چه تأثیری جریان متعادل بر روی ترانسفورماتور توزیع دارد

تاثیر جریان خنثی بر ترانسفورماتورهای توزیع

جریان خنثی (Neutral Current) تأثیرات مهم متعددی بر ترانسفورماتورهای توزیع دارد که می‌توان آن‌ها را به شرح زیر خلاصه کرد:

دلیل: در سیستم چهارسیم سه فاز، اگر بارهای سه فاز نامتوازن باشند یا بارهای تک فاز زیادی (مانند برق مسکونی) وجود داشته باشد، هادی خنثی ممکن است جریان قابل توجهی را منتقل کند. علاوه بر این، جریان‌های هارمونیک (به ویژه هارمونیک‌های سوم و مضرب آن‌ها) نیز از طریق هادی خنثی می‌گذرند که منجر به افزایش جریان خنثی می‌شود.

تأثیر: پر بار شدن هادی خنثی می‌تواند منجر به گرم شدن مفرط شود که ممکن است هادی خنثی یا نقاط اتصال آن را سوزانده و این نه تنها کیفیت برق را تحت تاثیر قرار می‌دهد بلکه خطرات ایمنی مانند حریق را نیز ایجاد می‌کند.

2. افزایش دما در ترانسفورماتور

• دلیل: وقتی بارهای سه فاز نامتوازن هستند، جریان خنثی افزایش می‌یابد که منجر به جریان بیشتر در نقطه خنثی ترانسفورماتور می‌شود. علاوه بر این، جریان‌های هارمونیک باعث افزایش ضرر مسی و فولادی در ترانسفورماتور می‌شوند که منجر به افزایش دما می‌گردد.

• تأثیر: افزایش دما می‌تواند عمر مفید ترانسفورماتور را کاهش دهد، کارایی آن را کاهش دهد و دستگاه‌های محافظ گرم شدن را فعال کند که می‌تواند منجر به قطع برق یا خاموشی شود. گرم شدن مداوم می‌تواند مواد عایق ترانسفورماتور را آسیب دهد و خطر خرابی را افزایش دهد.

3. نامتوازنی ولتاژ

• دلیل: بارهای سه فاز نامتوازن باعث جابجایی نقطه خنثی می‌شوند که منجر به نامتوازنی ولتاژ در سه فاز می‌گردد. به ویژه، زمانی که بارهای تک فاز زیادی وجود دارند، ولتاژ یک فاز ممکن است افزایش یابد در حالی که ولتاژ فازهای دیگر کاهش می‌یابد.

• تأثیر: نامتوازنی ولتاژ می‌تواند عملکرد طبیعی دستگاه‌های متصل به ترانسفورماتور را تحت تاثیر قرار دهد، به ویژه موتورها و تجهیزات الکترونیکی حساس به تغییرات ولتاژ. نامتوازنی ولتاژ می‌تواند کارایی را کاهش دهد، گرم شدن را افزایش دهد، عمر مفید را کاهش دهد و حتی دستگاه‌ها را خراب کند.

4. آلودگی هارمونیک

• دلیل: در سیستم‌های برق مدرن، بارهای غیرخطی (مانند مبدل‌های فرکانس متغیر، مستطیل‌سازها و کامپیوترها) جریان‌های هارمونیک را تولید می‌کنند، به ویژه هارمونیک‌های سوم و مضرب آن‌ها که از طریق هادی خنثی می‌گذرند. این جریان‌های هارمونیک ضرر اضافی در ترانسفورماتور ایجاد می‌کنند و می‌توانند به تشدید هارمونیک منجر شوند که آلودگی هارمونیک را بیشتر می‌کند.

• تأثیر: آلودگی هارمونیک می‌تواند عملکرد ترانسفورماتورها و دیگر تجهیزات برق را کاهش دهد، مصرف انرژی را افزایش دهد و عمر مفید دستگاه‌ها را کاهش دهد. علاوه بر این، هارمونیک‌ها می‌توانند با سیستم‌های ارتباطی و دستگاه‌های کنترل اتوماتیک تداخل کنند و پایداری و قابلیت اطمینان سیستم را تحت تاثیر قرار دهند.

5. جابجایی نقطه خنثی

• دلیل: زمانی که بارهای سه فاز بسیار نامتوازن هستند، پتانسیل نقطه خنثی تغییر می‌کند که منجر به افزایش جریان خنثی می‌شود. این وضعیت به ویژه در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین با بارهای تک فاز زیاد رایج است.

• تأثیر: جابجایی نقطه خنثی می‌تواند باعث شود که ولتاژ بعضی فازها افزایش یابد در حالی که ولتاژ فازهای دیگر کاهش می‌یابد، که این می‌تواند کیفیت برق را تحت تاثیر قرار دهد. برای دستگاه‌هایی که نیاز به ولتاژ ثابت دارند، نوسانات ولتاژ می‌تواند باعث خرابی یا خرابی شود.

6. کاهش استفاده از ظرفیت ترانسفورماتور

• دلیل: زمانی که بارهای سه فاز نامتوازن هستند، یک فاز ترانسفورماتور ممکن است پر بار شود در حالی که فازهای دیگر بار کمتری دارند. این نامتوازنی استفاده کلی از ظرفیت ترانسفورماتور را کاهش می‌دهد، حتی اگر بار واقعی به مقدار اسمی نرسیده باشد، اما جریان یک فاز از محدوده مجاز فراتر رفته باشد.

• تأثیر: کاهش استفاده از ظرفیت به معنای تلف شدن منابع برق و افزایش هزینه‌های عملیاتی برای شرکت‌های برق است. برای مدیریت بارهای نامتوازن، ممکن است لازم باشد ترانسفورماتور را با یک واحد با ظرفیت بزرگتر جایگزین کرد که سرمایه‌گذاری را افزایش می‌دهد.

7. عملکرد نادرست دستگاه‌های محافظ رله

• دلیل: جریان خنثی یا جریان‌های هارمونیک می‌توانند دستگاه‌های محافظ رله ترانسفورماتور را فعال کنند که منجر به قطع‌های غیرضروری یا عملکرد نادرست می‌شود. در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین، جریان خنثی می‌تواند دستگاه‌های محافظ جریان باقی‌مانده (RCDs) را نیز فعال کند.

• تأثیر: عملکرد نادرست دستگاه‌های محافظ می‌تواند منجر به قطع‌های غیرضروری برق شود که می‌تواند مصرف عادی برق را تحت تاثیر قرار دهد. در تولید صنعتی یا تسهیلات حیاتی، قطع برق می‌تواند باعث زیان‌های اقتصادی یا مشکلات ایمنی شود.

راه‌حل‌ها

برای کاهش تأثیر جریان خنثی بر ترانسفورماتورهای توزیع، می‌توان از اقدامات زیر استفاده کرد:

• بهینه‌سازی توزیع بار: تا حد ممکن بارهای سه فاز را متعادل نگه دارید و از تمرکز بارهای تک فاز خودداری کنید.

• نصب فیلترهای هارمونیک: برای سیستم‌هایی با تعداد زیاد بارهای غیرخطی، فیلترهای هارمونیک را نصب کنید تا تأثیر جریان‌های هارمونیک بر ترانسفورماتور را کاهش دهید.

• تقویت طراحی هادی خنثی: مطمئن شوید که هادی خنثی دارای مساحت مقطع کافی برای مقابله با بیشترین جریان خنثی ممکن است تا از پر بار شدن جلوگیری کنید.

• استفاده از دستگاه‌های جبران عدم توازن سه فاز: دستگاه‌های جبران عدم توازن سه فاز را نصب کنید تا بارها را متعادل کنید و جریان خنثی را کاهش دهید.

• نگهداری و نظارت منظم: وضعیت عملیاتی ترانسفورماتور را به طور منظم بررسی کنید، جریان خنثی و دما را نظارت کنید و مشکلات بالقوه را به سرعت حل کنید.

خلاصه

جریان خنثی تأثیرات متعددی بر ترانسفورماتورهای توزیع دارد، از جمله پر بار شدن هادی خنثی، افزایش دما، نامتوازنی ولتاژ، آلودگی هارمونیک، جابجایی نقطه خنثی، کاهش استفاده از ظرفیت و عملکرد نادرست دستگاه‌های محافظ. برای تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد ترانسفورماتورها، باید اقدامات مؤثری برای مدیریت و کنترل جریان خنثی، بهینه‌سازی توزیع بار، کاهش آلودگی هارمونیک و بهبود نگهداری و نظارت سیستم انجام شود.