ماشينهاي الكتريكي : بررسی علل آسیب دیدن ترانس های توزیع و روش های پیشگیری
نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود. در اين گزارش ابتدا علل آسيب‌ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيشگيري آن بيان ميگردد.
بررسي علل آسيب ديدن ترانسهاي توزيع و روشهاي پيشگيري آن 1- مقدمه: نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود. در اين گزارش ابتدا علل آسيب‌ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيشگيري آن بيان ميگردد.
بررسي علل آسيب ديدن ترانسهاي توزيع و روشهاي پيشگيري آن 1- مقدمه: نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود. در اين گزارش ابتدا علل آسيب‌ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيشگيري آن بيان ميگردد.
اصولاً آسيب‌ديدگي 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 آسيب‌ديدگي 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 هاديهانسبت به بدنه و يا نسبت به فاز ديگر) بيشتر از حد استقامت حرارتي عايق گردد موجببروز قوس در عايق شده و عايق خاصيت خود را از دست مي دهد و يا اگر ولتاژ بالا بافركانس نامي بصورت مداوم برقرار گردد جريان نشتي عايق تدريجاً بيشتر شده و دمايعايق بالا مي‌رود كه نهايتاً حرارت بالا باعث آسيب ديدن عايق ميگردد
ج ) در صورت حمل نادرست ترانس چه با جرثقيل و يا هر وسيله ديگر بهعلت تكانهاي شديد، هسته ترانس كه بر روي بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پارهگي نقاط اتصال هاديها ميگردد و همچنين اگر اتصال كوتاهي در ورودي يا خروجي ترانساتفاق افتد هاديهاي ترانس بر اثر اتصالي، نيروهاي زيادي به يكديگر واردمي‌نمايند(هاديهاي حامل جريان به يكديگر نيرو وارد مي‌كنند كه به جريان عبوري وفاصله هاديها از يكديگر وابسته است) اين نيروها اغلب باعث پاره گي هاديها و ياخرابي عايق خشك ترانس ميگردد. اگر بار ترانس نيز بالا رود به علت توليد حرارت درترانس باعث پاره گي هاديها در نقاط ضعيف ترانس ميشود كه اين مورد بيشتر درترانسهايي باسيم‌پيچي زيگزاگ در نقطه اتصال اتفاق مي‌افتد
عواملي كه باعث صدمه ديدن ترانس ميگردند
اضافه بار: اگر بنا به هر علتي از جمله زياد شدن بار شبكه، نشتروي مقره‌ها و هاديها، بار ترانس زياد گردد و كليد كل تابلوي ترانس عمل ننمايد باازدياد جريان هاديهاي ترانس تلفات اهمي ترانس بالا رفته و حرارت توليدي ، بيشتر ازحرارت تبادلي بوده و براحتي دفع نمي‌گردد كه باعث صدمه ديدن عايق ترانس مي گردد
نشت روغن: اگر سطح روغن در داخل ترانس كاهش يابد و به جاي روغنهوا در داخل تانك ترانس نفوذ كند ، با توجه به پايين بودن استقامت الكتريكي هوانسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسيب مي‌بيند
نفوذ رطوبت: وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الكتريكي روغنترانس را كاهش ميدهد كه باعث بروز قوس در روغن ترانس ميشود
اضافه ولتاژهاي موقت: هر چند طبق استاندارد هر ترانسي مي‌تواندولتاژي بيشتر از حد نامي را طي مدت زمان كوتاهي تحمل كند (حتي مورد تست قرارمي‌گيرد) اما اين اضافه ولتاژها باعث به اشباع رفتن هسته و ايجاد هارمونيك مي‌گرددكه هارمونيكهاي بالاي فركانس نامي ، تلفات هسته را بالا برده و نهايتاً حرارت ايجادشده در هسته و عدم تبادل حرارتي لازم موجب آسيب ديدن عايق ميشود (اين حرارت درمحاسبات طراحي وارد نمي‌گردد
آلودگي روغن ترانس: طي دوره كاري ترانس با توجه به گردش روغندر بين هاديها و هسته، روغن كهنه شده و همچنين سطح آنها را مي‌شويد و ذرات كندهشده از ديواره‌ها معمولاً بصورت لجن در ته تانك ترانس انباشته ميگردد. وجود ذراتفوق در روغن موجب كاهش استقامت الكتريكي روغن ميگردد
اضافه ولتاژهاي گذرا: اضافه ولتاژهاي گذرا در شبكه معمولاً بهدو صورت نمايان ميگردند ا
لف ) صاعقه كه اضافه ولتاژ خارجي است. ب ) كليدزني كه اضافه ولتاژداخلي است اگر تعداد اضافه ولتاژهايي كه به ترانس ميرسند زياد باشند يا حدولتاژهاي آنها بالا باشد باعث تخريب عايق ميگردند. گاهاً اضافه ولتاژها در حدينيستند كه ابتدائاً عايق را خراب نمايند بلكه به علت رزونانس يا فرورزونانس رفتنترانس و خواص سلفي و خازني باعث بروز قوس از سر ترانس ، يا بالا رفتن دماي ترانسميگردد
عمر بالاي ترانس: وقتي ترانس به مدت طولاني در شبكه مورداستفاده قرار گيرد، عايق خشك ترانس كم‌كم خاصيت اوليه خود را از دست ميدهد كه حتيبا تعويض روغن هم‌ديگر به حالت اوليه برنمي‌گردد. (عمر مفيد ترانس معمولاً از طرفشركت سازنده داده ميشود.)
بالا رفتن دماي محيط: افزايش دماي محيط موجب آسيب‌ديدگي ترانسميگردد. بدين صورت كه وقتي تفاوت دماي داخل ترانس و محيط پست در اثر افزايش حرارتمحيط كم گردد تبادل حرارتي بين ترانس و هواي پست كم شده و حرارت توليد شده در ترانسحبس گرديده و عايق ترانس صدمه مي‌بيند. دماي شرايط كاري جهت اخذ قدرت نامي توسطسازنده تعيين ميگردد كه مي‌بايست ميزان كاهش قدرت به ازاي افزايش درجه حرارت نيزقيد شود
بروز جرقه يا هارمونيك در ولتاژ اوليه: بنا به هر علتي اگر دراوليه ترانس، ولتاژ همراه هارمونيك باشد باعث بوجود آمدن فلوهاي متناظر با همانهارمونيك‌ها در هسته ترانس ميگردد، كه اين هارمونيكهاي فركانس بالا موجب بالا رفتنتلفات فوكو و هيسترزيس در هسته ميشود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشي از آن صدمهمي‌بيند. گاهاً به علت رطوبت محيط يا وجود آلودگي بر روي مقره‌ها و يا نزديك شدنشاخه درختان به خط تحت ولتاژ و… قوس بوجود مي‌آيد و به علت بالا بودن مقاومت دربرخي از اين اتصالات و دور بودن از ابتداي فيدر، اين قوسها باعث عملكرد رله پستمادر نمي‌گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عيب موجب ريپل‌هايولتاژ روي موج ولتاژ مي‌شوند. ريپل‌هاي ولتاژ داراي هارمونيكهاي بالا بوده واشكالاتي را براي دستگاههاي الكتريكي مورد تغذيه روي آن فيدر پيش مي‌آورد
راههاي پيشگيري ابتدا بايد خاطرنشان ساخت كه ترانسها براي تلفات استاندارد و قابلمحاسبه فركانس اصلي طراحي ميگردند و هر گونه تلفات اجباري خارج از مقدار محاسبهشده در برآوردها ناديده گرفته مي شود. لذا تلفات ناشي از هارمونيك‌ها و افزايشولتاژ شبكه براي ترانس مضر ميباشد. مگر اينكه در شرايط جديد تقاضاي ديگري برايساخت ترانسها با قدرت تحمل بيشتر مدنظر باشد. براي مثال مي توان هسته ترانسها را بهعلت وجود هارمونيك ، بزرگتر از حد فعلي در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانسهايي برايتلفات بيشتر طراحي ميگردند
پيشگيري از بروز اضافه بار براي ترانسها: انتخاب بهينه قدرتترانس جهت تغذيه در شبكه بسيار مهم ميباشد. در اين راستا آگاهي از رفتار بار وبارگيريهاي مداوم ترانس در نحوه تصميم‌گيري حائز اهميت است. معمولاً ترانسهايي كهبارشان كمتر از %30 تا %40 بار ناميشان باشند كم بار و اگر بيشتر از %70 بار نامي‌باشند پر بار تلقي ميگردند. استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسي رفتار بار درمناطق مختلف ، الگوي مناسب از رفتار بار را براي ترانسهاي شبكه بدست ميدهد ومي‌توان با استفاده از آنها به مطالعه شبكه پرداخت. در حالحاضر به علت كمبود نيرويانساني و وسايل از ترانسهاي خاص، آمپراژگيري ميگردد. بدين صورت كه با توجه به آمارفيوزسوزي و افتادن كليدكل ها در روز قبل ، از آن ترانسها بارگيري به عمل مي‌آيد ودر صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعويض آن اقدام ميشود و ترانس با قدرت بيشترجايگزين ميگردد استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تيرها و جعبه فيوزها ازاتلاف انرژي جلوگيري كرده و از اضافه بار شدن بي‌مورد ترانسها جلوگيري ميكند
نشت روغن ترانس: بازديدهاي دوره‌اي و مداوم پستهاي توزيعميتواند در اين خصوص راهگشا باشد. در بازديدها ارتفاع روغن در شيشه روغن‌نما، خيسيروي درپوش، رادياتورها و زير ترانس ملاك مناسبي از آگاهي نشت روغن ميباشد كه درحال حاضر اين عمل انجام ميگيرد
نفوذ رطوبت: نمونه‌برداري و تست روغن ترانسها طي برنامه‌هاي ازپيش تعيين شده اطلاع دقيقي از نفوذ رطوبت به داخل تانك ترانس بدست ميدهد. در حالحاضر همراه با تعميرات خط، ترانسهاي هوائي و سرويس پستهاي زميني ، نمونه‌گيري وتست روغن انجام ميگيرد كه طول دوره‌هاي بازديد و سرويس حدود يك بار در هر سالميباشد ولي با توجه به شرايط جوي برخي مناطق ، طول دوره بازديد بايد كاهش يابد
اضافه ولتاژهاي موقت: در شبكه‌هاي توزيعي كه طول فيدرهايكوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژهاي موقت در اين شبكه‌ها وجود ندارد مگر اينكهاضافه ولتاژ از شبكه فوق توزيع سرايت نمايد
آلودگي روغن ترانس: تست روغن بصورت برنامه‌ريزي شده روش مناسبيبراي آگاهي يافتن از آلودگي روغن ترانس است
اضافه ولتاژهاي گذرا: براي جلوگيري از خسارت ناشي از اضافهولتاژهاي گذراي خارجي (صاعقه) مناسبترين راه، نصب برقگير در پستهاي هوائي و نقاطارتباطي سركابلها و خطوط هوائي ميباشد. عملكرد صحيح برقگيرها ترانسها را در مقابلصاعقه حفاظت مي‌نمايد كليدزني در شبكه‌هاي توزيع مي‌تواند ولتاژهاي گذرايي حدود 5/1 تابرابر ولتاژ نامي را در شبكه بوجود آورد. چنين اضافه ولتاژهايي وقتي به ترانس كهداراي اندوكتانس بالايي در برابر اضافه ولتاژها ميباشد ، ميرسند تقويت ميگردند، كهاين موضوع اثر سوء براي ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پله‌اي بودن آننيز مضر ميباشد ، زيرا داراي هارمونيكهاي زيادي بوده و براي ترانسها مضر است آمار كليدزني و مانور در شبكه فشار متوسط كم نبوده و اين مانورهاترانسها را از لحاظ عايقي ضعيف مي‌نمايد و اگر فواصل كليدزني كم باشد احتمالآسيب‌ديدگي ترانسها بيشتر ميشود. از آنجايي كه تعداد فيدرهاي پربار(بالايدرشبكه زياد است و همچنين تجهيزات جداكننده در شبكه كم ميباشد، يافتن محل عيبو جابجايي بار آن مشكل‌ساز بوده و تعداد كليدزني را افزايش ميدهد براي كاهش تعداد كليدزني راه‌حل پيشنهادي ، كاهش بار فيدرها باايجاد فيدرهاي جديد، كوتاه كردن طول فيدرها با ايجاد پستهاي فوق توزيع و ايجادنقاطي مجهز به دستگاههاي جداكننده مناسب نظير سكشنالايرز و استفاده از كليد در مسيرفيدرها ميباشد. همچنين تنظيم رله‌ها با استفاده از محاسبات اتصال كوتاه شبكه لازماست
عمر بالاي ترانس: در حال حاضر با تعويض ترانسهاي با عمر بالا ،ترانسهاي قديمي از شبكه جدا شده و بعد از بازيابي به شبكه برمي‌گردند. ولي در عململاحظه ميشود تعدادي از ترانسهاي سرويس شده ، پس از بهره برداري مجدداً معيوبميگردند. لذا ضروريست نظارت بر كيفيت تعميرات و تستهاي لازم، دقيقتر صورت گيرد. اگرروند بازيابي و سرويس ترانس مناسب و دقيق باشد و همچنين با استفاده از تست‌هاييدقيق در اندازه گيري تلفات بي‌باري ترانس مي توان از پايداري و سلامت عايق خشكترانس مطمئن شد. البته لازم به ذكر است، استفاده از لوازمي مثل روغن ترانس مرغوب وواشرهاي 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 دراغلب پستهاي زميني از فن استفاده ميگردد، اما براي ترانسهاي هوائي چنين راهي وجودندارد. اگر هواي محيط گرم شود به علت كاهش اختلاف دماي داخل ترانس و هواي اطرافتبادل حرارتي كم شده و ترانس گرمتر ميشود. بنابراين بهترين راه چاره كاهش بارترانس در اين مواقع ميباشد كه در فصول گرم بار ترانس زير بار نامي باشد، امامتأسفانه پيك بار شبكه هنگام گرما به علت استفاده از كولرهاي گازي اتفاق مي‌افتد ودر فصول ديگر گاهاً بار ترانسها از %40 بار نامي نيز كمتر ميباشد
جرقه و هارمونيك در اوليه ترانسهاي توزيع: در برخي از پستهايزميني به علت شرايط نامناسب ساختماني و شرايط تابلوهاي فرسوده ، روي مقره‌هاياتكايي و همچنين در شبكه‌هاي هوائي روي مقره‌ها و بوشينگها قوسهايي بوجود مي‌آيدكه گاهاً ماندگار نيز مي‌باشند. اين قوسها ريپل‌هاي ولتاژ را در شبكه بوجودمي‌آورند. جهت جلوگيري از اين پديده‌ها بايستي بازديدهاي دوره‌اي از شبكه و پستهايزميني و شاخه‌زني و سرويس به موقع خطوط و پست‌ها را افزايش داده و دقت بيشتري را دراين خصوص مبذول نمود. مطابق با استاندارد، شاخه زني بايد بگونه‌اي باشد كه طي فاصلهزماني 2سال يك بار شاخه زني انجام گيرد اما با شرايط جوي برخي مناطق و نوع درختانگاهاً در هر سال دو بار شاخه زني لازم است
جلوگيري از پاره گي هاديهاي ترانس: بيشتر اوقات در حملنامناسب ترانس، هاديهاي ترانس پاره مي‌شوند. اگر دقت بيشتري در هنگام حمل ترانسانجام گيرد و در هنگام بارگيري و نصب سعي گردد تا ترانس به آرامي جابجا شود وهنگامي كه ترانس بر روي جرثقيل يا هر وسيله جابجا كننده قرار ميگيرد بتوان ازتكانهاي شديد ناشي از جاده جلوگيري نمود و همچنين بار ترانس همواره زير بار نامينگه داشته شود، باعث ميگردد تا هاديهاي ترانس قطع نگردند. اما براي جلوگيري ازپاره گي هاديها ناشي از اتصال كوتاه در سيم‌پيچي اوليه و يا ثانويه ترانس تنهامي‌توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودي و خروجي ترانس اشاره نمود
