بررسی ۱۰ دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها، مهم ترین عضو در شبکه های برق هستند که خرابی آن ها، به قطعی گسترده برق و خسارات مالی کلان می انجامد. بررسی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور، گامی اساسی در جهت پیشگیری از وقوع چنین حوادث پرهزینه ای است.

در این مقاله از مجموعه طاها ترانس به بررسی ده دلیل رایج و مهمی می پردازیم، که باعث تخریب عایق ها، افزایش دمای کاری و در نهایت سوختن ترانسفورماتور می گردند.

با درک این عوامل، می توان با اجرای برنامه های نظارتی و نگهداری پیشگیرانه، عمر این دستگاه ها را افزایش و احتمال بروز خرابی را به حداقل رساند. لطفا با ما در این مبحث همراه شوید.

بیایید تا با ۱۰ دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور آشنا شویم!

با بررسی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور می توان به صورت اصولی از آسیب دیدگی این تجهیزات جلوگیری کرد و عمر مفیدشان را افزایش داد. لطفا به آیتم های زیر توجه بفرمایید؛

• اضافه بار

یکی از شایع ترین و مخرب ترین عوامل آسیب به ترانسفورماتورها، اضافه بار است. وقتی بار متصل به ترانسفرماتور به هر دلیلی، مانند افزایش ناگهانی مصرف یا اتصال کوتاه، از حد نامی آن فراتر رود، جریان عبوری از سیم پیچ ها به طور خطرناکی افزایش می یابد. این افزایش جریان، منجر به تولید گرمای بیش از حد در اثر تلفات اهمی می گردد.

اگر این حرارت تولید شده از توان خنک کنندگی سیستم (مانند روغن یا هوا) بیشتر شده و یک چرخه معیوب افزایش دما آغاز می گردد. این گرمای شدید به تدریج باعث تخریب و کربنیزه شدن عایق های جامد کاغذی اطراف هادی ها می گردد، مقاومت عایقی آن ها را از بین می برد و در نهایت به اتصال کوتاه بین حلقه های سیم پیچ و سوختن کامل ترانسفورماتور می انجامد.

• نشت روغن یا نفوذ رطوبت

از جمله دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور این بوده، که شاهد نشت روغن و رطوبت در آنها باشیم. روغن در ترانسفورماتورهای غوطه ور، دو وظیفه حیاتی خنک کنندگی و عایقی را بر عهده دارد. هرگونه نشتی در بدنه، رادیاتورها یا اتصالات، باعث کاهش سطح روغن و جایگزینی آن با هوا می شود.

از آنجایی که استقامت دی الکتریک هوا به مراتب کمتر از روغن است، احتمال وقوع قوس الکتریکی و تخلیه جزئی در نواحی خالی از روغن به شدت افزایش می یابد.

از سوی دیگر، نفوذ رطوبت و رطوبت زدایی ناقص روغن، حتی به میزان بسیار کم، یکی از خطرناک ترین تهدیدها است. ذرات آب در روغن استقامت الکتریکی آن را به شکل چشمگیری کاهش داده و مسیری برای ایجاد جرقه و قوس فراهم می کنند که به سرعت به عایق های جامد آسیب می رساند‌.

• آلودگی روغن

در بررسی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور  باید بگوییم، که روغن ترانسفورماتور به مرور زمان و در اثر مجاورت با اکسیژن و حرارت، دچار فرآیند کهنگی و اکسیداسیون می شود. این فرآیند باعث تولید لجن (sludge) و اسید خواهد شد.

علاوه بر این، ذرات ریز فلزی ناشی از سایش قطعات مکانیکی یا ذرات کربن حاصل از تخلیه های جزئی، قادرند روغن را آلوده کنند. این آلاینده ها دو مشکل اصلی به وجود می آورند.

اولاً استقامت عایقی روغن را کاهش داده و احتمال وقوع قوس را افزایش می دهند و دوما با رسوب کردن روی سطوح خنک کننده مانند رادیاتورها و سیم پیچ ها، مانند یک عایق حرارتی عمل کرده و کارایی سیستم خنک کنندگی را با اخلال روبرو می نمایند. این اختلال در خنک کاری خود منجر به افزایش بیشتر دما و تسریع در فرآیند تخریب عایق ها خواهد شد.

• اضافه ولتاژ

اگرچه ترانسفورماتورها تا حدی برای تحمل اضافه ولتاژهای کوتاه مدت طراحی شده اند، اما قرارگیری مداوم در معرض ولتاژهای بالاتر از حد نامی، عواقب جدی در پی دارد. خب این یعنی با یکی از ۱۰ دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور آشنا شده ایم.

اضافه ولتاژ باعث می شود هسته فولادی ترانسفورماتور به ناحیه اشباع برود. در این حالت، جریان مغناطیس کننده به شکل غیرخطی و شدیدی زیاد شده و تلفات در هسته به طور قابل توجهی زیاد می شود.

این تلفات، حرارت زیادی در هسته به وجود می آورند، که به عایق های بین ورقه های هسته و همچنین عایق سیم پیچ های مجاور آن آسیب می رساند و در نهایت منجر به شکست عایقی و سوختن می گردد.

• اضافه ولتاژهای گذرا

باید در بررسی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور به اضافه ولتاژ های گذرا اشاره کنیم، که در دو دسته ی اضافه ولتاژهای خارجی مثل صاعقه و اضافه ولتاژهای داخلی مثل کلیدزنی یا قطع و وصل بارهای بزرگ در شبکه تقسیم می شوند.

این موج های ولتاژ با شیب تند، به دلیل توزیع نابرابر ولتاژ در اولین حلقه های سیم پیچی، استرس الکتریکی شدیدی به انتهای سیم پیچ ها (line end) وارد می کنند.

اگر سیستم حفاظتی (مثل برق گیر) نتواند این موج ها را به درستی محدود و دفع کند، احتمال داشته در همین حین عایق الکتریکی دچار نقض گردد که با تخریب موضعی عایق شروع می شود. این اتفاق به سرعت به یک اتصال کوتاه کامل در سراسر سیم پیچ تبدیل خواهد شد.

• افزایش دمای محیط

توان نامی یک ترانسفورماتور بر اساس حداکثر دمای محیطی مشخص (مثلاً ۴۰ درجه سانتی گراد) تعریف می شود. اگر دمای هوای اطراف ترانسفرماتور از این حد فراتر رود، ظرفیت خنک کنندگی طبیعی سیستم کاهش می یابد.

در نتیجه، حتی اگر ترانسفورماتور در حال کار در بار نامی خود باشد، قادر نبوده حرارت تولیدی داخلی را به درستی دفع کند. این امر باعث افزایش تدریجی و مستمر دمای سیم پیچ ها و هسته می گردد. خب این اتفاق یعنی بالا رفتن دمای محیط در حقیقت از جمله دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور می باشد.

باید بگوییم که به ازای هر ۱۰ درجه سانتی گراد افزایش مداوم دمای کارکرد، عمر عایق های جامد تقریباً به نصف کاهش می یابد. بنابراین، گرمای محیط بالا به صورت خزنده و نامحسوس، عایق ها را شکننده کرده و آن را برای یک شکست ناگهانی در آینده آماده می کند.

• بروز جرقه یا هارمونیک در ولتاژ اولیه

در معرفی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور باید به هارمونیک ها اشاره کنیم، که معمولاً توسط بارهای غیرخطی مانند درایوهای فرکانس متغیر (VFD)، یکسوکننده ها و کوره های قوسی به وجود می آیند و همچنین شکل موج سینوسی ولتاژ یا جریان را تحریف می کنند.

حضور هارمونیک های به خصوص مدل های مرتبه سوم، باعث گرمایش بیش از حد در سیم پیچ ها و هسته می گردد. هارمونیک های با فرکانس بالا تلفات فوکو در هسته و تلفات اهمی را زیاد تر می کنند. این گرمایش اضافی، در کنار استرس های مکانیکی ناشی از میدان های مغناطیسی متغیر، به عایق ها فشار آورده و در نهایت منجر به تخلیه جزئی، جرقه و در نهایت سوختگی خواهد شد.

• پارگی هادی های ترانس

آسیب های فیزیکی به هادی های سیم پیچ ها نیز از جمله دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور بوده، که ریشه در حوادث مختلفی دارد. حمل و نقل نادرست، نصب غیراصولی، تنش های مکانیکی ناشی از نیروهای الکترومغناطیسی در هنگام اتصال کوتاه های شدید خارجی، یا لرزش های مداوم سبب شکستگی، پارگی یا ساییدگی هادی ها می گردند.

حتی یک آسیب کوچک و موضعی به عایق یک هادی توانسته نقطه ای با استرس الکتریکی بالا به وجود آورد، که در آن تخلیه جزئی آغاز می گردد. این تخلیه ها به مرور زمان عایق اطراف را خورده و منطقه آسیب را گسترش می دهند تا اینکه اتصال کوتاه بین حلقه های سیم پیچ یا فازها رخ دهد.

• عمر بالای دستگاه

در ادامه بررسی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور باید به عمر زیاد این تجهیزات اشاره کنیم. ترانسفورماتورها نیز مانند تمام تجهیزات مکانیکی و الکتریکی، عمر مفید محدودی دارند.

عامل اصلی استهلاک این تجهیزات پیری و فرسودگی عایق های جامد (کاغذ و مقوا) است. با گذشت زمان و تحت تأثیر ترکیبی از حرارت، رطوبت، اکسیژن و استرس های الکتریکی، عایق های سلولزی، ترد و شکننده می شوند و استحکام دی الکتریک و مکانیکی خود را از دست می دهند.

این فرآیند کاهنده حتی با تعویض روغن نیز قابل بازگشت نیست، چرا که روغن جدید قادر نیست خواص از دست رفته عایق های جامد را بازیابی کند. در نهایت، عایق های فرسوده در برابر کوچک ترین اضافه ولتاژ یا استرس حرارتی آسیب پذیر شده و احتمال شکست ناگهانی آن ها به شدت افزایش می یابد.

• خطای سیم پیچی و خرابی تپ چنجر

خرابی در سیستم سیم پیچی و تپ چنجر ترانسفورماتور می تواند به عواقب جدی بیانجامد، ما این خطا را از جمله دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور می دانیم.

سیم پیچی، به ویژه با مشکلاتی مانند عایق بندی ضعیف، اتصالات شل و نقص های ساختاری، قادر بوده نقاط استرس الکتریکی ایجاد کند که به مرور زمان به اتصال کوتاه داخلی منجر می شود. از سوی دیگر، تپ چنجر به عنوان یک عضو مکانیکی متحرک، مستعد خرابی است و مشکلاتی مانند کثیفی کنتاکت ها، خرابی فنرها و عدم همزمانی در تعویض تپ باعث ایجاد قوس الکتریکی پایدار می گردد.

این قوس نه تنها کنتاکت ها را نابود می کند، بلکه گازهای داغ و ذرات کربن تولید نموده، که به داخل محفظه ترانسفورماتور نفوذ می نماید و استقامت دی الکتریک را کاهش می دهد، که در نهایت به سوختن فاجعه بار سیم پیچی می انجامد.

آیتم های بالا همگی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور هستند، که با بررسی آنان می توان عمر دستگاه را افزایش داد.

کلام آخر

در پایان می توان نتیجه گرفت که سوختن ترانسفورماتورها پدیده ای تصادفی نبوده و عمدتاً ناشی از مجموعه ای از عوامل قابل پیشگیری است. همان طور که بررسی شد، اضافه بار و خطاهای عملیاتی، کهولت سن و خرابی اجزای داخلی و… همگی از جمله بررسی دلیل رایج سوختن ترانسفورماتور هستند، که باید مورد توجه قرار بگیرند.

کلید جلوگیری از این رویداد، درک این عوامل و اجرای یک برنامه منسجم نگهداری پیشگیرانه، پایش مستمر پارامترها و انجام به موقع تعمیرات است. سرمایه گذاری در این زمینه نه تنها از خاموشی های گسترده جلوگیری می کند، بلکه موجب صرفه جویی اقتصادی کلانی خواهد شد.