۱۷ سوال رایج درباره ترانسفورماتورهای قدرت

۱ چرا هسته ترانسفورماتور باید به زمین متصل شود؟
در حالت عادی کارکرد ترانسفورماتورهای قدرت، هسته باید دارای یک اتصال زمین قابل اعتماد باشد. در صورت عدم اتصال به زمین، ولتاژ شناور بین هسته و زمین ایجاد شده و منجر به تخلیه قطع‌قطع جرقه می‌شود. اتصال تک‌نقطه‌ای به زمین از ایجاد پتانسیل شناور در هسته جلوگیری می‌کند. با این حال، در صورت وجود دو یا چند نقطه اتصال به زمین، اختلاف پتانسیل نامساوی بین بخش‌های هسته، جریان‌های گردابی را بین نقاط اتصال به زمین ایجاد می‌کند و باعث ایجاد خطا در گرمایش به دلیل اتصال چندنقطه‌ای به زمین می‌شود. خطاهای اتصال هسته به زمین می‌تواند منجر به گرمایش محلی شود. در موارد شدید، دمای هسته به‌طور قابل توجهی افزایش یافته، باعث فعال شدن آلارم گاز سبک و در نهایت ممکن است منجر به عملکرد محافظت گاز سنگین و قطع شدن ترانسفورماتور شود. ذوب شدن بخش‌های هسته باعث ایجاد اتصال کوتاه بین ورقه‌ها شده، تلفات هسته را افزایش داده و عملکرد و کارکرد ترانسفورماتور را به‌طور جدی تحت تأثیر قرار می‌دهد و گاهی اوقات نیاز به تعویض ورقه‌های فولاد سیلیکونی هسته دارد. بنابراین، هسته ترانسفورماتور باید دقیقاً دارای یک نقطه اتصال به زمین باشد—نه بیشتر و نه کمتر.

۲ چرا از ورقه‌های فولاد سیلیکونی برای هسته ترانسفورماتور استفاده می‌شود؟
هسته ترانسفورماتورهای متداول از ورقه‌های فولاد سیلیکونی ساخته می‌شوند. فولاد سیلیکونی، فولادی است که حاوی سیلیکون (که به آن سیلیس نیز گفته می‌شود) در محدوده ۰٫۸ تا ۴٫۸ درصد است. از فولاد سیلیکونی به دلیل خواص مغناطیسی عالی آن استفاده می‌شود و می‌تواند چگالی شار مغناطیسی بالایی در سیم‌پیچ‌های تحت ولتاژ ایجاد کند که این امر امکان طراحی ترانسفورماتورهای کوچک‌تر را فراهم می‌آورد. ترانسفورماتورها همواره در شرایط جریان متناوب کار می‌کنند و تلفات توان نه تنها در مقاومت سیم‌پیچ‌ها بلکه در هسته نیز تحت مغناطیس‌شدن متناوب رخ می‌دهد. تلفات توان در هسته به عنوان "تلفات آهنی" شناخته می‌شوند و شامل "تلفات هیسترزیس" و "تلفات جریان گردابی" می‌باشند. تلفات هیسترزیس در حین مغناطیس‌شدن به دلیل هیسترزیس مغناطیسی رخ داده و مقدار آن متناسب با مساحت محصور در حلقه هیسترزیس ماده است. فولاد سیلیکونی دارای حلقه هیسترزیس باریکی است که منجر به تلفات هیسترزیس پایین‌تر و گرمایش کمتر می‌شود.

اگر فولاد سیلیکونی این مزایا را دارد، چرا از بلوک‌های جامد استفاده نمی‌شود؟ زیرا هسته‌های ورقه‌ای نوع دیگری از تلفات آهنی — یعنی تلفات جریان گردابی — را کاهش می‌دهند. در حین کارکرد، جریان متناوب در سیم‌پیچ‌ها، شار مغناطیسی متناوبی ایجاد می‌کند که جریان‌های القایی در هسته ایجاد می‌کند. این جریان‌های القایی در مسیرهای بسته‌ای عمود بر جهت شار جاری بوده و جریان‌های گردابی ایجاد کرده که منجر به گرمایش می‌شوند. برای کاهش تلفات جریان گردابی، هسته ترانسفورماتور از ورقه‌های فولاد سیلیکونی عایق‌بندی‌شده تشکیل شده که روی هم قرار گرفته‌اند تا جریان‌های گردابی را مجبور به عبور از مسیرهای باریک با سطح مقطع کوچک کنند و بدین ترتیب مقاومت را افزایش دهند. علاوه بر این، سیلیکون موجود در فولاد، مقاومت ویژه را افزایش داده و جریان‌های گردابی را بیشتر کاهش می‌دهد. هسته ترانسفورماتورها معمولاً از ورقه‌های فولاد سیلیکونی نورد سرد به ضخامت ۰٫۳۵ میلی‌متر استفاده می‌کنند که به اندازه مناسب برش داده شده و به صورت "E-I" یا "C" روی هم چیده می‌شوند. از نظر تئوری، ورقه‌های نازک‌تر و نوارهای باریک‌تر کاهش بهتری در جریان‌های گردابی ایجاد می‌کنند. این امر باعث کاهش تلفات جریان گردابی، کاهش افزایش دما و صرفه‌جویی در مواد می‌شود. با این حال، در تولید عملی هسته باید عوامل متعددی در نظر گرفته شود — ورقه‌های بسیار نازک هزینه کار انسانی را به‌طور چشمگیری افزایش داده و سطح مقطع مؤثر هسته را کاهش می‌دهند. بنابراین، ابعاد ورقه‌های فولاد سیلیکونی برای هسته ترانسفورماتور باید تعادلی بین ملاحظات مختلف داشته باشد تا طراحی بهینه حاصل شود.

۳ محدوده محافظت بوخهلتس (گاز) چیست؟

• اتصال کوتاه چندفاز داخلی در ترانسفورماتور
• اتصال کوتاه بین تبدیلات، اتصال کوتاه بین سیم‌پیچ‌ها و هسته یا مخزن
• خطاهای هسته
• کاهش سطح روغن یا نشتی روغن
• تماس ضعیف در تپ چنجرها یا جوش ضعیف هادی‌ها

۴ تفاوت‌های محافظت دیفرانسیل ترانسفورماتور اصلی و محافظت بوخهلتس چیست؟

• محافظت دیفرانسیل ترانسفورماتور اصلی بر اساس اصل جریان گردشی عمل می‌کند، در حالی که محافظت بوخهلتس بر اساس تولید گاز در اثر خطاهای داخلی ترانسفورماتور عمل می‌کند.
• محافظت دیفرانسیل به عنوان محافظت اصلی ترانسفورماتور عمل می‌کند، در حالی که محافظت بوخهلتس محافظت اصلی برای خطاهای داخلی ترانسفورماتور است.
• محدوده‌های محافظت متفاوت است:
  الف) محافظت دیفرانسیل شامل:
  • اتصال کوتاه چندفاز در سیم‌پیچ‌ها و رابط‌های ترانسفورماتور اصلی
  • اتصال کوتاه تک‌فاز شدید بین تبدیلات
  • اتصال به زمین در سیم‌پیچ‌ها و رابط‌ها در سیستم‌های اتصال به زمین با جریان بالا
• ب) محافظت بوخهلتس شامل:
• • اتصال کوتاه چندفاز داخلی در ترانسفورماتور
  • اتصال کوتاه بین تبدیلات، اتصال کوتاه بین تبدیلات و هسته یا مخزن
  • خطاهای هسته (آسیب ناشی از گرمایش)
  • کاهش سطح روغن یا نشتی روغن
  • تماس ضعیف در تپ چنجرها یا جوش ضعیف هادی‌ها

۵ نحوه برخورد با خرابی سیستم خنک‌کننده ترانسفورماتور اصلی چگونه است؟

• هنگامی که منابع تغذیه کاری بخش‌های خنک‌کننده I و II قطع شوند، سیگنال "#۱، #۲ قطعی برق" ظاهر شده و مدار قطع شدن کامل خنک‌کننده ترانسفورماتور اصلی فعال می‌شود. بلافاصله به دیسپاچینگ گزارش داده و این مجموعه محافظت را غیرفعال کنید.
• اگر در حین کارکرد، سوئیچینگ بین منابع تغذیه I و II با شکست مواجه شود، نشانگر "توقف کامل خنک‌کننده" روشن شده و مدار قطع شدن کامل خنک‌کننده ترانسفورماتور اصلی فعال می‌شود. بلافاصله به دیسپاچینگ گزارش داده و این مجموعه محافظت را غیرفعال کرده و به سرعت سوئیچ دستی انجام دهید. در صورت خرابی کنتاکتورهای KM1 یا KM2، نباید تحریک اجباری انجام شود.
• هنگامی که هر یک از مدارهای خنک‌کننده خراب شود، مدار معیوب خنک‌کننده را جدا کنید.

6 چه پیامدهایی در صورت عملکرد موازی ترانسفورماتورهایی که شرایط عملکرد موازی را ندارند، اتفاق می‌افتد؟
هنگامی که ترانسفورماتورهایی با نسبت‌های تغییر دهنده متفاوت به صورت موازی عمل می‌کنند، جریان‌های حلقه‌ای ایجاد می‌شوند که ظرفیت خروجی ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار می‌دهند. هنگامی که ترانسفورماتورهایی با مقادیر عقب‌مانده درصدی متفاوت به صورت موازی عمل می‌کنند، بارها بر اساس نسبت‌های ظرفیت ترانسفورماتور توزیع نمی‌شوند و این امر ظرفیت خروجی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هنگامی که ترانسفورماتورهایی با گروه‌های اتصال متفاوت به صورت موازی عمل می‌کنند، کهرباپاشی در ترانسفورماتورها رخ می‌دهد.

7 چه عواملی باعث صدای غیرعادی در ترانسفورماتورها می‌شود؟

• بیش‌باری
• تماس‌های داخلی ضعیف که باعث ایجاد آتش‌سوزی الکتریکی می‌شود
• اجزای فضایی که سست هستند
• زمین‌گذاری یا کهرباپاشی در سیستم
• شروع موتورهای بزرگ که باعث نوسانات بار زیاد می‌شود

8 در چه مواقعی تنظیم دهنده تپ ترانسفورماتور با تغییر تپ در حالت بار باید تنظیم نشود؟

• در طول عملکرد بیش‌باری ترانسفورماتور (به استثنای شرایط خاص)
• وقتی حفاظت گازی روشن تنظیم‌دهنده تپ با تغییر تپ به صورت مکرر فعال می‌شود
• وقتی نمایشگر روغن تنظیم‌دهنده تپ نشان‌دهنده عدم وجود روغن است
• وقتی تعداد تغییرات تپ از حد تعیین‌شده بیشتر می‌شود
• وقتی دستگاه تنظیم‌دهنده تپ نشان‌دهنده ناهماهنگی است

9 مقادیر اسمی روی صفحه نام ترانسفورماتور چه معنا دارند؟
مقادیر اسمی ترانسفورماتور مشخصاتی هستند که توسط سازنده برای عملکرد عادی ترانسفورماتور تعیین شده‌اند. عملکرد در این مقادیر اسمی اطمینان از عملکرد قابل اعتماد بلندمدت با عملکرد خوب را می‌دهد. این مقادیر شامل:

• ظرفیت اسمی: توان خروجی تضمین‌شده در شرایط اسمی که به ولت-آمپر (VA)، کیلوولت-آمپر (kVA) یا مگاولت-آمپر (MVA) بیان می‌شود. به دلیل کارایی بالای ترانسفورماتورها، ظرفیت اسمی بخش‌های اولیه و ثانویه معمولاً طراحی می‌شود تا برابر باشند.
• ولتاژ اسمی: ولتاژ ترمینال تضمین‌شده در شرایط بدون بار که به ولت (V) یا کیلوولت (kV) بیان می‌شود. مگر اینکه به طور مجزا مشخص شود، ولتاژ اسمی به ولتاژ خط اشاره دارد.
• جریان اسمی: جریان خط محاسبه‌شده از ظرفیت اسمی و ولتاژ اسمی که به آمپر (A) بیان می‌شود.
• جریان بدون بار: جریان تحریک به عنوان درصد از جریان اسمی در حالت بدون بار.
• اتلاف کوتاه‌مداری: اتلاف توان فعال وقتی یک پیچه کوتاه‌مدار می‌شود و ولتاژ به پیچه دیگر اعمال می‌شود تا جریان اسمی در هر دو پیچه به دست آید که به وات (W) یا کیلووات (kW) بیان می‌شود.
• اتلاف بدون بار: اتلاف توان فعال در حالت بدون بار که به وات (W) یا کیلووات (kW) بیان می‌شود.
• ولتاژ کوتاه‌مداری: همچنین به عنوان ولتاژ امپدانس شناخته می‌شود، درصد ولتاژ اعمال‌شده به ولتاژ اسمی وقتی یک پیچه کوتاه‌مدار می‌شود و پیچه دیگر جریان اسمی را حمل می‌کند.
• گروه اتصال: نشان‌دهنده روش‌های اتصال پیچه‌های اولیه و ثانویه و اختلاف فازی بین ولتاژهای خط است که با نماد ساعت نمایش داده می‌شود.

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

11 چه عواملی ظرفیت ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار می‌دهند؟
انتخاب هسته مرتبط با ولتاژ است، در حالی که انتخاب رسانا مرتبط با جریان است—ضخامت رسانا مستقیماً تولید گرما را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عبارت دیگر، ظرفیت ترانسفورماتور فقط با تولید گرما مرتبط است. برای یک ترانسفورماتور خوب طراحی‌شده که در شرایط تشعشع گرما ضعیف عمل می‌کند، واحد ۱۰۰۰ kVA ممکن است با تقویت خنک‌سازی در ۱۲۵۰ kVA عمل کند. علاوه بر این، ظرفیت اسمی با افزایش دمای مجاز مرتبط است. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور ۱۰۰۰ kVA با افزایش دمای مجاز ۱۰۰K ممکن است اگر در شرایط خاص با افزایش دمای ۱۲۰K عمل کند، ظرفیت بیشتر از ۱۰۰۰ kVA داشته باشد. این نشان می‌دهد که بهبود شرایط خنک‌سازی ترانسفورماتور می‌تواند ظرفیت اسمی آن را افزایش دهد. به طور معکوس، برای یک مبدل با ظرفیت یکسان، اندازه جعبه ترانسفورماتور را می‌توان کاهش داد.

12 چگونه می‌توان کارایی ترانسفورماتور را بهبود بخشید؟

• هر وقت که ممکن است، ترانسفورماترهای پسربخش با ضریب کارایی بالا را انتخاب کنید
• ظرفیت ترانسفورماتر را بر اساس شرایط بار مناسب انتخاب کنید
• فاکتور بار متوسط ترانسفورماتر را بالای ۷۰٪ نگه دارید
• در صورتی که فاکتور بار متوسط به طور مداوم زیر ۳۰٪ باشد، در نظر بگیرید ترانسفورماترهای با ظرفیت کوچکتر جایگزین شوند
• برای بهبود توان فعال ترانسفورماتر، فاکتور توان بار را بهبود بخشید
• بارها را به گونه‌ای تنظیم کنید که تعداد ترانسفورماترهای در حال عملکرد کمینه شود

۱۳ چرا باید تجهیزات فنی ترانسفورماترهای توزیع با مصرف انرژی بالا سریعاً به‌روزرسانی شوند؟
ترانسفورماترهای توزیع با مصرف انرژی بالا عمدتاً به ترانسفورماترهای سری SJ، SJL، SL7، S7 اشاره دارد که ضریب زیان‌های آهن و مس آن‌ها بسیار بیشتر از ترانسفورماترهای سری S9 که در حال حاضر گسترده‌تر هستند، می‌باشد. به عنوان مثال، S7 نسبت به S9، ۱۱٪ زیان آهن و ۲۸٪ زیان مس بیشتر دارد. ترانسفورماترهای جدیدتر مانند S10 و S11 حتی کاراتر از S9 هستند، در حالی که ترانسفورماترهای آلیاژی بی‌شکل ضریب زیان آهن معادل ۲۰٪ ترانسفورماترهای S7 دارند. ترانسفورماترهای معمولاً عمر خدمت چند دهه‌ای دارند. جایگزینی ترانسفورماترهای با مصرف انرژی بالا با مدل‌های کارا، نه تنها کارایی تبدیل انرژی را بهبود می‌بخشد بلکه در طول عمر خدمت آن‌ها صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف برق ایجاد می‌کند.

۱۴ چیست جریان دایره‌ای؟ چه آسیب‌هایی جریان دایره‌ای ایجاد می‌کند؟
وقتی جریان متناوب از یک رسانا عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی متناوب در اطراف رسانا ایجاد می‌کند. این میدان متناوب جریان‌های القایی در داخل رساناهای جامد ایجاد می‌کند. چون این جریان‌های القایی دورهای بسته‌ای در داخل رسانا تشکیل می‌دهند مشابه با گردابه‌های آب، به آن‌ها جریان دایره‌ای گفته می‌شود. جریان‌های دایره‌ای نه تنها انرژی الکتریکی را می‌پاشند و کارایی تجهیزات را کاهش می‌دهند بلکه گرمایش در دستگاه‌های الکتریکی (مانند هسته ترانسفورماتر) را نیز ایجاد می‌کنند که در شرایط شدید می‌تواند عملکرد عادی دستگاه را تحت تأثیر قرار دهد.

۱۵ چرا حفاظت فوری ترانسفورماتر باید از جریان کوتاه‌مداری ولتاژ پایین پرهیز کند؟
این موضوع عمدتاً به انتخابی بودن عملکرد حفاظت رله‌ای می‌پردازد. حفاظت فوری سمت ولتاژ بالا عمدتاً علیه خطاهای خارجی شدید ترانسفورماتر محافظت می‌کند. در زمان تنظیم، اگر حفاظت از بیشینه جریان کوتاه‌مداری سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتر پرهیز نکند، محدوده حفاظت تا خطوط خروجی ولتاژ پایین گسترش می‌یابد چون مقادیر جریان کوتاه‌مداری در محدوده کوتاهی نزدیک به خروجی ولتاژ پایین تغییر قابل توجهی ندارد. این امر انتخابی بودن را کاهش می‌دهد. در حالی که حفاظت غیرانتخابی مطمئن‌تر است، اما عملکرد آن ناگوار است. به عنوان مثال، در بسیاری از پارک‌های صنعتی اتاق‌های توزیع اصلی ۱۰kV (حافه ۱۰kV + قطعکرهای خروجی) وجود دارد و هر کارخانه دارای حلقه‌های توزیع ولتاژ پایین (واحد حلقه اصلی + ترانسفورماتر) است. اگر قطعکرهای از بیشینه جریان کوتاه‌مداری سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتر پرهیز نکنند، قطعکرهای اصلی ولتاژ پایین (سوییچ بار واحد حلقه اصلی و گیره‌های ذوب) و قطعکرهای ولتاژ بالا همزمان عمل می‌کنند و این امر عملکرد را دشوار می‌کند.

۱۶ چرا اجازه نمی‌شود دو ترانسفورماتر موازی همزمان نقاط میانی خود را به زمین متصل کنند؟
در سیستم‌های با جریان بالا، برای تأمین هماهنگی حساسیت حفاظت رله‌ای، برخی از ترانسفورماترهای اصلی باید به زمین متصل شوند در حالی که برخی دیگر بدون زمین‌بندی باقی می‌مانند. در یک ایستگاه با دو ترانسفورماتر اصلی، عدم زمین‌بندی همزمان هر دو نقطه میانی عمدتاً به هماهنگی حفاظت جریان صفر و ولتاژ صفر می‌پردازد. در زیرстанسیون‌هایی با چندین ترانسفورماتر موازی، معمولاً بعضی از نقاط میانی ترانسفورماترهای به زمین متصل می‌شوند در حالی که برخی دیگر بدون زمین‌بندی باقی می‌مانند. این کار جریان خطا را به حد مناسب محدود می‌کند و تأثیر تغییرات حالت عملیاتی بر مقدار و توزیع جریان‌های صفر در شبکه را کاهش می‌دهد و حساسیت سیستم‌های حفاظت جریان صفر را بهبود می‌بخشد.

۱۷ چرا قبل از عملیاتی کردن ترانسفورماترهای نصب شده یا تعمیر شده، آزمایش‌های بستن ضربه‌ای انجام می‌شود؟
قطع یک ترانسفورماتر بدون بار از شبکه باعث ایجاد ولتاژ برش می‌شود. در سیستم‌های زمین‌بندی با جریان کم، این ولتاژ برش می‌تواند ۳-۴ برابر ولتاژ فاز اسمی باشد؛ در سیستم‌های زمین‌بندی با جریان بالا، می‌تواند ۳ برابر ولتاژ فاز اسمی باشد. بنابراین، برای تأیید اینکه عایق ترانسفورماتر می‌تواند ولتاژ اسمی و ولتاژ برش عملیاتی را تحمل کند، قبل از عملیاتی کردن، چندین آزمایش بستن ضربه‌ای باید انجام شود. علاوه بر این، بارگذاری یک ترانسفورماتر بدون بار باعث ایجاد جریان مغناطیسی می‌شود که می‌تواند ۶-۸ برابر جریان اسمی باشد. چون جریان مغناطیسی نیروهای الکترومغناطیسی قابل توجهی ایجاد می‌کند، آزمایش‌های بستن ضربه‌ای همچنین به تأیید قدرت مکانیکی ترانسفورماتر و اینکه حفاظت رله‌ای ممکن است به طور اشتباه عمل کند، موثر هستند.