מערכות הגנה בפני ברקים למניעת פגיעות ברקים ותופעות הלוואי של פריקת הברק

מאת: מהנדסת וניה צדקה, MBA

כאשר אנו באים לבחון מערכת להגנה בפני ברקים, הגיע הקץ לשימוש בשיטת פרנקלין  בת 200 השנים לכליאתו וניתובו לאדמה של הכוח העצום וההרסני של הברק. בשנים האחרונות  נצבר בתחום ההגנה בפני ברקים ידע רב, בעיקר בכל הקשור לתופעות הלוואי של מעבר זרם של אלפי אמפרים בסמוך למערכות מחשוב. נמצא שבאתרים רבים בהם יש מערכות מחשוב ואלקטרוניקה רגישות ו/או חומרים דליקים, המעבר של זרמים חזקים וההשראות הנוצרת גורמים לנזקים כספיים כבדים. במקרים רבים הנזקים כתוצאה מתופעות הלוואי של פגיעת הברק או כליאתו  בסמוך למערכות הרגישות, רבים יותר, מנזקי הפגיעה הישירה.

בין תוצאות הלוואי העיקריות שנוצרות כתוצאה מפריקת ברק ניתן למנות:

• שדות אלקטרומגנטים הנוצרים כתוצאה מהעברת זרם הברק לאדמה.
• דלקות בתחום הדלק כתוצאה ממטען קשור.
• מתחי יתר בקווי המתח ובתקשורת כתוצאה מתנועת מטענים לכוון נקודות הפריקה.

המעבר למילניום חדש, הינו הזמן המתאים לבחון שיטות חדשות ומתקדמות של הגנה בפני פגיעות ברקים בהתבסס על המידע הרב שנצבר בשנים האחרונות לגבי תופעת היווצרות הברקים ותוצאותיה.

סקירה זו נועדה להביא לידי ציבור המהנדסים בישראל את השינויים הרבים המתחוללים בתחום ההגנה בפני ברקים בשנים האחרונות.

אחת ההתפתחויות העיקריות הינה דו”ח של וועדה חיצונית שמינה הNFPA

 ( National Fire Protection Association) בארה”ב לגבי תקן 780 העוסק בהגנה בפני ברקים .המסקנות המתקבלות מדו”ח זה, מדגישות את הצורך לפעול למציאת פתרון חדשני ועדכני שיחליף את שיטת פרנקלין הנפוצה כיום. על פי הדו”ח אין לשיטת כליאת הברקים בסיס מדעי או טכנולוגי מספק, זאת בנוסף לכל תופעות הלוואי הנגרמות משימוש בשיטה זו.

בכוונת סקירה זו להציג שיטה אלטרנטיבית, יעילה ומוכחת אשר בניגוד לשיטה הקונבנציונלית, מונעת התפרקות ברקים באתר המוגן וכתוצאה מכך גם את תופעות הלוואי הנגרמות מפגיעת הברק/ פריקת הברק על ידי כולא ברק.

דו”ח ה-NFPA

הדו”ח חובר ע”י ועדה בלתי תלויה המורכבת משלושה מעריכים עצמאיים, שהוקמה על ידי הNFPA  על מנת לייעץ בעניין הוספת כולאי ברק אקטיביים ESE לתקן העוסק בהגנה בפני ברקים. הועדה הוקמה בעקבות תביעה משפטית שהגישו יצרני כולא הברק האקטיביים נגד ה-NFPA על שאינו מכיר בESE ונמנע מלהכלילם בתקן העוסק בהגנה בפני ברקים.

מטרת הועדה

לשמש כבורר בנושא התביעה המשפטית נגד NFPA  לגבי תקן הגנה בפני ברקים, ולקבוע האם יש מקום לכלול כולאי ברק אקטיבים ESE בתקן.

הרכב הועדה

הועדה מורכבת מאנשים שאינם מדענים בתחום האקלים ו/או “מומחי ברקים” ואין להם כל התמחות בחקר ברקים וזאת על מנת למנוע כל דעה קדומה בנושא.

חברי הועדה נבחרו בגלל הנסיון הארוך ומהמגוון בתחום הבנייה, החשמל ופיתוח תקנים להגנה בפני אש עבור ה NFPA.

איסוף הנתונים

הועדה קיבלה ובחנה כל מידע שנתקבל מגורמים שונים בעלי עניין בנושא הגנה בפני ברקים, לקבלת המידע הרלוונטי פרסמה  הוועדה הכרזה מטעם ה-NFPA לכל הגורמים הקשורים להגנה בפני ברקים להגיש כל מידע שיש בידיהם המוכיח ותומך בעמדותיהם.

תהליך הסקת המסקנות וההחלטות:

א. בחינת הבסיס המדעי והטכנולוגי של ה-ESE  שכלל:

• 1) בחינת תוצאות מבחני מעבדה.
• 2) בחינת תוצאות מבחני שדה ( תחת תנאי ברק טבעיים).

ב. קיום בסיס תאורתי ובדיקות מעבדה מספקים.

• 1) בחינת הבסיס התאורטי המדעי.
• 2) בחינת ביצועי המערכת.

מסקנות הוועדה

בהתבסס על בחינת החומר הרב שהוגש ונסקר על ידי הועדה הועברו ההמלצות הבאות לוועדת התקינה של ה-NFPA :

• בסיס מדעי וטכנולוגי של ה-ESE

השאלה הראשונה לגביה נדרשה הועדה היתה “האם טכנולוגית ה-ESE להגנה בפני ברקים מבוססת מספיק מבחינה מדעית וטכנולוגית”

לגבי שאלה זו קבעה הועדה :

• 1) בבדיקות המעבדה נמצא שה-ESE הינם בעלי בסיס טכנולוגי מספק, היות ובאופן כללי הטכנולוגיה זהה לזו של כליא הברק הסטנדרטי של  פרנקלין.
• 2) אולם, בניסוי שדה תחת תנאי ברק טבעיים, גם ל-ESE וגם לכליא הברק הרגיל לא נמצא בסיס מדעי וטכנולוגי מספק.
• 3) מתקבל הרושם שמערכות הגנה בפני ברקים בטכנולוגית ESE הקיימות ומותקנות כיום, חסרות בסיס מדעי או טכנולוגי מספק בהתייחס לגודל האזור המוגן שהן מבטיחות או חשיבות מערכת ההארקה.

ב. קיום בסיס תאורתי ובדיקות מעבדה מספקים.

השאלה השניה עליה נדרשה הועדה היתה “האם טכנולוגית ה-ESE נתמכת על בסיס מדעי נרחב מספיק והאם בדיקות המעבדה שנעשו מספקות”.

בהמשך לנ”ל קבעה הועדה :

• 1) נמצא שאכן יש בסיס תאורתי מספק לשיטת ה-ESE מנקודת מבט פיזית.
• 2) לא נמצא בסיס תאורתי מספק לטענה על אזורים הגנה מוגברים כאשר משתמשים במוליכים (DOWN CONDUCTORS ) ומערכת הארקה מוגבלים.
• 3) בדיקות המעבדה במתח גבוה של כולאי ברק מסוג ESE הינם מספקים מבחינה כמותית, אך אינם מספקים מבחינת עמידותם במבחן של תנאי הברק בטבע.
• תקני הגנה בפני ברקים של ה-NFPA .

בבחינת תקן 780 של ה-NFPA  בנושא התקנת מערכות הגנה בפני ברקים משנת 1997, ובבחינת תקן 781 המוצע של התקנת מערכות הגנה בפני ברקים מבוססות ESE קבעה הועדה:

• 1) יש לבטל את תקן 780 הנוכחי של ה-NFPA ולפזר מיד את הועדה הקובעת את התקנים בתחום ההגנה בפני ברקים, ולהקים ועדה חדשה אשר תכלול בתוכה משתמשים, חברות ביטוח, צרכנים ומומחים שונים.
• 2) יש לשכנע צרכנים בעלי שם להשתתף בועדה לקביעת התקנים כגון :

      רשות התעופה בארה”ב, נאסא, FBI, חברות חשמל, רשתות טלויזיה ורדיו ועוד.

• 3) יש להגדיר מחדש את תקן 780 של ה-NFPA כמדריך או כהמלצות בלבד ולא כתקן מחייב.

תקן 780 של ה-NFPA  אינו עומד בקריטריונים המחמירים של ה-NFPA לקביעת תקנים היות ומערכת ההגנה בפני ברקים עליה הוא ממליץ מעולם לא הוכחה מבחינה מדעית או טכנולוגית וכולאי הברק של פרנקלין מעולם לא הוכחו כיעילים בניסיוני שדה תחת תנאי ברק טבעיים. תקן 780 של ה-NFPA  נראה על פניו כתקן שהתקבל על בסיס היסטורי ולא על בסיס רעיון מדעי מוכח.

לאור מסקנות ה-NFPA לעי”ל נשאלת השאלה, היות והשיטה הנפוצה כיום נמצאה כלא יעילה, לא מוכחת, ובהחלט לא מספקת – האם קיימות שיטת נוספות חדשניות ועדכניות אשר יעילותם כבר מוכחת.

הגדרות –

הווצרות הברק– להבנת אופן הפעולה ויתרונות מערכת ב-CTS נדרש הסבר קצר על הענן בזמן סופת ברקים והמטען החשמלי הקשור אליו. הסבר זה יאפשר להבין את ההגיון מאחורי ולהסיק מסקנות לגבי, מערכות הגנה בפני ברקים ה”מונעות” את פגיעת הברק באתר המוגן.

הענן בזמן סופת ברק – גודלו של ענן סופה טעון חשמלית נע בין 3-50 ק”מ כאשר האויר הטעון חשמלית נמצא בקדמת ו/או באחורי הענן. טיפות הגשם נושאות אלקטרונים וגורמות לכך שגם הענן וגם האדמה נטענים ויוצרים שדה חשמלי בין האטמוספרה לאדמה. הענן הטעון הנמצא בין האטמוספרה לאדמה הופך להיות טעון במטען חיובי בחלקו העליון ושלילי בתחתון.(יתכן גם מצב הפוך במקומות מסוימים) ויוצר שדה חשמלי הפוך על האדמה, גודלו של השדה הינו כגודלו של הענן הטעון, כתוצאה מכך נוצר שדה אלקטרוסטטי חזק מאוד בין האדמה ותחתית הענן הטעון.

חוק מטען חודה POINT DISCHARGE –התהליך של יוניזציה מנקודה חדה הינו אבן היסוד למערכות העברת מטען. תהליך זה יכול להתפתח על גבי טיפות מים בענן, בקצוות העצים או על חוד ממתכת. כאשר עוצמת השדה האלקטרוסטטי גבוהה האלקטרונים מואצים ומתנגשים עם מולקולות האויר ומייננים אותן. הכמות הקטנה של אויר מיונן נמצאת בקצה של נקודה חדה או טיפת מים.

היות ופוטנציאל היוניזציה קטן מהאנרגיה הקנטית משתחררים אלקטרונים נוספים. האלקטרונים העודפים מתאספים למפולת אלקטרונים ויוצרים קורונה. האויר המיונן יוצר זרם חשמלי שמקטין את עוצמת השדה החשמלי.

קיימים 4 סוגים של התפרקות הברק :

1.בתוך ענן – מהווה 50% מכלל הברקים. אלו הן התפרקויות הנוצרות בין המטען החיובי לשלילי בענן.

2.בין ענן לענן – התפרקיות אלו נוצרות בין החלק החיובי של ענן אחד לחלק השלילי במשנהו.

3.בין הענן לאויר

4.בין הענן לאדמה – התפרקויות אלו הן ההתפרקויות בפניהם אנו נדרשים להתגונן.

רשת לאומית לאיתור ברקים (NATIONAL LIGHTNING DETECTION NETWORK NLPN)

טרום הקמת רשת לאומית לאיתור ברקים (NLPN) ההגדרה לקביעת שכיחות של סופות ברקים באתר ספציפי נעשתה לפי מספר הרעמים שנשמעו ללא אבחנה בין בין רעמים הנובעים כתוצאה מברק בתוך הענן או ברק לכוון האדמה. מספר הרעמים שנספרו נועדו לשרטוט מפה איזוקראינית ששימשה מדד לרמת סיכון מברקים באתר ספציפי.

בשנת 1976 בעקבות בקשה מהממשלה פיתחו מדענים בארה”ב  מערכת מדויקת לאיתור פגיעות ברק בין הענן לאדמה. מערכות מסוג זה נרשמו כפטנט ושימשו גורמים רבים בממשלת ארה”ב.

תוך זמן קצר גילו התעשיינים את הפוטנציאל המסחרי במערכת למפוי ברקים והחלו בשווק מערכות מסוג זה בשוק הפרטי.המידע החדש אפשר רמת בטחון נוספת בפני הנזקים של פגיעות ברקים.

כיום ה-NLPN מכסה את רוב ארה”ב וקנדה ונותן רישום מדויק של פגיעות הברקים. בישראל קיימת מערכת מסוג זה בידי חברת החשמל המבצעת רישומים של פגיעות ברקים באזורים שונים בארץ מזה כ 3 שנים.

הנתונים המתקבלים ממערכות מסוג זה נותנים מידע לגבי הזמן, המיקום, הקוטביות והעוצמה של כל מכת ברק. ישנם דרכים רבות להשתמש במידע המתקבל, בין היתר לקביעת הסיבות לנזקים שקשה לאבחן את הסיבה להתהוותם.

סווג מערכות הגנה בפני ברקים

ניתן לסווג מערכות הגנה בפני ברקים ל(3) שלוש קטגוריות :

1.קולטי ברקים
2.מרחיקי ברקים DIVERTESS
3.מונעי ברקים

כליא ברק רגיל (FRANKLIN ROD) מסווג כקולט ברק היות והוא גורם לברק להתפרק באתר המוגן.

כולאי הברק האקטיבים (EARLY STEREMER EMISSION) נחשבים אף הם כקולטי ברקים מאותה סיבה. מערכת ה-CTS הינה אינה שילוב של הטיית ומניעת הברק. המערכת מרחיקה את הגשש של הברק שיוצא מהענן ומונעת את הסתיימות הגשש באתר.

התפתחות מערכות ה  CTS

הפטנט הראשון על מערכת רב נקודתית לפרוק במניעת ברקים נרשם בשנת 1930 בארה”ב. ב1971- נבנה אב טיפוס והחלו בשווק ישומים שונים של הרעיון. בשנים הראשונות בין 1971 ל1976- הותקנו מספר מערכות ניסיוניות ביניהם מערכת במתקני NASA

מערכת ה CTS מורכבת מ3- אלמנטים :

1.המיינן IONNIZER

2.מערכת איסוף זרמים מהאדמה

3.מוליכים המחברים בין מערכת איסוף המטענים למיינן.

המיינן – מורכב מתייל עם חודים רבים בדומה לגדר תייל אשר נתלה על גג המתקן, יש שיטות רבות לתליית החודים בין השאר בצורת מיטריה, קיפוד ועוד..

מערכת לאיסוף מטענים מהאדמה – יש לבצע מדידות של התנגדות האדמה לפני התקנת מערכת הCTS- ולבנות בהתאם מערכת הארקה המבוססת על אלקטרודות הארקה באורך של כ1- מטר במרחק של 10 מטר בינהן. לעיתים משתמשים ביתדות הארקה כימיות שנותנות התנגדות נמוכה מאד. את מערך איסוף המטען חייבים לקשור גם למערכות הארקה אחרות הקיימות באתר כגון הארקה למתקני החשמל.

המוליך- בעבר השתמשו לחיבור מערך ההארקה בכבל “25 שנטמן כ25- ס”מ מתחת לפני הקרקע. אך בהווה יושמה שיטה מיוחדת לחיבור האלקטרודות זו לזו העושה שימוש בצינור נחושת גמיש בעל קוטר של לפחות ½” העשוי מ99%- נחושת. כל האלקטרודות מחוברות בינהם בצורה זו למערכת איסוף מטענים אחידה באתר. יש לחבר למערכת זו גם את כל הציוד להגנה בפני מתחי יתר שמתקינים באתר על מנת למנוע קיום ייתר של מערכות הארקה באתר.

מערכת העברת מטענים CHARGE TRANSFER SYSTEM  להגנה בפני ברקים

מערכת העברת מטענים CTS– הפתרון האולטימטיבי להגנה בפני ברקים

במאמר מאת DONALD W. ZIPSE שפורסם על ידי IEEE מוזכרת שיטה חדשנית למניעת פגיעות ברקים הנקראת CHARGE TRANSFER SYSTEM (CTS).

לדברי מחבר המאמר וארגון IEEE,  שיטה זו שנמצאת בשימוש כ 40 שנה הינה הפתרון המוכח הטוב ביותר הקיים כיום להגנה בפני ברקים.

להבנת שיטת ה CTS שהינה שיטה הפועלת על עקרון העברת מטענים יש להתחיל בסקירת  ההתפתחויות הדרמתיים שחלו לאחרונה בתחום יישום מערכות הגנה בפני ברקים.

בשנים האחרונות נכנסה לשימוש מערכת חדשה לאיסוף מידע על פגיעות ברקים, תדירות הברקים אינה נקבעת עוד על פי מפה איזוקראונית אלא על פי מיפוי מדויק של פגיעות הברקים באדמה. הידע הרב שנצבר ממיפוי פגיעות הברק משחק תפקיד חשוב מאוד בהסברת מערכת . CTS  במקביל הוסרו גם הקשיים בהשגת מידע לגבי התאוריה ואופן הפעולה של מערכות ה-CTS, המידע אורגן בצורה סיסטמטית, וישומי המערכת מכסים תחום רחב של תנאים אשר ניתן ליישמם לא רק בתחום הדלק והתעשיות הכימיות אלא בכל מצב בו נדרש לשלוט על הברק.

מערכת ה – CTS מורכבת משלושה אלמנטים :

1.המיינן IONNIZER

2.מערכת איסוף זרמים מהאדמה

3.מוליכים המחברים בין מערכת איסוף המטענים למיינן.

המיינן – מורכב מתייל מוביל עם חודים רבים (בדומה לגדר תייל) אשר נתלה על נקודות שונות במתקן. קיימות מספר תצורות לתליית התייל , כאשר המטרה היא למקסם את מספר נקודות הפריקה.

מערכת איסוף מטענים מהאדמה – מערכת הארקה המבוססת על אלקטרודות הארקה בעדיפות לשימוש באלקטרודות בעלות איפדנס נמוך.

בתהליך הקמת מערכת זו יש לבצע מדידות של התנגדות האדמה ולקבוע האם נדרש להשתמש באלקטרודות כימיות. יש לוודא שאת מערך איסוף המטען קושרים  גם למערכות הארקה אחרות הקיימות באתר כגון הארקה למתקני החשמל.

אופן פעולת מערכת ה-CTS

מצב טרום מכת ברק

במצב טרום מכת הברק, המתח בין הענן לאדמה גדול מ 30 KV למטר גובה כאשר המטען המושרה על האדמה משקף את המטען בענן הטעון. הצל המושרה על ידי ענני הסופה על האדמה, טעון במטען נגדי לזה שבענן. כאשר יש התקרבות של ענני סופה לאתר, כל נקודות הקצה החדות באזור הטעון כגון מחטים של עצי אורן, דשא, אנטנות וכדומה תיכנסנה למצב של פריקה נקודתית.

פעולות מערכת פריקה רב נקודתית CTS

בהסתמך על חוק מטען חודה, המוכיח כי נקודה מתכתית חדה יעילה בפליטת יונים טעונים, פותחה שיטת הגנה המבוססת על פריסת מספר רב של נקודות חדות מבודדות הפולטות מספר רב של יונים, משנות את השדה החשמלי ולמעשה יוצרות ענן אוויר טעון חיובית באזור המוגן.

בזמן תנועת ענן הסופה לכיוון האתר המוגן באמצעות מערכת CTS, פורקות הנקודות החדות, יונים בעלי מטען הפוך מזה שבענן מעליהן. השדה החשמלי, שמתפתח עקב כניסת הענן לאזור, יוצר פריקה נקודתית איטית ורציפה של יונים טעונים מהאדמה באזור המוגן לאוויר. ראה איור.

היווצרות ברק, נגרמת כתוצאה מהשאיפה להשוואת פוטנציאלים בין ענן לאדמה, ענן טעון שולח גשש המכיל מטען חשמלי במטרה לסגור מעגל ובמקביל נשלחים  מכיוון האדמה הטעונה גששים שמתחרים ביניהם  מי יהיה הראשון לסגור את המעגל . מניעת סגירת המעגל תמנע את הפריקה של הענן וניתן לעשות זאת על ידי ניטרול הגשש שיורד מהענן באמצעות מטען אווירי השווה למטען שנמצא בגשש והכך להפסיק את התקדמותו לכוון הקרקע.

המטען הנפלט לאוויר על ידיד מערכת הCTS, משמש בדיוק למטרה זו ועצם קיומו מונע את פריקת הברק באיזור המוגן.         

התקנות של מערכת CTS ברחבי העולם

אמינות ויעילות מערכת ה-CTS הוכחה באופן חד משמעית במספר גדול של ההתקנות ברחבי העולם . בכל ההתקנות שנעשו נמנעו פגיעות באזור המוגן על ידי המערכת ביעילות של 98%. במקרים רבים לקוחות אשר רכשו את המערכת, חזרו ורכשו מערכות נוספות לאור ההצלחה הרבה.

בין הלקוחות הרבים ניתן למנות את פדרל אקפרס, נאס”א, חברות דלק רבות מהמובילות בעולם, חברות חשמל בארה”ב וחברות תקשורת גדולות ביפן וכן את חיל הים בישראל.

הוכחה נוספת להצלחת המערכת במניעת ברקים נתקבלה ממיפוי שנעשה באזור שדה תעופה של  FE-EXבממפיס המהווה אזור מוכה ברקים המוגן על ידי מערכת CTS. האיור המופיע מטה מראה בברור כי במשך 4 שנים לא היו פגיעות ברקים באתר המוגן למרות פגיעות הברק הרבות מסביב לשדה התעופה.

1. חישוב המטען האוירי הנדרש

צעד ראשון לתכנון מערך ינון הינו לחשב את המטען הנדרש לינן על מנת להגן על אזור (שטח) נתון :

a

q = —- Q

A

כאשר:

q = המטען הנדרש בקולון

a = האזור המוגן במטר מרובע

A = האזור של המטען המושרה במטר מרובע

Q = המטען בענן 40 אמפר/שניה

חישוב מספר נקודות יינון על פי כמות המטען הנדרש במצב של טרום פגיעת ברק נעשת באופן הבא:

       q

N =  ——

       Iþ t

כאשר:

N  = מספר הנקודות החדות

q  = המטען האתר

Iþ= זרם לנקודה על פי נסויי שטח.

 t = הזמן, 10 שניות הנדרש לטעינה מחדש של הגשש.

התקנות של מערכת CTS ברחבי העולם

הוכחה חד שממעית להצלחת מערכת ה-CTS היא במספר ההתקנות הרבות ברחבי העולם שנעשו ללא כל מקרה של פגיעה באזור המוגן.  עד שנת 1998 נאספו נתונים על 19,000 שנות מערכת. שנת מערכת מוגדרת כשנה בה היו קיום מערך ינון באתר. במקרים רבים לקוחות אשר רכשו את המערכת, חזרו ורכשו מערכות נוספות לאור ההצלחה הרבה. בין הלקוחות החוזרים ניתן למנות את פדרל אקפרס, נאסא, חברות דלק רבות מהמובילות בעולם, חברות חשמל בארה”ב וחברות תקשורת גדולות ביפן.

הוכחה נוספת להצלחת המערכת במניעת ברקים נתקבל ממפוי שנעשה באזור ממפיס שהינו אזור מוכה ברקים לגבי אזור שדה תעופה של  FE-EXהמוגן על ידי מערכת CTS. נספח 1 מראה בברור כי במשך 4 שנים למרות פגיעות הברק הרבות מסביב לשדה התעופה המוגן, לא היו פגיעות ברקים באתר המוגן.

חשיבות השימוש במערכת CTS למניעת דלקות במכלי דלק

חומרים מסוימים כגון מוצרי דלק הינם בעלי יכולת לצבור אלקטרונים, המטען החשמלי נקשר למוצר וכך המוצר צובר מטען.

עם התרחשות פגיעת ברק באזור, החומר הדליק נשאר טעון היות והוא מוליך גרוע ואילו המיכל שהינו מתכתי נפרק תוך שברירי שניה. חוק קולון מעניק למטען הקשור כח שעלול לגרום לניצוץ בזמן קפיצת המטען מהמוצר למיכל המתכתי. ניצוץ זה עלול להדליק את הדלק ולגרום לפיצוץ.

לעומת זאת אם קיימת מערכת CTS פריקת המטען האיטית והרציפה מונעת מצב של טעינת החומר הדליק והמיכל המתכתי ובכך נמנעת תופעת המטען הקשור המתואר לע”יל.

ממצאים ושיפורים

מאז הופעת מערכת ה CTS, נעשו מספר התפתחויות עד להשלמת תהליך הפיתוח :

א. תפקוד לקוי – חלק מהמתקנים הראשונים היו תרני תקשורת גבוהים. המייננים שהותקנו יוצרו במידה לא מתאימה בגלל המגבלות הפזיות של המגדל ולכן לא ניתן היה לשים מספיק נקודות יוניזציה, כתוצאה מכך היו פגיעות ברק בתרנים אלו היות ולא היה מספיק יונזציה לניטרול הגשש. כיום נפתרה בעיה זו ע”י התקנת כבלי יונזציה בין המיתרים של התורן ושימוש בקיפודים עם קוצים לאורך התורן ולא רק בקצהו.

ב. חישובים לא מספקים – בשנים הראשונות של המערכת נעשו מספר טעויות לגבי אופן חישוב מספר נקודות חדות הנדרש לאתר ספציפי, המספר שחושב הספיק למנוע גשש סטנדרטי, אך במקרה של גשש טעון במטען גדול, ענן המטען המיונן לא הספיק לניטרולו. כיום החישובים נעשים לפי מקרה של מטען מקסימאלי אפשרי.

ג. מדוע נפגעים עצי אורן ביער -אחת השאלות שעולה כאשר מציגים את תאורים ה-CTS הינה מדוע עצי אורן בעל מחטים כה רבות נפגעים מברקים, הרי לפי התאוריה של ה-CTS הם היו צריכים לעשות יוניזציה ולמנוע פגיעת ברק. הסבר לתופעה נובע מההבדלים הרבים הקשורים בעיקר למוליכות הנמוכה של העץ. שורשיו של העץ אינם נכנים ביכולת איסוף היונים  שאפילו מתקרבת לזו של אלקטרודות ומערכת איסוף מנחושת, מוליכות הגזע אינה מתקרבת כלל ליכולת ההולכה של מוליכי נחושת ובנוסף גם במחטים עצמן בעלות הולכה נמוכה. מכאן שאף על פי מבנה עץ האורן, מבחינת החומר אין לו את היכולת לבצע יונזציה מספיקה כדי למנוע פגיעת ברק.

ד. הגנה בפני מתחי יתר על קווי חשמל ותקשורת – בנקודה זו חשוב לציין כי על מנת לקבל הגנה מושלמת לאתר, יש להתקין בנוסף למערכת CTS , מערכות הגנה בפני מתחי יתר לקווי החשמל והתקשורת המגיעות מחוץ  לאתר המוגן.

מסקנות :

מערכות לניטור ומפוי פגיעות ברקים, חדלו להיות מערכות ניסיונות וכעת יעילות באיתור פגיעות הברק, צפיפות הפגיעות ועוצמתם מוכחות העליל. הנתונים שנתקבלו ממערכות הניטור משמשים לחזוי פגיעות ברק ומתן הערכה לגבי רמת הסיכון של כל אתר ואתר וכן להוכחת יעילותם של מערכות שונות להגנה בפני ברקים.

בסקירה זו ראינו את הבעיתיות הרבה בשימוש בכולאי הברק סטנדרטים כגון ביצועים לא מספקים בתנאי שדה וחוסר בסיס מדעי וטכנולוגי מספק . יתרה מזאת ראינו גם ששימוש בכולאי ברק והורדת הברק לקרקע בנקודה מסוימת בתוך האתר גורם לתופעות לוואי העלולות לגרום לנזקים כבדים.

מן העבר השני הראנו כי מערכת העברת המטען CTS  אשר גם היא נבחנה בסקירה זו הינה מערכת יעילה ביותר למניעת פגיעות הברק באתר המוגן ובעקיפין גם למניעת כל תופעות הלוואי של פגיעות ברקים.

המסקנה המתקבלת מהסקירה הינה כי אנו עומדים כיום על סף סיומן של 200 שנות שימוש בשיטה לכליאת הברק והעברתו לאדמה. תופעות הלוואי של מתן מעבר לזרם של אלפי אמפרים בסמוך למחשבים או אלקטרוניקה רגישה הינם חסרי הגיון וגורמים לעלויות מיותרות רבות. בתחום הדלק המצב אף חמור יותר היות ותופעות הלוואי עלולות לבוא לידי ביטוי בשריפה או פיצוץ של החומר הדליק/נפיץ. ומכאן שבבואנו להגן על אתרים של דלק או מחשבים יש ליישם שיטות חדשניות ועדכניות כגון מערכת העברת מטענים ה CTS.

מקורות:

1. John L. Bryan, Richard D. Bierman, Glen A. Erickson; Report of the Third Party Independent Evaluation Panel on the Early Streamer emission lightning Protection Technology; National Fire Protection Association Standard Council; September 1999
2. W. Zipse; Lightning Protection Systems: An Update and a Discredited Method Vindicated; Zipse Electrical Engineering Inc.
3. Roy B. Carpenter Jr., Mark N. Drabkin Ph.D.; Lightning Strike Protection.