مانعة الصواعق

مانعة الصواعق

ما هو مانع الصواعق؟

مانعة الصواعق ، قضيب معدني (نحاسي عادة) يحمي الهيكل من أضرار الصواعق بقطع الكهرباء وتوجيه التيار إلى الأرض. نظرًا لأن البرق يميل إلى ضرب أعلى جسم في المنطقة المجاورة ، فإن القضبان عادة ما تكون موجودة في الجزء العلوي من الهيكل وعلى طول حوافه. وهي متصلة بالأرض بواسطة كبلات مقاومة منخفضة. في السفينة ، يتم استخدام الماء كبديل للأرض. قضبان الصواعق متوفرة بأشكال مختلفة بما في ذلك الشرائط المجوفة ، الصلبة ، المدببة ، الدائرية ، المسطحة أو حتى الفرشاة. السمة المشتركة الرئيسية لجميع موانع الصواعق هي أنها كلها مصنوعة من مواد موصلة مثل النحاس والألمنيوم. يعتبر النحاس وسبائكه من أكثر المواد استخدامًا في الحماية من الصواعق. نظرًا لارتفاع مستويات الطاقة والتيار المرتبطة بضربات الصواعق (يمكن أن تتجاوز التيارات 150 ألف أمبير) ، ووقت الارتفاع السريع للغاية لضربة البرق ، لا يمكن لأي نظام حماية ضمان السلامة المطلقة ضد ضربات الصواعق. ينقسم تيار البرق ليتبع أي مسار موصل إلى الأرض ، وحتى التيار المقسم يمكن أن يسبب ضررًا. يمكن أن تكون “الومضات الجانبية” الثانوية كافية لإشعال حريق أو تفجير الطوب أو الحجر أو الخرسانة أو إصابة الركاب داخل مبنى أو مبنى. ومع ذلك ، فإن فوائد أنظمة الحماية من الصواعق كانت واضحة لأكثر من قرن.

أجزاء نظام الحماية من الصواعق هي: أطراف الهواء (قضبان الصواعق أو أجهزة إنهاء زيادة التيار) ، موصلات الربط ، المحطات الأرضية (قضبان التأريض أو “التأريض” ، الألواح أو الشبكة) ، وجميع الوصلات والدعامات لإكمال النظام.

معظم أنظمة الحماية من الصواعق المستخدمة اليوم هي من تصميم فرانكلين التقليدي. المبدأ الأساسي المستخدم في نظام مانعة الصواعق من نوع فرانكلين هو توفير مسار مقاومة كافية للبرق للمرور والوصول إلى الأرض دون الإضرار بالمبنى. يتم ذلك عن طريق إحاطة المبنى بنوع من قفص فاراداي. تم تركيب نظام موصلات الحماية من الصواعق وموانع الصواعق على سطح المبنى لاعتراض أي برق قبل أن يضرب المبنى.

تاريخ مانعة الصواعق

تم وصف مبدأ مانعة الصواعق لأول مرة من قبل بنجامين فرانكلين في ولاية بنسلفانيا في عام 1749 ، والذي طور اختراعه للاستخدام المنزلي في السنوات التالية (نُشر عام 1753) ، وحوالي عام 1760 قام بإجراء مزيد من التحسينات على نظام موثوق. مع زيادة ارتفاع المباني ، يصبح البرق أكثر خطورة. يمكن أن يتسبب البرق في إتلاف الهياكل المصنوعة من مواد مثل: البناء ، والخشب ، والخرسانة ، والصلب ، لأن التيارات والفولتية الهائلة الموجودة يمكن أن تسخن المواد إلى درجات حرارة عالية. تخلق الحرارة احتمالية نشوب حريق في الهيكل ، ويمكن أن تؤدي سرعتها أيضًا إلى أضرار متفجرة.

روسيا

ربما تم استخدام مانع الصواعق عن قصد في برج نويانسك المائل. يتوج تاج البرج بقضيب معدني على شكل كرة مذهب بالعناقيد. هذا الصواعق متصل بالأرض من خلال هيكل حديد التسليح الذي يخترق المبنى بأكمله.

تم بناء برج نويانسك بين عامي 1721 و 1745 بأمر من الحرفي أكينفي ديميدوف. تم بناء برج نويانسك قبل 28 عامًا من تجربة بنجامين فرانكلين وتفسيره العلمي. ومع ذلك ، فإن الغرض الحقيقي من السقف المعدني وحديد التسليح لا يزال مجهولاً.

أوروبا

كان من المحتمل أن يصاب برج الكنيسة في العديد من المدن الأوروبية ، والذي كان عادةً أطول مبنى في المدينة ، بضربات البرق. في الأيام الأولى ، حاولت الكنائس المسيحية منع الآثار المدمرة للصواعق بالصلاة. نصح Peter Ahlvards (“اعتبارات عاقلة ولاهوتية حول البرق” ، 1745) الأشخاص الذين يبحثون عن غطاء من البرق بالذهاب إلى أي مكان ما عدا داخل الكنيسة أو حولها.

الولايات المتحدة

في ما أصبح لاحقًا الولايات المتحدة ، اخترع بنجامين فرانكلين موصل البرق المدبب ، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم مانع الصواعق أو قضيب فرانكلين ، في عام 1752 كجزء من اكتشافه الرائد للكهرباء. على الرغم من أنه لم يكن أول من اقترح وجود صلة بين الكهرباء والبرق ، إلا أن فرانكلين كان أول من اقترح نظامًا عمليًا لتجربته وفرضيته. توقع فرانكلين أنه “بواسطة قضيب حديدي حاد ، أفترض أن النار الكهربائية ستخرج بهدوء من السحابة قبل أن تقترب بما يكفي لتضرب”.

في القرن التاسع عشر ، أصبح الصواعق عنصرًا زخرفيًا. تم تزيين قضبان الصواعق بكرات زجاجية للزينة (الآن يقدرها هواة الجمع). سحر الزينة لهذه الكرات الزجاجية يستخدم في دوارات الطقس. لكن الغرض الرئيسي من هذه الكرات هو تقديم دليل على ضربات الصواعق عن طريق الانكسار أو السقوط. إذا تم اكتشاف جرم سماوي مفقود أو مكسور بعد العاصفة ، يجب على مالك العقار فحص المبنى والقضبان الأرضية والأسلاك بحثًا عن التلف.

تم استخدام الرصاص من الزجاج الصلب أحيانًا بطريقة يُزعم أنها تمنع البرق من ضرب السفن والأشياء الأخرى. لذلك ، تقول النظرية ، يجب أن يكون هناك شيء ما في الزجاج يصد البرق. لذلك ، فإن أفضل طريقة لمنع الصواعق من الاصطدام بسفينة خشبية هي دفن كرة صغيرة من الزجاج الصلب عند طرف الصاري العلوي. كفل السلوك العشوائي للبرق جنبًا إلى جنب مع تحيز تأكيد المراقب أن الطريقة اكتسبت صلاحية جيدة حتى بعد تطوير مانعة الصواعق البحرية بعد وقت قصير من عمل فرانكلين الأولي.

كان من المفترض أن تنفجر قضبان الصواعق الأولى على السفن عندما تم التنبؤ بالبرق وكان معدل نجاحها منخفضًا. في عام 1820 ، كان ويليام سنو هاريس ج

اخترع Setham اختراعًا لتركيب الحماية من الصواعق على السفن الشراعية الخشبية ، ولكن على الرغم من التجارب الناجحة التي بدأت في ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، لم تتبنى البحرية الملكية البريطانية هذا النظام حتى عام 1842.

في التسعينيات ، تم استبدال “نقاط البرق” كما تم إنشاؤها في الأصل بإعادة بناء تمثال الحرية على قمة مبنى الكابيتول بالولايات المتحدة في واشنطن العاصمة. التمثال مصمم بعدة أجهزة رأسها مصنوع من البلاتين.