تعاریف و اصول کار ترانسفورماتور
مقدمه :
ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ زیاد و بلعکس تبدیل نماید . ترانسفورماتور امروز یکی از وسایل لازم و حیاتی در سیستم های الکتریکی و همچنین سیستم های تبدیل انرژی می باشد و از دو بخش اصلی زیر تشکیل می گردد :
1 – هسته که از ورقه های نازک فولادی ساخته می شود .
2 – دو یا چند سیم پیچ که در ترانسفورماتورهای معمولی با هم رابطه مغناطیسی و در اتوترانسفورماتورها دیگر رابطه الکتریکی و مغناطیسی دارند .
آن بخش از سیم پیچ که از مدار الکتریکی انرژی می گیرد سیم پیچ اولیه بخش دیگر که از آن انرژی گرفته می شود سیم پیچ ثانویه نامیده می شود . سیم پیچ متصل به مدار با ولتاژ زیاد به سیم پیچ فشار قوی ( H.W ) و سیم پیچی که به مدار با ولتاژ کم اتصال می یابد به سیم پیچ فشار ضعیف ( L.V ) معروف است .
ترانسفورماتورهای که ولتاژ سیم پیچ ثانویه از ولتاژ اولیه آن کمتر باشد ترانسفورماتور کاهنده و آن که ولتاژ ثانویه اش از ولتاژ اولیه بیشتر باشد ترانسفورماتور افزاینده نامیده می شود .
اگر یکی از دو سیم پیچ ترانسفورماتور مثلاً اولیه را به منبع ولتاژ متناوب وصل کنیم فوران ( فلوی ) متناوبی تولید خواهد شد که دامنه اش نسبت مستقیم با ولتاژ دو سر سیم پیچ اولیه و شماره دورهای اولیه دارد .
فوران تولید شده ی سیم پیچ ثانویه را نیز دور می زند و ولتاژی در آن القاء می نماید که مقدار آن به شماره دوره های سیم پیچ ثانویه بستگی دارد . واضح است که ترانسفورماتور ها فقط با وجود فوران های متقابل که هر دو سیم پیچ را دور می زنند کار می کنند .
لازم به تذکر است که این فوران ها ( فلوها ) از مواد فرو مغناطیسی ( پرمابیلیته ) زیاد به مراتب بهتر از سایر موارد عبور می نمایند و از اینروست که هسته ترانسفورماتورها از آهن ( فورمغناطیس ) می باشد . برای جلوگیری از اثر تخریبی هوا و بهبود شرایط خنک شدن ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد ، معمولاً هسته و سیم پیچ های آن ها را در مخزن پر از روغن قرار می دهند که این نوع ترانسفورماتور را روغنی می نامند و آن هایی که توسط هوا خنک می شوند به ترانسفورماتورهای خشک معروف هستند .
انواع کاربری ترانسفورماتورها
1 – ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته ؛
2 – ترانسفورماتورهای قدرت که برای مقاصد خاص مثل کوره ها ؛
3 – یکسو کننده ها و واحدهای جوشکاری به کار می روند ؛
4 – ترانسفورماتورهایی که برای تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیع به کار می روند ؛
5 – اتوترانسفورماتورها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی ؛
6 – ترانسفورماتورهای وسایل اندازه گیری .
الف : حفاظت های داخلی :
1- اتصال کوتاه :
A ( دستگاه حفاظت روغن ( رله بوخهلتس ، رله توی ) ؛
B ( دستگاه حفاظت درمقابل جریان زیاد ( فیوز ، رله ) ، ( جریان زیادی زمانی ) ؛
(C رله دیفرانسیل
2- اتصال زمین :
A مراقبت روغن با رله بوخهلتز ، B رله دیفرانسیل ، C سنجش جریان زمین
3- افزایش فلوی هسته :
A اورفلاکس
ب : حفاظت های خارجی :
1- اتصالی در شبکه :
A فیوز ، B رله جریان زیاد زمانی , C رله دیستانس
2- اضافه بار :
A ترمومتر روغن و سیم پیچ , B رله جریان زیاد تاخیری , C رله توی ب , D منعکس کننده حرارتی ؛
3- اضافه ولتاژ در اثر موج سیار :
A توسط انواع برق گیر
ج : حفاظت های غیر الکتریکی :
1- کمبود روغن : رله بوخهلتز ؛
2- قطع دستگاه خنک کن ؛
3- نقص در تپ چنجر : رله تخلیه فشار یا گاز .
انواع زمین کردن :
انواع زمین کردن :
1ـ زمین کردن حفاظتی :
زمین کردن حفاظتی عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تاًسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم ( فلزبه فلز ) با مدار الکتریکی قرار ندارد . این زمین کردن به خصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماس زیاد به کار گرفته می شود .
2ـ زمین کردن الکتریکی :
زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاه های الکتریکی و ادوات برقی که جزئی ازمدار الکتریکی می باشد . مثل زمین کردن مرکز ستاره ی سیم پیچ ترانسفورماتور یا ژنراتور .که این زمین کردن بخاطر کارصحیح دستگاه و جلوگیری از ازدیاد فشار الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازهای دیگر با زمین .
3ـ روش های زمین کردن :
ـــ روش مستقیم :
مثل وصل مستقیم نقطه صفر ترانس یا نقطه ای از سیم رابط بین ژنراتور جریان دائم به زمین .
ـــ روش غیر مستقیم :
مثل وصل نقطه صفر ژنراتور توسط یک مقاومت بزرگ به زمین یا اتصال نقطه صفر ستاره ترانس توسط سلف پترزن ( پیچک محدود کننده جریان زمین )
ـــ زمین کردن بار:
باید نقطه صفریااصولاً هرنقطه از شبکه که پتانسیل نسبت به زمین دارد توسط یک فیوز فشارقوی ( الکترود جرقه گیر ) به زمین وصل می شود .
ولتاژهای کمکی :
1ـ ولتاژکمکی (DC 110):
این ولتاژ در پست ها یکی از پر اهمیت ترین ولتاژهای مورد نیاز تجهیزات است . کلیه فرامین قطع و وصل بریکر وتغذیه اکثر رله های موجود درهر پست ازهمین منبع تامین می شود . این ولتاژ توسط یک دستگاه شارژر سه فاز و یک مجموعه 10 ستی باطری12 ولتی به آمپراژ 165 آمپر ساعت ، یک تغذیه حفاظتی مطمئن را به وجود می آورد .
ولتاژ 110 ولتی مستقیم وارد تابلوی توضیع DC به مشخصه ( + SB) شده و از آن جا جهت مصارف گوناگون از جمله کلیه فرامین قطع و وصل ، تغذیه موتور شارژ فنر بریکرهای KV 63، تغذیه سیستم اضطراری روشنایی توضیع می شود ضمناً هر خط تغذیه مجهز به فیوزهای مجزامی باشد .
2ـ ولتاژکمکی (AC):
ولتاژ کمکی متناوب 380/220V ، توسط ترانس های کمکی هریک به قدرت KVA 100 تامین می گردد که سمت اولیهKV 20توسط فیوزهای10A/20KV حفاظت می شود . مراحل ورود ولتاژ کمکی به تابلوی توزیع به این ترتیب است که ولتاژ وارد باکس ( AL – T- QS – Q ) داخل محوطه می شود که خود باکس شامل کلید پاپیونی ، فیوزهای کتابی و بریکر 400Vمی باشد .سپس توسط کابل وارد تابلوی توزیع +SA شده و از طریق کلیدهایپاپیونی که به طور مکانیکی با هم اینترلاک شده اند وارد باسبار توزیع می شود ,ولتاژ متناوبV 380/220جهت تغذیه سیستم های روشنایی وگرمایی و موتورهای شارژ بریکرهایKV 20، موتور تپ چنجر ترانس و شارژها و … استفاده می شود .
اندازه گیری :
دستگاه های اندازه گیری روی تابلو کنترل برای قسمت های مختلف شامل:
ـــ فیدر ورودیKV 63 شامل آمپرمتر با سلکتورسویچ ( تعیین بالانس بودن یا نبودن فازها ) ، ولتمتر با سلکتور سویچ .
ـــ فیدر ورودیKV 20 شامل آمپرمتر با سلکتور ، ولتمتر با سلکتور ، مگاوات متر و مگاوارمتر .
ـــ فیدر خروجی KV 20شامل آمپرمتر با سلکتورسویچ فازها .
ـــ فیدرورودیKV 20در داخل فیدر خانه شامل آمپرمتربا سلکتورسویچ ، ولتمتر با سلکتورسویچ .
اینترلاک ها :
اینترلاک ها به دو دسته الکتریکی و مکانیکی تقسیم می شوند و جهت جلوگیری از عملکردهای ناصحیح تعبیه شده اند .
ـــ اینترلاک های یک بی خط KV63 : اینترلاک الکتریکی بین سکسیونر زمین خط و ترانس ولتاژ تعبیه شده و تازمانیکه ترانس ولتاژ تحت ولتاژشبکه باشد ، اجازه بستن به سکسیونر زمین خط داده نمی شود . اینترلاک الکتریکی بین دو سکسیونر طرفین بریکر یک بی خط KV63 تا زمانی که بریکر در حالت قطع قرار نگیرد اجازه باز یا بسته شدن به سکسیونر طرفین داده نمی شود .
ـــ اینترلاک های یک KV63 ترانس فورماتور : اینترلاک الکتریکی بین بریکر KV 63 و سکسیونر بی ترانس تا موقعی که بریکر در خالت قطع نباشد اجازه باز یا بسته شدن به سکسیونر داده نمی شود .
ـــ اینترلاک های یک KV20 ترانس فورماتور : اینترلاک مکانیکی بریکر کشویی ورودی KV20 تاهنگامی که بریکر در حالت وصل باشد ، پین انترلاک که در قسمت زیر بریکربین دو چرخ عقب بریکر کشویی قرار دارد ، اجازه داخل یا خارج شدن از فیدر را نمی دهد . هنگامی که بریکر در مدار وصل است پین مربوطه پشت نبشی که در قسمت کف فیدر پیچ است قراردارد و اجازه خارج شدن بریکررانمی دهد . اینترلاک الکتریکی بین سکسیونر ارت سرکابل ورودیKV 20از ترانسفورماتور و بریکرهایKV 20 و KV 63همان ترانس به این ترتیب است که تا موقعی که دو بریکر یاد شده درحالت قطع نباشد ، اجازه بستن به سکسیونر زمین سرکابل KV 20 داده نمی شود . ضمناً تا زمانی که سرکابل ورودی KV 20زمین باشد بریکرهای KV 20و KV 63 فرمان وصل قبول نمی کند .
ـــ انترلاک باس شکن 63KV: اینترلاک الکتریکی بین چهار بریکر 63 کیلو ولت قطع نباشند ، اجازه بستن ویا باز کردن سکسیونر باس سکشن داده نمی شود . همچنین در صورتی که هر چهار بریکر 63 کیلو ولت قطع باشد ، اجازه باز و بسته شدن به سکسیونر باس شکن داده می شود .
ـــ اینترلاک سکسیونر زمین باسبار 20 کیلو ولت : در صورتی به سکسیونر زمین باسبار 20 کیلو ولت اجازه بسته شدن داده می شود که کلیه بریکرها همان باس ( خروجی ها ، ورودی ها و باس کوپلر ) قطع باشند و سوکت بریکرهای انها نیز وصل باشد .
ـــ اینترلاک کلیدهای 400 ولت AC :
اینترلاک الکتریکی بین دو بریکر 400 ولت ترانس های کمکی : بدین ترتیب که همیشه فقط یک بریکر می تواند در حالت وصل باشد . اینترلاک مکانیکی بین دو کلید پاپیونی روی تابو توزیع SA + طوری است که فقط یک کلید حالت وصل باشد .
یک سیستم حفاظتی کامل شامل :
1- ترانس های جریان و ولتاژ ؛
2- رله های حفاظتی ( تصمیم گیرنده وصدور فرمان ) ؛
3- کلید های قدرت .
ـــ حفاظت های یک پست 63 کیلو ولت ASEA شامل :
1ـ حفاظت های خط 63 کیلو ولت : دیستانس به عنوان حفاظت اصلی و اورکارنت پشتیبان ؛
2ـ حفاظت های یک 63 کیلو ولت ترانس : اورکانت و REF ( حفاظت های خارجی ) ؛
3ـ حفاظت های یک 20 کیلوولت ورودی ترانس : دایر کشنال اورکانت – ارت فالت – REF و اندر ولتاژ ؛
4ـ حفاظت های داخلی ترانس قدرت : رله بوخلس – شاخص سطح روغن – شاخص حرارت روغن – شاخص حرارت سیم پیچ – دریچه تنفسی – فشار زیاد داخل تپ چنجر که ناشی از ازدیاد گازها در اثر اتصالی بوجود می آیند ؛
5ـ حفاظت های یک 20کیلوولت خروجی: اورکانت – ارت فالت ؛
6ـ حفاظت باس کوپلر 20 کیلوولت:اورکانت-ارت فالت – دایرکشنال ؛
7ـ حفاظت های ترانس کمکی: شاخص حرارت روغن ورله بوخهلتس ؛
8ـ حفاظت های بریکر400 ولت AC : جریان زیاد ـــ رلهً حرارتی ؛
9ـ رله سوپرویژن جهت کنترل و مراقبت مدارات قطع بریکرهای 63 ورودی و ترانس وهمچنین ورودی KV20 ترانس قدرت .
رله های kv63 ، 20kv REF در صورت به هم خوردن تعادل جریانی فازهای سیم پیچ و اختلاف زاویهً 120 درجه بین فازها و در نتیجه جریان دار شدن نقطه صفر سیم پیچ ، عملکرد رله REF را بدنبال خواهد داشت .
عملکرد رلهً بوخهلتز:
در صورت بروز اتصال در داخل ترانس و متصاعد شدن گاز و همچنین حرکت سریع روغن ، منجر به عملکرد رلهً بوخهلتس خواهد شد ، که با توجه به شدت اتصال مدارات آلارم و تریپ به ترتیب بسته می شوند . پیش از برق دارکردن باید حرارت های سیم پیچ و روغن کنترل شود .
سیستم آلارم :
به طور کلی هدف از کاربرد سیستم آلارم و سیگنال در پست های فشار قوی آشکار ساختن خطاها و معایب بوده و در صورتی که بهره بردار هنگام کارو مانور دچارخطا شود سیستم آلارم بهره بردار را مطلع وکمک می کند تا سریع تر خطا و عیب مشخص و قسمت معیوب در صورت نیاز مجزا واقدامات لازم انجام گردد .
خطا یا فالت با آلارم ( بوق ) شروع و همزمان سیگنال چشمکزن مربوطه در پانل آلارم ظاهر می گردد . وظیفه بهره بردار در این مواقع به این ترتیب است که ، ابتدا بوق را با دکمه پوش باتون ( ALARM , STOP ) قطع می نماید سپس کلیه سیگنال های ظاهر شده را کامل یادداشت نموده ، بعد از آن دکمه ( ACCEPT ) را جهت پذیرفتن یا ثابت نمودن سیگنال فشار می دهیم . اگر فالت گذرا باشد ، که سیگنال ریست شده و در صورتی که فالت پایدارباشد ، سیگنال ثابت می گردد . مرحلهً بعدی پیگیری و بررسی جهت برطرف نمودن خطا می باشد .
تشریح سیگنال های پست kv63 :
1- آلارم وسیگنالهای نمونه ـــ یک بی خط KV 63 ؛
2- آلارم و سیگنال های نمونه ـــ یک ترانسفورماتور KV 63/20 ؛
3- آلارم وسیگنال های نمونه ـــ قسمت KV 20 ؛
4- آلارم و سیگنال های نمونه ـــ یک ترانسفورماتور کمکی و یک ترانسفورماتورارتینگ .
5- آلارم وسیگنالهای عمومی .
مراحل مانور:
1- مراحل بی برق نمودن یک بی خط KV63 و نحوهً زمین :
قطع بریکر خط ، آرزمایش توسط سلکتور سویچ آمپرمتر ، باز نمودن سکسیونرهای طرفین بریکر ، آ زمایش خط توسط فازمتر , سلکتور ولتمتر خط ، بستن سکسیونر زمین , نصب تابلوهای ایمنی روی تابلوی فرمان وکشیدن نوار حفاظتی در محدوده کار گروه .
2- مراحل بی برق نمودن یک خط KV 20 و نحوه زمین :
قطع بریکر خط ، آرزمایش توسط سلکتور سویچ آمپرمتر ، بیرون آوردن بریکر کشویی از داخل فیدر ، آزمایش سر کابل خط توسط فازمتر , بستن کابل ارت به قسمت زمین فیدر و تخلیه فازها با استفاده از فاز وسط , نصب تابلو ایمنی وهشدار دهنده روی فیدر و تابلوی فرمان بغل کلید مربوطه .
3ـ مراحل بی برق نمودن یک ترانس قدرت :
ـــ جابجایی تغذیه ولتاژ V400 کمکی در صورت نیاز .
ـــ جابجایی تپ چنجرترانس ها
ـــ کنترل مقدار بار ترانس ها و امکان مانور بدون خاموشی .
ـــ قطع بریکر 20 KV، قطع بریکر KV 63 ، خارج نمودن بریکر کشویی ورودی 20 KV ، بازنمودن سکسیونر KV 63 ترانس یاد شده ، قطع کلید پاپییونی400V بیرونی زمین نمودن سرکابل 20KV ازطریق اتصال زمین سرکابل ورودی ، بستن کابل ارت سمت63 KV ترانس قدرت و جدا نمودن قسمت های برق دار از قسمت های بی برق با علائم ایمنی .
4ـ مراحل بی برق نمودن باس بار KV20 جهت کارگروه :
قطع کلید بریکر و فیوز تغذیه بریکر , ثبت بار وثبت زمان قطع بریکر در دفتر روزانه .
تجهیزات نصب شده روی ترانسفورماتور در ارتباط با حفاظت
1- رله بوخهلتس :
این رله بروی ترانس های کنسرواتور دار نصب می شود و برای ترانس های هرمتیک می توان از تجهیزات خاص همچون رله هرمتیک و DGPT که عملکرد مشابه بوخهلتس دارند استفاده نمود . در این وسیله ی حفاظتی ، گاز های ایجاد شده از تجزیه روغن ناشی از تخلیه جزئی و کامل و نقاط داغ غیر مجاز در داخل ترانس جمع می شود ، به طوری که اگر میزان گاز بوجود آمده از حد معینی تجاوز نماید با اتصال دو کنتاکت موجود در آن آلارم و سپس فرمان قطع ارسال می شود.
2- ترمومتر روغن :
ترمو متر با داشتن یک عقربه ، میزان دمای روغن ترانسفورماتور را نشان می دهد و دارای دو میکرو سوئیچ قابل تنظیم بوده که با توجه به دمای مجاز روغن تنظیم می گردند . از این کنتاکت ها می توان برای فرمان اخطار و قطع استفاده نمود .
3- رطوبت گیر :
بروی کلیه ی ترانس ها رطوبت گیر نصب می گردد . در حالت عادی رنگ ماده رطوبت گیر باید آبی تیره باشد که پس از اشباع با رطوبت به رنگ صورتی روشن تغییر رنگ داده که در این صورت باید آن را با ماده خشک تعویض نمود .
4- روغن نما :
الف ) روغن نما عقربه ای :
درجه روغن نما در روی منبع انبساط جهت نشان دادن سطح روغن نصب می گردد . عقربه روغن نما در دمای محیط 20 درجه سانتیگراد باید روی علامت 20+ قرار گیرد .
ب) روغن نما چشمی :
با توجه به عدم وجود منبع انبساط در ترانس های هرمتیک جهت کنترل سطح روغن و شارژ احتمالی روغن از FILLING PIPE که روی در پوش نصب می شود استفاده می گردد . جهت کنترل سطح روغن از روغن نمای چشمی استفاده شده که قرار داشتن گوی داخل آن در بالا نشان دهنده ی سطح روغن مناسب در ترانس است .
روغن در ترانسفورماتورهای قدرت
روغن ترانسفورماتور بخش تصفیه شده روغن معدنی می باشد که در دمای بین 250 تا 300 درجه سانتی گراد به جوش آمده است . این روغن پس از تصفیه از لحاظ شیمیایی کاملاً خالص بوده و تنها شامل هی درو کربن های مایع می باشد. روغن ترانسفورماتور دو وظیفه ی اساسی بر عهده دارد :
اول این که به عنوان عایق الکتریکی عمل می نماید و ثانیاً حرارت های ایجاد شده در قسمت های برقدار ترانسفورماتور را به خارج منتقل می کند . با ولتاژ های بالایی که هم اکنون در شبکه انتقال انرژی صورت می گیرد نیاز به روغن ترانسفورماتورها بعنوان عایق الکتریکی و وسیله خنک کننده افزایش یافته است . چنان چه روغن خالص باشد مشخصات الکتریکی آن خوب خواهد بود و نیز اگر ویسکوزیته ( چسبندگی ) روغن کم باشد ، خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت و POUR POINT آن پائین خواهد بود . به هر حال ویسکوزیته روغن را نمی توان بسیار پائین انتخاب کرد زیرا در این صورت flash point روغن پائین تر خواهد آمد و از روغن با flash point پائین نبایستی استفاده کرد.پائین ترین حد flash point در این گونه موارد 130 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود . در عین حال ویسکوزیته روغن نباید به اندازه کافی پائین باشد تا p.p روغن کمتر از 40- درجه سانتی گراد باشد . ( در بعضی کشورهای اروپای شمالی از روغنهایی با p.p پائیت استفاده می شود ) .
خصوصیات یک روغن ایده آل می تواند ایتم های زیر را در بر داشته باشد :
1- استقامت الکتریکی بالایی داشته باشد .
2- انتقال حرارت را بخوبی انجام دهد .
3- جرم مخصوص پائینی داشته باشد . در روغن هایی که جرم مخصوص پائینی دارند ، ذرات معلق براحتی و به سرعت ته نشین میگردند و این خاصیت باعث تسریع در روند هموژنیزه روغن می شود.
4- ویسکوزیته پائینی داشته باشد، روغنی که وسکوزیته پائینی دارد سیالیت آن بهتر است و بیشتر است و در نتیجه خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت .
5- Pour point پائینی داشته باشد .روغنی که Pour point پائینی دارد در درجه حرارت های پائین حرکت خود را از دست خواهد داد .
6- Flash point بالایی داشته باشد . Flash point مشخص کننده تمایل روغن به تبخیر شدن می باشد . هر چه Flash point روغن پائین تر باشد تمایل به تبخیر شدن در روغن بیشتر است . هنگامی که روغن تبخیر می شود ، ویسکوزیته آن بالا می رود و روغن های تبخیر شده ترکیبات اتش زایی را با هوای بالای روغن ایجاد می کنند .
7- به مواد عایقی و استراکچر فلزی نمی بایستی آسیبی برساند .
8- خاصیت شیمیایی پایداری داشته باشد.این مسئله به عمر بیشتر روغن کمک خواهد کرد .
خصوصیات روغن ترانسفورماتور :
روغنی که در ترانسفورماتور به کار می رود می بایستی دو خصیصه ی زیر را داشته باشد :
1- روغن باید تمییز باشد .مواد جامد معلق یا ترکیبات شیمیایی زیان آور و یا آب در آن هرگز موجود نباشد .
2- روغن از لحاظ شیمیایی بایستی پایدار باشد .تغییرات روغن با توجه به گرما و اکسیژنی که با آن در تماس باشد در درجه حرارت کار نرمال ترانس میبایستی تا حد امکان کم باشد.
ناخالصی ها :
ناخالصی ها در اولین قدمخاصیت الکتریکی روغن را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به نوع ناخالصی تاثیر پذیری روغن متفاوت خواهد بود . به طور مثال :
1- ذرات جامد با قطر بیشتر از mμ 15 و قطرات کوچک آب استقامت دی الکتریک روغن را کاهش می دهد .
2- چنان چه ذرات جامد در روغن باشد ، استقامت دی الکتریک روغن توسط آب های غیر محلول در روغن کاهش خواهد یافت .
3- ذرات جامد بسیار کوچک (mμ 15> ) برای مثال ترکیبات قطبی حل نشده در میدان های الکتریکی بالا تلفات دی الکتریکی در روغن را بالا خواهد برد .
به هر حال هر چه میزان ناخالصی ها در روغن بیشتر باشد ، تاثیر پذیری روغن بیشتر خواهد شد . بنابراین برای انواع مختلف ناخالصی ها و خصوصیات الکتریکی وابسته به روغن می بایستی محدودیت هایی در نظر گرفت . البته این حدود تابع ولتاژ وسایلی است که بدان وابسته می باشند. برای استقامت دی الکتریکی ، این حدود در جدول صفحه بعد می آید.
استقامت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور و یا روغن دیژنکتور مطابق با استاندارد IEC 422(1973) :
ولتاژ شکست الکتریکی مجاز
ولتاژ نامی
تجهیزات
>50KV
>40KV
>30 KV
>170 KV
70KV
170 KV
< 70KV
ترانسفورماتورهای قدرت و
اندازه گیری
>30 KV
> 20 KV
≥ 170 KV
< 170 KV
دیژنکتور
چنان چه ولتاژ شکست الکتریکی روغن مطابق با جدول بالا نباشد این بدان معنی است که روغن شامل ذرات جامد ناخالصی و یا آب است. حد اکثر میزان آب مجاز در روغن مطابق IEC 422 ، mg/dm3 20 برای ولتاژهای بیش از 170 کیلو ولت و mg/dm3 30 برای ولتاژ های کمتر از 170 کیلو ولت می باشد .
برای ضریب پراکندگی دی الکتریک (tg δ ) که تابع ذرات کوچک و ترکیبات قطبی حل نشده در روغن می باشد ، حدود کاملاً مشخص نمی باشد . معمولاً می توانیم حد بالای tg δ را /00 ْ400 برای درجه حرارت 90 درجه سانتی گراد را در نظر بگیریم برای برخی روغن ها به هر حال حد بالای tg δ را می توانیم تا/ 00 ْ2000 در نظر بگیریم .
زوال و اضمحلال روغن :
از آن جا که روغن یک ترکیب آلی است زوال و تاثیر ناپذیری آنرا در مقابل گرما و اکسیژن نمی توانیم کاملاً از بین ببریم. بنابراین روغن اکسیده میشود و ترکیبات اسیدی و قطبی به تبع آن بوجود می آید و کشش سطحی روغن در مقابل آب کاهش می باید.
از طرف دیگر ترکیبات اسیدی بر کاغذ و تخته های فشرده شده عایق های سیم پیچی ها تاثیر نامطلوبی خواهد گذاشت . در حقیقت سلول های عایقی هنگامی که تحت حرارت قرار می گیرند در محیط اسیدی سریعتر از محیط خنثی ترد و شکننده می شوند .
تشکیل لجن و کثافات در روغن ترانسفورماتور از پیامدهای دیگر زوال و اضمحلال روغن می باشد . پس از این مرحله تغییرات در روغن نسبتاً سریع تر صورت می گیرد . برای مثال کشش سطحی در این مرحله از مقدار اولیه ی خود N/M 3- 10 * 45 به مقدار N/M 3- 10 * 15 کاهش می یابد . لجن و کثافات هنگامی که در روغن ترانسفورماتور تشکیل می شوند ، بر روی سیم پیچی ها رسوب می کنند و باعث می گردند که سیم پیچی ها به طور موثر خنک نشوند .
هنگامی که اسیدیته (Neutralization value) روغن بسیار بالا باشد و یا کثافات در روغن مشاهده شده است توصیه می شود اقدامات آمده در جدول انجام گیرد . همان گونه که خواهید دید از ته نشین شدن و رسوب هرگونه کثافات در روغن ترانس باید جلوگیری به عمل آید .
اقداماتی که باید انجام گیرد
لجن و کثافاات
مقدار خنثی ( neutralization value)
mg K OH/g
———————
—————————
< 0.2
کنترل و بازرسی را در فواصل کوتاه تری انجام دهید . روغن را مرمت و یا تعویض نمائید
قابل کشف نمی باشد
0. 2 ……… 0.3
کنترل و بازرسی را در فواصل کوتاه تری انجام دهید .
روغن را مرمت و یا تعویض نمائید
قابل کشف نمی باشد
0.3 ………. 0.5
روغن را تعویض نمائید
————————–
> 0.5
تجزیه و تحلیل گازها برای آشکار کردن نقص های ابتدایی در ترانسفورماتور :
عایق ها در یک ترانسفورماتور تنها به دلیل حرارت و تجزیه شیمیایی زائل نمی شوند ، بلکه تخلیه الکتریکی نیز در این فرایند موثر می باشند. بوسیله تخلیه الکتریکی و درجه حرارت نسبتاً بالای محیط ، روغن و کاغذ به مواد گازی از قبیل هیدروژن – متان – اتیلن – استیلن – و اکسید کربن تجزیه می گردند . این پدیده در ترانسفورماتور بدین معنی است که نقصی وجود دارد . این نقص می تواند کاملاً بی ضرر باشد و نیز می تواند بسیار جدی بوده و دیر یا زود منتهی به عملکرد بد ترانسفورماتور شود.
منشاء و میزان گازهای مختلف تولید شده بستگی به نوع و جدی بودن خطا دارد. بنابراین با بررسی گازهای حل نشده در روغن ترانسفورماتور نیاز به بازدید و تعمیر ترانسفورماتور آشکار می گردد. برای مثال اضافه حرارت روغن باعث ایجاد گاز متان و اتیلن ، تخلیه الکتریکی جزئی در روغن باعث ایجاد هیدروژن و تخلیه الکتریکی شدید ، گاز استیلن در روغن ایجاد خواهد نمود.
به هر حال ، چگونگی بررسی این گونه گازهای ایجاد شده در روغن و تجزیه و تحلیل آن ها هنوز کاملاً قطعی نشده و در کشورهای مختلف در این خصوص مطابق با استانداردهای IEC تحقیقات ادامه دارد.
نظارت بر روغن و رطوبت گیر :
بررسی روغن های نمونه برداری شده از ترانس که در فواصل منظمی صورت می گیرند ، نظارت خوبی بر کار ترانسفورماتور خواهد بود . با این عمل نه تنها برخی مشخصات روغن در زمان های معینی ضبط می گردد ، بلکه همچنین میزان پیشرفت و تغییرات این مشخصه با زمان نیز آشکار خواهد شد .که این خود مبنای بهتری برای ارزیابی وضعیت روغن می باشد . چنان چه نتایج بعضی از اندازه گیری ها هماهنگ با نتایج قبلی نباشد ، این بدان معنی است که در اندازه گیری ها و یا هنگام نمونه برداری خطایی وجود داشته است . روغن نمونه برداری شده به راحتی به وسیله آلودگی و رطوبت شیر ها و یا بطری نمونه برداری ، آلوده می گردد و بنابراین نمونه برداری از روغن ترانسفورماتور بایستی با حد اکثر دقت صورت گیرد.
ترکیب روغن ها :
چه نوع روغنی را می توانیم به ترانسفورماتورها اضافه نمائیم ؟ در حقیقت ترکیب دو نوع متفاوت می تواند نتایج غیر قابل انتظاری به همراه داشته باشد.بازدارنده اکسیداسیون دو روغن ممکن است بر یکدیگر تاثیر گذاشته و یا ترکیبات ناشی از کهولت در یک روغن می تواند رسوبات ایجاد کند در حالیکه این رسوبات توسط روغن دوم رقیق گردد. به هر حال روغن ها می توانند به دلایل مختلفی با یکدیگر نا سازگار باشند.
در موارد نامشخص ، آزمایشات مربوط به ترکیبات دو نوع روغن متفاوت می تواند انجام شود . معمولاً باید اصول زیر را همواره در ترکیب دو نوع روغن متفاوت مراعات نمود.
روغن دو نوع ترانسفورماتور را در صورت داشتن شرایط زیر می توان ترکیب نمود.
1- مطابق با استاندارد واحدی باشند.
2- شامل باز دارنده اکسیداسیون یکسان و یا باز دارنده اکسیداسیون قابل مقایسه ای باشند.
3- مقدار خنثی (Neutralization value) کوچکتر از mg KOH/g 0.5 داشته باشد.
4- میزان آب در روغن ازg/g μ 20 کمتر باشد.
سیستم های خنک کننده ی ترانس ها
ترانس ها را می توان از نظر سیستم خنک کنندگی به چند گروه تقسیم کرد . ترانس هایی که با جریان هوا خنک می شوند و ترانس هایی که با روغن خنک می شوند و یا ترکیبی از هر دو انتخاب سیستم خنک کننده ، بسته به قدرت ترانس و محل استفاده از آن می باشد . مثلاً در محل هایی که بلاجبار ترانس باید در سالن یا محل کار باشد از ترانس هایی با سمغ ریختگی استفاده می شود . این انتخاب به این علت است که چون امکان آتش سوزی در کارگاه یا محل کار وجود دارد از ترانس با سیستم روغنی استفاده نمی شود .
در ترانس های توزیع معمولاً از سیستم خنک کنندگی روغن استفاده می شود .
معمولاً بر روی پلاک ترانس ها ، نوع سیستم خنک کنندگی آنها نوشته می شود . که نمونه ای از آن ها در زیر نوشته شده اند :
روغن طبیعی و هوای طبیعی (ON AN )
روغن با گردش توسط پمپ و هوای طبیعی ( OF AN)
روغن طبیعی و پنکه های خنک کننده ( ON AF)
تلفات ترانسفورماتور باعث گرم شدن ترانسفورماتور می شود و اگر حرارت ایجاد شده بخارج هدایت نشود بار دهی ترانسفورماتور کم شده و چه بسا باعث سوختن ترانسفورماتور می شود .
برای خنک کردن ترانسفورماتور بر حسب نوع ترانسفورماتور ؛ ترانسفورماتور خشک و ترانسفورماتور روغنی ) طرق مختلفی موجود است که عبارتند از :
1- ترانسفورماتور خشک :
ترانسفورماتور خشک با قدرت زیاد بندرت ساخته می شود زیرا این ترانسفورماتورها از نظر استقامت الکتریکی و دینامیکی خیلی ضعیف تر از ترانسفورماتورهای روغنی می باشند .
ترانسفورماتورهای خشک معمولاً با قدرت 300 کیلو ولت آمپر و ولتاژ ماکسیموم 10 KkVAساخته می شوند . زیرا در ولتاژهای زیاد فاصله پیچک ها از یکدیگر و از قسمت هائی که مربوط به مدار جریان نیستند خیلی زیاد می شود بطوری که برای ترانسفورماتورهای بیش از K VA10 نیز ترانسفورماتورهای روغنی با صرفه تر است.
در امریکا ترانسفورماتورهای خشک تا ولتاژKV 15و قدرت 6000 کیلو ولت آمپر نیز ساخته شده است .
در ترانسفورماتور های خشک با قدرت کم معمولاً وسیله اضافی برای خشک کردن ترانسفورماتور بکار برده نمی شود بلکه همان خنک شدن طبیعی در اثر تماس مداوم و عادی هوا با سطوح ترانسفورماتور کافی است . این نوع ترانسفورماتور را که خود به خود خنک می شود با TS نشان می دهند . ترانسفورماتورهایی با قدرت بیشتر کمک فنتیلاتور ( باد زن ) مخصوص خنک می کنند . این ترانسفورماتورها با علامت TF مشخص می شوند در این طریق خنک کردن حرکت وسیر کولاسیون هوا به وسیله فنتیلاتور زیاد و سریع شده در نتیجه هدایت حرارت بخارج سریع تر عملی می گردد . ترانسفور ماتور های خشک باید حتی الامکان بطور دائمی به ولتاژ وصل باشد و از شبکه برق قطع نگردند زیرا قطع شدن آن باعث خنک شدن عرق کردن و مرطوب شدن ترانسفورماتور می گردد .
2 – ترانسفورماتور روغنی
در این ترانسفورماتور ها روغن واسطه انتقال حرارت از هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور به هوای خارج می باشد .
طرق مختلف خنک کردن ترانسفورماتور های روغنی به شرح زیر است :
الف – خشک کردن طبیعی : (OS) 1
این نوع خنک کردن عملاً بدون هیچ واسطه ای انجام می گیرد و در حقیقت برداشت حرارت در اثر تشعشع ، هدایت و انتقال حرارت بطور عادی و طبیعی انجام می شود و ساده ترین و ارزانترین روش خنک کردن ترانسفورماتور است زیرا ترانسفورماتور احتیاج به هیچ گونه مراقبت و نگهداری ندارد .
لذا در صورتی که تلفات ترانسفورماتور تا حدودی باشد که بتوان از این نوع خنک کردن استفاده کرد حتماً روش دیگری برای خنک کردن ترانسفورماتو ر به کار برده نمی شود ….
در ترانسفورماتورهای کوچک تا قدرت 30 کیلو ولت آمپر کافی است که سطح جدار خارجی منبع روغن صاف باشد و در قدرت های بیشتر تا 6000 کیلو ولت آمپر برای بزرگ کردن سطح تماس منبع روغن با هوا منبع روغن را پرده دار و یا موجی درست می کنند و در قدرت های بیشتر تا حدود 20000 کیلو آمپر منبع روغن دارای لوله های خنک کننده مجزا می باشد .
در پیوست ترانسفورماتور با منع پرده ای و ترانسفورماتور با لوله های خنک کننده را نشان داده ام . چنانچه دیده می شود منبع ترانسفورماتور دارای لوله هائی است که به داخل ترانسفورماتور راه ندارند . روغن گرم از بالای ترانمسفورماتور وارد این لوله ها شده پس از خنک شدن مجدداً در زیر ترانسفورماتور راه می یابد و در آن جا مجدداً گرم شده و در سطح روغن بالا می رود . این لوله ها ضریب خنک کنندگی روغن را زیاد می کند و به این جهت سبب می شود که حجم روغن این ترانسفور ماتور ها قدری کمتر از ترانسفورماتور پرده ای مشابه خود باشد .
لوله ها متناسب با قدرت ترانسفورماتور در 2 یا 5 ردیف در اطراف منبع ترانسفورماتور نصب می شود . عمل خنک کردن به طور طبیعی را می توان با جریان انداختن سریع روغن توسط پمپ مخوصی تسریع نمود .
در بعضی از ترانسفورماتور ها که دارای تلافات بیشتر می باشند از رادیاتور مخصوص استفاده می شود و در صورتی که ترانسفورماتور خیلی بزرگ باشد بخاطر جلوگیری از مشکلات حمل و نقل رادیاتور ها را طوری می سازند که در موقع حمل و نقل از ترانسفورماتور جدا شده و در محل مجدداً نصب شود .
این گونه ترانسفورماتور ها در محل ارتباط بین مخزن و رادیاتور دارای فنتیل مخصوصی می باشند که خارج شدن روغن ترانسفورماتور جلوگیری می کند .
ب- خنک کردن غیر طبیعی
ترانسفورماتور های خیلی بزرگ و یا ترانسفورماتورهایی که در اطاق سرپوشیده و کوچک نصب می شوند ( پست ترانسفورماتور محصور ) باید مصنوعی خنک شوند تا عمل خنک شدن تسریع یابد و از باردهی ترانسفورماتور کاسته نگردد . خنک کردن مصنوعی بیشتر به کمک آب ( OW) و یا به کمک جریان انداختن سریع هوا ( فنتیلاتور ) ( OF) انجام می شود .
خنک کردن ترانسفورماتور به کمک آب دو طریق است :
1) خنک کردن روغن ترانسفورماتور در داخل منبع آب
2) خنک کردن روغن ترانسفورماتور در خارج از منبع
در طریقه اول لوله های اب سرد از داخل منبع ترانسفوماتور در کنار دیواره های منبع و یا سقف منبع عبور داده می شود و جریان آب سرد باعث خنک کردن روغن می گردد . در این طریق نشت کردن احتمالی اب باعث خراب شدن ترانسفورماتور می شود .
در طریقه دوم روغن گرم از ترانسفورماتور خارج شده و به کمک اب خنک شده مجدداً به داخل ترانسفورماتور تزریق می شود .
چنان چه دیده می شود روغن از بالای ترانسفورماتور توسط پمپ روغن خارج شده پس از خنک شدن در کولر ابی مجدداً از زیر ترانسفورماتور وارد منبع روغن می شود .
در ترانسفورماتورهایی با قدرت زیاد از کولر مخصوصی استفاده می شود . رد این کولر آب و روغن در خلاف جهت یکدیگر جریان دارند و عمل خنک کردن روغن بطور قابل ملاحظه ای تسریع می گردد . در صورتی که ترانسفورماتور هائی که در فضای آزاد نصب می شوند در روی بدنه خود دارای فنیلاتور های هوا می باشند .
3- تهویه اتاق ترانسفورماتور
همان طور که می دانیم راندمان یک ترانسفورماتور در بار نامی N و برابر است با:
لذا با داشتن راندمان و قدرت ترانسفورماتور می توان تلفات حرارتی ترانسفورماتور را طبق رابطه زیر بر حسب Kcal/h بدست آورد :
اگر راندمان ترانسفورماتور فرض شود تلف حرارتی ترانسفورماتور برابر :
خواهد شد در این رابطه N قدرت ترانسفورماتور بر حسب کیلو ولت آمپر می باشد .
جرقه گیرها :
ساده ترین و ارزانترین راه برای حفاظت عایقی در برابر اضافه ولتاژ ضربه ای استفاده از فواصل هوائی می باشد . بدلیل معایب زیر ، امروزه از این وسایل بعنوان حافظ اصلی در برابر امواج ضربه استفاده نمی شود :
الف ) در صورت عملکرد این وسائل ، شبکه با افت شدید ولتاژ روبرو می شود . حتی با سپری شدن ولتاژ ضربه ، جرقه بدلیل حضور ولتاژ همچنان پایدار باقی می ماند ، ناگزیر جهت قطع جریان تعقیبی بایستی کلیدهای قدرت عمل کنند .
ب) مشخصه حفاظتی این وسائل شدیداً تابع پلارتیه موج گرایش الکترودی و شرایط آب و هوائی است .
ج) چنان چه جرقه گیرها در موقعیت مناسب نصب نشوند ، احتمال آسیب دیدن تجهیزات توسط قوس ، نیز سرایت آن به سایر فاز ها وجود دارد . معمولاً در حال حاضر تجهیزاتی همانند مقره ها آویزی مجهز به این جرقه گیرها می گردند .
برق گیرها :
الف ) برق گیرهای موسوم یا برق گیرهای با مقاومت غیر خطی و فواصل خطی
در این نوع از برق گیرها ، نقش حفاظتی تجهیزات و شبکه در مقابل موج های گذرا بعهده تعدادی المان یا مقاومت غیر خطی که بصورت سری با فاصله هوائی می باشد قرار دارد با این مقاومت ها در مقابل ولتاژ های فرکانس قدرت ، مقاومت زیادی دارند لذا ولتاژ شکست کافی بر روی فاصله هوایی نمی افتد . ولی این مقاومت ها در مقابل ولتاژهای صاعقه و یا کلید زنی ، مقاومت کمی داشته و نتیجتاً ولتاژ بالاتری از حد شکست الکتریکی فاصله هوایی بیشتر است بر روی فاصله هوائی می افتد .
مقایسه اجمالی بین برق گیرهای Zno و برقگیرهای موسوم :
مزیت عمده برقگیرهای Zno نسبت به برق گیرهای با فاصله هوائی در این است که جریان این برق گیر در ولتاژ عادی کار به حدود یک میلی آمپر محدود می شود در حالی که این مقدار برای مقاومت های غیر خطی از نوع SIC بسیار بیشتر است ، لذا در برق گیرهای موسوم نیاز به فاصله هوائی می باشد . دیگر مزیت ناشی از حذف فواصل هوائی در برق گیرهای Zno بشرح زیر می باشد :
1- تعداد قطعات بطور قابل ملاحظه کم شده و از این سادگی طرح و افزایش قابلیت اطمینان آن شده است .
2- دقت در طرح و پیش بینی سطوح حفاظتی بیشتر شده و هرگونه عدم قطعیت در رابطه با ولتاژ های جرقه در شرایط مختلف از بین رفته است .
3- در هنگام ظا هر شدن اضافه ولتاژ برق گیرZno آرام تر و یکنواخت تر دارد ناحیه هدایت شده و یا از آن خارج می شود و این حالت موجب کاهش پدیده های گذرا در سیستم است .
4- این نوع برق گیرها جریان تعقیبی ( جریان هایی که بعد از رفع ولتاژ گذرا هنوز از طریق برق گیر به زمین جریان می یابند ) 200 الی 400 آمپری برق گیرهای موسوم ندارد و بنابراین احتمال قطعی در شبکه بمراتب کمتر است .
5- رفتار برقگیرها Zno در مقابل آلودگی بمراتب بهتر است .
6- کوچکی و سبکی از دیگر مزایای برقگیرهای نوع Zno بشمار می رود .
برای این ولتاژها در فاصله هوایی شکست الکتریکی رخ می دهد . البته بعلت مقاومت غیر خطی موجود ، ولتاژ کل خط در حد باقی مانده و حالت اتصال کوتاه جرقه گیر رخ نمی دهد و پس از رفع ولتاژ های گذرا مجدداً مقاومت ، مقاومت های غیر خطی بالا رفته و جرقه خاموش می شود چون جریان دائم این مقاومت ها در مقابل ولتاژ فرکانس قدرت نسبتاً بالاتر از نوع Zno می باشند وجود فواصل هوایی الزامی است .
ب ) برقگیرهای با مقاومت غیر خطی و فواصل هوایی مجهز کوپل مغناطیسی خاموش کننده ی جرقه :
این برقگیر از همان نوع برقگیر با مقاومت غیر خطی و فاصله هوایی هستند که در محفظه فاصله هوائی علاوه بر فاصله هوایی کوپل مغناطیسی هم قرار دارد که عبور جریان از آن در حین تخلیه میدان مغناطیسی ایجاد می شود . و این میدان بر قوس نیرو وارد می کند که باعث افزایش طول جرقه گشته و نتیجتاً خاموش شدن جرقه راحتر خواهد بود .
ج )برق گیر های اکسید فلزی Zno بدون خواص هوایی :
این برقگیر از مجموعه ای از مقاومت های غیر خطی که نسبت به ولتاژ مقاومت بالایی دارند تشکیل شده است ولی در زمان وقوع اضافه بار ولتاژ صاعقه یا کلید زنی در مقابل این موجها مقاومت کمی داشته جریان را از خود عبور می دهد و کل ولتاژی که برای عملکرد این برق گیر لازم است از ولتاژ قابل تحمل تجهیزات (کلید زن صاعقه ) پایین تر است . این برقگیر ها فاقد فاصله هوایی می باشند .
بررسی علل آسیب دیدن ترانس های توزیع و روش های پیش گیری آن
نظر به اهمیت ویژه ترانس های شبکه ، همواره مواظبت و نگهداری آن ها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و هم چنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود .
در این گزارش ابتدا علل آسیب دیدگی ترانس ها بحث گردیده و سپس راه های پیش گیری آن بیان می گردد .
اصولاً آسیب دیدگی ترانس به دو صورت اتفاق می افتد .
– هادی شدن عایق ترانس ؛
– پاره شدن یا قطع شدن هادی های ترانس . هر دو مورد ذکر شده پیامد سه عامل افزایش دمای داخل ترانس ، اضافه ولتاژ و ضربات مکانیکی است که ذیلاً به توضیح آن ها می پردازیم :
الف ) افزایش حرارت داخل ترانس بیشتر از حد تحمل ترانس ( یعنی بیشتر از حد تحمل عایق ترانس ) موجب آسیب دیدگی عایق ترانس می گردد . عایق ها بر خلاف هادی ها در صورت بالا رفتن حرارت ، هدایتشان بیشتر شده و جریان نشتی بیش از حد در عایق باعث سوختن ترانس می گردد .
ب ) اگر اضافه ولتاژ حادث شده در شبکه باعث بالا رفتن ولتاژ هادی ها ( نسبت به بدنه و یا نسبت به فاز دیگر ) بیشتر از حد استقامت حرارتی عایق گردد موج بروز قوس در عایق شده و عایق خاصیت خود را از دست می دهد و یا اگر ولتاژ بالا با فرکانس نامی بصورت مداوم برقرار گردد جریان نشتی عایق تدریجاً بیشتر شده و دمای عایق بالا می رود که نهایتاً حرارت بالا باعث آسیب دیدن عایق می گردد .
عواملی که باعث صدمه دیدن ترانس می گردند
اضافه بار : اگر بنا به هر علتی از جمله زیاد شدن بار شبکه ، نشت روی مقره ها و هادی ها ، بار ترانس زیاد گردد و کلید کل تابلوی ترانس عمل ننماید با ازدیاد جریان هادی های ترانس تلفات اهمی ترانس بالا رفته و حرارت تولیدی ، بیشتر ازحرارت تبادلی بوده و براحتی دفع نمی گردد که باعث صدمه دیدن عایق ترانس می گردد
نشت روغن : اگر سطح روغن در داخل ترانس کاهش یابد و به جای روغن هوا در داخل تانک ترانس نفوذ کند ، با توجه به پایین بودن استقامت الکتریکی هوا نسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسیب می بیند
نفوذ رطوبت : وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الکتریکی روغن ترانس را کاهش می دهد که باعث بروز قوس در روغن ترانس می شود
اضافه ولتاژهای موقت : هر چند طبق استاندارد هر ترانسی می تواند ولتاژی بیشتر از حد نامی را طی مدت زمان کوتاهی تحمل کند ( حتی مورد تست قرار می گیرد ) اما این اضافه ولتاژها باعث به اشباع رفتن هسته و ایجاد هارمونیک می گردد که هارمونیک های بالای فرکانس نامی ، تلفات هسته را بالا برده و نهایتاً حرارت ایجاد شده در هسته و عدم تبادل حرارتی لازم موجب آسیب دیدن عایق می شود ( این حرارت در محاسبات طراحی وارد نمی گردد .
آلودگی روغن ترانس : طی دوره کاری ترانس با توجه به گردش روغن در بین هادی ها و هسته ، روغن کهنه شده و هم چنین سطح آن ها را می شوید و ذرات کنده شده از دیواره ها معمولاً به صورت لجن در ته تانک ترانس انباشته می گردد . وجود ذرات فوق در روغن موجب کاهش استقامت الکتریکی روغن می گردد
اضافه ولتاژهای گذرا : اضافه ولتاژهای گذرا در شبکه معمولاً به دو صورت نمایان می گردند
الف ) صاعقه که اضافه ولتاژ خارجی است . ب ) کلیدزنی که اضافه ولتاژ داخلی است
عمر بالای ترانس : وقتی ترانس به مدت طولانی در شبکه مورد استفاده قرار گیرد ، عایق خشک ترانس کم کم خاصیت اولیه خود را از دست می دهد که حتی با تعویض روغن هم دیگر به حالت اولیه برنمی گردد . ( عمر مفید ترانس معمولاً از طرف شرکت سازنده داده می شود ) .
بالا رفتن دمای محیط : افزایش دمای محیط موجب آسیب دیدگی ترانس می گردد . بدین صورت که وقتی تفاوت دمای داخل ترانس و محیط پست در اثر افزایش حرارت محیط کم گردد تبادل حرارتی بین ترانس و هوای پست کم شده و حرارت تولید شده در ترانس حبس گردیده و عایق ترانس صدمه می بیند . دمای شرایط کاری جهت اخذ قدرت نامی توسط سازنده تعیین می گردد که می بایست میزان کاهش قدرت به ازای افزایش درجه حرارت نیز قید شود .
بروز جرقه یا هارمونیک در ولتاژ اولیه : بنا به هر علتی اگر در اولیه ترانس ، ولتاژ همراه هارمونیک باشد باعث بوجود آمدن فلوهای متناظر با همان هارمونیک ها در هسته ترانس می گردد ، که این هارمونیک های فرکانس بالا موجب بالا رفتن تلفات فوکو و هیسترزیس در هسته می شود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشی از آن صدمه می بیند . گاهاً به علت رطوبت محیط یا وجود آلودگی بر روی مقره ها و یا نزدیک شدن شاخه درختان به خط تحت ولتاژ و … قوس بوجود می آید و به علت بالا بودن مقاومت در برخی از این اتصالات و دور بودن از ابتدای فیدر ، این قوس ها باعث عملکرد رله پست مادر نمی گردند . وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عیب موجب ریپل های ولتاژ روی موج ولتاژ می شوند. ریپل های ولتاژ دارای هارمونیک های بالا بوده و اشکالاتی را برای دستگاه های الکتریکی مورد تغذیه روی آن فیدر پیش می آورد
راه های پیشگیری
ابتدا باید خاطرنشان ساخت که ترانس ها برای تلفات استاندارد و قابل محاسبه فرکانس اصلی طراحی می گردند و هر گونه تلفات اجباری خارج از مقدار محاسبه شده در برآوردها نادیده گرفته می شود . لذا تلفات ناشی از هارمونیک ها و افزایش ولتاژ شبکه برای ترانس مضر می باشد . مگر این که در شرایط جدید تقاضای دیگری برای ساخت ترانس ها با قدرت تحمل بیشتر مدنظر باشد . برای مثال می توان هسته ترانس ها را به علت وجود هارمونیک ، بزرگتر از حد فعلی در نظر گرفت . ( در حال حاضر ترانس هایی برای تلفات بیشتر طراحی می گردند ) .
پیشگیری از بروز اضافه بار برای ترانس ها : انتخاب بهینه قدرت ترانس جهت تغذیه در شبکه بسیار مهم می باشد . در این راستا آگاهی از رفتار بار و بارگیری های مداوم ترانس در نحوه تصمیم گیری حائز اهمیت است . معمولاً ترانس هایی که بارشان کمتر از %30 تا %40 بار نامیشان باشند کم بار و اگر بیشتر از %70 بار نامی باشند پر بار تلقی می گردند . استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسی رفتار بار در مناطق مختلف ، الگوی مناسب از رفتار بار را برای ترانس های شبکه بدست می دهد و می توان با استفاده از آن ها به مطالعه شبکه پرداخت . در حال حاضر به علت کمبود نیروی انسانی و وسایل از ترانس های خاص ، آمپراژگیری می گردد . بدین صورت که با توجه به آمار فیوزسوزی و افتادن کلیدکل ها در روز قبل ، از آن ترانس ها بارگیری به عمل می آید و در صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعویض آن اقدام می شود و ترانس با قدرت بیشتر جایگزین می گردد
استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تیرها و جعبه فیوزها از اتلاف انرژی جلوگیری کرده و از اضافه بار شدن بی مورد ترانس ها جلوگیری می کند .
نشت روغن ترانس : بازدید های دوره ای و مداوم پست های توزیع می تواند در این خصوص راهگشا باشد . در بازدیدها ارتفاع روغن در شیشه روغن نما، خیسی روی درپوش ، رادیاتورها و زیر ترانس ملاک مناسبی از آگاهی نشت روغن می باشد که در حال حاضر این عمل انجام می گیرد .
نفوذ رطوبت : نمونه برداری و تست روغن ترانس ها طی برنامه های از پیش تعیین شده اطلاع دقیقی از نفوذ رطوبت به داخل تانک ترانس بدست می دهد . در حال حاضر همراه با تعمیرات خط ، ترانس های هوائی و سرویس پست های زمینی ، نمونه گیری و تست روغن انجام می گیرد که طول دوره های بازدید و سرویس حدود یک بار در هر سال می باشد ولی با توجه به شرایط جوی برخی مناطق ، طول دوره بازدید باید کاهش یابد .
اضافه ولتاژهای موقت : در شبکه های توزیعی که طول فیدرهای کوتاه باشد ، احتمال بروز اضافه ولتاژهای موقت در این شبکه ها وجود ندارد مگر این که اضافه ولتاژ از شبکه فوق توزیع سرایت نماید .
آلودگی روغن ترانس : تست روغن بصورت برنامه ریزی شده روش مناسبی برای آگاهی یافتن از آلودگی روغن ترانس است .
اضافه ولتاژهای گذرا : برای جلوگیری از خسارت ناشی از اضافه ولتاژهای گذرای خارجی ( صاعقه ) مناسبترین راه ، نصب برقگیر در پست های هوائی و نقاط ارتباطی سرکابل ها و خطوط هوائی می باشد. عملکرد صحیح برقگیرها ترانس ها را در مقابل صاعقه حفاظت می نماید .
کلیدزنی در شبکه های توزیع می تواند ولتاژهای گذرایی حدود سه برابر ولتاژ نامی را در شبکه بوجود آورد . چنین اضافه ولتاژهایی وقتی به ترانس که دارای اندوکتانس بالایی در برابر اضافه ولتاژها می باشد ، می رسند تقویت می گردند ، که این موضوع اثر سوء برای ترانس ها دارد . علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ ، پله ای بودن آن نیز مضر می باشد ، زیرا دارای هارمونیک های زیادی بوده و برای ترانس ها مضر است .
آمار کلیدزنی و مانور در شبکه فشار متوسط کم نبوده و این مانورها ترانس ها را از لحاظ عایقی ضعیف می نماید و اگر فواصل کلیدزنی کم باشد احتمال آسیب دیدگی ترانس ها بیشتر می شود . هم چنین تجهیزات جداکننده در شبکه کم می باشد ، یافتن محل عیب و جابجایی بار آن مشکل ساز بوده و تعداد کلیدزنی را افزایش می دهد .
برای کاهش تعداد کلیدزنی راه حل پیشنهادی ، کاهش بار فیدرها با ایجاد فیدرهای جدید ، کوتاه کردن طول فیدرها با ایجاد پست های فوق توزیع و ایجاد نقاطی مجهز به دستگاه های جداکننده مناسب نظیر سکشنالایرز و استفاده از کلید در مسیر فیدرها می باشد . همچنین تنظیم رله ها با استفاده از محاسبات اتصال کوتاه شبکه لازم است .
عمر بالای ترانس : در حال حاضر با تعویض ترانس های با عمر بالا ترانس های قدیمی از شبکه جدا شده و بعد از بازیابی به شبکه بر می گردند . ولی در عمل ملاحظه می شود تعدادی از ترانس های سرویس شده ، پس از بهره برداری مجدداً معیوب می گردند . لذا ضروریست نظارت بر کیفیت تعمیرات و تست های لازم ، دقیق تر صورت گیرد . اگر روند بازیابی و سرویس ترانس مناسب و دقیق باشد و هم چنین با استفاده از تست هایی دقیق در اندازه گیری تلفات بی باری ترانس می توان از پایداری و سلامت عایق خشک ترانس مطمئن شد . البته لازم به ذکر است، استفاده از لوازمی مثل روغن ترانس مرغوب و واشرهای مناسب جهت آب بندی در بالا بردن عمر ترانس بعد از بازیابی بسیار موثر است .
بالا رفتن دمای محیط : برای تبادل حرارتی بیشتر در فصول گرم در اغلب پست های زمینی از فن استفاده می گردد ، اما برای ترانس های هوائی چنین راهی وجود ندارد . اگر هوای محیط گرم شود به علت کاهش اختلاف دمای داخل ترانس و هوای اطراف تبادل حرارتی کم شده و ترانس گرمتر می شود . بنابراین بهترین راه چاره کاهش بار ترانس در این مواقع می باشد که در فصول گرم بار ترانس زیر بار نامی باشد ، اما متاسفانه پیک بار شبکه هنگام گرما به علت استفاده از کولرهای گازی اتفاق می افتد و در فصول دیگر گاهاً بار ترانس ها از %40 بار نامی نیز کمتر می باشد .
جرقه و هارمونیک در اولیه ترانس های توزیع : در برخی از پست های زمینی به علت شرایط نامناسب ساختمانی و شرایط تابلوهای فرسوده ، روی مقره های اتکایی و هم چنین در شبکه های هوائی روی مقره ها و بوشینگ ها قوس هایی بوجود می آید که گاهاً ماندگار نیز می باشند . این قوس ها ریپل های ولتاژ را در شبکه بوجود می آورند . جهت جلوگیری از این پدیده ها بایستی بازدیدهای دوره ای از شبکه و پست های زمینی و شاخه زنی و سرویس به موقع خطوط و پست ها را افزایش داده و دقت بیشتری را در این خصوص مبذول نمود . مطابق با استاندارد ، شاخه زنی باید بگونه ای باشد که طی فاصله زمانی 2سال یک بار شاخه زنی انجام گیرد اما با شرایط جوی برخی مناطق و نوع درختان گاهاً در هر سال دو بار شاخه زنی لازم است .
جلوگیری از پاره گی هادی های ترانس : بیشتر اوقات در حمل نامناسب ترانس ، هادی های ترانس پاره می شوند . اگر دقت بیشتری در هنگام حمل ترانس انجام گیرد و در هنگام بارگیری و نصب سعی گردد تا ترانس به آرامی جابجا شود و هنگامی که ترانس بر روی جرثقیل یا هر وسیله جابجا کننده قرار می گیرد بتوان از تکان های شدید ناشی از جاده جلوگیری نمود و هم چنین بار ترانس همواره زیر بار نامی نگه داشته شود ، باعث می گردد تا هادی های ترانس قطع نگردند. اما برای جلوگیری از پاره گی هادی ها ناشی از اتصال کوتاه در سیم پیچی اولیه و یا ثانویه ترانس تنها می توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودی و خروجی ترانس اشاره نمود.
در ایزولاتور دلتا بخاطر جلوگیری از پارازیت های مخابراتی که در اثر تخلیه ناقص در محل اتصال دو قطعه به وجود می آید بتونه یا ماده چسبنده را با مواد هادی الکتریسیته مثل گرافیت مخلوط می کند .
ایزولاتورهای دلتا برای فشارهای از 10-35kv و حداقل نیروی شکست 1-1/3t ساخته می شود .
الف- ایزولاتور بشقابی
ایزولاتور بشقابی کلاً از سه قسمت ، بشقاب چینی ، کلاهک فولادی و میله آویز تشکیل شده است . بشقاب چینی سریک طرف دارای یک برآمدگی تقریباً نیمه کروی است که در داخل کلاهک فلزی قرار می گیرد . ارتباط کلاهک و بشقاب چینی به کمک سیمان یا سرب مذاب انجام می شود .
روی بشقاب صیقلی و لعاب داده شده است و داخل بشقاب علاوه بر سوراخی که برای نصب میله آویز پیش بینی شده دارای شیارهائی برای بالا بردن شکست جنبی ایزولاتورنیز می باشد میله آویز شبیه دسته هاون می باشد و از فولاد ساخته شده است و به توسط رینگ فلزی در داخل سوراخ بشقاب آویزان می شود .
در ضمن در مناطق مه آلود و هوای آلوده با رسوبات چسبناک ، ایزولاتورهای بشقابی مخصوص مناطق مه آلود ساخته شده است . ایزولاتورهای بشقابی تنها ایزولاتور های آویزان هستند که از شیشه ساخته می شوند . استقامت مکانیکی ایزولاتورهای شیشه ای در حدود 25% کمتر از استقامت مکانیکی ایزولاتور چینی هم نظیر هستند .
ب- ایزولاتور
بزرگترین عیب ایزولاتور بشقابی در مقابل شکست الکتریکی داخلی بودن آن است . تلاش های زیاد برای به وجود آوردن ایزولاتور غیر قابل شکست داخلی منجر به ساختن ایزولاتور توپر گردید که به آن ایزولاپتور دوچتری نیز گفته می شود .
ایزولاتور توپر فاصله بین کلاهک و میله آویز نسبت به ایزولاتور قبل از این که شکست خارجی به وجود آید شکست الکتریکی داخلی تقریباً محال است .
ج- ایزولاتور بلند
در فشار قوی همان طور که گفته شد باید چند عدد ایزولاتور بشقابی یا توپر به هم زنجیر شوند . در نتیجه بر حسب ولتاژ شبکه در طول زنجیر ایزولاتور تعدادی قطعات فلزی هادی وجود دارد که علاوه بر اینکه زنجیر را سنگین می کند باعث تخلیه الکتریکی و جرقه پی در پی نیز می گردد . برای بر طرف کردن این عیب از ایزولاتور بلند ساخته شد .
ایزولاتور بلند فاقد قطعات فلزی است و هر کدام به تنهایی شامل چندین چتر می باشند و به خصوص برای حل اختلاف سطح زیاد ساخته می شوند .
ایزولاتور بلند از ایزولاتور بشقابی و توپر در فشار مساوی سبک تر است و بدین جهت حمل و نقل و نصب آن آسان تر و ارزان تر است . مثلاً یک ایزولاتور بلند برای110kv در حدود 25ky وزن دارد .
از آن جا که شبکه هادر معرض ساعقه و جریان های هجومی می باشد باید تدابیری جهت حفاظت سیستم در برابر این امواج ضربه ای اندیشید ، که عموماً توسط وسائل زیر انجام می شوند :
1- جرقه گیر
2- برق گیر که خود به سه نوع زیر تقسیم می شوند :
الف ) برق گیرهای با مقاومت غیر خطی و فواصل هوائی ؛
ب ) برق گیرهای با مقاومت غیر خطی و فاصله هوائی مجهز به کوپل مغناطیسی خاموش کننده ؛
ج ) برق گیرهای اکسید فلزی یا Zno بدون فواصل هوائی
قسمت های مختلف ترانسفورماتور
اگر چه اصول کار تمام ترانسفورماتورهای ولتاژ یکسان است ولی در ترانسفورماتورهای بزرگ به علت ولتاژ بالا و عبور جریان زیاد آن ها ، هسته و سیم پیچ ها به شدت گرم می شوند و امکان بروز خسارت و از کار افتادن ترانسفورماتور وجود دارد ، از این گونه ترانسفورماتورها با وسایل ایمنی مجهز می گردند و ساختمان آن ها پیچیده تر از ترانسفورماتورهای خشک با قدرت کم می باشد . با بررسی ساختمان ترانسفورماتورهای روغنی با قدرت زیاد دیگر احتیاجی به تشریح ترانسفورماتورهای کوچک نمی باشد .
قسمت های مختلف این ترانسفورماتور عبارتند از :
هسته – سیم پیچ ها ( بوبین ها ) – مخزن روغن – بوشینگ – پاک و لوله انفجار – تاپ چنچر – ترمومترها – رله بوخهلتس – درجه نمای روغن – تابلوهای مشخصات – چرخ ها – شیرهای مختلف رواش ها – لوله های ارتباط – ترانسفورماتورهای جریان – جعبه کنترل ( فرمان پنکه ها ، ترموستات ، پمپ و رگولاتور ) – سیستم خنک کننده ( رادیاتورها – پنکه ها و غیره )
الف – هسته
هسته های ترانسفورماتورها باید تا حد امکان دارای قابلیت نفوذ مغناطیسی خوب و قابلیت هدایت الکتریکی بد باشد . هسته های ترانس ها از ورق های نورد شده ی دیناموبلش یا فریت به ضخامت 35/0 تا 50/0 میلیمتر ساخته می شوند . هسته ها به خاطر کاهش تلفات فوکو و هیسترزیس به صورت مورق ساخته می شوند که این ورقه ها نسبت به هم عایق می باشند . این خاصیت توسط یک لایه ی نازک از رزین یا مواد عایقی دیگر تامین می گردد . هسته های ترانس ها بسته به قدرت آن ها ساخته و طراحی می گردد . که شامل دو نوع می باشد ، هسته های شکافدار ( EI ) و هسته های نواری . کاربرد هسته های شکافدار بیشتر از هسته های نواری می باشد . و این به این علت است که این هسته ها به راحتی در کنار هم قرار گرفته و سیم پیچ ها بر روی آن ها نصب می شوند .
ب – سیم پیچ ها
سیم پیچ ترانس ها اغلب از جنس مس یا آلومینیم انتخاب می شود سیم پیچ های ترانس های کوچک را معمولاً روی قرقره می پیچند جنس قرقره ها اغلب از ترموپلاست است . در اصل بیشترین درصد اشکالات ترانس ها در این قسمت نقش اصلی را ایفا می کند . سیم پیچ ها در کل به دو صورت هستند . نواری ، که غیر قابل تعمیر می باشند یا به صورت طبقه طبقه می باشند که به آن ها دیسکی هم گفته می شود و قابل تعمیر هستند . سیم های به کار برده شده در ترانس ها ، بسته به قدرت آن ها تغییر می کنند مثلاً در قدرت های پایین و متوسط از سیم های با سطح مقطع کوچک و گرد استفاده می شود . در ترانس هایی با قدرت بالا از شمش هایی با سطح مقطع مربعی و یا نواری استفاده می شود .
نحوه ی قرار گرفتن سیم پیچ ها
معمولاً در ترانس ها قدرت ، ابتدا سیم پیچ ثانویه یا فشار ضعیف پیچیده می شود و سپس سیم پیچ اولیه یا فشار قوی پیچیده می شود . این کار به خاطر این است که در صورت اتصالی ، سیم پیچ فشار قوی از هسته و اتصال به بدنه دور بماند و همچنین از بالا رفتن شدت میدان میان سیم پیچ اولیه و هسته جلوگیری شود .
نحوه ی اتصال سیم پیچ ها
در ترانس های سه فاز بسته به شریط بارگیری ترانس ، اتصال سیم پیچ ها را تعیین می کنند . انواع اتصالات به شرح زیر می باشند :
1 – اتصال ستاره – ستاره (Y-y)
2- اتصال ستاره – مثلث(Y-d)
3- اتصال مثلث – ستاره (D-y)
4 – ستاره – زیکزاک (Y-z)
در میان اتصالات بالا فقط از یکی از آن ها نمی توان در سیستم توزیع استفاده کرد . و آن هم اتصال ستاره – ستاره می باشد . در این اتصال ، در صورتی که ترانس به صورت نا متقارن زیر بار رود ترانس می سوزد . علت این امر این است که ، هنگامی که از یک فاز به یک ترانس ستاره – ستاره جریان بیشتری کشیده شود در هسته شار بیشتری تولید می شود و هسته فوراً اشباع می شود و باعث گرم کردن بیش از حد می شود . از سوی دیگر هم برگشت این جریان از دو بازوی دیگر این ترانس می باشد و بر بازوهای دیگر هم تاثیر می گذارد . در چنین مواردی سع می شود در اولیه از اتصال مثلث استفاده شود . و در مواردی که استفاده از اتصال مثلث غیر ممکن باشد از اتصال زیکزاک در ثانویه ی آن ترانس استفاده می شود تا بر روی دو بازوی ترانس در صورت نامتقارن بودن توزیع شود .
تپ چنجر
در بعضی از مواقع به علت طول زیاد شبکه ی توضیع و انتقال در انتهای خط با افت ولتاژی مواجه می شویم که باید این افت بر طرف شود تا مصرف کننده بتواند بدون هیچ مشکلی از ولتاژ شبکه استفاده کند . در چنین مواقعی از تغییرات نسبت دور در ترانس ها استفاده می شود .
همان طور که از رابطه اساسی ترانس ها برآورد می شود ( NI/N2=V1/V2 ) هنگامی که تعداد دور اولیه افزایش یابد ولتاژ خروجی کاهش و با کم کردن تعداد دور اولیه ولتاژ خروجی افزایش می یابد .
تپ چنجر که بر روی اولیه ی ترانسها می باشد ، در واقع تعداد دور اولیه را هنگام پایین بودن ولتاژ شبکه کم می کند و بلعکس . معمولاً تپچنجرها دارای پنج رنج می باشند که از 1 تا 5 مدرج می باشد .
عمل تاپ چنجر در حقیقت افزایش یا کاهش شماره دوره های موثر سیم پیچ ترانسفورماتور می باشد و استفاده از تپ چنجر ( یا رگولاتور ولتاژ ) در ترانسفورماتور های با قدرت زیاد می باشد . تاپ چنجرها امروزه با طرح های مختلف در حال کارند و معمولترین آن ها شامل راکتورها یا مقاومت های محدود کننده جریان می باشند . تغییر ولتاژ توسط تپ چنجر و جریان حاصله در مدار و قوس های الکتریکی آن امکان سوختن شدید و از بین رفتن کنتاکت ها را به وجود می آورد و وجود قوس های الکتریکی و حرارت حاصل از آن خود دلیل مجزا نمودن تاپ سلکتور و کنتاکتورها در تانک روغن جداگانه ای قرار می گیرند و بدین ترتیب بدون این که کنتاکت ها صدمه ببینند قوس الکتریکی نیز از بین می رود . ضمناً بدون باز کردن ترانسفورماتور کنتاکت ها می توانند بازرسی شوند و روغن فاسد شده در اثر قوس های الکتریکی به آسانی تعویض شود . سوئیچ و کنتاکتور ها توسط چرخ دنده و با موتور الکتریکی عمل می نمایند .
تانک روغن
تانک روغن مخزن روغنی است که هسته و سیم پیچ های ترانسفورماتور در آن قرار می گیرند ترانسفورماتورهای روغن تا KVA40 ممکن است فقط دارای تانک با دیواره های صاف و بدنه و وسائل خنک کننده اضافی باشند . برای ترانسفورماتورهای بزرگ تر سطح صاف برای از بین بردن حرارت کافی نبوده و باید به طور مصنوعی افزایش یا باید در آن ها وسائل خنک کننده اضافی تعبیه گردد . در ترانسفورماتورهای تا KVA 1600سطح تانک توسط لوله هایی که از خارج به بدنه ی تانک جوش می خورند افزایش می یابد .
ترانسفورماتور های از 1000 تا 10000 KVA با تانک ساده از رادیاتورهایی که با اتصالات فلانج به تانک جوش می خورد استفاده می نمایند در قدرت های بالاتر از 10000KVA خنک کردن با روغن بطور طبیعی کافی نبود و باید از جریان هوا و روغن با فشار استفاده شود . یک تانک شامل یک دیواره ، کف و قاب به بالای دیواره جوش داده می شود و شامل نوار فولادی است که حاوی سوراخ هایی به فواصل مساوی می باشند .
یک پوشش ( کاور ) از ورق فولادی به قاپ پیچ می شود . ضمناً در روی تانک محل هایی برای حمل و نصب ترانسفورماتور در نظر گرفته می شود .
مخزن روغن
مخزن روغن در حقیقت یک طبل فولادی است که به طور افقی روی تانک نصب می شود و توسط یک لوله به آن ارتباط می یابد این مخزن طور ساخته می شود که بتوان کف آن را جهت تمیز نمودن و رنگ زدن جدا نمود . باک ها با والو روغن و رطوبت گیر مجهز می شوند تا بتوان رطوبت هوایی را که در مخزن به علت کم شدن روغن وجود دارد بر طرف نمود . هوا از طریق یک ماده جذب کننده رطوبت بنام سیلیکاژل ( Silicagel ) عبور می کند و در حالت خشک وارد مخزن می شود . والو روغن گرد و خاک را از هوا دور ( جدا ) می نماید و مواد جذب کننده را از اثرات رطوبت موجود در محط محافظت می نماید . در یک محفظه سیلیکاژل ، هوا ابتدا از یک توری عبور کرده و سپس پس از عبور روغن به منظور گرفتن گرد و غبار و رطوبت به سیلیکاژل رسیده و پس از رطوبت گیری کامل به بک ترانسفورماتور هدایت می شود .
بدنه
بدنه ی ترانس ها از فولاد می باشد و در بعضی مواقع از استیل است . بر روی بدنه ی ترانس ها رادیاتورهایی جهت تهویه و خنک شدن هر چه سریعتر ترانس تعبیه شده است . بر روی بدنه ، شیر تخلیه ی روغن ، تانک روغن ، مقرهای فشار ضعیف و فشاتر قوی قرار می گیرند .
تابلو مشخصات ترانسفورماتور
این تابلو ( یا پلاک ) که بر روی ترانسفورماتور نصب می شود معمولاً دارای مشخصات زیر است : نوع ترانسفورماتور – شماره سریال ترانسفروماتور – سال مونتاژ – تعداد فازها – گروه ترانسفورماتور – فرکانس – نوع خنک کردن – قدرت اسمی – وزن کل – وزن روغن – و دیاگرام سیم پیچی .
شین
تمام ژنراتورها و ترانسفورماتورها و سیم ها و کابل های یک نیروگاه یا یک تبدیل گاه که ولتاژ مساوی دارند با یک شمش یا یک رسانا به نام شین در هر فاز بهم وصل می شوند . در شین تمام انرژی ژنراتور و یا ترانسفورماتورها و یا هر دو به هم می پیوندند و از آن ها به طور مستقم با همان ولتاژ و یا به کمک ترانسفورماتور افزاینده یا کاهنده با ولتاژ دیگر به مصرف کننده ها و یا شین های دیگر هدایت می گردند . لذا می توان گفت که شین وسیله جمع و پخش انرژی در آن واحد است .
شین ها را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد :
الف – شین ساده
ب – شین چندتایی (شین مرکب)
الف – شین ساده
ساده ترین نوع جمع و پخش انرژی شین ساده است . در چنین تاسیساتی به ازای هر فاز یک شین وجود دارد ( در شبکه سه فاز سه شین ) تمام ژنراتورهای یک نیروگاه به این سه شین بسته می شوند و از همین شین ها برای تغذیه ی تبدیل گاه ها یا مصارف بزرگ استفاده می شود .
هر یک از ژنراتورها و خطوط انتقال انرژی دارای دیژنکتور سه فاز مخصوص به خود می باشد . در ضمن هر یک از کلیدهای قدرت مربوط به ژنراتور با یک سکسیونر سه فاز به شین وصل می شوند تا در موقع قطع ژنراتور بتوان دیژنکتور مربوطه را سرویس و تعمیر نمود . در صورتی که دیژنکتورها فاقد سکسیونر باشند یکی از قطب های کلید قدرت که به شین وصل است همیشه ولتاژ شین را خواهد داشت .
ب – شین چندتائی یا شین مرکب
شین های ساده که فوقاً به آن اشاره شد دارای معایبی به شرح زیر است :
اول – تمیز کردن مقره ها و متعلقات دیگر شین بدون قطع برق به سادگی ممکن نیست .
دوم – گرفتن انشعاب جدید از شین ساده بدون قطع برق امکان پذیر نیست ، به عبارت دیگر توسعه شبکه برق فقط با قطع برق ممکن است .
سوم – خراب شدن دیژنکتور هر یک از سیم های انتقال انرژی باعث قطع برق آن خط می شود .
برای بر طرف کردن معایب فوق امروزه در نیروگاه ها و تبدیل گاههای مهم از شین مرکب استفاده می شود . ساده ترین و متداولترین نوع شین مرکب ، شین دوبل است . در سیستم دوبل ( دو شین به ازای هر فاز ) معمولاً یک شین زیر بار است و شین دیگر به عنوان رزرو به کار گرفته می شود .
ارتباط خطوط ورودی و خروجی با هر یک از شین ها به کمک یک سکسیونر برقرار می گردد . لذا در حالت کار عادی شبکه ما نیمی از سکسیونر ها باز و نیم دیگر بسته هستند .
مشخصات و طرز انتخاب شین فشار ضعیف
شین ها معمولاً از مس ( E-CU ) و یا از آلومینیم ( E-A1) ساخته می شوند و در مواقع خاص می توان از آلیاژ آلومینیوم که دارای خواصی الکتریکی و مکانیکی خوبی هستند و نیز استفاده کرد .
استقامت استاتیکی آلومینیم زیادتر از مس است زیرا در ضمن این که مقطع آن نسبت به مس بزرگتر است وزن آن کمتر می باشند تحمل دینامیکی آلومینیم و مس با هم برابر است زیرا گرچه استقامت آلومینیم متر است ولی در عوض سطح مقطع آن بزرگتر است .
ازدیاد درجه حرارت توسط ازدیاد شدت جریان و یا جریان اتصال کوتاه در آلومینیوم کمتر است زیرا جریان مخصوصی آلومینیوم کمتر از مس است و تشعشعات حرارتی و تبادل حرارتی آن بهتر است . آلومینیوم در موقع جرقه زدن و سوختن ایجاد خاکستر زیاد نمی کند و چون جسم باقیمانده هادی الکتریسیته نمی باشد به مقره ها و پایه های عایقی شین آسیب نمی رساند .
مس در مقابل بخار گوگرد خیلی حساس است ، مس و گوگرد در هوای آزاد با هم ترکیب می شوند و سپس ایجاد اکسید مس ( ) می کند که دارای قابلیت هدایت بسیار کمی است و باعث می شود که به خصوص در کنتاکت ها اگر دائماً قطع و وصل نشود عمل کنتاکت دهی و هدایت جریان را مختل کند .
آلومینیوم گرچه در مقابل اسید کلریدریک و اسید سولفوریک و آمونیاک با ثبات است ولی به علت ناپایدار بودن در مقابل بخار کلر و جیوه و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر باید در موقع بکار بردن شین های مسی و یا آلومینیمی در تابلوهای برق رسانی کارخانجات شیمیائی دقت و مطالعه کافی انجام گیرد .
معایب مهم آلومینیوم عبارتند از : اکسیداسیون سطحی، فرورفتن در اثر فشار و اثر الکترولیتی شدید.
در دست های فشار ضعیف فواصل شین ها بستگی به جریان اتصال کوتاه ( جریان ضربه ای ) و مقطع ماشین بستگی به جریان نامی دارد .
برای تعیین و انتخاب مقطع شین های مسی و یا آلومینیومی معمولاً از جد اولی که بدین منظور برحسب شدت جریان و باردهی شین ها و درجه حرارت مجاز داده شده است استفاده می شود .
ایزولاتور ( مقره )
مقره ها نگهدارنده قسمت هایی از تاسیسات الکتریکی هستند که نسبت به زمین دارای اختلاف سطح الکتریکی می باشند . لذا مقره ها باید از یک استقامت مکانیکی و الکتریکی خاصی برخوردار باشند تا بتوانند علاوه بر نیروهای مختلف مکانیکی ( فشار ، کشش ، خمش ) و الکترودینامیکی که به آن ها وارد می شود . در نامناسب ترین شرایط ( مه ، باران ، شب نم و آلودگی ) فشار الکتریکی وارده را نیز تحمل کنند . بدین جهت پایداری و انتقال بدون و قفه انرژی الکتریکی تا حدودی بستگی به انتخاب و مراقبت صحیح ایزولاتور دارد . استقامت مکانیکی ایزولاتورها بستگی به جنس و ضخامت عایق و استقامت الکترکی آن بستگی به جنس و طول و شکل مقره دارد .
مقره ها و پایه های عایقی اکثراً از چینی و نوعی از مقره ها از شیشه ساخته می شوند . حتی در این دهه آخر از مواد مصنوعی ( صمغ مصنوعی ، آرالدیت و غیره ) نیز در شرایط خاصی استفاده شده است . مواد اولیه چینی که در ایزولاتور از آن استفاده می شود عبارتست از 33% – 18% فلواسپات و %46-43 کائولین و % 30-10 کوارتر .
انواع تکیه گاه ها و مقره ها
تکیه گاه ها را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد :
الف – مقره ها داخلی (مقره هائی که در شبکه و تاسیسات سرپوشیده به کار برده می شود ) .
ب – مقره های خارجی ( مقره های مخصوصی شبکه و تاسیسات در هوای آزاد )
مقره های داخلی
الف – مقره های مقوائی
مقره های مقوائی به شکل لوله از کاغذ آغشته به لاک و الکل در زیر فشار و حرارت زیاد پیچیده و ساخته می شود . ضخامت مقوا بستگی به استقامت مکانیکی که در آن انتظار داریم دارد .
این پایه ها در ضمن اینکه نسبتاً سبک می باشند به قطعات و طول های مختلف قابل برش هستند و از این جهت است که بیشتر از آن در اسباب و ادوات فشار قوی مخصوص آزمایشگاه ها و لابراتوارها استفاده می شود . در ضمن ایزولاتورهای مقوائی نسبت به ایزولاتورهای چینی دارای این مزیت هستند که در اثر جرقه های جنبی نمی شکنند و استقامت مکانیکی خود را از دست نمی دهند ، در صورتی که ایزولاتورهای چینی ممکن است در اثر جرقه ترک بردارند و متلاشی شوند و باعث تماس قطعات زیر فشار با زمین گردند .
ب – تکیه گاههای سرامیکی
مقره های سرامیکی را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد :
1- ایزولاتورهای توپر
2 – ایزولاتور توخالی
ازدیاد ولتاژ همیشه قبل از شکست الکتریکی در داخل ایزولاتور باعث شکست جنبی ایزولاتور می شود . لذا ایزولاتور توپر نمی شکند و مقاوم است .
در ایزولاتورهای توخالی امکان شکست داخلی وجود دارد زیرا در سوراخ داخل ایزولاتور نیز مانند سطح خارجی آن امکان نفوذ رطوبت و کثافت که از عوامل شکست الکتریکی زودرس می باشد موجود است .
تکیه گاه های توپر را که غیر قابل شکست الکتریکی هستند می توان فقط تا یک قطر معین و محدودی (mm 160) ساخت که مسلماً نمی تواند جوابگوی نیروی مکانیکی و الکترو دینامیکی در تمام قسمت های تاسیسات می باشد . بدین جهت در قسمت هایی از تاسیسات که نیروی مکانیکی بیشتری را باید تحمل کند از مقره های تو خالی استفاده می شود و برای بالا بردن اختلاف سطح شکست داخلی آن سوراخ داخل مقره را پس از پرکردن با گاز خشک ازت با فشار at5/1-2/1 می پوشانند .
سوراخ مقره در انتها باریک شده و به یک منفذه باریکی منتهی می گردد که پس از پر شدن با گاز بوسیله شیشه مذاب پوشانده می شود . در ضمن در اطراف سطح خارجی ایزولاتورهای مخصوص شبکه های محصور و سرپوشیده نیز بر آمدگی هائی تعبیه می شود . ولی به هیچ وجه ایزولاتورهای داخلی مانند ایزولاتور های خارجی چتری نیستند .
مقره های خارجی
تکیه گاه ها و مقره های خارجی را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد :
الف- مقره های ثابت که مانند تکیه گاه های داخلی در روی زمین قرار می گیرند و یا این که با میله پیچ هائی به دکل های چوبی یا فلزی محکم می شوند و برای ولتاژ های تا 35kv ساخته می شود . این مقره ها به نام مقره یا ایزولاتور ولتا معروف هستند .
ب- مقره های آویزان که برای ولتاژ های زیاد ساخته می شوند و به سه دسته :
الف – بشقابی Kappenisolator ؛
ب- توپر Vollkernisolator ؛
ج- وایزولاتور بلند laystabisolator تقسیم می شوند .
برای تمام مقره هائی که در هوای آزاد نصب می شوند ، مشکلات زیادی از قبیل باران ، شبنم و اجسام خارجی ( آلودگی هوا ) به وجود می آید و با توجه به این که تمام این عوامل باعث شکست الکتریکی جنبی زودرس می گردد ، ایزولاتورهای خارجی باید از نظر شکل ظاهری با ایزولاتورهای داخلی متفاوت بکشند .
مقره دلتا
مقره دلتا در ابتدا به صورت دو تکه ساخته شد ولی به علت مشکلاتی که چسباندن و اتصال این دو قطعه به وجود می آورد و باید پیشرفت صنعت چینی سازی بعدها به صورت یک تکه نیز ساخته شد به ایزولاتور دلتا مقره دو چتری نیز گفته می شود .
منبع :
http://www.mona-consultants.com
1 O علامت روغن و S علامت خودی (سلف سرویس) است.
—————
————————————————————
—————
————————————————————
70