انواع صاعقه گیر

تعداد بازدید: 1195

1-1- برقگیر غیر فعال (passive)

شامل یک میله نوک تیز ساده می باشد که از جنس مس یا استیل است. به صاعقه گیر فرانکلین , صاعقه گیرهای ژوپیتر , جوجه تیغی و کابل های معلق که براساس شکل و خاصیت فیزیکی متضمن تشدید پدیده هایی مانند اثر میله نوک تیز (point effect) می شوند و در این مسیر هیچ عامل تشدید کننده ای غیر از شکل خاص آن ها وجود ندارد , صاعقه گیر غیر فعال می گویند . انواع برقگیرهای مرسوم عبارتند از: 1- برقگیر میله‌ای 2- برقگیر با فواصل هوايي 3 - برقگير لوله اي 4- برقگير قوس طولاني (LFA) 5- برقگیـر با مقاومت غیر خطی 6- کابل های معلق 7- قفس فارادی 8- سیستم ترمینال مش

1- صاعقه گیر

هدف از نصب صاعقه گیر حفاظت از سیستم ها و افراد در برابر صاعقه و ایجاد مسیری مطمئن جهت انتقال جریان عظیم صاعقه به زمین می باشد ، در این سیستم ها رادهای هوائی وظیفه جذب صاعقه و هادی های نزولی وظیفه انتقال جریان را به شبکه ارتینگ به عهده دارند. سیستم صاعقه گیری که به درستی طراحی و نصب شده باشد امنیت جانی افراد و ایمنی تجهیزات را بدنبال خواهد داشت. صاعقه گیرها به دو دسته کلی تقسیم می گردند :

1-1-1- ميله هاي ساده فرانكليني

اولين واحد جذب كه توسط فرانكلين بيشنهاد گرديد ، ميله هاي ساده بودند كه ضربه مستقيم صاعقه به اندازه طول میله ها ، دور از ساختمان اتفاق می افتاد و شعاع حفاظتي اين صاعقه گيرهاي ساده در كلاس هاي حفاظتي براساس تئوري زاويه محاسبه مي گرديد. کلاس حفاظتي صاعقه : كلاس حفاظتي عبارتست از تعيين محدوده اي كه در آن احتمال برخورد صاعقه مستقيم ، مطابق با درصد معيني مي باشد . براي كلاس هاي يك تا چهار به ترتيب 98 ، 95 ، 90 و 80 درصد حفاظت در نظر گرفته مي شود . كلاس يك كه بيشترين سطح حفاظتي را دارد ، در آن 98 درصد حفاظت در نظر گرفته مي شود و به ترتيب براي كلاس هاي 2 و 3 مقادير 95 و 90 درصد محاسبه شده است . اما كلاس حفاظتي نكته ديگري را نيز بيان مي كند و آن توانايي تامين جريان توسط صاعقه است .

3-1-1- برقگير لوله اي

اين نوع برقگيرها شامل يك فاصله هوايي براي جرقه زدن در فضا و يك فاصله ديگر در درون يك محفظه مخصوص مي باشند كه با هم بطور سري قرار دارند . اين نوع برقگيرها به منظور كوتاه كردن زمان عبور جريان هدايت شونده (پرهيز از وقوع اتصال كوتاه) تهيه شده اند . در برقگير لوله اي جريان هدايت شونده پس از يك يا چند پريود در اثر گازي كه خود برقگير توليد مي كند از بين مي رود و از اينجهت مي توان آنرا برقگير «جرقه خاموش كن» نيز ناميد . برقگير لوله اي از يك لوله عايقي (R) از جنس مواد مصنوعي (PVC ، فيبر لاستيك سخت) تشكيل شده است و در داخل آن دو الكترود فلزي توپر (E) و تو خالي (G) قرار دارند. الكترود G مستقيماً به دكل يا سيم زمين متصل مي شود ولي بين الكترود E و فاز شبكه يك فاصله هوايي وجود دارد . هرگاه اضافه ولتاژي بين فاز و برقگير قرار بگيرد ، فاصله هوايي L و فاصله بين دو الكترود توسط جرقه اتصال كوتاه مي شود و در اثر اين جرقه ، شبكه اتصال زمين مي شود و جريان زيادي از برقگير مي گذرد كه سبب بخار شدن قسمتي از سطح داخلي لوله R مي شود . اين گاز فشار داخلي را با وجود اينكه سوراخ لوله الكترود انتهايي به خارج راه دارد ، بحدي بالا مي برد كه با سرعت زياد از سوراخ G خارج مي شود . جريان سريع گاز ، الكترونهاي موجود بين دو الكترود را با خود بخارج حمل مي كند ، جرقه را خنك كرده و در ضمن طول قوس را بحدي زياد مي كند كه پيوستگي قوس از بين مي رود و قوس مي شكند و به اين ترتيب پس از يك يا چند پريود ، بعلت اينكه حامل هاي بارهاي الكتريكي در مسير قوس موجود نيستند جرقة خاموش شده مجدداً روشن نمي شود و براي هميشه خاموش مي ماند و جريان اتصال كوتاه قطع مي گردد .از برقگيرهاي لوله اي بيشتر در شبكه هاي با ولتاژ 10 تا 30 كيلوولت استفاده مي شود . اين نوع برقگيرها قادر نيستند كه به نحو مطلوب دامنه جريان هدايت شده را قبل از قطع محدود كنند و قابليت قطع جريان هدايت كننده با فركانس قدرت ، بستگي به ظرفيت اتصال كوتاه سيستم در نقطه خطا دارد . همچنين ولتاژ جرقه اين نوع برقگيرها بالاتر از برقگيرهاي با مقاومت غير خطي است .

4-1-1- برقگير قوس طولاني (LFA)

نصب برقگير خط بين فاز – دكل بصورت موازي با زنجيره مقره يا بجاي مقره نياز به هزينه سنگيني دارد . لذا بايد به دنبال راهي بود تا بتوان هزينه نصب برقگيرها را كاهش داد و جلوي خروج خطوط بر اثر تخليه اضافه ولتاژهاي ناشي از تخليه جوي بر خط را گرفت . روش جديد حفاظت خطوط انتقال استفاده از يك سطح طولاني جهت هدايت قوس الكتريكي ناشي از تخليه مي باشد . برقگيرهاي قوس طولاني مي توانند بين هادي و زمين و يا بصورت سري با مقره قرار بگيرند . ساختار اين برقگيرها خيلي ساده بوده و در نتيجه نسبت به ساير برقگيرها ارزانتر مي باشند . بطوريكه قيمت آن در حدود يكدهم قيمت برقگيرهاي ZnO است . يكي ديگر از مزاياي عمده اين برقگيرها عدم جاري شدن جريان با فركانس شبكه (PAF) پس از اتمام تخليه جريان موج گذرا و بروز قوس بر روي مقره مي باشد . طول برقگيرهاي LFA از طول مقره اي كه بايد حفاظت شود ، بيشتر است .

2-1-1- برقگير ميله اي (جرقه گير با فواصل هوايي)

اين نوع برقگيرها بصورت دو الكترود يا دو شاخك هستند كه متناسب با ولتاژ، در فاصله معين بين هادي و زمين قرار مي گيرند و در صورت بروز اضافه ولتاژ، بين آنها قوس الكتريكي برقرار مي شود . اين قوس باعث اتصال كوتاه گرديده از اضافه ولتاژ جلوگيري مي كند ، البته باعث اختلال در امر برق رساني نيز مي گردد . در شبكه با قدرت كم ، با شكل دادن به اين شاخك ها ، پس از مدت نسبتاً كوتاهي قوس خاموش مي شود و چون جريان اتصال كوتاه كم بوده ، خسارات ناشي از اتصال كوتاه وجود ندارد . در صورت بروز اضافه ولتاژ ، در فاصله هوايي بين الكترودها قوس الكتريكي برقرار مي شود و به اين ترتيب از اعمال اضافه ولتاژ به تجهيزات جلوگيري مي شود . از معايب اصلي برقگير ميله اي ، عدم توانايي در خاموش نمودن جرقه است و هنگاميكه بر اثر صاعقه جرقه زده شد ، اين جرقه باقي خواهد ماند تا زمانيكه دستگاه بدون برق گردد . در نتيجه پس از هر بار جرقه ، بايستي شبكه بي برق شده و مجدداً برقدار گردد . بطور كلي معايب اين نوع برقگيرها در برابر تنها مزيت آنها يعني ارزان بودنشان ، خيلي زياد بوده و شامل موارد زير مي باشد : 1- تداوم عبور جريان به زمين حتي پس از حذف اضافه ولتاژ (در نتيجه باعث عملكردن وسايل حفاظتي و ايجاد وقفه در سيستم مي شود)2- افت شديد ولتاژ فاز بخاطر اتصال كوتاه شدن فاز در لحظة عبور جريان از جرقه گير . 3- ايجاد موج بريده شده كه مي تواند سيم پيچي دستگاه ها (ترانسفورماتورها) را تهديد كند . 4- تحت تأثير قرار گرفتن عملكرد آن با شكل موج اضافه ولتاژ و همچنين شرايط محيطي (فشار ، آلودگي ، رطوبت ، ...) 5- داراي تأخير زماني متناسب با اضافه ولتاژ (عملكرد نامناسب در برابر اضافه ولتاژهاي با پيشاني تند) 6- پراكندگي زياد ولتاژ جرقه (بيش از 40%)

5-1-1- برقگیـر با مقاومت غیر خطی

همانطور که می دانیم این برقگیرها باید همانند یک مقاومت غیر خطی عمل کنند یعنی در برابر ولتاژ نامی شبکه امپدانس بالایی را از خود نشان دهند و در برابر ولتاژهای بالاتر از ولتاژ نامی شبکه امپدانس کمی را از خود نشان دهند تا تخلیه صورت گیرد . لذا قرص های اکسید روی بکار رفته در برقگیر و ارسترهای امروزی در واقع نقش مقاومت غیر خطی را بازی می کنند که دارای جریان نشتی بسیار کمی می باشند . لذا به روی این قرص ها ولتاژ تقسیم می گردد . حال اگر میدان غیر یکنواخت باشد قاعدتاً تقسیم ولتاژ بر روی قرص ها یکسان نخواهد بود ؛ در این صورت یک قرص و به خصوص قرص های بالایی ولتاژ بالاتری را از سایر قرص ها متحمل می شوند و زودتر آسیب می بینند و این امر سبب عملکرد نادرست برقگیر می شود لذا اگر بتوانند به طریقی میدان را یکنواخت کنند . تقسیم ولتاژ بین قرص ها شکل متعادل تری را به خود می گیرد و قاعدتاً عمر قرص ها افزایش می یابد و عملکرد برقگیرها بهتر می گردد .برای این کار از وسیله ای به نام کروناگیر یا حلقه کرونا استفاده می کنند ؛ که در حقیقت هم میدان را به سمت یکنواختی سوق می دهد و هم تقسیم ولتاژ را به روی قرص ها به حالت متعادلی نزدیک می نماید . حلقه کرونا یا کروناگیر : برقگیرها در قسمت فوقانی خود مجهز به یک وسیله حلقه ای شکل هستند که این وسیله به حلقه کرونا یا کروناگیر معروف می باشد . همانطور که می دانیم پدیدة کرونا تخلیه الکتریکی ناقص در یک میدان غیر یکنواخت می باشد . در پستهاي فشار قوی این پدیده بالاخص در محل های اتصال هادی ها به تجهیزات دیده می شود .

6-1-1- سیستم ترمینال سیم هوایی(کابل های معلق)

این نوع حفاظت بصورت استفاده از یک یا چند سیم هوایی در بالای ناحیه مورد حفاظت است . این سیم ها از طریق دکل هایی در دو طرف ناحیه مورد نظر قرار گرفته و از همان طریق نیز به زمین متصل می شوند . جهت نصب باید به این نکات توجه داشت : - قرار دادن صاعقه گیر بر روی دکل مربوطه - دو دکل جهت مهار کردن سیم - استفاده از یک یا چند هادی میانی - یک گیره تست برای هر هادی میانی جهت اندازه گیری مقاومت زمین - فاصله هادی میانی از اجسام فلزی باید 2 متر باشد - سیستم زمین جداگانه برای هر هادی میانی - هم پتانسیل سازی چاه های ارت

7-1-1- قفس فارادی

با گسترش ابعاد ساختمان ها و با توجه به محدوديت هاي ميله ساده ، قفس فارادي (Faraday Cage) جايگزين ميله هاي ساده فرانكليني شد ، امروزه نيز اكثر استانداردهاي جهاني استفاده از قفس فارادي را بهترين روش مي دانند . در اين روش سعي مي شود ساختمان را در قفسي از هاديهاي مسي يا فولادي محصور نمود .

8-1-1- سیستم ترمینال مش

این سیستم شامل چندین میله مهار شده و متصل به یکدیگر است که تمامی این میله ها توسط هادی بهم وصل شده و به زمین نیز متصل می شوند . جهت نصب باید به نکات زیر توجه داشت : - چندین میله مهار شده - یک شبکه متصل شده به میله ها - برای هر میله نیاز به یک هادی میانی است - هر هادی میانی نیاز به یک چاه ارت جداگانه دارد - هم پتانسیل سازی سیستم های زمین

2-1- برقگیر های فعال (Active)

برقگیر هایی که به واسطه انرژی دریافت شده از منبع خارجی و یا تولید شده بصورت خودکفا ، اثر پدیده هایی مثل point effect یا Corona Effect را تشدید می نماید ، تنوع وسیعی دارند . از انواع آنها می توان اتمی ، بادی (پیزوالکتریک) ، خورشیدی ، برقی ، خازنی و ... را نام برد . وابسته یا خودکفا : از نظر نیاز به انرژی ، صاعقه گیر های فعال به دو گروه تقسیم می شوند . آنهائیکه برای فعال شدن به یک منبع خارجی مثل باتری یا برق شهر محتاج هستند و بدون آن نمی توانند کار کنند و گروهی که انرژی را توسط یک مکانیسم داخلی از محیط اطراف دریافت می نمایند . نوع اول را وابسته و نوع دوم را خودکفا می نامند .

1-2-1-انواع صاعقه گیر های خودکفا

- صاعقه گیر های اتمی - صاعقه گیر های بادی یا پیزوالکتریک- صاعقه گیر های خورشیدی - صاعقه گیرهای الکترونیک خازنی – اتمسفریک امروزه بعلت وجود مشکلات مختلف در صاعقه گیرهای اتمی , بادی , خورشیدی , بیشتر از صاعقه گیرهای الکترونیک خازنی (بدلیل استفاده از تکنولوژی روز دنیا) استفاده می گردد . که به بررسی عملکرد آن ها می پردازیم .

2-2-1- برقگیرهای الکترونیک خازنی - اتمسفریک

مکانیسم عملکرد این برقگیر بر اساس وجود پتانسیل الکتریکی اتمسفر طراحی شده و انرژی مورد نیاز خود را بطور طبیعی از میدان الکتریکی اتمسفر دریافت می کنند و در صورتی که شرایط جوی فاقد پتانسیل الکتریکی باشد این صاعقه گیر همانند یک برقگیر ساده است و فعالیتی ندارد . واحد حس کننده این صاعقه گیر وقتی انرژی الکتریکی اتمسفر فراتر از حد معینی ( مثلاً 5 کیلو ولت بر متر ) می رود ، واحد شارژ را برای جمع آوری انرژی بکار می اندازد . این واحد تا پر شدن خازنهای یک مدار الکترونیکی بکار ادامه می دهد . همین واحد وقتی میزان پتانسیل اتمسفر از حد معینی ( نزدیک به وقوع صاعقه مثلاً در حدود 100 کیلو ولت بر متر ) گذر نماید ، واحد شارژ دستور تخلیه خازنها را به الکترود میانی متصل به زمین می دهد . اینکار باعث یونیزاسیون هوای اطراف صاعقه گیر خواهد شد . اینکار بصورت متوالی تکرار شده و با افزایش پتانسیل اتمسفر شدت می یابد . روش عملکرد این نوع صاعقه گیر بعلت وابستگی مطلق به شرایط جوی منطقه صاعقه خیز ، بهترین کارآیی را داراست . این سیستم درست قبل از حدوث صاعقه محتوی الکتریکی اتمسفر را بطور ناگهانی افزایش داده و این تغییر وضعیت توسط واحد جرقه زن ، حس و کنترل می شود . صاعقه گیرهای الکترونیکی انرژی موجود در هوای متلاطم پیش از طوفان را که حدود چندین هزار ولت بر هر متر است جذب و در واحدهای جرقه زن ذخیره می نماید و در نهایت واحد جرقه زن با تخلیه بار الکتریکی خازنها بین الکترودهای فوقانی و الکترود مرکزی اش هوای اطراف را یونیزه می کنند . چگونگی عملیات یونیزاسیون در نوک صاعقه گیر : آزاد سازی کنترل شده یون : واحد جرقه زن(TRIGGERING) شرایطی را ایجاد می کند تا چشمه جوشانی از یون در اطراف میله نوک تیز فراهم شود . دقت عمل این واحد باید به گونه ای کنترل شده باشد که آزاد سازی یون ها را درست چند میکرو ثانیه قبل از وقوع تخلیه صاعقه صورت دهد . حضور حجم وسیع بارهای الکتریکی در اطراف صاعقه گیر و ازدیاد ناگهانی میدان الکتریکی محیط قبل از صاعقه ، باعث می شود که زمان تولید کرونا (Corona Effect Triggering) بسیار کوتاه شود . - صاعقه گیر باید طوری طراحی شده باشد که عملاً حمله ای که از نوک برقگیر به ابر می رود زودتر از حملاتی باشد که از هر نقطه مرتفع دیگری ممکن است به ابر فرستاده شود . - مقاومت الكترود زمين صاعقه گير مي بايست زير 10 اهم باشد و پس از اجرا به شبكه هم پتانسيل كل سايت متصل شود . - در اجراي الكترود زمين هر صاعقه گير مي بايست از اقلامي چون صفحه هاي مسي ، مواد كاهنده مقاومت (LOM) ، اتصالات جوش انفجاري استفاده نمود . - صاعقه گير پس از نصب روي ساختمان ، مي بايست بوسيله هادي هاي مياني Down Conductor از طريق سيم مسي بدون روكش به سيستم زمين متصل گردد . نام اصلي اينگونه صاعقه گير ها (ESE (Early Streamer Emission مي باشد . اساس كار اينگونه صاعقه گيرها بدين صورت است كه با ايجاد گوي يونيزه شده در اطراف صاعقه گير ، جريانات صاعقه امكان اصابت به محدوده داخلي را نداشته و به جلد خارجي اين گوي اصابت مي كنند . این صاعقه گیرها دارای مشخصه هایی هستند که در هنگام تهیه باید به آن ها توجه نمود . یکی از مشخصه های مهم در و تاثیرگذار ، زمان فعال سازي يا Advanced Time است كه با T∆ شناخته مي شود . عبارتست از زماني كه صاعقه گير سريعتر از يك برقگير معمولي عمل مي كند . با توجه به اينكه سرعت جريان بالارونده درحدود يك ميكروثانيه در متر مي باشد لذا پارامتر ديگري به نام L∆ مطرح مي گردد كه عبارتست از شعاع گوي يونيزه شونده . V=∆L / ∆T =1 m ⁄ μs→if (∆T=30 μs)→ ∆L=30 m بر اساس مطالب فوق صاعقه گيري با زمان فعال سازي 30 ميكروثانيه ، داراي شعاع گوي يونيزه شونده 30 متري مي باشد .

3-1- عوامل مهم در آسيب ديدگي برقگيرها

عملاً عوامل زيادي در آسيب ديدگي برقگيرها نقش داشته و مي توانند بر کارائي آنها تاثير گذاشته و حتي منجر به ترکيدن برقگيرها شوند . مهمترين عوامل آسيب ديدگي برقگيرها عبارتند از : 1- نفوذ رطوبت و آلودگي 2- اضافه ولتاژهاي گذرا و موقتي 3- استفاده نا مناسب از برقگير 4- عدم انطباق شرايط بهره برداري با مشخصه برقگير (طراحي غلط)

صاعقه گیرهای میله ای ELLIPS و Paraton@ir که از سوی شرکت LPS ارائه گردیده است ، حاصل سال ها تجربه و آزمایش های گسترده در آزمایشگاه ها و در شرایط واقعی رعد و برق می باشند . قسمت اعظم این صاعقه گیرها از آلیاژ آلومینیوم و مواد پلیمری ثبت شده ، تشکیل شده است . صاعقه گیرهای Paraton@ir که از محصولات نسل جدید شرکت LPS فرانسه می باشند , بدون هیچ گونه خطایی در عملکرد ، قابل اطمینان ترین و با دوام ترین محصولات موجود در بازار می باشند . تمامی صاعقه گیرهای میله ای شرکت LPS توانایی تست سیمی و تست از راه دور (توسط ریموت کنترلر) جهت اطمینان از صحت عملکرد صاعقه گیر را دارند . این صاعقه گیرها جهت هماهنگی بیشتر با محیط پیرامون در 8 رنگ مختلف عرضه می شوند که از نظر عملکرد هیچ تفاوتی با هم ندارند . از دیگر ویژگی های این صاعقه گیرها می توان به موارد زیر اشاره نمود : - تکنولوژی انحصاری - مطابق با استاندارهای بین المللی EN , UNE , NFC - بدون تداخل الکترومغناطیسی - 15سال گارانتی شرکت برنانيرو کاران(برنیکا) با تکيه بر تجربه 40 ساله بازرگاني ريحاني يزدي مبني بر تهيه کالا با کیفیت تاییده شده ، استاندارد و همگام با علم و تکنولوژی روز و ارائه خدمات پس از فروش اصولی و مطابق با نیاز مشتری با داشتن تجارب گسترده ، توانمندی بالا ، بهره مندی از کادری پویا و به روز و همچنین دارا بودن نمایندگی انحصاری شرکت ELLIPS و Paraton@ir در زمینه خرید ، فروش ، مشاوره و پخش تجهیزات صنعتی و انواع صاعقه گیر الکترونیکی ، صاعقه گیر خازنی ، صاعقه گیر فرانسوی Lightning Protection System فعالیت دارد .

  • 1- کتاب مرجع سیستم های حفاظت در برابر صاعقه
  • 2- تجارب دوستان و همکاران در محیط های صنعتی
  • 3- lightning protection systems website
  • 4- سایت اینترنتی wikipedia