حفاظت ترانسفورماتور

مترجم: مهندس رضا حاجی زاد

ترانسفورماتورها ،با اندازه و پیکربندی های متفاوتی که دارند، قلب  سیستمهای قدرت هستند. به عنوان یک جزء حیاتی و  گران قیمت سیستمهای قدرت، ترانسفورماتورها نقش مهمی را در تحویل قدرت بازی می کنند ویکپارچگی سیستم های قدرت بستگی به آنها دارد. به هرحال، ترانسفورماتورها محدودیتهایی دارند که رفتن به فراسوی آنها می تواند سبب از بین رفتن ترانسفورماتور یا کاهش عمر آن شود. اگر ترانسفورماتور دچار اشکال شود موقعیت سیستم وتجهیزات آن می توانند به خطر بیافتند، علاوه بر اینکه قطع  سرویس برای مشتری نمی تواند تحمل پذیر باشد. از آنجایی که تعمیر و جایگزینی ترانسفورماتور ها معمولا خیلی طول می کشد، بنابراین محدود کردن خطا در آنها می تواند بهترین روش برای جلوگیری از صدمه دیدن ترانسفورماتورمی باشد.

تاثیر اقتصادی یک ترانسفورماتور معیوب

1-    تاثیر مستقیم اقتصادی تعمیر یا جایگزین کردن ترانسفورماتور می باشد.

2-    تاثیر غیرمستقیم اقتصادی از دست دادن محصول می باشد.

شرایط عملکرد خطا همانند اضافه بار ترانسفورماتور، خطاها وغیره ، غالبا سبب معیوب شدن ترانسفورماتور می شوند و احتیاج به حفاظت ترانسفوماتور مانند حفاظت تحریک و حفاظت حرارتی را افزایش می دهد. افزایش شرایط غیرعادی که عبارتند از خطاها واضافه بارها ،که در یک ترانسفورماتور در حال کار کردن اتفاق می افتند، می توانند عمرمفید یک ترانسفورماتور را کاهش دهند. باید حفاظت مناسبی برای جداکردن سریع ترانسفوماتور از شبکه تحت چنین شرایطی فراهم باشد. کاربرد این نوع از حفاظت باید مدت زمان قطع را هنگامی که درترانسفورماتور خطایی ایجاد می شود کاهش دهد تا ریسک حوادث فاجعه بار و هزینه تعمیرات کاهش یابد.

خطا درترانسفورماتور

 خطر عیب در ترانسفورماتور دارای دو بعد می باشد: تعداد خطا و شدت خطا. اکثر خطاهای ترانسفورماتور نتیجه اشکال در عایقها هستند. این موارد شامل نقص یا معیوب بودن نصب، معیوب بودن عایق، اتصال کوتاه، و آسیبهای ناشی از ولتاژ ضربه ای (مانند صاعقه) می باشند.

خطاهای داخلی  ترانسفورماتور را  می توان طبقه بندی کرد

1-    خطاهای سیم پیچ که بیشتر در اثر اتصال کوتاه اتفاق می افتند( خطای چرخشی ،خطای فازبه فاز، فازبه زمین، خطای سیم باز) .

2-    خطای هسته (معیوب بودن عایق هسته، قطع شدن ورقه های ترانس).

3-    خطاهای ترمینالی (اتصالات آزاد، اتصال کوتاه).

4-    خطای تعویض تپ زیر بار یا تپ چنجر(مکانیکی ، الکتریکی ،اتصال کوتاه).

5-    عملکرد وضعیت غیرعادی( اضافه شار،اضافه ولتاژ، اضافه بار).

6-    خطاهای خارجی.

علل دیگری که باعث معیوب شدن ترانسفورماتور می شوند

اضافه بار: اگر بار ترانسفورماتورها از بار نامی  تجاوز کند در این صورت خطایی که به وجود می آید ناشی از اضافه بار می باشد.

ولتاژ هجومی خط: خطاهای ناشی از کلید زنی ، ولتاژهای سوزنی ،صاعقه ها، خطاهای خط، و دیگر عدم تعادل های انتقال و توزیع  که نیاز به مراقبت بیشتر دارند و باید از حفاظت ولتاژ ناگهانی یا محدود کننده سیم پیچ و مقاومت اتصال کوتاه در برابر آنها استفاده کرد.

اتصالات شل:  اتصالات شل، اتصال فلزات ناهمگون، درست نپیچیدن اتصالات پیچی وغیره می توانند همچنین ترانسفوماتور را به سمت خطا هدایت کنند.

آلوده شدن روغن: آلوده شدن روغن دراثر رسوب گل و لای ، باقیماندن کربن دراثر تخلیه الکتریکی و زیاد بودن رطوبت روغن اغلب می تواند سبب شود که در ترانسفورماتور خطا رخ دهد.

خطای طراحی کارخانه: همچنین این وضعیت شامل : آزاد شدن یا حمایت نشدن فاز ،شل بودن قفل و بستها، نامرغوب بودن جوش، مناسب نبودن عایق هسته، قوی بودن اتصال کوتاه،  و اشیا اضافی خارج از مخزن می شود.

تعمیر و نگهداری ناقص:  بهره برداری و نگهداری نامساعد یکی از علتهای اصلی خطا در ترانس می باشد. قطع شدن یا کنترل نامناسب ترانسفورماتور شامل تلفات خنک کنندگی ، جمع شدن گرد و خاک و روغن ،و فرسودگی می با شد.

عوامل بیرونی: چندین عامل خارجی مانند طغیان کردن ، آتش سوزی و انفجار، صاعقه و رطوبت می تواند باعث شود که خطا در ترانسفورماتور اتفاق بیافتد.

بهترین روش حفاظت ترانسفورماتور

با دقت در اندازه صحیح رساناها و تجهیزات، و حفاظت زمین کافی می توان باعث جلوگیری یا کمترشدن خرابی ها و به خطر افتادن ترانسفورماتور شد. نصب نادرست ترانسفوماتور می تواند باعث آتش سوزی در اثر حفاظت نادرست، به علاوه اضافه ولتاژ الکتریکی به دلیل نامناسب بودن  زمین شود.

·        زمانی که ترانسفوماتور نصب می شود، تانک روغن آن باید با یک سیم مناسب زمین شده باشد و زمین آن  به طور پایدار باشد.

·        راه دسترسی به ماده جمع شده در مخزن ترانسفورماتور درشرایطی که رطوبت یا باران زیاد است باید محدود باشد.

·        اگر رطوبت از 70% تجاوز کند هوای خشک باید به صورت پیوسته در داخل فضای گاز پمپ شود.

·        حفاظت معین ترانسفوماتور دربرابر باران باید طوری باشد که آب درون آن نفوذ نکند.

·        تجهیزاتی که در جابجایی مایع کاربرد دارند (ظرفها ، پمپ ها،و غیره) باید تمیز و خشک باشد. اگرمایع عایق شده برای بررسی بیرون کشیده شده است ،سطح روغن درون ترانسفورماتور نباید از بالای سیم پیچ ها کمتر شود.

·        هنگامی که ترانسفورماتور روغنی در فضای باز نصب می شود، فشار گاز کافی باید فراهم شود تا درون تانک روغن همیشه فشار مثبت 1 تا 2 پاسکال را داشته باشیم (حتی در درجه حرارت کم).

·        بررسی نهایی ترانسفورماتور قبل از اینکه برقدار شود ضروری است. همه اتصالات الکتریکی ،بوشینگها و غیره باید چک شود.

·        بمحض بارگرفتن از ترانسفوماتور مراقبت از دستگاه در هنگام ساعت بارگیری انجام شود. همه درجه حرارت ها وفشارها در مخزن ترانسفورماتور در مدت زمان نخستین هفته عملکرد باید چک شود.

·        برق گیرها باید نصب شود و اتصالات به بوشینگ و ترمینال های ترانسفورماتور با دستگاه تست اتصال کوتاه تست شود تا از دستگاه در برابر ضربه کلید زنی و صاعقه جلوگیری کند.

مایک دیکنسون

اولین شناور نظامی تمام برقی؛ قسمت اول

اسکات لیتل فیلد و آنتونی نیکنس دفتر تحقیقات نیروی دریایی

15 فوریه 2005

کشتی 19360 تنی یو.اس.اس ژوپیتر اولین نتیجه علاقه نیروی دریایی آمریکا به نیروی محرکه الکتریکی بود. ژوپیتر دارای یک پیشرانه آزمایشی بود که بعدها به صورتی گسترده در نبردناوی ساخته شده در دهه های 1910 و 1920 بکارگرفته شد. به عنوان مثال، نبردناو 36000 تنی یو.اس.اس نیومکزیکو ،که در سال 1918 به خدمت پیوست، اولین نبردناو از سه فروند نبردناوی بود که از موتور الکتریکی استفاه می کرندد.  پیشرانه نیومکزیکو عبارت بود از 4 دستگاه توربین بخار که به وسیله 6 دستگاه دیگ بخار نیرویی برابر با 40000 اسب بخار تولید می کرد و می توانست سرعت نبردناو را به 21.5 گره دریایی برساند. در طی همان دوره، چند کلاس مختلف از ناوشکن ها و زیردریایی های دیزلی با موتورهای جریان مستقیم ،که مستقیما به پروانه های شناور متصل شده بودند، ساخته شدند.

 

تصویر1- اولین شناور نیروی دریایی آمریکا با موتور الکتریک یو.اس.اس ژوپیتر (بعدها به یو.اس.اس لانگلی تغییر نام داد).

در آن زمان، به موتورهای الکتریکی به عنوان نسل بعدی پیشرانه ها (در برابر موتورهای بخار با دور پایین که در ابتدای قرن ناوگان سفید را بوجود آوردند) نگریسته می شد. تولید توربینهای بخار با دور بالا در ابتدای قرن بیستم به این معنی بود که برای انتقال نیروی تولید شده به محورهای کشتی یا باید از یک جعبه دنده کاهنده یا یک موتور الکتریکی استفاده کرد. پیشرفتهای ساخت جعبه دنده ها سب شد تا طراحان کشتی ها به سیستمهای اتصال مستقیم پیشرانه متمایل شوند چرا که موتورهای الکتریکی آن زمان بزرگتر، سنگین تر، با بازده کمتر و از نظر تعمیرات پرهزینه تر از جبعه دنده های مکانیکی بودند. به هرحال، در طول جنگ جهانی دوم کمبود ظرفیت کارخانه های جعبه دنده سازی سبب شد تا در تعدادی از کشتی های جنگی آمریکا موتورهای الکتریکی نصب شوند.

علاقه به این موتورها پس از پایان جنگ به دلیل توسعه پیشرانه هسته ای و توربینهای گازی کاهش یافت. امروزه، غیر از ناوهای هواپیمابر با پیشرانه هسته ای، کشتی های جنگی نوعا یک جفت توربین گازی ال.ام2500 ساخت جنرال الکتریک دارند که از طریق یک کلاچ اس.اس.اس به یک جعبه دنده کاهنده مشترک وصل شده اند. این کلاچها 50000 اسب بخار را به محورهای کشتی منتقل می کنند با یک پروانه با زاویه گام قابل تغییر در آب حرکت می کند. بعضی از شناورها به 100000 اسب بخار بر روی محور نیازدارند تا وزن 10000 تنی خود را به سرعت بیش از 30 گره دریایی در دریا برانند اگرچه بیشتر کشتی های جنگی 90 درصد عمر خود را تنها با یک یا دو موتور سرمی کننند. چون افزایش قدرت با توان دوم افزایش سرعت نسبت دارد هر کشتی چند موتور اضافی دارد تا زمانی که باید از منطقه خطر فرار کنند و نیاز به سرعت بیشتر دارند از آنها استفاده کنند.

بار الکتریکی نوعی کشتی های نظامی (شامل چراغ ها و سلاح ها) به وسیله سه توربین گازی آلیسک 501 (موسوم به اس.اس.تی.جی) که هرکدام به وسیله بازیافت حرارت آبهای داغ تولید شده تقویت می شوند تأمین می شود.

احیای کشتی های برقی

با آغاز دهه 1970 توانایی ساخت قطعات الکترونیکی و کلیدهای حالت جامد سریعتر و موتورهای جریان متناوب سنکرون پرقدرت سبب شد تا نیروی دریایی دوباره به کشتی های تمام برقی علاقمند شود. در گذشته، طراحان کشتی به وسیله فشارهای تعیین محل نصب ماجولهای پیشرانه در فشار بودند. محل پروانه های کشتی به گونه ای بود که باید محور کشتی در وسط قرار می گرفت و به ناچار توربینهای گازی به صورت عمودی در کشتی نصب می شدند. به خاطر قابلیت بقای بیشتر یک ماجول در سینه و دیگری در پاشنه کشتی نصب می شدند. به صورتی معنی دار، کشتی های تمام برقی طراحان را از مکان یابی توربینهای گازی آزادکرده است و درنتیجه آنها می توانند وزن و تعادل کشتی را بهینه کنند. توربوژنراتورها با استفاده از کابل و قطعات پرسرعت الکترونیک به موتورهای الکتریکی پیشرانه نصب شده اند.

یک طرح تکمیل شده کشتی جنگی تمام برقی یک پریز دیواری برای تمامی تکنولوژی های آینده مانند توپهای برقی، لیزرهای پرقدرت، حسگرهای قدرتمند و پهپهادهای شناسایی محسوب می شود. چنین طرحی به صورتی مهیج توانایی های رزمی و انعطاف پذیری کشتی را بهبود می بخشد. به علاوه برای کاهش هزینه های عملیاتی و نگهداری، کشتی می تواند بقاپذیری بیشتری داشته باشد چرا که تولید نیرو می تواند در کشتی پخش شود. یک سیستم یکپارچه قدرت همچنین بازده بیشتری دارد که با مشخصات نوعی یک عملیات رزمی بیشتر مطابقت دارد: سرعت بالا در عملیات و کاهش سرعت در هنگام گشت زنی. 

  

تصویر2- شوک آینده- کشتی جنگی تمام برقی

مترجم: رضاکیانی موحد 

منبع: 

http://www.powermag.com/renewables/synfuel/Roadmap-for-the-all-electric-warship_1044.html