مانعة الصواعق Lightning Arresrtor

230kv-arrester

 

*

*

أولا : كيف تتكون الصاعقه أو البرق ؟

*
الصاعقه عبارة عن تفریغ ھائل للشحنات من سحابة إلى أخرى مجاورة أومن سحابة للأرض وتكون المسافة بین السحابتین أو السحابة والأرض كبیرة جداحوالي 10kmوتكون الشحنات الموجبة أعلي السحابة والشحنات السالبة أسفل السحابة وبینھما طبقھ من الثلج والشحنة داخل السحابة من 1 حتى 100 كولوم وقد یصل الجھد إلى
7^10 أو 8^10 فولت وتدرج الجھد قد یصل إلي 10kv/cm.

*
وطبقا لنظریة سمبسون عندما تكون سرعة الریح 800cm/sec تنتشر الشحنات الموجبة داخل السحابة ویلقى بالشحنات السالبة في الھواء ولكي تبدأ عملیة تفریغ الشحنة في الفراغ یتطلب ذلك شدة مجال كھربي 30kv/cm ولكن مع وجود الرطوبة والتلوث یقل إجھاد الكسر إلى 10kv/cm  ویحدث التفریغ الأولى في شكل خبطة  سٌلمیة stepped loader stroke فتتحرك الشحنات ببطيء حتى تصل إلي الأرض عندئذ تحدث خبطة مرتدة return stroke  للسحابة تكون أسرع وأكثر إضاءة وقد ینتھي التفریغ عند ھذا القدر لكن الغالب أن تتكرر ھذه العملیة حتى یشكل ضوء البرق وتكون الفترة الزمنیة لحدوث البرق من مللي ثانیة إلي أكثر من ثانیة .

*

 

*

لماذا تستعمل مانعة الصواعق Lightning Arresrtor؟

*

تستعمل مانعة الصواعق في بداية ونهاية كل خط 400,132 ك ف وذلك لحماية الأجهزة والمعدات من الارتفاع في الفولتية والذي يحدث للأسباب التالية :

*
أولا :الصواعق ( Surges ) التي قد تصيب خطوط النقل لان خطوط النقل تمتد إلى مسافات شاسعة فهي أكثر عرضة للإصابة بالصواعق.
ثانيا :ارتفاع الفولتية الناتج عن فقدان الحمل في الشبكة .
ثالثا :غلق وفتح قواطع الدورةCircuit Breakers

*

مما تتكون مانعة الصواعق ؟

*
تتكون مانعة الصواعق من ثلاثة أجزاء رئيسية هى :

*
1 – الجسم الصينى
2 – مقاومه غير خطيه non linear resistor
3 – الثغره الشرارية Spark gap

*

وتصنع المقاومة من مادة الفيليت Villite او من النوع Thyrite الأمريكي ومن مادة فاريستور Varistora فى النوع الفرنسي.
وجميع هذه المواد التى سبق ذكرهاهى مواد شبه موصلة Semi-Conductor تعتمد فيها المقاومة على قيمة الجهد . ففى حالة الجهد العادي هى مواد عازلة(مقاومتها كبيرة) وفى زيادة الجهد تقل مقاومة هذه المواد أى تصبح موصلة .
ولكى تكون الحماية فعالة يجب أن يكون البرج المثبت على ال Lightening arrestor أو الGround wire له أرضى جيد . 

*

220KV Lightning arrestors

*

أين تركب مانعات الصواعق ؟

*
تركب مانعات الصواعق قبل المحول وذلك للحماية ضد زيادة الجهد الناتج من حدوث الصاعقة Lightening ويتم توصيل الطرف العلوي لمانعات الصواعق بخط التغذية للجهد المتوسط بموصل له نفس مساحة مقطع الخط أو التفريعة ونفس النوع وذلك عن طريق وصلة مسمارية وكذلك يتم توصيل الطرف السفلى لمانعات الصواعق بسلك الأرضي.

*
- يتم تركيب مانعات الصواعق فى بداية ونهاية الخط.
- بالنسبة للمحطات الكهربية فإنها تخضع لنظام الحماية الصاعقة بصرف النظر عن مكان تواجدها .
- المناطق العمرانية المتكاملة فتظهر أهميته تواجد الأبنية شاهقة الارتفاع حيث يتم وضع مانعة
الصواعق عليها وتعمل بدورها كمظلة واقية من التأثيرات الصاعقة.
- أما فى المناطق الصحراوية فإنه لا توجد أبنية مرتفعة ولذلك تكون الأبنية المنخفضة الارتفاع عرضة لخطر الصواعق ولحمايتها يتم وضع أجهزة الحماية فوق مآذن المساجد وأبراج المراقبة العالية.

*

 

مانعة صواعق فى نهاية الخط

*

ما هى فكرة عمل مانعة الصواعق ؟

*
يمكن شرح فكرة عمل الـ lightning arrestor كالآتى :تتكون مانعة الصواعق من ثغره شراريه Spark gap موصله على التوالى مع مقاومه غير خطيه ( non linear resistor ) كما فى الشكل التالى:

*

*

ويتم تصميم طول الـ gap بحيث يكون الجهد العادى ( normal voltage ) غير كافى لإحداث شراره ( arc) خلالها ولكن الجهود العاليه( overvoltage) سوف تتسبب فى حدوث إنهيار للهواء العازل ( breakdown of air insulation ) فتتكون شراره والتى تجعل الـ spark gap فى حالة توصيل ( conducting ) وبما أنه من خصائص الـمقاومه الغير خطيه أن مقاومتها تقل كثيرا مع زيادة الجهد وبالتالى سوف يتسبب انهيار الهواء العازل فى الثغره الشراريه وانخفاض المقاومة مع زيادة الجهد فى حدوث مايشبه الـ short circuit فى الـ power system مما يتسبب فى تفريغ مانعة الصواعق للجهود العاليه خلال الأرض وبعد زوال الصاعقه surge سوف تصبح مقاومتها عاليه مما يمنع حدوث إنهيار للهواء فى الثغره الشراريه أى تصبح غير موصله ( non conducting ) .

*

حمایة خطوط النقل من الصواعق

*
بالنسبه لخطوط النقل فهناك وسائل أخرى للحمايه من الصواعق بالإضافه إلى مانعة الصواعق مثل :
1. الحمایة باستخدام سلك الأرضي.
2. الحمایة باستخدام القضبان الأرضیة.

*

  الحمایة باستخدام سلك الأرضي Earth Wire
ھو موصل كھربي یصنع من الصلب المجلفن موجود أعلى الأبراج الكھربیة وھذا الموصل یعمل على حمایة خط النقل من الشحنات المتولدة من السحب وكذلك من تفریغ الصواعق الرعدیة ویمكن تلخیص دور سلك الأرضي في حمایة خط النقل الكھربي كما یلي:

*
- تقسیم كمیة الشحنات في الصاعقة على عدد الأبراج
- توصیل ھذا السلك یدل على أن الأبراج موصلة على التوازي وبالتالى قلة المقاومة المحصلة
وبالتالي یعمل على سرعة تفریغ الصواعق في الأرض.
- حمایة الصواعق نفسھا من الصاعقة.

*

شكل يوضح Earth wire

*

 الحمایة باستخدام القضبان الأرضیة 
ھي قضبان من الحدید المجلفن أو النحاس وتكون مدفونة في الأرض وموصلة بقائم البرج ویعتمدعدد القضبان وعمق الدفن على القیمة المطلوبة للمقاومة الأرضیة ویكون قطرھا حوالي 15 مم وتراوح طولھا بین 2.5 و 3.5 م في الأرض.
ويمكن تلخيص نقطة 1) و 2) كالآتى :

*

 

سلك الأرضى Earth Wire هو سلك يوصل أعلى أبراج النقل وموصل أعلى الأبراج جميعها بحيث تكون هذه الأبراج كأنها موصلة على التوازى فإذا ما ضربت صاعقة خطوط النقل فإنها تجد المسار ذو المقاومة الأقل وهو سلك الأرضى الذى قلت مقاومته نتيجة كما قلنا أنه جعل أبراج النقل كأنها موصله على التوازى ومعروف أن التوصيل على التوازى يقلل المقاومه الكلية المحصله ونتيجة لذلك يتم تفريغ الصاعقه عبر هذا السلك ومنه إلى الأبراج الموصله به  وتفريغها إلى الأرض عن طريق القضبان الأرضيه الموصله بقوائم هذه الأبراج  أو أسفلها.

وهذا شكل تخطيطى يوضح ما سبق

*

شكل تخطيطى يوضح دور سلك الأرضى فى تفريغ الصاعقة

*

 

 

*