لوله‌گذاری فولاد ضدزنگ موج‌دار (CSST) بک لوله‌گذاری گاز نیمه انعطاف‌پذیر است که به لوله‌های آهنی سیاه سنتی ارجحیت دارد چراکه زمان نصب را کاهش داده و به اتصالات کمتری نیاز دارد. با این حال ضخامت CSST تقریبا ۱۰ برابر کوچک تر از لوله آهن سیاه سنتی است که آن را بیشتر مستعد سوراخ شدن هنگام اصابت رعد و برق می‌کند. در دهه گذشته نگرانی‌هایی در مورد ایمنی آتش CSST هنگامی که در معرض رعد و برق قرار می‌گیرد به وجود آمده است و برخی از ماموران ارشد آتش‌نشان استفاده از CSST را در حوزه خود ممنوع کرده‌اند.
CSST اصلی دارای یک پوشش پلی اتیلن زردرنگ است که تشدید کننده الکتریسیته و در واقع مشکل‌ساز آتشسوزی بر اثر رعد و برق است. پس از یک دهه وقوع آتش‌سوزی‌های متعدد، تولیدکنندگان پوشش رسانای سیاهی را برای کمک به پراکنده کردن رعد و برق توسعه داده‌اند. با این حال هنوز 6000000 خانه با مساحتی بیش از 1000000000 فوت، با کابل CSST اصلی با پوشش زرد رنگ وجود دارد. به این ترتیب در سال ۲۰۰۶، تولیدکنندگان‌ملزم شدند، CSST را با سیم اتصال به زمین وصل کردند تا از آسیب وارده از رعد و برق جلوگیری کنند. این الزام اتصال به زمین توسط کد قانون انجمن ملی محافظت در برابر آتش تصویب شد که انجمن ملی دولت آتش مارشال و مجلس سنای آمریکا پیشنهاد شده بود.
با این حال آسیب وارده از رعد و برق ادامه داشت و NFPA اطلاعات بیشتری را در مورد اتصال به زمین CSST خواستار شد. در ۲۰۱۳ تولیدکنندگان CSST گزارشی را ارائه کردند که شامل آزمایش فیزیکی محدود و شبیه‌سازی مداری بسط یافته به نصب عملی بود. این گزارش نتیجه گرفت که اتصال به زمین کافی است تا از آتشسوزی CSST توسط رعد و برق و در نتیجه آتشسوزی جلوگیری کند.
شکل1: سه نوع لوله فولادی ضد زنگ موج‌دار وجود دارد. قبل از اینکه دو نوع دیگر در سمت راست برای جلوگیری از آتشسوزی بر اثر رعد و برق توسعه یابند، نوع سمت چپ به طور انحصاری به مدت تقریبا ۱۵ سال به فروش رسیده است.
خطر آتش گرفتن CSST هنگام اصابت رعد و برق
اصابت رعد و برق مقدار عظیمی از جریان فرکانس بالا دارد. چنین اصابتی بر روی یک هادی الکتریکی به ولتاژ اضافه بر روی هادی منجر می‌شود و اگر یک جسم با اتصال به زمین در نزدیکی باشد باعث قوس الکتریکی می‌شود. هنگامی که جریان رعد و برق از طریق قوس حرکت می‌کند متمرکز شده و گرما هادی را ذوب می‌کند. گزارش‌های میدانی از آتش‌های حاصل از رعد و برق CSST را با حفره‌هایی در مکان‌های نزدیک به هادی متصل به زمین نشان می‌دهد. نویسندگان قوس را بر روی CSST مملو از گاز آزمایش کرده‌اند و همانطور که در تصاویر می‌بینید الف) آزمایش راه‌اندازی می‌شود ب) قوس الکتریکی بین CSST و هادی دیگر ایجاد می‌شود پ) فلز نزدیک به مکان قوس پاشیده می‌شود ت) فلز پاشیده شده از مکان قوس دور می‌شود ث) گاز در نتیجه فرار از CSST می‌سوزد و ج) گاز بطور پایدار می‌سوزد. این آزمایش نشان می‌دهد که یک قوس الکتریکی کافی بین CSST و هادی دیگر می‌تواند باعث آتشسوزی شود. رعد و برق به اندازه کافی انرژی دارد تا چنین حفره‌هایی را ایجاد کند، اما سوال اینجاست که اتصال به زمین CSST کافی است تا مقدار انرژی را کاهش داده و از عملکرد و در نتیجه آتشسوزی جلوگیری کند یا خیر.
شکل2: شبیه‌سازی جریان رعد و برق در یک خانه
این مطالعه آزمایشی را در شرکت لایتنیگ تکنولوژی گزارش می‌دهد که آستانه شروع قوس و ذوب شدن را تایید می‌کند. نویسندگان از شبیه‌سازی مداری استفاده می‌کنند، همانطور که در گزارش‌های قبلی توسط تولیدکنندگان آمده بود و نتایج آنان را برای سناریوهای محدودی بازتولید کردند. سپس شبیه‌سازی را تعمیم دادند تا شامل مکان‌های بیشتری باشد که رعد و برق می‌تواند وارد یک سازه شده و محدوده پارامترهای شبیه‌سازی را افزایش دادند تا شامل موقعیت‌های واقعی‌تر باشد. این پارامترها جریان هادی‌ها و وضعیت رعد و برق را در خود گنجانده بودند.
به طرق مختلفی رعد و برق می‌تواند وارد یک ساختمان شود همانطور که در تصویر ۲ نشان داده شده است. یک ضربه مستقیم زمانی است که رعد و برق بطور مستقیم وارد یک هادی می‌شود که بخشی از ساختمان است. رعد و برق همچنین می‌تواند نزدیک ساختمانی رخ داده و جریان از طریق ابر وارد یک هادی متصل به ساختمان شود. همچنین ممکن است رعد و برق دور و نزدیک رخ داده و جریانی را به ساختمان یا هادی در ساختمان وارد کند. نویسندگان شبیه‌سازی کردند که رعد و برق وارد مکان‌های مختلفی شود.
گزارش‌های مطرح شده توسط تولیدکنندگان CSST به عنوان مجموعه‌ای محدود از پارامترهای امپدانس استفاده شده و رعد و برقی که از طریق خط لوله گاز یا خط انتقال وارد شده بود در نظر گرفته شد.
شکل: روش‌های جریان رعد و برق چندگانه‌ای وجود دارند که می‌توانند وارد یک ساختمان شوند و جریان رعد و برق از مکان‌های ممکن بسیاری می‌توانند وارد شود.
شکل: مقدار جریان الکتریسیته از طریق مسیرهای مختلف به مقاومت مسیرها بستگی دارد. این جریان مشابه جریان آب در میان لوله‌ها با مقاومت‌های مختلف است.
شکل:با شارژ کافی از طریق یک قوس (خط نقطه چین سیاه)، سوراخی در CSST ذوب می‌شود. این نتایج شبیه‌یازی برای ضربه غیرمستقیم رعد و برق که وارد ساختمان می‌شود نشان می‌دهد که بدون اتصال به زمین یک سوراخ غیرمحتمل است، درحالی که با اتصال به زمین احتمالش زیاد می‌شود.
افزایش خطر آتشسوزی با اتصال به زمین
آستانه ولتاژ یک قوس حدود ۲۵ کیلو وات برای CSST است. شبیه‌سازهای مطالعه نشان می‌دهد که اتصال به زمین حتی به کاهش ولتاژ در موارد بسیاری کمک کرده است، اما برای جلوگیری از ورود رعد و برق به بسیاری از مکان‌های شبیه‌سازهای شده کافی نیست. ولتاژ زمانی که مقاومت ظاهری ساختمان زیاد و جریان رعد و برق قوی باشد، در بیشترین حد است.
در شبیه‌سازی جریان از طریق قوس، مواردی وجود دارد که اتصال به زمین شارژ را از طریق قوس افزایش داده و خطر آتشسوزی را بیشتر کرده است. طرح زیر نتایج شبیه‌سازی یک جریان غیرمستقیم متوسط را نشان می‌دهد که وارد یک خانه شده است. شارژ از طریق قوس تعیین می‌کند که سوراخ در CSST ایجاد شود. یک ضربه متوسط رعد و برق دارای ۵ کولمب است، اما بیش از ۱٪ ضربه‌های رعد و برق دارای حدود ۷۰۰ کولمب هستند. در این موقعیت بدون اتصال به زمین، شارژ زیر آستانه است درحالی که با اتصال، شارژ به بالای آستانه می‌رود. مشکل زمانی بدتر می‌شود که مقاومت ظاهری در درون ساختمان افزایش یابد.
نویسندگان عنوان می‌کنند که این درک مستقیم منطقی است چون اتصال به زمین CSST در نهایت آن را به یک میله رعد و برق تبدیل می‌کند. فردی که در آتشسوزی خانه ای در لابوک که در آن CSST اتصال به زمین داشت مرد، می‌تواند گواه عملی این نتایج باشد.
این مطالعه نتیجه‌گیری کرد که اتصال به زمین اغلب برای جلوگیری از قوس ناکافی است. همچنین نتیجه گرفت وقتی که قوسی بین CSST و یک هادی دیگر روی می‌دهد، عواملی که تعیین می‌کنند آنقدر شارژ دارد که باعث ایجاد حفره‌ای در CSST شود و آتشی به راه بیندازد بستگی به اتصال به زمین الکتریکی، مقاومت ظاهری هادی‌ها در ساختمان و محل ورود رعد و برق به ساختمان دارد. بسته به این عوامل، اتصال به زمین ممکن است کمک کند یا در برخی موارد باعث بدتر شدن اوضاع شود. نتایج و نتیجه‌گیری کامل در مجلهFire Technology به چاپ رسیده است.
برای اطلاعات بیشتر به سایت link.springer.comرجوع کنید.
نظرات کاربران