مقاله استاندارد برقگیرها و برقگیرهای اکسید روی Zno

مقاله استاندارد برقگیرها و برقگیرهای اکسید روی Zno به بررسی نقش حیاتی برقگیرها در حفاظت تجهیزات برقی در برابر صاعقه و نوسانات شبکه می‌ پردازد. این مقاله عملکرد و ساختار برقگیرهای اکسید فلزی (MOV) را با برقگیرهای متداول سیلیکون کارباید (SiC) مقایسه کرده و اصول کار، ویژگی‌ها و مزایای هریک را تحلیل می‌کند. همچنین نحوه انتخاب برقگیر مناسب بر اساس پارامترهای مهمی چون ولتاژ کاری، جریان تخلیه و قابلیت جذب انرژی مورد بررسی قرار می‌گیرد. این مقاله به ارائه نکاتی در مورد کارایی و صرفه اقتصادی برقگیرها می‌ پردازد.

مقدمه

برقگیرها بایستی قادر به حفاظت تجهیزات برقی در مقابل تخریب در اثر صاعقه باشند ، از طرف دیگر نبایستی در اثر بروز اشکالاتی در شبکه ( مثل کلیدزنی یا اتصال فاز با زمین و یا . . . ) بی جا عمل نموده یا صدمه ببیند . در هر حال ، انتخاب باید جامع شرایط بوده ، همچنین صرفه اقتصادی نیز مورد توجه قرار گیرد . در این مقاله علاوه بر تحلیل اصول کار و ساختمان برقگیرهای اکسید فلزی ( MOV ) و مقایسه آنها با نوع متداول سیلیکون کار باید ( SiC ) ، پارامترهای مهم در برقگیر و نحوه انتخاب آن مورد تحلیل قرار می گیرند .

انواع برقگیر

فاصله هوائی

ابتدایی ترین روش حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از « فاصله هوایی » بوده است
( مانند شاخک برقگیر ) که دو مشکل ایجاد می نماید . اولاً ، پس از گذر موج سیار جرقه پاک نمی شود و تا پایا ن نیم سیکل و یا قطع ولتاژ ادامه پیدا کرده و خط را اتصال کوتاه می نماید . در نتیجه پس از هر بار جرقه ، شبکه بایستی بی برق شده و مجدداً برقدار گردد . ثانیاً ، از آنجایی که همیشه در فاصله هوایی جرقه با تأخیر واقع می شود ، اضافه ولتاژی در فاصله هوایی ظاهر می گردد .

سیلیکون کارباید

روش متداول حفاظت در مقابل صاعقه استفاده از برقگیرهای SiC (سیلیکون کارباید ) بوده است . در این برقگیرها تعدادی قرص SiC روی هم قرار گرفته و تعدادی فاصله هوایی نیز با قرصها سری می گردد ( شکل ۱ ) .

مواد SiC دارای مقاومت الکتریکی غیر خطی بوده و در جریانهای مختلف مقاومت های متفاوت از خود نشان می دهند .

( در یک برقگیر ۲۴ کیلو ولتی حدود ۵۰ اهم در جریان A 500 و درحدود ۲ اهم درجریان ka100 (. این خاصیت موجب می شود که در ایمپالسهای با جریان زیاد ، ولتاژ دوسر برقگیر پایین نگه داشته شده و در نتیجه تجهیزات مورد حفاظت آسیب نبینند . از طرف دیگر برای اینکه در حالتهای عادی از عبور جریان در برقگیر جلوگیری شود ، فواصل هوایی مورداستفاده قرار می گیرند . پس از اعمال موج ضربه ( یا اضافه ولتاژهای به اندازه کافی بزرگ ) فاصله هوایی هادی شده و بارای الکتریکی را به زمین هدایت می نمایند . اما پس از گذر موج ضربه یا رفع اضافه ولتاژ ، جرقه در فاصله هوایی ازبین نرفته و تا پایان همان نیم سیکل از ولتاژ متناوب ادامه خواهد داشت . این جریان که « جریان متعاقب موج » نامیده می شود در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ آمپر می باشد ( شکل ۲) .

اصول عملکرد غیر خطی بودن مقاومت در مواد SiC به این ترتیب است که در مدت زمان هدایت ضربه ، انرژی زیاد ضربه موجب حرارت شدید در مرز دانه های مادۀ SiC شده (شکل ۴ ) و این باعث کاهش مقاومت می گردد( شکل ۵ ) ، و اجازه می دهد که موج ضربه با عبور از حداقل مقاومت وارد زمین شود .

پس از گذر موج ضربه ، توده بلوک SiC مرزهای دانه ها را به سرعت خنک کرده و باعث افزایش سریع مقاومت بلوک می شود . این افزایش در مقاومت ، دامنه جریان متناوب شبکه را که متعاقب موج ضربه عبور می کند به چند صد آمپر تقلیل می دهد . فاصله هوایی به شکلی طراحی می شود که در اولین گذر جریان از صفر جریان را قطع نماید . فاصله هوایی و بلوک
بگونه ای با هم عمل می نمایند که عملکرد مناسبی حاصل شود .

توزیع پتانسیل یکنواخت روی فاصله های هوایی سری شده با یکدیگر توسط مقاومتهای ساخته شده از جنس سرامیک و به شکل رینگ تأمین می گردد . شکل ۶ جزئیات ساختمان فاصله هوایی را نشان می دهد .

در نوع مدرنتر برقگیرهای SiC برای کاهش تلفات در برقگیر که منجر به افزایش عمر و قابلیت اطمینان و تحمل بیشتر انرژی می گردد ، از روشهای مغناطیسی برای خاموش کردن جرقه در فاصله هوایی پس از گذر موج و در نتیجه قطع جریان متعاقب موج استفاده می شود . شکل ۷ ساختمان یک نمونه از این نوع برقگیرها و شکل ۸ شکل موج ولتاژ و جریان ر ا نشان می دهد .

برقگیر SiC ب اخاموش کن مغناطیسی ، سه برابر بیشتر از نوع معمولی قابلیت تحمل انرژی دارا می باشد ، زیرا تلفات « جریان متعاقب موج » به حداقل مقدار خود می رسد . این نوع برقگیرها در شبکه های با ولتاژ زیاد بکار می رفته است .

اکسید فلزی

نوع مدرن برقگیرها دارای بلوکهائی با مقاومت الکتریکی غیرخطی و از جنس اکسید فلزات می باشد . این بلوکها به MOV مشهور هستند و به این علت که حدود 95 درصد از مواد این بلوکها را اکسید روی تشکیل می دهد به آنها ZNO نیز گفته می شود.

اصول هدایت این نوع برقگیر بر اساس اثر واریستوری می باشد که از زینتر شدن اکسید روی با دیگر اکسیدهای فلزی حاصل می شود . شکل 9 نشان دهندۀ اصول ساده عملکرد واریستور می باشد . دانه های اکسید روی هادی خوبی هستند در حالی که اکسیدهای فلزی دیگر عایق خوبی هستند محل اتصال هر دو دانه اکسید روی در ناحیه ای به ضخامت 1 نانومتر تشکیل یک میکرو واریستور را می دهد . هر میکرو واریستور دقیقاً با یک دیود زینر ( با منحنی قرینه ) قابل مقایسه می باشد که ولتاژ شکست آن حدود 5/3 ولت می باشد ( 2/3 تا 8/3 ولت ) و تکنیک ولتاژ سد و حاملهای اقلیت و اکثریت و حفره و الکترون و همچنین الکترون ولت اکسید روی تعیین کننده این ولتاژ شکست می باشد .

فهرست مطالب

مقدمه
انواع برقگیر
سیلیکون
اکسید فلزی
انتخاب برقگیر
پارامترهای مهم در انتخاب برقگیر
ماکزیمم ولتاژ کار دائم MCOV
جریان تخلیه نامی
منحنی های ایزوکرونیک سالیانه ایران
ماکزیمم جریان ضربه قابل تحمل
ماکزیمم جریان قابل تحمل با زمان زیاد
قابلیت تحمل جذب انرژی W
نمودار تعیین کلاس تخلیه برقگیر