برقگیر چیست؟ برای حفاظت از ساختمان های بلند از خطر برخورد آذرخش از وسیله ای به نام برقگیر استفاده می کنند. در این مطلب از کیان باتری درباره برق گیر و نقش آن در جلوگیری از آسیب به ساختمان، به طور مفصل توضیح داده شده است.
برقگیر چیست؟
برقگیر 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 الکتریکی از خود نشان می‌دهد و در مقابل ولتاژهای آنی مقاومت کمی از خود نشان می‌دهد و موج‌های الکتریکی را به زمین تخلیه 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 وسیلهٔ برقگیر به زمین منتقل می‌شود.
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؛ و باعث محافظت بیشتر می‌شود. از برق گیرها برای حفاظت از ساختمان‌های بلند از خطر برخورد اذرخش استفاده می‌شود.
نقش برقگیر در ساختمان چیست؟
برق گیر میله یا سیم‌های رسانایی هستند که در بالای ساختمان نصب می‌شوند. این دستگاه توانایی کنترل جریان الکتریکی عظیم وابسته به جریان رعد و برق را دارد. سیستم برقگیر، رسانای فوق العاده‌ای است و در نتیجه امکان عبور جریان برق را بدون ایجاد هرگونه خسارت ناشی از درجه حرارت بالا، به سوی زمین فراهم می‌کند.
برق گیر 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 برق گیر 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 برق گیر می‌خورد و بارها بدون خسارت به زمین می‌روند.
استفاده از برقگیر چه اهمیتی دارد ؟
تجهيزات الكتريكي متصل در سيستم برق در معرض فشارهاي زيادي است و يكي از مهمترين دغدغه ها محافظت از آنها در برابر ولتاژ گذرا می باشد. گذرهای بیش از ولتاژ در اثر تخلیه رعد و برق و عملیات تعویض ایجاد می شوند.
برقگیر وسیله ای محافظ است که از تجهیزات سیستم محافظت می کند. ولتاژ در تجهیزات حفاظت شده توسط گیرنده محدود می شود، در حقیقت این وسیله با انتقال این انرژی به زمین از تجهیزات محافظت می کند. در این حالت ولتاژ موجود در تجهیزات مورد نیاز برای محافظت تقریباً همان ولتاژ در سراسر گیرنده است.
عملکرد برقگیر تحت شرایط زیر متفاوت است:
- در شرایط عادی، برقگیر خارج از خط است، یعنی هیچ جریانی را به زمین منتقل نکرده و شکاف هادی نیست.
- به هنگام وجود ولتاژ اضافی، عایق هوایی در شکاف شکست کرده و یک آرک ایجاد می‌شود، و مسیر کم مقاومتی برای انتقال موج به زمین ایجاد می‌شود. به این صورت، بار اضافی روی خط به دلیل موج بالا بدون آسیب از برقگیر به زمین منتقل می‌شود و دوباره به خط ارسال نمی‌شود.
- باید همچنین به عملکرد مقاومت غیر خطی برقگیر نیز اشاره کرد. وقتی به دلیل ولتاژ اضافی در این شکاف جرقه ایجاد می‌شود، آرک یک اتصال کوتاه خواهد بود و ممکن است در برق گیر جریان توان بالایی ایجاد شود. چون مشخصه‌ی مقاومت این است که در ولتاژ (یا جریان بالا) مقاومت بالایی ایجاد کند، از اثر اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند. پس از اتمام موج، مقاومت بالا شده و این شکاف را غیر هادی می‌کند.
در طراحی برقگیر باید دو چیز را در نظر گرفت. ابتدا، وقتی موج تمام شد، آرک باید از بین برود. اگر آرک از بین نرود، جریان به عبور از مقاومت ادامه خواهد داد و ممکن است شکاف و مقاومت هر دو از بین بروند. دوم، افت I R (که در آن I جریان موج آنی است) در دو سر برقگیر به هنگام عبور جریان آنی نباید از قدرت شکست عایق تجهیزاتی که باید محافظت شود بیشتر باشد.
برقگیر یا سرج استر؟
برق گیر و سرج ارستر مکمل یکدیگرند
بسیاری از مردم فکر می‌کنند که سرج ارسترها (محافظ‌های الکتریکی) به منظور حفاظت موثر از جریان الکتریسیته یا رعد و برق ساخته شده که به دور از حقیقت است. سرج ارستر در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ در زندگی روزمره مقاوم است.
آنها می‌توانند از تجهیزات الکتریکی در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ یا افزایش ناگهانی برق مراقبت کنند. اما اگر رعد و برق به ساختمان برخورد کند، رعد و برق ناگهانی فوری می‌تواند سرج ارسترها را نیز از کار بیاندازد.
سرج ارستر چیست؟
سرج ارسترها نمی‌توانند جایگزین برق گیرها شوند، بلکه در کنار برقگیر کار می‌کنند. ساختار فولادی یک ساختمان جریان الکتریسیته را به سمت زمین عبور خواهد داد. اما این احتمال هم وجود دارد که رعد و برق همانند ذخیره الکتریکی برق به سیستم الکتریکی خسارت وارد کند (در حالی که راهی را جستجو می‌کند) و از وسیله‌ای به وسیله‌ی دیگر پرش پیدا می‌کند.
این نکته مهم است که متوجه باشیم که یک برق گیر به محافظت از ساختمان‌ها در برابر رعد و برق کمک می‌کند، نه اینکه از رعد و برق جلوگیری کند! و آن فقط زمانی انجام می‌شود که این سیستم به طور صحیح نصب شود.
مشکل است که ما بتوانیم پیش بینی کنیم کی و کجا رعد و برق اتفاق می‌افتد، هرچند ساختمان‌های بلند، خصوصا در مقابل این خطر طبیعی ضعیف و آسیب پذیر هستند. امروزه اگر ما برق گیرها را نمی‌بینیم که از آسمان خراش‌ها بیرون زده باشند، فقط به این علت است که معماران چند روش خلاقانه پیدا کرده اند که در طراحی سیستم‌های ایمنی برق از آن استفاده می‌کنند، هر چند طرز کار اساسی آنها یکسان باقی مانده است.
SPD چیست؟!
SPD یا Surge Protection Device همان سرج ارستر یا برق گیر می باشد. این وریستور به نسبت ولتاژهای متفاوتی که وارد ارستر (SPD) می شوند دارای مقاومت های مختلف می باشد و از این طریق ولتاژ را کنترل می نماید.
برای محافظت از تجهیزات الکتریکی و واحد های صنعتی در برابر ولتاژ های گذرا ارستر قبل از ورودی تجهیزات به هادی متصل می گردد . مواردی که باید در هنگام ارستر مورد توجه قرار داد این است که ارستر (برقگیر) رعد و برق را جذب نمیکند بلکه جریان اضافی را به زمین منتقل می کند، همچنین ارستر از دستگاه هایی محافظی می کند که به طور موازی با آن نصب شده اند.
همچنین بخوانید: انواع مشکلات برق شهری چیست؟
تفاوت برقگیر و صاعقه گیر در چیست؟
مقایسه کارکرد و تفاوت برق گیر 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. برقگیر 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.
همچنین بخوانید: دلایل و جلوگیری از سوختن وسایل برقی
دسته بندی انواع برقگیر
- برقگیر میله ای
- برقگیر بـا فاصله هوایی
- برقگیر بـا مقاومت غیر خطی
- برقگیر بدون فاصله هوایی
- برقگیر خـازنی
- برقگیر فیوزی
برقگیر میله ای
یکی از ساده ترین و ارزانترین برقگیرها، برقگیر میله ای 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 می یابد 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 می گیرد . البته تنظیم برقگیر از حالت ایده آل دور بوده و می توان گفت در یک باند ولتاژ عمل می کند و مشخصه عملکرد دقیقی را برای آن نمی توان تصور کرد.
برقگیـر با فاصله هوایی
نوع دیگری از برقگیرها که کاربرد بسیاری در پست های فشار قوی دارد ؛ این نوع برقگیر از نوع شاخکی می‌باشد. این برقگیرها ساده‌ترین نوع برقگیر می‌باشند که به جرقه گیر (برقگیر با فاصله هوایی ) معروف هستند به مراتب از آنها در محل های اتصال مقره به هادی یا اطراف بوشینگ های ترانس های توزیع دیده می‌شود.
همانطوری که می‌دانید 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. دربرقگیر با فاصله هوایی چنانچه ولتاژ زیاد شود؛ بین شاخک ها قوس برقرار شده و انرژی صائقه را به زمین منتقل می کند و این امر باعث می‌شود که تجهیزات از بین نرود و سبب خسارت نشود.
این نوع برقگیر یا ارستر از یک یا چند خازن سری همراه با یک یا چند مقاومت غیر خطی تشکیل شده است، این خازن ها که اصولا، به صورت فواصل هوایی می باشد در حالت کار عادی سیستم از عبور جریان الکتریکی به داخل برقگیر جلوگیری می کنند.
چنانچه ولتاژ سیستم به دلیل های مختلف بالا رود، فواصل هوایی بین خازن ها هادی شده و جریان الکتریکی عبور می کند؛ عبور جریان از مقاومت غیر خطی میزان افت ولتاژ دو سر برقگیر را مشخص می کند.
فواصل هوایی موجود در برقگیر باید به گونه ای باشد که در مقابل حداکثر ولتاژ کار سیستم مقاوم بوده ولی اگر به دلایلی اضافه ولتاژ اعمال شده اتصال، کوتاه شود پس از برقراری شرایط عادی بتواند جریان را قطع کند که این کار توسط مقاومت‌های غیر خطی انجام می گیرد .
مجموعه قسمت خازن ها و مقاومت غیر خطی در داخل یک ایزولاتور ساخته شده از مواد عایقی قرار می گیرند . انتخاب چند خازن در برقگیر به جای یک خازن به این دلیل صورت می گیرد که استقامت برقگیر در مقابل ولتاژهای برگشتی زیاد گردد برای اینکه تقسیم ولتاژهای روی خازن ها بطور مساوی انجام گیرد.
برقگیر بدون فاصله هوایی
یک نوع برقگیر بدون فاصله هوایی امروزه بکار می رود که خازن های سری آن از قطعات اکسید روی می باشد که این قطعات بصورت قرص هایی با اندازه های مختلف ساخته شده و روی هم قرار می گیرند.
این برقگیرها از نظر ساخت ساده تر بوده و دارای حجم کمتری نیز می باشد. این برقگیرها می توانند در ولتاژهای پائین تر عمل کنند بنابراین سطح ولتاژ حفاظت تجهیزات را نیز می توان پائین تر آورد و در نتیجه در هزینه ها صرفه جویی نمود و جریان نشتی در این نوع برقگیرها کمتر است یا تقریباً صفر است.
برقگیر خازنی
این نوع برقگیر برای ولتاژهای فشار ضعیف استفاده می شود که انرژی اعمال شده حاصل از موج ولتاژ در خازن ذخیره می شود.
برقگیر فیوزی
این نوع برقگیر نیز طوری ساخته می شود که در مقابل اضافه ولتاژ که سبب عبور جریان زیادی از برقگیر بشود می سوزد و جرقه داخل آن توسط گاز یا مواد نسوز درون آن خاموش می شود و اکثراً بعنوان حفاظت ثانویه بکار می رود.
نحوه نصب برقگیر در بهترین محل نصب آن
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.
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.
نصب شمارنده برقگیر
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.
علت سوختن برقگیر چیست؟
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
خرید و نحوه انتخاب سرج استر
- 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
