17 پرسش رایج درباره ترانسفورماتورهای برق

۱ چرا باید هسته ترانسفورماتور زمین شود؟
در طی عملکرد معمول ترانسفورماتورهای قدرت، هسته باید دارای یک اتصال زمین مطمئن باشد. بدون زمین شدن، ولتاژ شناور بین هسته و زمین موجب تخریب و درخشانی متناوب خواهد شد. زمین شدن یک نقطه ای موجب حذف احتمال ولتاژ شناور در هسته می‌شود. با این حال، وقتی دو یا چند نقطه زمین شدن وجود دارد، پتانسیل‌های نامساوی بین بخش‌های هسته جریان‌های دوره‌ای بین نقاط زمین شدن را ایجاد می‌کنند که موجب گرم شدن خطاها چند نقطه‌ای می‌شود. خطاها در زمین شدن هسته می‌توانند منجر به گرم شدن محلی شوند. در موارد شدید، دما در هسته به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و آژانس گاز سبک را فعال می‌کند و ممکن است محافظ گاز سنگین را نیز فعال کند. بخش‌های ذوب شده هسته کوتاه مدار بین لایه‌ها را ایجاد می‌کنند که باعث افزایش ضریب هسته و تاثیرات جدی بر عملکرد و عملیات ترانسفورماتور می‌شود، گاهی نیاز به تعویض صفحات فولاد سیلیکون هسته دارد. بنابراین، هسته‌های ترانسفورماتور باید دقیقاً یک نقطه زمین شدن داشته باشند - نه بیشتر و نه کمتر.

۲ چرا از صفحات فولاد سیلیکون برای هسته ترانسفورماتور استفاده می‌شود؟
هسته‌های معمولی ترانسفورماتور از صفحات فولاد سیلیکون ساخته شده‌اند. فولاد سیلیکون شامل سیلیکون (همچنین به عنوان شن شناخته می‌شود) در حد ۰.۸-۴.۸٪ است. فولاد سیلیکون به دلیل خصوصیات مغناطیسی عالی خود و توانایی تولید چگالی مغناطیسی بالا در سیم‌پیچ‌های تحریک شده استفاده می‌شود که به کوچکتر شدن اندازه ترانسفورماتور کمک می‌کند. ترانسفورماتورها همیشه در شرایط AC عمل می‌کنند، با تلفات قدرت که نه تنها در مقاومت سیم‌پیچ‌ها بلکه در هسته تحت مغناطیسی شدن متناوب نیز اتفاق می‌افتد. تلفات قدرت در هسته "تلفات آهن" نامیده می‌شود که شامل "تلفات دیرگیری" و "تلفات گردشی" است. تلفات دیرگیری در طی مغناطیسی شدن به دلیل دیرگیری مغناطیسی اتفاق می‌افتد، با تلفات متناسب با مساحت حلقه دیرگیری مواد. فولاد سیلیکون دارای حلقه دیرگیری باریک است که منجر به کاهش تلفات دیرگیری و گرم شدن کمتر می‌شود.

اگر فولاد سیلیکون این مزایا را دارد، چرا از بلاک‌های جامد استفاده نمی‌شود؟ زیرا هسته‌های لایه‌ای نوع دیگری از تلفات آهن - تلفات گردشی را کاهش می‌دهند. در طی عملکرد، جریان متناوب در سیم‌پیچ‌ها چگالی مغناطیسی متناوب ایجاد می‌کند که جریان‌های القایی در هسته را القا می‌کند. این جریان‌های القایی در حلقه‌های بسته عمود بر جهت چگالی مغناطیسی جریان می‌یابند و گردشی‌ها را تشکیل می‌دهند که گرم شدن را ایجاد می‌کنند. برای کاهش تلفات گردشی، هسته‌های ترانسفورماتور از صفحات فولاد سیلیکون جدا شده استفاده می‌کنند که با یکدیگر پشت سر هم قرار می‌گیرند و مسیر گردشی‌ها را از طریق مسیرهای باریک با مقطع کوچک‌تر مجبور می‌کنند تا مقاومت را افزایش دهند. علاوه بر این، سیلیکون در فولاد مقاومت الکتریکی را افزایش می‌دهد و گردشی‌ها را کاهش می‌دهد. معمولاً از صفحات فولاد سیلیکون با ضخامت ۰.۳۵ میلی‌متر سرد شده استفاده می‌شود که به اندازه و به شکل "E-I" یا "C" قطع می‌شوند. نظریا، صفحات رقیق‌تر و نوارهای باریک‌تر گردشی‌ها را بهتر کاهش می‌دهند. این کار تلفات گردشی را کاهش می‌دهد، افزایش دما را کاهش می‌دهد و مواد را صرفه‌جویی می‌کند. با این حال، تولید عملی هسته موارد مختلفی را در نظر می‌گیرد - صفحات بسیار رقیق می‌توانند هزینه‌های کار را به طور قابل توجهی افزایش دهند و مساحت مؤثر مقطع هسته را کاهش دهند. بنابراین، ابعاد صفحات فولاد سیلیکون برای هسته‌های ترانسفورماتور باید متعادل باشند تا طراحی بهینه را بدست آورد.

۳ محدوده حفاظت بخارتز (حفاظت گاز) چیست؟

• کوتاه مدارهای چند فازی داخلی ترانسفورماتور
• کوتاه مدار بین لپ‌ها، کوتاه مدار بین سیم‌پیچ‌ها و هسته یا ظرف
• خطاهای هسته
• کاهش سطح روغن یا نشت روغن
• تماس ضعیف در تغییرات تاپ یا لحیم‌کاری ضعیف رسانه‌ها

۴ تفاوت‌های حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور اصلی و حفاظت بخارتز چیست؟

• حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور اصلی بر اساس اصول جریان چرخان عمل می‌کند، در حالی که حفاظت بخارتز بر اساس تولید گاز در خطاهای داخلی ترانسفورماتور عمل می‌کند.
• حفاظت دیفرانسیل به عنوان حفاظت اصلی ترانسفورماتور عمل می‌کند، در حالی که حفاظت بخارتز به عنوان حفاظت اصلی برای خطاهای داخلی ترانسفورماتور عمل می‌کند.
• محدوده‌های حفاظت متفاوت هستند:
  الف) حفاظت دیفرانسیل شامل:
  • کوتاه مدارهای چند فازی در سیم‌های اصلی و سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور
  • کوتاه مدارهای تک فازی شدید بین لپ‌ها
  • خطاهای زمینی در سیم‌پیچ‌ها و سیم‌های اصلی در سیستم‌های زمین‌شدن با جریان بالا
• ب) حفاظت بخارتز شامل:
• • کوتاه مدارهای چند فازی داخلی ترانسفورماتور
  • کوتاه مدار بین لپ‌ها، کوتاه مدار بین لپ‌ها و هسته یا ظرف
  • خطاهای هسته (آسیب گرم شدن)
  • کاهش سطح روغن یا نشت روغن
  • تماس ضعیف در تغییرات تاپ یا لحیم‌کاری ضعیف رسانه‌ها

۵ چگونه با خطاهای سیستم خنک‌ساز ترانسفورماتور اصلی مقابله کنیم؟

• وقتی تأمین برق برای بخش‌های I و II سیستم خنک‌ساز از دست رفته باشد، سیگنال "شکست برق ۱، ۲" ظاهر می‌شود و مدار قطع کامل سیستم خنک‌ساز ترانسفورماتور اصلی فعال می‌شود. فوراً به مرکز کنترل گزارش دهید و این حفاظت را غیرفعال کنید.
• اگر در طی عملکرد تغییر بین تأمین برق I و II شکست بخورد، نشانه "توقف کامل سیستم خنک‌ساز" روشن می‌شود و مدار قطع کامل سیستم خنک‌ساز ترانسفورماتور اصلی فعال می‌شود. فوراً به مرکز کنترل گزارش دهید تا این حفاظت را غیرفعال کنید و سریعاً تغییر دستی انجام دهید. اگر کنتاکتورهای KM1 یا KM2 خراب شده باشند، تحریک اجباری را انجام ندهید.
• وقتی هر مدار خنک‌ساز واحدی خراب شود، مدار خراب را جدا کنید.

6 زمانی که ترانسفورماتورهایی که شرایط عملیات موازی را برآورده نمی‌کنند، به صورت موازی عمل می‌کنند، چه پیامدهایی ایجاد می‌شود؟
هنگامی که ترانسفورماتورهایی با نسبت‌های تبدیل متفاوت به صورت موازی عمل می‌کنند، جریان‌های دورگرد درون آنها ایجاد می‌شود که تأثیر منفی بر ظرفیت خروجی ترانسفورماتور دارد. هنگامی که ترانسفورماتورهایی با مقادیر متفاوت از امپدانس درصدی به صورت موازی عمل می‌کنند، بارها به طور صحیح بر اساس نسبت ظرفیت ترانسفورماتورها تقسیم نمی‌شوند و این موجب تأثیر منفی بر ظرفیت خروجی می‌شود. هنگامی که ترانسفورماتورهایی با گروه‌های اتصال متفاوت به صورت موازی عمل می‌کنند، کهرباگیری در ترانسفورماتورها ایجاد می‌شود.

7 علل صدای غیرعادی در ترانسفورماتورها چیست؟

• بیش‌باری
• ارتباط ضعیف داخلی که موجب ایجاد قوس الکتریکی می‌شود
• آزادی اجزای فردی
• زمین‌گذاری یا کهرباگیری در سیستم
• شروع موتورهای بزرگ که موجب نوسانات بار قابل توجه می‌شود

8 در چه مواقعی تنظیم دستگاه تغییر تاپ ترانسفورماتور با تغییر تاپ تحت بار نباید انجام شود؟

• در حین عملیات بیش‌باری ترانسفورماتور (به استثنای شرایط خاص)
• وقتی محافظ گاز سبک تغییر تاپ تحت بار به طور مکرر فعال می‌شود
• وقتی نمایشگر روغن تغییر تاپ تحت بار نشان می‌دهد که روغن ندارد
• وقتی تعداد تغییرات تاپ از حد تعیین شده بیشتر می‌شود
• وقتی دستگاه تغییر تاپ نشانه‌های ناهماهنگی دارد

9 مقادیر اسمی روی صفحه مشخصات ترانسفورماتور چه معنا دارند؟
مقادیر اسمی ترانسفورماتور، مشخصاتی هستند که توسط سازنده برای عملیات عادی ترانسفورماتور تعیین می‌شوند. عملیات در این محدوده مقادیر اسمی تضمین می‌کند که ترانسفورماتور به طور مداوم و با عملکرد خوب عمل کند. مقادیر اسمی شامل:

• ظرفیت اسمی: توان تحویلی تضمین شده تحت شرایط اسمی که به ولت آمپر (VA)، کیلوولت آمپر (kVA) یا مگاولت آمپر (MVA) بیان می‌شود. به دلیل کارایی بالای ترانسفورماتورها، ظرفیت اسمی لایه‌های اولیه و ثانویه معمولاً یکسان طراحی می‌شود.
• ولتاژ اسمی: ولتاژ ترمینال تضمین شده تحت شرایط بدون بار که به ولت (V) یا کیلوولت (kV) بیان می‌شود. مگر اینکه به طور متفاوت مشخص شود، ولتاژ اسمی به ولتاژ خط اشاره دارد.
• جریان اسمی: جریان خط محاسبه شده از ظرفیت اسمی و ولتاژ اسمی که به آمپر (A) بیان می‌شود.
• جریان بدون بار: جریان تحریک به عنوان درصدی از جریان اسمی در حین عملیات بدون بار.
• تلفات کوتاه‌مدار: تلفات توان فعال وقتی یک لایه کوتاه‌مدار شده و ولتاژ به لایه دیگر اعمال می‌شود تا جریان اسمی در هر دو لایه به دست آید، که به وات (W) یا کیلووات (kW) بیان می‌شود.
• تلفات بدون بار: تلفات توان فعال در حین عملیات بدون بار که به وات (W) یا کیلووات (kW) بیان می‌شود.
• ولتاژ کوتاه‌مدار: همچنین ولتاژ امپدانس نامیده می‌شود، درصد ولتاژ اعمال شده به ولتاژ اسمی وقتی یک لایه کوتاه‌مدار شده و لایه دیگر جریان اسمی را منتقل می‌کند.
• گروه اتصال: نشان‌دهنده روش‌های اتصال لایه‌های اولیه و ثانویه و اختلاف فاز بین ولتاژ‌های خط، که با نماد ساعت بیان می‌شود.

10 چرا وارتوبرهای منبع جریان نیاز به ظرفیت ترانسفورماتور بزرگتری دارند؟
طراحی ترانسفورماتور معمولاً ظرفیت اسمی را در نظر می‌گیرد نه توان اسمی، زیرا جریان فقط با ظرفیت اسمی مرتبط است. برای وارتوبرهای منبع ولتاژ، عامل توان ورودی نزدیک به ۱ است، بنابراین ظرفیت اسمی و توان اسمی تقریباً برابر هستند. وارتوبرهای منبع جریان متفاوت هستند - عامل توان ورودی ترانسفورماتور آنها حداکثر برابر با عامل توان موتور القایی بار است. بنابراین، برای همان موتور بار، ظرفیت اسمی باید بزرگتر از ترانسفورماتورهای مورد استفاده با وارتوبرهای منبع ولتاژ باشد.

11 چه عواملی ظرفیت ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار می‌دهند؟
انتخاب هسته مرتبط با ولتاژ است، در حالی که انتخاب هادی مرتبط با جریان است - ضخامت هادی مستقیماً تولید گرما را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عبارت دیگر، ظرفیت ترانسفورماتور فقط با تولید گرما مرتبط است. برای یک ترانسفورماتور خوب طراحی شده که در شرایط تخلیه حرارتی ضعیف عمل می‌کند، واحد ۱۰۰۰ kVA ممکن است با تخلیه حرارتی بهبود یافته در ۱۲۵۰ kVA عمل کند. علاوه بر این، ظرفیت اسمی مرتبط با افزایش دمای مجاز است. برای مثال، ترانسفورماتور ۱۰۰۰ kVA با افزایش دمای مجاز ۱۰۰K ممکن است ظرفیت ۱۰۰۰ kVA را در شرایط خاص با افزایش دمای ۱۲۰K تجاوز کند. این نشان می‌دهد که بهبود شرایط تخلیه حرارتی ترانسفورماتور می‌تواند ظرفیت اسمی آن را افزایش دهد. به طور معکوس، برای وارتوبری با ظرفیت یکسان، اندازه جعبه ترانسفورماتور را می‌توان کاهش داد.

12 چگونه کارایی ترانسفورماتور را بهبود بخشید؟

• هر وقت که ممکن است، ترانسفورماترهای صرفه‌جویی در انرژی با ضریب زیان پایین و کارایی بالا را انتخاب کنید
• ظرفیت ترانسفرماتر را بر اساس شرایط بار مناسب انتخاب کنید
• فاکتور بار متوسط ترانسفورماتر را بالاتر از ۷۰٪ نگه دارید
• در صورتی که فاکتور بار متوسط به طور مداوم زیر ۳۰٪ باشد، در نظر بگیرید ترانسفورماترهای با ظرفیت کوچکتر جایگزین شوند
• فاکتور توان بار را بهبود بخشید تا توانایی ترانسفورماتر در ارسال توان فعال افزایش یابد
• بارها را به گونه‌ای تنظیم کنید که تعداد ترانسفورماترهای در حال عملکرد کمینه شود

۱۳ چرا باید تبدیل فنی سریع ترانسفورماترهای توزیع با مصرف انرژی بالا انجام شود؟
ترانسفورماترهای توزیع با مصرف انرژی بالا عمدتاً به ترانسفورماترهای سری SJ، SJL، SL7، S7 اشاره دارد که زیان‌های آهن و مس آن‌ها بسیار بیشتر از ترانسفورماترهای سری S9 که در حال حاضر گسترده هستند، است. به عنوان مثال، در مقایسه با S9، S7 دارای زیان آهن ۱۱٪ بیشتر و زیان مس ۲۸٪ بیشتر است. ترانسفورماترهای جدیدتر مانند S10 و S11 حتی کاراتر از S9 هستند، در حالی که ترانسفورماترهای آلیاژی بی‌آرایه دارای زیان آهن معادل تنها ۲۰٪ ترانسفورماترهای S7 هستند. ترانسفورماترهای معمولاً عمر خدمت چند دهه دارند. جایگزینی ترانسفورماترهای با مصرف انرژی بالا با مدل‌های کارا نه تنها کارایی تبدیل انرژی را بهبود می‌بخشد بلکه در طول عمر آن‌ها صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف برق را نیز به دست می‌آورد.

۱۴ چیست جریان واگرایی؟ چه آسیب‌هایی توسط جریان واگرایی وارد می‌شود؟
وقتی جریان متناوب از یک رسانا عبور می‌کند، میدان مغناطیسی متناوبی در اطراف رسانا ایجاد می‌کند. این میدان متناوب جریان‌های القایی در داخل رساناهای جامد ایجاد می‌کند. چون این جریان‌های القایی دورهای بسته‌ای را در داخل رسانا تشکیل می‌دهند مشابه با گرداب‌های آب، آن‌ها را جریان‌های واگرایی می‌نامند. جریان‌های واگرایی نه تنها انرژی الکتریکی را تلف می‌کنند و کارایی تجهیزات را کاهش می‌دهند بلکه گرم شدن دستگاه‌های الکتریکی (مانند هسته ترانسفورماتر) را نیز ایجاد می‌کنند که در شرایط وخیم می‌تواند عملکرد عادی تجهیزات را تحت تأثیر قرار دهد.

۱۵ چرا حفاظت لحظه‌ای ترانسفورماتر باید از جریان کوتاه‌مداری ولتاژ پایین اجتناب کند؟
این موضوع عمدتاً به انتخابی بودن عملکرد حفاظت رله‌ای مربوط می‌شود. حفاظت لحظه‌ای سمت ولتاژ بالا عمدتاً برای محافظت از خطاهای خارجی شدید ترانسفورماتر است. در زمان تنظیم، اگر حفاظت از بزرگترین جریان کوتاه‌مداری در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتر اجتناب نکند، محدوده حفاظت تا خطوط خروجی ولتاژ پایین گسترش می‌یابد چون مقادیر جریان کوتاه‌مداری در محدوده کوتاه نزدیک به خروجی ولتاژ پایین تغییر قابل توجهی نمی‌کنند. این امر انتخابی بودن را کاهش می‌دهد. در حالی که حفاظت غیر انتخابی قابل اعتماد‌تر است، اما ایجاد ناخوشایندی‌های عملیاتی می‌کند. به عنوان مثال، بسیاری از پارک‌های صنعتی دارای اتاق‌های توزیع اصلی ۱۰kV (بار ۱۰kV + شکن‌های خروجی) هستند، با این حال هر کارخانه دارای حلقه‌های توزیع ولتاژ پایین (واحد‌های حلقه اصلی + ترانسفورماتر) است. اگر شکن‌ها از بزرگترین جریان کوتاه‌مداری در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتر اجتناب نکنند، شکن‌های اصلی ولتاژ پایین (بار شکن واحد حلقه اصلی) و شکن‌های ولتاژ بالا هر دو عمل می‌کنند که باعث ناخوشایندی‌های عملیاتی می‌شود.

۱۶ چرا دو ترانسفورماتر موازی نمی‌توانند همزمان نقاط میانی خود را به زمین متصل کنند؟
در سیستم‌های با جریان بالا، برای رضایت از نیازمندی‌های هماهنگی حساسیت حفاظت رله‌ای، بعضی از ترانسفورماترهای اصلی باید به زمین متصل شوند در حالی که دیگران بدون زمین باقی می‌مانند. در یک ایستگاه با دو ترانسفورماتر اصلی، عدم زمین کردن هر دو نقطه میانی به طور همزمان عمدتاً به هماهنگی حفاظت جریان صفر و ولتاژ صفر می‌پردازد. در زیراستانس‌هایی با چندین ترانسفورماتر موازی، معمولاً بعضی از نقاط میانی ترانسفورماترها به زمین متصل می‌شوند در حالی که دیگران بدون زمین باقی می‌مانند. این کار جریان خطا را به سطح منطقی محدود می‌کند و تأثیر تغییرات مد عملیاتی بر مقدار و توزیع جریان‌های صفر در شبکه را کاهش می‌دهد، که بهبود حساسیت سیستم‌های حفاظت جریان صفر را میسر می‌کند.

۱۷ چرا قبل از به کار گیری ترانسفورماترهای نصب شده یا تعمیر شده، تست‌های بسته‌بندی ضربه‌ای انجام می‌شود؟
قطع ترانسفورماتر باردار از شبکه باعث ایجاد ولتاژ‌های تغییراتی می‌شود. در سیستم‌های زمین‌بندی با جریان کم، این ولتاژ‌ها می‌توانند ۳-۴ برابر ولتاژ فازی مجاز باشند؛ در سیستم‌های زمین‌بندی با جریان بالا، می‌توانند ۳ برابر ولتاژ فازی مجاز باشند. بنابراین، برای تأیید اینکه عایق ترانسفورماتر می‌تواند ولتاژ مجاز و ولتاژ‌های تغییراتی عملیاتی را تحمل کند، قبل از به کار گیری باید چندین تست بسته‌بندی ضربه‌ای انجام شود. علاوه بر این، تغذیه ترانسفورماتر باردار باعث ایجاد جریان‌های مغناطیسی می‌شود که می‌تواند ۶-۸ برابر جریان مجاز باشد. چون جریان‌های مغناطیسی نیروهای الکترومغناطیسی قابل توجهی ایجاد می‌کنند، تست‌های بسته‌بندی ضربه‌ای نیز به تأیید قدرت مکانیکی ترانسفورماتر و اینکه آیا حفاظت رله‌ای ممکن است عمل نادرستی انجام دهد یا خیر، می‌پردازند.