ترانسفورماتور, مقالات
خطاهای خارجی و داخلی در ترانسفورماتور
اردیبهشت
خطاهای خارجی و داخلی در ترانسفورماتور
در این بخش قصد داریم شما را با مفهوم خطاهای خارجی و داخلی در ترانسفورماتور آشنا نماییم.
حفاظت از ترانسفورماتورهای با ظرفیت بالا در برابر خطاهای خارجی و داخلی ضروری‌است.
====================================
خطاهای خارجی در ترانسفورماتور قدرت
اتصال کوتاه خارجی ترانسفورماتور قدرت
موضوع اتصال کوتاه ممکن‌است در دو یا سه فاز از سیستم برق رخ دهد. سطح جریان خطا همیشه به اندازه کافی بالا‌است. سطح جریان خطا بستگی به ولتاژ اتصال کوتاه و به امپدانس مدار تا نقطه خطا دارد. تلفات مس در ترانسفورماتور تغذیه کننده خطا به طور ناگهانی افزایش می‌یابد. این افزایش تلفات مس باعث گرم شدن داخلی در ترانسفورماتور می‌شود. جریان خطای بزرگ همچنین تنش‌های مکانیکی شدیدی را در ترانسفورماتور ایجاد می‌کند. حداکثر تنش‌های مکانیکی در چرخه اول جریان خطای متقارن رخ می‌دهد.
اختلال ولتاژ بالا در ترانسفورماتور قدرت
در ترانسفورماتور قدرت اختلال ولتاژ بالا دو نوع‌است ،
- 1- اضافه ولتاژ گذرا
- 2- اضافه ولتاژ در فرکانس اصلی
اضافه ولتاژ گذرا
ولتاژ ضربه‌ای بالا و افزایش فرکانس ضربه ای بالا ممکن‌است به هر یک از دلایل زیر در سیستم برق ایجاد‌شود ،
- قوس به زمین اگر نقطه نوترال جدا شود.
- عملکرد سوئیچینگ تجهیزات برقی مختلف.
- ضربه رعد و برق.
علل ایجاد ولتاژ هر علتی ممکن‌است باشد ، این یک موج در حال حرکت‌است که دارای دامنه موج زیاد و شیب دار‌است و همچنین دارای فرکانس بالایی‌است. این موج در شبکه سیستم برق حرکت می‌کند ، با رسیدن به ترانسفورماتور قدرت ، باعث خرابی عایق بین دورهای مجاور ترمینال خط‌می‌شود که ممکن‌است باعث ایجاد اتصال کوتاه بین دور‌ها (سیم‌پیچ) شود.
====================================
اضافه ولتاژ فرکانس قدرت خطاهای خارجی و داخلی
به دلیل قطع ناگهانی بار بزرگ ، همیشه احتمال وجود اضافه ولتاژ سیستم وجود دارد. اگرچه دامنه این ولتاژ از سطح طبیعی آن بالاتر‌است ، اما فرکانس آن به اندازه حالت عادی‌است. اضافه ولتاژ در سیستم باعث افزایش استرس در عایق ترانسفورماتور می‌شود. همانطور که می‌دانیم ، افزایش ولتاژ باعث افزایش متناسب در شار‌می‌شود.خطاهای خارجی و داخلی
بنابراین باعث افزایش تلفات آهن و افزایش نسبتاً زیاد جریان مغناطیسی‌می‌شود. افزایش شار از هسته ترانسفورماتور به سایر قسمتهای ساختاری فولادی ترانسفورماتور منحرف‌می‌شود. پیچ‌های هسته‌ای که به طور عادی شار کمی دارند ، ممکن‌است در کنار یک قسمت بزرگ از شار از منطقه اشباع هسته درگیرشوند. در چنین شرایطی ، پیچ ممکن‌است به سرعت گرم شود و عایق خود و همچنین عایق سیم‌پیچ را از بین ببرد.
تاثیر کاهش فرکانس در ترانسفورماتور قدرت
طبق رابطه ، ولتاژ تعداد دور در سیم‌پیچ ثابت‌است.
از این رو،
در این معادله مشخص‌است که در صورت کاهش فرکانس در یک سیستم ، شار در هسته افزایش می‌یابد ، اثر آن کم و بیش شبیه به اضافه ولتاژ‌است.
ویدیوی این محصول
1- خطاهای خارجی و داخلی در ترانسفورماتور
به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند :
- 1- شکست عایق بین سیم‌پیچ و زمین
- 2- شکست عایق بین فازهای مختلف
- 3- خطای هسته ترانسفورماتور
- 4- شکست عایق بین دورهای مجاور یعنی خطا بین سیم‌پیچ
====================================
2- خطاهای داخلی زمین (ارت فالت) در ترانسفورماتور
خطاهای داخلی زمین در یک سیم‌پیچ ستاره که به با امپدانس زمین شده‌است
در این حالت جریان خطا وابسته به مقدار امپدانس ارت (امپدانسی که نقطه نوترال از طریق آن زمین شده‌است) است و همچنین متناسب با فاصله نقطه خطا از نقطه نوترال‌است زیرا ولتاژ در نقطه بستگی به تعداد دورهای سیم‌پیچ نسبت به نقطه نوترال و خطا دارد. اگر فاصله بین نقطه خطا و نقطه نوتذال بیشتر باشد ، تعداد دورهای زیر این فاصله نیز بیشتر‌است ، از این رو ولتاژ در نقطه نوترال و نقطه خطا زیاد است که باعث افزایش جریان خطا‌می‌شود.خطاهای خارجی و داخلی
بنابراین ، با چند کلمه می‌توان گفت که ، مقدار جریان خطا به مقدار امپدانس ارت و همچنین فاصله بین نقطه خطا و نقطه نوترال بستگی دارد. جریان خطا نیز بستگی به میزان راکتانس نشتی بخشی از سیم‌پیچ که بین نقطه خطا و نوترال‌است دارد. اما در مقایسه با امپدانس ارت ، بسیار کم است و بدیهی‌است
که از آنجا که سری با امپدانس نسبتاً خیلی بالاتر ارت قرار دارد ، نادیده گرفته‌می‌شود.
خطاهای داخلی زمین در یک سیم‌پیچ ستاره که مستقیم و بدون مقاومت زمین شده‌است
در این حالت ، امپدانس زمین در حالت ایده‌آل صفر‌است. جریان خطا وابسته به میزان راکتانس نشتی قسمت از سیم‌پیچ است‌که در بین نقطه خطا و نقطه نوترال ترانسفورماتور قرار دارد.
جریان خطا نیز به فاصله بین نقطه نوترال و نقطه خطا در ترانسفورماتور بستگی دارد. همانطور که در مورد قبلی گفته شد
ولتاژ در این دو نقطه بستگی به تعداد دورهای سیم‌پیچ در نقطه خطا و نقطه نوترال دارد.
بنابراین در سیم‌پیچ ستاره با نقطه نوترال زمین‌شده ، جریان خطا به دو عامل اصلی بستگی دارد ، ابتدا راکتانس نشتی سیم‌پیچ در نقطه خطا و نقطه نوترال و دوم فاصله بین نقطه خطا و نقطه نوترال. اما میزان راکتانس خطای سیم‌پیچ به صورت پیچیده با موقعیت خطا در سیم‌پیچ در ارتباط است.
مشاهده‌می‌شود که راکتانس برای نقطه خطای نزدیک به نوترال بسیار سریع کاهش می‌یابد و از این رو جریان خطا برای خطای نزدیک انتهای نوترال بالاترین مقدار‌است.
بنابراین در این مرحله ولتاژ موجود برای جریان خطا کم‌است و در عین حال راکتانس محدود کننده جریان خطا نیز کم‌است ، از این رو مقدار جریان خطا به اندازه کافی بالاست. مجدداً در نقطه خطا دور از نقطه نوترال ، ولتاژ موجود برای جریان خطا زیاد‌است اما در همان زمان راکتانس ارائه شده توسط قسمت سیم‌پیچ بین نقطه خطا و نقطه نوترال زیاد‌است. می‌توان مشاهده کرد که جریان خطا در کل سیم‌پیچ در مقدار بسیار بالایی باقی می‌ماند. به عبارت دیگر ، مقدار جریان خطا در طول کل سیم‌پیچ بسیار بالا می‌باشد.خطاهای خارجی و داخلی
1- خطای فاز به فاز داخلی در ترانسفورماتور قدرت
خطای فاز به فاز در ترانسفورماتور نادر‌ست. در صورت بروز چنین خطایی ، جریان قابل توجهی ایجاد‌می‌شود كه سریعاً رله اضافه جریان در طرف اصلی و همچنین رله دیفرانسیل عمل خواهند کرد.
2- خطای داخلی سیم‌پیچ در ترانسفورماتور قدرت
ترانسفورماتور قدرت متصل به سیستم انتقال با ولتاژ الکتریکی فوق العاده بالا ، به احتمال زیاد در معرض خطاهای ناشی از صاعقه در خط انتقال قرار می‌گیرد که تحت فشار زیاد ولتاژ ضربه‌ای بسیار بالا با فرکانس بالا با شیب زیاد قرار می‌گیرد. تنش ولتاژ بین دورهای سیم‌پیچ بسیار زیاد‌می‌شود ،سیم‌پیچ نمی‌تواند فشار را تحمل کرده و باعث خرابی عایق بین دورهای داخلی سیم‌پیچ در چند تقطه‌ی‌شود. همچنین سیم‌پیچ LV به دلیل افزایش ولتاژ تحت فشار(استرس)قرار می گیرد. تعداد بسیار زیادی از خرابی ترانسفورماتور قدرت ناشی از خطای بین دورهای سیم‌پیچ است. در اثر نيروي مکانيکي ناشی از اتصال کوتاه خارجی ممکن‌است خطای داخلی بین دورهای سیم‌پیچ رخ دهد.خطاهای خارجی و داخلی
3- خطای هسته در ترانسفورماتور قدرت
در هر بخش از ورقه‌های آسیب دیده هسته ، که باعث خرابی عایق‌های بین ورقه‌ها شده‌است باعث ایجاد جاری شدن جریان گردابی می‌شود ، از این رو ، این قسمت از هسته گرم‌می‌شود.
بعضی مواقع عایق بندی پیچ‌ها (برای محکم کردن ورقه‌های هسته با هم) خراب می‌شوند و همین امر باعث ایجاد جریان گردابی در پیچ وسبب افزایش دما می‌شود. این خرابی عایق در ورقه‌ها و پیچ‌های هسته باعث گرم شدن شدید داخلی‌می‌شود.
اگرچه این گرمای داخلی باعث تلفات اضافی هسته می‌شود اما نمی‌تواند هیچ تغییر چشمگیری در جریان ورودی و خروجی در ترانسفورماتور ایجاد کند ، از این رو با استفاده از برنامه حافظت الکتریکی معمولی نمی‌توان این خطاها را تشخیص داد. این مطلوب‌است تا قبل از بروز هرگونه خطای اصلی ، وضعیت گرمایش موضعی هسته ترانسفورماتور را تشخیص داد. گرم شدن بیش از حد منجر به خرابی روغن عایق ترانسفورماتور با تجزیه گازها می‌شود. این گازها در رله بوخهلتس جمع می‌شوند و زنگ خطر را فعال می‌کنند.
====================================
لینک مرتبط:
حفاظت ترانسفورماتور قدرت و خطاهای آن
رله دیفرانسیل-۳ علت اصلی عملکرد نا درست رله دیفرانسیل در ترانسفورماتور
لینک زبان اصلی مقاله :