برقگیر

برقگیرها باید قادر به حفاظت تجهیزات برقی در مقابل تخریب در اثر صاعقه باشند. از طرف ديگر نبايستي در اثر بروز اشكالاتي در شبكه (مثل كليد زني يا اتصال فاز با زمين و يا ...) بي جا عمل نموده يا صدمه ببينند. در هر حال انتخاب بايد جامع شرايط بوده همچنين صرفه اقتصادي نيز مورد توجه قرار گيرد. در اين مقاله علاوه بر تحليل اصول كار و ساختمان برقگيرهاي اكسيد فلزي (MOV) و مقايسه آنها با نوع متداول سيليكون كار بايد (SiC) پارامترهاي مهم در برقگير و نحوه انتخاب آن مورد تحليل قرار مي‌گيرند.

انواع برقگيرها

1- فاصله هوايي
ابتدايي‌ترين حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از فاصله هوايي بوده است ( مانند شاخك برقگير) كه دو مشكل ايجاد مي‌نمايد. اولاً پس ازگذر موج سيار جرقه پاك نمي‌شود و تا پايان نيم سيكل و يا قطع ولتاژ ادامه پيدا كرده و خط را اتصال كوتاه مي‌نمايد. در نتيجه پس از هر بار جرقه شبكه بايستي بي‌برق شده و مجدداً برقدار گردد. ثانياً از آنجايي كه هميشه در فاصله هوايي جرقه با تأخير واقع مي‌شود اضافه ولتاژي در فاصله هوايي ظاهر مي‌گردد.

2- سيليكون كاربايد
روش متداول حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از برگيرهاي SiC (سيليكون كاربايد) بوده است. در اين برقگرها تعدادي قرص SiC روي هم قرار گرفته و تعدادي فاصله هوايي نيز با قرصها سري مي‌گردد.
مواد SiC داراي مقاومت الكتريكي غير خطي بوده و در جريانهاي مختلف مقاومت‌هاي متفاوت از خود نشان مي‌دهند. (در يك برقگير 24 كيلوولتي حدود 50 لم در جريان 500 آمپر و حدود 2 اهم در جريان 100 كيلوآمپر). اين خاصبت موجب مي‌شود كه در ايمپالسهاي با جريان زياد ولتاژ دو سربرقگير پايين نگه داشته شده و در نتيجه تجهيزات مورد حفاظت آسيب نبينند. از طرف ديگر براي اينكه در حالتهاي عادي از عبور جريان در برقگير جلوگيري شود فواصل هوايي مورد استفاده قرار ميگيرند. پس از اعمال موج ضربه (يا اضافه ولتاژهاي به اندازه كافي بزرگ) فاصله هوايي هادي شده و بارهاي الكتريكي را به زمين هدايت مي‌نمايد. اما پس از گذر موج ضربه يا رفع اضافه ولتاژ جرقه در فاصله هوايي از بين نرفته و تا پايان همان نيم سيكا از ولتاژ متناوب ادامه خواهد داشت. اين جريان كه جريان متعاقب موج ناميده مي‌شود در حدود 100 تا 500 آمپر مي‌باشد.

شكل 3 جزئيات قسمت A در شكل 2 را نشان مي‌دهد.
اصول عملكرد خطي بودن مقاومت در مواد SiC به اين ترتيب است كه در مدت زمان هدايت ضربه انرژي زياد ضربه موجب حرارت شديد در مرز دانه‌هاي ماده SiC شده (شكل 4) و اين باعث كاهش مقاومت مي‌گردد (شكل 5) و اجازه مي‌دهد كه موج ضربه با عبور از حداقل مقاومت وارد زمين ميشود. پس از گذر موج ضربه توده بلوك SiC مرزهاي دانه‌ها را به سرعت خنك كرده باعث افزايش سريع مقاومت بلوك مي‌شود اين افزايش در مقاومت دامنه جريان متناوب شبكه را كه متعاقب موج ضربه عبور مي‌كند به چند صد آمپر تقليل مي‌دهد. فاصله هوايي به شكلي طراحي مي‌شود كه در اولين گذر جريان از صفر جريان را قطع نمايد. فاصله هوايي و بلوك بگونه‌اي با هم عمل مي‌نمايند كه عملكرد مناسبي حاصل شود .

توزيع پتانسيل يكنواخت روي فاصله‌هاي هوايي سري شده با يكديگر توسط مقاومتهاي ساخته شده از جنس سراميك و به شكل رينگ تأمين مي‌گردد. شكل 6 جزييات ساختمان فاصله هوايي را نشان مي‌دهد

در نوع مدنتر برقگيرهاي SiC براي كاهش تلفات در برقگير كه منج به افزايش عمر و قابليت اطمينان و تحمل بيشتر انرژي مي‌گردد از روشهاي مغناطيسي براي خاموش كردن جرقه در فاصله هوايي پس از گذر موج و در نتيجه قطع جريان متعاقب موج استفاده مي‌شود.

شكل 7 ساختمان يك نمونه از اين نوع برقگيرها و شكل 8 موج ولتاژ و جريان را نشان مي‌دهد.

برقگير SiCبا خاموش كن مغناطيسي سه برابر بيشتر از نوعمعمولي قابليت انرژي را دارا مي‌باشد زيرا تلفات جربان متعاقب موج به حداقل خود مي‌رسد. اين برقگيرها در شبكه‌هاي با ولتاژ زياد بكار مي‌رفته است.

3- اكسيد فلزي
نوع مدرن برقگيرها داراي بلوكهايي با مقاومت الكتريكي غير خطي و از جنس اكسيد فلزات مي‌باشد . اين بلوكها به MOV مشهور هستند و به اين علت كه حدود 95 درصد از مواد اين بلوكها را اكسيد روي تشكيل مي‌دهد به آنها Zno نيز گفته مي‌شود.
اصول هدايت اين نوع برقگير براساس اثر واريستوري مي‌باشد كه زينتر شدن اكسيد روي با ديگر اكسيدهاي فلزي حاصل مي‌شود. شكل 9 نشان دهنده اصول ساده عملكرد واريستور مي‌باشد . دانه‌هاي اكسيد روي هادي خوبي هستند در حاليكه اكسيدهاي فلزي ديگر عايق خوبي نيستند محل اتصال هردو دانه اكسيد روي درناحيه‌اي به ضخامت 1 نانومتر تشكيل يك ميكروواريستور را مي‌دهد. هر ميكروواريستور دقيقاً با يك ديود زينر (با منحني قرينه) قابل مقايسه مي‌باشد كه ولتاژ شكست آن حدود 5/3 ولت مي‌باشد (2/3 تا 8/3 ولت) و تكنيك ولتاژ سد و حاملهاي اقليت و اكثريت و حفره و الكترون و همچنين ولت اكسيد روي تعيين كننده اين ولتاژ شكست مي‌باشد. در شكل 9 منحني مشخصه ولت آمپر هر ميكروواريستور مشاهده مي‌گردد.

برقگیر

مطالب مشابه :

دانلود مقاله ای در مورد برقگير در پستهای انتقال

برقگیر چیست ؟

برقگیر

برقگیر

مقاله در مورد plc

برق‌گیر

آشنایی با تعاریف و تجهیزات مورد استفاده در برق قدرت