بررسی علل آسیب دیدن ترانسهای توزیع و روش های پیشگیری آن
تهیه کننده:مهندس کورش کرد
مقدمه
نظر به اهمیت ویژه ترانسهای شبکه، همواره مواظبت و نگهداری آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود. در این گزارش ابتدا علل آسیب‌دیدگی ترانسها بحث گردیده و سپس راههای پیشگیری آن بیان میگردد.
اصولاً آسیب‌دیدگی ترانس به دو صورت اتفاق می افتد .
1 -هادی شدن عایق ترانس
2-پاره شدن یا قطع شدن هادیهای ترانس
هر دو مورد ذکر شده پیامد سه عامل افزایش دمای داخل ترانس ، اضافه ولتاژ و ضربات مکانیکی است که درزیر به توضیح آنها می پردازیم :
الف )افزایش حرارت داخل ترانس بیشتر از حد تحمل ترانس (یعنی بیشتر از حد تحمل عایق ترانس) موجب آسیب‌دیدگی عایق ترانس میگردد. عایقها بر خلاف هادیها در صورت بالا رفتن حرارت، هدایتشان بیشتر شده و جریان نشتی بیش از حد در عایق باعث سوختن ترانس میگردد.
ب )اگرولتاژ بیشتر از حد استقامت حرارتی عایق گردد موجب بروز قوس در عایق شده وعایق خاصیت خودرااز دست می دهد و یا اگر ولتاژ بالا بافرکانس نامی بصورت مداوم برقرار گردد جریان نشتی عایق تدریجاً بیشتر شده و دمای عایق بالا می‌رود که نهایتاً حرارت بالا باعث آسیب دیدن عایق میگردد.
ج ) در صورت حمل نادرست ترانس چه با جرثقیل و یا هر وسیله دیگر بعلت تکانهای شدید، هسته ترانس که بر روی بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پارگی نقاط اتصال هادیها میگردد و همچنین اگر اتصال کوتاهی در ورودی یا خروجی ترانس اتفاق بیافتد هادیهای ترانس بر اثر اتصالی، نیروهای زیادی به یکدیگرواردمی‌نمایند(هادیهای حامل جریان به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند که به جریان عبوری وفاصله هادیها از یکدیگر وابسته است) این نیروها اغلب باعث پاره گی هادیها و یاخرابی عایق خشک ترانس میگردد. اگر بار ترانس نیز بالا رود به علت تولید حرارت درترانس باعث پارگی هادیها در نقاط ضعیف ترانس میشود که این مورد بیشتر درترانسهایی باسیم‌پیچی زیگزاگ در نقطه اتصال اتفاق می‌افتد.
عواملی که باعث صدمه دیدن ترانس میگردند
اضافه بار: اگر بنا به هر دلیلی از جمله زیاد شدن بار شبکه، نشت روی مقره‌ها و هادیها، بار ترانس زیاد گردد و کلید کل تابلوی ترانس عمل ننماید باازدیاد جریان هادیهای ترانس تلفات اهمی ترانس بالا رفته و حرارت تولیدی ، بیشتر ازحرارت تبادلی بوده و براحتی دفع نمی‌گردد 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 هوانسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسیب می‌بیند.
نفوذ رطوبت: وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الکتریکی روغن ترانس را کاهش میدهد که باعث بروز قوس در روغن ترانس میشود.
اضافه ولتاژهای موقت: هر چند طبق استاندارد هر ترانسی می‌تواندولتاژی بیشتر از حد نامی را طی مدت زمان کوتاهی تحمل کند (حتی مورد تست قرارمی‌گیرد) اما این اضافه ولتاژها باعث به اشباع رفتن هسته و ایجاد هارمونیک میگردد که هارمونیکهای بالای فرکانس نامی ، تلفات هسته را بالا برده و نهایتاً حرارت ایجاد شده در هسته و عدم تبادل حرارتی لازم موجب آسیب دیدن عایق میشود (این حرارت درمحاسبات طراحی وارد نمی‌گردد).
آلودگی روغن ترانس: طی دوره کاری ترانس با توجه به گردش روغن در بین هادیها و هسته، روغن کهنه شده و همچنین سطح آنها را می‌شوید و ذرات کنده شده از دیواره‌ها معمولاً بصورت لجن در ته تانک ترانس انباشته میگردد. وجود ذرات فوق در روغن موجب کاهش استقامت الکتریکی روغن میگردد.
اضافه ولتاژهای گذرا: اضافه ولتاژهای گذرا در شبکه معمولاً به دو صورت نمایان میگردند:
الف ) صاعقه :که اضافه ولتاژ خارجی است.
ب ) کلیدزنی :که اضافه ولتاژداخلی است.
اگر تعداد اضافه ولتاژهایی که به ترانس میرسند زیاد باشند یا حدولتاژهای آنها بالا باشد باعث تخریب عایق میگردند. گاهاً اضافه ولتاژها در حدی نیستند که ابتدائاً عایق را خراب نمایند بلکه به علت رزونانس یا فرورزونانس رفتن ترانس و خواص سلفی و خازنی باعث بروز قوس از سر ترانس ، یا بالا رفتن دمای ترانس میگردد.
عمر بالای ترانس:
وقتی ترانس به مدت طولانی در شبکه مورداستفاده قرار گیرد، عایق خشک ترانس کم‌کم خاصیت اولیه خود را از دست میدهد که حتی با تعویض روغن هم‌دیگر به حالت اولیه برنمی‌گردد. (عمر مفید ترانس معمولاً از طرف شرکت سازنده داده میشود(.
بالا رفتن دمای محیط:
افزایش دمای محیط موجب آسیب‌دیدگی ترانس میگردد. 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 صد مه می‌بیند. دمای شرایط کاری جهت اخذ قدرت نامی توسط سازنده تعیین میگردد که می‌بایست میزان کاهش قدرت به ازای افزایش درجه حرارت نیزقید شود.
بروز جرقه یا هارمونیک در ولتاژ اولیه:
بنا به هر علتی اگر دراولیه ترانس، ولتاژ همراه هارمونیک باشد باعث بوجود آمدن فلوهای متناظر با همان هارمونیک‌ها در هسته ترانس میگردد، که این هارمونیکهای فرکانس بالا موجب بالا رفتن تلفات فوکو و هیسترزیس در هسته میشود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشی از آن صدمه می‌بیند. گاهاً به علت رطوبت محیط یا وجود آلودگی بر روی مقره‌ها و یا نزدیک شدن شاخه درختان به خط تحت ولتاژ و… قوس بوجود می‌آید و به علت بالا بودن مقاومت دربرخی از این اتصالات و دور بودن از ابتدای فیدر، این قوسها باعث عملکرد رله پست مادر نمی‌گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عیب موجب ریپل‌های ولتاژ روی موج ولتاژ می‌شوند. ریپل‌های ولتاژ دارای هارمونیکهای بالا بوده واشکالاتی را برای دستگاههای الکتریکی مورد تغذیه روی آن فیدر پیش می‌آورد.
راههای پیشگیری ابتدا باید خاطرنشان ساخت که ترانسها برای تلفات استاندارد و قابل محاسبه فرکانس اصلی طراحی میگردند و هر گونه تلفات اجباری خارج از مقدار محاسبه شده در برآوردها نادیده گرفته می شود. لذا تلفات ناشی از هارمونیک‌ها و افزایش ولتاژ شبکه برای ترانس مضر میباشد. مگر اینکه در شرایط جدید تقاضای دیگری برای ساخت ترانسها با قدرت تحمل بیشتر مدنظر باشد. برای مثال می توان هسته ترانسها را به علت وجود هارمونیک ، بزرگتر از حد فعلی در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانسهایی برای تلفات بیشتر طراحی میگردند.
پیشگیری از بروز اضافه بار برای ترانسها:
انتخاب بهینه قدرت ترانس جهت تغذیه در شبکه بسیار مهم میباشد. در این راستا آگاهی از رفتار بار وبارگیریهای مداوم ترانس در نحوه تصمیم‌گیری حائز اهمیت است. معمولاً ترانسهایی که بارشان کمتر از %30 تا %40 بار نامیشان باشند کم بار و اگر بیشتر از %70 بار نامی‌باشند پر بار تلقی میگردند. استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسی رفتار بار درمناطق مختلف ، الگوی مناسب از رفتار بار را برای ترانسهای شبکه بدست میدهد ومی‌توان با استفاده از آنها به مطالعه شبکه پرداخت.
در حال حاضر به علت کمبود نیروی انسانی و وسایل از ترانسهای خاص، آمپراژگیری میگردد. بدین صورت که با توجه به آمارفیوزسوزی و افتادن کلیدفیوزهای کت اوت در روز قبل ، از آن ترانسها بارگیری به عمل می‌آید ودر صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعویض آن اقدام میشود و ترانس با قدرت بیشترجایگزین میگردد استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تیرها و جعبه فیوزها ازاتلاف انرژی جلوگیری کرده و از اضافه بار شدن بی‌مورد ترانسها جلوگیری میکند.
نشت روغن ترانس:
بازدیدهای دوره‌ای و مداوم پستهای توزیع میتواند در این خصوص راهگشا باشد. در بازدیدها ارتفاع روغن در شیشه روغن‌نما، خیسی روی درپوش، رادیاتورها و زیر ترانس ملاک مناسبی از آگاهی نشت روغن میباشد که درحال حاضر این عمل انجام میگیرد.
نفوذ رطوبت:
نمونه‌برداری و تست روغن ترانسها طی برنامه‌های ازپیش تعیین شده اطلاع دقیقی از نفوذ رطوبت به داخل تانک ترانس بدست میدهد. در حال حاضر همراه با تعمیرات خط، ترانسهای هوائی و سرویس پستهای زمینی ، نمونه‌گیری وتست روغن انجام میگیرد که طول دوره‌های بازدید و سرویس حدود یک بار در هر سال میباشد ولی با توجه به شرایط جوی برخی مناطق ، طول دوره بازدید باید کاهش یابد.
اضافه ولتاژهای موقت:
در شبکه‌های توزیعی که طول فیدرها کوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژهای موقت در این شبکه‌ها وجود ندارد مگر اینکه اضافه ولتاژ از شبکه فوق توزیع سرایت نماید.
آلودگی روغن ترانس:
تست روغن بصورت برنامه‌ریزی 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 پستهای هوائی و نقاط ارتباطی سرکابلها و خطوط هوائی میباشد. عملکرد صحیح برقگیرها ترانسها را در مقابل صاعقه حفاظت می‌نماید کلیدزنی در شبکه‌های توزیع میتواند ولتاژهای گذرایی برابر ولتاژ نامی را در شبکه بوجود آورد. چنین اضافه ولتاژهایی وقتی به حدود 5/1 تا2برابر ترانس که دارای اندوکتانس بالایی در برابر اضافه ولتاژها میباشد ، میرسند تقویت میگردند، که این موضوع اثر سوء برای ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پله‌ای بودن آن نیز مضر میباشد ، زیرا دارای هارمونیکهای زیادی بوده و برای ترانسها مضر است آمار کلیدزنی و مانور در شبکه فشار متوسط کم نبوده و این مانورها ترانسها را از لحاظ عایقی ضعیف می‌نماید و اگر فواصل کلیدزنی کم باشد احتمال آسیب‌دیدگی ترانسها بیشتر میشود. از آنجایی که تعداد فیدرهای زیاد است و همچنین تجهیزات جداکننده در شبکه کم میباشد،درشبکه پربار یافتن محل عیب و جابجایی بار آن مشکل‌ساز بوده و تعداد کلیدزنی را افزایش میدهد برای کاهش تعداد کلیدزنی راه‌حل پیشنهادی ، کاهش بار فیدرها باایجاد فیدرهای جدید، کوتاه کردن طول فیدرها با ایجاد پستهای فوق توزیع و ایجادنقاطی مجهز به دستگاههای جداکننده مناسب نظیر سکشن الایرز و استفاده از کلید در مسیرفیدرها میباشد. همچنین تنظیم رله‌ها با استفاده از محاسبات اتصال کوتاه شبکه لازم است.
عمر بالای ترانس:
در حال حاضر با تعویض ترانسهای با عمر بالا ،ترانسهای قدیمی از شبکه جدا شده و بعد از بازیابی به شبکه برمی‌گردند. ولی در عمل ملاحظه میشود تعدادی از ترانسهای سرویس شده ، پس از بهره برداری مجدداً معیوب میگردند. لذا ضروریست نظارت بر کیفیت تعمیرات و تستهای لازم، دقیقتر صورت گیرد. اگرروند بازیابی و سرویس ترانس مناسب و دقیق باشد و همچنین با استفاده از تست‌هایی دقیق در اندازه گیری تلفات بی‌باری ترانس می توان از پایداری و سلامت عایق خشک ترانس مطمئن شد. البته لازم به ذکر است، استفاده از لوازمی مثل روغن ترانس مرغوب وواشرهای مناسب جهت آب بندی در بالا بردن عمر ترانس بعد از بازیابی بسیار مؤثر است.
بالا رفتن دمای محیط:
برای تبادل حرارتی بیشتر در فصول گرم دراغلب پستهای زمینی از فن استفاده میگردد، اما برای ترانسهای هوائی چنین راهی وجودندارد. اگر هوای محیط گرم شود به علت کاهش اختلاف دمای داخل ترانس و هوای اطراف تبادل حرارتی کم شده و ترانس گرمتر میشود. بنابراین بهترین راه چاره کاهش بارترانس در این مواقع میباشد که در فصول گرم بار ترانس زیر بار نامی باشد، امامتأسفانه پیک بار شبکه هنگام گرما به علت استفاده از کولرهای گازی اتفاق می‌افتد ودر فصول دیگر گاهاً بار ترانسها از %40 بار نامی نیز کمتر میباشد.
جرقه و هارمونیک در اولیه ترانسهای توزیع :
در برخی از پستهای زمینی به علت شرایط نامناسب ساختمانی و شرایط تابلوهای فرسوده ، روی مقره‌های اتکایی و همچنین در شبکه‌های هوائی روی مقره‌ها و بوشینگها قوسهایی بوجود می‌آیدکه گاهاً ماندگار نیز می‌باشند. این قوسها ریپل‌های ولتاژ را در شبکه بوجودمی‌آورند. جهت جلوگیری از این پدیده‌ها بایستی بازدیدهای دوره‌ای از شبکه و پستهای زمینی و شاخه‌زنی و سرویس به موقع خطوط و پست‌ها را افزایش داده و دقت بیشتری را دراین خصوص مبذول نمود. مطابق با استاندارد، شاخه زنی باید بگونه‌ای 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 هادیهای ترانس:
بیشتر اوقات در حمل نامناسب ترانس، هادیهای ترانس پاره می‌شوند. اگر دقت بیشتری در هنگام حمل ترانس انجام گیرد و در هنگام بارگیری و نصب سعی گردد تا ترانس به آرامی جابجا شود وهنگامی که ترانس بر روی جرثقیل یا هر وسیله جابجا کننده قرار میگیرد بتوان ازتکانهای شدید ناشی از جاده جلوگیری نمود و همچنین بار ترانس همواره زیر بار نامی نگه داشته شود، باعث میگردد تا هادیهای ترانس قطع نگردند. اما برای جلوگیری ازپار گی هادیها ناشی از اتصال کوتاه در سیم‌پیچی اولیه و یا ثانویه ترانس تنهامی‌توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودی و خروجی ترانس اشاره نمود.