هر چند میزان ظرفیت
انرژی عبوری از برقگیر در حین عملکرد محاسبه میشود اما برخورد مستقیم صاعقه
میتواند به فروپاشی برقگیر منجر شود هر چند که احتمال وقوع این حالت بسیار کم است.
برقگیر
تنها در برابر اضافه ولتاژهای با انرژی بالا عمل خواهد نمود و هرگز در برابر
نوسانات ولتاژ حول نقطه کار عملکرد نخواهد داشت.
جریان تخلیه برقگیر
که برحسب KA بیان میشود یکی از
مشخصه های برقگیر بوده و هیچ ارتباطی به سطح اتصال کوتاه در محل نصب برقگیر ندارد
اما در مواردی که درمحل نصب برقگیر ،سطح اتصال کوتاه بسیار بالاست میبایست قبل از
برقگیر از فیوز (یا وسیله حفاظتی مناسب) جهت محافظت از برقگیر قرار داده شود.
در
مقایسه برقگیرهای مختلف علاوه بر دامنه جریان تخلیه برقگیر بر حسب KA میبایست به زمانهای پیشانی و پشت موج قابل تحمل برقگیر هم توجه نمود.
در برخی
موارد ممکن است جهت حفاظت کامل از چند برقگیر با کلاسهای مختلف بر حسب فاصله از
مصرف کننده استفاده شود.
در
اینگونه موارد رعایت هماهنگی بین برقگیرها بسیار مهم است. مشخصات برقگیر سیمی بلند
و نوک تیز است که در بالاترین نقطه ساختمان مورد حفاظت نصب میشود ته سیم کاملاً
به زمین متصل میشود. برای این منظور معمولا سیم به یک صفحه فلزی لحیم شده و درون
زمین تا سطح آب زیر زمینی فرو برده میشود.
در عین
طوفان تندری بارهای زیادی در سطح زمین القا می‌شوند و میدان الکتریکی شدیدی در سطح
زمین بوجود می‌آید. شدت میدان بخصوص در نزدیک اجسام نوک تیز زیاد است و به این
دلیل در نزدیکی نوک برقگیر تخلیه خرمنی ظاهر میشود. در نتیجه بارهای القا شده نمی‌توانند
روی ساختمان جمع شوند و آذرخشی ایجاد نمی‌شود. با وجود این اگر آذرخشی بوجود آید
که چنین مواردی کاملا نادر است، به برقگیر می‌خورد و بارها بدون خسارت به زمین می‌روند.
انواع برقـگیـر
1(برقگیر میـلهای
2(برقگیر بـا
فاصله هوایی
۳)
برقگیر
بـا مقاومت غیر خطی
۴)
برقگیر
بدون فاصله هوایی
۵)
برقگیر
خـازنـی
۶)
برقگیر فیوزی
برقگیـر میـله ای یکی از سادهترین و ارزانترین برقگیرها که از اولین برقگیرها
میباشند برقگیر میلهای هستند که با وجود قدیمی بودن امروزه نیز کاربردهای زیادی
دارد . این برقگیر عبارت است از دو میله نوکتیز که یکی در قسمت برقدار نصب شده و
دیگری در زیر ایزولاتور و یا بدنه نصب و به زمین اتصال مییابد فاصله دو نوک
متناسب با ولتاژ و شرایط و زمان اعمال ولتاژ روی سیستم قابل تنظیم است . تنظیم این
فاصله طوری که در مقابل ولتاژ حداکثر سیستم پایدار بوده و فقط در برابر ولتاژهای
زیاد تخلیه الکتریکی صورت میگیرد . البته تنظیم برقگیر از حالت ایدهآل دور بوده
و میتوان گفت در یک باند ولتاژ عمل میکند و مشخصه عملکرد دقیقی را برای آن
نمیتوان تصور کرد. برقگیـر با فاصله هوایی نوع دیگری از برقگیرها که کاربرد
بسیاری در پستهای فشار قوی دارد ؛ برقگیر از نوع شاخکی می باشد . این نوع برقگیرها ساده ترین نوع برقگیر می باشند که به جرقه گیر
(برقگیر با فاصله هوایی ) معروف هستند به مراتب از آنها در محلهای اتصال مقره به
هادی یا اطراف بوشینگهای ترانسهای توزیع دیده می شود.
همانطوریکه
که می دانیم برقگیرها باید در برابر ولتاژ نامی شبکه مانند یک کلید باز رفتار کنند
و در برابر ولتاژهای بیشتر از ولتاژ نامی شبکه مانند یک کلید بسته رفتار کنند. در
این نوع برقگیرها (برقگیر با فاصله هوایی) اگر ولتاژ بالا رود؛ بین شاخکها قوس
برقرار شده و انرژی صائقه را به زمین منتقل شده و این امر باعث می شود که تجهیز از
بین نرود. موارد استفاده برقگیـر با فاصله هوایی امروزه از این نوع برقگیرها فقط
در موارد خاصی استفاده می شود که عبارتنداز:
۱)
برسر
بوشینگهای ترانسها (جهت حفاظت سیم پیچهای ترانس)
۲)
در خطوط
انتقال فشار قوی که به شکل حلقه ای هستند که هم نقش برقگیر را بازی می کنند و هم
نقش حلقه کرونا را بازی می کنند. برقگیـر با مقاومت غیر خطی این نوع برقگیر از یک
یا چند خازن سری همراه با یک یا چند مقاومت غیر خطی تشکیل شده است، این خازنها که
اصولا ً بصورت فواصل هوایی میباشد در حالت کار عادی سیستم از عبور جریان الکتریکی
به داخل برقگیر جلوگیری میکنند. چنانچه ولتاژ سیستم به عللی بالا رود، فواصل
هوایی بین خازنها هادی شده و جریان الکتریکی عبور میکند عبور جریان از مقاومت غیر
خطی میزان افت و ولتاژ دو سر برقگیر را مشخص میکند
.
فواصل
هوایی موجود در برقگیر باید طوری باشد که در مقابل حداکثر ولتاژ کار سیستم مقاوم
بوده ولی اگر به عللی اضافه ولتاژ اعمال شده اتصال کوتاه شود پس از برقراری شرایط
عادی بتواند جریان را قطع کند که این کار توسط مقاومت های غیر خطی انجام میگیرد .
مجموعه قسمت خازنها و مقاومت غیر خطی در داخل یک ایزولاتور ساخته شده از مواد
عایقی قرار میگیرند . انتخاب چند خازن در برقگیر بجای یک خازن به این دلیل صورت
میگیرد که استقامت برقگیر در مقابل ولتاژهای برگشتی زیاد گردد برای اینکه تقسیم
ولتاژهای روی خازنها بطور مساوی انجام گیرد. یک سری خازن و مقاومت موازی در دو سر
فاصلههای هوایی قرار میدهند و این کار را درجهبندی ولتاژ میگوئیم، یعنی
یکنواخت نمودن توزیع ولتاژ در روی خازنهای متوالی حلقه کرونا یا کروناگیر همانطور
که در شکل دیده می شود برقگیرها در قسمت فوقانی خود مجهز به یک وسیله حلقه ای شکل
هستند که این وسیله به حلقه کرونا یا کروناگیر معروف می باشد
.
همانطور
که می دانیم پدیده کرونا تخلیه الکتریکی ناقص در یک میدان غیر یکنواخت می باشد .
در پستهای فشار قوی این پدیده بالاخص در محل های اتصال هادیها به تجهیزات دیده می
شود. لذا برای برطرف کردن این عیب باید میدان را در این نواحی یکنواخت کنند تا
اثرات مخرب کرونا کمتر گردد . برقگیرهایی که امروز در پستها بکار می روند از نوع ZNO می باشند که در داخل آنها قرص هایی از جنس اکسید رویZNO می باشد که بسته به
سطح ولتاژ شبکه تعداد آنها متغیر است . برقگیـر با مقاومت غیر خطی همانطور که می
دانیم این برقگیرها باید همانند یک مقاومت غیر خطی عمل کنند یعنی در برابر ولتاژ
نامی شبکه امپدانس بالایی را از خود نشان دهند و در برابر ولتاژهای بالاتر از
ولتاژ نامی شبکه امپدانس کمی را از خود نشان دهند تا تخلیه صورت گیرد . لذا قرص
های اکسید روی بکار رفته در برقگیرهای امروزی در واقع نقش مقاومت غیر خطی را بازی
می کنند که دارای جریان نشتی بسیار کمی می باشند (در حالتNormal شبکه) لذا به روی این
قرص ها ولتاژ تقسیم می گردد. حال اگر میدان غیر یکنواخت باشد قاعدتاً تقسیم ولتاژ
بر روی قرص ها یکسان نخواهد بود؛ در این صورت یک قرص و به خصوص قرص های بالایی
ولتاژ بالاتری را از سایر قرص ها متحمل می شوند و زودتر آسیب می بینند و این امر
سبب عملکرد نادرست برقگیر می شود لذا اگر بتوانند به طریقی میدان را یکنواخت کنند
( به حالت یکنواخت نزدیک کنند ) تقسیم ولتاژ بین قرصها شکل متعادل تری را به خود می
گیرد و قاعدتاً عمر قرصها افزایش می یابد و عملکرد برقگیرها بهتر میگردد. برای این
کار از وسیله ای به نام کروناگیر یا حلقه کرونا استفاده می کنند؛ که در حقیقت هم
میدان را به سمت یکنواختی سوق می دهد و هم تقسیم ولتاژ را به روی قرص ها به حالت
متعادلی نزدیک می نماید. برقگیـر بدون فاصله هوایی یک نوع برقگیر بدون فاصله هوایی
امروزه بکار میرود که خازنهای سری آن از قطعات اکسید روی میباشد که این قطعات
بصورت قرصهایی با اندازههای مختلف ساخته شده و روی هم قرار میگیرند. این
برقگیرها از نظر ساخت سادهتر بوده و دارای حجم کمتری نیز میباشد. این برقگیرها
میتوانند در ولتاژهای پائینتر عمل کنند بنابراین سطح ولتاژ حفاظت تجهیزات را نیز
میتوان پائینتر آورد و در نتیجه در هزینهها صرفهجویی نمود و جریان نشتی در این
نوع برقگیرها کمتر است یا تقریباً صفر است. برقگیـر خـازنی این نوع برقگیر برای
ولتاژهای فشار ضعیف استفاده میشود که انرژی اعمال شده حاصل از موج ولتاژ در خازن
ذخیره میشود. برقگیـر فیـوزی این نوع برقگیر نیز طوری ساخته میشود که در مقابل
اضافه ولتاژ که سبب عبور جریان زیادی از برقگیر بشود میسوزد و جرقه داخل آن توسط
گاز یا مواد نسوز درون آن خاموش میشود و اکثراً بعنوان حفاظت ثانویه بکار میرود.
محل نصب برقگیـر برقگیر باید در ورودی پستهای ترانس قبل از کلیه تجهیزات و تا حد
ممکن نزدیک به آنها نصب گردد. علاوه بر برقگیری که در ورودی پستهای ترانس نصب
میشود قبل از تجهیزات مهم مانند ترانسفورماتورهای قدرت نیز جداگانه برقگیر نصب
میشود. معمولاً در مسیر برقگیر به زمین یک شماره انداز قرار میدهند که میتواند
تعداد دفعات تخلیه موجهای ولتاژ ضربهای بر روی برقگیر را ثبت نماید. تجهیزات و
متعلقات برقگیر : شمارنده موج ضربه : شمارنده در واقع وسیله ای است که جهت نمایش
عمل کردن برق گیر در مقابل ضربه های موج کلید زنی با صاعقه بکار برده می رود .
شمارنده توسط کابل یا شیشه مسی به برقگیر وصل شده و جریان تخلیه از طریق این
دستگاه به زمین جریان می یابد و هر بار عبور جریان تخلیه ، شمارنده عمل می نماید .
پایه ها یا مقره های عایق کننده : در برقگیری که می بایست مجهز به شمارنده باشند
بایستی تمام جریان تخلیه از شمارنده عبور نماید و مسیر دیگری جهت تخلیه جریان ضربه
وجود نداشته باشد تا از عملکرد حتمی شمارنده به ازاء هر بار تخلیه جریان موج
اطمینان حاصل شود . لذا لازم است که برق گیر از استراکچی ایزوله باشد این عمل توسط
مقره های کوچکی که زیر پایه های برقگیر نصب می شوند انجام می گیرد . سوپاپ اطمینان
برقگیر : یک برقگیر ممکن است
در مواردی اضافه بار پیدا کند و معیوب شود . با معیوب شدن برقگیر ، شبکه با یک
اتصال کوتاه در محل نصب برقگیر روبرو خواهد شد
. اتصال
کوتاه در برقگیر باعث تولید گازهای داغ یونیزه با فشار بالا شده و نهایتاً به
انفجار برقگیر می انجامد . هدف از تعبیه مکانیزم سوپاپ اطمینان جلوگیری از انفجار
ناگهانی و شدید برقگیر است . این انفجار ممکن است باعث آسیب دیدن تجهیزات مجاور و
خسارت جانی گردد . درذیل برقگیرهای اکسید فلزی به استحضار میرسد: – برقگیر اکسید فلزی بدون فاصله هوایی : به
برقگیرهایی گفته می شود که شامل مقاومت های غیرخطی اکسید فلزی هستند، نحوه اتصال
این مقاومت ها سری یا موازی بدون هیچگونه فاصله هوایی می باشد. برقگیرهای توزیع با
کلاسHeavyDuty
:برقگیری
می باشد که معمولاً برای حفاظت خطوط توزیع که در معرض شرایط صاعقه و رعد و برق با
سطوح بالا قرار دارند مورد استفاده قرارمی گیرند. – ولتاژ نامی یک برقگیر : بیشترین مقدار موثر مجاز ولتاژ
فرکانس قدرت است که میان پایانه های برقگیر اعمال می شود و برقگیر برای آن طراحی
شده است. – جریان تخلیه نامی یک
برقگیر : بیشترین مقدار جریان ضربه صاعقه ای است که برقگیر براساس آن طبقه بندی می
شود. – بیشترین ولتاژ کاری پیوسته(MCOV) : بیشترین مقدار موثر ولتاژ فرکانس قدرت است که مطابق شرایط
استاندارد بر پایانه های برقگیر می تواند اعمال شود. ۱- شرایط محیطی
تاثیرگذار بر عملکرد برقگیرهای اکسید فلزی در ذیل آن دسته از پارامترهای محیطی که
می توانند به عملکرد برقگیرها تاثیر نامطلوب بگذارند ارائه گردیده است. -۱ درجه حرارت هوا -۲ ارتفاع از سطح دریا
-۳ دما
تحت تابش خورشید و اشعه ماوراء بنفش -۴ضخامت بار یخ و برف )پایداری
مکانیکی( -۵ نوسان دما (استقامت سازه ای-
تاثیرپذیری سیستم های آب بندی) -۶ پرندگان (برقگیرهای خط) -۷ خاک های خورنده
(تاثیر بر سیستم زمین) -۸ رطوبت نسبی محیط و شبنم -۹ نوع و سطح آلودگی -۱۰ شتاب زمین لرزه
(پایداری مکانیکی) -۱۱ حداکثر سرعت باد در شرایط عادی و در شرایط
یخبندان (پایداری مکانیکی) -۱۲ موجودات بیولوژیکی -۱۳ صاعقه و سطح
ایزوکرونیک(کلاس تخلیه) ولیکن آنچه که معمولاً در مشخصات فنی شرایط سرویس دهی
مطابق استاندارد ذکر می گردد تنها تعدادی از این شرایط را دربر می گیرد و سایر
شرایط جزو مشخصه های ذاتی برقگیر محسوب می گردندو یعنی ساختار برقگیر بایستی در
برابر این عوامل محیطی، مقاوم طراحی گردیده باشد. اما همانطور که می دانیم شرایط
محیطی پستهای محل نصب تجهیزات ممکن است متفاوت از شرایط استاندارد باشد لذا
استقامت عایقی خارجی این تجهیزات باید با توجه به شرایط محیطی محل نصب تعیین گردد
و نهایتاً کفایت استقامت عایقی در محل نصب با توجه به اضافه ولتاژهای محاسبه شده
بررسی شود. از لحاظ ارتفاع نیز به غیر از استانهای ساحلی جنوب و شمال کشور شامل
مازندران، گیلان، خوزستان،بوشهر و هرمزگان و بخشهایی از استان سیستان و بلوچستان،
ارتفاع از سطح دریا در سایر استانها درطیفی بالاتر از ۱۰۰۰ متر از سطح دریا
قرار می گیرند و حتی این مقدار در نقاطی همانند سمیرم به قرار IEC 2460 متر از سطح دریا نیز
می رسد که در چارچوب شرایط طراحی مطابق با استانداردنیستند. ۲-تاثیر آلودگی محیط بر
عملکرد برقگیرهای اکسید فلزی برقگیر به آلودگی محیط بسیار حساس می باشدتشکیل هر
گونه لایه سطحی از آلودگیها شرایط کار آن را با اخلال مواجه ساخته و ضمن تغییر
غیریکنواخت شدت میدان الکتریکی حائل میان دو سطح عایقی خارجی و ستون قرصهای برقگیر
داخلی، توزیع ولتاژ روی قرصهای اکسید روی را نیز تغییر می دهدو موجبات افزایش دمای
المانهای داخلی برقگیر را فراهم می آورد که این فرآیند در بخش های بعدی به تفصیل
توضیح داده شده است. -۱-۲مکانیزم اثر آلودگی بر روی رفتار حرارتی برقگیرهای
اکسید فلزی اثر آلودگی بر روی رفتار حرارتی برقگیرهای اکسید فلزی از دو منظر قابل
ارزیابی است: -۱ تزویج گالوانیکی این پدیده در برقگیرهایی که دارای چند
واحد ستونهای قرصهای برقگیر می باشند رخ می دهد که دراین حالت جریانهای نشتی از
طریق فلنج ها به داخل ستون قرصهای برقگیر جاری می گردد. -۲ تزویج خازنی در این
حالت که جنبه کلی دارد به علت وجود خاصیت خازنی میان لایه آلودگی و ستون یاستونهای
قرصهای برقگیر، جریان نشتی به درون ستونهای قرصهای برقگیر جاری می گردد. در
برقگیرهای دارای چندستون جداسازی و تفکیک دو مکانیزم گالو انیکی و خازنی بسیار
پیچیده است. تزویج گالوانیکی موجب گرم شدن یکنواخت قرصهای برقگیر می گرددبه
صورتیکه تزویج خازنی افزایش دمای غیرخطی را در طول ستون قرصهای برقگیر به همراه
دارد . که این امر لزوم توجه ویژه به این پدیده به خصوص در برقگیرهای تک ستونه را
نشان می دهد . نکته مهم دیگری که باید مدنظر قرارگیرد این است که با افزایش ولتاژ
مجاز یک برقگیر، اثر تزویج خازنی اهمیت بیشتر و بیشتری پیدا می کند. تدابیر ویژه در جهت کاهش اثرات آلودگی محیط بر عملکرد برقگیر الف-
افزایش طول خزش در عایق خارجی بدنه برقگیر ب- انتخاب ولتاژ نامی بالاتر ضمن حفظ
سطوح حفاظتی برقگیر ج- شستشوی دوره ای برقگیرها در مناطق آلوده د- بکارگیری پوشش
های ویژه ه- اتخاذ تدابیر ویژه در طراحی ساختار برقگیر و- انتخاب پروفایل مقره
مناسب بدنه برقگیر ز- انتخاب برقگیر با بدنه های پلیمری ضمناً علاوه بر توصیه های
بالا، تشریح شرایط کاری ناهنجار به سازندگان کمک خواهد کرد تا طرح مناسب را برای
کار در مناطق فوق الذکر پیشنهاد نمایند.