· برقگیر میلهای یا شاخهای( جرقهای)
· برقگیر سوپاپی( با مقاومت خطی)
· برقگیر اکسید روی
· برقگیر لولهای
· برقگیر قوی طولانی
برقگیر شاخهای
این نوع برقگیرها به صورت دو الکترود یا دو شاخک هستند که متناسب با ولتاژ در فاصله معین بین هادی و زمین قرار میگیرند و در صورت بروز اضافه ولتاژ بین آن قوی الکتریکی برقرار میشود. انی قوس باعث اتصال کوتاته گردیده از اضافه ولتاژ جلوگیری مینماید. البته باعث اختلال در امر برق رسانی نیز میگردد. در شبکه با قدرت کم، با شکل دادن به این شاخکها، پس از مدتی نسبتا کوتاه قوس الکتریکی خاموش میشود و چون جیریان اتصال کوتاه کم بوده، خسارات ناشی از اتصال کوتاه وجود ندارد در صورت بروز اضافه واتاژ، فاصله هوایی بین الکترودها قوس الکتریکی برقرار میشود و به ترتیب از اعمال اضافه ولتاژ به تجهیزات جلوگیری میشود. از معایب اصلی برقگیر میلهای عدم توانایی در خاموش کردن جرقه است و هنگامیکه بر اثر صاعقه جرقه زده شد این جرقه باقی خواهد ماند تا زمانیکه تجهیز بی برق شود.
در نتیجه پس از هر بار جرقه، بایستی شبکه بی برق و مجددا برقدار شود. به طئر کلی معایب این نوع برقگیرها در برابر تنها مزیت آنها یعنی ارزان بودنشان بخاطر سادگی ساختار آ«، خیلی زیاد بوده و شامل موارد زیر میباشد:
· تداوم عبور جریان به زمین حتی پس از اضافه ولتاژ در نتیجه باعث عمل کردن وسایل حفاظتی و ایجاد وقفه در سیستم میشود.
· افت شدید ولتاژ فاز به خاطر اتصال کوتاه شدن فاز در لحظه عبور جریان از جرقه گیر
· ایجاد موج بریده شده که میتواند سیم پیچی دستگاهها ( اتوترانسفورماتور) را تهدید نماید
· تحت تأثیر قرار گرفتن عملکرد آ« با شکل موج اضافه ولتژ و همچنین شرایط محیطی ( فشار، آلودگی، رطوبت و...)
برقگیر سوپاپی
تا چندی قبل روش متداول حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از برقگیرهای سیلیکون کارباید بود.
این برقگیرها از ترکیب یک سری فواصل هوایی با مقاومت ساخته میشوند و بر خلاف جرقهگیرها پس اط عملکرد آنها شبکه قدرت قابلیت بازگشت به حالت اولیه را خواهد داشت. زیرا مقاومت مذکور جریان تخلیه را کاهش داده و به لحاظ هم فاز بودن تقریبی جریان و ولتاژ پس از به صفر رسیدن شکل موج ولتاژ نامی سیستم، جریان مجددا برقدار نمیشود.
مقاومتهای این نوع برقگیرها از نوع غیر خطی هستند زیرا از یک طرف باید آن قدر کوچک شوند که توسط فواصل هوایی قابل قطع باشند و از طرف دیگر در ولتازهای ضربهای به صوراتی باشند که در اثر تخلیه جریانهای ضربهای زیاد افت ولتاژ دو سر آنها از سطح حفاظتی تجهیزات کمتر شود. معمولا این مقاومتها از نیمه هادی سیلیکون کارباید ساخته میشوند که دارای خاصیت مذکور میباشند.
برقگیر سیلیکون کارباید یک مقاومت با مشخصه غیر خطی V-I به صورت سری با فاصله هوایی میباشد. وقتی اضافه ولتاژ از حد ولتاژ جرقه در دو سر فاصله هوایی افزایش امپدانس مسیر جرقه از افزایش شدید جریان جلوگیری میکندفاصله هوایی جرقه که به آن فاصله جرقه اکتیو گفته میشود، طوری طراحی میگردد که بعد از چند بار جرقه زدنددر اثر اضافه ولتاژ، جرقه مسدود گردد.
برقگیرهای سیلیکون کارباید به هیچ عنوان نباید تحت اضافه ولتاژهای با فرکانس قدرت عمل کنند زیرا باعث ایجاد اتصال کوتاه به زمین و عبور انرژی زیاد از خود شده و از بین میرود.
برقگیرهای sic سطح اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه و کلید زنی را به حد مشخصث کاهش میدهند که این بستگی به ولتاژ نامی برقگیر دارد.
اضافه ولتاژ کلید زنی با انرژی بالا که جریان تخلیه زیادی را برای مدت طولانی اعمال میکند ممکن است باعث سوختن الکتروهای برقگیر شود و لذا این مسئله باعث محدودیت در کاربرد این نوع برقگیر میشود و همچنین باعث میشود که سطح استقامت عایقی بالاتری برای تجهیزات انتخاب شود تا اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی عمل نکند.
در برقگیرهای جدید sic برای کاهش تلفات برقگیر ( افزایش طول عمر و قدرت تحمل انرژی) و برای خاموش کردن جرقه در فاصله هوایی پس از حذف موج و در نتیجه قطع جریان، از روشهای مغناطیسی استفاده میشود.
برقگیر sic با خاموش کننده مغنتاطیسی سه برابر بیشتر از نوع معمولی آنها قابلیت تحمل انرزی را دارا میباشد، زیرا تلفات جریان متعاقب موج به حداقل مقدار خود میرسد این نوع برقگیرها در شبکههای با ولتاژ بالا کاربرد دارند.
برقگیرهای اکسید فلزی
نوع جدید برقگیر دارای بلوکهای با مقاومت الکتریکی غیر خطی و از جنس اکسید فلزات میباشند. این بلوکها به MOV مشهور هستند. از آنجا که حدود 95% از مواد تشکیل دهنده بلوکهای MOV را اکسید روی ZnOتشکیل میدهد به آنها برقگیرهای ZnO نیز گفته میشود. اجزا تشکیل دهنده برقگیر ZnO شامل اکسید روی و مقادیر کمی از اکسید فلزات دیگر از قبیل بیسموت، کبالت ، آنتیموان، و اکسید منگنز میباشد. ذرات بسیار ریز اکسید روی و اکسید فلزات دیگر پس از فشرده شدن به صورت دیسک در اندازههای معین شکل میگیرند، سپس این دیسکها در درجه حرارت بالا پخته میشوند و به صورت سری در محفظه استوانهای شکل قرار گرفته و برقگیر ZnO را تشکیل میدهد
بلوک ZnO دارای یک مشخصه ولتاژ – جریان کاملا غیر خطی میباشند و دارای قابیلت بالا برای جذب انرژی موج هستند. دنباله جریان در این نوع برقگیرها وجود ندارد، یعنی جریان با کاهش اضافه ولتاژ ضربهای کاهش مییابد و با ولـتاژ متناوب( ولتاژ سیستم) ادامه پیدا نمیکند از این رو برقگیرها در عمل کمتر از برقگیرهای با فاصله هوای گرم میشوند و تکرار عمل آنها کمتر مشکل ایجاد میکند.
از دیگر مزایای این نوع برقگیرها، سرعت عملکرد در پیشانی موج است. به این معنی که تاخیری که در برق گیرهای با فاصله هوایی وجود دارد در این نوع برقگیرها خیلی کمتر است.
یکی از مشکلات برقگیرهای ZnO، جریان نشتی در فرکانس قدرت میباشد. این جریان در حد میلی آمپر است، ولی ممکن است با تکرار عملکرد برقیگر، لایه عایق بین دانههای اکسید روی سوخته شود و باعث افزایش جریان نشتی گردد. مسأله دیگر، تغییر مقاومت بر اثر درجه حرارت است این تغییر در جریانهای کمتر بیشتر محسوس است ولی بهر حال با کاهش مقاومت تحت ولتژ نامی شبکه بر اثر درجه حرارت، احتمال گرم شدن و کاهش مقاومت و افزایش درجه حرارت وجود دارد. با این وجود اینمشکلات، اما به خاطر مزایای زیاد برقگیرها ZnO نسبت به انواع دیگر برقیگرها، استفاده از این برقگیرها متداول شده است، و به تدریج جایگزین برقگیرهای دیگر میشوند. بعضی از مزایای برقگیرهای ZnO عبارتند از :
1. کارائی بهتر نسبت به سایر برقگیرها( بهتر از سایر برقگیرها، اضافه ولتاژ را کنترل میکند).
2. پراکندگی کم ولتاژ بسماند و همچنین دارای ولتاژ بسماند خیلی کم
3. دارای تأخیر زمانی خیلی کم
4. برگشت طبیعی به وضعیت اولیه با مدار باز
5. دارای مشخصه ولت – جریان خطی تر از برقیگر sic
6. دارای سطح حفاظتی خیلی خوب
7. دارای جریان نشتی پایین در شرایط کار نامی سیستم (حداقل تلف توان در شرایط کار عادی)
8. از مهمترین عیبهای برقگیرهای ZnO، قیمت زیاد آنها نسبت به دیگر برقگیرهاست و دیگر اینکه برقگیرهای ZnO در سیستمهای دارای ولتاژ قابل ملاحظه، بیشتر از برقگیرهای sic در معرض خطر و آسیب دیدگی قرار مییگرند.
9. به طور خلاصه مزایای این برقگیر نسبت به برقگیرهای هم رده آن را میتوان چنین بیان کرد:
· حجم و ابعاد کوچکتر
· ساخت راحتتر
· جریان نشتی کمتر
· سرعت عملکرد بیشتر
· به دلیل مزایای فوقالذکر در رده ولتاژهای بالا از این نوع برقگیر استفاده میگردد.
برقگیر لولهای
این نوع برقگیر شامل یک فاصله هوایی برای جرقه زدن در فضا و یک فاصله دیگر در درون یک محفظه مخصوص که با هم به صورت سری قرار دارند میباشد.
این نوع برقگیرها به منظور کوتاه کردن زمان عبور جریان هدایت شونده( پرهیز از وقوع اتصال کوتاه) تهیه شدهاند.
در برقگیرهای لولهای جریان هدایت شونده پس از یک یا چند پریود در اثر گازی که خود برقگیر تولید میکنداز بین میرود و از این جهت میتوان ان را برقگیر جرقه خاموش کن نیز نامید.
برقگیر لولهای از یک لوله عایق از جنس فیبر لاستیک سخت تشکیل شده و در داخل آن یک الکترود فلزی تو پر و یک الکترود فلزی توخالی قرار داد.
الکترود توخالی مستقیم به دکل یاسیم زمین متصل میشود ولی بین الکترود توپر و فاز شبکه یک فاصله هوایی وجود دارد. هرگاه اضافه ولتاژی بین فاز و برقگیر قرار بگیرد فاصله هوایی و فاصله بین الکترودها توسط جرقه اتصال کوتاه میشود و در اثر این جرقه شبکه اتصال زمین میشود و جریان زیادی از برقگیر میگذرد که سبب بخار شدن قسمتی از سطح داخلی لوله میشود این گاز فشار داخلی لوله را با وجود اینکه سوراخ لوله الکترود انتهایی به خارج راه دارد به حدی بالا میرود که با سرعت زیاد از سوراخ خارج میشود.
جریان سریع گاز الکترونهای موجود بین دو الکترود را با خود به خارج حمل میکند جرقه را خنک کرده و در ضمن طول قوس را به حدی زیاد میکند که پیوستگی قوس از بین میرود و قوس میشکند و به این ترتیب پس از یک یا چند پریود، به عبت اینکه حاملهای بارهای الکتریکی در مسیر قوس موجود نیستند جرقه خاموش شده مجددا روشن نمیشود و برای همیشه خاموش میماند و جریان اتصال کوتاه قطع میگردد.
از برقگیرهای لولهای بیشتر در شبکههای با ولتاژ 10 تا 30 کیلوولت استفاده میشود.
از معایب این برقگیرها میتوان به ناتوانی در محدود کردن دامنه جریان هدایت شده و همچنین بالا بودن ولتاژ جرقه این نوع برقگیر اشاره کرد
مشخصات فنی برقگیرها
· ولتاژ نامی : حداکثر مقدار مؤثر ولتاژی است که در صورت اعمال در سر برقگیر باعث عملکرد برقیگر نخواهد شد.
· ولتاژ عملکرد: حداقل مقدار مؤثر ولتاژی است که در صورت اعمال در سر برقگیر باعث عملکرد برقگیر خواهد شد.
· جریان تخلیه نامی: حداکثر جریانی است که برقگیر در حین تخلیه میتواند تحمل کند.
· فرکانس نامی: همان فرکانس شبکهای است که برقگیر در آن نصب شده که معمولا 50 تا 60 هرتز است.
· کلاس تخلیه طولانی برقگیر: حداکثر زمانی که طول میکشد تا جریان تخلیه را به زمین عبور و تخلیه کند.
· کلاس دریچه اطمینان: در صورتی که جریان تخلیه از حد نامی بیشتر باشد و یا مدت زمان عبور جریان تخلیه زیاد باشد در داخل برقگیر گاز جمع شده و باعث ترکیدن برقگیر خواهد شد جهت جلوگیری از این عمل با نصب این دریچه گازها از این دریچه خارج شده و از ترکیدن برقگیر جلوگیری خواهد شد.
· ولتاژ باقی مانده: در حین تخلیه جریانی از برقگیر عبور میکند این جریان اگر در امپدانس مسیر ضرب شود ولتاژی بدست میآید که در سر برقگیر قرار میگیرد که BIL(سطح عایقی مبنا) بر مبنای این ولتاژ ضربدر 20% بدست میآید.
به طور خلاصه پارامترهای مهم برای انتخاب برقگیر مناسب جهت حفاظت عایقی را میتوان به صورت زیر عنوان نمود.
· ماکزیمم ولتاژ کار دائم (MCOV)
· ولتاژ نامی (Ur)
· جریان تخلیه نامی (µsec 8,2)
· ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل (µsec4,10)
· قابلیت تحمل جذب انرژی W
ولتاژ استاندارد برای برقگیرها
· 10/5- 5 -12- 19- 18- 21- 27 -30 -33 – 36
· 39 -42 -51 -54 -60 -75 -84 -96 -102 -108
120 -126 -138 -150 -174 -180 -198