هدف از برق گیر چیست؟

آیا تا به حال به این فکر کرده اید که خطوط انتقال برق چگونه در برابر صاعقه مقاومت می کنند؟ برقگیرها قهرمانان گمنامی هستند که از تجهیزات در برابر ضربه های ولتاژ بالا محافظت می کنند. این دستگاه ها نقش مهمی در حفاظت دارند تجهیزات خط انتقال نیرو از گذرگاه های الکتریکی. در این پست با سرج ارسترها، هدف و اهمیت آنها در حفظ پایداری سیستم و جلوگیری از خرابی تجهیزات آشنا خواهید شد.

آشنایی با برقگیرها

تعریف و کارکرد

برق گیر وسیله ای است که برای محافظت از تجهیزات الکتریکی در برابر ضربه های ناگهانی ولتاژ بالا طراحی شده است. این سنبله‌ها که اغلب در اثر برخورد صاعقه یا عملیات سوئیچینگ در سیستم‌های قدرت ایجاد می‌شوند، می‌توانند به اجزای حساس آسیب بزنند یا از بین ببرند. برقگیر با منحرف کردن ولتاژ اضافی از تجهیزات و هدایت ایمن آن به زمین کار می کند.

در ولتاژهای معمولی، برقگیر غیرفعال می ماند و هیچ تداخلی برای سیستم ایجاد نمی کند. هنگامی که افزایش ولتاژ رخ می دهد، به سرعت رسانا می شود و مسیری با مقاومت کم ایجاد می کند که جریان ولتاژ را به زمین منتقل می کند. این عمل از عبور ولتاژ گذرا و آسیب رساندن به تجهیزات متصل جلوگیری می کند.

اجزای کلیدی برقگیرها

برقگیرها معمولاً از چندین جزء حیاتی تشکیل شده اند که عملکرد حفاظتی آنها را فعال می کنند:

• واریستور اکسید فلز (MOV):  این جزء نیمه هادی مقاومت را بر اساس ولتاژ تغییر می دهد. تحت ولتاژ معمولی، به عنوان یک عایق عمل می کند. هنگامی که ولتاژ افزایش می یابد، مقاومت آن به شدت کاهش می یابد و اجازه می دهد تا جریان از طریق آن به زمین برسد.

• لوله تخلیه گاز (GDT):  یک لوله مهر و موم شده پر از گاز است که در جریان رویدادهای ولتاژ بالا یونیزه می شود و اجازه عبور جریان و منحرف کردن نوسانات را می دهد.

• فیوزهای حرارتی یا مدار شکن:  این وسایل ایمنی برقگیر را در صورت گرم شدن بیش از حد یا خرابی قطع می کنند و از خطرات آتش سوزی جلوگیری می کنند.

• محفظه:  محافظت فیزیکی و عایق برای اجزای داخلی، تضمین دوام و ایمنی.

برخی از برقگیرها این اجزا را برای بهینه سازی عملکرد ترکیب می کنند. به عنوان مثال، MOV ها پاسخ سریع را ارائه می دهند، در حالی که GDT ها نوسانات جریان بالاتر را مدیریت می کنند اما کمی کندتر پاسخ می دهند. آنها با هم، حفاظت جامع را ارائه می دهند.

هدف از برقگیر

حفاظت در برابر گذراهای الکتریکی

برقگیرها نقش مهمی در محافظت از سیستم های الکتریکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ به نام گذرا ایفا می کنند. این گذرا اغلب به دلیل برخورد صاعقه در نزدیکی یا عملیات سوئیچینگ در سیستم های قدرت ایجاد می شود. هنگامی که چنین موجی رخ می دهد، می تواند آسیب شدیدی به تجهیزات الکتریکی وارد کند و منجر به تعمیرات یا تعویض پرهزینه شود.

هدف اصلی یک برقگیر این است که تشخیص دهد چه زمانی ولتاژ از حد طبیعی فراتر رفت و سپس انرژی اضافی را به سرعت به زمین منتقل کند. با انجام این کار، از رسیدن ولتاژ بالا به اجزای حساس که در غیر این صورت ممکن است تخریب یا تخریب شوند، جلوگیری می کند. این حفاظت طول عمر و قابلیت اطمینان دستگاه های الکتریکی، به ویژه دستگاه های موجود در سیستم های انتقال نیرو را تضمین می کند.

برخلاف عایق ها یا قطع کننده های مدار که در برابر جریان اضافه یا خطاهای مداوم محافظت می کنند، برقگیرها به طور خاص از اضافه ولتاژهای گذرا محافظت می کنند. آنها برخورد مستقیم صاعقه به هادی را متوقف نمی کنند، بلکه به طور موثر موج های ناشی از رعد و برق در نزدیکی یا رویدادهای سوئیچینگ را مدیریت می کنند. این تمایز مهم است زیرا این رویدادهای گذرا اغلب در سیستم‌های قدرت اتفاق می‌افتند و می‌توانند در طول زمان باعث آسیب تجمعی شوند.

نقش در تجهیزات خط انتقال نیرو

در خطوط انتقال برق، برقگیرها به صورت استراتژیک در نقاطی که هادی ها وارد تجهیزات می شوند، مانند ترانسفورماتور یا تابلو برق، نصب می شوند. آنها هم به هادی و هم به زمین متصل می شوند و مسیری برای تخلیه ایمن جریان های موج ایجاد می کنند. این راه‌اندازی تضمین می‌کند که هر ولتاژ گذرا در اطراف تجهیزات به جای عبور از آن، دور زده می‌شود.

خطوط انتقال برق اغلب فواصل طولانی را در بر می گیرند و آنها را در برابر نوسانات ناشی از فعالیت الکتریکی اتمسفر آسیب پذیر می کند. بدون برقگیر، این سرج ها در طول خطوط حرکت می کنند و به ترانسفورماتورها، عایق ها و سایر اجزای حیاتی آسیب می رسانند. با نصب سرج ارستر در دو سر یک هادی، سیستم حفاظتی جامع در برابر این حوادث گذرا به دست می آورد.

علاوه بر این، برقگیرها با جلوگیری از خرابی تجهیزات به حفظ پایداری سیستم و کاهش زمان خرابی کمک می کنند. این امر به ویژه در شبکه های انتقال فشار قوی بسیار مهم است، جایی که قطع برق می تواند مناطق وسیعی را تحت تاثیر قرار دهد و ضرر اقتصادی قابل توجهی ایجاد کند.

انواع برقگیر

برقگیرها انواع مختلفی دارند که هر کدام برای سطوح ولتاژ و کاربردهای خاصی در سیستم های قدرت طراحی شده اند. درک تفاوت های آنها به انتخاب برقگیر مناسب برای محافظت موثر تجهیزات کمک می کند.

برقگیرهای ولتاژ پایین

این برقگیرها در سیستم های توزیع ولتاژ پایین معمولاً تا 1000 ولت استفاده می شوند. آنها از وسایل الکتریکی و سیم پیچ ترانسفورماتورهای ولتاژ پایین در برابر اضافه ولتاژهای گذرا محافظت می کنند. معمولاً در ساختمان‌های مسکونی و تجاری یافت می‌شوند و اطمینان می‌دهند که دستگاه‌های حساس در برابر امواج ناشی از صاعقه یا عملیات سوئیچینگ محافظت می‌شوند.

برقگیرهای ولتاژ پایین اغلب از وریستورهای اکسید فلزی (MOV) به دلیل پاسخ سریع و بستن موثر در ولتاژهای پایین تر استفاده می کنند. آنها معمولاً در ورودی سرویس یا نزدیک تجهیزات حیاتی نصب می شوند تا از رسیدن ولتاژ به دستگاه های پایین دست جلوگیری کنند.

دستگیره های توزیع

برقگیرهای توزیع در سیستم های توزیع برق با ولتاژ متوسط ​​کار می کنند که به طور کلی از 3 کیلو ولت تا 10 کیلو ولت متناوب متغیر است. نقش اصلی آنها محافظت از ترانسفورماتورهای توزیع، کابل ها و تجهیزات نیروگاه در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ است.

این برقگیرها می توانند سطوح انرژی بالاتری نسبت به انواع ولتاژ پایین داشته باشند و اغلب بر روی تیرهای برق یا پست ها نصب می شوند. آنها معمولاً MOV ها و لوله های تخلیه گاز (GDT) را ترکیب می کنند تا هم پاسخ سریع و هم ظرفیت جریان موج بالا را ارائه دهند. با محافظت از ترانسفورماتورها و کابل ها، آنها به حفظ توزیع قابل اعتماد برق کمک می کنند.

نوع ایستگاهی دریچه گیرهای مشترک

این برقگیرها برای کاربردهای ولتاژ بالا، حفاظت از تجهیزات ایستگاه ترانسفورماتور و سیستم های ارتباطی طراحی شده اند. آنها محدوده ولتاژ وسیعی از حدود 3 کیلو ولت تا 220 کیلو ولت یا بالاتر را پوشش می دهند.

برقگیرهای نوع ایستگاهی معمولاً از چندین عنصر سوپاپ ساخته شده از وریستورهای اکسید فلزی تشکیل شده اند که به صورت سری چیده شده اند. این طراحی به آن‌ها اجازه می‌دهد تا ولتاژهای بسیار بالا و جریان‌های موج بزرگ را با خیال راحت مدیریت کنند. آنها در پایانه های ترانسفورماتور، تابلو برق و سایر نقاط مهم در پست ها نصب می شوند تا از تجهیزات گران قیمت در برابر نوسانات مخرب محافظت کنند.

انواع تخصصی دیگر عبارتند از:

• مهار کننده های شیر دمنده مغناطیسی:  برای سیستم های ارتباطی و ترانسفورماتورهای بزرگ از 35 کیلو ولت تا 500 کیلو ولت استفاده می شود.

• مهار کننده های حفاظتی خنثی:  برای محافظت از عایق بر روی خنثی های موتور یا ترانسفورماتور نصب می شوند.

• مهار کننده های سیگنال و ارتباط:  خطوط داده، کابل های کواکسیال و تجهیزات ارتباطی را از نوسانات محافظت می کند.

هر نوع هدف منحصر به فردی را انجام می دهد و حفاظت متناسب با سطح ولتاژ و حساسیت تجهیزات را ارائه می دهد. انتخاب و نصب مناسب، مهار موثر نوسانات و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می کند.

برقگیرها چگونه کار می کنند

مکانیسم عمل

برقگیرها با واکنش فوری به نوسانات ولتاژ از سیستم های الکتریکی محافظت می کنند. به طور معمول، آنها مانند یک مدار باز عمل می کنند و اجازه می دهند الکتریسیته بدون تداخل از سیستم عبور کند. هنگامی که یک موج ناگهانی اتفاق می افتد - ناشی از صاعقه یا عملیات سوئیچینگ - برقگیر ولتاژ بالا را تشخیص می دهد و به سرعت رسانا می شود.

این تغییر مسیری با مقاومت کم ایجاد می کند که جریان اضافی را به طور ایمن به زمین هدایت می کند و از رسیدن و آسیب رساندن به تجهیزات حساس جلوگیری می کند. کلید این عملکرد در اجزایی مانند وریستور اکسید فلزی (MOV) نهفته است، که هنگامی که ولتاژ از یک آستانه خاص فراتر می رود، مقاومت خود را به شدت کاهش می دهد. این پاسخ سریع به گیره کردن ولتاژ به سطح ایمن‌تر کمک می‌کند.

لوله های تخلیه گاز (GDTs) همچنین با یونیزه کردن گاز داخل هنگام افزایش ولتاژ، اجازه عبور جریان و انحراف آن را ایفا می کنند. با این حال، GDT ها کمی کندتر از MOV ها پاسخ می دهند، اما می توانند جریان های موج بزرگتری را مدیریت کنند. ترکیب این اجزا هم واکنش سریع و هم ظرفیت بالایی برای مدیریت موثر گذرا فراهم می کند.

توانایی برقگیر برای تغییر حالت از حالت غیر رسانا به حالت رسانا در طول نوسانات، تضمین می کند که عملکرد عادی بدون تاثیر ادامه می یابد، در حالی که رویدادهای ولتاژ بالا به طور ایمن مدیریت می شوند.

نصب و اتصال در سیستم های قدرت

برقگیرها در نقاط بحرانی سیستم های قدرت نصب می شوند، معمولاً در جایی که هادی ها وارد تجهیزاتی مانند ترانسفورماتور یا تابلو برق می شوند. آنها بین هادی و زمین ارت وصل می شوند و یک مسیر شانت محافظ را تشکیل می دهند.

با قرار دادن برقگیرها در نزدیکی تجهیزات، هرگونه ولتاژ گذرا قبل از ایجاد آسیب منحرف می شود. غالباً برقگیرها در دو سر یک هادی مخصوصاً در خطوط انتقال طولانی نصب می شوند تا حفاظتی جامع در برابر نوسانات القا شده در هر نقطه از خط ایجاد کنند.

در سیستم های ولتاژ بالا، اتصال زمین مناسب ضروری است. برقگیر باید یک اتصال با امپدانس کم به زمین داشته باشد تا از خروج سریع و ایمن جریان سرج اطمینان حاصل شود. اتصال زمین ضعیف می تواند کارایی برقگیر را کاهش دهد و خطر را برای تجهیزات افزایش دهد.

نصب همچنین ولتاژ سیستم، شرایط محیطی و هماهنگی با سایر وسایل حفاظتی را در نظر می گیرد. به عنوان مثال، در شبکه های توزیع، برقگیرها بر روی تیرها یا پست ها نصب می شوند، در حالی که در سیستم های ولتاژ پایین، ممکن است در نزدیکی ورودی های سرویس یا الکترونیک حساس نصب شوند.

نصب و نگهداری صحیح اطمینان حاصل می کند که برقگیرها عملکرد قابل اعتمادی دارند، عمر تجهیزات را افزایش می دهند و زمان خرابی را کاهش می دهند.

مشخصات و استانداردها

ولتاژ بستن و رتبه بندی ژول

ولتاژ گیره که ولتاژ عبوری نیز نامیده می شود، مشخصات کلیدی است که هنگام فعال شدن برقگیر تعیین می کند. این سطح ولتاژ است که اجزای محافظ برقگیر را برای هدایت و منحرف کردن نوسان تحریک می کند. ولتاژ گیره کمتر به معنای محافظت بهتر است، زیرا ولتاژ سنبله به تجهیزات شما را محدود می کند. با این حال، ولتاژهای بسیار کم گیره ممکن است طول عمر برقگیر را کاهش دهد، زیرا اغلب باعث تحریک می شود.

به عنوان مثال، در یک سیستم 120 VAC، ولتاژهای معمول گیره 330، 400 یا 500 ولت هستند. اگر یک محافظ برق دارای ولتاژ گیره 330 ولت باشد، به محض اینکه ولتاژ از آن سطح فراتر رفت، شروع به تغییر نوسانات نوسانی می کند. اما اگر ولتاژ گیره بیشتر باشد، مقداری از موج عبور می کند و به طور بالقوه دستگاه های حساس را تحت فشار قرار می دهد.

درجه بندی ژول اندازه گیری می کند که برقگیر چقدر انرژی می تواند بدون شکست جذب کند. این مانند 'ظرفیت' برقگیر برای مدیریت انرژی موج است. درجه بندی ژول بالاتر به این معنی است که دستگاه می تواند در برابر نوسانات بزرگتر یا مکرر مقاومت کند. به عنوان مثال، یک برقگیر با 1000 ژول می تواند انرژی بیشتری را نسبت به برق 500 ژول جذب کند و حفاظت طولانی تری ارائه دهد.

به خاطر داشته باشید، هر بار که برقگیر یک موج را جذب می کند، اجزای محافظ آن اندکی کاهش می یابد. با گذشت زمان، رتبه ژول به طور موثر کاهش می یابد. به همین دلیل است که بازرسی و تعویض منظم برای حفظ حفاظت مهم است.

استانداردهای صنعتی برای برقگیرها

برقگیرها برای اطمینان از ایمنی و عملکرد باید استانداردهای سختگیرانه صنعتی را رعایت کنند. این استانداردها روش های آزمایش، معیارهای عملکرد و الزامات ایمنی را تعریف می کنند.

برخی از استانداردهای شناخته شده عبارتند از:

• سری IEC 61643:  دستگاه‌های حفاظتی در برابر نوسانات ولتاژ پایین را پوشش می‌دهد و الزامات و آزمایش‌های دستگاه‌های متصل به شبکه‌های برق و مخابرات را مشخص می‌کند.

• UL 1449:  یک استاندارد کلیدی آمریکای شمالی برای دستگاه‌های محافظ برق، جزئیات عملکرد و تست‌های ایمنی. نسخه سوم آزمایش های دقیق تر و ویژگی های ایمنی بهبود یافته را معرفی کرد.

• سری ANSI/IEEE C62:  الزامات حفاظت از نوسانات، از جمله درجه بندی ولتاژ و شکل موج های آزمایشی را با تمرکز بر سیستم های قدرت تعریف می کند.

• EN 61643:  استاندارد اروپایی مطابق با الزامات IEC برای دستگاه های محافظ برق.

انطباق با این استانداردها تضمین می کند که برقگیرها می توانند به طور قابل اعتمادی از تجهیزات تحت شرایط ولتاژ واقعی محافظت کنند. با این حال، هیچ استانداردی محافظت کامل را در هر سناریو تضمین نمی کند. مهندسان اغلب تجزیه و تحلیل های تخصصی را برای انتخاب و نصب برقگیرهای مناسب برای محیط های خاص، به ویژه در مناطق با خطر صاعقه انجام می دهند.

کاربردهای برقگیر

استفاده در سیستم های ولتاژ پایین و بالا

برقگیرها در هر دو سیستم الکتریکی ولتاژ پایین و بالا نقش حیاتی دارند. در راه‌اندازی‌های ولتاژ پایین، مانند ساختمان‌های مسکونی یا تجاری، آنها از وسایل برقی، الکترونیک و سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور در برابر افزایش ولتاژ محافظت می‌کنند. این سنبله ها معمولاً از رعد و برق یا رویدادهای سوئیچینگ می آیند. برقگیرهای ولتاژ پایین معمولاً از وریستورهای اکسید فلزی (MOV) استفاده می کنند، زیرا آنها به سرعت واکنش نشان می دهند و ولتاژ را به طور موثر در سطوح پایین تر می بندند. آنها اغلب در نزدیکی ورودی های سرویس یا تجهیزات حساس نصب می شوند و قبل از اینکه باعث آسیب شوند، نوسانات را متوقف می کنند.

از سوی دیگر، سیستم های ولتاژ بالا مانند خطوط انتقال نیرو و پست ها نیز به برقگیرها متکی هستند. این دستگاه ها ولتاژها و نوسانات انرژی بسیار بیشتری را مدیریت می کنند. برقگیرهای نوع ایستگاه، ساخته شده از چندین عنصر سوپاپ که به صورت سری چیده شده اند، از ترانسفورماتورها و تابلو برق در برابر اضافه ولتاژهای گذرا محافظت می کنند. آنها در نقاط حساسی که هادی ها وارد تجهیزات می شوند نصب می شوند و موج های خطرناک را به طور ایمن به زمین منحرف می کنند. این از آسیب های پرهزینه و قطع برق جلوگیری می کند.

هر دو سیستم ولتاژ پایین و بالا با حفظ قابلیت اطمینان تجهیزات و کاهش زمان خرابی از برقگیرها بهره می برند. انتخاب مناسب به ولتاژ سیستم، انرژی موج مورد انتظار و حساسیت تجهیزات بستگی دارد.

کاربردهای تخصصی در سیستم های ارتباطی

برقگیرها همچنین از سیستم‌های ارتباطی محافظت می‌کنند که اغلب از الکترونیک حساس و کابل‌های طولانی آسیب‌پذیر در برابر نوسانات استفاده می‌کنند. برقگیرهای سیگنال و ارتباط از خطوط تلفن، دستگاه های فکس، مودم ها و شبکه های داده در برابر ولتاژهای گذرا محافظت می کنند. این برقگیرها از آسیب هایی که می تواند ارتباط یا یکپارچگی داده ها را مختل کند جلوگیری می کند.

برق گیرهای کابل کواکسیال از تجهیزات دریافت و انتقال بی سیم مانند گیرنده های ماهواره ای و ایستگاه های پایه سیار محافظت می کنند. آنها از طرح‌های تخصصی برای کنترل سیگنال‌های فرکانس بالا و در عین حال مسدود کردن نوسانات استفاده می‌کنند. برقگیرهای لوله فیبر از سیم کشی نیروگاه های متصل به دستگاه های ارتباطی محافظت می کنند.

برای سیستم های ارتباطی، برقگیرها باید ظرفیت خازنی کم و زمان پاسخ سریع داشته باشند تا از اعوجاج سیگنال جلوگیری شود. لوله‌های تخلیه گاز (GDT) به دلیل ظرفیت کم و جریان بالا، رایج هستند، اگرچه کمی کندتر از MOVها پاسخ می‌دهند.

به طور خلاصه، برقگیرها در زیرساخت های ارتباطی برای جلوگیری از خرابی تجهیزات، از دست دادن داده ها و وقفه های سرویس ناشی از نوسانات الکتریکی ضروری هستند.

نتیجه گیری

برقگیرها از سیستم های الکتریکی در برابر آسیب رساندن به ولتاژ محافظت می کنند و طول عمر و قابلیت اطمینان تجهیزات را تضمین می کنند. آنها ولتاژ اضافی را به طور ایمن به زمین هدایت می کنند و از آسیب ناشی از گذرا جلوگیری می کنند. با پیشرفت تکنولوژی، حفاظت از نوسانات حتی کارآمدتر خواهد شد. شرکت Denggao Electric Ltd.  برقگیرهای پیشرفته را با مزایای منحصر به فرد ارائه می دهد که ایمنی و عملکرد بهینه سیستم را تضمین می کند. محصولات آنها ارزش استثنایی را ارائه می دهند و از سیستم های ولتاژ پایین و بالا و شبکه های ارتباطی در برابر نوسانات الکتریکی محافظت می کنند.

سوالات متداول

س: هدف از برق گیر در تجهیزات خطوط انتقال برق چیست؟

الف: برقگیرها از تجهیزات خطوط انتقال نیرو در برابر افزایش ولتاژ با منحرف کردن ولتاژ اضافی به زمین محافظت می کنند و از قابلیت اطمینان سیستم اطمینان می دهند.

س: برقگیرها چگونه به تجهیزات خطوط انتقال نیرو کمک می کنند؟

A: آنها از آسیب ناشی از گذرا جلوگیری می کنند، طول عمر تجهیزات را حفظ می کنند و زمان خرابی تجهیزات خطوط انتقال نیرو را کاهش می دهند.

س: چرا برقگیرها برای تجهیزات خطوط انتقال نیرو حیاتی هستند؟

A: آنها در برابر حوادث گذرا مکرر محافظت می کنند و از آسیب تجمعی به تجهیزات خط انتقال برق جلوگیری می کنند.

س: برقگیرها در تجهیزات خطوط انتقال برق چه اجزایی را تشکیل می دهند؟

A: اجزای کلیدی شامل وریستورهای اکسید فلزی، لوله های تخلیه گاز و فیوزهای حرارتی هستند که حفاظت جامع برای تجهیزات خطوط انتقال نیرو را تضمین می کند.