کاربرد تنظیم‌کننده‌های ولتاژ در آزمون‌های بالاولتی تجهیزات برقی

ولتکه یک معیار مهم در آزمون کیفیت برق است. کیفیت ولتاژ تعیین‌کننده این است که آیا سیستم برق می‌تواند به صورت ایمن عمل کند و تأثیر قابل توجهی بر پایداری کل سیستم شبکه برق دارد. در حال حاضر، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ تجهیزات الکتریکی نسبتاً رایج در سیستم‌های برق هستند که قادر به کنترل منطقی و علمی کل فرآیند آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی هستند، بنابراین به طور مداوم امکان‌پذیری چنین آزمون‌هایی را افزایش می‌دهند.

1. شرایط استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ در آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی

در شرایط عادی، قبل از آغاز آزمون ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی، باید یک تنظیم‌کننده ولتاژ که در ابتدای ترانسفورماتور نصب شده است انتخاب شود تا اطمینان حاصل شود که مشخصات آن با الزامات آزمون مطابقت دارد. این امر تضمین می‌کند که نتایج اندازه‌گیری از ترانسفورماتور به معیارهای آزمون استاندارد مطابقت داشته باشد—به عبارت دیگر، خروجی ثابت، مداوم و به طور یکنواخت تغییر کند، بدین ترتیب تنظیم مؤثر ولتاژ ممکن می‌شود. استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ در آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی الزامات زیر را دربردارد:

• تضمین خروجی ولتاژ پایدار و با کیفیت؛ به عنوان مثال، موج خروجی ولتاژ تنظیم‌کننده باید به موج سینوسی نزدیک باشد و ولتاژ خروجی حداقل باید به صفر نزدیک باشد.

• تنظیم‌کننده ولتاژ باید دارای ویژگی‌های تنظیم با کیفیت بالا باشد، با مقاومت تنظیم پایین، روش‌های تنظیم ساده و ایمن، تا آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی به صورت هموار انجام شود.

• کاهش صدای تولید شده در حین عملکرد تنظیم‌کننده ولتاژ و تأکید بر کارایی انرژی و حفاظت از محیط زیست در حین آزمون.

• تضمین اینکه پارامترهای اساسی تنظیم‌کننده ولتاژ، از جمله ولتاژ خروجی، فرکانس، تعداد فازها و نوسانات ظرفیت خروجی، الزامات آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی را برآورده کنند. به طور خاص، دقت تنظیم‌کننده ولتاژ به صورت زیر بیان می‌شود:

tgδ: ±(1% D + 0.0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

خطای کوچک‌تر نشان‌دهنده دقت بهتر دستگاه است. در زمان تأیید، تفاوت بین خواندن و مقدار استاندارد باید کمتر از دقت مشخص شده باشد.

2. کاربرد تنظیم‌کننده‌های ولتاژ در آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی

سه نوع تنظیم‌کننده ولتاژ معمولاً در آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود: تنظیم‌کننده‌های تماسی، تنظیم‌کننده‌های القایی و تنظیم‌کننده‌های میله‌ای متحرک. این سه نوع در ساختار و اصول عملکرد به طور قابل توجهی متفاوت هستند و هر کدام سناریوهای کاربردی و ویژگی‌های استفاده متمایزی دارند. 

در حین آزمون‌های ولتاژ بالا، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ معمولاً به موتورهای غیرهمگام و مکانیزم‌ها در تبدیل انرژی کمک می‌کنند و دستگاه‌های الکتریکی نزدیک به ترانسفورماتور هستند. در آزمون‌های ولتاژ بالا، موتور باید با الزامات ظرفیت بار ماکسیمم تنظیم‌کننده ولتاژ که 12,000 کیلووات است، مطابقت داشته باشد. علاوه بر این، برای کاهش نویز الکترومغناطیسی، قدرت مکانیکی تنظیم‌کننده باید با استفاده از ساختار فلزی جامد افزایش یابد.

2.1 استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ میله‌ای متحرک
اصل الکترومغناطیسی و ساختار داخلی تنظیم‌کننده‌های ولتاژ میله‌ای متحرک شبیه ترانسفورماتور است. آنها با حرکت عمودی یک سیم‌پیچ کوتاه‌مداری در طول عضو هسته‌ای برای تغییر توزیع ولتاژ و امپدانس بین دو سیم‌پیچ در مدار اصلی، تنظیم مؤثر ولتاژ خروجی را انجام می‌دهند. از آنجا که تنظیم بدون تماس انجام می‌شود، ولتاژ خروجی از تنظیم‌کننده میله‌ای متحرک نسبتاً صاف و یکنواخت است و استفاده از آن برای آزمون‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی معمولی آسان و راحت است. 

علاوه بر این، واکنش‌پراکنش بزرگ آن امکان تحمل جریان‌های ناگهانی قابل توجه را فراهم می‌کند. با این حال، به دلیل ویژگی‌های ساختاری و عملکردی، تنظیم‌کننده میله‌ای متحرک دارای امپدانس کوتاه‌مداری نسبتاً بالا است. بنابراین، برای پروژه‌های آزمون ولتاژ بالا که نیاز به امپدانس منبع کم دارند، مانند آزمون‌های آلودگی (آلودگی) ولتاژ بالا، مناسب نیست. در مقایسه با تنظیم‌کننده‌های القایی، موج خروجی تنظیم‌کننده‌های میله‌ای متحرک بیشتر مستعد تحریف است. 

علاوه بر این، پس از استفاده طولانی، سایش و آزادی قطعات انتقال و میله متحرک ممکن است صدای تولید شده و لرزش را افزایش دهد که می‌تواند به خرابی منجر شود. الگوریتم‌های جریان برق می‌توانند برای محاسبه اجزای پیچیده از دست دادن ولتاژ در سیستم‌های برق استفاده شوند. به طور خاص، این شامل استفاده از رابطه بین ولتاژ گره‌ها، توان فعال و مقدار ولتاژ گره‌ها برای تجزیه معادلات P-Q است، که ماتریس ضرایب را از 2N×2N به N×N کاهش می‌دهد، که در آن N تعداد گره‌های سیستم است.

2.2 استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ القایی
اصل الکترومغناطیسی و ساختار تنظیم‌کننده‌های ولتاژ القایی شبیه موتورهای غیرهمگام با روتور پیچیده است، در حالی که مکانیسم تبدیل انرژی آنها شبیه ترانسفورماتور است. با تنظیم اختلاف زاویه‌ای روتور، آنها مقدار و فاز القای الکترومغناطیسی در سیم‌پیچ‌های استاتور یا روتور را تغییر می‌دهند و تنظیم ولتاژ بدون تماس را انجام می‌دهند. 

در مقایسه با تنظیم‌کننده‌های میله‌ای متحرک، تنظیم‌کننده‌های القایی عملکرد فنی و اقتصادی کلی بهتر و امپدانس کمتری دارند—به ویژه وقتی ولتاژ خروجی در محدوده 50%–100% است، که امپدانس به طور قابل توجهی کمتر است. با این حال، به دلیل محدودیت‌های ساختاری و عملکردی، تنظیم‌کننده‌های القایی تک‌فاز هزینه تولید بالایی دارند، به ویژه برای واحد‌های با ظرفیت بزرگ. وقتی هم‌مرکزی روتور یک واحد تک‌فاز به یک حد معین می‌رسد، مسائل صدای تولید شده و لرزش در حین عملکرد ممکن است ظاهر شود که ظرفیت خروجی را محدود می‌کند. بنابراین، تنظیم‌کننده‌های القایی تک‌فاز با ظرفیت بزرگ امروزه به ندرت تولید می‌شوند. با این حال، نسخه‌های بهبود یافته تنظیم‌کننده‌های القایی به طور موثر در آزمون‌های ولتاژ بالا با الزامات کمتر استفاده می‌شوند.

۲.۳ استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ از نوع تماسی
تنظیم‌کننده‌های ولتاژ از نوع تماسی، خودسازان ولتاژ هستند که قادر به ارائه خروجی ولتاژ مداوم هستند. آنها امواج خروجی ولتاژ با ویژگی‌های سینوسی بسیار خوب تولید می‌کنند، با حد پایین خروجی ۰ وولت، و دارای ویژگی‌های تنظیم خطی، مداوم و صاف هستند. علاوه بر این، ممانعت کوتاه‌مدار آنها را می‌توان به حداقل رساند و فاز زاویه‌ای نزدیک بین ولتاژ ورودی و خروجی و همچنین سر و صدای عملکرد پایین آنها را می‌توان مشاهده کرد که آنها را برای آزمایش‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی مناسب می‌کند. بر اساس ترکیب هسته، تنظیم‌کننده‌های تماسی به دو دسته ستونی و حلقه‌ای تقسیم می‌شوند.

به طور سنتی، آزمایش‌های ولتاژ بالا با ظرفیت کوچک عمدتاً از تنظیم‌کننده‌های تماسی حلقه‌ای به دلیل قیمت پایین و عملکرد عالی استفاده می‌کردند. ضعف بزرگ تنظیم‌کننده‌های تماسی، وابستگی آنها به تماس‌های فیزیکی برای تنظیم است که می‌تواند در طول عملکرد شعله ایجاد کند. ظرفیت تماس نیز محدود است و عمر خدمت کوتاه‌تر آنها توسعه مدلهای با ظرفیت بزرگ را محدود کرده است. با این حال، بخاطر تلاش‌های مداوم کارشناسان فنی، مشکلات مرتبط با تماس تا حد زیادی حل شده است.

۳. نگهداری تنظیم‌کننده‌های ولتاژ در آزمایش‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی

قبل از انجام نگهداری تنظیم‌کننده‌های ولتاژ مورد استفاده در آزمایش‌های ولتاژ بالا روی تجهیزات الکتریکی، کارکنان باید ساختار داخلی تنظیم‌کننده را به طور کامل درک کنند تا بتوانند دقیقاً خرابی‌ها را شناسایی کرده و به افزایش کارایی نگهداری کمک کنند. ساختار اصلی تنظیم‌کننده ولتاژ در جدول ۱ نشان داده شده است.

3.2 مشکلات نشت گاز در تنظیم‌کننده ولتاژ

در آزمون‌های ولتاژ بالا بر روی تجهیزات الکتریکی، نشت گاز از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ معمولاً به دلیل ختم نشدن کافی حلقه‌های O و اتصالات مشترک است. همچنین ممکن است از آسیب دیدن فلز ختم بین صندلی تنظیم و میله تنظیم ناشی شود. راه حل ویژه شامل قطع مدار گاز، جدا کردن سوئیچ اصلی در طرف تنظیم‌کننده ولتاژ و بازرسی دقیق توسط فنی‌ها برای شناسایی مکان دقیق و نوع خرابی است. بر اساس تجربه عملی، بهبودهای مناسب انجام می‌شود تا نشت گاز از دریچه رفع فشار در زمان تنظیم در آزمون‌های ولتاژ بالا حل شود.

در طول آزمون‌های ولتاژ بالا، یک مشکل رایج نشت گاز در موقعیت صفر در زمان تنظیم است. این موضوع عمدتاً به دلیل بیش از حد گیر کردن پیچ تنظیم صفر است. برای کاهش این مشکل، موقعیت پیچ تنظیم صفر باید به درستی تنظیم شود تا احتمال نشت در موقعیت صفر کاهش یابد.

باید توجه داشت که اپراتورها باید در زمان تنظیم مستقیماً در مقابل تنظیم‌کننده ولتاژ ایستاده نباشند تا خطر وقوع حوادث کاهش یابد.

4. نتیجه‌گیری

در کاربردهای عملی، در هنگام انجام آزمون‌های ولتاژ بالا بر روی تجهیزات الکتریکی، ایمنی کارکنان باید به عنوان اولویت قرار گیرد. تضمین ایمنی هم کارکنان و هم تجهیزات، شرط اساسی برای انجام صحیح رفع اشکال و نگهداری قطعات آزمون است. این رویکرد به طور موثر عمر مفید تجهیزات را افزایش می‌دهد و بروز خرابی‌ها را کاهش می‌دهد. با کاربرد گسترده تنظیم‌کننده‌های ولتاژ در آزمون‌های ولتاژ بالا بر روی تجهیزات الکتریکی، راحتی به زندگی روزمره ساکنان و جنبه‌های مختلف جامعه اضافه می‌شود و در نتیجه توسعه هماهنگ جامعه را ترویج می‌کند.