مدل های مداری معروف برقگیرهای اکسید فلزی

مدل توصیه شده IEEE

مدل مداری IEEE برقگیرهای اکسید روی که می تواند اثرات قابل توجه قبلی را در این محدوده از زمان ذکر کند، در شکل زیر نشان داده شده است.

در این مدل، مشخصه غیر خطی V-I با دو بخش از مقاومت غیر خطی A0 و A1 ارائه می شوند. این دو بخش توسط یک فیلتر R-L از هم جدا شده اند.

ما دو شرایط مطرح را داریم:

الف ) برای موج جلوئی آهسته، مقاومت واندوکتانس القائی فیلتر R-L امپدانس بسیار کمی دارا هستند، در این صورت دو مقاومت غیر خطی مدل عملا به صورت موازی متصل می شوند.

ب) برای موج جلوئی سریع، مقاومت و اندوکتانس القائی فیلترR-L بسیار مهم است. با این واقعیت، جریان های فرکانس بالا توسط فیلترR-L مجبور به عبور جریان بیشتر در بخش غیر خطیA0 نسبت به بخش A1 می شوند. به دلیل این که مشخصهA0 ، برای یک جریان داده شده ولتاژ بالاتری را نسبت بهA1 دارد، نتیجه این است که مدل برقگیر یک ولتاژ بالاتر را تولید می کند. اندوکتانسL0 نشان دهنده اندوکتانس القائی همراه با میدان مغناطیسی در مجاورت برقگیر است. مقاومت R0 برای جلوگیری از بی ثباتی های عددی در هنگام اجرای مدل با برنامه های دیجیتالی، مورد استفاده قرار می گیرد. خازن C0 نشان دهنده خازن خارجی مربوط به ارتفاع برقگیر می باشد.

فرمول‌هایی برای انتخاب پارامترهای مدل IEEE پیشنهاد شده است.این فرمول‌ها، بر پایه ارتفاع برق‌گیر و تعداد ستون‌های موازی بر روی دیسک های فلزی می‌باشند. اندوکتانس L1 و مقاومت R1، فیلتر بین دو مقاومت غیرخطی هستند که مقادیر آن ها توسط روابط زیر محاسبه می گردد.

که در آن d مقدار تخمینی ارتفاع برق‌گیر بر حسب متر و n تعداد ستون‌های موازی برق‌گیر اکسید فلزی می‌باشند. اندوکتانس L0 نشان‌دهنده اندوکتانس القائی همراه با میدان مغناطیسی در مجاورت برق‌گیر اکسید فلزی است. مقاومت R0 برای ایجاد ثبات در پردازش ریاضی مورد استفاده قرار می‌گیرد، هنگامی که مدل بر روی کامپیوتر تجزیه و تحلیل می شود. خازنC نشان‌دهنده ظرفیت بین دو لبه برق‌گیر اکسید فلزی است. برای این سه پارامتر نیز مقادیر توسط روابط زیر محاسبه می گردد.

منحنی استاندارد برای استخراج مقادیر مقاومت های A0 و A1 مطابق شکل زیر است.

مدل ارائه شده توسط PINCETI و همکاران

مدل مداری Pinceti برقگیرهای اکسید فلزی مطابق شکل زیر و یک مدل IEEE ساده است. محاسبه مشخصه ولتاژ- جریان آن به همان صورتی است که در مدل IEEE می‌باشد. اما تعیین پارامترهای آن بر اساس ویژگی‌های الکتریکی برق‌گیر متفاوت است.

با مقایسه دو مدل، در مدل Pinceti-Giannettoni ، ظرفیت خازن با توجه به اثر کم بر رفتار مدل، حذف شده است. این دو مقاومت به صورت موازی با اندوکتانس توسط یک مقاومتR (حدود 1MΩ ) بین ترمینال های ورودی جایگزین شده اند. این مقاومت تنها دامنه را برای جلوگیری از مشکلات عددی حل می نماید. اصول مدل، شباهت زیادی به مدل IEEE دارد و بر پایه دو قانون می‌باشد:

شناسایی مقاومت غیرخطی A0 و A1 از طریق مشخصه ولتاژ بالا که در مدلIEEE ارائه شده است و به حداکثر ولتاژ باقی‌مانده اندازه‌گیری در طول آزمون با ضربه فعلی اشاره می‌کند.

تعیین مقاومت القایی را می‌توان با استفاده از معادلات زیر به دست آورد:

برای روابط قبل داریم:

Vn : ولتاژ مجاز برقگیر صاعقه

Vr,1/T2 : ولتاژ باقی‌مانده برای صاعقه 1/T2 میکرو ثانیه و جریان kA10

Vr,8/20: ولتاژ باقی‌مانده برای صاعقه 8/20 میکرو ثانیه و جریان kA 10

این فرایند، ویژگی‌های فیزیکی برق‌گیر را در نظر می‌گیرد، و همچنین اطلاعات الکتریکی داده‌ شده توسط سازنده را به حساب می‌آورد. معیارهای پیشنهادی برای انتخاب پارامترها، تنها بر اساس ویژگی‌های الکتریکی نمونه است و در واقع این تفاوتی بین سایر مدل های پیشنهاد شده است. معادلات بر اساس این واقعیت است که مقادیر پارامترهای L0 و L1 ، هر کدام نقشی را بر عهده ‌دارند که این عناصر در مدل وجود دارند. به عبارت دیگر، از آنجا که القاکننده، رفتار پویای برق‌گیر در جریان‌های رعد و برق را بازمان افزایش سریع شناسایی می‌کند، تعریف مقادیر این پارامترها به سازنده داده‌های مربوط به رفتار برق‌گیر در یک رعد و برق احتمالی، معقول و منطقی است. خطاهای موجود بین خطاهای اندازه‌گیری شده و محاسبه ‌شده توسط این مدل ولتاژ باقی‌مانده، برای جریان رعد و برق با زمان جلو از 1 تا 30 میکرو ثانیه، کم است. هنگامی که زمان صعود به 8 میکرو ثانیه افزایش میابد، خطا کاهش می یابد.

مدل ارائه شده توسط Fernasndez و همکاران

مدل مداری Fernandezبرقگیرهای اکسید فلزی ارائه شده توسط آقای فرناندز و همکاران در شکل زیر نشان داده شده است. این مدل برای شبیه سازی ویژگی های پویا برای جریان تخلیه با زمان جلو شروع از μs 8، در نظر گرفته شده است. بین مقاومت غیر خطی A0 و A1 تنها اندوکتانس L1 قرار داده شده است. L0 و R0 در این مدار معادل حذف شده است. C0 نشان دهنده ی ظرفیت ترمینال به ترمینال برقگیر می باشد. مقاومت R موازی A0 برای جلوگیری از نوسانات عددی، در نظر گرفته شده است.

به این ترتیب سه مدل معروف و استاندارد برای مدلسازی برقگیرهای اکسید فلزی در اینجا ارائه شد. سایر مدل های پیشنهادی توسط محققان مختلف می تواند ترکیبی از مدل های معروف بیان شده در اینجا باشد.