بستن
صاعقه‌گیر چیست و معرفی انواع آن؟
مقدمه
جهان ما پر از شگفتی‌هاست. برخی از این شگفتی‌ها، بالقوه حادثه‌آفرین هستند که برای سلامت محیط‌زیست و انسان‌ها بسیار خطرناک می‌باشند. انسان‌ها برای در امان ماندن از این حوادث و برای ادامه حیات طی سالیان سال، راه‌های متفاوتی را پیموده‌اند و نحوه غلبه یا کم کردن خطرات ناشی از حوادث را به‌کار برده‌اند.
صاعقه یا رعد و برق، نور شدید به همراه صدای بسیار زیاد، تنها مشخصه‌های تعریف صاعقه می‌باشند که با نام‌های رعد و برق، تندر و ... نیز از آن یاد می‌شود. وقتی که بار الکتریکی ایجاد شده در ابرها بین زمین و ابرها تخلیه می‌شود صاعقه رخ می‌دهد. البته این تخلیه بار الکتریکی بین خود ابرها هم اتفاق می‌افتد. صاعقه یکی از قدرتمندترین و عجیب‌ترین اتفاقات روی زمین است و پدیده‌ای است که با تولید میلیاردها وات انرژی همراه است.
شکل1: صاعقه
صاعقه‌گیر چیست؟
صاعقهگیرها (واحدهای جذب) تجهیزاتی هستند که مطابق با استانددردهای روز دنیا جهت حفاظت جلد خارجی ساختمان‌ها، تاسیسات، دکل‌ها، فضاهای باز و ... در برابر ضربه مستقیم صاعقه و جلوگیری از تخریب فیزیکی و آتش‌سوزی ناشی از ضربه مستقیم صاعقه کاربرد دارند. در واقع برخوردهای صاعقه چیزی جز افزایش ناگهانی در اثر ولتاژ گذرا، قوس الکتریکی، جرقه، افزایش ناگهانی جریان و ... را در پی نخواهد داشت.
از صاعقه‌گیر به‌منظور حفاظت از سیستمهای قدرت از طریق انتقال اضافه ولتاژ ناگهانی به سمت زمین، استفاده می‌شود. سیستمهای قدرت را همچنین می‌توان از طریق کابل زمینی و یا ارتینگ، در برابر برخوردهای مستقیم صاعقه مورد حفاظت قرار داد. صاعقهگیرها را می‌توان بر روی برج‌ها، دکل‌های انتقال و ساختمان‌ها نصب کرد تا یک مسیر ایمن برای ولتاژ و تخلیه جریان ایجاد شود.
کاربردهای صاعقه‌گیر چیست؟
برخی از کاربردهای استفاده از صاعقهگیرها عبارتند از:
• جهت حفاظت ساختمان‌ها
• جهت حفاظت دکل مخابراتی
• جهت حفاظت آپارتمان
• جهت نصب روی برج نوری
• جهت حفاظت نیروگاه خورشیدی
• جهت حفاظت دکل مهاری
• برای حفاظت دوربین مداربسته
• برای حفاظت سوله
• جهت حفاظت مخازن سوخت
• جهت حفاظت مخازن نفت
• جهت حفاظت ایستگاه مترو
• جهت حفاظت تجهیزات هوانوردی
• جهت حفاظت تجهیزات هواشناسی
• جهت حفاظت استادیوم‌های ورزشی و زمین گلف
• جهت حفاظت انبارهای روباز
اصول کلی کار صاعقهگیرها
هنگامی که یک موج در حال حرکت به صاعقه‌گیر می رسد، جرقه‌های آن با یک ولتاژ پیشوند مشخص مانند شکل زیر می‌چرخد. صاعقه‌گیر یک مسیر رسانا به امواج با امپدانس نسبتا کم بین خط و زمین فراهم می‌کند. امپدانس موجی خط، دامنه جریان به زمین را محدود می‌کند.
صاعقه‌گیر مسیری با امپدانس کم را تنها زمانی فراهم می‌کند که نوسان در حال حرکت به انحراف‌کننده موج برسد، نه قبل از آن و نه بعد از آن. اگر شکل ولتاژ و جریان در ترمینال منحرف‌کننده مشابه شکل زیر باشد، عایق تجهیزات قابل محافظت است.
شکل 2: مشخصه ولتاژ
شکل 3: مشخصه جریان
صاعقه به چه‌چیزی جذب می‌شود؟
به طور کلی، صاعقه توسط هیچ چیزی جذب نمی‌شود. صاعقه در یک محدوده بسیار وسیعی رخ می‌دهد تا توسط چیزهای کوچکتر که دارای بدنه فلزی هستند، فشرده شود.
صاعقه‌گیر چگونه متصل می‌شود؟
یک صاعقه‌گیر به طور موازی با دستگاه‌ها متصل است و در محل‌های پست، عمل حفاظت را انجام می‌دهد، بدین معنی که صاعقه‌گیر بین خط و ارت قرار می‌گیرد.
جریان صاعقه AC است یا DC؟
نتیجه‌گیری به خصوصی که بیانگر AC و یا DC بودن یک صاعقه باشد، وجود ندارد و از آن به‌عنوان دنباله‌ای از سیگنال‌های ضربه‌ای نام برده می‌شود.
دلیل عمل نکردن یک صاعقه‌گیر چیست؟
قطع عملکرد ممکن است در اثر شرایطی مانند خطای دی الکتریک و یا زمانی که یک دستگاه قابلیت کار در ولتاژهای بالا را ندارد، اتفاق افتد.
صاعقهگیرها چگونه از سیستمهای قدرت حفاظت می‌کنند؟
وقتی سطح ولتاژ یک سیستم افزایش پیدا می‌کند، صاعقه‌گیر مسیری به سمت زمین برای از بین بردن توان به‌وجود می‌آورد.
انواع صاعقهگیرها
صاعقهگیرها بسته به نوع عملکرد به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الف) صاعقه‌گیرهای پسیو (غیرفعال)
صاعقه‌گیرهای پسیو، مجموعه حفاظتی است، مبتنی بر استفاده از میله‌های صاعقه‌گیر ساده و روش قفس فارادی که بر اساس استاندارد بین‌المللی IEC و تئوری گوی غلطان و زاویه حفاظتی، حفاظت جلد خارجی ساختمان را تامین می‌کند. صاعقه‌گیرهای ساده مسی، مسی با پوشش آب گرم، استینلس استیل، گالوانیزه با طول و قطرهای مختلف، انواع بست و هادی‌های ارتباطی و نزولی با جنس و مقاطع مختلف در این روش کاربرد دارد.
شکل4: صاعقه‌گیر پسیو چهار شاخه
ب) صاعقه‌گیرهای اکتیو (فعال)
صاعقه‌گیرهای اکتیو، مجموعه حفاظتی است مبتنی بر استفاده از صاعقه‌گیرهای یونیزه کننده هوا در راستای ایجاد محیطی یونیزه در اطراف محل نصب صاعقه‌گیر فعال جهت جذب ضربه مستقیم صاعقه و هدایت آن به سمت سیستم زمین.
بسته به چگونگی انجام عملیات یونیزاسیون، این‌گونه صاعقهگیرها به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند، از قبیل:
• صاعقه‌گیر الکترونیکی خازنی
این‌گونه صاعقهگیرها با ذخیره‌سازی بارهای الکتریکی موجود در فضا در خازن‌های داخلی خود و سپس تخلیه آن‌ها در زمان وقوع صاعقه باعث یونیزه شدن هوا می‌شوند و بهترین نوع صاعقه‌گیرهای موجود در بازار ایران هستند از قبیل صاعقه‌گیرهای ساخت شرکت INDELEC.
شکل 5: صاعقه‌گیر الکترونیکی خازنی
• صاعقه‌گیر اتمی
این‌گونه صاعقهگیرها در گذشته کاربرد داشته و بر اساس ارتعاشات اتم‌های رادیواکتیو (مثل اتم سزیم) عملیات یونیزاسیون هوا را انجام می‌داد ولی امروزه به علت اثرات زیست محیطی استفاده از این صاعقهگیرها ممنوع شده است.
شکل 6: صاعقه‌گیر اتمی
• صاعقه‌گیر بادی یا پیزوالکتریک
این صاعقهگیرها بر اساس ارتعاشات یک سلول پیزوالکتریک که با انرژی باد مرتعش خواهد شد، هوا را یونیزه می‌کند. به علت وابستگی این صاعقه‌گیر فعال به انرژی باد، نمی‌توان به عملکرد آن مطمئن بود.
شکل 7: صاعقه‌گیر پیزوالکتریک
• صاعقه‌گیر خورشیدی
این صاعقهگیرها با ذخیره انرژی نورانی خورشید در خود و سپس تبدیل آن به الکتریسیته ساکن موجب یونیزه شدن هوا می‌شوند و عملکرد آن‌ها برای یونیزه کردن هوا قابل اطمینان نیست چرا که به انرژی نورانی خورشید وابسته است.
• صاعقه‌گیر تابلویی
صاعقه‌گیرهای تابلویی (سرج ارسترها)، جزء واحدهای جذب طبقه‌بندی نمی‌شوند و برای حفاظت تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر اثرات ثانویه ناشی از صاعقه و در تابلوهای توزیع انرژی کاربرد دارند.
شکل 8: سرج ارستر
در گونه‌ای دیگر از تقسیم‌بندی‌ها که امروزه رایج‌تر است، انواع مختلفی از صاعقهگیرها وجود دارد و انتخاب یکی از آن‌ها به عوامل مختلفی مانند ولتاژ کاربرد، ظرفیت تحمل جریان، هزینه، اندازه قابلیت اطمینان و ... بستگی دارد.
• صاعقه‌گیر الکترولیتی
• صاعقه‌گیر میله شکاف‌گیر
• صاعقه‌گیر از نوع سوپاپ
• صاعقه‌گیر اکسید فلز
• صاعقه‌گیر چندگانه
• صاعقه‌گیر شکاف محافظ ضربه‌ای
• صاعقه‌گیر تیریت
• صاعقه‌گیر خودکار
• صاعقه‌گیر الکترولیتی
صاعقه‌گیر الکترولیتی یک صاعقه‌گیر کارآمد و قابل اعتماد است. این صاعقهگیرها صفحات آلومینیومی دارند که یک لایه نازک از هیدروکسید آلومینیوم بر روی آن‌ها رسوب کرده است. این صفحات در یک الکترولیت غوطه‌ور می‌شوند. صفحات یک مسیر مقاومتی بالا برای ولتاژ کاری معمولی زیر ولتاژ بحرانی ایجاد می‌کنند. اگر ولتاژ بحرانی شکسته شود، صفحات یک مسیر مقاومت کم را برای عبور جریان الکتریکی بدون تاثیر بر هیچ یک از اجزای حیاتی سیستمهای قدرت ایجاد می‌کنند.
صاعقه‌گیر الکترولیتی، مسیری با مقاومت بالا به زمین برای محدوده نرمال ولتاژ کاری را فراهم می‌کند. با این حال، در طول موج صاعقه، ولتاژ به طور قابل توجهی بالا است که باعث می‌شود مقاومت صاعقه‌گیر الکترولیتی کم شود و جریان موج از آن عبور کند. به این ترتیب جزء قدرت محافظت می‌شود.
• صاعقه‌گیر میله شکاف‌گیر
این یکی از ساده‌ترین و موثرترین تجهیزات انحراف موج است. برای مثال، خطوط انتقال توسط بازوهای متقاطع که در پتانسیل زمین باقی‌می‌مانند، پشتیبانی می‌شوند. بنابراین، خط انتقال ولتاژ بالا با استفاده از عایق‌های دیسکی به بازوهای پشتیبانی متصل می‌شود که یک سر آن به بازوهای متقاطع متصل به زمین وصل می‌شود در حالی که سر دیگر آن را پشتیبانی می‌کند.
در هنگام رعد و برق یا حتی در طی یک جهش ناگهانی در ولتاژ خط، شکست دی الکتریک هوای اطراف باعث می‌شود که یک قوس از بالاترین دیسک به پایین، یعنی روی بازوهای متقابل پشتیبان بپرد .این ممکن است یک حادثه فاجعه‌بار در سطوح مختلف ایجاد کند.
بنابراین، در این صورت یک صاعقه‌گیر با شکاف میله‌ای استفاده می‌شود. در این تکنیک دو میله وجود دارد که با یک شکاف هوایی کوچک از هم جدا شده‌اند. یک میله در بالای بالاترین عایق یعنی با خط وصل شده است. در حالی که یکی دیگر در پایین در پتانسیل زمین متصل است. بنابراین، هر موجی مسیر کوتاهی از شکاف میله پیدا می‌کند و از این طریق حفاظت از قطعه و همچنین کل سیستم قدرت تضمین می‌شود.
• صاعقه‌گیر از نوع سوپاپ
صاعقه‌گیر از نوع سوپاپ یک سرکوبگر یا انحراف‌کننده غیر خطی نوسانات است. به آن «غیر خطی» می‌گویند؛ زیرا دارای ویژگی مقاومت غیر خطی است که باعث می‌شود جریان خود را با توجه به ولتاژ تنظیم کند.
صاعقه‌گیر از نوع سوپاپ روشی پرهزینه و کارآمد برای استفاده است. این نوع از صاعقهگیرها شامل شکاف‌های جرقه‌ای است که به صورت سری متصل به‌هم شده‌اند. در شرایط عادی کار، صاعقه‌گیر غیرفعال می‌ماند، اما در هنگام وقوع خطا یا رعد و برق، شکاف‌های سری به‌وجود می‌آید و مقاومت غیر خطی با تنظیم خود مسیر مقاومت پایینی را فراهم می‌کند. این امر باعث می‌شود که جریان افزایشی سریع از مسیر به سمت زمین عبور کند و جزء سیستم قدرت در امان بماند.
•صاعقه‌گیر اکسید فلز
صاعقه‌گیرهای اکسید فلز حاوی اکسید روی (ZnO) به‌عنوان مقاومت اکسید فلز هستند. از این رو، به‌عنوان یک انحراف‌کننده اکسید روی نیز شناخنه می‌شود. اکسید روی، یک ماده نیمه هادی نوع N است که با مقداری پودر ریز از اکسیدهای عایق تشکیل شده است؛ سپس این پودرها به شکل دیسک فشرده می‌شوند و در یک محفظه چینی محصور می‌شوند که با نیتروزن یا هگزا فلوراید گوگرد (SF6) پر شده است.
مرزهای هر دیسک ZnO به‌عنوان یک مانع عمل می‌کند تا جریان را در شرایط عملیاتی عادی کنترل کند؛ اما در هنگام رعد و برق یا افزایش ولتاژ بالا، این موانع شکسته می‌شوند و ماده به‌جای عایق، به‌عنوان یک رسانا عمل می‌کند و این شرایط اجازه می‌دهد تا جریان ولتاژ بدون تاثیر بر سایر سیستم‌ها به زمین منتقل شود.
• صاعقه‌گیر چندگانه
صاعقه‌گیر چندگانه همانطور که از اسمش پیداست بسته به ماهیت حفاظت از اضافه ولتاژ مورد نیاز از چندین شکاف تشکیل شده است. این موارد شامل استوانه‌های فلزی عایق شده کوچکی است که توسط یک شکاف هوا از یکدیگر جدا شده‌اند. تعداد شکاف‌ها به ولتاژ سیستم بستگی دارد.
• صاعقه‌گیر شکاف محافظ ضربه‌ای
صاعقه‌گیرهای از نوع شکاف محافظ ضربه‌ای دارای نسبت ضربه بسیار کوچک حتی کمتر از یک واحد است. نسبت ضربه یک عایق را می‌توان به‌عنوان نسبت پیک ولتاژ ضربه به ولتاژ پیک تعریف کرد. در طول عملیات عادی، فرکانس توان کم است و بنابراین امپدانس خازنی C1 و C2 در مقایسه با مقاومت اصلی بسیار بیشتر است. شکاف به یک باره از بین می‌رود و بقیه شکاف بین بخش‌های E و S2 بلافاصله به دنبال دارد. به این ترتیب طول شکاف در زمان افزایش به نصف می‌رسد.
• صاعقه‌گیر تیریت
چنین نوع صاعقه‌گیری بیشتر برای محافظت در برابر ولتاژ بالای خطرناک استفاده می‌شود. این ماده از تیریت، یک ماده سرامیکی معدنی تشکیل شده است. مقاومت چنین موادی به سرعت از مقدار زیاد به مقدار کم برای ولتاژهای بالا در طول زمان، کاهش می‌یابد و در این مدت کارکرد عادی مقاومت بالایی ایجاد می‌کند.
• صاعقه‌گیر خودکار
این نوع صاعقهگیرها شامل دیسک‌های مسطح از مواد متخلخل هستند که روی هم قرار گرفته و توسط حلقه‌های نازک میکا از هم جدا شده‌اند.
ماده دیسک یک ماده رسانا غیرهمگن است. بنابراین، تخلیه و افت ولتاژ به حدود 350 ولت در واحد می‌رسد. دیسک‌ها به گونه‌ای چیده شده‌اند که ولتاژ معمولی ممکن است باعث تخلیه نشود.
تجهیزات و لوازم صاعقه‌گیر
لوازم مورد نیاز برای اجرای سیستم صاعقه‌گیر الکترونیکی فعال علاوه بر دستگاه صاعقه‌گیر شامل ملزومات دیگری هم می‌باشد.
• صاعقه‌گیر یا آنتن صاعقه‌گیر
همان دستگاه صاعقه‌گیر است که بر اساس میزان شعاع حفاظتی درخواستی، سطح حفاظت و برند مورد نظر خریدار انتخاب خواهد شد.
• تستر صاعقه‌گیر
جهت اطمینان از صحت عملکرد صاعقه‌گیر از تستر صاعقه‌گیر استفاده می‌شود. این مورد جزء ضروریات نصب صاعقه‌گیر نیست. (اختیاری)
• چراغ هشداردهنده سیستم صاعقه‌گیر
جهت ساختمان‌های بلند مرتبه می‌توان در یک متری زیر دستگاه صاعقه‌گیر از چراغ هشداردهنده چشمک زن استفاده نمود.
• سیستم ارت و یا سیستم زمین صاعقه‌گیر
هر صاعقه‌گیر الکترونیکی فعال بر اساس استاندارد NFC17_102 نیاز به یک یا دو مجموعه الکترود زمین (چاه ارت) اختصاصی خود است که پس از اجرا و حصول مقاومت زیر 10 اهم می‌بایست به شبکه ارتینگ کل مجموعه متصل گردد.
• هادی نزولی یا کابل صاعقه‌گیر
جهت اتصال دستگاه صاعقه‌گیر به الکترود زمین صاعقه‌گیر و هدایت جریان ناشی از برخورد صاعقه با صاعقه‌گیر می‌بایست از هادی نزولی استفاده شود که بر اساس استانداردNFC17_102 این هادی می‌بایست از مقاطع بدون روکش مسی، استینلس‌استیل، صفحات آلومینیومی و ... اختیار گردد.
• نقطه تست صاعقه‌گیر
محلی در نزدیکی سطح زمین (2متری سطح زمین) که هادی نزولی وارد آن می‌شود، نقطه تست صاعقه‌گیر است. این نقطه محل نصب یک مجموعه ارت سوئیچ است که در زمان تست سیستم صاعقه‌گیر و الکترود ارت مربوط به آن، هادی نزولی صاعقه‌گیر را از الکترود زمین صاعقه‌گیر جدا می‌کند.
• شمارنده یا کانتر صاعقه‌گیر
جهت شمارش تعداد ضربات صاعقه اصابت شده به صاعقه‌گیر منصوب در هر مجموعه‌ای به‌کار می‌رود و می‌توان در مسیر هادی نزولی صاعقه‌گیر شمارنده تعداد ضربات صاعقه را نصب نمود. این مورد جزء ضروریات نصب صاعقه‌گیر نیست و بنا به درخواست خریدار قابل عرضه خواهد شد.
• پایه نصب پنج متری صاعقه‌گیر
بهترین شعاع حفاظتی هر دستگاه صاعقه‌گیر بر روی پایه نصب پنج متری حاصل می‌گردد، به‌طوری که در صورت کاهش ارتفاع شعاع حفاظتی صاعقه‌گیر به شدت افت می‌کند و در صورت افزایش ارتفاع، شعاع حفاظتی صاعقه‌گیر چندان افزایشی نخواهد یافت.
• تکیه‌گاه نصب صاعقه‌گیر
تکیه‌گاهی که در بام ساختمان نصب می‌گردد تا نگهدارنده پایه پنج متری باشد. این تکیه‌گاه متناسب با محل نصب صاعقه‌گیر ساخته خواهد شد. عموما زمانی از براکت میله به دیوار استفاده می‌گردد که امکان نصب میله ساده صاعقه‌گیر بر روی سطح صاف بام نباشد.
شکل 9: تجهیزات و لوازم نصب صاعقه‌گیر
محل نصب صاعقه‌گیر
نحوه قرارگیری یک صاعقه‌گیر می‌تواند در نزدیکی دستگاهی که به حفاظت نیاز دارد، انجام بگیرد. صاعقهگیرها به‌‌طور کلی، درون یک سیستم AC بین فاز و زمین، و درون یک سیستم DC بین قطب و زمین، متصل می‌شوند.
برای هر فازی که درون سیستم AC وجود دارد، یک صاعقه‌گیر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سیستمهای ولتاژ بالا، می‌توان از دایورتر برای حفاظت از ترانسفورماتور، خطوط، قطع‌کننده مدار، ژنراتورها و ... استفاده کرد. از صاعقه‌گیرهایی مانند سیستم HDVC، بیشتر برای حفاظت از فیلترها و راکتور واحد‌ها استفاده می‌شود.
تفاوت میان برق‌گیر و صاعقه‌گیر
تفاوت این دو به شرح جدول زیر است:
جدول 1: تفاوت برق‌گیر و صاعقه‌گیر
مزایا و معایب استفاده از صاعقه‌گیر
مزایا و معایب استفاده از صاعقه‌گیر به شرح جدول زیر است:
جدول 2: مزایا و معایب استفاده از صاعقه‌گیر
ویژگی‌های صاعقه‌گیر ایده‌آل
• در شرایط کارکرد عادی نباید هیچ جریانی بکشد، یعنی ولتاژ جرقه باید بالاتر از فرکانس برق نرمال یا غیرعادی باشد که ممکن است در سیستم رخ دهد.
• هر ولتاژ غیرعادی گذرا بالاتر از مقدار شکست باید باعث شود که در سریع‌ترین زمان ممکن از بین برود تا مسیر رسانایی به زمین فراهم شود.
• هنگامی که خرابی رخ داد، باید بتواند جریان تخلیه حاصل را بدون آسیب رساندن به خود و بدون اینکه ولتاژ دو سوی آن از مقدار شکست بیشتر شود، حمل کند.
• جریان فرکانس برق پس از خرابی باید به محض اینکه ولتاژ گذرا به زیر مقدار شکست رسید قطع شود.
مطالب مرتبط:
مطالب مرتبط:
