تاثیر جریان خنثی بر روی ترانسفورماتور توزیع چیست

تأثیر جریان متعادل بر روی ترانسفورماتورهای توزیع

جریان متعادل (Neutral Current) چندین تأثیر مهم بر روی ترانسفورماتورهای توزیع دارد که می‌توان آن‌ها را به شرح زیر خلاصه کرد:

۱. بارگذاری اضافه رساننده متعادل

• علت: در سیستم سه‌فاز چهارسیمه، اگر بارهای سه‌فاز نامتعادل باشند یا بارهای تک‌فاز زیادی (مانند برق مسکونی) وجود داشته باشد، رساننده متعادل ممکن است جریان قابل توجهی را منتقل کند. علاوه بر این، جریان‌های هارمونیک (به ویژه هارمونیک‌های سوم و مضرب آن‌ها) نیز از طریق رساننده متعادل جریان می‌یابند و جریان متعادل را افزایش می‌دهند.

• تأثیر: بارگذاری اضافه رساننده متعادل می‌تواند منجر به گرم شدن اضافه شود که ممکن است رساننده متعادل یا نقاط اتصال آن را سوخت. این وضعیت نه تنها کیفیت برق را تحت تأثیر قرار می‌دهد بلکه خطرات ایمنی مانند آتش‌سوزی را نیز افزایش می‌دهد.

۲. افزایش دما در ترانسفورماتور

• علت: وقتی بارهای سه‌فاز نامتعادل هستند، جریان متعادل افزایش می‌یابد که منجر به جریان بالاتر در نقطه متعادل ترانسفورماتور می‌شود. علاوه بر این، جریان‌های هارمونیک زیان‌های مسی و فولادی در ترانسفورماتور را افزایش می‌دهند که منجر به افزایش دما می‌شود.

• تأثیر: افزایش دما می‌تواند عمر ترانسفورماتور را کاهش دهد، کارایی آن را کاهش دهد و دستگاه‌های محافظت از گرم شدن را فعال کند که موجب قطع برق یا خاموشی می‌شود. گرم شدن طولانی‌مدت می‌تواند مواد عایق ترانسفورماتور را آسیب ببیند و خطر خرابی را افزایش دهد.

۳. عدم تعادل ولتاژ

• علت: بارهای سه‌فاز نامتعادل باعث جابجایی نقطه متعادل می‌شوند که منجر به عدم تعادل ولتاژ در سه فاز می‌شود. به ویژه، وقتی بارهای تک‌فاز زیادی وجود دارد، ولتاژ در یک فاز ممکن است افزایش یابد در حالی که ولتاژ در فازهای دیگر کاهش می‌یابد.

• تأثیر: عدم تعادل ولتاژ می‌تواند عملکرد عادی دستگاه‌های متصل به ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار دهد، به ویژه موتورها و تجهیزات الکترونیکی که حساس به تغییرات ولتاژ هستند. عدم تعادل ولتاژ می‌تواند کارایی را کاهش دهد، گرم شدن را افزایش دهد، عمر را کاهش دهد و حتی آسیب به این دستگاه‌ها را ایجاد کند.

۴. آلودگی هارمونیک

• علت: در سیستم‌های برق مدرن، بارهای غیرخطی (مانند درایوهای فرکانس متغیر، مستطیل‌سازها و کامپیوترها) جریان‌های هارمونیک ایجاد می‌کنند، به ویژه هارمونیک‌های سوم و مضرب آن‌ها که از طریق رساننده متعادل جریان می‌یابند. این جریان‌های هارمونیک زیان‌های اضافی را در ترانسفورماتور ایجاد می‌کنند و می‌توانند منجر به رزونانس هارمونیک شوند که آلودگی هارمونیک را بیشتر می‌کند.

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

۵. جابجایی نقطه متعادل

• علت: وقتی بارهای سه‌فاز به شدت نامتعادل هستند، پتانسیل نقطه متعادل جابجا می‌شود که منجر به افزایش جریان متعادل می‌شود. این وضعیت به ویژه در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین با بارهای تک‌فاز زیاد رایج است.

• تأثیر: جابجایی نقطه متعادل می‌تواند باعث شود که ولتاژ در برخی فازها افزایش یابد در حالی که در فازهای دیگر کاهش می‌یابد، که این می‌تواند کیفیت برق را تحت تأثیر قرار دهد. برای دستگاه‌هایی که به ولتاژ پایدار نیاز دارند، نوسانات ولتاژ می‌تواند باعث اختلال یا آسیب شود.

۶. کاهش استفاده از ظرفیت ترانسفورماتور

• علت: وقتی بارهای سه‌فاز نامتعادل هستند، یک فاز از ترانسفورماتور ممکن است بارگذاری اضافه شود در حالی که فازهای دیگر بارهای کمتری دارند. این عدم تعادل استفاده از ظرفیت کلی ترانسفورماتور را کاهش می‌دهد، حتی اگر بار واقعی به مقدار اسمی نرسیده باشد، اما جریان در یک فاز ممکن است از محدوده مجاز فراتر رود.

• تأثیر: کاهش استفاده از ظرفیت به معنای ضایع شدن منابع برق و افزایش هزینه‌های عملیاتی برای شرکت‌های برق است. برای مدیریت بارهای نامتعادل، ممکن است لازم باشد ترانسفورماتور را با واحدی با ظرفیت بیشتر جایگزین کرد که موجب افزایش سرمایه‌گذاری می‌شود.

۷. عملکرد اشتباه دستگاه‌های محافظ رله‌ای

• علت: جریان متعادل یا جریان‌های هارمونیک اضافی می‌توانند دستگاه‌های محافظ رله‌ای ترانسفورماتور را فعال کنند و منجر به قطع‌های غیرضروری یا عملکرد اشتباه شوند. در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین، جریان متعادل اضافی می‌تواند دستگاه‌های جریان باقی‌مانده (RCDs) را فعال کند.

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

راه‌حل‌ها

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

• بهینه‌سازی توزیع بار: تا حد ممکن بارهای سه‌فاز را متعادل نگه دارید و از تمرکز بارهای تک‌فاز پرهیز کنید.

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

• تقویت طراحی رساننده متعادل: مطمئن شوید که رساننده متعادل دارای مقطع مقطعی کافی برای تحمل جریان متعادل حداکثری است تا از بارگذاری اضافه جلوگیری کنید.

• استفاده از دستگاه‌های جبران عدم تعادل سه‌فاز: دستگاه‌های جبران عدم تعادل سه‌فاز را نصب کنید تا بارها را متعادل کنید و جریان متعادل را کاهش دهید.

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

خلاصه

جریان متعادل تأثیرات چندجانبه‌ای بر ترانسفورماتورهای توزیع دارد، از جمله بارگذاری اضافه رساننده متعادل، افزایش دما، عدم تعادل ولتاژ، آلودگی هارمونیک، جابجایی نقطه متعادل، کاهش استفاده از ظرفیت و عملکرد اشتباه دستگاه‌های محافظ رله‌ای. برای تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد ترانسفورماتورها، باید اقدامات مؤثری برای مدیریت و کنترل جریان متعادل، بهینه‌سازی توزیع بار، کاهش آلودگی هارمونیک و بهبود نگهداری و نظارت سیستم انجام شود.