برقگیر چیست؟
برق گیر یا سرج ارستر یکی از بهترین و اساسی ترین تجهیزات حفاظتی ترانسفورماتور،جهت محافظت در برابر اضافه ولتاژ یا ولتاژهای ضربه ای ناشی از صاعقه،جرقه،ولتاژ گذرای سویچینگ یا کلیدزنی ناشی از قطع و وصل دژنگتورها،تخلیه اضافه ولتاژهای موجی در هادی‌های خطوط و پستهای فشار قوی و سایر خطاهای برقی مانند خطای زمین است.
برق گیر شامل تعدادی قرص از جنس اکسید فلزی در بدنه چینی یا پلیمری همانند سیلیکون است. که تعداد این قرص ها به مقدار ولتاژ سیستم بستگی دارد.
استفاده از برق گیر باعث افزایش توان انتقالی در خطوط دو مداره می گردد. چراکه در حالت عادی به طور معمول از نیمی از ظرفیت انتقال یک مدار استفاده می شود،تا هنگام بروز خطا در یک مدار، بتوان از مدار دیگر، توان خط قطع شده را منتقل نمود. بنابراین با نصب برق گیر درصد خطای خط پایین آمده و می توان توان انتقالی مدارها را بیشتر کرد.
نکاتی که بهتر است بدانید:
– برای حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اضافه جریان از رله اورکارنت یا اضافه جریان استفاده می‌گردد.
– یکی از اشتباهات رایج، نامیدن صاعقه گیر بجای برق گیر است در حالیکه این دو دستگاه کاملا از نظر کاربرد از یکدیگر متفاوتند.
– یک برق گیر در صورت نصب صحیح میتواند همانند صاعقه گیر از سازه محافظت نماید اما از صاعقه گیر نمیتوان انتظار داشت همانند برق گیر عمل کند. حفاظت کامل یک سازه در برابر صاعقه شامل حفاظت خارجی یا حفاظت اولیه Internal Protection (از طریق صاعقه گیر) و همچنین حفاظت داخلی یا حفاظت ثانویه External Protection (از طریق برق گیر) می باشد. بنابراین برق گیرها نه به شکل جایگزین، بلکه بعنوان مکمل صاعقه گیر ها عمل میکنند.
مقایسه کارکرد و تفاوت برقگیر با صاعقه گیر، محافظ نوسان و میله صاعقه گیر:
- برق گیر یا سرج ارستر (Surge Arrester) : وسیله ای جهت محافظت از تاسیسات الکتریکی و سیستم های برقی در مقابل اضافه ولتاژ گذرا ناشی از خطا های الکتریکی ، سوئیچینگ ، اتصال کوتاه ، جرقه ها و همچنین رعد و برق است. برق گیر در داخل تابلو برق نصب و تاسیسات برقی را از داخل محافظت می کند، اضافه ولتاژ گذرا را شناسایی و انرژی اضافه را به سیم ارت ارسال می نماید.
- صاعقه گیر (Lightning Arrester) : وسیله ای جهت محافظت از مدار الکتریکی ، سازه و دستگاه های متصل به آن از صاعقه های با ولتاژ بسیار بالا و هدایت اضافه ولتاژ به زمین است. صاعقه گیر ها در خارج از ساختمان و بالاترین ارتفاع سازه نصب می شوند تا انرژی ناشی از صاعقه را به صورت ایمن از طریق گیرنده به داخل زمین هدایت نماید.
- برق گیر های خانگی یا ولتاژ ضعیف معروف به محافظ نوسان برق (Surge Suppressor): به عنوان برق گیر های گذرا در تابلو برق خانه نصب می شود تا از تجهیزات الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا محافظت نماید.
- راد صاعقه گیر، میله صاعقه گیر یا نیزه (Lightning Rod) : میله ای فلزی رسانا است که در ساختمان و دکل های انتقال برق و پست های فشار قوی نصب می شود تا مسیری را برای ارت کردن رعد و برق یا صاعقه فراهم نماید.
ساختار داخلی برقگیر چگونه است؟
ساختمان سرج ارستر یا قسمتهای اساسی یک برقگیر خط شامل محفظه استوانه ای ، قسمت فعال شونده یا مقاومت غیرخطی شامل قرص های اکسید روی، فاصله هوایی سری جهت عبور جریان صاعقه (در برقگیرهای بدون فاصله هوایی وجود ندارد ) و فشار شکن است.
الف) محفظه برقگیر:
این محفظه از جنس پلیمر یا چینی دو لایه است. جنس لایه درونی محفظهFRP و لایه بیرونی از لاستیک اتیلن پروپیلن می باشد. پلیمرها به علت سبکی و بزرگ کردن فاصله خزشی تا 1.5 برابر، نسبت به پرسلین ارجح ترند. عمر این محفظه ها بین 20 تا 30 سال برآورد شده است.
ب) مقاومتهای غیرخطی:
قرصهای اکسید روی دارای بهترین مقاومت غیرخطی هستند که وظیفه جذب و انتقال انرژی گذرا به زمین را به عهده دارند. با در نظر گرفتن جریان نامی و جریان تخلیه و انرژی قابل تحمل قرص، قطر و ابعاد قرص تعیین می شود.
ج) فاصله هوایی سری:
این فاصله هوایی، به صورت سری با محفظه برقگیر قرار می گیرد و در شرایط بروز اضافه ولتاژ گذرا، دچار شکست الکتریکی شده و جریان صاعقه را عبور می دهد.
د) فشار شکن:
هر گونه صدمه به قرص های اکسید روی منجر به افزایش فشار درونی محفظه و انفجار آن خواهد شد. جهت پیش گیری از انفجار، در محفظه های پلیمری سوراخهایی تعبیه شده که با اتیلن پروپیلن پر شده اند. فشار شکن ها در صورت افزایش فشار درونی باز شده و قوس الکتریکی به بیرون از محفظه برقگیر منتقل می شود.
نحوه نصب برقگیر و تعیین بهترین محل نصب:
محل نصب برقگیر:
اولین عامل در تعیین محل قرار گیری برق گیر نزدیکی آن به تجهیزات مهم و گران قیمت نظیر ترانسفورماتور های قدرت است. برقگیر در ورودی پست های ترانس و فیدر خط قبل از کلیه تجهیزات و تا حد ممکن نزدیک به آنها و بصورت موازی با مدار مورد نظر نصب و از طرف دیگر داخل زمین فرو برده می شود. علاوه بر برقگیری که در ورودی پستهای ترانس نصب می شود قبل از تجهیزات مهم مانند ترانسفورماتورهای قدرت و در طرف فشار قوی ترانسفورماتور نیز جداگانه نصب می شود. همچنین نصب برق گیر روی فیدر خط جهت کاهش اضافه ولتاژ تجهیزات سر خط (قبل از کلید) در مواقعی که کلید خط در اثر خطا یا تعمیرات بهره برداری باز است نیز استفاده می گردد. طبق دستورالعملهای ثابت بهره برداری ابتدا لازم است خطوط و سپس ترانسفورماتور برق دار گردد.
نکاتی که بهتر است بدانید:
الف) استفاده از برقگیر به موازات زنجیر مقره مانع از ایجاد شکست الکتریکی در زنجیر مقره در اثر اضافه ولتاژ حاصل از صاعقه می شود.
ب) استفاده از برقگیر در مکانهایی از خط که مقاومت زمین در آنها بالاست و درصد خطاهای ناشی از اصابت صاعقه زیاد است باعث کاهش درصد خطا می گردد.
با توجه به اینکه عمر برقگیرها وابسته به تعداد دفعات عملکرد آنهاست ، معمولاً در مسیر برقگیر به زمین یک شمارنده قرار می دهند که تا تعداد دفعات عمل کرد برقگیر و تخلیه موج های ولتاژ ضربه ای را ثبت نماید. بنابراین با بررسی شمارنده برقگیر بصورت دوره ای می توان از عملکرد صحیح آن اطمینان نمود.
برقراری سیستم زمین در برقگیرها:
برقگیرها باید از کوتاه ترین و کم مقاومت ترین راه ممكن به سیستم ارت پست متصل گردند. جهت انتخاب سطح مقطع سیم اتصال زمین باید به جریانهای اتصال كوتاه ممكن نیز توجه داشت. جهت بروز هر گونه خطا باید مقاومت و پیوستگی سیستم زمین پست ارزیابی گردد و چنانچه از اندازه گیری مقاومت زمین پست حدود 30 سال گذشته باشد، در صورت لزوم بهتر است سیستم زمین تقویت گردد.
نحوه کارکرد برقگیر چگونه است؟
برقگیرها در شرایط عادی و در مقابل ولتاژهای معمولی یک مقاومت چند صد مگا اهمی در حد عایق الکتریکی و در مقابل ولتاژهای ضربه ای چند مگا اهمی صاعقه و سویچینگ مقاومت کمی حدودا نزدیک به صفر از خود نشان می‌دهد و انرژی موج اضافه ولتاژ را از طریق اتصال کوتاه به زمین تخلیه می‌کند. این موضوع باعث می شود که ولتاژهای ضربه ای به خود ترانسفورماتور صدمه ای وارد نسازد. بلافاصله پس از برقراری جریان موجی در حد چند میكروثانیه و كاهش دامنه ولتاژ تا یك مقدار مشخص ( بسته به سطح حفاظتی برقگیر )، مسیر جریان تخلیه در برقگیر قطع و از برقراری جریان و تبدیل آن به جریان اتصالی فركانس قدرت جلوگیری می‌شود.
نحوه دیگری از عملکرد سرج ارستر یا برقگیر ترانسفورماتور و خطوط انتقال و توزیع نیروی برق به این صورت است که در دو طرف مکان مورد نظر از چند سیم هوایی که به وسیله دکل هایی به هم متصل شده و از همان طریق به زمین وصل شده اند، استفاده گردد. به این سیستم ترمینال سیم هوایی می گویند و باید مهار کننده صاعقه را روی دکل قرار داد و از پند هادی میانی استفاده کرد که فاصله آن تا اجسام فلزی 2 متر باشد.
برخی از صاعقه گیر ها انرژی را توسط یک مکانیسم داخلی از اطراف دریافت می کنند که به آن ها خودکفا می گویند و انواع آن عبارت هستند از اتمی، بادی، برقی، خازنی و… اما به دلیل مشکلات مختلفی که در انواع خورشیدی، اتمی، بادی وجود دارد بیشتر از نوع خازنی آن استفاده می شود.
در نوع خازنی انرژی مورد نیاز به طور طبیعی از میدان الکتریکی اتمسفر دریافت می شود.
این صاعقه گیر به این علت که وابسته به شرایط جوی است بهترین کارایی را در مناطق صاعقه خیز دارد
دسته بندی انواع برقگیر
- برقگیر میله‌ای
- برقگیر بـا فاصله هوایی یا جرقه گیر یا شاخکی
- برقگیر بـا مقاومت غیر خطی
- برقگیر بدون فاصله هوایی
- برقگیر خـازنی
- برقگیر فیوزی
مهم ترین عوامل آسیب دیدگی برقگیر ها
عوامل زیادی موجب آسیب رسیدن به برقگیرها و حتی منجر به ترکیدن و انفجار آن ها می شود. از جمله این موارد می‌توان اشاره نمود به :
- نفوذ رطوبت و آلودگی سطح خارجی برقگیر
- اضافه ولتاژهای گذرا و موقتی و ذخیره شدن این ولتاژها در برقگیرها
- استفاده نادرست از برقگیر
- تخلیه جزئی داخل محفظه برقگیر
- طراحی غلط محفظه و تعداد قرص های سری-موازی جهت تحمل تنش های حرارتی
- کیفیت پایین مواد تشکیل دهنده ، درصد ترکیب، دانه بندی و ابعاد ذرات قرص های وریستور
- عدم رعایت شرایط نگهداری و بهره برداری طبق مشخصات برقگیر یا شرایط پیش بینی نشده
- عدم استفاده از کروناگیر یا حلقه کرونا
- عدم انتخاب مناسب نوع برقگیر با توجه به شرایط منطقه نظیر انتخاب ظرفیت پایین و اشتباه برقگیر بدون در نظر گرفتن اضافه ولتاژ منطقه
- پايين بودن ولتاژ آستانه برقگير انتخاب شده نسبت به سطح اضافه ولتاژهاي موقت
یک برقگیر خوب باید چه ویژگی های داشته باشد؟
- قبل از فعال شدن کلید های فشار قوی، جریان پیرو قطع شوند
- در شرایط عدم کارکرد صحیح برقگیر، مانع بازبست مدار نشوند
- در صورت عبور جریان بیش از مقدار نامی و پیش بینی شده ، منفجر نشوند
- از لحاظ فیزیکی کوچک و سبک باشند
- از لحاظ مکانیکی، شرایط مناسب را دارا باشند
- در صورت اختلال در عملکرد برقگیر، بهتر است از لحاظ الکتریکی رابطه ای بین خط و برج برقرار نگردد. به همین دلیل، باید تدبیری در این خصوص در برقگیر بدون فاصله هوایی اندیشیده شود.
بنظر شما استفاده از برقگیر به طور گسترده در خط انتقال و شبکه توزیع مقرون به صرفه است؟ آیا می توان فقط از برقگیر استفاده نمود و کلاً سیم محافظ را حذف کرد؟
نظر خودتان را در دیدگاه بیان کنید