صاعقه گیر چیست؟

اگر به اندازه کافی در اطراف سیستم های الکتریکی کار کنید، شروع به ایجاد احترام سالم برای رعد و برق می کنید. نه آن نوع احترام عاشقانه ای که مردم هنگام تماشای طوفانی که بر فراز کوه ها می چرخد، دارند. نوع عملی، نوعی که باعث می‌شود قبل از انجام کار، اتصالات زمین خود را دوبار-بررسی کنید و از مهندس سایت بپرسید که آیا خط توزیع بالای سر یا زیر زمین است.

صاعقه گیرها یکی از دستگاه هایی هستند که اکثر افراد خارج از صنعت برق هرگز به آن فکر نکرده اند، حتی اگر تقریباً از تمام ساختمان ها، پست ها و دکل های ارتباطی دنیا محافظت می کنند. این مقاله به بررسی این موضوع می‌پردازد که آنها چه هستند، چگونه کار می‌کنند، چه انواعی وجود دارند و چرا انتخاب برقگیر بیش از آنچه بسیاری از خریداران می‌دانند اهمیت دارد.

صاعقه گیر

صاعقه گیر در واقع چه می کند

صاعقه گیر در هسته خود یک وسیله محدود کننده ولتاژ-است. بین یک هادی الکتریکی و زمین متصل می شود و در شرایط عادی کاری مطلقاً هیچ کاری انجام نمی دهد. لحظه ای که یک موج می رسد، چه در اثر برخورد مستقیم رعد و برق به خط برق و چه از جهش ولتاژی که هنگام خاموش شدن یک ترانسفورماتور بزرگ اتفاق می افتد، برقگیر فعال می شود، یک مسیر موقتی{3}}مقاومت به زمین ایجاد می کند و انرژی موج را از همه چیز در پایین دست دور می کند. هنگامی که ولتاژ برق عبور کرد و ولتاژ خط به حالت عادی برگشت، برقگیر به حالت غیرفعال خود باز می گردد.

آن بخش آخر قابل توجه است. برخلاف فیوز که خود را فدای حفاظت از مدار می کند، یک برقگیر با درجه بندی مناسب برای کنترل وقایع موج مکرر بدون سوختن طراحی شده است. به طور خودکار تنظیم مجدد می شود و در بیشتر موارد تجهیزاتی که از آن محافظت می کند حتی هرگز ثبت نمی کند که اتفاقی افتاده است.

مقایسه ای که به نظر من بسیار مفید است، یک زهکش در سینک است. آب با سرعت عادی در جریان است و زهکشی بدون هیچ تلاشی ادامه می یابد. اما وقتی فردی یک سطل پر را به یکباره داخل آن می ریزد، زهکشی موج ناگهانی را کنترل می کند و سینک سرریز نمی شود. برقگیر زهکش است. ترانسفورماتور، تابلو برق، الکترونیک حساس داخل ساختمان سینک هستند.

جایی که نام گیج کننده می شود

یکی از اولین چیزهایی که افراد هنگام شروع تحقیق در مورد این موضوع با آن مواجه می شوند، انبوهی از اصطلاحات همپوشانی است. صاعقه گیر، برق گیر، محافظ برق، انحراف برق، جداکننده صاعقه. این اصطلاحات گاهی اوقات به جای یکدیگر استفاده می شوند و گاهی اوقات آنها بسته به اینکه چه کسی و در چه زمینه ای صحبت می کند، معنای واقعی متفاوتی دارند.

در اینجا یک راه عملی برای فکر کردن در مورد تمایزات وجود دارد:

صاعقه گیر (که از نظر فنی ترمینال هوا نامیده می شود) وسیله ای خارجی است که در بالای سازه نصب می شود. وظیفه آن رهگیری یک ضربه مستقیم و دادن مسیر کنترل شده جریان به زمین از طریق یک هادی پایین است. از سازه ساختمان در برابر آتش گرفتن یا آسیب فیزیکی محافظت می کند. برای تجهیزات الکتریکی داخل هیچ کاری نمی کند.

صاعقه گیر در معنای سنتی به دستگاه هایی اطلاق می شود که بر روی دکل های انتقال و خطوط توزیع در فضای باز نصب می شوند. اینها انرژی موجی را که در طول خط حرکت می کند قطع می کنند و قبل از رسیدن به یک پست یا ساختمان آن را منحرف می کنند. در بسیاری از طرح ها برقگیر مستقیماً با هادی خط تماس برقرار نمی کند. به صورت موازی قرار می گیرد و تنها زمانی فعال می شود که ولتاژ از یک آستانه تعیین شده عبور کند.

برقگیر یا محافظ برق در داخل ساختمان معمولاً در تابلوی برق اصلی نصب می شود. این ولتاژهای گذرا را کنترل می کند که قبلاً از لایه های حفاظتی خارج شده است.

حفاظت کامل به هر سه نیاز دارد. یک میله صاعقه گیر بدون برقگیر در خط ورودی، هنوز سیستم الکتریکی را در معرض نوسانات ناشی از رساناها قرار می دهد. برقگیر در خط بدون پانل-محافظ تراز سطح، آخرین مایل را بدون محافظت می‌گذارد. پرش از میله صاعقه به طور کامل به این معنی است که یک ضربه مستقیم به ساختمان می تواند همه چیز را تحت تأثیر قرار دهد. هر لایه تهدید متفاوتی را مدیریت می کند و قرار است با هم کار کنند.

نحوه عملکرد دستگاه در داخل

اکثر صاعقه گیرهای مدرن در اطراف وریستورهای اکسید فلزی ساخته می شوند که معمولاً MOV نامیده می شوند. ماده فعال اکسید روی است که به صورت دیسک فشرده شده و در داخل محفظه برقگیر انباشته شده است. اکسید روی یک خاصیت مفید دارد: مقاومت الکتریکی آن بسته به ولتاژ اعمال شده روی آن به طور چشمگیری تغییر می کند.

در ولتاژ خط معمولی، اکسید روی مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهد. تقریباً هیچ جریانی از آن عبور نمی کند و برقگیر عملاً برای مدار نامرئی است. هنگامی که یک موج، ولتاژ را به بالای سطح حفاظتی برقگیر فشار می دهد، مقاومت اکسید روی چندین مرتبه در میکروثانیه کاهش می یابد. جریان از طریق برقگیر و به داخل زمین جاری می شود و تجهیزات محافظت شده را دور می زند. هنگامی که ولتاژ به پایان می رسد و ولتاژ به حالت عادی باز می گردد، مقاومت دوباره بالا می رود و برقگیر دوباره ساکت می شود.

در طرح‌های قبلی به جای اکسید روی از شکاف‌های جرقه و دیسک‌های کاربید سیلیکون استفاده می‌شد، و شما هنوز هم اینها را در تاسیسات قدیمی‌تر خواهید یافت. به عنوان مثال، میله گیر فقط دو میله فلزی است که در نزدیکی هم قرار گرفته اند و یک شکاف هوایی کوچک بین آنها وجود دارد. وقتی ولتاژ به اندازه کافی بالا می‌رود، هوا یونیزه می‌شود و جرقه‌ای به شکاف می‌پرد و مسیر تخلیه را فراهم می‌کند. ساده و محکم، اما نادقیق، و قوس به طور تمیز خاموش نمی شود، که می تواند مشکلاتی را در سیستم ایجاد کند. برقگیرهای{5}نوع سوپاپ بلوک‌های کاربید سیلیکون را اضافه کردند تا به محدود کردن جریان دنباله‌روی پس از جهش کمک کنند، طراحی شکاف میله‌ای را بهبود بخشند، در حالی که هنوز از آنچه فناوری MOV در نهایت ارائه می‌شود کوتاه است.

جدول زیر مقایسه سریع انواع برقگیرهای اصلی را که احتمالاً با آنها روبرو می شوید ارائه می دهد:

چرا مصالح مسکن یک جزئیات جزئی نیست؟

در بیشتر قرن بیستم، محفظه های صاعقه گیر از چینی یا شیشه سخت ساخته می شدند. هر دو ماده در محیط های تمیز و پایدار به اندازه کافی کار را انجام می دهند. اما کافی با ایده آل یکسان نیست، و تجربه میدانی در طول دهه ها محدودیت ها را روشن کرده است.

چینی سنگین است. در یک برج انتقال که از زمین های سخت عبور می کند، وزن برقگیرهای چینی اضافه می شود. مهمتر از آن، ظروف چینی در هنگام از کار افتادن دستگاه در شرایط شدید موج به شدت خرد می شود. یک محفظه چینی که در یک ساختار پست برق منفجر می شود، خطری جدی برای هر کسی که در نزدیکی کار می کند ایجاد می کند و می تواند باعث ایجاد خطاهای ثانویه در تجهیزات اطراف آن شود.

شیشه هم مشکلات مشابهی دارد. هر دوی این مواد همچنین در طول زمان آلودگی را انباشته می‌کنند، به‌ویژه در مناطق ساحلی که در آن‌ها اسپری نمک روی سطح رسوب می‌کند یا در نزدیکی مکان‌های صنعتی که آلاینده‌های شیمیایی رایج هستند. یک سطح چینی یا شیشه ای کثیف می تواند رسانایی کافی ایجاد کند تا در آب و هوای مرطوب باعث ایجاد فلاش اور شود، که در وهله اول هدف از داشتن برقگیر را خنثی می کند.

تغییر به محفظه های پلیمری، به ویژه کامپوزیت های لاستیک سیلیکونی، بیشتر این مسائل را به روشی عملی برطرف کرد. الفرعد و برق گیر پلیمریمعمولاً 80 تا 90 درصد کمتر از یک واحد چینی با همان ولتاژ وزن است. سطح لاستیکی سیلیکونی به طور طبیعی آبگریز است، به این معنی که آب به جای پخش شدن به یک لایه نازک رسانا، از آن جدا می شود. این خاصیت آبگریز حتی پس از آلوده شدن و تمیز کردن سطح بهبود می یابد، که این ویژگی است که مواد سرامیکی به سادگی ندارند.

هنگامی که یک برقگیر پلیمری از کار می افتد، به روشی کنترل شده از کار می افتد. محفظه به جای اینکه منفجر شود ترک می خورد یا منفذ می شود. این امر از نظر ایمنی پرسنل و جلوگیری از آسیب آبشاری به تجهیزات مجاور اهمیت زیادی دارد.

هیچ کدام از اینها به این معنی است که برقگیرهای چینی منسوخ شده اند. آنها هنوز هم در بسیاری از تاسیسات موجود به طور قابل اعتماد کار می کنند و کاربردهایی وجود دارد که خواص حرارتی آنها مزایایی را ارائه می دهد. اما برای ساخت و سازهای جدید، به ویژه در خطوط توزیع در فضای باز در محیط های چالش برانگیز، بحث مهندسی برای محفظه های پلیمری دشوار است.

رعد و برق گیر پلیمری VICTORY

نصب و اتصال به زمین

برقگیر که به درستی به زمین متصل نشده باشد واقعاً از چیزی محافظت نمی کند. این دستگاه می‌تواند هرچه می‌خواهد جریان برق را به ترمینال زمین منحرف کند، اما اگر الکترود زمین مقاومت بالایی داشته باشد یا رسانایی که برقگیر را به زمین متصل می‌کند بیش از حد طولانی باشد، انرژی موج به سرعت به اندازه کافی تلف نمی‌شود و ولتاژ آسیب‌رسان همچنان در تجهیزات محافظت‌شده ظاهر می‌شود.

هادی زمین باید تا حد امکان کوتاه و مستقیم باشد. هر متر اضافی رسانا، اندوکتانس را اضافه می کند، که به ولتاژ اضافی در شرایط موج اضافه می شود. خود الکترود زمین، خواه یک میله محرک، یک صفحه مدفون، یا یک الکترود بتنی-در شالوده ساختمان، باید به مقاومت کافی برای برآوردن الزامات حفاظتی سیستم دست یابد. در اکثر کاربردهای توزیع، این به معنای مقاومت زمین 10 اهم یا کمتر است و در تاسیسات الکترونیکی حساس هدف اغلب کمتر از 1 اهم است.

در پست ها برقگیرها در هر پایانه ترانسفورماتور و در هر خط ورودی و خروجی نصب می شوند. این موقعیت‌یابی تضمین می‌کند که جریان‌های برقی که در امتداد هر خطی حرکت می‌کنند، قبل از رسیدن به سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، که جزو گران‌ترین و کم‌تعویض‌ترین اجزای یک پست هستند، قطع می‌شوند. در ساختمان‌های مسکونی و تجاری سبک، یک-دستگاه برقگیر ساختمانی در پانل ورودی سرویس، رویکرد استاندارد است که گاهی اوقات با نقطه استفاده از دستگاه‌ها در تجهیزات حساس مانند سرورها یا ابزار پزشکی تکمیل می‌شود.

انتخاب دستگیره راست

انتخاب برقگیر از قفسه بر اساس درجه ولتاژ به تنهایی یک اشتباه رایج است. چندین پارامتر باید با برنامه مطابقت داشته باشند.

ولتاژ کار پیوسته (COV) باید حداقل برابر با حداکثر ولتاژ پیوسته ای باشد که برقگیر در طول عملکرد عادی سیستم مشاهده می کند، از جمله هر افزایش ولتاژی که در شرایط خطا رخ می دهد. کم کردن اندازه COV منجر به فرار حرارتی می شود، جایی که برقگیر تحت ولتاژ معمولی گرم می شود و در نهایت از کار می افتد.

رتبه انرژی تعیین می کند برقگیر چه مقدار انرژی موج را بدون آسیب دیدن جذب کند. دستگاهی که با ضربه‌های مکرر یا پر انرژی مواجه می‌شود، مانند برقگیر در یک خط انتقال در بالای تپه، به کلاس انرژی بالاتری نسبت به محافظت از پانل داخلی در یک محیط کم-نیاز دارد.

سطح حفاظتی که به صورت ولتاژ باقیمانده در جریان تخلیه نامی بیان می‌شود، تعیین می‌کند که تجهیزات محافظت‌شده واقعاً چه مقدار ولتاژ را در طول یک نوسان ببینند. ولتاژ باقیمانده کمتر به معنای محافظت بهتر برای تجهیزات حساس است، اما معمولاً به معنای قیمت بالاتر نیز است. سطح حفاظت باید با درجه مقاومت ضربه ای هر چیزی که در پایین دست است مطابقت داشته باشد.

خط تولید صاعقه گیر پلیمری بسیاری از این الزامات انتخاب را در طیف وسیعی از ولتاژ برآورده می کند، و برای کاربردهای توزیع در فضای باز، ترکیبی از فناوری MOV و محفظه لاستیکی سیلیکونی، بیشتر آنچه اپراتورهای شبکه مدرن از نظر عملکرد، وزن و قابلیت اطمینان طولانی مدت در محیط های دشوار به دنبال آن هستند را پوشش می دهد.

یادداشتی در مورد استانداردها

گیره های در نظر گرفته شده برای کاربردهای کاربردی و صنعتی، بسته به بازار، در برابر IEC 60099 یا IEEE C62 آزمایش می شوند. این استانداردها همه چیز را پوشش می‌دهند، از آزمایش‌های وظیفه عملیاتی که حملات مکرر صاعقه را شبیه‌سازی می‌کنند تا آزمایش‌های آلودگی که محفظه را در معرض مه نمک و آلاینده‌های صنعتی در مدت زمان طولانی قرار می‌دهند. خرید برقگیرهایی که دارای گواهینامه مطابق با این استانداردها هستند در اکثر کاربردهای حرفه ای اختیاری نیست. این تنها راه برای اطمینان از این است که دستگاه واقعاً همانطور که ادعا می شود در هنگام رسیدن یک موج واقعی رفتار خواهد کرد.

خرید برقگیرهای بدون گواهی برای صرفه جویی در هزینه در طرح حفاظت از پست یک اقتصاد کاذب است. هزینه مونتاژ ترانسفورماتور یا تابلو برق خراب، هزینه برقگیرها را چند برابر می کند.

فکر بسته

حفاظت در برابر صاعقه یکی از آن زمینه هایی است که مهندسی به خوبی درک شده است و ابزارهایی برای انجام درست کار وجود دارد و به طور گسترده در دسترس است. بیشتر خرابی‌ها در حفاظت در برابر صاعقه به دلیل ناکافی بودن فناوری نیست، بلکه به دلیل بریده شدن گوشه‌ها در حین طراحی یا نصب، مشخص شدن محصولات اشتباه برای محیط، یا نادیده گرفته شدن سیستم زمین به دلیل نامرئی و غیر جذاب است.

صاعقه گیر نصب شده به درستی، در محل مناسب، با درجه بندی مناسب و متصل به یک زمین محکم، از زیرساخت های الکتریکی برای دهه ها بدون هیچ گونه تعمیر و نگهداری محافظت می کند. این یک بازده معقول در یک سرمایه گذاری متوسط ​​است، احتمالاً به همین دلیل است که دستگاه از روزهای اولیه توزیع برق، بخش استاندارد طراحی سیستم قدرت بوده است.