بررسی علل آسیب دیدن ترانس های توزیع و روش های پیشگیری آن

به گزارش "برق نيوز"  نظر به اهميت ويژه ترانس هاي 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.

اصولا 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 نسبت به بدنه و يا نسبت به فاز ديگر (بيشتر از حد استقامت حرارتي عايق )گردد هاديها موجب بروز 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 دماي عايق 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 به علت تكانهاي شديد، هسته ترانس كه بر روي بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پاره گي نقاط اتصال هاديها ميگردد و هم‌چنين اگر اتصال كوتاهي در ورودي يا خروجي ترانس اتفاق 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 يا خرابي 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، نشت روي مقره‌ها و هاديها، بار ترانس زياد گردد و كليد كل تابلوي ترانس عمل ننمايد با ازدياد جريان هاديهاي ترانس تلفات اهمي ترانس بالا رفته و حرارت توليدي ، بيشتر ازحرارت تبادلي بوده و به راحتي دفع نمي‌گردد كه باعث صدمه ديدن عايق ترانس مي گردد.

نشت روغن:

اگر سطح روغن در داخل ترانس كاهش يابد و به جاي روغن هوا در داخل تانك ترانس نفوذ كند ، با توجه به پايين بودن استقامت الكتريكي هوا نسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسيب مي‌بيند.

نفوذ رطوبت:

وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الكتريكي روغن ترانس را كاهش ميدهد كه باعث بروز قوس در روغن ترانس مي‌شود.

اضافه ولتاژهاي موقت:

هر چند طبق استاندارد هر ترانسي مي‌تواند ولتاژي 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 روغن در بين هاديها و هسته، روغن كهنه شده و هم‌چنين سطح آنها را مي‌شويد و ذرات كنده شده از ديواره‌ها معمولاً بصورت لجن در ته تانك ترانس انباشته مي‌گردد. وجود ذرات فوق در روغن موجب كاهش استقامت الكتريكي روغن ميگردد.

اضافه ولتاژهاي گذرا:

اضافه ولتاژهاي گذرا در شبكه معمولاً به دو صورت نمايان ميگردند :

الف ) 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 حدي نيستند كه ابتدائاً عايق را خراب نمايند بلكه به علت رزونانس يا فرو رزونانس رفتن ترانس و خواص سلفي و خازني باعث بروز قوس از سر ترانس ، يا بالا رفتن دماي ترانس ميگردد.

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 حتي با تعويض روغن هم‌ديگر به حالت اوليه برنمي‌گردد. (عمر مفيد ترانس معمولاً از طرف شركت سازنده داده مي‌شود).

بالا رفتن دماي محيط:

افزايش دماي محيط موجب آسيب‌ديدگي ترانس ميگردد. بدين صورت كه وقتي تفاوت دماي داخل ترانس و محيط پست در اثر افزايش حرارت محيط كم گردد تبادل حرارتي بين ترانس و هواي پست كم شده و حرارت توليد شده در ترانس حبس گرديده و عايق ترانس صدمه مي‌بيند. دماي شرايط كاري جهت اخذ قدرت نامي توسط سازنده 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 همان هارمونيك‌ها در هسته ترانس ميگردد، كه اين هارمونيك‌هاي فركانس بالا موجب بالا رفتن تلفات فوكو و هيسترزيس در هسته مي‌شود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشي از آن صدمه مي‌بيند. گاهاً به علت رطوبت محيط يا وجود آلودگي بر روي مقره‌ها و يا نزديك شدن شاخه 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 پست مادر نمي‌گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عيب موجب ريپل‌هاي ولتاژ 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 قابل محاسبه فركانس اصلي طراحي مي‌گردند و هر گونه تلفات اجباري خارج از مقدار محاسبه شده 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 به علت وجود هارمونيك ، بزرگتر از حد فعلي در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانسهايي براي تلفات بيشتر طراحي ميگردند)

پيشگيري از بروز اضافه بار براي ترانسها:

انتخاب بهينه قدرت ترانس 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 كه بارشان 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 حال حاضر به علت كمبود نيروي انساني و وسايل از ترانسهاي خاص، آمپراژگيري ميگردد. بدين صورت كه با توجه به آمار فيوزسوزي 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 بيشتر جايگزين ميگردد استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تيرها و جعبه فيوزها از اتلاف انرژي جلوگيري كرده و از اضافه بار شدن بي‌مورد ترانسها جلوگيري ميكند.

نشت روغن ترانس:

بازديد‌هاي دوره‌اي و مداوم پست‌هاي توزيع ميتواند در اين خصوص راهگشا باشد. در بازديدها ارتفاع روغن در شيشه روغن‌نما، ‌خيسي روي 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 حال حاضر 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 سال ميباشد ولي با توجه به شرايط جوي برخي مناطق ، طول دوره بازديد بايد كاهش يابد.

اضافه ولتاژهاي موقت:

در شبكه‌هاي توزيعي كه طول فيدرها كوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژهاي موقت در اين شبكه‌ها وجود ندارد مگر اينكه اضافه ولتاژ از شبكه فوق توزيع سرايت نمايد.

آلودگي روغن ترانس:

تست روغن بصورت برنامه‌ريزي شده روش مناسبي براي آگاهي يافتن از آلودگي روغن ترانس است.

اضافه ولتاژهاي گذرا:

براي جلوگيري از خسارت ناشي از اضافه ولتاژهاي گذراي خارجي (صاعقه) مناسب ترين راه، نصب برقگير در پستهاي هوائي و نقاط ارتباطي سركابلها و خطوط هوائي مي‌باشد. عملكرد صحيح برقگيرها ترانسها را در مقابل صاعقه حفاظت مي‌نمايد. كليدزني در شبكه‌هاي توزيع مي‌تواند ولتاژهاي گذرايي حدود 1.5 برابر ولتاژ نامي را در شبكه بوجود آورد. چنين اضافه ولتاژهايي وقتي به ترانس كه داراي اندوكتانس بالايي در برابر اضافه ولتاژها ميباشد ، مي‌رسند تقويت ميگردند، كه اين موضوع اثر سوء براي ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پله‌اي بودن آن نيز مضر مي‌باشد ، زيرا داراي هارمونيك‌هاي زيادي بوده و براي ترانسها مضر است آمار كليدزني و مانور در شبكه فشار متوسط كم نبوده و اين مانورها ترانسها را از لحاظ عايقي ضعيف مي‌نمايد و اگر فواصل كليدزني كم باشد احتمالا آسيب‌ديدگي ترانسها بيشتر مي‌شود. از آنجايي كه تعداد فيدرهاي زياد است و هم‌چنين تجهيزات جداكننده در شبكه كم مي‌باشد يافتن محل عيب و جابجايي بار آن مشكل‌ساز بوده و تعداد كليدزني را افزايش ميدهد.

براي كاهش تعداد كليدزني راه‌حل پيشنهادي ، كاهش بار فيدرها با ايجاد فيدرهاي جديد، كوتاه كردن طول فيدرها با ايجاد پست‌هاي فوق توزيع و ايجادنقاطي مجهز به دستگاههاي جداكننده مناسب نظير سكشنالايزر و استفاده از كليد در مسير فيدرها مي‌باشد. همچنين تنظيم رله‌ها با استفاده از محاسبات اتصال كوتاه شبكه لازم است.

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 عمل ملاحظه ميشود تعدادي از ترانسهاي سرويس شده ، پس از بهره برداري مجدداً معيوب ميگردند. 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 تست‌هاي دقيق در اندازه گيري تلفات بي‌باري ترانس مي توان از پايداري و سلامت عايق خشك ترانس مطمئن شد. البته لازم به ذكر است، استفاده از لوازمي مثل روغن ترانس مرغوب و واشرهاي 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 در اغلب 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 اطراف تبادل 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، اما متأسفانه 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 پستهاي زميني به علت شرايط نامناسب ساختماني و شرايط تابلوهاي فرسوده ، روي مقره‌هاي اتكايي 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 پستهاي زميني 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 فاصله زماني 2سال يك بار شاخه زني انجام گيرد اما با شرايط جوي برخي مناطق و نوع درختان گاهاً در هر سال دو بار شاخه زني لازم است .

جلوگيري از پاره گي هاديهاي ترانس:

بيشتر اوقات در حمل نامناسب ترانس، هاديهاي ترانس پاره مي‌شوند. اگر دقت بيشتري در هنگام حمل ترانس انجام 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 از تكانهاي شديد ناشي از جاده جلوگيري نمود و هم‌چنين بار ترانس همواره زير بار نامي نگه 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 تنها مي‌توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودي و خروجي ترانس اشاره نمود .