برقگیر یا سرج ارستر چیست (انواع آن + نحوه کار) – بنیان تابلو

برقگیر یا سرج ارستر، همانطور که از نام آن پیداست وسیله‌ای است که با ممانعت یا تخلیه جریان‌های موج ناشی از افزایش ولتاژ به واسطه نیروهای خارجی (مانند رعد و برق) یا نیروهای داخلی (نوسان سوئیچینگ)، از دیگر تجهیزات الکتریکی محافظت می‌کند. به برقگیرها دستگاه حفاظت از نوسانات (SPD) یا سرکوبگر ولتاژ (TVSS) نیز گفته می‌شود.

این تجهیزات متشکل از تعدادی ساختار قرص مانند از جنس اکسید فلزی چون سیلیکون کاربید (SiC) یا اکسید روی (ZnO) است که تعداد و سایز آن‌ها بسته به مقدار ولتاژ سیستم متغیر است. برقگیرها کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارند. در ادامه با رایج‌ترین برقگیرهای مورد استفاده برای محافظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا و برخورد صاعقه آشنا خواهیم شد.

ساختار داخلی برقگیر یا سرج ارستر

سرج ارستر متشکل از چهار بخش اساسی محفظه استوانه‌ای، قسمت فعال شونده یا مقاومت غیرخطی، فاصله هوایی سری برای عبور جریان صاعقه و فشار شکن هستند.

محفظه برقگیر 

ساختار پلیمری دو لایه هستند. لایه بیرونی از لاستیک اتیلن پروپیلن ساخته می‌شود که هم سبک هستند و هم مقاومت بالایی دارند. 

قسمت فعال شونده یا مقاومت غیرخطی

این بخش شامل قرص‌های ساخته شده از اکسید روی هستند که انرژی گذرا را جذب و به زمین انتقال می‌دهند. قطر و ابعاد این قرص‌ها با توجه به جریان تخلیه و انرژی آن تعیین می‌شود.

فاصله هوایی سری

این بخش به‌منظور عبور جریان صاعقه در زمان بروز اضافه ولتاژ گذرا، به صورت سری با محفظه قرار می‌گیرد.

فشار شکن

فشار شکن‌ها، سوراخ‌های تعبیه شده بر روی محفظه سرج ارستر هستند که با اتیلن پروپیلن پر شده‌اند و در صورت افزایش فشار به سبب آسیب به قرص‌های اکسید روی، باز شده و قوس الکتریکی را به بیرون منتقل می‌کنند.

برخی از برقگیرهای موجود در بازار مجهز به یک قطعه «سرج شمار» هستند، این ماژول امکان ضبط تعداد تخلیه را فراهم می‌کند. با توجه به اینکه عمر برقگیرها به تعداد دفعات عملکرد آن‌ها بستگی دارد، با بررسی سرج شمار می‌توان از عملکرد صحیح برقگیر مطمئن بود.

چرا از برقگیر یا سرج ارستر استفاده کنیم؟ 

خطوط برق همواره شاهد نوسانات مختلف ولتاژ خواهد بود. رعد و برق یک رویداد تصادفی و غیرقابل پیش‌بینی و منبع اصلی نوسانات ولتاژ است. در هر ثانیه حدود 100 صاعقه به سطح زمین برخورد می‌کند.

سایر منابع نوسانات ولتاژ شامل نوسانات سوئیچینگ و اضافه ولتاژهای موقت است. ولتاژهای سوئیچینگ اضافه ولتاژهایی هستند که در اثر تغییر شرایط عملیاتی در سیستم ایجاد می‌شوند. این اختلالات الکتریکی تصادفی، پرانرژی تنها برای 1 تا 10 میکروثانیه رخ می‌دهند. تمام لوازم خانگی و وسایل الکتریکی دارای محدوده ولتاژ ثابت هستند.

اگر ولتاژ دریافتی توسط دستگاه بالاتر از محدوده ولتاژ توصیه شده آن باشد، ممکن است دستگاه دچار اختلال شود، اجزای داخلی آن آسیب ببینید و حتی در بدترین حالت منفجر شود. 

برقگیرها با سطوح مختلف ولتاژ و توان وجود دارد تا با توجه به نیاز تجهیزات، به بهترین نحو مانع این افزایش ولتاژ شوند. برقگیرها به عنوان یکی از اجزای مهم حفاظت الکتریکی در سطح صنعتی و مسکونی تلقی می‌شوند و به سبب جلوگیری از خسارت‌های ناشی از صاعقه‌ها و نوسانات برقی بسیار حائز اهمیت هستند.

توجه به این نکته مهم است که نوسانات ولتاژ ممکن است به دلایل مختلفی چون خوردگی و شل شدن اتصال در خانه یا ساختمان، مشکلات سیم کشی، کیفیت پایین منبع تغذیه، تداخل و موارد دیگر نیز اتفاق بیافتد. اغلب اوقات، این نوسانات از محدوده ولتاژ معمول تجاوز نمی‌کند و بنابراین باعث نگرانی نمی‌شود. 

میتوانید جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه مقاله نقش برقگیر در حفاظت را مطالعه نمایید....

سرج ارسترها چگونه کار می‌کنند؟

برقگیرها در ورودی و تا حد امکان نزدیک تجهیزات مهم و گران قیمت چون ترانسفورماتورهای قدرت به صورت موازی با مدار نصب می‌شوند. برقگیر باید بتواند ولتاژ برق پیوسته‌ای را که برای کار در نظر گرفته شده تحمل کند؛ همچنین هر گونه انرژی گذرا را به شکل جریان از سیستم تخلیه کند و در عین حال از افزایش بیش از حد ولتاژ تجهیزات جلوگیری نماید. اضافه ولتاژ موقت (TOV) اضافه ولتاژ و مدت زمان مجاز را نشان می‌دهد که برقگیر می‌تواند بدون آسیب تحمل کند.

هنگامی که یک ولتاژ بالا در خط وجود دارد، برقگیر بلافاصله ولتاژ اضافی را محدود و در زمین تخلیه می‌کند. بلافاصله بعد از برقراری جریان موجی و افت ولتاژ تا یک مقدار مشخص، برقگیر باید از جریان بیشتر به زمین جلوگیری کند.

برقگیرها برای محافظت در برابر برخورد مستقیم صاعقه طراحی نشده‌اند؛ اما در عوض درجاتی از محافظت در برابر گذراهای الکتریکی ناشی از برخورد صاعقه ایجاد کرده و با محدودکردن ولتاژ از تجهیزات نصب ‌شده به صورت موازی محافظت می‌کند.

انواع سرج ارستر و عملکرد آن‌ها

برقگیرها معمولا بر اساس درجه ولتاژ و میزان حفاظتی که می‌توانند به شبکه ارائه دهند، طبقه بندی می‌شوند. برخی از برقگیرهای مورد استفاده در سیستم‌های قدرت به شرح زیر هستند:

برقگیر ثانویه

برقگیر ثانویه برقگیر زیر 1000 ولت است. این برقگیرها درجه دیگری از حفاظت از نوسانات را در ترانسفورماتورهای خانگی ارائه می‌دهند. نرخ خرابی ترانسفورماتور حدود 0.4٪ تا 1٪ تخمین زده می شود. با استفاده از برقگیر ثانویه می‌توان این میزان خرابی را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

برقگیرهای کلاس ایستگاه

هنگامی که صحبت از قابلیت کنترل ولتاژ بالا می‌شود، برقگیرهای کلاس ایستگاه بهترین دستگاه برای این کار هستند. این سرج ارسترها در بین انواع برقگیرها، بهترین ولتاژهای تخلیه را ارائه می‌دهند و توانایی تحمل بالاترین جریان‌های معیوب را دارند. برقگیرهای کلاس ایستگاه در ولتاژهای مختلف از 3 کیلو ولت تا 684 کیلو ولت موجود هستند. 

برقگیر حدواسط

برقگیرهای حدواسط اغلب در پست‌های کوچک یا در مواردی که نیاز به حفاظت کابل زیرزمینی وجود دارد استفاده می‌شود. این برقگیرها همچنین برای ترانسفورماتورهای نوع خشک ایده‌آل هستند. آن‌ها می‌توانند ولتاژهای دشارژ بالا را تحمل کنند و قابلیت مقاومت جریان بالایی دارند، البته کمتر از برقگیرهای ثانویه. برقگیرهای حدواسط با درجه‌بندی ولتاژ بین 3 تا 120 کیلو ولت در دسترس هستند.

برقگیر توزیع

برقگیرهای توزیع کمترین قابلیت حفاظتی را در مورد انواع برقگیر دارند. این نوع برقگیر صرفا در شبکه‌های دارای ولتاژ متوسط ​​استفاده می‌شوند.

تفاوت سرج ارستر (برقگیر) و صاعقه گیر

یکی از اشتباهات رایج استفاده از واژه صاعقه گیر (Lightning Arrester) به جای برقگیر است در حالیکه این دو دستگاه از نظر کاربرد با هم فرق دارند.

همانطور که اشاره شد، برقگیر وسیله‌ای است که از تاسیسات و تجهیزات الکتریکی برقی در مقابل اضافه ولتاژ گذرا ناشی از خطا‌های الکتریکی محافظت می‌کند. برقگیرها در داخل تابلو برق نصب می‌شوند و ولتاژ و انرژی اضافه را به سیم ارت منتقل می‌کنند؛ اما صاعقه گیر (Lightning Arrester) وسیله‌ای است که از مدار الکتریکی و دستگاه‌های متصل به آن در برابر صاعقه‌های دارای ولتاژ بسیار بالا محافظت می‌کند. صاعقه گیرها اغلب بالای سازه نصب می‌شوند و انرژی ناشی از صاعقه را به داخل زمین هدایت می‌کنند.

یک برقگیر می‌تواند همانند صاعقه‌گیر از تجهیزات سازه محافظت نماید؛ ولی صاعقه گیر هرگز همانند برقگیر عمل نمی‌کند. حفاظت سازه در برابر صاعقه شامل حفاظت خارجی یا حفاظت اولیه Internal Protection و حفاظت داخلی یا حفاظت ثانویه External Protection است که به ترتیب توسط صاعقه گیر و برقگیر صورت می‌گیرد. با این تفاسیر می‌توان گفت که برقگیرها جایگزین صاعقه‌گیر نیستند بلکه تنها می‌توانند مکمل آن‌ها باشند.

سخن پایانی

نوسانات ولتاژ می‌تواند قطعات الکترونیکی را از بین ببرد و منجر به خطاهای پردازش داده‌ها، از دست رفتن داده‌ها، آسیب به تجهیزات و تداخل الکترومغناطیسی شود. سرج ارسترها جزء ضروری برای افزایش قابلیت اطمینان شبکه برق هستند؛ زیرا به‌عنوان حافظان اولیه در برابر اضافه ولتاژهای جوی و سوئیچینگ عمل می‌کنند.

انتخاب برقگیر برای هر سیستم خاص، مستلزم تطبیق ویژگی‌های الکتریکی و مکانیکی برقگیر با نیازهای الکتریکی و الزامات مکانیکی هر سیستم است. مجموعه بنیان تابلو با داشتن سال‌ها تجربه در زمینه طراحی و ساخت برقگیر، طیف کاملی از برقگیرهای باکیفیت و استاندارد را برای کاربردهای ولتاژ پایین، متوسط ​​و بالا ارائه می‌دهد.