بررسي علل آسيب ديدن ترانسهاي توزيع و روشهاي پيشآ*گيري آن
1- مقدمه:
نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همآ*چنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود.
در اين گزارش ابتدا علل آسيبآ*ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيشآ*گيري آن بيان ميگردد.
اصولاً آسيبآ*ديدگي ترانس به دو صورت اتفاق مي افتد . 1- هادي شدن عايق ترانس 2- پاره شدن يا قطع شدن هاديهاي ترانس. هر دو مورد ذكر شده پيامد سه عامل افزايش دماي داخل ترانس ، اضافه ولتاژ و ضربات مكانيكي است كه ذيلاً به توضيح آنها مي پردازيم :
الف ) افزايش حرارت داخل ترانس بيشتر از حد تحمل ترانس (يعني بيشتر از حد تحمل عايق ترانس) موجب آسيبآ*ديدگي عايق ترانس ميگردد. عايقها بر خلاف هاديها در صورت بالا رفتن حرارت، هدايتشان بيشتر شده و جريان نشتي بيش از حد در عايق باعث سوختن ترانس ميگردد.
ب ) اگر اضافه ولتاژ حادث شده در شبكه باعث بالا رفتن ولتاژ هاديهانسبت به بدنه و يا نسبت به فاز ديگر) بيشتر از حد استقامت حرارتي عايق گردد موجببروز قوس در عايق شده و عايق خاصيت خود را از دست مي دهد و يا اگر ولتاژ بالا بافركانس نامي بصورت مداوم برقرار گردد جريان نشتي عايق تدريجاً بيشتر شده و دمايعايق بالا ميآ*رود كه نهايتاً حرارت بالا باعث آسيب ديدن عايق ميآ*گردد
ج ) در صورت حمل نادرست ترانس چه با جرثقيل و يا هر وسيله ديگر بهعلت تكانهاي شديد، هسته ترانس كه بر روي بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پارهگي نقاط اتصال هاديها ميگردد و همآ*چنين اگر اتصال كوتاهي در ورودي يا خروجي ترانساتفاق افتد هاديهاي ترانس بر اثر اتصالي، نيروهاي زيادي به يكديگر واردميآ*نمايند(هاديهاي حامل جريان به يكديگر نيرو وارد ميآ*كنند كه به جريان عبوري وفاصله هاديها از يكديگر وابسته است) اين نيروها اغلب باعث پاره گي هاديها و ياخرابي عايق خشك ترانس ميگردد. اگر بار ترانس نيز بالا رود به علت توليد حرارت درترانس باعث پاره گي هاديها در نقاط ضعيف ترانس ميآ*شود كه اين مورد بيشتر درترانسهايي باسيمآ*پيچي زيگزاگ در نقطه اتصال اتفاق ميآ*افتد
عواملي كه باعث صدمه ديدن ترانس ميگردند
اضافه بار: اگر بنا به هر علتي از جمله زياد شدن بار شبكه، نشتروي مقرهآ*ها و هاديها، بار ترانس زياد گردد و كليد كل تابلوي ترانس عمل ننمايد باازدياد جريان هاديهاي ترانس تلفات اهمي ترانس بالا رفته و حرارت توليدي ، بيشتر ازحرارت تبادلي بوده و براحتي دفع نميآ*گردد كه باعث صدمه ديدن عايق ترانس مي گردد
نشت روغن: اگر سطح روغن در داخل ترانس كاهش يابد و به جاي روغنهوا در داخل تانك ترانس نفوذ كند ، با توجه به پايين بودن استقامت الكتريكي هوانسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسيب ميآ*بيند
نفوذ رطوبت: وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الكتريكي روغنترانس را كاهش ميدهد كه باعث بروز قوس در روغن ترانس ميآ*شود
اضافه ولتاژهاي موقت: هر چند طبق استاندارد هر ترانسي ميآ*تواندولتاژي بيشتر از حد نامي را طي مدت زمان كوتاهي تحمل كند (حتي مورد تست قرارميآ*گيرد) اما اين اضافه ولتاژها باعث به اشباع رفتن هسته و ايجاد هارمونيك ميآ*گرددكه هارمونيكهاي بالاي فركانس نامي ، تلفات هسته را بالا برده و نهايتاً حرارت ايجادشده در هسته و عدم تبادل حرارتي لازم موجب آسيب ديدن عايق ميآ*شود (اين حرارت درمحاسبات طراحي وارد نميآ*گردد
آلودگي روغن ترانس: طي دوره كاري ترانس با توجه به گردش روغندر بين هاديها و هسته، روغن كهنه شده و همآ*چنين سطح آنها را ميآ*شويد و ذرات كندهشده از ديوارهآ*ها معمولاً بصورت لجن در ته تانك ترانس انباشته ميآ*گردد. وجود ذراتفوق در روغن موجب كاهش استقامت الكتريكي روغن ميگردد
اضافه ولتاژهاي گذرا: اضافه ولتاژهاي گذرا در شبكه معمولاً بهدو صورت نمايان ميگردند
الف ) صاعقه كه اضافه ولتاژ خارجي است. ب ) كليدزني كه اضافه ولتاژداخلي است
اگر تعداد اضافه ولتاژهايي كه به ترانس ميرسند زياد باشند يا حدولتاژهاي آنها بالا باشد باعث تخريب عايق ميآ*گردند. گاهاً اضافه ولتاژها در حدينيستند كه ابتدائاً عايق را خراب نمايند بلكه به علت رزونانس يا فرورزونانس رفتنترانس و خواص سلفي و خازني باعث بروز قوس از سر ترانس ، يا بالا رفتن دماي ترانسميگردد
عمر بالاي ترانس: وقتي ترانس به مدت طولاني در شبكه مورداستفاده قرار گيرد، عايق خشك ترانس كمآ*كم خاصيت اوليه خود را از دست ميدهد كه حتيبا تعويض روغن همآ*ديگر به حالت اوليه برنميآ*گردد. (عمر مفيد ترانس معمولاً از طرفشركت سازنده داده ميآ*شود.)
بالا رفتن دماي محيط: افزايش دماي محيط موجب آسيبآ*ديدگي ترانسميگردد. بدين صورت كه وقتي تفاوت دماي داخل ترانس و محيط پست در اثر افزايش حرارتمحيط كم گردد تبادل حرارتي بين ترانس و هواي پست كم شده و حرارت توليد شده در ترانسحبس گرديده و عايق ترانس صدمه ميآ*بيند. دماي شرايط كاري جهت اخذ قدرت نامي توسطسازنده تعيين ميآ*گردد كه ميآ*بايست ميزان كاهش قدرت به ازاي افزايش درجه حرارت نيزقيد شود
بروز جرقه يا هارمونيك در ولتاژ اوليه: بنا به هر علتي اگر دراوليه ترانس، ولتاژ همراه هارمونيك باشد باعث بوجود آمدن فلوهاي متناظر با همانهارمونيكآ*ها در هسته ترانس ميگردد، كه اين هارمونيكآ*هاي فركانس بالا موجب بالا رفتنتلفات فوكو و هيسترزيس در هسته ميآ*شود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشي از آن صدمهميآ*بيند. گاهاً به علت رطوبت محيط يا وجود آلودگي بر روي مقرهآ*ها و يا نزديك شدنشاخه درختان به خط تحت ولتاژ و… قوس بوجود ميآ*آيد و به علت بالا بودن مقاومت دربرخي از اين اتصالات و دور بودن از ابتداي فيدر، اين قوسها باعث عملكرد رله پستمادر نميآ*گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عيب موجب ريپلآ*هايولتاژ روي موج ولتاژ ميآ*شوند. ريپلآ*هاي ولتاژ داراي هارمونيكآ*هاي بالا بوده واشكالاتي را براي دستگاههاي الكتريكي مورد تغذيه روي آن فيدر پيش ميآ*آورد
راههاي پيشگيري
ابتدا بايد خاطرنشان ساخت كه ترانسها براي تلفات استاندارد و قابلمحاسبه فركانس اصلي طراحي ميآ*گردند و هر گونه تلفات اجباري خارج از مقدار محاسبهشده در برآوردها ناديده گرفته مي شود. لذا تلفات ناشي از هارمونيكآ*ها و افزايشولتاژ شبكه براي ترانس مضر ميآ*باشد. مگر اينكه در شرايط جديد تقاضاي ديگري برايساخت ترانسها با قدرت تحمل بيشتر مدنظر باشد. براي مثال مي توان هسته ترانسها را بهعلت وجود هارمونيك ، بزرگتر از حد فعلي در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانسهايي برايتلفات بيشتر طراحي ميگردند
پيشگيري از بروز اضافه بار براي ترانسها: انتخاب بهينه قدرتترانس جهت تغذيه در شبكه بسيار مهم ميآ*باشد. در اين راستا گاهي از رفتار بار وبارگيريهاي مداوم ترانس در نحوه تصميمآ*گيري حائز اهميت است. معمولاً ترانسهايي كهبارشان كمتر از %30 تا %40 بار ناميشان باشند كم بار و اگر بيشتر از %70 بار ناميآ*باشند پر بار تلقي ميگردند. استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسي رفتار بار درمناطق مختلف ، الگوي مناسب از رفتار بار را براي ترانسهاي شبكه بدست ميدهد وميآ*توان با استفاده از آنها به مطالعه شبكه پرداخت. در حالحاضر به علت كمبود نيرويانساني و وسايل از ترانسهاي خاص، آمپراژگيري ميگردد. بدين صورت كه با توجه به آمارفيوزسوزي و افتادن كليدكل ها در روز قبل ، از آن ترانسها بارگيري به عمل ميآ*آيد ودر صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعويض آن اقدام ميآ*شود و ترانس با قدرت بيشترجايگزين ميگردد
استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تيرها و جعبه فيوزها ازاتلاف انرژي جلوگيري كرده و از اضافه بار شدن بيآ*مورد ترانسها جلوگيري ميكند
نشت روغن ترانس: بازديدآ*هاي دورهآ*اي و مداوم پستآ*هاي توزيعميتواند در اين خصوص راهگشا باشد. در بازديدها ارتفاع روغن در شيشه روغنآ*نما، آ*خيسيروي درپوشآ*، رادياتورها و زير ترانس ملاك مناسبي از گاهي نشت روغن ميآ*باشد كه درحال حاضر اين عمل انجام ميگيرد
نفوذ رطوبت: نمونهآ*برداري و تست روغن ترانسها طي برنامهآ*هاي ازپيش تعيين شده اطلاع دقيقي از نفوذ رطوبت به داخل تانك ترانس بدست ميدهد. در حالحاضر همراه با تعميرات خط، ترانسهاي هوائي و سرويس پستآ*هاي زميني ، نمونهآ*گيري وتست روغن انجام ميگيرد كه طول دورهآ*هاي بازديد و سرويس حدود يك بار در هر سالميباشد ولي با توجه به شرايط جوي برخي مناطق ، طول دوره بازديد بايد كاهش يابد
اضافه ولتاژهاي موقت: در شبكهآ*هاي توزيعي كه طول فيدرهايكوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژهاي موقت در اين شبكهآ*ها وجود ندارد مگر اينكهاضافه ولتاژ از شبكه فوق توزيع سرايت نمايد
آلودگي روغن ترانس: تست روغن بصورت برنامهآ*ريزي شده روش مناسبيبراي گاهي يافتن از آلودگي روغن ترانس است
اضافه ولتاژهاي گذرا: براي جلوگيري از خسارت ناشي از اضافهولتاژهاي گذراي خارجي (صاعقه) مناسبترين راه، نصب برقگير در پستهاي هوائي و نقاطارتباطي سركابلها و خطوط هوائي ميآ*باشد. عملكرد صحيح برقگيرها ترانسها را در مقابلصاعقه حفاظت ميآ*نمايد
كليدزني در شبكهآ*هاي توزيع ميآ*تواند ولتاژهاي گذرايي حدود 5/1 تابرابر ولتاژ نامي را در شبكه بوجود آورد. چنين اضافه ولتاژهايي وقتي به ترانس كهداراي اندوكتانس بالايي در برابر اضافه ولتاژها ميباشد ، ميآ*رسند تقويت ميگردند، كهاين موضوع اثر سوء براي ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پلهآ*اي بودن آننيز مضر ميآ*باشد ، زيرا داراي هارمونيكآ*هاي زيادي بوده و براي ترانسها مضر است
آمار كليدزني و مانور در شبكه فشار متوسط كم نبوده و اين مانورهاترانسها را از لحاظ عايقي ضعيف ميآ*نمايد و اگر فواصل كليدزني كم باشد احتمالآسيبآ*ديدگي ترانسها بيشتر ميآ*شود. از آنجايي كه تعداد فيدرهاي پربار(بالايدرشبكهزي اد است و همآ*چنين تجهيزات جداكننده در شبكه كم ميآ*باشد، يافتن محل عيبو جابجايي بار آن مشكلآ*ساز بوده و تعداد كليدزني را افزايش ميدهد
براي كاهش تعداد كليدزني راهآ*حل پيشنهادي ، كاهش بار فيدرها باايجاد فيدرهاي جديد، كوتاه كردن طول فيدرها با ايجاد پستآ*هاي فوق توزيع و ايجادنقاطي مجهز به دستگاههاي جداكننده مناسب نظير سكشنالايرز و استفاده از كليد در مسيرفيدرها ميآ*باشد. همچنين تنظيم رلهآ*ها با استفاده از محاسبات اتصال كوتاه شبكه لازماست
عمر بالاي ترانس: در حال حاضر با تعويض ترانسهاي با عمر بالا ،ترانسهاي قديمي از شبكه جدا شده و بعد از بازيابي به شبكه برميآ*گردند. ولي در عململاحظه ميشود تعدادي از ترانسهاي سرويس شده ، پس از بهره برداري مجدداً معيوبميگردند. لذا ضروريست نظارت بر كيفيت تعميرات و تستهاي لازم، دقيقتر صورت گيرد. اگرروند بازيابي و سرويس ترانس مناسب و دقيق باشد و همآ*چنين با استفاده از تستآ*هاييدقيق در اندازه گيري تلفات بيآ*باري ترانس مي توان از پايداري و سلامت عايق خشكترانس مطمئن شد. البته لازم به ذكر است، استفاده از لوازمي مثل روغن ترانس مرغوب وواشرهاي مناسب جهت آب بندي در بالا بردن عمر ترانس بعد از بازيابي بسيار مؤثر است
بالا رفتن دماي محيط: براي تبادل حرارتي بيشتر در فصول گرم دراغلب پستآ*هاي زميني از فن استفاده ميآ*گردد، اما براي ترانسهاي هوائي چنين راهي وجودندارد. اگر هواي محيط گرم شود به علت كاهش اختلاف دماي داخل ترانس و هواي اطرافتبادل حرارتي كم شده و ترانس گرمتر ميآ*شود. بنابراين بهترين راه چاره كاهش بارترانس در اين مواقع ميآ*باشد كه در فصول گرم بار ترانس زير بار نامي باشد، امامتأسفانه پيك بار شبكه هنگام گرما به علت استفاده از كولرهاي گازي اتفاق ميآ*افتد ودر فصول ديگر گاهاً بار ترانسها از %40 بار نامي نيز كمتر ميآ*باشد
جرقه و هارمونيك در اوليه ترانسهاي توزيع: در برخي از پستهايزميني به علت شرايط نامناسب ساختماني و شرايط تابلوهاي فرسوده ، روي مقرهآ*هاياتكايي و همآ*چنين در شبكهآ*هاي هوائي روي مقرهآ*ها و بوشينگها قوسهايي بوجود ميآ*آيدكه گاهاً ماندگار نيز ميآ*باشند. اين قوسها ريپلآ*هاي ولتاژ را در شبكه بوجودميآ*آورند. جهت جلوگيري از اين پديدهآ*ها بايستي بازديدهاي دورهآ*اي از شبكه و پستهايزميني و شاخهآ*زني و سرويس به موقع خطوط و پستآ*ها را افزايش داده و دقت بيشتري را دراين خصوص مبذول نمود. مطابق با استاندارد، شاخه زني بايد بگونهآ*اي باشد كه طي فاصلهزماني 2سال يك بار شاخه زني انجام گيرد اما با شرايط جوي برخي مناطق و نوع درختانگاهاً در هر سال دو بار شاخه زني لازم است
جلوگيري از پاره گي هاديهاي ترانس: بيشتر اوقات در حملنامناسب ترانس، هاديهاي ترانس پاره ميآ*شوند. اگر دقت بيشتري در هنگام حمل ترانسانجام گيرد و در هنگام بارگيري و نصب سعي گردد تا ترانس به آرامي جابجا شود وهنگامي كه ترانس بر روي جرثقيل يا هر وسيله جابجا كننده قرار ميگيرد بتوان ازتكانهاي شديد ناشي از جاده جلوگيري نمود و همآ*چنين بار ترانس همواره زير بار نامينگه داشته شود، باعث ميآ*گردد تا هاديهاي ترانس قطع نگردند. اما براي جلوگيري ازپاره گي هاديها ناشي از اتصال كوتاه در سيمآ*پيچي اوليه و يا ثانويه ترانس تنهاميآ*توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودي و خروجي ترانس اشاره نمود
منبع :
http://www.mona-consultants.com
http://power-factor.blogfa.com