اضافه بار چگونه بر ترانسفورماتور قدرت تأثیر می گذارد؟

در مقاله ی پیش رو درباره تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت صحبت می شود. اضافه بار به معنای عبور جریانی فراتر از ظرفیت نامی ترانسفورماتور می باشد. این شرایط به علت رشد چشمگیر تلفات مس و آهن، دمای داخلی را به شدت افزایش می دهد.

گرمای مازاد، عایق بندی سیم پیچ ها را تخریب کرده و از عمر مفید ترانس به طور قابل توجهی می کاهد. افزون بر این، تنش های حرارتی و مکانیکی ناشی از؛ جریان های اتصال کوتاه احتمالی در اثر اضافه بار، خطر تاب برداشتن هسته، تغییر شکل سیم پیچ ها و حتی آتشسوزی را افزایش می دهند. بدین ترتیب، بهره برداری پایدار و ایمن از ترانسفورماتور، مستلزم پایش مستمر بار و جلوگیری از شرایط اضافه بار است.

در ادامه صفر تا صد این رویکرد را بررسی می کنیم، با ما همراه شوید.

۱۰ مورد از تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت

تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت را نادیده نگیرید. اضافه بار به شرایطی گفته می شود، که جریان عبوری از ترانسفورماتور از مقدار نامی آن فراتر رود. این پدیده اگر چه در برخی موارد کوتاه مدت قابل تحمل است، اما تداوم آن پیامد های جدی و بعضا جبران ناپذیری به همراه دارد.

گرمای بیش از حد ناشی از؛ تلفات اضافی، مهم ترین عامل مخرب است، که زنجیره ای از مشکلات؛ از تخریب عایق ها و کاهش عمر مفید گرفته تا تغییر شکل فیزیکی اجزاء و افزایش خطر آتشسوزی را فعال می کند. درک این تاثیرات برای اپراتور ها و مهندسان شبکه حیاتی است، تا با پایش دقیق و مدیریت بار، از بروز خسارات سنگین جلوگیری کنند. در ادامه به لیستی از این تاثیرات اشاره می گردانیم؛

１. افزایش دما و گرمای بیش از حد

تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت، از قدرت کاری دستگاه می کاهد. افزایش جریان باعث بالا رفتن تلفات مسی و تلفات آهنی در هسته می شود. این دو عامل، دمای داخلی ترانسفورماتور را به سرعت افزایش می دهند. روغن عایق و کاغذ اطراف سیم پیچ ها که نقش خنک کنندگی و عایق بندی را دارند، تحت تاثیر این گرما قرار می گیرند.

هر درجه افزایش دما، واکنش های شیمیایی تخریبی را تسریع می کند. اگر دمای روغن از حد مجاز عبور کند، خاصیت خنک کنندگی و عایقی خود را از دست داده و کیفیت آن به شدت کاهش می یابد.

２. کاهش عمر عایق ها (قانون مونتیگر)

مهم ترین تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت، تخریب عایق کاغذی دور سیم پیچ هاست. بر اساس قانون مونتیگر، هر ۶ تا ۸ درجه سانتی گراد افزایش دمای عایق، عمر مفید آن حدود ۵۰ درصد کاهش می یابد.

یعنی اگر ترانسفورماتوری با عمر طراحی ۳۰ سال، به طور مداوم ۱۰ درجه گرم تر از حد مجاز کار کند، عمر آن به کم تر از ۱۰ سال می رسد. این پیری زودهنگام، هزینه های تعویض و تعمیرات را چندین برابر کرده و قابلیت اطمینان شبکه را به خطر می اندازد.

３. تخریب روغن ترانسفورماتور

آگاهی از تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت، فرصتی برای حفظ کارکرد بهینه این دستگاه است. روغن عایقی در دمای بالا دچار اکسیداسیون شده و اسیدیته آن افزایش می یابد. این اسید ها به عایق های کاغذی و فلزات داخلی حمله کرده و خوردگی ایجاد می کنند.

همچنین در اثر تجزیه حرارتی روغن، گاز های محلول مانند؛ هیدروژن، متان و اتیلن تولید می شوند، که تحلیل این گاز ها (روش DGA) نشان دهنده شدت آسیب است. افزایش ویسکوزیته سیال خنک کننده نیز جریان گردش آن را مختل کرده و راندمان خنک کاری را کاهش می دهد.

４. تغییر شکل سیم پیچ ها (تابیدگی)

تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت مرتبط بع تغییر شکل سیم پیچ ها است. گرمای ناهمسان در سیم پیچ ها باعث انبساط غیریکنواخت می شود. این تنش های حرارتی به ویژه در نمونه های خارجی که خنک کنندگی کمتری دارند، ایجاد تابیدگی و کمانش می کند.

در موارد شدید تر، سیم پیچ ها از جای خود خارج شده یا به هم نزدیک می گردند، که کاهش فاصله عایقی و افزایش خطر اتصال کوتاه بین دوری را در پی دارد. حتی پس از خنک شدن، این تغییر شکل ها معمولا برگشت ناپذیرند و با تعویض سیم پیچ همراه است.

５. افزایش تلفات و کاهش راندمان

تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت، عامل اصلی فروپاشی بخش انتقال نیرو کارگاه ها است. در شرایط اضافه بار، تلفات مسی متناسب با مجذور جریان افزایش می یابد. این یعنی با افزایش ۲۰ درصدی جریان، تلفات حدود ۴۴ درصد بیشتر می شود.

همزمان تلفات گردابی و هیسترزیس هسته نیز رشد می کنند. نتیجه اینکه راندمان کلی ترانسفورماتور به طور محسوسی کاهش یافته و بخش بیشتری از انرژی ورودی به جای انتقال به بار، به گرما تبدیل می گردد. این اتلاف انرژی، هزینه های بهره برداری را بالا می برد.

６. ایجاد نقاط داغ و شکست عایق موضعی

تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت با پیامد های مخربی نظیر؛ ایجاد نقاط داغ و شکست عایق موضعی همراه است. ضریب انتقال حرارت در بخش های مختلف سیم پیچ یکسان نیست. بنابراین در اضافه بار، برخی نقاط بسیار داغ تر از متوسط دمای کل می شوند.

این نقاط داغ، محل شروع تخریب موضعی عایق هستند. وقتی در نقطه ای عایق آسیب ببیند، مقاومت آن کاهش یافته و جریان نشتی افزایش می یابد، که خود گرمای بیشتری تولید خواهد کرد.

７. کاهش قدرت تحمل اتصالکوتاه

با بررسی تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت به علل اصلی خرابی این دستگاه پی می برید. تنش های مکانیکی ناشی از جریان های هجومی و اتصال کوتاه، در حالت عادی توسط استحکام سیم پیچ ها مهار می شود.

اما اضافه بار طولانی مدت، استحکام مکانیکی عایق ها و هادی ها را به دلیل پیری حرارتی کاهش می دهد. در نتیجه، هنگام وقوع یک خطای ناگهانی، سیم پیچ ها توانایی لازم برای مقاومت در برابر نیرو های الکترودینامیکی شدید را ندارند و احتمال تغییر شکل یا پارگی آن ها چندین برابر می شود.

８. افزایش فشار داخلی و خطر نشت روغن

با افزایش دما، روغن داخل مخزن منبسط شده و فشار داخلی به شدت بالا می رود. این فشار اضافی به درزگیر،ها، واشر ها و اتصالات مخزن آسیب وارد می کند. اگر سیستم کاهش فشار (مثل؛ دیافراگم یا شیر اطمینان) نتواند به موقع عمل نماید، مخزن ترک برداشته یا روغن از نقاط ضعیف نشت می کند.

９. افزایش ریسک آتشسوزی و انفجار

افزایش ریسک آتشسوزی دیگر تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت است. ترکیب روغن داغ، گاز های قابل اشتعال تولید شده ناشی از؛ تخریب عایق و اکسیژن موجود، شرایط ایده آلی برای آتشسوزی فراهم می گرداند. قوس های الکتریکی احتمالی ناشی از؛ شکست عایق نیز روغن را مشتعل می سازد.

در موارد بسیار شدید، فشار ناگهانی ناشی از تبخیر سریع روغن در اثر قوس، به انفجار مخزن و پخش شدن آتش و قطعات داغ در محیط اطراف می انجامد.

１０. هزینه های بالای تعمیر و جایگزینی

تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت، پیش زمینه ای برای خرابی قطعات و از کارافتادگی دستگاه می باشد. همه آسیب های فوق در نهایت به یک واقعیت اقتصادی میرسند: هزینه. تعویض روغن سوخته، خشک کردن و دوباره عایق کاری سیم پیچ های آسیب دیده یا تعویض کامل ترانسفورماتور، هزینه های چند ده میلیاردی را تحمیل می کند.

علاوه بر این، توقف تولید و خاموشی ناشی از خرابی، خسارت های غیرمستقیم بسیار بیشتری دارد. لذا سرمایه گذاری بر روی سیستم های پایش و مدیریت بار، در مقایسه با هزینه های بعد از خرابی، کاملا به صرفه است.

سخن آخر

در مقاله ی بالا درباره ی تاثیر اضافه بار بر ترانسفورماتور قدرت توضیح دادبم. اگر به دنبال یک مرجع اینترنتی معتبر برای خرید و تعمیر ترانسفورماتور می باشید، پیشنهاد ما طاها ترانس است. از طریق وب سایت آن می توان به صورت غیر حضوری درخواست ها و سفارش خود را ثبت کنید.