تعريف مانعة الصواعق
مانعة الصواعق تعتبر نظام حماية مهم يتخصص في حماية المباني من ضربات الصواعق المباشرة. وعليه، فإن مانعة الصواعق لا تمنع حدوث الصواعق بحق المبنى، بل تقوم بتوجيهها وتوفير مسار لتفريغ التيار الكهربائي الناتج عن الصاعقة إلى الأرض، مما يسهم في توزيع الطاقة الكهربائية بشكل آمن. يُعتبر الربط السليم لمانعة الصواعق أمراً بالغ الأهمية للحد من انتقال طاقة الصاعقة إلى المبنى، والذي يمكن أن يتسبب في تلف الأنظمة الكهربائية وخطوط الاتصالات، فضلاً عن خطر اندلاع الحرائق. كما يمكن أن يكون هناك حاجة لتطبيق نظام حماية خاص لأنابيب الغاز داخل المباني.
تتعرض المباني في العادة لضربات الصواعق، حيث تميل الصواعق للانتقال نحو أعلى النقاط في المنطقة. لذلك، يتم عادةً تثبيت مانعة الصواعق في أعلى قمة المبنى، حيث تُربط بالأرض باستخدام كابلات ذات مقاومة منخفضة، حيث تُستخدم التربة كأرضية لتفريغ الطاقة الكهربائية الناتجة عن الصاعقة. في حالة السفن، يتم استخدام المياه كوسيلة لتفريغ هذه الطاقة.
يتم استخدام كابلات ذات مقاومة منخفضة لربط مانعة الصواعق بالأرض، نظرًا لأن التيار الكهربائي يتدفق بشكل أكثر كفاءة خلال الأجسام ذات المقاومة الأقل. في حال غياب مانعة الصواعق، فإن المقاومة العالية للمواد غير الموصلة ستؤدي إلى تسخينها عند تعرضها للصاعقة، مما قد يتسبب في نشوب حرائق قد تؤدي إلى عواقب وخيمة.
في حالة المباني والهياكل التي يقل ارتفاعها عن 30 متراً، توفر مانعة الصواعق حماية على شكل مخروط، حيث تكون قمة العمود هي القمة الأعلى، ونصف قطر القاعدة يماثل تقريباً ارتفاع العمود عما فوق سطح الأرض.
مبدأ عمل مانعة الصواعق
تُثبت مانعة الصواعق في أعلى نقطة بالمبنى، حيث يُصنع عمودها الرئيسي من معدن موصل بدرجة عالية للكهرباء، وهو متصل بنظام تأريض ذو مقاومة منخفضة أقل من 10 أوم، مما يسمح بتفريغ قوة الصاعقة.
خلال العواصف، يحدث فرق قوي في الجهد الكهربائي بين السحب والأرض، نتيجة لوجود شحنات كهربائية كبيرة في قاعدة السحب. يُعتبر هذا الجهد العالي هو المحفز لحدوث ضربة الصاعقة التي تنتقل عبر الهواء العازل لتصل إلى سطح الأرض أو الهيكل الأقرب.
عندما تصطدم الطاقة الكهربائية الناتجة عن الصاعقة برأس عمود مانعة الصواعق، الذي يُعتبر أعلى نقطة في المبنى، يبدأ التفريغ الكهربائي من السحابة إلى العمود. وبما أن العمود متصل بالأرض بواسطة كابلات ذات مقاومة منخفضة، فإن التيار سيتدفق بسهولة إلى الأرض، مما يجعل مقاومته أقل من تلك للهيكل نفسه.
تاريخ مانعة الصواعق
تعود فكرة اختراع مانعة الصواعق إلى العالم والمخترع الأمريكي بنجامين فرانكلين، الذي قام بتطويرها في عام 1749. عُرفت تقليديًا باسم “جاذبة البرق” أو “عمود فرانكلين”، نظراً لشهرته. كان الهدف الرئيسي لفرانكلين هو البرهنة على أن البرق هو شكل من أشكال الكهرباء، حيث كان يسعى لحماية المباني والأشخاص من ضربات الصواعق. ولاحظ أن إبرة حديدية حادة يمكنها توصيل الكهرباء بعيدًا عن كرة معدنية مشحونة.
كانت هذه الملاحظة مصدر إلهامه لفكرته حول تأثير استخدام عمود معدني مرتفع ومربوط بالأرض لتفريغ الكهرباء من السحابة إلى الأرض. وقد تطورت هذه الفكرة لاحقًا لتصبح مانعة الصواعق التي تُستخدم في غالبية المباني العالية اليوم.
المخاطر الناتجة عن ضربات الصواعق
قد تتسبب ضربات الصواعق في العديد من المخاطر إذا لم يتم الحماية منها بواسطة مانعة الصواعق، ومن هذه المخاطر:
- المخاطر الحرارية
تنتج المخاطر الحرارية عن الارتفاع الشديد في درجات الحرارة التي تصل إليها المواد عندما يتدفق التيار الكهربائي من خلالها، حيث قد تصل درجات الحرارة إلى 20,000 درجة مئوية. مثل هذه الحرارة قد تتسبب في أضرار جسيمة للأجسام المعرضة لها، كما يمكن أن تؤدي إلى نشوب حرائق في حال كانت تلك الأجسام قابلة للاشتعال.
- المخاطر الفسيولوجية
تؤثر المخاطر الفسيولوجية على الإنسان وعلى الكائنات الحية الأخرى بصورة مباشرة. تحدث هذه المخاطر نتيجة للفرق الكبير في الجهد الكهربائي، والذي يمكن أن يؤدي إلى أضرار بالجسم، وقد تصل بعض الحالات إلى الوفاة.