څه چې د بیرونی ولټیج ترانسفورمرانو روتیني تیستونه دي؟

1. مقدمه

ترانسفورماتر های ولتاژ خارجی تجهیزات کلیدی برای تضمین امنیت دستگاه های برقی هستند. نیاز به تحلیل آزمایش علمی و جامع برای جلوگیری از خطرات و زیان های مالکیتی ناشی از عملکرد نامناسب وجود دارد. تحلیل آزمایش می تواند راهنمایی در تدوین استراتژی ها و احتیاط های عملیاتی، تضمین عملکرد پایدار تجهیزات و حداکثرسازی فواید اقتصادی و اجتماعی باشد.

2. مفهوم ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی

ترانسفورماتر ولتاژ خارجی اساساً یک ترانسفورماتر پله‌دار خارجی است که عملکرد اصلی آن جدا کردن برق با ولتاژ بالا است:

• تبدیل برق با ولتاژ بالا به ولتاژ ثانویه 100V یا کمتر به نسبت برای تأمین نیاز اندازه گیری و محافظت الکترومغناطیسی.

• استفاده برای کنترل/نظارت خروجی خط در نیروگاه ها و زیرстанسیون ها، و همچنین تسویه حساب بین شبکه برق و مشترکان، و بین نیروگاه ها و ایستگاه ها.
  این دارای ارزش و قابلیت استفاده بالایی است و نیاز به استفاده مناسب دارد تا ارزش آن به حداکثر برسد.

2.1 روش های آزمایش و اصول کاری

روش اتصال معکوس اغلب برای آزمایش ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی استفاده می شود. روش اتصال معکوس میزان تانژانت زاویه ضرر دی الکتریکی عایق سه بخش زیر را تشخیص می دهد:

• عایق بین صفحه الکتریکی اولیه (طرف X) و لپ های ثانویه و ثالث.

• عایق بین لپ اولیه و انتهای لپ های ثانویه و ثالث.

• عایق بین پشتیبان عایق و زمین.

2.2 تحلیل نقصانات روش اتصال معکوس

روش اتصال معکوس سه نقص دارد:

• محدودیت اندازه گیری: عموماً تانژانت زاویه ضرر دی الکتریکی عایق بین صفحه الکتریکی اولیه و لپ های ثانویه و ثالث را نشان می دهد. چون ظرفیت این بخش 1000pF می باشد که بسیار بیشتر از دو بخش دیگر (ده ها پیکوفاراد) است، دشوار است تغییرات زاویه ضرر دی الکتریکی دو بخش بعدی را نشان دهد.

• ولتاژ آزمایش پایین: سطح عایق بندی سمت زمین لپ با ولتاژ بالا ترانسفورماتر ولتاژ کاسکادی پایین است. ولتاژ آزمایش طراحی شده توسط سازنده 2000V است و معمولاً فقط 1600V در آزمایش های پیشگیرانه (برخی واحدها 2500 - 3000V استفاده کرده اند. اگرچه می تواند ورود آب و رطوبت را تشخیص دهد، ولتاژ کلی نسبتاً پایین است که حساسیت اندازه گیری پل را تحت تاثیر قرار می دهد).

• تشویه مداخله: آلودگی صفحه کنترل و لوله سرامیک کوچک خروجی از طرف X خطا اندازه گیری را افزایش می دهد. اگرچه می توان از روش اتصال مستقیم برای کاهش تاثیر (روش اتصال مستقیم نیز تانژانت زاویه ضرر دی الکتریکی بین صفحه الکتریکی اولیه و لپ های ثانویه و ثالث را اندازه گیری می کند) استفاده کرد، اما خطا اندازه گیری روش اتصال مستقیم خود نیز بزرگ است.

به طور دقیق، ترانسفورماترهای ولتاژ و ترانسفورماترهای قدرت در اصول کاری تقریباً یکسان هستند. ساختار اساسی آنها شامل سه بخش است: هسته آهن، لپ اولیه و لپ ثانویه. ترانسفورماتر قدرت اصلی وظیفه انتقال انرژی الکتریکی دارد، بنابراین معمولاً ظرفیت بزرگی دارد. ترانسفورماتر ولتاژ اصلی وظیفه تغییر ولتاژ دارد، تأمین برق برای دستگاه های اندازه گیری و دستگاه های محافظ الکترومغناطیسی، و اندازه گیری ولتاژ، قدرت و انرژی الکتریکی در مدار. باید توجه داشت که ترانسفورماترهای ولتاژ نیز می توانند تجزیه و تحلیل و نظارت بر خطاها در خطوط را انجام دهند. این عوامل تعیین می کنند که ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی ظرفیت نسبتاً کوچکی دارند. معمولاً ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی در شرایط بدون بار کار می کنند. نمودار تحلیل اصول کاری ترانسفورماتر ولتاژ در شکل 1 نشان داده شده است.

همانطور که از نمودار مشخص است، لپ با ولتاژ بالای یک ترانسفورماتر ولتاژ موازی با مدارهای مربوطه در مدار اولیه است. ولتاژ ثانویه متناسب با ولتاژ اولیه و مقدار آن را منعکس می کند. نسبت ولتاژ اسمی لپ های اولیه و ثانویه نسبت تبدیل اسمی است، معمولاً K_n = U₁/U₂. همچنین، لپ اولیه موازی در مدار اولیه است، بنابراین سمت ثانویه نمی تواند کوتاه شود - کوتاه شدن یک جریان قوی ایجاد می کند که ترانسفورماتر را خراب می کند و در موارد شدید خط را معلول می کند. به طور مشابه، در آزمایش ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی، برای جلوگیری از ولتاژ بسیار بالا یا پایین، لپ ثانویه، هسته و پوشش را به زمین متصل کنید. این اطمینان می دهد که ترانسفورماتر و تجهیزات خارجی حتی اگر حوادثی رخ دهند، ایمن بمانند.

3. طبقه بندی ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی

• طبقه بندی شده بر اساس اصول کاری ترانسفورماترهای ولتاژ: ترانسفورماترهای ولتاژ الکترومغناطیسی و ترانسفورماترهای ولتاژ خازنی.

• طبقه بندی شده بر اساس ویژگی های شرایط کاری خاص خارجی: ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی معمولی و ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی ویژه.

• طبقه بندی شده بر اساس تعداد فاز ترانسفورماترهای ولتاژ: نوع یک فاز و نوع سه فاز. به طور کلی، ترانسفورماتر ولتاژ یک فاز به این معناست که می تواند برای هر سطح ولتاژی ساخته شود و می تواند تبدیل مورد نیاز را در شرایط مختلف انجام دهد تا تمام تغییرات مورد نیاز را تأمین کند؛ در حالی که ترانسفورماتر ولتاژ سه فاز محدود به سطوح ولتاژ 10 kV و پایین تر است.هرچند این نوع ترانسفورماتر ولتاژ به میزان قابل توجهی محدودیت هایی دارد، اما در شرایط خاص نسبتاً مناسب است برای ایفا کردن ارزش و نقش خود.

• طبقه بندی شده بر اساس تعداد لپ های ترانسفورماترهای ولتاژ: نوع ترکیبی دو لپ و نوع ترکیبی سه لپ.

• طبقه بندی شده بر اساس ساختار عایق: نوع خشک، نوع پلاستیک پور شده، نوع گاز پر شده و نوع روغنی. البته، در مورد چه نوع ترانسفورماتر ولتاژ خارجی باید استفاده شود، باید محیط کاری و ویژگی های واقعی کل ترانسفورماتر ولتاژ را به طور کامل در نظر گرفت و تحلیل خاص انجام داد.

4. تحلیل حالت های اتصال ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی در آزمایش های معمولی

در آزمایش کلی ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی، حالت اتصال یکی از لینک های کلیدی و مهم در کل ترانسفورماتر ولتاژ است و ما نیاز داریم آن را تحلیل کنیم تا امنیت و پایداری کل آزمایش را تضمین کنیم.

4.1 اتصال تک سیم

این یک حالت اتصال است که از یک ترانسفورماتر ولتاژ یک فاز برای اندازه گیری ولتاژ یک فاز خاص به زمین یا ولتاژ بین فازها استفاده می کند. روش اتصال این ترانسفورماتر ولتاژ عمدتاً برای مدارهای سه فاز نسبتاً متقارن استفاده می شود.

4.2 حالت اتصال V-V

حالت اتصال V-V به اتصال دو ترانسفورماتر یک فاز به یک ساختار ناقص اشاره دارد. این حالت اتصال می تواند برای اندازه گیری بهتر ولتاژ بین فازها استفاده شود، اما نقصی نیز دارد، یعنی نمی تواند ولتاژ به زمین را اندازه گیری کند. به طور قابل توجهی، این حالت اتصال در شبکه های برق با ولتاژ 20 kV و پایین تر که نقطه محاوره ناشدید یا کمان کش استفاده می شود.

4.3 حالت اتصال Y0-Y0

این حالت اتصال عمدتاً هر دو سمت اولیه و ثانویه ترانسفورماتر یک فاز یک ترانسفورماتر ولتاژ را به نوع Y0 متصل می کند. این حالت اتصال مزیت بزرگی دارد، یعنی می تواند به دستگاه های اندازه گیری و محافظانی که نیاز به ولتاژ دارند و به دستگاه های نظارت عایق که نیاز به ولتاژ فازی دارند برق بدهد. معمولاً این حالت اتصال فقط در سیستم های زیر 35 kV استفاده می شود.

5 تحلیل احتیاط ها در طول آزمایش های معمولی ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی

• در طول فرآیند آزمایش، قبل از آزمایش رسمی ترانسفورماتر ولتاژ، نیاز به درمان و آزمایش علمی قطبیت و مقاومت عایق ترانسفورماتر ولتاژ است. این برای تضمین این است که ترانسفورماتر ولتاژ در طول آزمایش به دلیل عوامل خارجی خسارات غیر ضروری نخواهد دید.

• اتصال ترانسفورماتر ولتاژ خارجی باید صحیح باشد. به ویژه باید توجه داشت که لپ اولیه و مدار تحت آزمایش باید به صورت موازی متصل شوند و لپ ثانویه و لپ های ولتاژ دستگاه های اندازه گیری و محافظ های الکترومغناطیسی متصل شده باید به صورت موازی باشند. همچنین باید توجه داشت که صحیح بودن قطبیت نیز تضمین شود.

• در طول آزمایش، بار سمت ثانویه ترانسفورماتر ولتاژ نباید بیش از ظرفیت اسمی مشخص شده آن در شرایط عادی باشد. اگر از آن عبور کند، این منجر به خطا بزرگ داده های کل ترانسفورماتر خواهد شد و مقادیر مورد نیاز نرمال نمی تواند بدست آید.

• سمت ثانویه ترانسفورماتر ولتاژ نمی تواند کوتاه شود. این به این دلیل است که مقاومت داخلی ترانسفورماتر ولتاژ بسیار کم است. اگر مدار کوتاه شود، جریان بزرگی ایجاد می شود که موجب آسیب بزرگ به کل تجهیزات ترانسفورماتر ولتاژ خواهد شد. در موارد شدید، ممکن است حتی تهدید شخصی امنیت کارکنان آزمایش را ایجاد کند. علاوه بر این، اگر امکان دارد، باید برخی دستگاه های محافظ و نظارت بر سمت اولیه نصب شود تا پایداری کل سیستم آزمایشی تضمین شود و وضعیت های غیر ضروری جلوگیری شود.

• برای بهتر تضمین اندازه گیری آزمایش های مربوطه و امنیت کارکنان آزمایشی، لپ ثانویه باید در طول آزمایش در یک نقطه به زمین متصل شود. مزیت این امر این است که حتی اگر آسیب عایق رخ دهد، می توان به خوبی امنیت مالکیت و شخصی را تضمین کرد.

6 نتیجه گیری

از طریق تحلیل آزمایش ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی، روش های آزمایش نسبتاً کامل و علمی و احتیاط هایی تدوین شده اند. واقعاً اطمینان حاصل می شود که کل آزمایش به طور عادی پیش می رود، امنیت تجهیزات و کارکنان تضمین شود و پایه ای قابل اعتماد برای کاربرد ترانسفورماترهای ولتاژ خارجی در زمینه تأمین برق فراهم شود تا ارزش آنها به حداکثر برسد.