برقگیر
برقگیرهای فشار قوی ، تخلیه اضافه ولتاژهای موجی تخلیه جوی ظاهر شده در هادی های خطوط انتقـــال و ایستگاه های فشار قوی را به زمین امکان پذیر ساخته و بلافاصله پس از برقراری جریان تخلیه جوی در فاصله زمانی چند میکرو ثانیه و کاهش دامنه ولتاژ موجی ، مسیر جریان تخلیـه در برقگیر قطع می شود . پس نتیجه می گیریم که بااستفاده از برقگیرها و قبول مقدار ریسک می‌توان سطح عایقی نجهیزات که از نظر اقتصادی خیلی مهم می باشد را تا حد مناسبی کاهش داد .
انواع برقگیرها :
برقگیرها را از نظر نوع ساخت می توان به گروههای زیر تقسیم کرد :
1- برقگیر بافاصله هوائی: (Gap Type Arrester )
این نوع برقگیر عبارتست از یک جفت الکترود که یکی از الکترودها به زمین و دیگری به فاز متصــل است و بین آنها فاصله هوائی وجود دارد . وقتی که ولتاژ بین الکترودها از ولتاژ شکست هوا بیشتر شد شکست الکتریکی در هوا صورت می گیرد . این نوع برقگیر ساده ترین نوع برقگیر است .
2- برقگیر میله أی یا آرماتور :
کلا جهت حفاظت ترانسفورماتور ها و زنجیره های ایزولاتور خطوط انتقال انرژی الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژ می توان از برقگیر میله أی استفاده کرد . بدان معنی که طول مقره را توسط دو میله فلزی شاخی شکل که در دو سر ایزولاتور نصب می شود بطور مصنوعی کوتاه می کنند . این وسیله عملاً برای حفاظت ایزولاتور به کار برده می شود و باعث می شود که جرقه و حرارت ناشی از آن از ایزولاتور دور نگه داشته شود در این صورت حرارت جرقه باعث صدمه زدن به ایزولاتور نمی شود . فاصله بین دو الکترود باید طوری انتخاب شود که در مقابل بیشترین مقدار ولتاژ سیستم استقامت کند ولی اضافه ولتاژ باعث تخلیه الکتریکی در آن شود . برای شروع تخلیه الکتریکی در فاصله هوائی حداقل باید یک الکترون آزاد در محل باشدت میدان الکتریکی زیاد موجود باشد . در این صورت بکمک میدان ، الکترون شتاب می گیرد و با اتمها و یا مولکولهای خنثی تصادم خواهد کرد . اگر شدت میدان الکتریکی بقدر کافی بزرگ باشد انرژی الکترونها بقدر کافی خواهد بود که اتمها و مولکولهای خنثی را یونیزه کند . این عمل بصورت بهمن و ار ادامه خواهد یافت تا مقدار زیادی از ذرات یونیزه در فضای بین دو الکترود بوجود آید و فاصله هوائی قابلیت هدایت جریان را بدست آورد و بعبارت دیگر تخلیه الکتریکی صورت گیرد .
3-برقگیر از نوع مقاومت غیر خطی یا برقگیر بافنتیل : (Non Linear resistor type arrester)
از برقگیر باید در موقع کار عادی شبکه جریان عبور نکند ، در ثانی برقگیر بایستی فقط در موقعی که شبکه دارای آنچنان ولتاژی است که برای دستگاههای الکتریکی مثل مقره و ترانسفورماتور خطرناک است عمل کند . در ثالث باید موقعی که ولتاژ شبکه به مقــــداری که دیگر خطرناک نیست رسید ، بلافاصله برقگیر جریان را قطع کند و شبکه را به حالت عادی خود برگرداند . تمام شرایط فوق در برقگیر بامقاومت غیر خطی جمع است . این نوع برقگیرها که به Valve Type معروف هستند در حال حاضر در شبکه از آنها استفاده می‌شود . این نوع برقگیر ها از یک یا چند خازن سری همراه بایک یا چند مقاومت غیر خطی تشکیل شده است . این خازنها ( فواصل هوائی ) لازمند تا در حالت کار عادی سیستم از عبور جریان الکتریکی به داخل برقگیرها جلوگیری شود . این مجموعه در داخل یک لوله مقره که طول آن بستگی به ولتاژ دارد قرار دارد . ولتاژ شبکه نمی تواند باعث شکست در فاصله هوائی بشود و مقاومت سری خیلی بالا است و جریان از برقگیر عبور نمی کند . در اثر اضافه ولتاژ در ترمینال برقگیر فاصله هوائی سری تحمل اضافه ولتاژ نداشته و جرقه در دو سر الکترود آن زده می شود و در همین حال مقاومت غیر خطی شدیدا کاهش می یابد و جریان به زمین تخلیه می شود . پس از تخلیه اضافه ولتاژ مقاومت برقگیر زیاد شده و جریان قطع برقگیر خاموش می شود . فاصله هوائی جرقه از دو الکترود که ممکن است نوک آن صاف و یا تیز باشد تشکیل شده و مقاومت های غیر خطی بصورت بلوکهای سیلندری از جنس سیلیکان کاربید ساخته می شود . ساختمان این برقگیرها طوری است که گازهای تولید شده در اثر جرقه به خارج هدایت می شود و به این وسیله سوپاپ تخلیه فشار گفته می شود . لازم به توضیح است که ممکن است در حین کار عادی شبکه در اثر اضافه ولتاژهای ولتاژ برقگیر جریانهای کمی از برقگیر عبور نموده که رفته رفته باعث ایجاد گاز می گردد . سوپاپ تخلیه فشار پس از اینکه فشار به حد معین رسید گازها را تخلیه و از منفجر شدن برقگیر جلوگیری می کند . معمولا در زیر هر برقگیر یک شمارنده وجود دارد که این شمارنده تعداد عملکردهای برقگیر را نشان می دهد یعنی هر بار که برقگیر اتصال به زمین انجام می دهد این شمارنده عمل کرده و یک شماره می اندازد لازم بذکر است که هر برقگیر برای کار در تعداد شماره های خاصی تنطیم شده است .
4-برقگیر از نوع اکسید روی :( (Gapless Zn oxide arrester (zno)
در چند سال اخیر برقگیرهائی باطرح کاملا جدید بانام برقگیرهای اکسید روی ساخته و به بازار عرضه شده است که از نظر طرح و نحوه کار کرد بابرقگیرهای دیگر متفاوت می باشد . در این نوع برقگیرها فاصله هوائی وجود نداشته و فقط از مقاومت نوع اکسید روی استفاده می شود . مقاومت اکسید روی کاملا غیر خطی می باشد . حذف فواصل هوائی ، مشخصات ولت ـ آمپر بی نهایت غیر خطی و ظرفیت حرارتی بالای دیسکهای zno و وجود یک سطح حفاظتی معین ، حذف تقریبی جریان نشتی و کاهش احتمال قطعی در شبکه ، افزایش ظرفیت جذب انرژی ، سادگی ساختمان و افزایش قابلیت اطمینان ، ایجاد حالت گذاری کمتر و غیره ویژگیهای ممتازی به برقگیر نوع zno داده است .
1-4انتخاب و محل نصب برقگیرها
هماهنگی عایقی بین سیستم حفاظت شونده و سیستم حفاظت کننده مسئله بسیار مهمی است . بدین معنی که سیستم حفاظت کننده باید به طور کامل از عهده حفاظت سیستم حفاظت شونده برآید و نیز خود ، محفوظ بماند . چون برقگیر بین یک سیم فاز و زمین وصل می شود لذا انتخاب ولتاژ نامی برقگیر بر اساس بیشترین ولتاژ فاز به زمین انجام می شود . ماکزیمم ولتاژ فاز به زمین غالبا در حالت اتصال کوتاه یکفاز بازمین به وجود می آید . البته مقدار این ولتاژ به چگونگی زمین کردن سیستم بستگی دارد مثلا در سیستمی که بطور موثر زمین شده است مقدار این ولتاژ به حدود 80% ولتاژ فاز به فاز می رسد و در سیستمی که اصلا زمین نشده است این ولتاژ به 100 می‌رسد . اصولا برقگیرها متناسب باماکزیمم اختلاف سطح در فرکانس نامی شبکه انتخاب می شوند . ماکزیمم مقدار این اختلاف سطح در هر حال نباید از 15/1 اختلاف سطح نامی شبکه تجاوز کند . در ضمن نوع شبکه ( زمین شده یا زمین نشده ) و در نتیجه مقدار از دیاد ولتاژهای فازهای سالم در اثر زمین شدن یکی از فازها نیز در انتخاب ولتاژ برقگیر و عملکرد صحیح برقگیر بسیار موثر است . در شبکه های زمین نشده و یا شبکه هائی که نقطه صفر ستاره آن باسلف زمین شده اند معمولا اختلاف سطح برقگیر که بین سیم فاز و زمین بسته می شود برابر اختلاف سطح فاز به فاز شبکه انتخاب می‌شود . در شبکه های زمین شده اختلاف سطح برقگیرها معمولا برابر 80 % اختلاف سطح فاز به فاز شبکه انتخاب می شود . برقگیرها بادو جریان ضربه أی نامی 5 KA ، 10 KA ساخته می شوند که معمولا 5KA آن بیشتر مواقع کافی است و فقط در مناطق بارعد و برق و صاعقه های پی در پی شدید که برقگیر متوالیاً تحت فشار قرار می گیرد برقگیرهای باجریان ضربه أی 10KA مناسبتر می باشند . در تأسیسات و پست های فشار قوی برقگیرها در ابتدای خطوط انتقال وارد شده به پست و نیز در کنار ترانسفورماتور های قدرت و راکتورها و خازنها نصب می گردند و بعضی اوقات ممکن است روی باس بارها نیز نصب گردند ولی محل دقیق برقگیرها باید محاسبه شود .
2-4پارامترهای اساسی در انتخاب برقگیر :
برقگیرها که معمولا از نوع بدون فاصله هوایی بامقاومت غیر خطی آن بیشتر استفاده می شود دارای پنج مشخصه اصلی که جهت تعیین آنها به کار برده می شود هستند که ذیلاً این پنج مشخصه اصلی شرح داده خواهد شد
1-2-4 سطح حفاظت مورد نیاز برقگیر: (PROTECTION LEVEL): عبارتست از مقدار ولتاژی که برقگیر تجهیزات فشار قوی را در برابر آن محافظت می کند . که آنرا باpL نمایش می دهند و مقدار آن از رابطه زیر بدست می آید : PL 0.8 BIL که در آن BIL سطح عایقی تجهیزات می باشد .
2-2-4 حداکثر ولتاژ کار مداوم برقگیر : MAXIMUM CONTINUOS OPERTING VOLTAGE V برای آنکه ولتاژی که باعث اضافه ولتاژ می شود باعث داغ شدن برقگیر نشود حداکثر ولتاژ مداوم کار برقگیر را تعریف می کنند که از رابطه زیر بدست می آید : U که در آن حداکثر ولتاژ مجاز می باشد که از جدول (1ـ6 ) بدست می آید .
3-2-4
Un(Kv) 20 63 132 230 400 Unmax (Kv) 24 72.5 145 245 420 - جریان تخلیه موجی برقگیر :Id جریانی است که حاصل تخلیه جوی می باشد . و برقگیر آنرا به زمین عبور می دهد . به عبارت دیگر عبارتست از مقدار پیک جریان تخلیه که برقگیر می تواند از خود عبور دهد بدون اینکه خسارت ببیند . مقادیر نرم شده برای جریان تخلیه برقگیر طبق استاندارد IEC برابر است با: (5/1 – 5/2 – 5 – 10 – 20- 25) KA این جریانها باشکل موج بافرم ms 20/8 در نظر گرفته می شود .
4-2-4 ولتاژ سیکلیک برقگیر : ولتاژی که برقگیر می تواند در مدت اتصالی مداوم تحمل کند را ولتاژ سیکلیک یا ولتاژ زمان اتصال گویند و از رابطه زیر بدست می آید : Kg ضریب زمین می باشد که معمولا 4/1 در نظر گرفته می شود .
5-2-4 فاصله سطحی یا خزشی برقگیر : این فاصله باتوجه به فرمول بدست می آید . در فرمول فوق و a به ترتیب ماکزیمم ولتاژ مجاز و ضریب آلودگی می باشد که از جدول و (2-6 ) بدست می آید . مناطق از نظر آلودگی ضریب آلودگی (m m/Kv ) a بدون آلودگی یا کم اهمیت 16 سبک 20 سنگین 25 خیلی سنگین 31 جدول (2ـ6) 5-7- ولتاژ اسمی برقگیر : مهمترین خصوصیت برقگیرها ، قطع شرایط تخلیه همزمان باتبدیل جریان موجی به جریان سینوسی فرکانس 50 هرتز می باشد . همزمان بابرقراری جریان سینوسی فرکانس 50، مقدار این جریان توسط مقاومت غیر خطی سری بافواصل هوایی محدود گردیده ، در فاصله 4ـ3 میلی ثانیه قطع می گردد . جریان سینوسی فرکانس 50 برقرار شده در فاصله زمانی فوق پس از جریان تخلیه موجی به جریان باقیمانده برقگیر یا Follow Current موسوم می باشد . جریان باقیمانده هنگامی قطع خواهد گردید که ولتاژ ظاهر شده در محل برقگیر از ولتاژ مشخص و استاندارد تعیین شده جهت برقگیرها موسوم به ولتاژ اسمی کمتر می باشد . ولتاژ اسمی برقگیر شرایط قطع جریان تخلیه را مشخص ساخته ، کمیت اصلی کنترل کننده جریان باقیمانده می باشد . به منظور قطع جریان باقیمانده لازم است ولتاژ اسمی برقگیر همواره بیشتر از ولتاژ فاز به زمین شبکه در محل برقگیر باشد . به منظور اطمینان از فراهم گشتن شرایط قطع جریان تخلیه در برقگیر ، افزایش احتمالی ولتاژ فاز به زمین در محل برقگیرها یا اضافه ولتاژ موقت در نظر گرفته می شود . ولتاژ اسمی برقگیر لازم است بیش از اضافه ولتاژ موقت ظاهر شده در محل برقگیر در جهت برقراری جریان تخلیه در آن باشد . جریان تخلیه برقگیر در استاندارد IEC مقادیر 5/1 ، 5/2 ، 5 ، 10، 20 کیلو آمپر می باشد . مقدار جریان تخلیه به خصوصیات جغرافیایی منطقه و ناحیه نصب برقگیر و ولتاژ اسمی ایستگاه بستگی دارد در ردیف ولتاژهای اسمی از برقگیرها باجریان تخلیه 10ـ 20 کیلو آمپر استفاده می‌شود . حداکثر ولتاژ سینوسی فاز ـ زمین بارابطه زیر مشخص می شود : 6-7- حفاظت در مقابل صاعقه : پست‌های فشار قوی که در هوای آزاد نصب می شوند باید دارای تأسیساتی برای حفاظت در مقابل برخورد مستقیم صاعقه باشند ، زیرا برقگیرهائی که در پست نصب می شوند ، فقط جلوی امواج سیار را که بوسیله سیم های انتقال انرژی بداخل پست هدایت می شوند را می گیرند . برای جلوگیری از برخورد مستقیم صاعقه به تاسیسات پست فشار قوی از سیم زمین ( گارد ) استفاده می شود که در بلندترین نقاط دکلها کشیده می شود . این نوع برقگیرهای سیمی اغلب در اثر برخورد صاعقه قطع می شوند و بااتصال به قطعات زیر ولتاژ باعث اتصال کوتاه لحظه أی یک فاز ه می شوند که چون سیم می سوزد خود به خود این اتصالی هم بر طرف می شود . برای سیم های برقگیر یا به عبارت دیگر صاعقه گیر اغلب از جنس آلومینیوم فولاد استفاده می شود. در بعضی از تاسیسات جدید از میله های بلند برقگیر به جای سیم استفاده می شود که در روی دکلهای بلند نصب می شوند . این برقگیرها معمولا از لوله آهن سفید است و در تاسیسات بزرگ و گسترده کافی و کاملا موثر نیست . 7-7- انتخاب نوع و پارامترهای اساسی برقگیر پست کمال آباد: با توجه به اینکه پست مورد نظر در منطقه أی باآلودگی سبک قرار دارد بنابراین ضریب آلودگی برابر =20(mm/Kv) خواهد بود . ضریب زمین Kg برابر با4/1 در نظر گرفته شده است و حداکثر ولتاژهای مجازKv ( 5/72 , 245 ( انتخاب می شوند ضمنا BIL ( ایزولاسیون داخلی تجهیزات ) برای ردیف ولتاژهای سیستم به ترتیب زیر بدست آمده است . ـ BIL برای ردیف KV 230 : 1050KV ـ BIL برای ردیف Kv 63 : 325KV 325Kv حال به انتخاب و محاسبه پارامترهای اساسی برقگیر پست می پردازیم . الف ـ سطح محافظت برقگیر 1-برای سطح Kv 230 : 2-برای سطح KV 63 : ب ـ حداکثر ولتاژ مداوم کار برقگیر : 1ـ‌در سطح KV 230 : 2ـ در سطح KV 63 : ج ـ جریان تخلیه موجی برقگیر 1ـ برای ردیف ولتاژ Kv 230 : KA 20 = 2ـ برای ردیف ولتاژ Kv 63 : د ـ ولتاژ سیکلیک برقگیر : 1ـ در ردیف ولتاژ Kv 230 : 2ـ در ردیف ولتاژ Kv 63 : ه ـ فاصله سطحی برقگیر : 1ـ برأی سطح ولتاژ Kv 230 : 2-برای سطح ولتاژ Kv 63 : حداکثر ولتاژ سینوسی فاز ـ زمین : 1- برأی ردیف ولتاژ Kv 230 : 2-برای ردیف ولتاژ Kv 63 : : - برای این پست برقگیر نو( Zno)تیپ برقگیر MAM-PC(s)SURGE-MITSUEISHI Valve _ type arrester مدل TRIDELTA AG انتخاب شده است که مشخصات نرم شده پارامترهای اساسی آن را به ازای ردیف ولتاژهای مختلف آورده شده است .
1- مشخصات برقگیر طرف KV 230 : _ Rated Voltage : 198 KV _ Min – Power frequency spark over voltage : 297 kv -Max . lightning impulse spark over voltage : 475kv Max . spark over switching impulse voltage :508 kv Max .
residual voltage at lightning cu rrent impulse : 475 kv Current impulse : 20 KA
2- مشخصات برقگیر طرف
Kv 63 : -Rated Volt age : 60 kv -Min . Power frequency spark over voltage : 90 kv Max . lightning impulse spark over voltage : 161 kv Max . spark over switching impulse voltage :171 kv Max . residual voltage at lightning current impulse : 143 kv
