ترانسفورماتورهای خشک در برابر نوسانات ولتاژ چه میزان مقاومت دارند؟

این یکی از آن سوالاتی است که ساده به نظر می رسد اما به این موضوع می پردازد که چگونه یک ترانسفورماتور در طول عمر خود دوام می آورد. از مشتریانی داشتم که بعد از یک طوفان رعد و برق با من تماس گرفتند، از اینکه ترانسفورماتورشان از کار افتاد وقتی ترانسفورماتور پایین خیابان زنده ماند. تفاوت معمولاً به یک چیز منتهی می شود: قابلیت مقاومت در برابر موج.

بیایید در مورد معنای واقعی آن صحبت کنیم و چرا بین واحدها متفاوت است.

آشنایی با قابلیت مقاومت در برابر موج

قابلیت مقاومت در برابر ولتاژ به توانایی یک ترانسفورماتور نوع خشک برای کنترل ولتاژهای گذرا - اضافه ولتاژهای کوتاه مدت که می تواند چندین برابر سطح عملیاتی معمولی باشد اشاره دارد. اینها اضافه بارهای آهسته ای نیستند که قطع کننده ها را ترک می کنند. ما در مورد رویدادهایی صحبت می کنیم که در میکروثانیه اندازه گیری می شوند: رعد و برق با مایل ها دورتر برخورد می کند که باعث افزایش ولتاژ در خط می شود، سوئیچینگ بانک خازن که امواج متحرک را به پایین فیدر می فرستد، یا عملیات قطع کننده برق که پالس های ولتاژ را در سیستم منعکس می کند.

هنگامی که یک موج به یک ترانسفورماتور برخورد می کند، سیستم عایق را بین پیچ ها، بین فازها و از سیم پیچ ها به زمین تحت فشار قرار می دهد. عایق یا نگه می دارد یا نمی ماند. اگر از کار بیفتد، با شلوارک چرخشی، خطای فاز به فاز یا خرابی سیم پیچ به زمین مواجه می شوید. هر یک از اینها به این معنی است که ترانسفورماتور از خط خارج می شود و اغلب نیاز به تعویض دارد، نه تعمیر.

قابلیت مقاومت در برابر موج در واقع چه چیزی را اندازه گیری می کند

از لحاظ عملی، مقاومت ترانسفورماتور در برابر نوسانات با سطح ضربه پایه (BIL) آن اندازه‌گیری می‌شود. این یک مقدار اوج ولتاژ مانند 10 کیلو ولت، 30 کیلو ولت یا 95 کیلو ولت است - که سیستم عایق باید در طول آزمایش استاندارد زنده بماند. شکل موج آزمایشی یک ضربه 1.2/50 میکروثانیه است: در 1.2 میکروثانیه به اوج خود می رسد و در 50 میکروثانیه به نصف مقدار کاهش می یابد. این شکل، نوع تنش‌های گذرا را که یک ترانسفورماتور از رعد و برق یا رویدادهای سوئیچینگ می‌بیند، تقریبی می‌کند.

هنگامی که یک ترانسفورماتور نوع خشک را می بینید که با یک BIL 10 کیلوولت برای یک واحد کلاس 600 ولت یا یک BIL 95 کیلوولت برای یک واحد کلاس 15 کیلوولت مشخص شده است، این نوسانی است که طراحی شده است تا بدون شکست عایق مقاومت کند. این بدان معنا نیست که ترانسفورماتور از موج عبور می کند و به کار خود ادامه می دهد - به این معنی است که سیستم عایق بدون خرابی از این رویداد جان سالم به در می برد.

چرا این در برنامه های واقعی مهم است

اینجا جایی است که من اغلب سردرگمی را می بینم. کسی فرض می‌کند که چون یک ترانسفورماتور برای 480 ولت رتبه‌بندی شده است، می‌تواند یک اسپایک لحظه‌ای تا 1000 ولت را تحمل کند. و ممکن است یک بار. اما نوسانات ناشی از رعد و برق می توانند در سیستم های ولتاژ پایین 6 کیلو ولت یا بالاتر برخورد کنند. بدون BIL کافی، آن رویداد از طریق عایق سوراخ می شود.

در ساختمان‌های تجاری، ترانسفورماتور خراب به این معنی است که آسانسورها متوقف می‌شوند، HVAC خاموش می‌شود و مستاجران ناراحت می‌شوند. در کارخانه های صنعتی، به این معنی است که خطوط تولید تاریک می شوند، مواد اولیه به قراضه تبدیل می شوند و خدمه تعمیر و نگهداری اضافه کار می کنند. هزینه خود ترانسفورماتور در مقایسه با خرابی هایی که ایجاد می کند ناچیز است.

آنچه که در واقع قابلیت مقاومت در برابر موج را تعیین می کند

مواد عایق و ساخت و ساز

سیستم عایق اولین خط دفاعی است. در ترانسفورماتورهای رزین ریخته گری مانند ماترانسفورماتور نوع خشک سری SC- سیم‌پیچ‌ها در اپوکسی تحت شرایط کنترل‌شده با خلاء ریخته‌گری می‌شوند. این حفره هایی را که در آن تخلیه جزئی شروع می شود از بین می برد. خود اپوکسی استحکام دی الکتریک بالایی دارد، اما نحوه اتصال آن به هادی ها و نحوه مدیریت درجه بندی میدان داخلی در انتهای سیم پیچ ها به همان اندازه مهم است.

برای انواع خشک تهویه‌شده با استفاده از Nomex یا مواد مشابه، عایق لایه و فواصل خزشی تعیین می‌کنند که ترانسفورماتور تا چه اندازه نوسانات را کنترل می‌کند. مواد به خودی خود خوب هستند، اما هندسه - میزان مسافتی که موج در طول سطوح باید طی کند، چگونگی تمرکز میدان در گوشه ها - به همان اندازه اهمیت دارد.

طراحی سیم پیچ و درجه بندی ولتاژ

این قسمتی است که از بیرون نمی توانید ببینید. هنگامی که یک موج به یک سیم پیچ وارد می شود، به طور یکنواخت توزیع نمی شود. افت ولتاژ اولیه در چند پیچ ​​اول متمرکز می شود. اگر عایق چرخشی برای آن استرس طراحی نشده باشد، اولین پیچ ها از کار می افتند.

در طرح‌های خوب از تکنیک‌هایی مانند سیم‌پیچ‌های درهم‌پیچ یا پیچ‌های شروع محافظ برای درجه‌بندی ولتاژ یکنواخت‌تر استفاده می‌شود. این کار جزییات مهندسی است، اما ترانسفورماتورهایی را که از جهش جان سالم به در می‌برند از ترانسفورماتورهایی که نمی‌کنند جدا می‌کند.

کیفیت ساختاگر اجرا ضعیف باشد، بهترین طراحی با شکست مواجه می شود. فضاهای خالی در ریخته گری، اشباع ناسازگار، یا عایق آسیب دیده در طول مونتاژ، همگی نقاط ضعفی را ایجاد می کنند که در آن موج ها مسیری را پیدا می کنند. به همین دلیل است که ما هر واحد - نه فقط نمونه های طراحی - را برای تخلیه جزئی آزمایش می کنیم. عیوب را قبل از تبدیل شدن به خرابی میدانی می گیرد.

چگونه مقاومت در برابر موج آزمایش می شود

تست ضربه کاری نیست که با یک متر دستی انجام دهید. به یک مولد ضربه نیاز دارد که خازن ها را شارژ کرده و آنها را از طریق سیم پیچ های ترانسفورماتور با زمان بندی دقیق و شکل موج تخلیه می کند.

در طول آزمایش، ما یک سری از تکانه‌ها را با قطبیت مثبت و منفی کامل BIL اعمال می‌کنیم - در حالی که برای هرگونه تغییر در شکل موج که نشان‌دهنده خرابی است، نظارت می‌کنیم. همچنین برای مقایسه ایمپالس های ولتاژ کاهش یافته را انجام می دهیم. اگر شکل موج های ثبت شده قبل و بعد از اعمال ولتاژ کامل مطابقت داشته باشند، ترانسفورماتور عبور می کند. هر انحرافی به معنای شکست داخلی است.

ما همچنین ترشح جزئی را قبل و بعد از آزمایش ضربه ای اندازه گیری می کنیم. اگر موج باعث آسیب میکروسکوپی شود که باعث خرابی فوری نشود، سطح تخلیه جزئی افزایش خواهد یافت. آن واحد رد می شود.

حفاظت خارجی در مقابل قابلیت داخلی

من باید در مورد چیزی واضح بگویم: برقگیرهای خارجی و قابلیت مقاومت در برابر ولتاژ داخلی مکمل یکدیگر هستند، نه قابل تعویض.

مهار کننده ها ولتاژی را که به پایانه های ترانسفورماتور می رسد محدود می کنند. اما آنها محدودیت هایی دارند - آنها فقط می توانند خیلی سریع گیره کنند و مقداری انرژی همیشه از آن عبور می کند. عایق ترانسفورماتور باید آنچه را که باقی مانده است کنترل کند. اتکای کامل به حفاظت خارجی بدون BIL داخلی کافی، قماری است که من بارها شاهد از دست دادن آن بوده‌ام.

برای کاربردهای حیاتی، ما برای سطح BIL متناسب با نوردهی طراحی می‌کنیم و برقگیرها را به عنوان حفاظت اضافی توصیه می‌کنیم. هر دو مهم هستند.

کاری که ما متفاوت انجام می دهیم

رویکرد ما با درک مکان زندگی ترانسفورماتور شروع می شود. واحدی که وارد یک مرکز داده با فیدر اختصاصی و محافظ خوب می شود، نوردهی متفاوتی نسبت به واحدی دارد که یک سایت صنعتی از راه دور با مایل ها خط هوایی تغذیه می کند.

ما سیستم های عایق را به گونه ای طراحی می کنیم که سطوح BIL استانداردها را برآورده کند یا از آنها فراتر رود - اما در اینجا متوقف نمی شویم. ما هر واحد تولیدی را برای تخلیه جزئی آزمایش می کنیم. ما عملکرد ضربه‌ای را در آزمایش‌های نوع و واحدهای تولید نمونه تأیید می‌کنیم. ما به جزئیات طراحی پایان، فواصل خزش، درجه بندی میدان نگاه می کنیم که تعیین می کند آیا ترانسفورماتور از اولین فصل رعد و برق خود زنده می ماند یا خیر.

خط پایین

قابلیت مقاومت در برابر ولتاژ یک ویژگی لوکس نیست. این یک نیاز اساسی برای هر ترانسفورماتور متصل به شبکه است. سوال این نیست که آیا ترانسفورماتور شما به آن نیاز دارد یا خیر، مسئله این است که آیا ترانسفورماتور شما واقعاً آن را دارد یا فقط ادعا می کند.

هنگامی که ترانسفورماتورهای نوع خشک را مشخص می کنید، رتبه BIL را بخواهید. در مورد آزمایش تخلیه جزئی بپرسید. بپرسید سیم پیچ ها چگونه برای کنترل شیب ولتاژ در طول نوسانات طراحی شده اند. پاسخ ها تامین کنندگانی را که ریسک را درک می کنند از کسانی که منتظر اولین تماس شکست شما هستند جدا می کند.

اگر می خواهید از طریق برنامه خود صحبت کنید و اینکه چه سطحی از محافظت منطقی است، خوشحال می شوم کمک کنم. محصولات ما، مانندترانسفورماتور نوع خشک سری SC، برای ارائه منبع تغذیه قابل اعتماد در محیط های مختلف الکتریکی چالش برانگیز طراحی شده اند. ما سایت های زیادی را می بینیم و یاد گرفته ایم که چه چیزی کار می کند.

مراجع

• IEEE Std C57.12.01، الزامات عمومی استاندارد برای توزیع نوع خشک و ترانسفورماتورهای قدرت.
• IEC 60076-11، *ترانسفورماتورهای قدرت – قسمت 11: ترانسفورماتورهای نوع خشک.
• IEEE Std C62.22، راهنمای استفاده از برقگیرهای اکسید فلزی برای سیستم های جریان متناوب.