چه آزمون‌های روتینی برای ترانسفورماتورهای ولتاژ خارج از ساختمان انجام می‌شود

1. مقدمه

تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی تجهیزات کلیدی برای اطمینان از ایمنی دستگاه‌های الکتریکی هستند. برای جلوگیری از خطرها و ضرر مالی ناشی از عملکرد نامناسب، تجزیه و تحلیل آزمون علمی و جامع مورد نیاز است. تجزیه و تحلیل آزمون می‌تواند در راهنمایی ساختاردهی استراتژی‌ها و احتیاط‌ها، اطمینان از عملکرد پایدار تجهیزات و به حداکثر رساندن منافع اقتصادی و اجتماعی موثر باشد.

2. مفهوم تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی

تبدیل‌کننده ولتاژ بیرونی به طور بنیادی یک تبدیل‌کننده پله‌ای کاهشی بیرونی است که عملکرد اصلی آن جداسازی برق با ولتاژ بالا است:

• تبدیل برق با ولتاژ بالا به ولتاژ ثانویه ۱۰۰ ولت یا کمتر به تناسب نیازهای دستگاه‌های اندازه‌گیری و حفاظت رله.

• استفاده برای کنترل/نظارت خروج خط در نیروگاه‌ها و زیرстанسیون‌ها، همچنین تسویه حساب برق بین شبکه برق و کاربران، و بین نیروگاه‌ها و ایستگاه‌ها.
  این دستگاه ارزش و قابلیت کاربرد بالایی دارد و باید به طور مناسب استفاده شود تا ارزش آن به حداکثر برسد.

2.1 روش‌های آزمون و اصول کاری

روش اتصال معکوس اغلب برای آزمون تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی استفاده می‌شود. روش اتصال معکوس تانژانت زاویه ضرر دی‌الکتریکی عایق سه بخش زیر را تشخیص می‌دهد:

• عایق بین صفحه الکتریکی اولیه (طرف X) و پیچش‌های ثانویه و سومی.

• عایق بین پیچش اولیه و انتهای پیچش‌های ثانویه و سومی.

• عایق بین پشتیبانی عایق و زمین.

2.2 تجزیه و تحلیل عیب‌های روش اتصال معکوس

روش اتصال معکوس سه نقص دارد:

• محدودیت اندازه‌گیری: عموماً تانژانت زاویه ضرر دی‌الکتریکی عایق بین صفحه الکتریکی اولیه و پیچش‌های ثانویه و سومی را نشان می‌دهد. چون ظرفیت این بخش به ۱۰۰۰ پیکوفاراد می‌رسد، که بسیار بیشتر از دو بخش دیگر (ده‌ها پیکوفاراد) است، دشوار است تغییرات زاویه ضرر دی‌الکتریکی دو بخش بعدی را نشان دهد.

• ولتاژ آزمون پایین: سطح عایق‌بندی سمت زمین پیچش ولتاژ بالا تبدیل‌کننده ولتاژ کASCADE کم است. ولتاژ آزمون طراحی شده توسط سازنده ۲۰۰۰ ولت است و معمولاً فقط ۱۶۰۰ ولت در آزمون‌های پیشگیرانه (برخی واحد‌ها ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ ولت استفاده کرده‌اند. اگرچه می‌تواند نفوذ آب و رطوبت را تشخیص دهد، ولتاژ کلی نسبتاً پایین است که حساسیت اندازه‌گیری پل را تحت تأثیر قرار می‌دهد).

• تشویش آلودگی: آلودگی صفحه انتهایی و لوله سرامیک کوچک خروجی از طرف X خطای اندازه‌گیری را افزایش می‌دهد. اگرچه می‌توان از روش اتصال مستقیم برای کاهش تأثیر (روش اتصال مستقیم نیز تانژانت زاویه ضرر دی‌الکتریکی بین صفحه الکتریکی اولیه و پیچش‌های ثانویه و سومی را اندازه‌گیری می‌کند) استفاده کرد، خطای اندازه‌گیری روش اتصال مستقیم خود هنوز زیاد است.

به طور دقیق، تبدیل‌کننده‌های ولتاژ و تبدیل‌کننده‌های برق از اصول کاری تقریباً مشابهی برخوردار هستند. ساختار اساسی آنها شامل سه بخش است: هسته فولادی، پیچش اولیه و پیچش ثانویه. تبدیل‌کننده برق اصلی‌ترین عملکرد آن انتقال انرژی الکتریکی است، بنابراین معمولاً ظرفیت بزرگی دارد. تبدیل‌کننده ولتاژ عموماً برای تبدیل ولتاژ، تأمین برق برای دستگاه‌های اندازه‌گیری و حفاظت رله، و اندازه‌گیری ولتاژ، توان و انرژی الکتریکی در مدارها استفاده می‌شود. باید توجه داشت که تبدیل‌کننده‌های ولتاژ نیز می‌توانند خطاهای مدار را تجزیه و تحلیل و نظارت کنند. این عوامل تعیین می‌کنند که تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی ظرفیت نسبتاً کوچکی دارند. معمولاً تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی در شرایط بدون بار کار می‌کنند. نمودار تحلیل اصول کاری تبدیل‌کننده ولتاژ در شکل ۱ نشان داده شده است.

همانطور که از نمودار مشخص است، پیچش ولتاژ بالا تبدیل‌کننده ولتاژ موازی با مدارهای مربوطه دیگر در مدار اولیه است. ولتاژ ثانویه متناسب با ولتاژ اولیه و مقدار آن را نشان می‌دهد. نسبت ولتاژ اسمی پیچش‌های اولیه و ثانویه نسبت تبدیل اسمی است، معمولاً \(K_n = U_1/U_2\). همچنین، پیچش اولیه در مدار اولیه موازی است، بنابراین سمت ثانویه نمی‌تواند کوتاه شود - کوتاه شدن باعث ایجاد جریان قوی می‌شود که تبدیل‌کننده را آسیب می‌دهد و در موارد شدید می‌تواند خط را غیرفعال کند. به طور مشابه، در آزمون‌های تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی، برای جلوگیری از ولتاژ بسیار بالا یا پایین، پیچش ثانویه، هسته فولادی و پوسته را به زمین متصل کنید. این امر اطمینان می‌دهد که حتی در صورت وقوع حوادث، تبدیل‌کننده و تجهیزات بیرونی ایمن باقی بمانند.

3. طبقه‌بندی تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی

• طبقه‌بندی بر اساس اصول کاری تبدیل‌کننده‌های ولتاژ: تبدیل‌کننده‌های ولتاژ الکترومغناطیسی و تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خازنی.

• طبقه‌بندی بر اساس ویژگی‌های شرایط کاری خاص بیرونی: تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی معمولی و تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی خاص.

• طبقه‌بندی بر اساس تعداد فاز تبدیل‌کننده‌های ولتاژ: نوع تک‌فاز و نوع سه‌فاز. به طور کلی، تبدیل‌کننده ولتاژ تک‌فاز به یکی از آنهایی اشاره دارد که می‌تواند برای هر سطح ولتاژی ساخته شود و در شرایط مختلف مورد نیاز تبدیل کند تا تمام تغییرات مورد نیاز را تضمین کند؛ در حالی که تبدیل‌کننده ولتاژ سه‌فاز به سطوح ولتاژ ۱۰ kV و پایین‌تر محدود است.اگرچه این نوع تبدیل‌کننده ولتاژ تا حدودی محدودیت‌هایی دارد، اما نسبتاً برای ایفا کردن ارزش و نقش خود در شرایط خاص مناسب است.

• طبقه‌بندی بر اساس تعداد پیچش‌های تبدیل‌کننده‌های ولتاژ: نوع ترکیبی دو پیچش و نوع ترکیبی سه پیچش.

• طبقه‌بندی بر اساس ساختار عایق: نوع خشک، نوع ریخته‌گری پلاستیک، نوع پر از گاز و نوع غوطه‌ور در روغن. البته، برای تصمیم‌گیری درباره نوع تبدیل‌کننده ولتاژ بیرونی که باید استفاده شود، باید محیط کار و ویژگی‌های واقعی کل تبدیل‌کننده ولتاژ را به طور کامل در نظر گرفت و تجزیه و تحلیل کرد.

4. تحلیل روش‌های اتصال تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی در آزمون‌های معمولی

در کل آزمون تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی، روش اتصال یک پیوند کلیدی و مهم در کل تبدیل‌کننده ولتاژ است و ما باید آن را تحلیل کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که کل آزمون ایمن و پایدار باشد.

4.1 اتصال تک‌سیم

این یک روش اتصال است که از تبدیل‌کننده ولتاژ تک‌فاز برای اندازه‌گیری ولتاژ یک فاز خاص به زمین یا ولتاژ بین فازها استفاده می‌کند. روش اتصال این تبدیل‌کننده ولتاژ عمدتاً برای مدارهای سه‌فاز نسبتاً متقارن استفاده می‌شود.

4.2 روش اتصال V-V

آنچه به عنوان روش اتصال V-V شناخته می‌شود به اتصال دو تبدیل‌کننده ولتاژ تک‌فاز به یک ساختار ناقص اشاره دارد. این روش اتصال می‌تواند برای اندازه‌گیری بهتر ولتاژ بین فازها استفاده شود، اما نقصی نیز دارد، یعنی نمی‌تواند ولتاژ به زمین را اندازه‌گیری کند. به طور قابل توجه‌تر، این روش اتصال در شبکه‌های برق با ولتاژ ۲۰ kV و پایین‌تر که نقطه محاوره‌ای زمین‌نشین نیست یا با سیم‌پیچ خنثی‌ساز زمین‌نشین است، به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.

4.3 روش اتصال Y0-Y0

این روش اتصال عمدتاً هر دو طرف اولیه و ثانویه تبدیل‌کننده ولتاژ تک‌فاز را به نوع Y0 متصل می‌کند. این روش اتصال مزیت بزرگی دارد، یعنی می‌تواند به مترها و رله‌هایی که ولتاژ نیاز دارند و به مترهای نظارت بر عایق که ولتاژ فاز نیاز دارند، تغذیه کند. به طور کلی، این روش اتصال فقط در سیستم‌های زیر ۳۵ kV استفاده می‌شود.

5 تحلیل احتیاط‌های لازم در آزمون‌های معمولی تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی

• در طول فرآیند آزمون، قبل از آزمون رسمی تبدیل‌کننده ولتاژ، نیاز به درمان و آزمون علمی قطبیت و مقاومت عایق تبدیل‌کننده ولتاژ است. این برای اطمینان از اینکه تبدیل‌کننده ولتاژ در طول آزمون به دلیل عوامل خارجی ضرر ناخواسته نخواهد دید.

• اتصال تبدیل‌کننده ولتاژ بیرونی باید صحیح باشد. به طور خاص باید توجه داشت که پیچش اولیه و مدار مورد آزمون باید به صورت موازی متصل شوند و پیچش ثانویه و پیچش‌های ولتاژ دستگاه‌های اندازه‌گیری و حفاظت رله متصل شده باید به صورت موازی باشند. همچنین باید توجه داشت که قطبیت صحیح نیز باید تضمین شود.

• در طول آزمون، بار سمت ثانویه تبدیل‌کننده ولتاژ نباید بیش از ظرفیت اسمی مشخص شده در شرایط عادی باشد. اگر این حد را تجاوز کند، باعث خطای داده‌های بزرگ در کل تبدیل‌کننده خواهد شد و مقادیر مورد نیاز نمی‌تواند به دست آید.

• سمت ثانویه تبدیل‌کننده ولتاژ نمی‌تواند کوتاه شود. این به این دلیل است که مقاومت داخلی تبدیل‌کننده ولتاژ بسیار کم است. اگر مدار کوتاه شود، جریان بزرگی ایجاد می‌شود که موجب آسیب بزرگ به کل تجهیزات تبدیل‌کننده ولتاژ خواهد شد. در موارد شدید می‌تواند حتی تهدید شخصی برای کارکنان آزمون باشد. علاوه بر این، اگر ممکن است، باید تجهیزات حفاظتی و نظارتی خاصی در سمت اولیه نصب شود تا پایداری کل سیستم آزمون تضمین شود و وضعیت‌های ناخواسته جلوگیری شود.

• برای تضمین بهتر اندازه‌گیری‌های مرتبط و ایمنی کارکنان آزمون، پیچش ثانویه باید در یک نقطه به زمین متصل شود. مزیت این امر این است که حتی اگر آسیب عایق رخ دهد، می‌تواند به خوبی اموال و ایمنی شخصی را تضمین کند.

6 نتیجه‌گیری

از طریق تجزیه و تحلیل آزمون تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی، روش‌های آزمون نسبتاً کامل و علمی و احتیاط‌های لازم تدوین شده‌اند. واقعاً اطمینان حاصل می‌کند که کل آزمون به طور عادی پیش می‌رود، ایمنی تجهیزات و افراد محافظت می‌شود و پایه موثقی برای کاربرد تبدیل‌کننده‌های ولتاژ بیرونی در زمینه تأمین برق فراهم می‌کند تا ارزش آنها به حداکثر برسد.