های تاریخی و فرهنگی و L4 : ضررهای اقتصادی می باشد. ریسک های R1 تا R4 نیز ناظر بر همین حوزه های آسیب می باشد که در ستون دوم آورده شده است.
منبع آسیب ، نوع آسیب و محاسبات ریسک
برای آن دسته از کسانی که به درک بهتر فرآیند مدیریت و ارزیابی ریسک صاعقه گیر و محاسبه دستی ریسک یک سازه علاقمند هستند ، این مقاله می تواند مقدمه ای باشد و اگر قرار است محاسبات دستی انجام شود به معرفی مفاهیم استانداردی که باید رعایت شوند پرداخته خواهد شد. این مفاهیم دقیقا منطبق بر استاندارد IEC 62305- 1 و IEC 62305-2 می باشد.
شناخت انواع خسارت و منابع خسارت بسیار مهم است چرا که محاسبات ارزیابی ریسک بر اساس ساختار ، محتویات و خدمات می باشد. منابع ایجاد خسارت مبتنی بر صاعقه ، بر اساس استاندارد در شکل روبرو آورده شده است :
- S1 : برخورد مستقیم صاعقه به سازه
- S2 : برخورد صاعقه نزدیک به سازه و در اطراف آن
- S3 : برخورد صاعقه به تجهیزات سرویس و خدمات (مانند خطوط انتقال برق)
- S4 : برخورد صاعقه به نزدیکی تجهیزات سرویس و خدمات
همراه با چهار منبع S1 تا S4 که در بالا تعیین گردید ، سه نوع آسیب D1 تا D3 نیز طبق استاندارد تعریف می گردد که به شرح ذیل می باشند :
- D1 : آسیب جانی به موجودات زنده و انسان به دلیل وجود ولتاژ های گام و تماس
- D2 : آسیب فیزیکی ( آتش سوزی ، انفجار ، تخریب مکانیکی و یا ترشح شیمیایی)
- D3 : خرابی سیستم های الکتریکی و الکترونیکی داخلی بدلیل پالس ضربه الکترومغناطیسی صاعقه
به همراه هریک از آسیب های D1 تا D3 ، چهار نوع Loss یا ضرر (زیان) نیز در استاندارد تعریف گردیده است که به شرح ذیل می باشد :
- L1 : ضرر جانی و انسانی
- L2 : از دست رفتن سرویس های اضطراری در اماکن عمومی
- L3 : ضرر به اماکن و ابنیه های تاریخی و فرهنگی
- L4 : ضررهای اقتصادی (صدمه به سازه و ساختمان و تجهیزات داخلی ساختمان ، سرویس ها و یا از دست رفتن فعالیت و کسب و کار اقتصادی)
به کلمه "سرویس " دقت نمایید ، منظور دقیق از این کلمه در متن استاندرد بطور کامل توضیح داده شده است و معمولا به خدمات فیزیکی متصل به ساختمان (مانند آب ، برق ، گاز ، تلفن ، دیتا و یا سوخت) و یا خدمات ارایه شده به مردم (مانند خدمات اطلاعاتی و عمومی) اشاره دارد. دامنه خدمات به مردم شامل هر نوع تامین کننده ای است که به دلیل بروز صاعقه و صدمات آن قادر به ارایه آن خدمت یا کالا به عموم نباشد. بعنوان مثال یک سوپر مارکت بدلیل قطع شدن صندوق و سیستم چک کردن کالا ، قادر به فروش اجناس خود نیست و یا یک شرکت بیمه ای که بدلیل قطع شدن ساختار تبادل داده ها ، تلفن و یا وبسایت خود قادر به ارایه خدمات به متقاضیان نمی باشد.
جدول زیر خلاصه ای از منابع آسیب و انواع خسارات را ارایه می نماید. برای هریک از سه نوع اول ضرر L1 تا L3 و ریسک های متناظر با آنها یعنی R1 تا R3 را با توجه به استاندارد IEC 62305-2 با حدود مجاز مقایسه می نماید. و برای خسارت اقتصادی L4 ، هزینه اقتصادی خسارت را با و بدون حفاظت در برابر صاعقه ، با هزینه اقدامات حفاظتی مقایسه می نماید.
در این جدول آیتم هایی که با (1) مشخص شده اند مربوط به جزییات تلفات حیوانات می باشد و آیتم هایی که با (2) مشخص شده اند تنها برای سازه هایی هستند که خطر انفجار را دارند و یا بیمارستان هایی که با قطع خدمات و یا قطع خدمات آنها جان انسان را به خطر می اندازد. جدول زیر نیز انواع خسارات مربوط به یک سرویس را با جزییات نشان می دهد.
پروسه مدیریت ریسک و حداکثر ریسک مجاز:
همانطور که در بالا بررسی گردید ، برای هریک از خسارات L1 تا L3 ، ریسک R1 تا R3 در نظر گرفته شده است. سپس برای هر کدام از ریسک ها ، یک حد مجاز تعریف می گردد.
- اگر ریسک محاسبه شده کمتر و یا مساوی حد مجاز ریسک باشد ، حفاظت در برابر صاعقه نیاز نمی باشد.
- اگر ریسک محاسبه شده بیشتر از مقدار مجاز باشد نیاز به حفاظت در برابر صاعقه می باشد . تمهیدات حفاظتی باید به گونه ای انجام شود تا ریسک های R1 تا R3 کمتر از حد مجاز گردد.
جدول زیر میزان خطرات قابل تحمل را همانطور که در استانداردهای IEC و BS آورده شده است ، نشان می دهد. ریسک مجاز به صورت تعداد دفعات تکرار در سال ، محاسبه شده و این اطلاعات در واحدهای مهندسی و پردازش دیتای پروژه باید موجود باشد. این جدول ، موارد را درغالب X و رویدادهای Y(در هر سال) بیان می دارد.
فلوچارت زیر نیز روند کلی تعیین خسارات و تلفات را در یک سازه با توجه به منابع خسارت نشان می دهد.
مولفه های ریسک در ارزیابی ریسک صاعقه و سیستم صاعقه گیر:
ریسک های R1 تا R4 بر اساس مجموع ریسک های متناظر با هر مولفه محاسبه می شود :
- ریسک های انسانی و خطرات جانی : R1= Ra + Rb + Rc(1)+ Rm(1) + Ru + Rv + Rw(1) + Rz(1)
مولفه هایی که با اندیس (1) مشخص شده اند تنها برای برای سازه هایی هستند که خطر انفجار دارند و یا بیمارستان هایی که با قطع خدمات و یا قطع خدمات آنها جان انسان را به خطر می اندازد.
- ریسک و خسارت به سرویس ها و خدمات عمومی : R2 = Rb + Rc + Rm + Rv + Rw + Rz
- ریسک خطرات آسیب به اماکن تاریخی و فرهنگی : R3 = Rb + Rv
- ریسک هزینه های اقتصادی : R4 = Ra(2) + Rb + Rc + Rm + Ru(2) + Rv + Rw + Rz
مولفه ای که با اندیس (2) مشخص شده است تنها برای سازه هایی است که خطر ، حیوانات را تهدید می نماید مانند اماکن پرورش مرغ ، گاوداری ها و ...
هر کدام از مولفه ها بر اساس جداول مرجع و محاسبات و از طریق فرمول عمومی Rx = Nx * Px * Lx بدست می آید که در این رابطه Nx تعداد اتفاقات خطرناک در سال ، Px احتمال بروز خسارت و آسیب در سازه و Lx میزان ضرر شناسایی شده می باشد. جدول زیر فرمول محاسبه هر یک از مولفه های ارزیابی ریسک صاعقه را نشان می دهد .
تعداد حوادث خطرناک در سال اساسا به ابعاد سازه ، طول و نوع سرویس و همچنین تراکم وقوع صاعقه در آن منطقه بستگی دارد. از ابعاد فیزیکی سازه و نوع سرویس عموما برای محاسبه ناحیه موثر صاعقه استفاده می شود و از تراکم وقوع صاعقه برای تعیین تعداد وقایع احتمالی استفاده می شود. چندین روش محاسباتی و گرافیکی نیز توسط استاندارد معرفی شده است که پیشنهاد می شود به استاندارد مربوطه مراجعه نمایید. همچنین احتمالات خسارت و میزان خسارت نیز از جداول تعیین شده در جداول استاندارد با محاسباتی ساده و آسان قابل بدست آوردن می باشد.
پی نوشت ها : ارزیابی احتمال برخورد صاعقه ، ارزیابی ریسک صاعقه گیر ، محاسبات ارزیابی ریسک صاعقه ، محاسبات احتمال اصابت صاعقه ، ارزیابی ریسک صاعقه و سیستم صاعقه گیر
