بررسی عوامل آسیب دیدن ترانس‌های توزیع
نظر به اهمیت ویژه ترانس‌های شبکه، همواره مواظبت و نگهداری آن‌ها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود. در این مقاله ابتدا علل آسیب‌دیدگی ترانسها بحث گردیده و سپس راه‌های پیشگیری آن بیان میگردد.
بررسی علل آسیب دیدن ترانس‌های توزیع و روش‌های پیشگیری آن ۱- مقدمه: نظر به اهمیت ویژه ترانس‌های شبکه، همواره مواظبت و نگهداری آن‌ها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود. در این گزارش ابتدا علل آسیب‌دیدگی ترانسها بحث گردیده و سپس راه‌های پیشگیری آن بیان میگردد.
اصولاً آسیب‌دیدگی ترانس به دو صورت اتفاق می‌افتد.
۱- هادی شدن عایق ترانس ۲- پاره شدن یا قطع شدن هادی‌های ترانس. هر دو مورد ذکر شده پیامد سه عامل افزایش دمای داخل ترانس، اضافه ولتاژ و ضربات مکانیکی است که ذیلاً به توضیح آن‌ها می‌پردازیم:
الف.) افزایش حرارت داخل ترانس بیشتر از حد تحمل ترانس (یعنی بیشتر از حد تحمل عایق ترانس) موجب آسیب‌دیدگی عایق ترانس میگردد. عایق‌ها بر خلاف هادیها در صورت بالا رفتن حرارت، هدایتشان بیشتر شده و جریان نشتی بیش از حد در عایق باعث سوختن ترانس میگردد.
ب.) اگر اضافه ولتاژ حادث شده در شبکه باعث بالا رفتن ولتاژ هادیهانسبت به بدنه و یا نسبت به فاز دیگر) بیشتر از حد استقامت حرارتی عایق گردد موجببروز قوس در عایق شده و عایق خاصیت خود را از دست میدهد و یا اگر ولتاژ بالا بافرکانس نامی بصورت مداوم برقرار گردد جریان نشتی عایق تدریجاً بیشتر شده و دمایعایق بالا می‌رود که نهایتاً حرارت بالا باعث آسیب دیدن عایق میگردد
ج.) در صورت حمل نادرست ترانس چه با جرثقیل و یا هر وسیله دیگر بهعلت تکان‌های شدید، هسته ترانس که بر روی بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پارهگی نقاط اتصال هادیها میگردد و همچنین اگر اتصال کوتاهی در ورودی یا خروجی ترانساتفاق افتد هادی‌های ترانس بر اثر اتصالی، نیرو‌های زیادی به یکدیگر واردمی‌نمایند (هادی‌های حامل جریان به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند که به جریان عبوری وفاصله هادیها از یکدیگر وابسته است) این نیرو‌ها اغلب باعث پاره گی هادیها و یاخرابی عایق خشک ترانس میگردد. اگر بار ترانس نیز بالا رود به علت تولید حرارت درترانس باعث پاره گی هادیها در نقاط ضعیف ترانس میشود که این مورد بیشتر درترانس‌هایی باسیم‌پیچی زیگزاگ در نقطه اتصال اتفاق می‌افتد
عواملی که باعث صدمه دیدن ترانس میگردند
اضافه بار: اگر بنا به هر علتی از جمله زیاد شدن بار شبکه، نشتروی مقره‌ها و هادیها، بار ترانس زیاد گردد و کلید کل تابلوی ترانس عمل ننماید باازدیاد جریان هادی‌های ترانس تلفات اهمی ترانس بالا رفته و حرارت تولیدی، بیشتر ازحرارت تبادلی بوده و براحتی دفع نمی‌گردد که باعث صدمه دیدن عایق ترانس میگردد
نشت روغن: اگر سطح روغن در داخل ترانس کاهش یابد و به جای روغنهوا در داخل تانک ترانس نفوذ کند، با توجه به پایین بودن استقامت الکتریکی هوانسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسیب می‌بیند
نفوذ رطوبت: وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الکتریکی روغن ترانس را کاهش میدهد که باعث بروز قوس در روغن ترانس میشود
اضافه ولتاژ‌های موقت: هر چند طبق استاندارد هر ترانسی می‌تواندولتاژی بیشتر از حد نامی را طی مدت زمان کوتاهی تحمل کند (حتی مورد تست قرارمی‌گیرد)، اما این اضافه ولتاژ‌ها باعث به اشباع رفتن هسته و ایجاد هارمونیک می‌گرددکه هارمونیک‌های بالای فرکانس نامی، تلفات هسته را بالا برده و نهایتاً حرارت ایجادشده در هسته و عدم تبادل حرارتی لازم موجب آسیب دیدن عایق میشود (این حرارت درمحاسبات طراحی وارد نمی‌گردد
آلودگی روغن ترانس: طی دوره کاری ترانس با توجه به گردش روغندر بین هادیها و هسته، روغن کهنه شده و همچنین سطح آن‌ها را می‌شوید و ذرات کندهشده از دیواره‌ها معمولاً بصورت لجن در ته تانک ترانس انباشته میگردد. وجود ذراتفوق در روغن موجب کاهش استقامت الکتریکی روغن میگردد
اضافه ولتاژ‌های گذرا: اضافه ولتاژ‌های گذرا در شبکه معمولاً بهدو صورت نمایان میگردند .
الف) صاعقه که اضافه ولتاژ خارجی است. ب.) کلیدزنی که اضافه ولتاژداخلی است اگر تعداد اضافه ولتاژ‌هایی که به ترانس میرسند زیاد باشند یا حدولتاژ‌های آن‌ها بالا باشد باعث تخریب عایق میگردند. گاهاً اضافه ولتاژ‌ها در حدینیستند که ابتدائاً عایق را خراب نمایند بلکه به علت رزونانس یا فرورزونانس رفتنترانس و خواص سلفی و خازنی باعث بروز قوس از سر ترانس، یا بالا رفتن دمای ترانسمیگردد
عمر بالای ترانس: وقتی ترانس به مدت طولانی در شبکه مورداستفاده قرار گیرد، عایق خشک ترانس کم‌کم خاصیت اولیه خود را از دست میدهد که حتیبا تعویض روغن هم‌دیگر به حالت اولیه برنمی‌گردد. (عمر مفید ترانس معمولاً از طرفشرکت سازنده داده میشود.)
بالا رفتن دمای محیط: افزایش دمای محیط موجب آسیب‌دیدگی ترانسمیگردد. بدین صورت که وقتی تفاوت دمای داخل ترانس و محیط پست در اثر افزایش حرارتمحیط کم گردد تبادل حرارتی بین ترانس و هوای پست کم شده و حرارت تولید شده در ترانسحبس گردیده و عایق ترانس صدمه می‌بیند. دمای شرایط کاری جهت اخذ قدرت نامی توسطسازنده تعیین میگردد که می‌بایست میزان کاهش قدرت به ازای افزایش درجه حرارت نیزقید شود
بروز جرقه یا هارمونیک در ولتاژ اولیه: بنا به هر علتی اگر دراولیه ترانس، ولتاژ همراه هارمونیک باشد باعث بوجود آمدن فلو‌های متناظر با همانهارمونیک‌ها در هسته ترانس میگردد، که این هارمونیک‌های فرکانس بالا موجب بالا رفتن تلفات فوکو و هیسترزیس در هسته میشود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشی از آن صدمهمی‌بیند. گاهاً به علت رطوبت محیط یا وجود آلودگی بر روی مقره‌ها و یا نزدیک شدنشاخه درختان به خط تحت ولتاژ و… قوس بوجود می‌آید و به علت بالا بودن مقاومت دربرخی از این اتصالات و دور بودن از ابتدای فیدر، این قوس‌ها باعث عملکرد رله پستمادر نمی‌گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عیب موجب ریپل‌هایولتاژ روی موج ولتاژ می‌شوند. ریپل‌های ولتاژ دارای هارمونیک‌های بالا بوده واشکالاتی را برای دستگاه‌های الکتریکی مورد تغذیه روی آن فیدر پیش می‌آورد
راه‌های پیشگیری ابتدا باید خاطرنشان ساخت که ترانسها برای تلفات استاندارد و قابل محاسبه فرکانس اصلی طراحی میگردند و هر گونه تلفات اجباری خارج از مقدار محاسبهشده در برآورد‌ها نادیده گرفته میشود؛ لذا تلفات ناشی از هارمونیک‌ها و افزایشولتاژ شبکه برای ترانس مضر میباشد. مگر اینکه در شرایط جدید تقاضای دیگری برایساخت ترانسها با قدرت تحمل بیشتر مدنظر باشد. برای مثال می‌توان هسته ترانسها را بهعلت وجود هارمونیک، بزرگتر از حد فعلی در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانس‌هایی برای تلفات بیشتر طراحی میگردند)
پیشگیری از بروز اضافه بار برای ترانسها: انتخاب بهینه قدرتترانس جهت تغذیه در شبکه بسیار مهم میباشد. در این راستا آگاهی از رفتار بار وبارگیری‌های مداوم ترانس در نحوه تصمیم‌گیری حائز اهمیت است. معمولاً ترانس‌هایی کهبارشان کمتر از %۳۰ تا %۴۰ بار نامیشان باشند کم بار و اگر بیشتر از %۷۰ بار نامی‌باشند پر بار تلقی میگردند. استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسی رفتار بار درمناطق مختلف، الگوی مناسب از رفتار بار را برای ترانس‌های شبکه بدست میدهد ومی‌توان با استفاده از آن‌ها به مطالعه شبکه پرداخت. در حالحاضر به علت کمبود نیرویانسانی و وسایل از ترانس‌های خاص، آمپراژگیری میگردد. بدین صورت که با توجه به آمارفیوزسوزی و افتادن کلیدکل‌ها در روز قبل، از آن ترانسها بارگیری به عمل می‌آید ودر صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعویض آن اقدام میشود و ترانس با قدرت بیشترجایگزین میگردد استاندارد بودن اتصالات در تابلو‌ها و رئوس تیر‌ها و جعبه فیوز‌ها ازاتلاف انرژی جلوگیری کرده و از اضافه بار شدن بی‌مورد ترانسها جلوگیری میکند
نشت روغن ترانس: بازدید‌های دوره‌ای و مداوم پست‌های توزیعمیتواند در این خصوص راهگشا باشد. در بازدید‌ها ارتفاع روغن در شیشه روغن‌نما، خیسیروی درپوش، رادیاتور‌ها و زیر ترانس ملاک مناسبی از آگاهی نشت روغن میباشد که درحال حاضر این عمل انجام میگیرد
نفوذ رطوبت: نمونه‌برداری و تست روغن ترانسها طی برنامه‌های ازپیش تعیین شده اطلاع دقیقی از نفوذ رطوبت به داخل تانک ترانس بدست میدهد. در حالحاضر همراه با تعمیرات خط، ترانس‌های هوائی و سرویس پست‌های زمینی، نمونه‌گیری وتست روغن انجام میگیرد که طول دوره‌های بازدید و سرویس حدود یک بار در هر سالمیباشد، ولی با توجه به شرایط جوی برخی مناطق، طول دوره بازدید باید کاهش یابد
اضافه ولتاژ‌های موقت: در شبکه‌های توزیعی که طول فیدرهایکوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژ‌های موقت در این شبکه‌ها وجود ندارد مگر اینکهاضافه ولتاژ از شبکه فوق توزیع سرایت نماید
آلودگی روغن ترانس: تست روغن بصورت برنامه‌ریزی شده روش مناسبیبرای آگاهی یافتن از آلودگی روغن ترانس است
اضافه ولتاژ‌های گذرا: برای جلوگیری از خسارت ناشی از اضافهولتاژ‌های گذرای خارجی (صاعقه) مناسبترین راه، نصب برقگیر در پست‌های هوائی و نقاطارتباطی سرکابل‌ها و خطوط هوائی میباشد. عملکرد صحیح برقگیر‌ها ترانسها را در مقابلصاعقه حفاظت می‌نماید کلیدزنی در شبکه‌های توزیع می‌تواند ولتاژ‌های گذرایی حدود ۵/۱ تابرابر ولتاژ نامی را در شبکه بوجود آورد. چنین اضافه ولتاژ‌هایی وقتی به ترانس کهدارای اندوکتانس بالایی در برابر اضافه ولتاژ‌ها میباشد، میرسند تقویت میگردند، کهاین موضوع اثر سوء برای ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پله‌ای بودن آننیز مضر میباشد، زیرا دارای هارمونیک‌های زیادی بوده و برای ترانسها مضر است آمار کلیدزنی و مانور در شبکه فشار متوسط کم نبوده و این مانورهاترانس‌ها را از لحاظ عایقی ضعیف می‌نماید و اگر فواصل کلیدزنی کم باشد احتمالآسیب‌دیدگی ترانسها بیشتر میشود. از آنجایی که تعداد فیدر‌های پربار بالای درشبکه زیاد است و همچنین تجهیزات جداکننده در شبکه کم میباشد، یافتن محل عیبو جابجایی بار آن مشکل‌ساز بوده و تعداد کلیدزنی را افزایش میدهد برای کاهش تعداد کلیدزنی راه‌حل پیشنهادی، کاهش بار فیدر‌ها باایجاد فیدر‌های جدید، کوتاه کردن طول فیدر‌ها با ایجاد پست‌های فوق توزیع و ایجادنقاطی مجهز به دستگاه‌های جداکننده مناسب نظیر سکشنالایرز و استفاده از کلید در مسیرفیدر‌ها میباشد. همچنین تنظیم رله‌ها با استفاده از محاسبات اتصال کوتاه شبکه لازماست
عمر بالای ترانس: در حال حاضر با تعویض ترانس‌های با عمر بالا، ترانس‌های قدیمی از شبکه جدا شده و بعد از بازیابی به شبکه برمی‌گردند. ولی در عململاحظه میشود تعدادی از ترانس‌های سرویس شده، پس از بهره برداری مجدداً معیوبمیگردند؛ لذا ضروریست نظارت بر کیفیت تعمیرات و تست‌های لازم، دقیقتر صورت گیرد. اگرروند بازیابی و سرویس ترانس مناسب و دقیق باشد و همچنین با استفاده از تست‌هاییدقیق در اندازه گیری تلفات بی‌باری ترانس می‌توان از پایداری و سلامت عایق خشک ترانس مطمئن شد. البته لازم به ذکر است، استفاده از لوازمی مثل روغن ترانس مرغوب وواشر‌های مناسب جهت آب بندی در بالا بردن عمر ترانس بعد از بازیابی بسیار مؤثر است
بالا رفتن دمای محیط: برای تبادل حرارتی بیشتر در فصول گرم دراغلب پست‌های زمینی از فن استفاده میگردد، اما برای ترانس‌های هوائی چنین راهی وجودندارد. اگر هوای محیط گرم شود به علت کاهش اختلاف دمای داخل ترانس و هوای اطرافتبادل حرارتی کم شده و ترانس گرمتر میشود؛ بنابراین بهترین راه چاره کاهش بارترانس در این مواقع میباشد که در فصول گرم بار ترانس زیر بار نامی باشد، امامتأسفانه پیک بار شبکه هنگام گرما به علت استفاده از کولر‌های گازی اتفاق می‌افتد ودر فصول دیگر گاهاً بار ترانسها از %۴۰ بار نامی نیز کمتر میباشد
جرقه و هارمونیک در اولیه ترانس‌های توزیع: در برخی از پستهایزمینی به علت شرایط نامناسب ساختمانی و شرایط تابلو‌های فرسوده، روی مقره‌هایاتکایی و همچنین در شبکه‌های هوائی روی مقره‌ها و بوشینگ‌ها قوس‌هایی بوجود می‌آیدکه گاهاً ماندگار نیز می‌باشند. این قوس‌ها ریپل‌های ولتاژ را در شبکه بوجودمی‌آورند. جهت جلوگیری از این پدیده‌ها بایستی بازدید‌های دوره‌ای از شبکه و پستهایزمینی و شاخه‌زنی و سرویس به موقع خطوط و پست‌ها را افزایش داده و دقت بیشتری را دراین خصوص مبذول نمود. مطابق با استاندارد، شاخه زنی باید بگونه‌ای باشد که طی فاصلهزمانی ۲ سال یک بار شاخه زنی انجام گیرد، اما با شرایط جوی برخی مناطق و نوع درختانگاهاً در هر سال دو بار شاخه زنی لازم است
جلوگیری از پاره گی هادی‌های ترانس: بیشتر اوقات در حملنامناسب ترانس، هادی‌های ترانس پاره می‌شوند. اگر دقت بیشتری در هنگام حمل ترانسانجام گیرد و در هنگام بارگیری و نصب سعی گردد تا ترانس به آرامی جابجا شود وهنگامی که ترانس بر روی جرثقیل یا هر وسیله جابجا کننده قرار میگیرد بتوان ازتکان‌های شدید ناشی از جاده جلوگیری نمود و همچنین بار ترانس همواره زیر بار نامینگه داشته شود، باعث میگردد تا هادی‌های ترانس قطع نگردند. اما برای جلوگیری ازپاره گی هادیها ناشی از اتصال کوتاه در سیم‌پیچی اولیه و یا ثانویه ترانس تنهامی‌توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودی و خروجی ترانس اشاره نمود
