تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - برق گیرهاlightning arrester+surge arrester

برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)


 

برق گیرها ( 1 )





 
از وسایل حفاظتی محدود کننده ضربه برای حفاظت سیستم های قدرت در برابر اضافه ولتاژها استفاده می شود . یک وسیله حفاظتی محدود کننده ضربه باید اضافه ولتاژهای گذرا یا ولتاژهایی که باعث تخریب تجهیزات شبکه می شوند را محدود و به زمین هدایت کند و بتواند این کار را بدون آنکه آسیبی ببیند به دفعات تکرار کند . برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی بهترین حفاظت را انجام می دهند . و بیشترین مقدار حذف امواج گذرا را فراهم می کنند . از وسایل حفاظتی دیگری مثل سیم های زمین ( برای حفاظت خطوط و تجهیزات از برخورد مستقیم صاعقه ) ، جرقه گیرها خازن های ضربه و مقاومت های زمین کننده ، وریستورها ( SiC , Zno ) ، دیودهای بهمنی ( برای تغییر و دگرگونی شکل موج اضافه ولتاژها ) و فیلترهای RC ( برای حذف موج ضربه ) استفاده می شود . اما برقگیرها بهترین روش حفاظت برای محدود کردن دامنه موج گذرا را ارائه می دهند . امروز برای حفاظت تجهیزات قدرت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا ، اغلب از برقگیرها استفاده می شود . برقگیرها به صورت موازی با وسیله تحت حفاظت و یا بین فاز و زمین قرار می گیرند . انرژی موج اضافه ولتاژ بوسیله برقگیر به زمین منتقل می شود و افت ولتاژ ناشی از جریان تخلیه برقگیر به یک مقدار معینی ( درحد سطح حفاظتی برقگیر ) محدود می شود .

عامل های اضافه ولتاژ :
 

اضافه ولتاژ به وجود آمده ممکن است دو عامل داشته باشد :

عامل بیرونی :
 

که بیرون از شبکه قدرت وجود دارد مثل صاعقه و رعد و برق .

عامل داخلی :
 

که در اثر اختلالات در شبکه و موارد دیگر نظیر سویچینگ ، اتصال کوتاه ، رزونانس در شبکه و یا غیره ممکن است پیش بیاید .
ابتدا مروری داریم بر عامل بیرونی و دلایل پیش آمدن این عامل و نحوة مهار کردن آن.

اضافه ولتاژها و هماهنگی عایقی :
 

سیستم های قدرت اغلب در معرض اضافه ولتاژهایی هستند که مبدأشان تخلیه های جوی است . چنین اضافه ولتاژهایی ، اضافه ولتاژهای خارجی یا صاعقه نامیده می شوند . اضافه ولتاژهای دیگری نیز موجودند که ناشی از بروز اختلال یا بر طرف شدن آن یا به خاطر قطع و وصل در سیستم می باشد . این نوع اضافه ولتاژها ، اضافه ولتاژهای داخلی نامیده می شوند . اضافه ولتاژهای داخلی را می توان به قسمت های زیر تقسیم کرد :
1.اضافه ولتاژهای موقت که نوسانات فرکانس قدرت یا هارمونیک ها هستند .
2.اضافه ولتاژهای کلید زنی، که دارای دورة کوتاه بوده و به شدت میرا شده اند.
اضافه ولتاژهای موقت بدون استثناء در شرایط بی باری یا بار بسیار کم رخ می دهند . به دلیل اینکه اضافه ولتاژهای موقت و کلید زنی دارای مبدأ مشترکی هستند ، در طراحی عایق سیستم های فشار قوی باید اثر هر دو به حساب آورده شود .
دامنه اضافه ولتاژهای صاعقه یا خارجی اساساً مستقل از طرح سیستم ها هستند ، در حالی که اضافه ولتاژهای کلید زنی یا داخلی با ازدیاد ولتاژ کار سیستم افزایش می یابند . بنابراین با ازدیاد ولتاژ کار سیستم به نقطه ای می رسیم که اضافه ولتاژهای کلید زنی در طراحی عایق سیستم ها عامل غالب می شوند ، تا حدود ولتاژ kv 300 عایق سیستم باید طوری طراحی شود که امواج صاعقه اولیه را تحمل نماید . در ولتاژهای بالاتر هم امواج صاعقه و هم امواج کلید زنی باید مورد توجه قرار گیرند. در سیستم های ماوراء فشار قوی kv 765 و بالاتر اضافه ولتاژهای کلید زنی همراه با کثیف بودن مقره ، در طراحی عایق عامل غالب می شوند . برای مطالعه اضافه ولتاژهایی که در سیستم های قدرت رخ می دهد . نیاز به آگاهی از قوانین انتشار امواج می باشد .

مکانیسم صاعقه :
 

در خصوص تجلی فیزیکی صاعقه از زمان های قدیم مطالبی نوشته شده ، ولی درک مکانیسم آن مطلبی نسبتاً جدید می باشد . در سال های ( 1750 – 1744 ) فرانکلین آزمایش هایی روی صاعقه انجام داد ولی بیشتر آگاهی های به دست آمده مربوط به 50 سال اخیر است . انگیزة واقعی برای مطالعة صاعقه وقتی پدید آمد که خطوط انتقال الکتریکی باید در مقابل صاعقه حفاظت می شد اساساً صاعقه تجلی یک جرقه الکتریکی بسیار بزرگ می باشد .
در یک ابر تندر فعال ذرات بزرگتر معمولا بارهای منفی را اشغال می کنند و حامل های بار کوچکتر مثبت هستند . بنابراین بخش زیرین ابر عموماً دارای بار منفی و بخش بالایی دارای بار مثبت و کل ابزار نظر الکتریکی خنثی است . چنانکه بعداً بحث خواهد شد . مراکز بار متعددی می تواند در یک ابر موجود باشد . نوعاً مرکز بار منفی جایی بین 500 تا 10000 متری بالای سطح زمین واقع است . تخلیه صاعقه به زمین معمولاً از ریشه یک مرکز بار منفی آغاز می گردد .
تخلیه صاعقه به شکل یک تخلیه نورانی به چشم می آید ، گرچه برخی از اوقات شاخه هایی با شدت های متفاوت نیز مشاهده می شوند که در وسط هوا خاتمه می یابند ، در حالی که کانال اصلی نورانی در مسیری زیگزاگ به زمین می رسند . با کمک عکس بردرای سریع روشن شده است که اغلب ضربات صاعقه تکرار ضربات دنبال شده یا ضرباتی متعددند که در امتداد مسیر ایجاد شده است با اولین ضربه پیش می روند ، چنین مواردی معمولاً چند شاخه ای نبوده و مسیرشان کاملاً نورانی است .
ضربه از ناحیه مرکز بار منفی آغاز شده، که در آنجا شدت میدان محلی نزدیک به شدت میدان یونیزاسیون (در هوای جو یا با وجود قطرات کوچک آب ) است .
در خلال اولین مرحله ، تخلیه راهنما که با عنوان " راهنمای گام زن "شناخته شده ، با گام های معمول 50 تا 100 متر باسرعت به طرف پائین حرکت می کند ، و بعد از هر گام به مدت چند ده میکروثانیه متوقف می شود . از نوک تخلیه یک " جریان نورانی راهنما " با تابش کم و جریانی حدود چند آمپر با سرعتی حدود در هوای دست نخورده منتشر می شود . راهنمای گام زن با سرعت متوسطی حدود و جریانی حدود جریان نورانی را دنبال می کند . حدود طول می کشد تا راهنمای گام زن از ابری واقع در زمین، به زمین برسد و با نزدیک شدن راهنما به زمین اختلاف پتانسیل ، باری را در زمین القاء می کند .
این بار توسط تخلیه های نقطه ای اشیاء زمینی نظیر ساختمان های بلند ، درخت ها و غیره افزایش می یابد. در بعضی نقاط تمرکز بار در شیئی زمینی آن چنان زیاد می شود که باعث ظهور نورانی مثبت به طرف بالا می گردد . در لحظه ای که دو راهنما بهم می رسند ، ضربه " اصلی "یا " برگشتی " از زمین به طرف ابر آغاز می شود . این ضربه با سرعت خیلی بیشتری () در امتداد مسیر یونیزه ای که قبلاً ایجاد شده ، حرکت می کند . جریان ضربه برگشتی از حدود چند کیلو آمپر تا و دماهای درون کانال 15 تا 20 هزار درجه سانتیگراد است . این دماها مسؤول اثرات تخریبی صاعقه ناشی از ضربه برگشتی است .
ضربه برگشتی در فواصل زمانی 10 تا 300 ثانیه با ضربات متعدد دنبال می شود . راهنمای ضربات دوم به بعد به خاطر تجلی نیزه مانندش به نام " رهبر نیزه گون " شناخته می شود . رهبر نیزه گون مسیر اولین ضربه را با سرعتی حدود 10 برابر راهنمای گام زن طی می کند . مسیر معمولاً شاخه شاخه نیست ، و کاملاً درخشان است .
عمده تخلیه های الکتریکی در خلال رعد و برق بین ابرها رخ می دهد و تنها 10% تخلیه ها به شکل صاعقه به زمین می خورند . تخلیه بین ابرها یک روشنایی عمومی ایجاد می کند که به نام " صاعقه پوششی "نامیده شده است .
اندازه گیری جریانهای ضربه در زمین نشان داده است که این جریانها با افزایش تند ( در یک تا 10 میکروثانیه ) به قله موج رسیده و با یک تاخیر زمانی طولانی تر ( 50 تا 1000 میکروثانیه ) تا نیم زمان دنبال می گردد . مداراک موجود دال بر این است که جریانهای خیلی زیاد ضربه در زمان خیلی کوتاه تر به قله نمی رسند ، اصلاعات فیلد نشان می دهد که 50 % جریانهای ضربه شامل ضربات چند گانه دارای شدت صعودی متجاوز از و 10 % دارای شدت متجاوز از می باشند.
دوره متوسط جریانهای ضربه بالای مقدار است . 18% جریانها نیم زمانی های طولانی تر از هستند . از این رو با فرض اینکه جریان ضربه ای نوعی با قله 10000 به وسط خط انتقالی با امپدانس موج برخورد کند و جریان ها به طور مساوی در هر دو طرف جاری شود اضافه ولتاژ صاعقه خواهد شد : بر پایه تعدادی پژوهشها کمیته AIEE توزیع فرکانسی دامنه های جریان را تقسیم کرده و اغلب در محاسبات اجرایی مورد استفاده قرار می گیرد .
اطلاعات کسب شده در مورد ضربات صاعقه و ولتاژهای مبانی اجرائی آزمایش موج صاعقه یا ضربه استاندارد را در آزمایشگاهها به وجود آورده است .

انرژی موجود در صاعقه :
 

در جهت تخمین مقدار انرژی موجود در یک صاعقه ، فرض می کنیم اختلاف پتانسیل برای وقوع یک شکست بین ابر و زمین و تخلیه کلی انجام گرفته 20 کولمب باشد . به این ترتیب انرژی آزاد شده می باشد که در یک یا چند ضربه ، تخلیه می شود . انرژی تخلیه تلف شده در کانال هوا در فرآیندهای متعددی صرف می شود . مقادیر کمی از این انرژی در یونیزاسیون ملکول ها ، تحریک ها ، تشعشع و غیره به کار رفته است . بیشترین انرژی در انبساط سریع کانال هوا صرف شده است .
قسمت هایی از کل انرژی صرف گرم کردن اشیاء زمینی صاعقه زده می گردد . به طور کلی رویدادهای صاعقه به سیستم جهانی انرژی باز می گردد . انرژی که در آغاز جهت به وجود آوردن ابر باردار مصرف شده است .

طبیعت خطر :
 

میزان خطر بستگی به شرایط دارد برای حداقل کردن احتمال برخورد صاعقه هنگام رعد و برق باید از اشیاء نسبتاً بلند دوری جست ، در داخل ساختمان باقی ماند یا به خوبی عایق سازی کرد .
برخورد مستقیم صاعقه به انسان یا حیوان به ندرت رخ می دهد ، اغلب برخوردها غیر مستقیم است و معمولاً وقتی رخ می دهد که موضوع :
1) در نزدیکی یک برخورد صاعقه با سایر اشیاء بلند قرار گیرد .
2) شدت میدان الکتریکی ضربه آن چنان جریانی القاء کند که باعث مرگ شود .
3) صاعقه ختم شده به زمین می تواند گرادیان و پتانسیل زیادی در سطح زمین ، از نقطه مورد اصابت به طرف خارج به وجود آورد.

امواج صاعقه شبیه سازی برای اجرای آزمایشها :
 

تجهیزات و سیستم های الکتریکی به وسیله پتانسیل هایی که صاعقه می تواند روی عایق ایجاد کند ، تهدید می شوند . عایق سازی سیستم های قدرت را می توان در دو بخش دسته بندی کرد : عایق سازی داخلی و عایق سازی خارجی .
عایق سازی خارجی توسط هوا ، چینی و غیره انجام میگیرد ، برای مثال فواصل بین هادی ها و برج در خطوط انتقال نیرو یا تکیه گاههای شین در پستها .
اگر پتانسیل به وجود آمده توسط صاعقه از استقامت الکتریکی عایق تجاوز کند یک شکست سطحی یا سوراخ ایجاد می شود .
شکست سطحی عایق خارجی عموماً آسیبی به وسیله وارد نمی کند . عایق " خود بهبود یابنده " است. در بدترین حالت سوراخ نسبتاً کوتاهی به وجود می آید تا امکان جانشینی رشته ضعیف عایق آسیب دیده را فراهم نماید . عایق سازی داخلی اغلب از کاغذ ، روغن یا سایر عایق های مرکب تشکیل می گردد. این عایق ها در وسایل گران قیمت نظیر ترانسفورماتورها ، ژنراتورها ، راکتورها ، خازن ها ، کلیدهای قدرت و غیره ، هادی های فشار قوی را از زمین عایق می کنند . خرابی عایق داخلی باعث سوراخ های بسیار طولانی تر می گردد . اگر قوس قدرت ادامه یابد می تواند مصیبت زا شده و به یک تعویض بسیار پر هزینه منجر می گردد .
عایق سازی سیستم ها باید طوری طراحی شود که سیستم در برابر ولتاژهای صاعقه مقاوم باشد ، و بتواند قبل از به کار گیری در آزمایشگاهها مورد آزمایش قرار گیرد .
اندازه گیری جامع جریانهای صاعقه و ولتاژها همراه با تجربه طولانی مبانی ایجاد و پذیرش آنچه را که به نام موج استاندارد یا ولتاژ " ضربه " شناخته شده فراهم آورده است . موج استاندارد یا ولتاژ ضربه شبیه ساز اضافه ولتاژهای خارجی یا صاعقه است .
شکل موج ولتاژ ضربه صاعقه استاندارد بین المللی ضربه ولتاژی غیر نوسانی است که از خط صفر عبور نکرده ، در به قله رسیده و سپس با آهستگی در به نصف مقدار قله کاهش می یابد . مشخصات فنی این ضربه استاندارد عبارتند از :
علامت آن ، مقدار قله ، زمان پیشانی ، زمان نیم مقدار.
آزمایش های جامع آزمایشگاهی در مورد عایق سازی خارجی نشان داده اند که ولتاژهای شکست اساساً مناسب با طول فاصله هوایی بوده و ضربه های مثبت در مقایسه با ضربه های منفی ، مقادیر شکست به مراتب پائین تری دارند . بعلاوه با یک آرایش آزمایش مشخص، هم چنان که قله ضربه اعمالی افزایش داده می شود ، لحظه شکست از دم موج به طرف قله حرکت کرده و نهایتاً به پیشانی موج می رسد .

خصوصیات تجهیزات حفاظتی در مقابل اضافه ولتاژ :
 

در مقابل ولتاژ نامی شبکه هیچ عکس العملی نشان ندهند .
در مقابل اضافه ولتاژهای بوجود آمده سریعاً عکس العمل نشان دهند .
قابلیت عبور جریان زیاد را داشته باشند .
پس از رفع اضافه ولتاژ و رساندن ولتاژ به مقدار نامی ، عبور جریان از برقگیر قطع شود .
از نظر اقتصادی به صرفه باشد .

انواع برقگیر ها :
 

جرقه گیری یا شاخک ها ساده ترین شکل برقگیر ها می باشند که از آنها بیشتر برای حفاظت زنجیره مقره ها ، بوشینگ ترانسفورماتورها و خازن ها استفاده می شود . مشکل اصلی این نوع برقیگرها ایجاد خطای اتصال کوتاه به زمین پس از تولید جرقه می باشد که باعث عملکرد تجهیزات حفاظتی شبکه قدرت ( رله های جریانی ) و در نتیجه ایجاد وقفه می شوند . برای پرهیز از این مشکل ، از برقگیرهای شامل یک نوع مقاومت غیر خطی ( به صورت مجزا و یا سری با جرقه گیر ) استفاده می شود . اخیراً استفاده از نیمه هادی ها با مقاومت غیر خطی و از جنس اکسید فلزی ( MOV ) در برقگیرها ، باعث شده که فاصله هوایی برقگیرها حذف شود و برقگیرهای جدید از کارائی بهتری درکنترل اضافه ولتاژ ها برخوردار شوند .

برقیگر میله ای ( جرقه گیر با فواصل هوایی ) :
 

این نوع برقگیر به صورت دو الکترود یا دو شاخک هستند که متناسب با ولتاژ ، در فاصله معین بین هادی و زمین قرار میگیرد . و در صورت بروز اضافه ولتاژ ، بین آنها قوس الکتریکی برقرار می شود . این قوس باعث اتصال کوتاه گردیده از اضافه ولتاژ جلوگیری می کند ، البته باعث اختلال در امر برق رسانی نیز می گردد . در شبکه با قدرت کم ، با شکل دادن به این شاخک ها ، پس از مدت نسبتاً کوتاهی قوس خاموش می شود و چون جریان اتصال کوتاه کم بوده ، خسارات ناشی از اتصال کوتاه وجود ندارد . در صورت بروز اضافه ولتاژ ، در فاصله هوایی بین الکترودها قوس الکتریکی برقرار می شود و به این ترتیب از اعمال اضافه ولتاژ به تجهیزات جلوگیری می شود .
از معایب اصلی برقگیر میله ای ، عدم توانایی در خاموش نمودن جرقه است و هنگامی که بر اثر صاعقه جرقه زده شد ، این جرقه باقی خواهد ماند تا زمانی که دستگاه بدون برق گردد . در نتیجه پس از هر بار جرقه ، بایستی شبکه بی برق شده مجدداً برقدار گردد . به طور کلی معایب این نوع برقگیرها در برابر تنها مزیت آنها یعنی ارزان بودنشان بخاطر سادگی ساختار آن ، خیلی زیاد بوده شامل موارد زیر می باشد :
تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از حذف اضافه ولتاژ ( در نتیجه باعث عمل کردن وسایل حفاظتی و ایجاد وقفه در سیستم می شود ) .
ایجاد موج بریده شده که می تواند سیم پیچی دستگاه ها ( ترانسفورماتورها ) را تهدید کند .
افت شدید ولتاژ به خاطر اتصال کوتاه شدن فاز در لحظه عبور جریان از جرقه گیر.
تحت تاثیر قرار گرفتن عملکرد آن با شکل موج اضافه ولتاژ و همچنین شرایط محیطی ( فشار ، آلودگی ، رطوبت ، ... )
دارای تاخیر زمانی متناسب با اضافه ولتاژ ( عملکرد نا مناسب در برابر اضافه ولتاژهای با پیشانی تند مثل صاعقه ) .
پراکندگی زیاد ولتاژ جرقه ( بیش از 40% ) .
جرقه گیرها فقط دو شرط اول یک برقگیر خوب را دارا می باشند .





 

برقگیر لوله ای :
 

این نوع برقگیر شامل یک فاصله هوایی برای جرقه زدن در فضا و یک فاصله دیگر در درون یک محفظه مخصوص می باشد که با هم به طور سری قرار دارند . این نوع برقگیر ها 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 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 است و در داخل آن دو الکترود فلزی تو پر ( E ) و توخالی ( G ) قرار دارند . الکترود G مستقیماً به دکل یا سیم زمین متصل می شود ولی بین الکترود E و فاز شبکه یک فاصله هوایی وجود دارد . هر گاه اضافه ولتاژی بین فاز و برقگیر قرار بگیرد ، فاصله هوایی L و فاصله بین دو الکترود توسط جرقه اتصال کوتاه می شود و در اثر این جرقه ، شبکه اتصال زمین می شود و جریان زیادی از برقگیر می گذرد که سبب بخار شدن قسمتی از سطح داخلی لوله R می شود . این گاز فشار داخلی لوله را با وجود این که سوراخ لوله الکترود انتهایی به خارج راه دارد ، به حدی بالا می برد که با سرعت زیادی از سوراخ G خارج می شود . جریان سریع گاز الکترونهای موجود بین دو الکترود را با خود به خارج حمل می کند ، جرقه را خنک کرده و در ضمن طول قوس را به حدی زیاد می کند که پیوستگی قوس از بین می رود و قوس می شکند و به این ترتیب پس از یک یا چند پریود ، به علت این که حامل های بارهای الکتریکی در مسیر قوس موجود نیستند جرقه خاموش شده مجدداً روشن نمی شود و برای همیشه خاموش می ماند . و جریان اتصال کوتاه قطع می گردد .
از برقگیرهای لوله ای بیشتر در شبکه های با ولتاژ استفاده می شود . این نوع برقگیرها قادر نیستند که به نحو مطلوب دامنه جریان هدایت شده را قبل از قطع محدود کنند . قابلیت قطع جریان هدایت کننده با فرکانس قدرت ، بستگی به ظرفیت اتصال کوتاه سیستم در نقطه خطا دارد . همچنین ولتاژ جرقه این نوع برقگیرها بالاتر از برقگیرها یا مقاومت غیر خطی است .

برقگیر سیلیکون کاربید :
 

تا چندی قبل روش متداول حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از برقگیرهای سیلیکون کاربید ( SiC ) بود . این برقیگر ها از ترکیب سری فواصل هوایی با مقاومت ساخته می شوند و برخلاف جرقه گیرها ، پس از عمل کردن آنها ، شبکه قدرت قابلیت بازگشت به حالت اولیه را خواهد داشت . زیرا مقاومت مذکور جریان تخلیه را کاهش داده و به لحاظ هم فاز بودن تقریبی جریان و ولتاژ پس از به صفر رسیدن شکل موج ولتاژ نامی سیستم ، جریان مجدداً برقرار نمی شود .
مقاومت های این نوع از برقگیرها از نوع غیر خطی هستند زیرا از یک طرف باید آن قدر کوچک شوند که توسط فواصل هوایی قابل قطع باشند و از طرف دیگر در ولتاژ های ضربه ای به صورتی باشند که در اثر تخلیه جریانهای ضربه ای زیاد ، افت ولتاژ دو سر آنها ( ولتاژ پسماند ) از سطح حفاظتی تجهیزات کمتر شود . معمولاً این مقاومت ها از نیمه هادی سیلیکون کاربید ( SiC ) ساخته می شوند که دارای خاصیت مذکور می باشند .
برقگیر سیلیکون کاربید شامل یک مقاومت سیلیکون کاربید با مشخصه غیر خطی V – I به صورت سری با یک فاصله هوایی می باشد . وقتی اضافه ولتاژ از حد ولتاژ جرقه بیشتر شود ، با ایجاد جرقه در دو 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 گردد.
برقگیرهای SiC به هیچ عنوان نباید تحت اضافه ولتاژهای با فرکانس قدرت ( شبکه ) عمل کنند . زیرا باعث ایجاد اتصال کوتاه به زمین و عبور انرژی زیاد از خود شده و از بین می روند . برقیگر های SiC سطح اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه و کلید زنی را به حد مشخصی کاهش می دهند که این حد بستگی به ولتاژ نامی برقگیر دارد .
اضافه ولتاژ کلید زنی با انرژی بالا که جریان تخلیه زیادی را برای مدت طولانی عمل می کند ، ممکن است باعث سوختن الکترودهای برقگیر شود و لذا این مسئله باعث محدودیت در کاربرد این نوع برقیگر ها و هم چنین باعث می شود که سطح استقامت عایقی ، بالاتر برای تجهیزات انتخاب شود . در چنین حالاتی باید برقگیرهایی با ولتاژ نامی بالاتر انتخاب شوند تا در اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی عمل نکنند .
در برقگیرهای SiC نوع جدید ، برای کاهش تلفات ( افزایش طول عمر و قدرت تحمل انرژی ) برقگیر و برای خاموش کردن جرقه در فاصله هوایی پس از حذف موج و در نتیجه قطع جریان ، از روشهای مغناطیسی استفاده می شود .
برقیگر SiC با خاموش کن مغناطیسی 3 برابر بیشتر از نوع معمولی آنها قابل تحمل انرژی را دارا می باشد ، زیرا تلفات جریان متعاقب موج به حداقل مقدار خود می رسد. این نوع برقگیرها در شبکه های با ولتاژ بالا کاربرد دارند .

برقگیرهای نوع اکسید فلزی ( MOV ) :
 

نوع جدید برقگیرها دارای بلوک هایی با مقاومت الکتریکی غیر خطی و از جنس اکسید فلزات می باشند . این بلوک ها به MOV مشهور می باشند . از آنجا که 95 % از مواد تشکیل دهنده بلوک های MOV را اکسید روی ( ZnO ) تشکیل می دهد ، به آنها برقگیرهای ZnO نیز گفته می شود .
اجزای تشکیل دهنده ZnO شامل اکسید روی و مقادیر کمی از اکسید دیگر فلزات از قبیل بیسموت ، کبالت ، آنتیموان ، اکسید منگنز می باشد . 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 سرامیک در می آیند این دیسک ها به صورت سری در محفظه استوانه ای شکل گرفته و برقگیر ZnO را تشکیل می دهند .
بلوک ZnO دارای یک مشخصه ولتاژ – جریان کاملاً غیر خطی می باشد و دارای قابلیت بالا برای جذب انرژی موج هستند . دنباله جریان در این نوع برقگیرها وجود ندارد یعنی جریان با کاهش اضافه ولتاژ ضربه ای کاهش می یابد و با ولتاژ متناوب ( ولتاژ نامی سیستم ) ادامه پیدا نمی کند. از این رو برقگیرها در عمل کمتر از برقگیرهای با فاصله هوایی گرم می شوند و تکرار عملکرد آنها کمتر مشکل ایجاد می نماید .
از دیگر مزایای این نوع برقگیر ها ، سرعت عملکرد در پیشانی موج است . به این معنی تاخیری که در برقگیرهای با فاصله هوایی وجود دارد ، در این نوع برقگیرها خیلی کمتر است .
با توجه به عدم وجود فاصله هوایی ، امکان موازی کردن برقگیر ZnO وجود دارد به این ترتیب می توان تحمل برقگیر در مقابل جریانها زیاد را افزایش داد . با مقایسه ولتاژ – جریان بلوک های SiC و ZnO مشخص می شود که تحت ولتاژ نامی شبکه، جریان عبوری از بلوک ZnO کمتر از یک میلی آمپر است . در حالی که این مقدار برای بلوک های SiC به مراتب بیشتر است. برقگیرهای ZnO میتوانند اضافه ولتاژهای با فرکانس قدرت را برای مدت مشخص تحمل کنند و با در نظر گرفتن این ویژگی حتی در سیستم های زمین نشده ( که هنگام اتصال کوتاه یک فاز به زمین ، ولتاژ فازهای دیگر می تواند تا برابر افزایش یاید ) می توان سطح عایقی کمتری را برای این نوع برقگیر ها انتخاب کرد.
یکی از مشکلات برقگیرهای ZnO ، جریان نشتی در فرکانس قدرت می باشد . این جریان در حد میلی آمپر است ولی ممکن است با تکرار عملکرد برقگیر ، لایه های عایق بین دانه های اکسید روی سوخته شود و باعث افزایش جریان نشتی گردد.
مسأله دیگر ، تغییر مقاومت بر اثر درجه حرارت است . این تغییر در جریانهای کم، بیشتر محسوس است ولی به هر حال با کاهش مقاومت تحت ولتاژ نامی شبکه بر اثر درجه حرارت ، احتمال گرم شدن و کاهش مقاومت و افزایش درجه حرارت وجود دارد .
با وجود این مشکلات ، اما به خاطر مزایای زیاد برقگیرهای ZnO نسبت به دیگر برقگیرها ، استفاده از این برقگیرها متداول شده است و به تدریج جایگزین برقگیرهای دیگر می گردد . بعضی از مزایای برقگیرهای ZnO عبارتند از :
کارآیی بهتر نسبت به سایر برقگیرها ( بهتر از سایر برقگیرها ، اضافه ولتاژها را کنترل می کند ) .
پراکندگی کم ولتاژ پسماند و همچنین دارای ولتاژ پسماند خیلی کم .
دارای تاخیر زمانی خیلی کم .
برگشت طبیعی به وضعیت اولیه یا مدار باز .
دارای مشخصه ولت – جریان خطی تر از برقگیر SiC .
دارای سطح حفاظتی خیلی خوب .
دارای جریانهای نشتی پائین در شرایط کار نامی سیستم ( حداقل تلف توان در شرایط کار عادی ) .
از مهمترین عیب های برقگیرهای ZnO ، قیمت زیاد آنها نسبت به دیگر برقگیرهاست و دیگر این که برقگیرهای ZnO در سیستم های دارای نوسانات ولتاژ قابل ملاحظه ، بیشتر از برقگیرهای SiC در معرض خطر و آسیب دیدگی قرار می گیرند .

برقگیر قوس طولانی ( LFA ) :
 

نصب برقگیر خط بین فاز – دکل به صورت موازی با زنجیره مقره یا به جای مقره نیاز به هزینه سنگینی دارد. لذا باید به دنبال راهی بود تا بتوان هزینه نصب برقگیرها را کاهش داد و جلوی خروج 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 می باشد.
برقگیرهای قوس طولانی می توانند بین هادی و زمین و یا به صورت سری با مقره قرار بگیرند . ساختار این برقگیرها خیلی ساده بوده و در نتیجه نسبت به سایر برقگیرها خیلی ارزانتر می باشند . به طوری که قیمت آن در حدود یک دهم قیمت برقگیرهای ZnO است . یکی دیگر از مزایای عمده این برقگیرها عدم جاری شدن جریان با فرکانس شبکه ( PAF ) پس از اتمام تخلیه جریان موج گذرا و بروز قوس بر روی مقره می باشد .
پارامترهای مهم برای انتخاب برقگیر مناسب جهت حفاظت عایقی :
انتخاب برقگیرها با توجه به نوع سیستم ، اهمیت و ملاحظات اقتصادی آن صورت می گیرد که باید درباره انتخاب یک نوع آن تصمیم گرفت ، این تصمیم گیری باید به گونه ای باشد که احتمال آسیب رساندن به دستگاه مورد حفاظت را به حداقل برساند . و ضمن اینکه برقگیر باید به طور کامل از عهده حفاظت سیستم و تجهیز برآید ، خود نیز محفوظ بماند .
پارامترهای مهم در انتخاب برقگیر مناسب عبارتند از :
ماکزیمم ولتاژ کار دائم ( MCOV )
ولتاژ نامی ( Ur )
جریان تخلیه نامی
ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل
قابلیت تحمل جذب انرژی W

ماکزیمم ولتاژ کار دائم ( MCOV ) :
 

از آنجا که برقگیر بین فاز و زمین قرار می گیرد ولتاژ کار دائم روی برقگیر به میزان برابر ولتاژ خط می باشد . معمولاً برای این مقدار ضریب اطمینانی در نظر گرفته می شود .
حداقل ضریب اطمینان 05/1 می باشد .
بنابراین در شبکه 20 کیلوولت ( ماکزیمم ولتاژ شبکه 24 کیلوولت ) حداقل MCOV برابر 55/14 کیلوولت است . مقدار MCOV بر حسب " کیلوولت مؤثر " داده می شود .
سازندگان برقگیر تولیدات خود را به مدت 1000 ساعت تحت ولتاژ MCOV 05/1 قرار می دهند و تلفات برقیگر را در ابتدا و انتهای این مدت آزمایش ، اندازه گیری می کنند درصورتی که تلفات تغییر نکرده باشد صحت عملکرد برقگیر تایید می شود .

ولتاژ نامی ( Ur ) :
 

مقدار ولتاژ نامی به چند عامل بستگی دارد از جمله :
اضافه ولتاژ موقتی ( TOV ) ناشی از اتصال کوتاه تک فاز به زمین یا قطع بار و در نتیجه افزایش ولتاژ شبکه .
ضریب اتصال زمین ( Ce ) .
زمان قطع شدن خطاهای اضافه ولتاژ .
با توجه به عوامل مذکور ولتاژ نامی از رابطه تقریبی زیر محاسبه می شود :
Ur = 1.25 MCOV

جریان تخلیه نامی :
 

جریان تخلیه نامی ، جریان ضربه با زمین پیشانی و زمان پشت است و برقگیر باید به دفعات قادر به تحمل آن باشد .
طبق استاندارد برقگیر بایستی 20 موج ضربه در 6 گروه سه پالسه و هر پالس به فاصله زمانی 1 دقیقه را تحمل کرده و آسیبی نبیند . برقگیرهای خطوط توزیع و انتقال با 4 محدوده جریان نامی 5 ، 10 ، 15 ، 20 کیلو آمپر ساخته می شوند . در سیستم توزیع عموماً برقگیر 5 کیلوآمپر استفاده می شود . اما در مناطقی که تعداد روزهای رعد و برقی یا تعداد صاعقه در سال زیاد باشد برقگیرهای 10 کیلوآمپر نیز به کار می برند .
عدد نشان دهنده تعداد صاعقه یا عدد ایزوکرونیک ، NK می باشد . نقشه های ایزوکرونیک برای ایران وجود دارد و می توان مناطق پر صاعقه را جستجو نمود . مناطقی که داشته باشند ، پر صاعقه محسوب شده و بهتر است در خطوط توزیع هوایی آن مناطق برقگیرهای 10 کیلوآمپر نصب گردد . برقگیرهای 10 کیلوآمپر بالاتر از کلاس 1 و همچنین برقگیرهای 15 و 20 کیلوآمپر در خطوط انتقال به کار می روند .
ماکزیمم جریانهای ضربه قابل تحمل :
ماکزییم جریان ضربه با زمان پیشانی 4 میکروثانیه و زمان پشت موج 10 میکروثانیه است که برقگیر بایستی در حالی که قرص های داخل آن تا 60 گرم شده اند یک بار قادر به تحمل آن باشد و سپس به مدت 10 ثانیه ولتاژ نامی و بعد از آن به مدت نیم ساعت ولتاژ MCOV را نیز باید بتواند تحمل نماید . و در اثر حرارات تخریب نشود و پایداری حرارتی تضمین گردد .
این جریان طبق استاندارد IEC برای برقگیرهای 5 کیلوآمپر به میزان 65 کیلوآمپر و برای برقگیرهای 10 کیلوآمپر به میزان 100 کیلو آمپر تعیین شده است .

انتخاب کلاس برقگیر :
 

با داشتن قابلیت جذب انرژی بر حسب KJ/Kv نامی و همچنین نسبت Ur Ures / میتوان تشخیص داد که چه کلاس تخلیه ای لازم است و سپس اولین کلاس تخلیه بالاتر را انتخاب نمود . برای برقگیرهای 5 کیلوآمپر و پائین تر کلاس معین نمی شود ولی برقگیرهای 10 ، 15 و 20 کیلوآمپری را بر حسب قابلیت تحمل انرژی دسته بندی می نمایند . برقگیرهای سیستم توزیع حداکثر کلاس 1 می باشد و کلاس بالاتر از 2 مخصوص برقگیرهای نوع پست و خطوط انتقال است .
استاندارد IEC جریان تخلیه کلید زنی را برای برقگیر 5 کیلوآمپر حداقل 75 آمپر و زمان آن را 1 میکروثانیه و همچنین برای برقگیرهای 10 کیلوآمپر کلاس 1 به میزان 125 آمپر و زمان آن را 2 میکروثانیه پیشنهاد نموده است .
برقگیرها بر اساس جریان نامی شان طبقه بندی می شوند ، جریان های تخلیه نامی برقگیرهای معمولی طبق استاندارد 1 – 99 IEC عبارتند از 5/1 ، 5/2 ، 5 ، 10 کیلوآمپر .
برقگیرهای با جریان نامی 10 کیلوآمپر برای پست به کار می روند و ولتاژ نامی این برقگیرها از 3 کیلوآمپر به بالاست .
برقگیرهای با جریان تخلیه نامی 5 کیلوآمپر هم برای پست های فوق توزیع و هم برای شبکه توزیع به کار می رود. ولتاژ نامی این برقگیرها بین 38 – 3 کیلوولت است و مشخصه عملکرد آنها برای تمامی کشورها مناسب می باشد . سطح حفاظتی این برقگیرها 10کیلوآمپر است .
برقگیرهای 5/2 کیلوآمپر نیز برای شبکه توزیع به کار می رود و ولتاژ نامی آنها از 175 ولت تا 39 کیلوولت است . سطح حفاظتی این برقگیرها 10 و 5 کیلوآمپر است. برقگیرهای 5/1 کیلوآمپر فقط برای ولتاژهای پائین تا حدود 660 ولت به کار می رود . تجربه نشان داده است که برای ایجاد یک سطح حفاظتی متوسط یا پائین ، برقگیرهای با مقاومت غیرخطی و با جریان تخلیه 10 کیلوآمپر بهترین سطح حفاظتی را تأمین می کنند .
به عنوان یک قانون کلی بهترین حفاظت با برقگیرهای 10 کیلوولت بدست می آید که برای ولتاژهای بالای 100 کیلوولت و یا پست های با ولتاژ پائین تر که دارای اهمیت و حساسیت زیادی هستند مناسب است .
عواملی که انتخاب برقگیر با کلاس بالاتر را توجیه می کنند :
شدت امواج صاعقه به طور غیر معمولی بالا باشد .
وجود امواج ناشی از کلید زنی استفاده از برقگیری با جریان تخلیه بالاتر را اجتناب ناپذیر می کند .
تاسیساتی با یک خط هوایی ورودی که دارای اهمیت زیادی بوده اند ایجاد بهترین حفاظت را توجیه می کنند خصوصاً در مواردی که حفاظت سیم محافظ غیر مؤثر باشد .

انتخاب ولتاژ نامی برقگیر :
 

ولتاژ نامی برقگیر بر اساس حداکثر ولتاژ فاز به زمین با فرکانس قدرت انتخاب می شود. ولتاژ نامی برقگیر باید حداقل برابر با حداکثر ولتاژ فاز به زمین انتخاب شود تا مطمئن باشیم که جریان با فرکانس قدرت در برقگیر جاری نمی شود . از آنجا که حداکثر ولتاژ فاز به زمین سیستم اغلب به صورت تقریبی معلوم است لذا توصیه می شود که ولتاژ نامی برقگیر معادل و یا به مقدار کمی بالاتر از حداکثر ولتاژ فاز زمین انتخاب شود. استفاده از برقگیرهای با ولتاژهای نامی خیلی پائین ممکن است باعث افزایش احتمال بروز اتصالی شود .

عوامل مهم در آسیب دیدگی برقگیرها :
 

عملاً عوامل زیادی در آسیب دیدگی برقگیرها نقش داشته و می توانند بر کارائی آنها تاثیر گذاشته و حتی منجر به ترکیدن برقگیرها شوند . مهمترین عوامل آسیب دیدگی برقگیرها عبارتند از :
نفوذ رطوبت و آلودگی .
اضافه ولتاژهای گذرا و موقتی .
استفاده نا مناسب از برقگیر .
عدم انطباق شرایط بهره برداری با مشخصه برقگیر (طراحی غلط) .
عوامل ناشناخته .

تعمیر و نگهداری برقگیرها :
 

برقگیرها همانند سایر تجهیزات سیستم نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. و در صورت آسیب دیدن باید تعمیر و یا حتی تعویض شوند تا از حفاظت سیستم بوسیله برقگیرها اطمینان حاصل شوند .
هر چند برقگیرهای جدید ( ZnO ) به نگهداری کمتری نیاز دارند ولی مراقبت های زیر باید صورت بگیرد :
معاینات ظاهری
تست های الکتریکی

جمع بندی و نتیجه گیری :
 

اضافه ولتاژهای ناخواسته مهمترین عامل تهدید کننده ایزولاسیون تجهیزات شبکه های قدرت می باشند. در طراحی یک سیستم قدرت ، دستیابی به شبکه ای با قابلیت اطمینان بالا و پایدار در برابر اضافه ولتاژهای اعمالی از جمله صاعقه و سوئیچینگ ، حائز اهمیت بوده و رسیدن به این هدف به دو روش امکان پذیر است : یکی ، افزایش استقامت الکتریکی تجهیزات ، به گونه ای که اضافه ولتاژهای تحمیلی هیچ گونه اختلالی در کار سیستم ایجاد نکنند . دیگری ، کاهش و کنترل دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده در سیستم ، بوسیله تجهیزات محدود کننده و حفاظتی مثل برقگیرها می باشد .
افزایش استقامت عایقی تجهیزات شبکه ، اگر چه قابلیت اطمینان و پایداری شبکه را افزایش می دهد ، اما باعث بزرگ شدن طرح و افزایش هزینه اقتصادی نیز می گردد . لذا مسئله کاهش اضافه ولتاژها و روشهای آن مطرح می شود . برای حفاظت تجهیزات فشار قوی در برابر اضافه ولتاژهای سیستم اغلب از برقگیرها استفاده می شود . در حال حاضر ، برقگیرهای ZnO بهترین کارائی برای حفاظت تجهیزات قدرت در برابر اضافه ولتاژها را دارا می باشند .
هدف اصلی این تحقیق بررسی برقگیرها و انواع آن در خطوط انتقال و پست های فشار قوی به منظور محدود کردن اضافه ولتاژهای سیستم و حفاظت تجهیزات شبکه بوده است که ما به طور خلاصه به آن پرداختیم .
ارسال توسط کاربر محترم سایت : mashhadizadeh

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :