چه چیزی در ترانسفورماتور نقص است؟

ترانسفورماتورهای خطا چیست؟

تعریف خطا در ترانسفورماتور

خطاهای ترانسفورماتور به مشکلاتی مانند خرابی عایق و خطاهای هسته‌ای اشاره دارد که می‌تواند در داخل یا خارج ترانسفورماتور رخ دهد.

خطاهای خارجی در ترانسفورماتور قدرت

شورت بین فازهای خارجی ترانسفورماتور قدرت

شورت می‌تواند در دو یا سه فاز سیستم الکتریکی قدرت رخ دهد. جریان خطا معمولاً بالاست، بستگی به ولتاژ شورت شده و امپدانس مدار تا نقطه خطا دارد. این جریان خطا بالا باعث افزایش زیادی در ضرر مس می‌شود و گرمایش داخلی ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد. همچنین تنش‌های مکانیکی شدیدی ایجاد می‌کند، به ویژه در دور اول جریان خطا.

اختلال ولتاژ بالا در ترانسفورماتور قدرت

اختلال ولتاژ بالا در ترانسفورماتور قدرت به دو نوع است،

• ولتاژ گذرای بالا

• ولتاژ بالای فرکانس توان

ولتاژ گذرای بالا

ولتاژ و فرکانس بالای گذرا ممکن است در سیستم قدرت به دلیل یکی از علل زیر ایجاد شود،

• گردنده زمینی اگر نقطه نیوترال جدا شده باشد.

• عملیات قطع و وصل تجهیزات مختلف الکتریکی.

• ضربه صاعقه جوی.

هرچه دلیل ولتاژ گذرای باشد، در نهایت یک موج حرکتی با موج بالا و شیب دار و همچنین فرکانس بالا است. این موج در شبکه سیستم قدرت حرکت می‌کند، وقتی به ترانسفورماتور قدرت می‌رسد، باعث خرابی عایق بین لایه‌های مجاور به پایانه خط می‌شود که ممکن است شورت بین لایه‌ها ایجاد کند.

ولتاژ بالای فرکانس توان

ممکن است همیشه احتمال ولتاژ بالای سیستم به دلیل قطع ناگهانی بار بزرگ وجود داشته باشد. اگرچه دامنه این ولتاژ بالاتر از سطح عادی آن است اما فرکانس همانند حالت عادی است. ولتاژ بالا در سیستم باعث افزایش تنش روی عایق ترانسفورماتور می‌شود. همانطور که می‌دانیم، با افزایش ولتاژ، فلوکس کاری نیز به طور متناسب افزایش می‌یابد.

این بنابراین باعث افزایش ضرر آهن و افزایش متناسب جریان مغناطیسی می‌شود. فلوکس افزایش یافته از هسته ترانسفورماتور به سایر قسمت‌های فولادی ساختاری ترانسفورماتور منتقل می‌شود. پیچ‌های هسته که معمولاً فلوکس کمی را منتقل می‌کنند، ممکن است مولفه بزرگی از فلوکس منتقل شده از منطقه اشباع هسته در کنار آن را تحمل کنند. در چنین شرایطی، پیچ ممکن است به سرعت گرم شود و عایق خود و عایق پیچ‌ها را نابود کند.

اثرات فرکانس پایین در ترانسفورماتور قدرت

همانطور که تعداد دورهای پیچک ثابت است. از این معادله مشخص است که اگر فرکانس در سیستم کاهش یابد، فلوکس در هسته افزایش می‌یابد، اثرات بیشتر یا کمتر مشابه با ولتاژ بالا است.

خطاهای داخلی در ترانسفورماتور قدرت

خطاهای اصلی که در داخل ترانسفورماتور قدرت رخ می‌دهند به عنوان زیر طبقه‌بندی می‌شوند،

• خرابی عایق بین پیچک و زمین

• خرابی عایق بین فازهای مختلف

• خرابی عایق بین لایه‌های مجاور یعنی خطا بین لایه‌ها

• خطای هسته ترانسفورماتور

خطاهای زمینی داخلی در ترانسفورماتور قدرت

خطاهای زمینی داخلی در پیچک ستاره‌ای متصل با نقطه نیوترال زمین شده از طریق یک امپدانس

در یک پیچک ستاره‌ای با نقطه نیوترال زمین شده از طریق یک امپدانس، جریان خطا به امپدانس زمین و فاصله از نقطه خطا تا نیوترال بستگی دارد. ولتاژ در نقطه خطا اگر از نیوترال دورتر باشد بالاتر است، که منجر به جریان خطا بالاتر می‌شود. جریان خطا همچنین به امپدانس واکنش لیکیج بخش پیچک میان نقطه خطا و نیوترال بستگی دارد، اما این معمولاً کمتر از امپدانس زمین است.

خطاهای زمینی داخلی در پیچک ستاره‌ای متصل با نقطه نیوترال محکم زمین شده

در این مورد، امپدانس زمین به طور ایده‌آل صفر است. جریان خطا به امپدانس واکنش لیکیج بخش پیچک میان نقطه خطا و نقطه نیوترال ترانسفورماتور بستگی دارد. جریان خطا همچنین به فاصله بین نقطه نیوترال و نقطه خطا در ترانسفورماتور بستگی دارد.

همانطور که در مورد قبلی گفته شد، ولتاژ میان این دو نقطه به تعداد دورهای پیچک میان نقطه خطا و نقطه نیوترال بستگی دارد. بنابراین در پیچک ستاره‌ای با نقطه نیوترال محکم زمین شده، جریان خطا به دو عامل اصلی بستگی دارد، ابتدا امپدانس واکنش لیکیج بخش پیچک میان نقطه خطا و نقطه نیوترال و دوماً فاصله بین نقطه خطا و نقطه نیوترال. 

اما امپدانس واکنش لیکیج پیچک به طور پیچیده با موقعیت خطا در پیچک متفاوت است. مشاهده می‌شود که امپدانس با نزدیک شدن نقطه خطا به نیوترال بسیار سریعاً کاهش می‌یابد و بنابراین جریان خطا برای خطا نزدیک به انتهای نیوترال بالاترین است. بنابراین در این نقطه، ولتاژ موجود برای جریان خطا کم است و در عین حال امپدانس واکنش لیکیج که جریان خطا را مقاومت می‌کند نیز کم است، بنابراین مقدار جریان خطا به اندازه کافی بالا است. 

دوباره در نقطه خطا دور از نقطه نیوترال، ولتاژ موجود برای جریان خطا بالا است اما در عین حال امپدانس واکنش لیکیج بخش پیچک میان نقطه خطا و نقطه نیوترال بالا است. می‌توان مشاهده کرد که جریان خطا در تمام پیچک در سطح بسیار بالایی باقی می‌ماند. به عبارت دیگر، جریان خطا میزان بسیار بالایی را بدون توجه به موقعیت خطا در پیچک حفظ می‌کند.

خطاهای فاز به فاز داخلی در ترانسفورماتور قدرت

خطای فاز به فاز در ترانسفورماتور نادر است. اگر چنین خطا ایجاد شود، جریان قابل توجهی برای عملکرد رله جریان فوری در سمت اولیه و همچنین رله دیفرانسیل ایجاد می‌کند.

خطای بین لایه‌ها در ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتور قدرت متصل به سیستم انتقال ولتاژ بسیار بالا، بسیار ممکن است به ولتاژ ضربه‌ای با مقدار بالا، شیب دار و فرکانس بالا به دلیل ضربه صاعقه در خط انتقال مواجه شود. تنش‌های ولتاژ بین لایه‌های پیچک به حدی زیاد می‌شود که نمی‌تواند این تنش را تحمل کند و باعث خرابی عایق بین لایه‌ها در برخی نقاط می‌شود. همچنین پیچک ولتاژ پایین نیز به دلیل انتقال ولتاژ ضربه‌ای تحت تنش قرار می‌گیرد. تعداد زیادی از خرابی‌های ترانسفورماتور قدرت از خطای بین لایه‌ها ناشی می‌شود. خطای بین لایه‌ها نیز ممکن است به دلیل نیروهای مکانیکی بین لایه‌ها که از شورت خارجی ناشی می‌شود، ایجاد شود.

خطای هسته در ترانسفورماتور قدرت

اگر هر بخشی از لایه‌های هسته آسیب دیده یا با مواد رسانا پل کرده شود، می‌تواند جریان‌های ادی و گرمایش محلی ایجاد کند. این می‌تواند همچنین در صورت خرابی عایق پیچ‌های استفاده شده برای فشرده کردن لایه‌های هسته رخ دهد. این خطاهای باعث گرمایش محلی شدید می‌شوند اما به طور قابل توجهی جریان ورودی و خروجی ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار نمی‌دهند، که آنها را با سیستم‌های محافظت الکتریکی استاندارد سخت تشخیص داده می‌شوند. گرمایش بیش از حد می‌تواند روغن ترانسفورماتور را تجزیه کند و گازهایی را آزاد کند که در رله بوخولتز تجمع می‌یابند و هشدار ایجاد می‌کنند.