یک برقگیر خوب باید دارای مشخصه های زیر باشد :
در ولتاژ نامی شبکه ، به منظور کاهش تلفات ، برقگیر دارای امپدانس بی نهایت باشد .
در اضافه ولتاژها ، به منظور محدود سازی سطح ولتاژ ، برقگیر دارای امپدانس کم باشد .
توانایی دفع یا ذخیره انرژی موج اضافه ولتاژ را بدون آن که برقگیر صدمه ببیند ، داشته باشد .
پس از حذف و عبور اضافه ولتاژ برقگیر ، بتواند به شرایط مدار باز (حالت کار عادی) برگردد.
انواع برقگیرها:
جرقه گیرها یا شاخک ها ساده ترین شکل برقگیرها هستند که از آن ها بیشتر برای حفاظت زنجیره مقره ها ، بوشینگ ترانسفورماتورها و خازن ها استفاده می شود .
مشکل اصلی این نوع برقگیرها ایجاد خطای اتصال کوتاه به زمین پس از تولید جرقه است که باعث عمل کردن تجهیزات حفاظتی شبکه قدرت (رله های جریانی) و در نتیجه ایجاد وقفه می شوند .
۱- برقگیر میله ای (جرقه گیر با فواصل هوایی) :
این نوع برقگیرها به صورت دو الکترود یا دو شاخک هستند که متناسب با ولتاژ ، در فاصله معین بین هادی و زمین قرار می گیرند و در صورت بروز اضافه ولتاژ ، بین آن ها قوس الکتریکی برقرار می شود .
این قوس باعث اتصال کوتاه گردیده و از اضافه ولتاژ جلوگیری می کند ، البته باعث اختلال در امر برق رسانی نیز می گردد .
۲- برقگیر لوله ای :
این نوع برقگیرها شامل یک فاصله هوایی برای جرقه زدن در فضا و یک فاصله دیگر در درون یک محفظه مخصوص هستند که با هم به طور سری قرار دارند این نوع برقگیرها به منظور کوتاه کردن زمان عبور جریان هدایت شونده (پرهیز از وقوع اتصال کوتاه) تهیه شده اند .
در برقگیر لوله ای جریان هدایت شونده پس از یک یا چند پریود در اثر گازی گازی که خود برقگیر تولید می کند از بین می رود و از این جهت می توان آن را برقگیر جرقه خاموش کن نیز نامید .
برقگیر لوله ای از یک لوله عایقی (R) از جنس مواد مصنوعی (PVC، فیبر لاستیک سخت) تشکیل شده و در داخل آن دو الکترود فلزی توپر(E) و توخالی (G) قرار دارند.
از برقگیرهای لول های بیش تر در شبکه های با ولتاژ ۱۰ تا ۳۰ کیلوولت استفاده می شود .
ولتاژ جرقه این نوع برقگیرها بالاتر از برقگیرهای با مقاومت غیر خطی است.
۳- برقگیر سیلیکون کارباید (sic) :
روش متداول حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از برقگیرهای سیلیکون کارباید (sic) می باشد .
این برقگیرها از ترکیب سری فواصل هوایی با مقاومت ساخته می شوند و برخلاف جرقه گیرها پس از عملکردن آن ها ، شبکه قدرت قابلیت بازگشت به حالن اولیه را خواهد داشت .
برقگیر سیلیکون کارباید شامل یک مقاومت سیلیکون کارباید با مشخصه غیر خطیV-I
به صورت سری با یک فاصله هوایی است .
وقتی اضافه ولتاژها از حد ولتاژ جرقه بیش تر شود ، با ایجاد جرقه در سر فاصله هوایی ، افزایش امپدانس مسیر جرقه از افزایش شدید جریان جلوگیری می کند .
فاصله هوایی جرقه که به آن فاصله جرقه اکتیو گفته می شود ، طوری طراحی می گردد که بعد از چند بار جرقه زدن در اثر اضافه ولتاژ ، جرقه مسدود شود .
مسأله ای که باعث محدودیت در کاربرد این نوع برقگیرها شده است اضافه ولتاژ کلیدزنی با انرژی بالا که جریان تخلیه زیادی را برای مدت طولانی اعمال می کند.
در برقگیرهایsic نوع جدبد با خاموش کردن مغناطیسی سه برابر بیشتر از نوع معمولی آن ها قابلیت تحمل انرژی را داراست.
این نوع برقگیرها در شبکه های با ولتاژ بالا کاربرد دارند .
۴- برقگیرهای نوع اکسید فلزی (MOV) :
نوع جدید برقگیرها دارای بلوک هایی با مقاومت الکتریکی غیر خطی و از جنس اکسید فلزات هستند این بلوک ها به MOV
مشهور هستند از آن جا که حدود ۹۵% از مواد تشکیل دهنده بلوک هایMOV
را اکسید روی (ZnO) تشکیل می دهد ، به آن ها برقگیرهایZnO
نیز گفته می شود .اجزای تشکیل دهنده برقگیرهایZnO
، شامل اکسید روی و مقادیر کمی از اکسید دیگر فلزات از قبیل بیسموت ، کبالت ، آنتیموان و اکسید منگنز است .
ذرات بسیار ریز اکسید روی و اکسید فلزات دیگر پس از فشرده شدن به صورت دیسک و در اندازه های معین شکل می گیرند .
سپس این دیسک ها در درجه حرارت بالا پخته شده و به صورت در می آیند .
این دیسک ها به صورت سری در محفظه استوانه ای شکل قرار گرفته و برقZnO را تشکیل می دهد .
از مزایای این نوع برقگیرها ، سرعت عملکرد در پیشانی موج است به این معنی که تأخیری که در برقگیرهای با فاصله هوایی وجود دارد ، در این نوع برقگیرها خیلی کم تر است .
با توجه به عدم وجود فاصله هوایی ، امکان موازی کردن برقگیرZnO وجود دارد .
یکی از مشکلات برقگیرهایZnO ، جریان نشتی در فرکانس قدرت است.
این جریان در حد یک میلی آمپر است با تکرار عملکرد برقگیر ، لایه عایق بین دندانه های اکسید روی سوخته شود و باعث افزایش جریان نشتی گردد .
۱-بعضی از مزایای برقگیرهای ZnO
۲-کارآیی بهتر نسبت به سایر برقگیرها
۳-پراکندگی کم ولتاژ پسماند و همچنین دارای ولتاژ پسماند خیلی کم
۴-دارای تاخیر زمانی خیلی کم
۵-برگشت طبیعی به وضعیت اولیه یا مدار باز
۶-دارای مشخصه ولت – جریان خطی تر از برقگیر SiC
۷-دارای سطح حفاظتی خیلی خوب
دارای جریان نشتی پایین در شرایط کار نامی سیستم از مهمترین عیب های برقگیرهای ZnO
قیمت زیاد آن ها نسبت به دیگر برقگیرها است و دیگر این که برقگیر های ZnO
در سیستم های دارای نوسانات ولتاژ قابل ملاحظه ، بیش تر از برقگیر هایSiC
در معرض خطر و آسیب دیدگی قرار می گیرند .
۵- برقگیر قوس طولانی (LFA) :
نصب برقگیر خط یبن فاز- دکل به صورت موازی با زنجیره مقره یا بجای مقره نیاز به هزینه سنگینی دارد .
لذا باید به دنبال راهی بود تا بتوان هزینه نصب برقگیرها را کاهش داد و جلوی خروجی خطوط بر اثر تخلیه اضافه ولتاژهای ناشی از تخلیه جوی بر خط را گرفت .
روش جدید برای حفاظت خطوط انتقال ، استفاده از یک سطح
طولانی جهت هدایت قوس الکتریکی ناشی از تخلیه است .
برقگیرهای قوس طولانی می توانند بین هادی و زمین یا به صورت سری با مقره قرار بگیرند .
ساختار این برقگیرها خیلی ساده بوده و در نتیجه نسبت به سایر برقگیرها ارزانتر هستند.
یکی دیگر از مزایای عمده این برقگیرها عدم جاری شدن جریان با فرکانس شبکه شبکه (PAF) پس از اتمام تخلیه جریان موج گذرا و بروز قوس بر روی مقره است.
برقگیر
برق گیر اصطلاحی در فارسی برای نامیدن دو وسیله الکتریکی متفاوت استفاده میشود:
-
میلههای فلزی که در بالای ساختمانها یا در پستهای فشار قوی نصب میشوند تا با برخورد صاعقه با این میلهها از برخورد مستقیم صاعقه به تجهیز جلوگیری شود. این وسیله (Lightening rod) در مهندسی برق نیزه نیز نامیده میشود. این وسیله اولین بار توسط بنیامین فرانکلین مخترع آمریکایی ابداع شد
-
وسیلهای است که در شبکههای الکتریکی برای حفاظت تجهیزات در مقابل صدمات ناشی از اضافه ولتاژهای ناگهانی همچون صاعقه و رعد و برق به کار برده میشود. برقگیر (Lightning arrester) در مقابل ولتاژهای معمولی یک مقاومت بسیار زیاد در حد عایق از خود نشان میدهد و در مقابل ولتاژهای آنی مقاومت کمی از خود نشان میدهد و موجهای الکتریکی را متصل به زمین میکند. برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام میدهند و بیشترین مقدار حذف امواج گذرا را فراهم میکند. برقگیرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار میگیرند انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برقگیر به زمین منتقل میشود.
از وسایل حفاظتی محدود کننده ضربه برای حفاظت تجهیزات سیستمهای قدرت در برابر اضافه ولتاژها استفاده میشود یک وسیله حفاظتی محدود کننده ضربه باید اضافه ولتاژهای گذرا یا اضافه ولتاژهای که باعث تخریب تجهیزات شبکه میشوند را محدود و به زمین هدایت کنند و بتواند این کار را بدون اینکه آسیبی ببیند به دفعات تکرار کند. برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام میدهند و بیشترین مقدار حذف امواج گذرا را فراهم میکنند. برقگیرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت یا بین فاز و زمین قرار میگیرند. انرژی موج اضافه ولتاژ به وسیله برق گیر به زمین منتقل میشود.
مشخصهها و ویژگیها
یک برقگیر خوب باید دارای مشخصات زیر باشد
-
در ولتاژ نامی شبکه، به منظور کاهش تلفات دارای امپدانس بینهایت باشد
-
در اضافه ولتاژ به منظور محدود سازی سطح ولتاژ دارای امپدانس کم باشد
-
توانایی دفع یا ذخیره انرژی موج اضافه ولتاژ را بدون اینکه خود صدمه ببیند داشته باشد
-
پس از حذف عبور اضافه ولتاژ بتواند به شرایط مدار (حالت کار عادی) برگردد
پارامترهای مهم برای انتخاب برقگیر مناسب جهت حفاظت عایقی:
-
ماکزیمم ولتاژ کار دائم (MCOV)
-
ولتاژ نامی (Ur)
-
جریان تخلیه نامی (۸٫۲۰ µsec)
-
ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل (۴٫۱۰ µsec)
-
قابلیت تحمل جذب انرژی W
عوامل مهم در آسیب دیدگی برقگیرها:
-
نفوذ رطوبت و آلودگی
-
اضافه ولتاژهای گذرا و موقتی
-
عدم انطباق شرایط بهرهبرداری با مشخصه برقگیر (طراحی غلط)
-
عوامل ناشناخته
انواع
انواع برقگیرهای مرسوم عبارتند از:
-
برقگیر شاخکی یا جرقهای
-
برقگیر سوپاپی
-
برقگیر اکسید فلزی
-
برقگیر میلهای
-
برقگیر لولهای
-
برقگیر سیلیکون کارباید (SIC)
-
برقگیر نوع اکسید فلزی (MOV)
-
معایب برقگیر میلهای
-
تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از حذف اضافه ولتاژ
-
افت شدید ولتاژ فاز به خاطر اتصال کوتاه شدن فاز در لحظه عبور جریان از برقگیر
-
دارای تأخیر زمانی متناسب با اضافه ولتاژ
-
پراکندگی زیاد ولتاژ جرقه
-
مزایای برقگیر نوع اکسید فلزی (MOV)
-
کارایی بهتر نسبت به سایر برقگیرها
-
پراکندگی کم ولتاژ پسماند همچنین دارای ولتاژ پسماند خیلی کم
-
دارای تأخیر زمانی خیلی کم
-
برگشت طبیعی به وضعیت اولیه یا مدار باز
-
دارای مشخصه ولت-جریان خطیتر از برقگیر SIC
-
دارای سطح حفاظتی خوب
نحوهٔ اتصال
یک سر برقگیر را به زمین فرو کرده و با وسیله ای دیگر انرا محکم و سر دیگر را به نقطهای که میخواهند مورد حفاظت قرار گیرد متصل میکنند.
معمولاً در ورودی ترانسها و یا ورودی موتورها نصب میشود.
برقگیر