**همه چیز درباره برقگیر و انواع آن**
برقگیر یک وسیله ایمنی بسیار مهم است که از ساختمان‌ها، دکل‌ها و تجهیزات الکتریکی در برابر صاعقه محافظت می‌کند. وقتی رعد و برق رخ می‌دهد، برقگیر مانند یک مسیر امن عمل می‌کند و جریان بسیار قوی صاعقه را به داخل زمین هدایت می‌کند. به این ترتیب، از آسیب دیدن سازه و آتش‌سوزی جلوگیری می‌شود.
**برقگیر چگونه کار می‌کند؟**
کار برقگیر این نیست که از برخورد صاعقه جلوگیری کند، بلکه مسیر آن را کنترل می‌کند. وقتی صاعقه می‌زند، برقگیر که در بلندترین نقطه ساختمان نصب شده، آن را به خود جذب می‌کند. سپس این جریان الکتریکی قوی از طریق یک سیم ضخیم به سمت میله‌های buried در زمین هدایت می‌شود و در خاک پخش می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود صاعقه بدون ایجاد خسارت، به زمین منتقل شود.
**انواع اصلی برقگیر**
برقگیرها در طرح‌ها و انواع مختلفی ساخته می‌شوند که هر کدام برای شرایط خاصی مناسب هستند:
۱. **برقگیر میله‌ی (فرانکلین):**
این نوع، ساده‌ترین و شناخته‌شده‌ترین برقگیر است. این مدل شامل یک میله فلزی تیز است که روی سقف ساختمان نصب می‌شود و با یک سیم به زمین متصل است. این میله صاعقه را به خود جذب کرده و به زمین منتقل می‌کند.
۲. **برقگیر قفس‌ی (فارادی):**
این سیستم از چندین میله و سیم تشکیل شده که مانند یک قفس، کل ساختمان را می‌پوشانند. این شبکه، یک سپر محافظ در اطراف سازه ایجاد می‌کند و امنیت بسیار بالایی برای ساختمان‌های بزرگ و حساس فراهم می‌کند.
۳. **برقگیر فعال (پیش‌قبل):**
این نوع برقگیر هوشمند است و قبل از اینکه صاعقه حتی بزند، آن را حس می‌کند. این مدل با تولید یک سیگنال الکتریکی، منطقه وسیع‌تری را تحت پوشش قرار می‌دهد و صاعقه را از فاصله دورتر به خود جذب می‌کند. دقت و پوشش آن از مدل میله‌ی معمولی بیشتر است.
**سخن پایانی**
نصب برقگیر، به ویژه در مناطق مرتفع و پرصاعقه، یک اقدام ضروری برای حفظ جان و اموال است. انتخاب نوع مناسب برقگیر بستگی به عواملی مانند اندازه ساختمان، نوع کاربری و شرایط جغرافیایی دارد.
آشنایی با برق گیر و ویژگی های آن
برقگیر یک وسیله محافظتی است که وظیفه دارد موج‌های خطرناک برق را به زمین منتقل کند و از ورود آنها به نیروگاه‌ها و مراکز توزیع برق جلوگیری نماید. این وسیله معمولاً در انتهای خطوط انتقال برق و در محل ورودی ترانسفورماتورها نصب می‌شود. برای اینکه برقگیر بتواند از تجهیزات دیگر محافظت کند، باید ولتاژ لازم برای فعال شدن آن پایین‌تر از ولتاژی باشد که عایق‌بندی سایر دستگاه‌های موجود در پست برق را دچار مشکل می‌کند.
ویژگی های برق گیر
یک برقگیر مناسب باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد:
⚡ در شرایط عادی و وقتی ولتاژ شبکه در حد معمول است، مانع از هدررفت انرژی شود و جریان را تقریباً قطع کند.
⚡ هنگام وقوع اضافه‌ولتاژ، به سرعت مقاومت خود را کم کند تا ولتاژ اضافه محدود شود.
⚡ بتواند انرژی موج اضافه‌ولتاژ را بدون آسیب دیدن مهار کرده یا به زمین منتقل کند.
⚡ پس از پایان اضافه‌ولتاژ، بلافاصله به حالت اولیه برگردد و به کار عادی خود ادامه دهد.
مهم‌ترین معیارها برای انتخاب یک برقگیر مناسب جهت محافظت از تجهیزات عایقی عبارتند از:
– بیشترین ولتاژ مجاز برای کار مداوم (MCOV)
– ولتاژ نامی (Ur)
– جریان تخلیه نامی (در مدت ۸٫۲۰ میکروثانیه)
– بیشترین جریان ضربه‌ای که می‌تواند تحمل کند (در مدت ۴٫۱۰ میکروثانیه)
– میزان انرژی که قادر است جذب کند (W)
انواع
انواع برقگیرها به شرح زیر هستند:
1. برقگیر میلهای
2. برقگیر با فاصله هوایی
3. برقگیر با مقاومت غیرخطی
4. برقگیر بدون فاصله هوایی
5. برقگیر خازنی
6. برقگیر فیوزی
برقگیر میله ای:
یکی از ساده‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین انواع برقگیر، نوع میلهای آن است. با اینکه این مدل قدمت زیادی دارد، ولی هنوز هم در بسیاری از مواقع استفاده می‌شود.
این برقگیر از دو میله با نوک تیز تشکیل شده است. یکی از این میله‌ها در قسمت دارای برق نصب می‌شود و میله دیگر زیر قسمت عایق یا روی بدنه قرار گرفته و به زمین متصل می‌گردد. فاصله بین دو نوک میله‌ها، بسته به میزان ولتاژ و شرایط شبکه برق، قابل تنظیم است.
این فاصله را طوری تنظیم می‌کنند که در برابر حداکثر ولتاژ معمولی شبکه، پایدار بماند و تنها در مواقعی که ولتاژ خیلی بالا می‌رود، جرقه زده و تخلیه الکتریکی انجام شود.
البته عملکرد این نوع برقگیر کاملاً دقیق و ایده‌آل نیست و می‌توان گفت در یک محدوده ولتاژی مشخص عمل می‌کند. به همین دلیل، نمی‌توان برای آن یک مشخصه عملکرد دقیق و ثابتی در نظر گرفت.
برقگیر با فاصله هوایی:
یک نوع پرکاربرد دیگر از برقگیرها در پست‌های فشار قوی، برقگیر شاخکی نام دارد. این مدل، ساده‌ترین نوع برقگیر است که به آن جرقه‌گیر یا برقگیر با فاصله هوایی هم گفته می‌شود. این برقگیرها معمولاً در محل اتصال مقره به سیم‌های برق یا در کنار بوشینگ‌های ترانسفورماتورهای توزیع دیده می‌شوند.
همانطور که می‌دانیم، برقگیرها باید در شرایط عادی شبکه —یعنی وقتی ولتاژ معمولی است— مانند یک کلید باز عمل کنند و اجازه ندهند جریانی به زمین برود. اما اگر ولتاژ از حد مجاز بالاتر رفت، باید مثل یک کلید بسته عمل کرده و جریان اضافه را به زمین هدایت کنند. در برق‌گیرهای شاخکی، با افزایش ولتاژ، بین دو شاخک یک قوس الکتریکی ایجاد می‌شود. این قوس، انرژی صاعقه یا اضافه‌ولتاژ را به زمین منتقل می‌کند و در نتیجه، از آسیب دیدن تجهیزات الکتریکی جلوگیری می‌شود.
برقگیر با مقاومت غیر خطی:
این نوع برقگیر از چند خازن سری و مقاومت غیرخطی تشکیل شده است. این خازن‌ها که معمولاً به صورت فاصله‌های هوایی طراحی می‌شوند، در شرایط عادی از ورود جریان الکتریکی به داخل برقگیر جلوگیری می‌کنند. اما اگر ولتاژ سیستم به هر دلیلی افزایش یابد، این فاصله‌های هوایی هادی شده و اجازه می‌دهند جریان الکتریکی از آنها عبور کند. مقاومت غیرخطی نیز میزان افت ولتاژ در دو سر برقگیر را کنترل می‌کند.
فاصله‌های هوایی در برقگیر باید طوری طراحی شوند که در برابر بیشترین ولتاژ معمولی سیستم مقاوم باشند، اما در صورت وقوع اضافه‌ولتاژ، بتوانند اتصال کوتاه ایجاد کنند و پس از بازگشت شرایط به حالت عادی، جریان را قطع نمایند. این عملکرد به کمک مقاومت‌های غیرخطی ممکن می‌شود.
خازن‌ها و مقاومت غیرخطی درون یک محفظه عایق قرار می‌گیرند. استفاده از چند خازن به جای یک خازن، استحکام برقگیر را در برابر ولتاژهای بازگشتی افزایش می‌دهد. برای اینکه ولتاژ به صورت مساوی بین خازن‌ها تقسیم شود، یک مجموعه از خازن‌ها و مقاومت‌های موازی در دو سر فاصله‌های هوایی نصب می‌شود که به این کار درجه‌بندی ولتاژ گفته می‌شود؛ یعنی ولتاژ به طور یکنواخت بین خازن‌ها پخش می‌شود.
در قسمت بالایی برقگیرها، یک وسیله حلقه‌ای شکل نصب شده که به آن حلقه کرونا یا کروناگر می‌گویند. پدیده کرونا نوعی تخلیه الکتریکی ناقص در میدان‌های ناهمگون است. در پست‌های فشارقوی، این پدیده به ویژه در محل اتصال هادی‌ها به تجهیزات دیده می‌شود.
برای کاهش این مشکل، باید میدان الکتریکی در این نقاط یکنواخت شود تا اثرات منفی کرونا کمتر شود. برق‌گیرهای امروزی مورد استفاده در پست‌ها از نوع ZNO هستند که در آنها از دیسک‌هایی از جنس اکسید روی استفاده شده و تعداد این دیسک‌ها با توجه به سطح ولتاژ شبکه تعیین می‌شود.
برقگیر با مقاومت غیر خطی:
همانطور که می‌دانید، برقگیرها باید مانند یک مقاومت غیرخطی عمل کنند. یعنی در شرایط عادی که ولتاژ شبکه در حد معمول است، مقاومت بالایی داشته باشند، اما وقتی ولتاژ از حد مجاز بالاتر رفت، مقاومتشان کم شود تا تخلیهٔ الکتریکی به راحتی انجام شود.
در برق‌گیرهای امروزی، از دیسک‌های اکسید روی به عنوان مقاومت غیرخطی استفاده می‌شود. این دیسک‌ها در حالت عادی شبکه، جریان نشتی بسیار کمی دارند و ولتاژ بین آنها تقسیم می‌شود.
اما اگر میدان الکتریکی یکنواخت نباشد، ولتاژ به صورت مساوی بین دیسک‌ها تقسیم نمی‌شود. در این حالت، بعضی از دیسک‌ها – به ویژه دیسک‌های بالایی – ولتاژ بیشتری را تحمل می‌کنند و در نتیجه زودتر خراب می‌شوند. این موضوع باعث می‌شود برقگیر به درستی کار نکند.
پس اگر بتوان میدان الکتریکی را یکنواخت کرد، ولتاژ بین دیسک‌ها به شکل متعادل‌تری تقسیم می‌شود. در نتیجه عمر دیسک‌ها بیشتر شده و عملکرد برقگیر بهبود می‌یابد.
برای این کار از وسیله‌ای به نام کروناگیر یا حلقهٔ کرونا استفاده می‌کنند. این قطعه هم میدان الکتریکی را یکنواخت‌تر می‌کند و هم تقسیم ولتاژ بین دیسک‌ها را متعادل می‌نماید.
برقگیر بدون فاصله هوایی:
یک نوع برقگیر مدرن وجود دارد که در آن از خازن‌های سری بدون نیاز به فاصله‌ی هوایی استفاده می‌شود. این خازن‌ها از قطعات اکسید روی ساخته شده‌اند که به شکل دیسک‌هایی در اندازه‌های گوناگون تولید می‌شوند و روی هم چیده می‌شوند.
این مدل برقگیرها ساختار ساده‌تری دارند و فضای کمتری نیز اشغال می‌کنند.
این نوع برقگیرها حتی در ولتاژهای پایین‌تر نیز عمل می‌کنند، بنابراین می‌توان سطح حفاظتی تجهیزات در برابر ولتاژ را کاهش داد و در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد. همچنین جریان نشتی در این برقگیرها بسیار کم یا نزدیک به صفر است.
برقگیر خازنی:
این مدل از برقگیر برای سامانه‌های برق با ولتاژ پایین به کار می‌رود. در این نوع، انرژی ناشی از موج ولتاژ در یک قطعه به نام خازن ذخیره می‌گردد.
برقگیر فیوزی:
این نوع برقگیر طوری طراحی شده که اگر ولتاژ بیش از حد از آن عبور کند و جریان الکتریکی خیلی قوی ایجاد شود، می‌سوزد. سپس جرقه‌ای که در داخل آن ایجاد می‌شود، توسط گاز یا مواد مقاوم داخل محفظه، خاموش می‌گردد. از این نوع برقگیرها معمولاً به عنوان یک سیستم محافظتی کمکی استفاده می‌شود.
محل نصب برق گیر
برقگیر باید در ابتدای ورودی پست‌های ترانسفورماتور و پیش از همه دستگاه‌های دیگر نصب شود. همچنین بهتر است تا جای ممکن نزدیک به تجهیزات قرار بگیرد. علاوه بر این برقگیر اصلی ورودی، برای محافظت از وسایل مهم مانند ترانسفورماتورهای قدرت، یک برقگیر جداگانه نیز پیش از آنها نصب می‌شود. معمولاً در مسیر اتصال برقگیر به زمین، یک شمارشگر قرار داده می‌شود که تعداد دفعات تخلیه‌ی ولتاژهای قوی و ناگهانی را روی برقگیر ثبت می‌کند.
نقش برق گیر در جلوگیری از آسیب به ساختمان
برقگیر یک میله بلند و تیز از جنس فلز است که روی بلندترین قسمت یک ساختمان نصب می‌شود. یک سر این میله به یک سیم متصل است و سر دیگر سیم، به طور کامل به زمین وصل شده است. معمولاً برای این کار، سیم را به یک صفحه فلزی متصل کرده و آن صفحه را در خاک و تا جایی که به آب‌های زیرزمینی برسد، قرار می‌دهند. هنگام رعد و برق، بارهای الکتریکی زیادی در زمین ایجاد می‌شوند و یک میدان الکتریکی قوی در سطح زمین به وجود می‌آید.
در اطراف اجسام تیز و نوک‌تیز، میدان الکتریکی بسیار قوی‌تر می‌شود. به همین علت، در نوک یک برقگیر، جرقه‌های کوچک و تخلیه‌های الکتریکی رخ می‌دهد. این پدیده باعث می‌شود بارهای الکتریکی نتوانند روی ساختمان انباشته شوند و در نتیجه، احتمال رعد و برق به ساختمان بسیار کم می‌شود. حتی در موارد نادری که صاعقه رخ دهد، معمولاً مستقیماً به برقگیر برخورد می‌کند و بار الکتریکی بدون اینکه آسیبی به ساختمان بزند، به زمین منتقل می‌شود.
بیشتر بخوانید: معایب و محاسن تجارت الکترونیکی