ارتینگ

 (برق گیر های اکسید روی) صاعقه گیر و سرج ارستر- برق گیر

 (برق گیر های اکسید روی) صاعقه گیر و سرج ارستر- برق گیر

بنا به دلایل مختلف ، ممکن است یک ضربه ناگهانی [۱]در یک سیستم انتقال برق ایجاد شود. ولتاژ های ضربه ای در یک سیستم الکتریکی عمدتا به دلیل گذراهای صاعقه صاعقه و ضربه های سوئیچینگ (کلید زنی) بوجود می آید. ولتاژ های ضربه ، یک ولتاژ بزرگ بیش از ولتاژ نامی را در شبکه و سیستم الکتریکی ایجاد می کند. شکل گذرا اضافه ولتاژ دارای یک بخش که به سرعت  در حال افزایش است و دنباله آن که به آرامی در حال کاهش است می باشد همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. این موج ولتاژ شیب دار از طریق شبکه الکتریکی عبور می کند و باعث ایجاد فشار بیش از حد در تمام عایق های و تجهیزات در مسیر حرکت آن می شود.

شکل موج رعد و برق

شکل موج رعد و برق

 به همین دلیل است که باید تمام تجهیزات الکتریکی و عایقهای سیستم برق در برابر موج های ضربه های الکتریکی محافظت شوند. معمولاً از برق گیر در سیستم در برابر این اضافه ولتاژ های ضربه ای استفاده می شود.

تجهیزات اصلی که معمولاً برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرند ، صاعقه گیر یا برق گیر می باشند .

دو نوع موج وجود دارد که یکی از خارج از جو مانند رعد و برق جوی ناشی می شود. نوع دوم از خود سیستم الکتریکی سرچشمه می گیرد ، مانند موج های ضربه ای کلید زنی ها.

هنگامی که یک ابر با بار الکتریکی در نزدیکی خط انتقال الکتریکی قرار می گیرد ، ابر بارهای الکتریکی را در خط ایجاد می کند. هنگامی که  شارژ ابر به طور ناگهانی توسط رعد و برق تخلیه شود ، بار ناشی از آن در خط انتقال دیگر محدود نمی شود.

این بار در خط شروع به حرکت می کند  و باعث بروز اضافه ولتاژهای دینامیکی می شوند. این ولتاژ گذرا به دلیل اندوکتانس توزیع شده و خاصیت های خازنی ، به دو طرف بار و سمت منبع ، در خط انتقال حرکت می کند. این ولتاژ افزایش یافته با سرعت نور حرکت می کند. در انتهای خط انتقال ، به علت تغییر مقاومت امپدانس موج اضافه ولتاژ این موج دوباره به عقب بازتاب می یابد. این حرکت رو به جلو و عقب از موج اضافه ولتاژ تا زمانی که انرژی حاصل از مقاومت یا ضربان در اثر مقاومت خط ضعیف شود ، ادامه می یابد. این پدیده باعث ایجاد تنش ولتاژ در سیستم انتقال با مقداری بسیار بیشتر از ولتاژ نامی عادی سیستم می شود. از این رو ، طرح حفاظت اضافه ولتاژ های گذرا در سیستم انتقال قدرت الکتریکی باید ارائه شود تا سیستم مطمئن و سالم ایجاد شود. برق گیر رعد و برق یکی از اصلی ترین مؤلفه های محافظت از سیستم در برابر ضربه های ولتاژی است.

همانطور که قبلاً نیز گفتیم ، این ضربه های ولتاژ نیز می تواند از خود سیستم تولید شود. در واقع در حین عملکرد سوئیچگیر ممکن است احتمال برش و قطع ناگهانی جریان وجود داشته باشد. اگر در حین کار عادی باشد ، اگر ایزولاتور باردار باز شود. مدار باز ناگهانی در سیستم رخ می دهد.

علاوه بر اینها ، تکنیک های اساسی قطع قوس الکتریکی کلید هایSF6 و کلید خلاء ممکن است باعث افزایش برش جریان و تحریک چند باره شوند.

همانطور که می دانیم قطع ناگهانی جریان باعث تغییر جریان ناگهانی در سیستم می شود.

[di / dt  =  نرخ تغییر جریان با توجه به زمان].

از آنجا که بار الکتریکی عموماً القایی است ، یک ولتاژ گذرا وجود دارد ، که توسط L (di/dt) بیان می شود که در آن L اندوکتانس سیستم است. این ولتاژ در سراسر تیغه های باز شده القا می شود و به سمت بار حرکت می کند و به همان روش رعد و برق منعکس می شود. برق گیر یا صاعقه گیر در انتهای خط انتقال برای تحمل اضافه ولتاژ ها در نظر گرفته می شود.

به طور کلی ترانسفورماتور قدرت الکتریکی روغنی ، کلید های قدرت وتابلو های قدرت ، کابل ها ، خطوط انتقال برق ، خطوط توزیع کاملاً قادر به تحمل این ولتاژهای سوئیچینگ هستند ، زیرا سطح عایق آنها برای مقاومت در برابر این ولتاژ ها کاملاً بالا است. اما ، ژنراتور ، موتور الکتریکی ، ترانسفورماتورهای نوع خشک و کوره های قوس الکتریکی و غیره نمی توانند در برابر ولتاژهای ضربه ای بزرگ سوئیچینگ مقاومت کنند. همانطور که در اصل این نوع تجهیزات از عایق کاری بسیار بالایی برخوردار نیستند. برای محافظت از این تجهیزات در برابر ضربه های ولتاژی ایجاد شده ، صاعقه گیر ضروری است.

در پست های برق ، از برق گیرها عمدتاً در ورودی هر فیدر استفاده می شود و از آنها در هر دو طرف ترانسفورماتور برق استفاده می شود زیرا ترانسفورماتور نیز به عنوان بار القایی و تجهیزات بسیار پر هزینه در نظر گرفته می شود.

در دوران مدرن ، از برق گیرهای اکسید روی بدون فاصله برای محافظت در برابر افزایش ولتاژ استفاده می شود.

صاعقه گیر

صاعقه گیر

 ساختار برق گیر(صاعقه گیر) اکسید روی

این نوع برق گیر شامل تعدادی دیسک اکسید روی جامد است. این دیسک ها یکی یکی مرتب می شوند تا یک ساختار استوانه ای تشکیل شود. تعداد دیسک های اکسید روی مورد استفاده در هر صاعقه گیر بستگی به مقدار ولتاژ سیستم دارد. این بسته در داخل محفظه استوانه ای پلیمری یا چینی نگهداری می شود. سپس بسته درون محفظه قرار داده شده و با فشار فنر به کلاهک بالایی متصل می شود. ترمینال اتصال تجهیزات خط از بالای درب پیش بینی می شود و ترمینال اتصال زمین از درپوش پایین پیش بینی می شود.

اصول کار صاعقه گیر اکسید روی

عملکرد طبیعی به عنوان شرایطی تعریف می شود که هیچ اضافه ولتاژ گذرای وجود نداشته باشد و برق گیر فقط تحت فشار ولتاژ سیستم عادی باشد. اکسید روی دارای مشخصات ولتاژ جریان بسیار غیر یکنواخت (I-V)   است. این ویژگی I-V باعث می شود از برق گیر اکسید روی برای محافظت در برابر افزایش ولتاژ استفاده کنند. مقاومت غیر خطی بلوک یک خاصیت توده ای ذاتی است و متشکل از اکسید روی (۹۰٪ تا ۹۵٪) با مقادیر نسبتاً کمی از چندین افزودنی دیگر اکسید فلزی دیگر (۵ تا ۱۰٪) مانند آلومینا ، آنتی تری اکسید ، بیسموت است. اکسید ، کبالت اکسید ، زیرکونیوم و غیره. در مقیاس ماکروسکوپی مواد افزودنی تقریباً به طور همگن در کل بلوک برق گیر توزیع شده است. اما ساختارهای میکرو بلوک اکسید فلزی نشان دهنده شبکه ای از سری و موازی دانه های اکسید روی بسیار دوپ شده ZnO)) توسط اتصالات بین دانه ای هستند. رفتار غیر خطی تحمیل فوق العاده از خصوصیات غیر خطی اتصالات منفرد است. ظرفیت حمل جریان بلوک برق گیر متناسب با سطح مقطع کل بلوک است.

ویژگی های مقاومت غیر خطی بلوک ZnO به صورت زیر بیان می شود ،

فرمول

که در آن ، Ir و Vr به ترتیب جریان و ولتاژ مرجع به ترتیب از صاعقه گیر یا بلوک گیرنده موج هستند. مقدار x در صورت بلوک اکسید فلز ۳۰ تا ۴۰ است. برای سیستم عادی ، ولتاژ و جریان به صورت خطی افزایش می یابد. برای سیستم عادی ، ولتاژ و جریان به صورت خطی افزایش می یابد ، یعنی برای افزایش ولتاژ سیستم در این محدوده ، جریان به نسبت خطی افزایش می یابد. جریان در این منطقه از ویژگی ها در محدوده میکرو آمپر است. اما فراتر از سطح ولتاژ مشخص ،جریان نشت خیلی سریع شروع می شود و در حدود KA است. ولتاژ فراتر از آن که جریان از طریق LA چنان بالا می رود ، به عنوان ولتاژ مرجع گفته می شود و جریان در ولتاژ مرجع به عنوان جریان مرجع شناخته می شود. تخلیه ناگهانی جریان عظیم ناشی از  رعد و برق در برق گیر دقیقاً فراتر از سطح ولتاژ مرجع ، مانع از فشار اضافه ولتاژ های گذرا در سیستم می شود. رابطه ولتاژ جریان در یک بلوک اکسید فلزی به دما بستگی دارد. بلوک اکسید فلز دارای ضریب درجه حرارت منفی از نظر است. این بدان معناست که با افزایش دما ، مقاومت برق گیر  افزایش می یابد از این رو برای برخی از ولتاژ سیستم ، جریان نشتی از طریق ابزار با افزایش دما افزایش می یابد.

همانطور که می دانیم ، یک جریان نشتی مداوم از طریق LA وجود خواهد داشت. این جریان نشتی گرما ایجاد می کند. این گرمای تولید شده باید به درستی از بین برود در غیر این صورت دمای LA ممکن است بالا رود که باعث افزایش بیشتر جریان نشتی می شود. به همین دلیل طراحی حرارتی مناسب محفظه برق گیر نقش مهمی را ایفا می کند. دمای بحرانی بسته به درجه ولتاژ بلوک اکسید فلزی وجود دارد که فراتر از آن گرمای ژول تولید شده در بلوک که گرمای ژول تولید شده در بلوک است ، نمی تواند با سرعت لازم از بین برود و در نهایت منجر به فرار حرارتی صاعقه گیرمی شود.

اکنون می توانیم درک کنیم که ، اصل کار LA یا برق گیر که برای محافظت از افزایش ولتاژ استفاده می شود کاملاً به ویژگی های غیر خطی V-I بلوک های اکسید فلزی (ZnO)  در داخل محفظه عایق برق گیر بستگی دارد.

 

لینک زبان اصلی مقاله :

ZnO Gapless Lightning Arrester or Surge Arrester

[۱] electrical surge

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید
بستن
دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن