ترانسفورماتور, مقالات
اضافه شار (Over Fluxing) در ترانسفورماتور
آذر
اضافه شار (Over Fluxing) در ترانسفورماتور به همراه علل اضافه شار
در این مقاله قصد داریم در مورد اضافه شار در ترانسفورماتور صحبت کنیم.
فهرست مطالب
1- شار و چگالی شار در ترانسفورماتور
2- تأثیر اضافه شار در ترانسفورماتورها
3- مدت زمان طراحی تحمل اضافه شار در ترانسفورماتور
4- محافظت اضافه شار v / f در ترانسفورماتور
————————————————–
1- شار و چگالی شار در ترانسفورماتور
طبق روش طراحی ترانسفورماتورهای امروز ، مقدار نامی چگالی شار در حدود 1.7 تا 1.8 تسلا نگه داشته میشود.
در حالی که، چگالی شار اشباع ورق فولادی CRGD هسته ترانسفورماتوربه ترتیب در حدود 1.9 تا 2 تسلا است که حدود 1/1 برابر مقدار نامی شار در ترانسفورماتور است.
در صورت بهره برداری، ترانسفورماتور قدرت با اضافه شار طبق محدودیت های طراحی خود در حال کار باشد،
گفته میشود که ترانسفورماتور با افزایش شار(اشباع) روبرو شده‌است و این افزایش اثر بد در عملکرد و طول عمر ترانس دارد.
بسته به طراحی و چگالی شار اشباع و ثابت زمانی حرارتی قطعات گرم شونده یک ترانسفورماتور دارای قابلیت اضافه تحریک (over excitation) متناسب با این مشخصات است.
مشخصات I.S برای ترانسفورماتورهای قدرت مقدار مجاز اضافه شار در حالت گذرا را تعیین نمی‌کند ولی به صورت غیر واضح بیان می‌کند که شار ترانسفورماتور نباید از حد طراحی بیشتر از ۱۱۰ درصد شود.
چگالی شار در ترانسفورماتور را می توان طبق فرمول زیر بیان کرد:
بر اساس فرمول بالا چگالی شار مغناطیسی متناسب با تقسیم ولتاژ و فرکانس (V / F) است.
بنابراین اضافه شار هم می تواند به دلیل افزایش ولتاژ و یا کاهش فرکانس اتفاق بیفتد.
در ادامه
احتمال اضافه شار تقریبا در ترانسفورماتورهای افزاینده پست های برق نسبت به ترانسفورماتورهای کاهنده پست های برق بیشتر است، جاییکه ولتاژ و فرکانس معمولا ثابت هستند.
با این وجود در شرایط خیلی غیر نرمال سیستم مشکل اضافه تحریک امکان دارد در ترانسفورماتورهای کاهنده نیز اتفاق بیفتد.
رله اضافه تحریک طوری تنظیم میشود که برای هر اضافه تحریکی گذرا سیستم عمل نکند تا پایداری سیستم حفظ شود.
اما باید برای شرایط حاد که از مقادیر تنظیم شده عبور می‌کند رله اضافه شار سریعا باید عمل کند.
دلایل متعددی برای اضافه شار در ترانسفورماتور وجود دارد، اما برخی از دلایل متداول در زیر برای اطلاعات ذکر شده‌است:
1- اضافه ولتاژ به دلیل قطع شدن ناگهانی بار
2- فرکانس پایین توان
3- بار کم روی خط انتقال
4- جبران کننده های شنت به درستی و اندازه کافی در خط وصل نشده اند.
————————————————–
2- تأثیر اضافه شار در ترانسفورماتورها
شار در ترانسفورماتور، در شرایط عادی به توجه به خاطر نفوذپذیری زیاد هسته آهنی، محدود به هسته ترانسفورماتور میشود و در هوای اطراف واردنمی‌شود.
هنگامی که چگالی شار درحال افزایش بیش از نقطه اشباع است ، مقدار قابل توجهی از شار در قسمتهای اتصالات فولادی و در هوا بسته میشود.
قطعات فولادی لایه لایه نیستند و برای انتقال شار مغناطیسی طراحی نشده اند و به سرعت گرم می‌شوند.
جریان که در مسیرهای هوایی جریان دارد ممکن‌است حلقه‌های جریانی در سیم پیچ ها ، بارها ، پایه مخزن در قسمت اصلی هسته و قطعات سازه ایجاد می‌کنند و باعث گرم شدن این بخش‌ها‌می‌شوند.
در شرایط اضافه تحریک شدید در قسمت داخلی سیم پیچ ها که دارای هارمونیک شدید است می تواند باعث افزایش خطرناک دما شود.
بدیهی است که این شرایط به خاطر تلفات زیاد در سیم پیچها در شرایط اضافه تحریک شدید برای مدت طولانی نمی تواند باقی بماند و در صورت ادامه ی این شرایط ممکن‌است آسیب شدیدی به ترانسفورماتور وارد شود.
شواهد فیزیکی آسیب ناشی اصافه تحریک متناسب با مقدار اضافه تحریک متفاوت می‌باشد .
جدول
ممکن‌است ساختارهای پشتیبانی فلزی برای هسته و کویل، سیم پیچ، سرهای هادی ها، لمینیت هسته، مخزن و غیره می توانند نشان دهنده ی تکامل گاز قابل احتراق به دلیل اضافه شار ترانسفورماتور باشند و
همان گاز جمع شونده در رله بوخهلتز می تواند نسب به زمان اضافه شار باعث هشدار یا قطع گردد.
ادمه
به دلیل اضافه شار در ترانسفورماتور هسته آن اشباع‌می‌شود.
اگر ولتاژ اولیه به مقدار زیادی و غیرطبیعی افزایش یاب ، در اولیه جریان مغناطیسی بالایی ایجادمی‌شود.
در صورت وجود چنین شرایط مغناطیسی شرایط روابط خطی هسته ترانسفورماتور بین مقادیر اولیه و ثانویه (همان: ولتاژ و جریان ها) از بین می روند.
بنابراین ممکن‌است انعکاس کافی و مناسب از این جریان مغناطیسی اولیه بالا به ثانویه وجود نداشته باشد و عدم تطابق جریان های اولیه و جریانهای ثانویه به احتمال زیاد رخ می‌دهد،
زیرا باعث میشود و اگر حفاظت اضافه تحریک نداشته باشد رله دیفرانسیل عملمیکند (حفاظت اضافه شار در همه ی ترانس ها نصب نمی‌شود).
————————————————–
3- مدت زمان طراحی تحمل اضافه شار در ترانسفورماتور
اضافه شار در ترانسفورماتور دارای اثرات مضر شدید در طول عمر ترانسفورماتور است که توضیح داده‌شده‌است.
از آنجا که حفاظت اضافه شار به طور کلی در ترانسفورماتورهای کاهنده پست های فرعی استفاده نمی‌شود، باید یک زمان مقرر وجود داشته باشد که
در زمان طراحی ترانسفورماتور باید آن را رعایت کرد تا ترانسفورماتور در این مدت زمان توانایی تحمل در برابر چنین اضافه شار را بدون ایجاد آسیب قابل توجهی به ترانسفورماتور را داشته باشد و
همچنین مدت زمان مورد نیاز برای سنس کردن رله های حفاظتی و عملکرد وتریپ آنها را داشته باشد.
قبلاً نیز ذکر شده‌است که چگالی شار “B” در هسته ترانسفورماتور متناسب با V / F نسبت و در صورت افزایش V/F از مقدار ۱ باید تشخیض داده شود و
حفاظت های متناسب به آن عمل کند(V/F برحسب مقادیر های پریونیتی هستند).
ترانسفورماتور قدرت طوری طراحی‌می‌شوند که بتوانند به طور مداوم مقدار (Vn/fn x 1.1) را تحمل کنند، که VN مقدار بیشترین RMS ولتاژ و Fn فرکانس استاندارداست.
از جدول بالا می توان دریافت که وقتی اضافه شار به دلیل خطرات سیستم به حدی برسد که فاکتور F به مقادیر 1.4 برسد،
ترانسفورماتور باید فوراً از سرویس خارج شود در غیر این صورت ممکن‌است خسارت دائمی واردشود.
————————————————–
4- محافظت اضافه شار v / f در ترانسفورماتور
شرایط ناشی از اضافه شار، نیازی به قطع سریع ترانسفورماتور ندارد.
تریپ فوری نامطلوب‌است زیرا این امر باعث ایجاد اختلال در سیستم لحظه ای میشود که می تواند باعث عدم اطمینان سیستم شود،
اما باید شرایط سریعا به حالت عادی برگردد و یا ترانسفورماتور باید حداکثر در مدت ۲ دقیقه از سیستم برق جدا شود تا عیب پیداشود.
حداکثر چگالی شار با V / f متناسب‌است و لازم‌است نسبت V / F بیش از مقدار واحد را تشخیص دهید، V و f در بر حسب پریونیت مقادیر نامی بیان میشود.
در یک طرح معمولی که برای حفاظت اضافه شار طراحی شده‌است.
ولتاژ سیستم که توسط ترانسفورماتور ولتاژ اندازه گیری میشود ، به یک مقاومت اعمال میشود تا یک جریان متناسب با آن ایجادشود
و این جریان ایجاد شده از خازن می‌گذرد که یک افت ولتاژ ایجاد می‌کند که این افت ولتاژ متناسب با V/f و از این رو، متناسب با چگالی شاراست.
این با یک ولتاژ مرجع DC ثابت به دست آمده از یک دیود زنر نیز همراه‌است.
هنگامی که پیک سیگنال AC از مرجع DC فراتر رود ، باعث تحریک یک ترانزیستور شده که دو عنصر الکترو مکانیکی عملمیکند.
یکی پس از یک تأخیر زمان ثابت تحریک میشود ، دیگری بعد از یک تأخیر زمانی اضافی که قابل تنظیم می‌باشد.
حافظت اضافه شار هنگامی که نسبت ولتاژ ترمینال به فرکانس از یک تنظیم از پیش تعیین شده بیشتر باشد عملمیکند.
با تنظیم یک پتانسیومتر ، تنظیم از 1 تا 1.25 نسبت نامی ولتاژ به فرکانس قابل تنظیم‌است.
در ادامه
خروجی از اولین عنصر کمکی که بعد از یک زمان ثابت بین ۲۰ تا ۱۲۰ ثانیه قابل تنظیم‌است و عملمیکند گرفته شده و کلید های قدرت ترانس را تریپ می‌دهد.
قبلاً اشاره شد که میزان V / f در ترانسفورماتورهای تولید توان [1]و ترانسفورماتورهای واحد [2]در صورت که جریان تحریک کامل قبل از سرعت کامل سنکرون ژنراتور رسیده‌باشد ایجادمی‌شود (فرکانس پایین‌است و امکان اضافه شار زیاداست).
رله V / f در AVR (کنترل کننده ولتاژ ژنراتور) ژنراتور دیده‌می‌شود.
این رله از افزایش جریان تحریک جلوگیری قبل از افزایش کامل فرکانس و رسیدن به مقدار نامی جلوگیری‌میکند.
استفاده از رله V / f در ترانسفورماتور کاهنده ، بهتراست رله به سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور متصل‌شود.
————————————————–
مقالات مرتبط :
ترانسفورماتور اندازه گیری چیست؟ مزایا و انواع این ترانس ها
ترانسفورماتور قدرت الکتریکی – تعریف و انواع ترانس
لینک زبان اصلی مقاله :