چه آزمون‌های روتینی برای ترانسفورماتورهای ولتاژ خارج از ساختمان انجام می‌شود

1. مقدمه

تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان، تجهیزات کلیدی برای تضمین ایمنی دستگاه‌های الکتریکی هستند. برای جلوگیری از خطرات و زیان‌های مالی ناشی از عملکرد نامناسب، تحلیل آزمون علمی و جامع لازم است. تحلیل آزمون می‌تواند در راهنمایی تدوین استراتژی‌ها و احتیاط‌های عملیاتی، تضمین عملکرد پایدار تجهیزات و به حداکثر رساندن منافع اقتصادی و اجتماعی کمک کند.

2. مفهوم تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان

تبدیل‌کننده ولتاژ خارج از ساختمان به طور اساسی یک تبدیل‌کننده پله‌ای خارج از ساختمان است با عملکرد اصلی جدا کردن برق با ولتاژ بالا:

• تبدیل برق با ولتاژ بالا به ولتاژ ثانویه ۱۰۰ ولت یا کمتر به نسبت برای تأمین نیاز اندازه‌گیری و محافظت رеле.

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

2.1 روش‌های آزمون و اصول کار

روش اتصال معکوس اغلب برای آزمون تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان استفاده می‌شود. روش اتصال معکوس مقدار تانژانت زاویه ضریب اتلاف دی الکتریکی عایق سه بخش زیر را تشخیص می‌دهد:

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

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

• عایق بین پشتیبان عایق و زمین.

2.2 تحلیل نقص‌ها در روش اتصال معکوس

روش اتصال معکوس سه نقص دارد:

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

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

• تداخل آلودگی: آلودگی صفحه اتصال و لوله سرامیک کوچکی که از طرف X بیرون می‌آید، خطای اندازه‌گیری را افزایش می‌دهد. اگرچه می‌توان از روش اتصال مستقیم برای کاهش تأثیر استفاده کرد (روش اتصال مستقیم نیز تانژانت زاویه ضریب اتلاف دی الکتریکی بین صفحه الکترواستاتیک اولیه و پیچش‌های ثانویه و سومی را اندازه‌گیری می‌کند)، خطای اندازه‌گیری خود روش اتصال مستقیم همچنان زیاد است.

به طور دقیق، تبدیل‌کننده‌های ولتاژ و تبدیل‌کننده‌های قدرت اصول کار تقریباً یکسانی دارند. ساختار اساسی آنها شامل سه بخش است: هسته آهنی، پیچش اولیه و پیچش ثانویه. تابع اصلی تبدیل‌کننده قدرت انتقال انرژی الکتریکی است، بنابراین معمولاً ظرفیت بزرگی دارد. تبدیل‌کننده ولتاژ اصلی‌ترین عملکرد آن تبدیل ولتاژ است، تأمین برق برای دستگاه‌های اندازه‌گیری و محافظت رله و اندازه‌گیری ولتاژ، قدرت و انرژی الکتریکی در مدار. باید توجه داشت که تبدیل‌کننده‌های ولتاژ می‌توانند همچنین خطاهای خط را تجزیه و تحلیل و نظارت کنند. این عوامل تعیین می‌کنند که تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان ظرفیت نسبتاً کوچکی دارند. معمولاً تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان در شرایط بدون بار کار می‌کنند. نمودار تحلیل اصول کار تبدیل‌کننده ولتاژ در شکل ۱ نشان داده شده است.

همانطور که از نمودار مشخص است، پیچش ولتاژ بالا یک تبدیل‌کننده ولتاژ موازی با مدارهای مربوطه 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 = U₁/U₂. همچنین، پیچش اولیه موازی در مدار اولیه است، بنابراین طرف ثانویه نمی‌تواند کوتاه شود - کوتاه شدن موجب تولید جریان قوی می‌شود که می‌تواند تبدیل‌کننده را آسیب ببیند و حتی در شرایط وخیم خط را غیرفعال کند. به طور مشابه، در آزمون‌های تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان، برای جلوگیری از ولتاژ بسیار بالا یا پایین، پیچش ثانویه، هسته آهنی و پوسته را به زمین متصل کنید. این تضمین می‌کند که تبدیل‌کننده و تجهیزات خارج از ساختمان حتی در صورت وقوع حوادث ایمن باقی بمانند.

3. دسته‌بندی تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان

• دسته‌بندی بر اساس اصول کار تبدیل‌کننده‌های ولتاژ: تبدیل‌کننده‌های ولتاژ الکترومغناطیسی و تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خازنی.

• دسته‌بندی بر اساس ویژگی‌های شرایط کاری خاص خارج از ساختمان: تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان معمولی و تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان خاص.

• دسته‌بندی بر اساس تعداد فاز تبدیل‌کننده‌های ولتاژ: نوع تک‌فازی و نوع سه‌فازی. به طور کلی، تبدیل‌کننده ولتاژ تک‌فازی به یکی اشاره دارد که می‌تواند برای هر سطح ولتاژی ساخته شود و می‌تواند به تغییرات مورد نیاز در شرایط مختلف تطبیق یابد تا تمام تغییرات مورد نیاز را تأمین کند؛ در حالی که تبدیل‌کننده ولتاژ سه‌فازی محدود به سطوح ولتاژ ۱۰ کیلوولت و پایین‌تر است.اگرچه این نوع تبدیل‌کننده ولتاژ تا حد زیادی محدودیت‌هایی دارد، اما نسبتاً مناسب است برای ایفا کردن ارزش و نقش خود در شرایط خاص.

• دسته‌بندی بر اساس تعداد پیچش‌های تبدیل‌کننده‌های ولتاژ: نوع ترکیبی دو پیچشی و نوع ترکیبی سه پیچشی.

• دسته‌بندی بر اساس ساختار عایق: نوع خشک، نوع پلاستیک‌پوش، نوع گازپر و نوع روغنی. البته، برای اینکه چه نوع تبدیل‌کننده ولتاژ خارج از ساختمان باید استفاده شود، باید محیط کار و ویژگی‌های واقعی کل تبدیل‌کننده ولتاژ را به طور کامل در نظر گرفت و تحلیل کرد.

4. تحلیل حالت‌های اتصال تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان در آزمون‌های معمولی

در کل آزمون تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان، حالت اتصال یک پیوند کلیدی و مهم در کل تبدیل‌کننده ولتاژ است و ما باید آن را تحلیل کنیم تا ایمنی و پایداری کل آزمون را تضمین کنیم.

4.1 اتصال تک‌سیم

این یک حالت اتصال است که از یک 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 حالت اتصال V-V

حالت اتصال V-V به اتصال دو تبدیل‌کننده تک‌فاز به یک ساختار ناقص اشاره دارد. این حالت اتصال می‌تواند برای اندازه‌گیری بهتر ولتاژ بین فاز‌ها استفاده شود، اما نقصی نیز دارد، یعنی نمی‌تواند ولتاژ به زمین را اندازه‌گیری کند. برجسته‌تر از همه، این حالت اتصال به طور گسترده‌ای در شبکه‌های برق با ولتاژ ۲۰ کیلوولت و پایین‌تر که نقطه میانی آن‌ها به زمین متصل نیست یا با حلقه خنثی‌سازی متصل است، استفاده می‌شود.

4.3 حالت اتصال Y0-Y0

این حالت اتصال عمدتاً هر دو طرف اولیه و ثانویه تبدیل‌کننده تک‌فاز یک تبدیل‌کننده ولتاژ را به نوع Y0 متصل می‌کند. این حالت اتصال مزیت بزرگی دارد، یعنی می‌تواند برق به دستگاه‌های اندازه‌گیری و محافظ رله که نیاز به ولتاژ دارند و به دستگاه‌های نظارت عایق که نیاز به ولتاژ فازی دارند تأمین کند. معمولاً این حالت اتصال فقط در سیستم‌های ۳۵ کیلوولت و پایین‌تر استفاده می‌شود.

5. تحلیل ملاحظات در طول آزمون‌های معمولی تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان

• در طول فرآیند آزمون، قبل از آزمون رسمی تبدیل‌کننده ولتاژ، پردازش و آزمون علمی قطبیت و مقاومت عایق تبدیل‌کننده ولتاژ لازم است. این برای تضمین اینکه تبدیل‌کننده ولتاژ در طول آزمون به دلیل عوامل خارجی ضربه نخورد.

• اتصال تبدیل‌کننده ولتاژ خارج از ساختمان باید صحیح باشد. به ویژه باید توجه داشت که پیچش اولیه و مدار آزمون باید موازی باشند و پیچش ثانویه و پیچش‌های ولتاژ دستگاه‌های اندازه‌گیری و محافظ رله متصل شده باید موازی باشند. همچنین باید توجه داشت که قطبیت صحیح باشد.

• در طول آزمون، بار طرف ثانویه تبدیل‌کننده ولتاژ نباید بیش از ظرفیت اسمی مشخص شده آن باشد. اگر بیش از آن باشد، این باعث خطا بزرگ در داده‌های کل تبدیل‌کننده خواهد شد و مقادیر مورد نیاز نمی‌توانند به دست آید.

• طرف ثانویه تبدیل‌کننده ولتاژ نباید کوتاه شود. این به دلیل این است که مقاومت داخلی تبدیل‌کننده ولتاژ بسیار کم است. اگر مدار کوتاه شود، جریان بزرگی تولید می‌شود که می‌تواند آسیب بزرگی به کل تجهیزات تبدیل‌کننده ولتاژ وارد کند. در شرایط وخیم ممکن است حتی ایمنی شخصی کارکنان آزمون را تهدید کند. علاوه بر این، اگر امکان دارد، برخی از تجهیزات محافظت و نظارت باید در طرف اولیه نصب شوند تا پایداری کل سیستم آزمون را تضمین کنند و وضعیت‌های غیر ضروری را جلوگیری کنند.

• برای تضمین بهتر اندازه‌گیری‌های مربوطه و ایمنی کارکنان آزمون، پیچش ثانویه باید در طول آزمایش در یک نقطه به زمین متصل شود. مزیت این امر این است که حتی اگر آسیب عایق رخ دهد، می‌توان به خوبی ایمنی مالی و شخصی را تضمین کرد.

6. نتیجه‌گیری

از طریق تحلیل آزمون تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان، روش‌های آزمون نسبتاً کامل و علمی و ملاحظات لازم تدوین شده‌اند. واقعاً اطمینان حاصل می‌کند که کل آزمون به طور عادی پیش می‌رود، ایمنی تجهیزات و کارکنان را محافظت می‌کند و پایه‌ای مطمئن برای استفاده تبدیل‌کننده‌های ولتاژ خارج از ساختمان در زمینه تأمین برق فراهم می‌کند تا ارزش آن‌ها به حداکثر برسد.