theme wordpress
ترانسفورماتور قدرتحفاظت و رله

حفاظت ترانسفورماتور قدرت و خطاهای آن

حفاظت ترانسفورماتور قدرت و انواع مشکلات و خطاها

 

۱- خطاهای تراننسفورماتورهای قدرت

۱-۱ خطای عایق سیم پیچ ها و روغن

۱-۲ خطاهای هسته

۱-۳ خطای سیم پیچ ها

۱-۴ خطای اضافه بار

۱-۵ خطای گرم شدن بیش از حد ترانس

۲-  حفاظت ترانفورماتورهای قدرت

۲-۱ حفاظت های نصب شده Built-On Protection

۲-۲ حفاظت دیفرانسیلی Differential Protection

۲-۳ حفاظت اضافه جریان Over-Current Protection

۲-۴ حفاظت ارت فالت محدود شده Restricted Earth Fault Protection

۲-۵ حفاظت اضافه بار Overload Protection

۲-۶ حفاظت صاغقه Lightning Protection

حفاظت ترانسفورماتور قدرت و انواع مشکلات و خطاها

در پست قبل ما، ما درباره سیستم های حفاظت الکتریکی، انواع حفاظت ها و واحدها بحث کردیم. امروز، ما درباره انواع مختلف حفاظت های ترانسفورماتور و خطاهای آن با جزئیات بحث خواهیم کرد.

مطالب مرتبط :‌ 

نگه داری ترانسفورماتور

واحدها و سیستم های حفاظت الکتریکی

خطاهای ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتورها تجهیزات حیاتی در انتقال و شبکه توزیع هستند و محافظت از آنها در مقابل خطاهای داخلی و خارجی یک عامل مهم در طراحی این شبکه ها است.

خطاهای ترانسفورماتورها ممکن است به شکل های زیر رخ دهند:

  • در مواد دی الکتریک (عایق) که معمولا در روغن است.
  • در سیم پیچ ها
  • در هسته (کمتر رخ می دهد)

خطاهای عایق سیم پیچ ها و روغن

روغن های ترانسفورماتور برای ایجاد عایق الکتریکی مناسب در میدان های الکتریکی ولتاژ بالا طراحی شده اند، هر کاهش چشمگیر در قدرت دی الکتریک ممکن است نشان دهنده این باشد که روغن بیش از این تحمل انجام این کار حیاتی و عایق کاری مناسب را ندارد.

آلودگی هایی مثل آلودگی آب، کاهش روغن و شکست کاغذ سلولوزی مواردی هستند که می توانند باعث کاهش در قدرت دی الکتریک شوند

خطاهای ناشی از روعن ترانسفورماتور ممکن است بعلت ایجاد گاز، افزایش عمر ترانس و روغن ، آلودگی با هوا و کمبود سطح و فشار رخ بدهند.

ترانس-قدرت-حفاظت-و-خطا-1

در مورد رخ دادن خطاهای کوچک مثل آسیب به عایق هسته، گرم شدن محلی و…، جرقه باعث تولید آهسته گاز در روغن می شود.

همه خطاها در هسته و سیم پیچ های ترانسفورماتور باعث گرم شدن محلی و شکست روغن می شوند.

وقتی خطا از نوع بسیار کوچک باشد مثل اتصالات داغ(hot joint)، گاز به آرامی خارج شده و به سمت نگهدارنده(conservator) می رود.

خطای بزرگ در جایی است که جرقه شدیدی رخ می دهد و این جرقه باعث خارج شدن سریع میزان زیادی گاز و بخار شدن روغن شود.

این خروج شدید گاز و بخار شدن روغن زمانی برای فرار ندارد و به جای آن، فشار بالایی تولید شده و جای روغن را می گیرد و باعث ضربه روغن به نگهدارنده می شود.

خطاها ممکن است در عایق سیم پیچ ها رخ دهد، که نتیجه شکست روغن، افزایش عمر، گرم شدن بیش از حد و شکست عایق است.

خطاهای هسته

اگر هر بخش از عایق هسته معیوب شود یا ساختار لایه لایه هسته با هر ماده از نظر الکتریکی ورقه های هسته به هم متصل شوند، می تواند باعث جاری شدن  جریان گردابی شود که همین باعث گرم شدن بیش از حد می شود.

از پیچ ها و مهره های عایق شده برای محکم و سفت  کردن هسته استفاده می شود. اگر عایق این پیچ ها دچار مشکل شود و مسیری آسان برای جریان سرگردان(stray current)ایجاد شود، این مساله باعث گرمای بیش از حد خواهد شد.

اثرات مکانیکی در حین مدیریت و حمل و نقل ممکن است باعث فشار بالای 3g به ترانسفورماتور شود (در اینجا g شتاب جاذبه است، g =9.81 m/s2) که می تواند باعث اعوجاج(distortion) هسته , جابه جایی سیم پیج ها و کاهش مقاومت عایقی ترانس شود.

خطاهای سیم پیچ ها

خطاهای سیم پیچ ها به شرح زیر هستند:

  • خطاهای بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه در یک فاز یکسان (اتصال کوتاه)
  • اتصال کوتاه بین دورهای سیم پیچ

این خطاها معمولا نتیجه شکست دی الکتریک بین سیم پیچ ها و بین دورهای یک سیم پیچ یکسان هستند، که علت آن سالخوردگی مواد عایق است که ممکن است با بارگیری بیش از حد این اتفاق بی افتد و عمر ترانس نیز شدیدا افزایش پیدا می کند( منظور از عمر ترانس پیر تر شدن آن است. زیرا اضافه بار ترانس را سالخورده می کند)

باید در نظر گرفته شود که سیم پیچ ها در معرض فشارهای شعاعی و محوری مربوط به جریان و تبادلات شار هستند. فشارهای شعاعی در سیم پیچ داخلی (سیم پیچ LV) در حالت فشرده کننده هستند درحالیکه فشارهای سیم پیچ بیرونی (معمولا سیم پیچ HV) به صورت کششی است.

طراحی سیم پیچ ها و مهار آنها باید مغناطیس این فشارها را در نظر گرفته و قدرت کافی برای تحمل این فشارها را بدون تغییر شکل چشمگیر مکانیکی داشته باشد زیرا این فشارها می تواند باعث شکست دی الکتریک شوند.

همچنین اثرات مکانیکی در حین حمل و نقل ممکن است به ترانسفورماتور وارد شود که اگر این اثرات فشاری بالای 3g باشند می تواند باعث اعوجاج و/یا جابه جایی سیم پیچ ها و کاهش عایق سیم پیچ ها شود.

 

خطاهای اضافه بار

بار ترانسفورماتور بر اساس افزایش دمای مجاز سیم پیچ ها و روغن تعیین می شود. دمای مجاز روغن 65 °C بوده و دمای گرم ترین نقطه ی سیم پیچ نیز از 80°C در بار نامی باید کمتر باشد.

چون بار ترانسفورماتور یکسان و یکنواخت باقی نمی ماند و براساس منحنی بار تغییر می کند، بار ترانسفورماتور یک مشکل عملیاتی مهم است.

خروجی نامی ترانسفورماتور قدرت در بخش پلاک آن براساس افزایش دمای خاص که تحت شرایط آزمایشی خاص تعیین شده است قید گردیده است(منظور Temperature Rise‌ترانس است که در شرایط استاندارد اندازه گیری شده است.).

(Temperature Rise: منظور از این تعریف افزایش دمای ترانس می باشد. که به چندین کلاس طبقه بندی می شود . و این افزایش دما به دمای محیط بستگی دارد.)

خروجی که می تواند از ترانسفورماتور بدون خراب شدن بیشتر عایق به دست آید ممکن است کمی بیشتر یا کمتر روی پلاک نوشته شود.

مقدار مجاز به شرایط عملیاتی و محیطی بستگی دارد مثل دما، بار اولیه، شرایط خنک کنندگی، مقدار عمر مورد نیاز ترانس (life expectancy )و … شود.

خطای گرمای بیش از حد

گرمای بیش از حد در ترانسفورماتور ممکن است به علت کشیدن بار زیاد، بیش از بار مجاز تعیین شده توسط تولید کننده براساس استانداردهای IEC (60354 برای ترانسفورماتورهای روغنی و 60905 برای ترانسفورماتورهای نوع خشک) باشد مانند خطاهای خارجی، مثل اتصال کوتاه روی تاسیسات الکتریکی پایین دست. اکثر این خطاها ممکن است با نگهداری مناسب از ترانسفورماتور کم شوند.

گرمای بیش از حد ممکن است باعث شکست عایق سیم پیچ ها شود.

حفاظت ترانسفورماتور قدرت

حفاظت تعبیه شده

ترانسفورماتورها حفاظت های داخلی تعبیه شده ای برای شکست دی الکتریک (تشکیل گاز)، دما، فشار روغن، سطح، دمای سیم پیچ و تعویضگر تپ بار دارند.

براساس نوع ساخت ترانسفورماتورها، حفاظت های زیر باید فراهم شوند:

ترانسفورماتورهای روغنی با نگهدارنده (مخزن روغن)

  • رله Buccholz برای شکست دی الکتریک (دو مرحله: آلارم و ازکارافتادگی)
  • فشار روغن و سوئیچ های سطح روغن (دو مرحله: آلارم و ازکارافتادگی)
  • ترموستات برای دمای روغن (دو مرحله: آلارم و ازکارافتادگی)
  • حفاظت از تعویضگر تپ در حالت بارداری ترانس (دو مرحله: آلارم و ازکارافتادگی)

رله بوخهلتس چند روش برای تشخیص از کار افتادگی ترانسفورماتور دارد.

  • به علت انباشت آرام گاز که ممکن است به خاطر زیاد شدن بار به مقدار کم باشد، گاز تولید شده به خاطر تجزیه روغن عایق، در بالای رله جمع شده و به سطح پایین روغن فشار می آورد. یک سوئیچ شناور رله ای برای روشن کردن سیگنال آلارم به کار می رود. بسته به طراحی، یک شناور دوم ممکن است برای تشخیص نشتی آرام روغن به کار رود.
  • اگر یک قوس الکتریکی ایجاد شود، جمع شدن گاز به شکل سریع رخ می دهد و روغن سریعا به سمت مخزن روغن جریان می یابد. این جریان روغن، سوئیچ متصل به پره در مسیر روغن را فعال می کند.

رله های بوخهلتس یک پورت آزمایشی دارند که اجازه جمع شدن گاز را برای حالت آزمایشی می دهد. وجود گاز اشتعال پذیر در رله نشان می دهد که بعضی خطاهای داخلی مثل گرمای بیش از حد یا قوس رخ داده اند درحالیکه هوای یافت شده در رله ممکن است تنها نشان دهنده سطح کم روغن یا نشت روغن باشد.

برای ترانسفورماتورهای مجهز به فن های خنک کننده و پمپ ها، وسیله های دمایی استفاده می شوند تا به طور اتوماتیک خنک کنندگی تحت فشار(forced cooling) را قطع و وصل کنند. آنها مجهز به رله برای وصل کردن آلارم و قطع ترانسفورماتور برای دماهای بالا هستند.

ترانسفورماتورهای غیرنفوذ (Sealed) روغنی

  • تشخیص گاز و سطح روغن، فشار و دما در یک وسیله تنها (DGPT2: تشخیص گاز، فشار و دما) با 2 سطح (آلارم و از کارافتادن)

ترانسفورماتورهای نوع خشک

این حفاظت ها اثر مستقیم بر کلید حفاظت ترانسفورماتور دارند و سریعا در صورت خطر آنرا قطع می کنند.

حفاظت دیفرانسیل(differential protection)

روش ایده آل حفاظت از هر تجهیز برقی، مقایسه ورودی جریان به آن قطعه با جریانی است که از آن قطعه خارج می شود.

در شرایط نرمال سالم، این دو با هم مساوی هستند. اگر دو جریان مساوی نباشند، حتما خطا رخ خواهد داد.

این کار از طریق حفاظت دثفرانسیل انجام می شود (ANSI / IEEE / IEC code 87T)، که دیاگرام آن در تصویر 1 نشان داده شده است و قانون عملیاتی آن براساس قانون جریان کریشنهف است.

خوب است موارد زیر را بدانید:

IEC: کمیسیون الکتروتکنیک بین المللی

ANSI: موسسه استانداردهای ملی آمریکا

IEEE: موسسه مهندسان الکتریکی و الکترونیکی

شکل ۱- دیاگرام حفاظت دیفرانسیل ترانس
شکل ۱- دیاگرام حفاظت دیفرانسیل ترانس

ترانسفورماتورهای EHV و HV و ترانسفورماتورهای ولتاژهای بالای 49.5 kV و MV، ترانسفورماتورهای با برق مجاز بالای 3-4 MVA معمولا محافظ اصلی آنها، یک رله ی دیفرانسیل برای خطاهای سیم پیچ است- اتصال کوتاه بین دورهای سیم پیچ یا بین سیم پیچ هایی سه فاز یا فاز به فاز را تشخیص می دهد و در صورت بیشتر بودن اختلاف جریانی از مقدار تنظیم عمل می کنند.

اگر ترانسفورماتور زمین نشده باشد، این حفاظت خطاهای اتصال به زمین را نیز تشخیص می دهد

اگر جریان خطای زمین با نصب امپدانس محدود شده باشد، امکان تنظیم حدآستانه رله به مقدار کمتر از جریان محدود شده، وجود نخواهد داشت.

این حفاظت به ترانسفورماتورهای جریان CT در هر دو طرف ترانسفورماتور (اولیه و ثانویه)متصل است (ترانسفورماتورهای جریان) که در تصویر 1 نشان داده شده است.

نکته: باید در حفاظت دیفرانسیل حتما از CT نوع X  استفاده شود.

استفاده از حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور باعث بعضی مشکلات می شود که بایددر نظر گرفته شوند:

  • مشکل: نسبت تبدیل به روش کوپلینگ

جریان های اولیه و ثانویه دامنه های مختلفی به علت نسبت تبدیل و فازهای مختلف دارند که این مساله بستگی به روش کوپلینگ ترانس دارد (ترانس های مثلث-ستاره جابه جایی فاز 30° ایجاد می کنند). پس، مقادیر جریان باید مجددا تنظیم شده به طوریکه سیگنال های مقایسه شده در حین عملیات نرمال، مساوی باشند.

این کار با ترانسفورماتورهای انطباقی کمکی انجام می شود که نقش آن، ایجاد تعادل در دامنه ها و فازها است.

وقتی یک سمت از ترانسفورماتور با حالت ستاره به نقطه خنثی متصل به زمین، متصل شده است، ترانسفورماتورهای انطباقی در این سمت به شکل دلتا متصل هستند، و با این کار جریان های باقیمانده که در صورت خطای زمین در خارج از ترانسفورماتور تشخیص داده شده اند، حذف می شوند.

تصویر 16 مثالی از اتصال حفاظت دیفرانسیل را نشان می دهد که این اتصال با ترانسفورماتورهای کمکی انطباقی انجام می شود.

شکل ۲ - حفاظت دیفرانسیل ترانس
شکل ۲ – حفاظت دیفرانسیل ترانس

امروزه، با واحدهای حفاظتی میکروپردازشی و الکترونیک، تصحیح با نرم افزار انجام می شود.

عملکرد حفاظت براساس نسبت تبدیل n است که می تواند با معادله زیر بیان شود:

n = (U1 / U2) = (I2 / I1)

U1: ولتاژ اولیه، U2: ولتاژ ثانویه، I1: جریان اولیه، I2: جریان ثانویه

ارتباط بالا نتیجه معادله توان مجاز ترانسفورماتور است:

S = √3 x U1 x I1 = √3 x U2 x I2

  • مشکل مربوط به جریان هجومی ترانسفورماتور

سوئیچینگ ترانسفورماتور باعث جریان های گذرای بسیار بالا (از 8 تا 15 In) می شود، که تنها از طریق سیم پیچ اولیه جریان یافته و چند ثانیه طول می کشد. این جریان توسط رله به عنوان جریان دیفرانسیلی تشخیص داده می شود و بیشتر از زمان تنظیم حفاظت ادامه دارد(30 میلی ثانیه). اگر این تشخیص فقط براساس تفاوت جریان بین اولیه و جریان های ثانویه باشد در زمان سوئیچینگ ترانسفورماتور باعث فعال شدن حفاظت دیفرانسیل می شود. پس، حفاظت باید بتواند بین جریان دیفرانسیل به علت خطا و جریان متغیر هجومی تمایز قائل شود.

تجربه نشان داده است که موج جریان هجومی حداقل 20% هارمونیک دوم دارد (جریان در فرکانس 100 هرتز)، درحالیکه این درصد هرگز بالاتر از 5% در زمان رخ دادن خطای جریانی مانند اتصال کوتاه نمی باشد.

وقتی که درصد دومین هارمونیک نسبت به هارمونیک اول بالاتر از 15% است که “I2 / I1 > 15%” است (جریان در 50 هرتز) حفاظت دیفرانسیل نباید عمل کند.

  • مشکل مربوط به جریان مغناطیسی در زمان رخ دادن خطای اضافه ولتاژ ناشی از یک منشا خارجی

جریان مغناطیسی ، جریانی است که از سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور قدرت جاری می شود وقتی که هیچ باری به سیم پیچ ثانویه متصل نیست ، این جریان، میدان مغناطیسی هسته را ایجاد می کند و انرژی را برای اتلاف توان در هسته در حالت بی باری را تامین می کند. این بخش همان تلفات آهنی ترانس می باشد.

جریان مغناطیسی باعث ایجاد یک تفاوت جریانی بین اولیه و جریان های ثانویه ترانس می شود. در حالی که این اختلاف جریان یک خطا نمی باشد ولی این اختلاف جریان به عنوان خطای جریان از طریق حفاظت دیفرانسیل تشخیص داده می شود.

در شرایط عملیاتی نرمال، این جریان مغناطیسی بسیار پایین است و به حدآستانه تنظیمات حفاظتی نمی رسد.

با این حال، وقتی افزایش ولتاژ زیادی در خارج از ترانسفورماتور رخ دهد، هسته های مغناطیسی به حد اشباع می رسد (در کل ترانسفورماتورها طوری طراحی می شوند که در ولتاژ نامی تقریبا هسته ی آنها اشباع است)، و مقدار جریان مغناطیسی بسیار افزایش می یابد. و این باعث افزایش اختلاف جریان بین اولیه و ثانویه شده و ممکن است از حد تنظمیم شده ی جریان رله ی دیفرانسیلی بیشتر شده و آن را فعال کند.

تجربه نشان داده است که جریان مغناطیسی به علت اشباع مغناطیسی نسبت بالایی هارمونیک پنجم دارد (جریان در فرکانس 250 هرتز).

ترانسفورماتور به عملیات های پیچیده نیاز دارد و باید بتواند جریان هارمونیک دوم و پنجم را اندازه گیری کند تا از از این طریق از عملکرد نا خواسته ی رله ی دیفرانسیل در صورت اضافه ولتاژ های خارجی جلوگیری کرد.

ویژگی های حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور وابسته به  مشخصات ترانسفورماتور است که این مشخصات در زیر آمده اند:

  • نسبت تبدیل
  • گروه بردار
  • جریان هجومی
  • جریان مغناطیسی دائمی

حفاظت اضافه بار یا اضافه جریان(Over-Current Protection)

ترانسفورماتورهای MV تا توان 2.5 MVA معمولا در مقابل جریان بیش از حد با استفاده از رله های جریان محافظت می شوند.

  • اتصال کوتاه سه فاز یا فاز به فاز، آنی (ANSI/IEEE/IEC code 50 )
  • اتصال کوتاه سه فاز یا فاز به فاز، با تاخیر زمانی (ANSI/IEEE/IEC code 51 )
  • اتصال کوتاه فاز به زمین، آنی (ANSI/IEEE/IEC code 50N )
  • اتصال کوتاه فاز به زمین، با تاخیر زمانی (ANSI/IEEE/IEC code 51N )

این مجموعه از حافظت ها برای ترانسفورماتورهای HV و MV تا توان نامی 3-4 MVA به عنوان حفاظت “پشتیبان” کنار حفاظت دیفرانسیلی به کار می روند.

در بعضی تاسیسات الکتریکی و شبکه ها، ترانسفورماتورهای MV تا توان نامی 630 kVA ممکن است در مقابل جریان زیاد توسط فیوزهای سوئیچ جداکننده(switch-disconnector)، محافظت شوند همانطور که در تصویر 2 نشان داده شده است.

در این شرایط، سوئیچ جداکننده باید از کویل تریپ کننده(tripping coil) استفاده کنند تا بتوانند حفاظت تعبیه شده ترانسفورماتورها را انجام دهند.

جداکننده سوئیچ مربوط به فیوزها

فیوزها باید یک لچ (نگهدار) مکانیکی داشته باشند که سوخت فیوز را تشخیص داده تا به وسیله ی آن کویل باز کننده ی جداکننده را تحریک کند تا از ادامه کار با ۲ فاز در صورت قطعی ۱ فاز جلوگیری کند

تولیدکنندگان جدول هایی برای انتخاب جریان مجاز فیوز دارند، در نظر بگیرید که ولتاژ و برق نامی، مانند همانی که در جدول 1 نشان داده شده است، براساس استاندارد IEC است.

 

حدولجدول 1: جریان نامی فیوزها برای حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت

جریان نامی فیوز ترانفروماتورهای قدرت
جریان نامی فیوز ترانفروماتورهای قدرت

جدول های تولیدکنندگان با هم متفاوت است، براساس استانداردهای استفاده شده پیشنهاد می شود که از جدول تولیدکننده انتخابی استفاده شود.

 

حفاظت خطای زمین محدود شده(Restricted Earth Fault Protection)3

حفاظت خطای زمین محدود شده به عنوان مکمل یا جایگزین حفاظت دیفرانسیل برای خطای اتصال سیم پیچ ها به زمین است.

خطای خارجی(خارج از محدوده ی حفاظت شده) در طرف ستاره باعث جاری شدن جریان در CT خطِ دارای خطا از ترانسفورماتور خواهد شد و همزمان نیز  یک جریان  در نقطه خنثی ترانسفورماتور ایجاد می شود و از CT  نول می گذرد، در نتیجه جریان به دست آمده در رله مساوی صفر است.

پس این حافظت در خارج از محدوده ی Restricted  عمل نخواهد کرد. اما در حین خطای داخلی، جریان نول ترانس فقط جریان آنبالانسی خطا را حمل می کند و حفاظت عمل می کند

این روش حفاظت خطای زمین محدود شده بسیار به خطای زمین در محدوده ی حفاظت شده در ترانسفورماتور قدرت الکتریکی، حساس است. این حفاظت بسیار ارزان تر از حفاظت دیفرانسیل است.

حفاظت خطای زمین محدود شده در ترانسفورماتور قدرت الکتریکی برای حس کردن خطای زمین ترانسفورماتور در محدوده ی حفاظت به کار می رود. در این طرح، CT ثانویه هر فاز ترانسفورماتور قدرت الکتریکی به هم متصل شده اند که در تصویر 3 نشان داده شده است.

شکل ۳ - دیاگرام حفاظت خطای زمین محدود شده
شکل ۳ – دیاگرام حفاظت خطای زمین محدود شده

تصویر 3: دیاگرام حفاظت خطای زمین محدود شده

هر زمان که عدم تعادل بین سه فاز ترانسفورماتور قدرت وجود داشته باشد، جریان نامتعادل به دست آمده در مسیر بسته متصل به ترمینال های CT ثانویه جریان می یابد.

جریان نامتعادل در نقطه خنثی ترانسفورماتور قدرت جریان داشته و در نتیجه جریان ثانویه در CT نول به علت جریان نامتوازن به وجود خواهد آمد. در حفاظت خطای زمین محدود شده ، ترمینال های ثانویه CT فازها به ثانویه  CT‌نول متصل می شوند به طوری که جریان نامتوازن ثانویه CT فازها و جریان ثانویه CT سیم نول در مقابل هم باشند. اگر هر دو جریان از نظر دامنه مساوی باشند، هیچ جریانی در مسیر بسته  جریان CT ها نخواهد چرخید. رله ی حفاظت خطای زمین محدود شده  در این مسیر بسته متصل است. در نتیجه، حتی اگر عدم تعادل در جریان های فاز ترانسفورماتور قدرت وجود داشته باشد رله عمل نخواهد داد.

حفاظت Restricted Earth Fault
حفاظت Restricted Earth Fault

اگر در شکل بالا نگاه کنید مجموع جبری جریان و نول باید صفر باشد حال اگر اتصال به زمینی در داخل محدوده ایجاد شود این جمع جبری جریان به هم میریزد و این جریان از طریق فاز به ارت بسته می شوند نه از طریق فاز به نول لذا یک اختلاف جریانی ایجاد شده که از این طریق رله ی Restricted  عمل می کند.

 

حفاظت اضافه بار

معیار اصلی بارگزاری ترانسفورماتور دمای گرم ترین نقطه عایق (hot-spot) است. دمای آن نباید از مقدار تعیین شده بیشتر شود تا از خطای عایق جلوگیری شود، توان نامی ترانسفورماتورهای قدرت با ماکسیمم دمای مجاز سیم پیچ ها محدود می شود.

دمای عایق جامد، عامل اصلی سالخوردگی ترانسفورماتور است.

با دما و گذشت زمان، عایق سلولوزی فرایند وابسپارش(depolymerization)یا همان شروع به دی پلاریزه شدن می کند. وقتی زنجیر سلولزی کوتاه تر شود، اجزا مکانیکی کاغذ مثل مقاومت کششی و انعطاف پذیری کاهش می یابد. با شکستن و ترد شدن کاغذ، دیگر کاغذ تحمل فشارهای اتصال کوتاه و حتی نوسانات معمولی که بخش از ذات ترانسفورماتور هستند را ندارد. این وضعیت نشان دهنده پایان حیات عایق جامد است. چون این عایق قابل جایگزینی نیست، پس نشان دهنده پایان زندگی ترانسفورماتور است.

بار زیاد روی ترانسفورماتور می تواند در شرایط خاص رخ دهند برای مثال ترانسفورماتورهایی که قبلا 80%-90% توان نامی شان بارگیری شده اند و ظرفیت بیشتری نیاز است خصوصا درتابستان های گرم.

معمولا، رله های جریانی زمان معکوس (منحنی زمان معکوس با تغییرات معکوس جریان در زمان نشان داده می شود که در تصویر 4 نشان داده شده است) برای حافظت بار زیاد، به کار می روند اما مشکل این است که ترانسفورماتورها معمولا بیرون هستند و دمای محیط روی مقدار توان خروجی مجاز آنها تاثیر می گذارد از این رو پیدا کردن بهترین تنظیم رله ی جریانی زمان معکوس پیچیده است.

شکل ۴- منحنی زمان معکوس
شکل ۴- منحنی زمان معکوس

تصویر 4: منحنی ویژگی زمان معکوس

با این حال، برای ترانسفورماتورهای قدرت از نوع مایع، دمای هات اسپات سیم پیج عامل مهمی برای حیات طولانی ترانسفورماتور است.

دمای عایق روغن وابسته به دمای سیم پیچ است و برای مشخص کردن شرایط عملیاتی ترانسفورماتور به کار می رود. بسیاری از حفاظت های عددی ترانسفورماتورها موجود از توابع حفاظتی دارند که به دمای روغن ترانس حساس است و در صورت افزایش آن این رله عمل می کند، این رله ها کاهش عمر ترانس را به خاطر افزایش دمای روغن محاسبه کرده و دماهای روغن را با توجه به بار پیش بینی می کنند.

این نوع حفاظت ها به  طور روتین اعمال نمی شوند اما ابزارهای مدرن از روش هایی استفاده می کند تا توان خروجی ترانسفورماتورهای قدرت را بیشینه کنند که ممکن است این بهینه کردن، دمای کار ترانس را بلاتر برده و عمر آن را کاهش دهد. شرایط کاری با دمای بالا و سالخوردگی فزاینده باعث ایجاد خطا در سیستم تاسیسات الکتریکی شده و باید این وضعیت شناسایی شده و از آن جلوگیری شود.

معمول ترین طرح برای حفاظت دمایی ترانسفورماتورهای قدرت، اضافه بار دمایی(thermal overload) است (ANSI/IEEE/IEC code 49).

ظرفیت دمایی استفاده شده براساس مدل ریاضی محاسبه می شود که موارد زیر را در نظر می گیرد:

  • مقادیر rms جریان
  • دمای محیط
  • جریان توالی منفی

زمانی که دما به اندازه E بالا می رود این حفاظت یک فرمان قطع می دهد ، و براساس یک جریان Ieq معادل اندازه گیری می شود که این جریان بیشتر از تنظیم Es است

زمان عملکرد حفاظت با ثابت زمانی T تنظیم می شود.

تابع حافظت اضافه بار دمایی ممکن است برای حفاظت تجهیزات با دو مقدار نامی عملیاتی استفاده شود، برای مثال ترانسفورماتورها با دو حالت تهویه، با یا بدون تهویه با فشار (ONAN / ONAF).

حفاظت صاعقه

حفاظت صاغقه  ترانسفورماتورهای قدرت با برق‎گیر(surge arresters) نصب شده در بدنه ترانسفورماتور انجام می شود که در تصویر 5 نشان داده شده است.

شکل ۵ - برقگیر ترانسفورماتور
شکل ۵ – برقگیر ترانسفورماتور

تصویر 5: برق گیر

معمول ترین برق گیرها مقاومت های اکسید فلزی غیرخطی با بخش های چینی یا سیلیکونی هستند که به شکل موازی با شئ محافظت شده نصب شده و به زمین متصل می شوند

مقاومت  مربوط به مقاومت های غیر خطی متناسب با معکوس جریان است که می توان گفت این مقاومت برای جریان در حال کار بسیار بالا و برای جریان های تخلیه شده توسط صاعقه بسیار کم است.

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن