تحقیق مقاله آزمایش عایقی ترانسفورماتور ها در محل نصب به منظور افزایش قابلیت اطمینان آن ها

چکیده:

در مواردی که یک دستگاه اهمیت زیادی برای سیستم برقرسانی دارد باید در نگهداری آن دستگاه دقت زیادی انجام داد. از جمله باید با آزمایش‌ها و اندازه‌گیریهائی که بصورت دوره‌ای یا مداوم انجام می‌شود از وضعیت دستگاه اطلاع لازم را بدست آورد و در صورت لزوم در فرصت مناسب نسبت به رفع اشکال اقدام نمود.

یکی از اندازه‌گیریهائی که برروی ترانسفورماتورهای قدرت در محل نصب می‌توان انجام داد اندازه‌گیری تخلیه جزئی (Partial discharge) یا کورونا می‌باشد. آزمایش دیگری که مناسب است برای ترانسفورماتورهای قدرت انجام گیرد آزمایش اضافه ولتاژ القائی است. این آزمایش در مواردی لازم است که اطمینان کامل به سالم بودن دستگاه نباشد. ترکیب آزمایش اضافه ولتاژ القائی و اندازه‌گیری تخلیه جزئی باعث می‌شود تا بسیاری از ترانسفورماتورهای مشکوک دچار صدمه نگردند.

شرح مقاله:

در این مقاله روش آزمایش اضافه ولتاژ و اندازه‌گیری تخلیه جزئی برای ترانسفورماتورهای قدرت در محل نصب با توجه به تجربه‌های بدست آمده شرح داده می‌شود، در مورد مشکلات آزمایش و اندازه‌گیری بحث و راه حل‌های مناسب برای رفع مشکلات ارائه می‌گردد.

در آزمایش اضافه ولتاژ القائی کنترل دقیق و پایدار ولتاژ و فرکانس از اهمیت خاصی برخوردار است. برای جلوگیری از اشباع هسته فرکانس آزمایش بیش از فرکانس نامی انتخاب می‌شود.

با زیاد شدن فرکانس بار سلفی ترانسفورماتور در حالت بی بار کم شده و بار خازنی آن افزایش می‌یابد. بطوریکه ممکن است بار خازنی در ولتاژ و فرکانس معینی بیش از بار سلفی باشد. در نتیجه کنترل ولتاژ مشکل می‌گردد. گاهی نیز ناپایداری دور ژنراتور و همراه آن فرکانس و در نتیجه ناپایداری ولتاژ پیش می‌آید. آزمایش اضافه ولتاژ القائی بکمک یک دیزل ژنراتور انجام گرفت.

اندازه‌گیری تخلیه جزئی معمولاً بکمک اندازه‌گیری نوسان‌های الکتریکی با فرکانس بالا که این نوع تخلیه بوجود می‌آورد انجام می‌گیرد. در این اندازه‌گیری باید تا حد ممکن پارازیت‌هائی که خارج دستگاه تولید می‌شوند حذف گردند. در محل نصب حذف امواج پارازیت مشکل است.

نوسان‌های الکتریکی ناشی از تخلیه جزئی داخل ترانسفورماتور همگام با فرکانس دیزل ژنراتور است. در حالی که امواج پارازیت اغلب همگام با فرکانس شبکه می‌باشد. اختلاف این دو فرکانس می‌تواند به حذف امواج پارازیت کمک کند.

1 آزمایش اضافه ولتاژ القائی ترانسفورماتور:

آزمایش اضافه ولتاژ القائی به منظور اطمینان از سالم بودن عایق ترانسفورماتور انجام می‌گیرد. با اعمال ولتاژهای بیش از ولتاژ نامی می‌توان اطمینان حاصل کرد که ترانسفورماتور اضافه ولتاژهای کوتاه مدت شبکه را که خواه نا خواه پیش می‌آیند تحمل خواهد نمود.

در صورتی که ترانسفورماتور با وجود ضعف یا اشکال به شبکه وصل گردد ممکن است کاملاً از بین برود و یا تعمیر آن بسیار مشکل و طولانی گردد. قدرت زیاد شبکه باعث می‌شود که حتی در مدت بسیار کوتاه از تشخیص عیب توسط رله تا باز نمودن کلید مقدار زیادی انرژی در محل ضعف به انرژی‌های دیگر تبدیل گردد. این انرژی مهار نشده باعث سوختن عایق، ذوب شدن مس، تغییر شکل سیم‌پیچی و بوجود آمدن مقدار زیادی دوده و براده و گاز می‌گردد. گاز و براده و دوده می‌توانند در محل دیگری باعث بوجود ‌آمدن تخلیه الکتریکی گردند و عیب به نقاط دیگر سرایت نماید.

حتی اگر سیم‌پیچی‌ها سالم بمانند تمیز کردن آنها از براده و دوده اغلب مستلزم باز کردن هسته و بیرون آوردن سیم‌پیچی‌ها و شستشوی آنهاست.

در حال که اگر چنین ترانسفورماتوری را قبل از وصل به شبکه بکمک یک منبع نسبتاً ضعیف که قادر باشد توان بی‌باری ترانسفورماتور را تامین کند تحریک نمائیم و ولتاژ آهسته بالا برود، اغلب ضعیف عایقی قبل از آنکه عایق عیب کلی نماید مشخص می‌گردد و اگر تخلیه الکتریکی در داخل ترانسفورماتور بوجود بیاید انرژی منبع چندان نیست که عیب بزرگتر شود و یا باعث آلودگی داخل ترانسفورماتور گردد. تشخیص محل و نوع عیب با این آزمایش معمولاً ممکن می‌باشد.

11 وسیله آزمایش اضافه ولتاژ القائی در محل نصب: آزمایش اضافه ولتاژ القائی تا کنون در شرکت توانیر چندین بار انجام گردیده است. برای انجام این آزمایش معمولاً از یک دیزل ژنراتور با قدرت حدود 250 کیلووات و فرکانس 60 هرتس استفاده می‌شود. فرکانس این ژنراتور را می‌توان تا 65 هرتس بالا برد. در نتیجه هسته ترانسفورماتور تا ولتاژ 130% ولتاژ نامی اشباع نمی‌شود و جریان بی‌باری چندان زیاد نیست.

ولتاژ خروجی این دیزل ژنراتور را می‌توان تا 500 ولت بالا برد. تنظیم ولتاژ با تغییر تحریک انجام می‌شود. تحریک از طریق یک ترانسفورماتور متغیر و یک پل یکسو کننده از منبع متناوب جداگانه (220 ولت) تامین می‌گردد.

ولتاژ خروجی دیزل ژنراتور از طریق کلید قدرت به یک ترانسفورماتور وصل می‌گردد که بر حسب مورد متفاوت است. در صورتی که ترانسفورماتور مورد آزمایش دارای ترانسفورماتور مصرف داخلی پست باشد مساله خیلی ساده می‌شود. زیرا با تغذیه از طرف ولتاژ پائین این ترانسفورماتور می‌توان آزمایش را انجام داد.

در صورت عدم وجود ترانسفورماتور مصرف داخلی پست یا ترانسفورماتور مناسب همراه دیزل ژنراتور حمل و یا در محل تهیه می‌گردد. در چند مورد برای انجام آزمایش از دیزل ژنراتور اضطراری پست یا نیروگاه استفاده شده است. مهمترین مورد تا کنون آزمایش یک باند ترانسفورماتور با ولتاژ 8 ، 13/230/400 کیلوولت و قدرت 500 مگاوات آمپر شامل سه ترانسفورماتور تک فاز بوده است. بکمک دیزل ژنراتور شرح داده شده در بالا و از طریق ترانسفورماتور مصرف داخلی (و زمین) که به طرف 8، 13 کیلوولت وصل بود ولتاژ ترانسفورماتور تا 125% ولتاژ نامی بالا برده شد. این آزمایش برای هر سه ترانسفورماتور با هم جداگانه بصورت تک فاز انجام گرفت. در آزمایش تک فاز اندازه‌گیری تخلیه جزئی بعمل آمد. حداکثر ولتاژ آزمایش و مدت آن بستگی به شرایط دارد. و البته بهتر است در ولتاژ نامی مدتی طولانی (چند ساعت) صبر کرد.

21 تنظیم ولتاژ: تنظیم ولتاژ همانطور که گفته شد با تغییر تحریک انجام می‌گیرد. ولی تغییر تحریک می‌تواند ولتاژ را در محدوده معینی تنظیم نماید. برای تنظیم ولتاژ در محدوده بزرگتر باید از تغییر فرکانس کمک گرفت. ابتدا بهتر است فرکانس را قدری کمتر از 50 هرتس قرار داد و ولتاژ را با تحریک تنظیم نمود. سپس قدری از تحریک کاسته و فرکانس بالا برده می‌شود و در فرکانس جدید تحریک تنظیم می‌گردد. اگر باز هم بدلیل محدودیت جریان یا محدودیت تحریک ولتاژ دلخواه بدست نیآمد بار دیگر به همین نحوه عمل می‌گردد.

هرگز نباید بدون تحریک یا با تحریک کامل دور را بالا برد. زیرا ممکن است ولتاژ بیش از حد بالا برود. چنانچه در زیر خواهد آمد. البته لازم است جریان هر سه فاز دیزل ژنراتور و ولتاژ آن و فرکانس (در محدوده 30 تا 70 هرتس) اندازه‌گیری شود. اندازه‌گیری توان و ضریب توان نیز بسیار مفید است. اندازه‌گیری ولتاژ فشارقوی بهتر است بکمک ترانسفورماتور ولتاژ در طرف ورودی ترانسفورماتور تحت آزمایش انجام گیرد.

تنظیم ولتاژ و فرکانس خصوصاً اگر ولتاژ ترانسفورماتور تحت آزمایش 230 یا 400 کیلوولت باشد ممکن است مشکل باشد. در زیر دلیل این اشکال و نحوه رفع آن شرح داده شده است.

121 تغییرات جریان بی‌باری یک ترانسفورماتور با تغییر ولتاژ: یک ترانسفورماتور در حالت بی‌بار یک مصرف کننده سلفی غیرخطی است ولی ظرفیت سیم‌پیچی‌ها نسبت به یکدیگر و نسبت به بدنه همچنین انرژی میدان الکتریکی بین حلقه‌ها باعث می‌شود که ترانسفورماتور یک مصرف کننده خازنی نیز باشد که به صورت مخوازی با بار سلفی قرار گرفته است، شکل (1). شکل (2) تغییرات جریان بی‌باری سلف و خازن و مجموع آنها را بر حسب ولتاژ متناوب برای دو فرکانس مختلف نشان می‌دهد. جریان در طرف راست محور عمودی یک جریان سلفی و در طرف چپ این محور یک جریان خازنی است. در اینجا برای سادگی از تلفات ترانسفورماتور صرفنظر شده است.