آشنایی با پدیده فرانتی در خطوط انتقال

در خطوط انتقال به دلیل تلفات زیاد،معمولا ولتاژ در انتهای خطوط کاهش پیدا می کند که با استفاده از خطوط باندل شده و استفاده از جبرانسازها و بانک های خازنی در انتهای خطوط،رآکتانس خط (XL) و در نتیجه تلفات را کاهش می دهند.

اما در بعضی مواقع ولتاژ در انتهای خطوط انتقال در اثر کم باری و یا بی باری افزایش پیدا می کند که باید در این حالت با استفاده از رآکتورهای سری و موازی،ولتاژ انتهای خطوط را کاهش داد.به این پدیده مهم،پدیده فرانتی گفته می شود.

پدیده رزونانس و فرو رزونانس در شبکه های توزیع

درمدارهاي الكتريكي متشكل ازخازن با خاصيت خازني Cوسيم پيچي با خاصيت القايي L در شرايط خاص,كميات ولتاژ وجريان مداربراي درازمدت از مقادير قابل ملاحضهاي برخورداراست. افزايش قابل ملاحضه مقادير ولتاژ وجريان با توجه به وجود خازني C وخاصيت القليي L از بروز پديده موسوم به رزوناس (تشد يد) ناشي مي شود . 

پديده رزوناس و فرزوناس در شبكه هاي توزيع 

مقدمه :

با توجه به خصوصيات مناسب شبكه هاي توزيع بروز پديده هاي رزوناس وفرزناس در اين شبكه ها بسيار معمول است. به عنوان مثال استفاده عمده از فيوز وFuse-cut-out , استفاده از كابلهاي با خاصيت خازني قابل ملاحضه در مقايسه با خطوط هوايي شرايط بروز دو پديده را دراين شبكه ها فراهم مي سازد. با سوختن فيوز در يك فاز ويا قطع يك فاز توسط Fuse-cut-out , شرايطمناسب بروز پديده فراهم مي شود. 

بروزپديده فرزوناس در شبكه هاي توزيع با افزايش ولتاژ وصدمه به ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي از جمله برقگيرها كابلها و ترانسفورماتورها همراه است كه تركيدن سر كابلها انفجاربرقگيرها را موجب ميشود.به علاوه جريان نشتي برقگيرهاع غير خطي را افزايش ميدهد و از عمر ودوام انها ميكاهد.

 

 

 

 

خصوصيات و شرايط بروز پديده در شبكه هاي توزيع : 
همانطور كه ميدانيم پديده فرو رزنانس در برابر خاصيت خازني مناسب C و اندوكتانس به ازاي مقادير اسمي ولتاژ و جريان روي ميدهد.هنگامي كه هسته هاي فرو مغناطيسي تجهيزات فشار قوي اشباع و در مدار با خاصيت خازني C واقع شوند شرايط بروز پديده فراهم خواهد بود.در شبكه هاي ترانسفورماتورها به طور عمده توسط كاباهاع kv 30-6 تغذيه مي شوند و كاباها از خاصيت خازني بالا بر خوردارند به طور سري با سيم پيچي ترانسفورماتورهامجهز به هسته فرومغناطيسي واقع مي باشند.كابلها به شرح فوق در محل انشعاب از خط اصلي به فيوز يا Fuse -cut- out مجهزند. در صورت سوختن فيزها يا قطع يك يا دو فاز نرانسفورماتور و كابل تغذيه ان به صورت تكفاز يا دوفاز تحت ولتاژ واقع مي شوتد. در اين حالت شرايط بروز رزنانس در مدارهاي بسته دو فاز و يا تك فاز فراهم مي شوند.مدار به شرح فوق تنها در شبكه هاي توزيع kv 30-6 مشاهده مي شود.خصوصيات مدارها به شرح فوق ا زنظر بروز پديده فرورزنانس در اين جا مورد بحث قرار ميگيرد و روش مقابله با شرح داده ميشود . از انجا كه ودارها شامل كابلها با خاصيت خازني بالا و اتصال مستقيم به ترانسفورماتورها از طريق فيوز و يا Fuse -cut- out تنها در شبكه هاي توزيع معمول بوده است در پي سوختن فيوز در شرايط يك فاز بروز پديده فراهم . شرايط بروز پديده در طي رژيم گذرا و ظهور اضافه ولتاژهاي موقت بادامنه بالا در پي بروز عيب و يا بروز رزنانس و افزايش قابل ملاحظه مقدار جريان و اشباع هسته هاي مغناطيسي فراهم مي شود . در صورت بروز پديده روزنانس و افزايش قابل ملاحظه ولتاژهسته مغناطيسي سيم پيچها اشباع گشته بروز پديده فرو رزنانس را موجب مي شود.اشباع هسته سيم پيجها و بروز پديده فرورزنانس با اضافه ولتاژها از نوع موقت همراه بوده داراي دامنه ضربه اي با فركانس چند سيكل بر ثانيه خواهند بود . افزايش ولتاژ به شرح يالا با توجه به مدت طولاني خود بالغ بر چند سيك فركانس 50ايزولاسيون داخلي تجهيزات فشار قوي از جمله ترانسفورماتورها كابلها سر كابلها ترانسفور ماتورهاي ولتاژ را تهديد مي كند و شرايط بروز قوس و تخليه را در برقگيرهابدون فاصله هوايي فراهم مي سازد . در برقگير هاي غير خطي اضافه ولتلژ به شرح فوق جريان تخليه برقگير را تا چند امپر افزايش مي دهد و انرژي حرارتي حاصل ازان دماي المانهاي غير خطي را به سرعت افزوني مي بخشذ و از عمر ودوام انها تا چندين برابر كاهش ميدهد . بر طب قمطالعلت صورت گرفته درصد عمده بروز عيب و اسيب در برقگيرهاي غير خطي د رشبكه هاي توزيع از بروز پديده فرورزنانس ناشي ميشود . به همين علت در شبكه ها و مدارها با هسته هاي فرومغناطيسي كه احتمال بروزه پديده بالاست حتي الامكان از برق گيرهاي غير خطي استفاده نشده استو از برق گيرها با فواصل هوايي استفاده مي شود. 

به طور كلي بروز پديده فرو رزنانس در شبكه هاي توزيع مستلزم تشكيل مدار بسته به صورت مستقل از شبكه با خصوصيات زير است: 

1-مدار بسته شامل خاصيت القايي ناشي از هسته مغناطيسي خاصيت خازني و نيروي الكتروموتوريمناسب 

2-برقراري جريان در مدار بسته با مقدار بالا و كافي به منظوز اشباع هسته مغناطيسي سيم پيچها 

3-امپدانس معادل شبكه از سمت سيم پيچها با مشخصه خازني (وجود خاصيت خازني قابل ملاحظه در مدار) 

وجود مولفه فعال در امپدانس ديده شده (بند3) ضربات و نوسانات پديده را در ولتاژ شبكه مستهلك مي كند. به همين علت بالاترين مقدار اضافه ولتاژ ناشي از پديده فرو رزنانس در شرايط بي باري و يا بار اكتيو خالص مشاهده مي شود. در شرايط معمول و متقارن بهره برداري كه در ان تجهيزات با خاصيت خازني نظير خطوط بي بار و يا كابلهاي زميني موجودند و يا بانگهاي خازني به منظور جبران قدرت راكتيو نصب شده اند خاصيت خازني مدار با سيم پيچي مجهز به هسته فرو مغناطيسي به طور موازي واقع بوده احتمال بروز پديده فرورزنانس به علت عدم اشباع هسته مغناطيسي نا چيز خواهد بود . با اين همه احتمال بروز پديده فرورزنانس در حالت نا متقارن كميات مدار افزايش مي يابد عدم تقارون به طور عمده در هنگام قطع يك يا دو فاز شبكه روي مي دهد.به عنوان مثال هنگامي كه در پي ووصل كليد به علت اشكال و نقص فني در كليد تنها يك يا دو فاز وصل شوند و يا در خط در حال بهره برداري با سوختن فيوز و يا كار دستگاه Fuse -cut- out يك يا دو فاز قطع شوند. بروز نقص و اشكال ميكانيكي در كليد د رهنگام وصل در هر دو رديف ولتاژهاي توزيع و انتقال امكان پذير استول يعدم تقارن ناشي از سوختن فيوز و يا كار Fuse -cut- out تنها در شبكه هاي توزيع مشاهد مي شود . در اين شبكخه ها از فيو زو فيوز cut- out استفاده مي شود به همين علت احتمال بروز پديده در شبكه هاي توزيع بالاست. احتمال بروز پديده هنگامي كه نقطه نول د رشبكه توزيع ويا نقطه نول د رترانسفورماتور مورد تغذيه زمع شده باشد كاهشمي يابد و احتمال بروز پديده با افزايش خاصيت خازني مدا رافزوني مي يابد. در شبكه هاي توزيع كه بطور عمده به كابلهاي زميني مجهز اند به علت خاصيت خازني بيشتر كابلها نسبت به خطوط هوايي احتمال برو زپديده نسبت به شبكه هاي توزيع نوع هوايي فزوني مي يابد.

گروه برداری اتصالات ترانسفورماتورها

اصولاً در ترانسفورماتورها بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، اختلاف فازی حاصل می شود که مقدار آن ، بستگی به طریقه اتصال بین سیم پیچ های مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا باید نحوه اتصالات سیم پیچ های اولیه و ثانویه را مشخص نمود . برای مشخص نمودن اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور از حروف اختصاری استفاده می شود . به این ترتیب که اتصال ستاره با Y ، اتصال مثلث با D و اتصال زیگزاگ را با Z نشان می دهند . در ضمن اگر اتصال مورد نظر در طرف فشار قوی باشد ، با حروف بزرگ و اگر در طرف فشار ضعیف باشد ، با حروف کوچک نمایش می دهند ؛ مثلاً اتصال ستاره – ستاره با Yy و یا اتصال مثلث – زیگزاگ با Dz مشخص می شود ( لازم به ذکر است که حروف معرف اتصال طرف ولتاژ بالا یا فشار قوی ، در ابتدا ، و حروف معرف اتصال طرف ولتاژ پایین ، بعد از آن قرار می گیرد ) . حال اگر در طرف ستاره یا زیگزاگ ، مرکز ستاره یا زیگزاگ ، زمین شده باشد ، متناسب با اینکه اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا یا پایین باشد ، به ترتیب از حروف N یا n استفاده می شود ؛ مثلاً Yzn یعنی اتصال ستاره – زیگزاگ که مرکز زیگزاگ ، زمین شده است و اتصال ستاره در طرف ولتاژ بالا ، و زیگزاگ در طرف ولتاژ پایین است .


بعلاوه در ترانسفورماتورها ، هر فاز اولیه با فاز مشابه اش در ثانویه ، اختلاف فاز مشخصی دارد که جزء خصوصیات آن ترانسفورماتور به شمار می آید ؛ مثلاً ممکن است این زاویه 0، 30 ، 150 ، 180 و ... باشد . برای آنکه زاویۀ مذکور ، اختلاف فاز را برای هر ترانسفورماتور مشخص نمایند به صورت مضربی از عدد 30 تبدیل می کنند و مضرب مشخص شده را در جلوی حروف معرف اتصالات طرفین ترانسفورماتور می آورند . مثلاً مشخصه YNd11 بیانگر اتصال اولیه ستاره با مرکز ستاره زمین شده و ثانویه ، مثلث است که اختلاف زاویه بین اولیه و ثانویه برابر 330 می باشد . به این عدد گروه ترانسفورماتور می گویند . 


به طور کلی مطابق استاندارد IEC76-4 ، نوع اتصالات ترانسفورماتورها می تواند مطابق یکی از اعداد 11،10،8،7،6،5،4،2،1،0 باشد . اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دستۀ مجزا تقسیم می شوند که عبارتند از :

دستۀ یک : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 0،4 یا 8 هستند . 
دستۀ دوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 2،6 یا 10 هستند . 
دستۀ سوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 1 یا 5 هستند . 
دستۀ چهارم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 7 یا 11 هستند .
اما دو موضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتورها ، تعیین گروه آنها با توجه به نوع اتصال ، و یا یافتن نوع اتصال سیم پیچ ها با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتور می باشد .

الف ) تعیین گروه ترانسفورماتور با توجه به معلوم بودن اتصالات سیم پیچ ها

این موضوع را با شرح یک مثال بیان می کنیم . فرض کنید که اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور ، به صورت ستاره – مثلث و مطابق با شکل زیر باشد . ابتدا بر روی این اتصالات ، سرهای ورودی و خروجی سیم پیچ ها با U,V,W (برای سیم پیچ اولیه) و u,v,w (برای سیم پیچ ثانویه) مشخص می شوند . سپس بردار نیروی محرکه تمام سیم پیچ ها را از انتهای هر فاز به سمت ابتدای هر فاز رسم می نماییم . لازم به ذکر است که سر سیم پیچ ها به معنای ابتدای فاز خواهد بود و طبعاً سر دیگر سیم پیچ ها به معنای انتهای فاز می باشد .


برای یافتن گروه ترانسفورماتور ، دو دایره متحدالمرکز با قطرهای متفاوت رسم می کنیم و ساعت های 1 تا 12 را بر روی آن مشخص می سازیم . ابتدا بر روی دایره بزرگتر ، بردارهای ولتاژ سیم پیچ های اولیه رسم می شود . در اینجا با توجه به اتصال اولیه به صورت ستاره ، بردارهای OU ، OV و OW بر روی ساعت های 12 (یا صفر) ، 4 و 8 رسم می گردد . توجه شود که بین سرهای خروجی ، 4 ساعت یا 120 درجه اختلاف فاز می باشد . سپس نوبت به ترسیم بردارهای ولتاژ سیم پیچ های ثانویه می رسد . با توجه به اتصال مثلث سیم پیچ های ثانویه ، باید بردار ولتاژ vu در راستای بردار ولتاژ OU اولیه ، بردار ولتاژ wv ثانویه هم راستا با بردار ولتاژ OV اولیه ، و بردار ولتاژ uw ثانویه در راستای بردار ولتاژ OW اولیه رسم گردد . البته بردارهای هم راستا باید به گونه ای رسم شوند که اولاً بین سرهای خروجی ، معادل 4 ساعت اختلاف فاز داشته باشد ، و ثانیاً توالی فاز uvw (در جهت عقربه های ساعت) در ثانویه رعایت شود . حال با توجه به موقعیت ولتاژ u ثانویه که بر روی عدد 1 قرار گرفته است ، در می یابیم که گروه این نوع اتصال ، معادل 1 می باشد . به عبارت دیگر ، بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، 30 درجه اختلاف فاز وجود دارد . 


ب) تعیین اتصال سیم پیچ های ترانسفورماتور با توجه به معلوم بودن گروه آن

مشابه قسمت قبل ، این موضوع را با مثالی بیان می کنیم . فرض کنید که می خواهیم اتصال ترانسفورماتور Yd11 را رسم نماییم . در شکل زیر نحوه یافتن اتصالات یک ترانسفورماتور Yd11 نشان داده شده است .


در این روش بر روی نمودار دایره ای ، و با توجه به اتصال سیم پیچ اولیه ، بردارهای ولتاژ OU ، OV و OW رسم می شود . سپس با توجه به گروه 11 ترانسفورماتور ، بردارهای uv ، vw و wu (با در نظر گرفتن این نکته که سر u روی عدد 11 ، سر v روی عدد 3 ، و سر w بر روی عدد 7 قرار گیرد) رسم می شود . پس از رسم نمودار دایره ای ، سیم پیچ اولیه و اتصالات آن رسم می شود و بر روی آن ، بردارهای ولتاژ مشخص می گردد . حال با توجه به مطالب گفته شده ، کافی است که سرهای خروجی را در ثانویه ترانسفورماتور تعیین نماییم . انتخاب سرهای خروجی باید به گونه ای صورت گیرد تا بردارهای ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه با بردارهای ولتاژ اولیه و ثانویه بر روی نمودار ، یکسان باشد . در نهایت باید سرهای همنام u ، v و w ثانویه به هم متصل گردند تا اتصال مثلث کامل گردد که این روند در شکل نشان داده شده است 

آشنایی با پدیده کرونا در خطوط انتقال

کی از پدیده هایی که در ارتباط با تجهیزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوی مطرح می شود، کرونا است. میدان الکتریکی در نزدیکی ماده رسانا می تواند به حدی متمرکز شود که هوای مجاور خود را یونیزه نماید. این مسئله می تواند منجر به تخلیه جزئی انرژی الکتریکی شود، که به آن کرونا می گویند. عوامل مختلفی ازجمله ولتاز، شکل و قطر رسانا، ناهمواری سطح رسانا، گرد و خاک یا قطرات آب می تواند باعث ایجادگرادیان سطحی هادی شود که در نهایت باعث تشکیل کرونا خواهد شد. در حالتی که فاصله بین هادی ها کم باشد، کرونا ممکن است باعث جرقه زدن و اتصال کوتاه گردد. بدیهی است که کرونا سبب اتلاف انرژی الکتریکی و کاهش راندمان الکتریکی خطوط انتقال می گردد. پدیده کرونا همچنین سبب تداخل در امواج رادیویی می شود. 

 

تعریف کرونا

تخلیه الکتریکی ایجاد شده به علت افزایش چگالی میدان الکتریکی ،کرونا نام دارد. در حالی که این تعریف بسیار کلی است و انواع پدیده کرونا را شامل می شود.

ولتاژ بحرانی

گرادیان ولتاژی که سبب شکست الکتریکی در عایق شده و به ازای آن،عایق خاصیت دی الکتریک خود را از دست می دهد، گرادیان ولتاژ بحرانی نامیده می شود. همچنین ولتاژی را که سبب ایجاد این گرادیان بحرانی می شود ولتاژ بحرانی مینامند.

ولتاژ مرئی کرونا

هرگاه ولتاز خط به ولتاژ بحرانی برسد، یونیزاسیون در هوای مجاورسطح هادی شروع می شود. اما در این حالت پدیده کرونا قابل روئیت نمی باشد. برای مشاهده کرونا، سرعت ذرات الکترون ها در هنگام برخورد با اتم ها و مولکول ها بایدبیشتر باشید یعنی ولتاژ بالاتری نیاز است.

ماهیت کرونا

هنگامی که میدان الکتریکی سطح هادی از ولتاژ بحرانی بیشتر شده باشد، بهمن الکترونی بوجود خواهد آمد که بوجود آورنده تخلیه کرونای قابل روئیت درسطح هادی است. همواره تعداد کمی الکترون آزاد در هوا به علت مواد رادیو اکتیو موجود در سطح زمین و اشعه کیهانی، وجود دارد. زمانی که هادی در هر نیمه از سیکل ولتاژمتناوب برقدار می شود، الکترون های هوای اطراف سطح آن بوسیله میدان الکترواستاتیک شتاب پیدا می کند. این الکترون ها که دارای بار منفی هستند در نیمه مثبت به طرفهادی شتاب پیدا می کنند و در نیمه منفی از آن دور می شوند. سرعت الکترون آزاد بستگی به شدت میدان الکتریکی دارد. اگر شدت میدان الکتریکی خیلی زیاد نباشد برخورد بین الکترون و مولکول هوا نظیر O2 و یا N2 نرم خواهد بود به این معنی که الکترون از مولکول هوا دور شده و به آن انرژی نمی دهد. به عبارت دیگر اگر شدت میدان الکتریکی از یک مقدار بحرانی معین بیشتر باشد، هر الکترون آزاد در این میدان سرعت کافی بدست می آورد به طوری که برخوردش با مولکول هوا غیر الاستیک خواهد بود و انرژی کافی بدست می آورد که به یکی از مدارهای الکترون های دو اتم موجود در هوا برخورد کند. این پدیده یونیزاسیون نام دارد و مولکولی که این الکترون از دست می دهد تبدیل به یک یون مثبت می شود. الکترون نخستین که بیشتر سرعتش را در برخورد از دست داده والکترونی که مولکول هوا را رانده است هر دو در میدان الکتریکی شتاب می گیرند و هرکدام از آنها در برخورد بعدی توانایی یونیزه کردن یک مولکول هوا را خواهند داشت. بعد از برخورد دوم 4 الکترون به جلو می آیند و به همین ترتیب تعداد الکترون ها بعداز هر برخورد دو برابر می شود. در تمام این مدت الکترون ها به سمت الکترود مثبت میروند و پس از برخوردهای بسیار تعدادشان بطور چشم گیری افزایش می یابد. این مسئله فرایندی است به وسیله آن بهمن الکترونی ایجاد می شود، هر بهمن با یک الکترون آزادکه در میدان الکترواستاتیک قوی قرار دارد آغاز می شود. شدت میدان الکترواستاتیک اطراف هادی همگن نیست. ماکزیموم شدت آن در سطح هادی و میزان شدت با دور شدن از مرکزهادی کاهش می یابد. بنابراین با افزایش ولتاژ هادی در ابتدا تخلیه الکتریکی فقط درسطح بسیار نزدیک ان رخ می دهد. در نیمه مثبت ولتاژ الکترون ها به سمت هادی حرکت میکنند و هنگامیکه بهمن الکترونی ایجاد شد بطرف سطح هادی شتاب می گیرند. در نیمه منفی، بهمن الکترونی از سطح هادی به سمت میدان ضعیف تر جاری می شود تا هنگامی که میدان آنقدر ضعیف شود که دیگر نتواند الکترون ها را شتاب دهد تا به سرع یونیزاسیون برسند. یون های مثبت باقی مانده در بهمن الکترونی به طرف الکترود مثبت حرکت میکنند. با این وجود به دلیل جرم زیادشان که 50000 برابر جرم الکترون است بسیار کندحرکت می کنند. با داشتن بار مثبت این یون ها، الکترون جذب کرده و هرگاه یکی از آنهابتواند الکترون جذب نماید دوباره تبدیل به مولکول هوای خنثی می شود. سطح انرژی یکیون خنثی کمتر از یون مثبت مربوطه است و در نتیجه با جذب الکترون مقداری انرژی ازمولکول منتشر می شود. انرژی آزاد شده درست به اندازه انرژی نخستین است که لازم بودبرای جدا کردن الکترون از مولکول استفاده گردد. این انرژی بصورت موج الکترومغناطیس منتشر می شود و برای مولکول های O2 و N2 در طیف نور مرئی قرار دارد.

بهترین زمان برای مشاهده کرونا

کرونا در فضای آزاد بعد از یک روز بارانی تا قبل از زمانی که سطوح برقدار خشک شده باشند قابل مشاهده است. پس از خشک شدن کرونا مشاهده نمی شود. نقاط در معرض کرونا با رطوبت خود را بهتر نشان می دهند. باد می تواند فعالیت کرونا راکاهش دهد. کرونا می تواند در اثر قندیل هم ایجاد شود. موتورهای الکتریکی، ژنراتورهاو تابلو های داخلی می توانند کرونای شدید تری ار وسایل خارجی پست ها ایجاد نمایند. تشکیل هوای یونیزه در فضای بسته و عدم حرکت هوا پدیده کرونا را تسریع می کند و ولتاژهایی را ایجاد می کند که در ان کرونا رخ دهد موتورها و ژنراتور ها می توانندبا توجه به وجود فن های خنک کننده شان هوایی با فشار های گوناگون ایجاد کنند.

آشکار شدن کرونا

صدای هیس مانند قابل شنیدن، ازن، اسید نیتریک (در صورت وجود رطوبت در هوا ) که بصورت گرد کدر سفید جمع می شود و نور (قوی ترین تشعشع در محدوده ماوراءبنفش و ضعیف ترین ان در ناحیه نور مرئی و مادون قرمز که می تواند با چشم غیر مسلح نیز در تاریکی با دوربین های ماوراء بنفش دیده شود) از نشانه های کرونای الکتریکی می باشند. تخلیه بار ناشی از بهمن الکترونی در آزمایشگاه، به سه طریق مختلف مشاهده می شود. بهترین راه تشخیص کرونای مرئی است که به صورت نور بنفش از نواحی با ولتاژاضافی ساطع می شود.

دومین راه شناسایی کرونای صدادار است که در حالی که شبکه موردمطالعه در ولتاژی بالاتر از آستانه کرونا باشد صدایی به صورت هیس هیس قابل شنیدن است. امواج صوتی تولید شده به وسیله اغتشاشات موجود در هوای مجاور محل تخلیه بار،به وسیله حرکت یون های مثبت به وجود می آیند.

سومین و مهمترین راه مشاهده از نظر ظرکت برق اثرات الکتریکی استکه منجر به اختلال رادیویی می شود. حرکت الکترون ها (بهمن الکترونی) سبب ایجادجریان الکتریکی و در نتیجه به وجود آمدن میدان مغناطیسی و الکترواستاتیکی درمجاورت ان می شود. شکل گیری سریع و انی بودن این میدان ها ولتاز فرکانس بالایی درنزدیک آنتن رادیویی القا می کند و منجر به اختلال رادیویی می شود.

انواع کرونا

سه نوع مختلف از کرونا وجود دارد که در نمونه تست EHV درآزمایشگاه مشخص می شود: تخلیه پر مانند، تخلیه قلم مویی و تخلیه تابشی.
تخلیه پرمانند، دیدنی ترین آنهاست و علت نامگذاری هم این است که به شکل پر تخلیه می شود. زمانیکه در تاریکی مشاهده شود دارای تنه متمرکزی حول هادی است که قطر این هاله نورانی بنفش رنگ از چند اینچ در ولتازهای پایین تر تا یک فوت و بیشتر در ولتازهای بالا تغییر می کند. بروز آثار صوتی این نوع به صورت هیس هیس بوده و به راحتی توسط یک ناظر با تجربه تشخیص داده می شود. در تخلیه قلم مویی پرچمی از نور به صورت شعاعی از سطح هادی خارج می شود. طول این تخلیه ها از کمتر از یک اینچ در ولتاژ های پایینتا 1 تا 2 اینچ در ولتاژهای بالا تغییر می کند. صدای همراه با ان صدایی در پسزمینه مانند صدای سوختن است. تخلیه تابشی نور ضعیفی دارد که به نظر می رسد سطح هادی را در بر گرفته است ولی مانند نوع قلم مویی برجسته نیست. همچنین ممکن است در نواحی بحرانی سطح عایق ها در زمان بالا بودن رطوبت رخ دهد. معمولا صدایی با این نوع تخلیه همراه نیست.

تصفیه روغن ترانسفورماتورهای توزیع

انجام عمليات تصفيه روغن ترانسفورماتورهاي توزيع در محل نصب 

چكيده: بازديد و تصفيه روغن ترانس يكي از عوامل اصلي و مهم در طولاني تر كردن عمر مفيد آن مي باشد . در صورتيكه بازديدهاي دوره اي قدرت عايقي روغن را ضعيف نشان دهد ، تصفيه ، لجن زدايي و رطوبت گيري از روغن ضروري خواهد بود. با توجه به اينكه طول عمر بسياري از ترانسفورماتورهاي موجود در نقاط مركزي و حساس شهرها زياد بوده و روغن آنها ديگر از مرغوبيت و عايقي لازم و استاندارد برخوردار نمي باشند، خطري پنهان و خزنده در ايجاد خاموشيهاي پيش بيني نشده و طولاني وجود دارد و در صورتي كه به آن توجه لازم نشود شركتهاي توزيع در سالهاي آتي با مشكلات زيادي از بابت سوختن ترانسفورماتور هاي خود روبرو خواهند شد . شركتهاي توزيع برق و مشتركين خصوصي با توجه به تبعات اقتصادي يا اجتماعي ناشي از خاموشيهاي لازم براي اين كار همواره نگراني هاي جدي از تصفيه روغن ترانس دارند چه بسا طفره رفتن و به تعويق انداختن تصفيه روغن ، براي گذشتن از پيكبار تابستاني يا اخذ مجوزهاي لازم براي خاموشي و يا فرصت يافتن براي خواباندن خط توليد ، منجر به بروز حوادث پيش بيني نشده و بسيار پر هزينه اي بشود . اين مقاله راهكاري نو را در انجام عمل تصفيه روغن ترانسفورماتور در محل نصب ، بدون خاموشي و قطع نيروي برق و در شرايط باردار بودن كامل آن مطرح مي نمايد . اين روش برتري هاي چشمگيري از جمله رطوبت گيري هسته و سيم پيچي هاي ترانسفورماتور در حين انجام تصفيه روغن ، لجن زدايي از سطح داخلي مخزن ، بوبين ها و هسته ترانسفورماتور، عدم نياز به خاموشي و بي برق نمودن ترانس در حين انجام تصفيه و ٠٠٠ را دارا مي باشد . نتايج اين مقاله بساخت يك نمونه عملي در شركت توزيع برق شهرستان اصفهان منجر شده كه هم اكنون با موفقيت در حال بهره برداري مي باشد . 

مقدمه 

بخش عمده اي از تأسيسات فعلي شركتهاي توزيع برق داراي عمر و قدمت قابل توجهي هستند . هر چند دستور العمل هاي لازم براي بازرسي ، سرويس و نگهداري دوره اي اين تأسيسات وجود دارد ، ولي همواره مشكلات اجرايي، هزينه هاينسبتاً بالاي تعميرات و مهمتر از همه مسئله محدوديت در اعمال خاموشي ، در انجام صحيح اين دستور العمل ها اخلال ايجاد مي كند . در بين اين تجهيزات، ترانسفورماتور بي شك حاد ترين وضعيت را دارد . ترانسفورماتورها با محدوديت هاي بيشتري از حيث خاموشي و تعمير در محل مواجهند . به نحويكه گاهي عليرغم همه هزينه ها شركت هاي توزيع ’’ تعويض ‘‘ آنها را بر تعميرشان ترجيح مي دهند . معمولترين بخش از بازرسي هاي ترانس ، بازبيني كيفيت و قدرت عايقي روغن آن است . حيات ترانسفورماتور به شدت به كيفيت روغن آن وابسته است . يك روغن كثيف و ضعيف به سرعت ترانس را به آستانه سوختن هدايت مي كند .در يك بررسي آماري مشخص شده است كه در نزديك به ٦٥ % موارد معيوب شدن ترانس ريشه در ضعف روغن آن داشته .[ است [١ 

خواص روغن 

بطور كلي دلايل اصلي بكار بردن روغنها در ترانسفورماتورها را مي توان بصورت زير خلاصه نمود : 

١ - عايق كاري الكتريكي 

٢ - كنترل درجه حرارت داخل ترانس و انتقال حرارت 

٣ - جلوگيري از خوردگي مواد عايق و قسمتهاي فلزي ترانسفورماتور 

٤ - طول عمر زيادتر و تضمين پايداري شيميايي براي ترانسفورماتور 

٥ - آب بندي و جمع آوري و حمل مواد ناخالص ناشي از كاربرد به خارج از محيط سيستم 

٦ - خاموش كردن جرقه الكتريكي 


وظيفه يك روغن خوب به عنوان يك سيال عايق و يك ماده انتقال دهنده حرارت كه به نحو احسن انجام وظيفه مي كند 

عبارت است از : 

١ - استقامت دي الكتريك ( يا ولتاژ شكست ) بالا 

٢ - قابليت انتقال حرارت خوب 

٣ - ويسكوزيته كم 

٤ - نقطه ريزش يا سيلان پائين 

٥ - نقطه اشتغال بالا 

٦ - تمايل به اكسيداسيون و تشكيل لجن كم كم 

٧ - ضريب تلفات عايق پائين 

٨ - ميزان تغييرات خواص در درجه حرارت بالا كم 

٩ - مقاومت مخصوص زياد 


عواملي كه باعث فساد و خراب شدن روغن ترانس و در نتيجه عدول از خصوصيات استاندارد آن مي شود عبارتند از : 

١ - نفوذ رطوبت و آب 

٢ - درجه حرارت بالا 

٣ - اكسيداسيون و اسيدي شدن روغن 

٤ - وارد شدن ذرات معلق و ناخالصي در روغن 

معمول است كه شركت هاي توزيع در دوره هاي شش ماهه با نمونه گيري و تست روغن ، در صورت لزوم اقدام به تصفيه روغن مي نمايند . در برخي از شركتهاي توزيع كه داراي دستگاه سيار تصفيه روغن هستند پس از اعمال خاموشي روغن ترانس در محل نصب ، تصفيه ميشود . برخي شركتهاي ديگر كه اين امكانات را ندارند اقدام به تعويض ترانس و انتقال آن به محل تعميرگاه و جايگزيني ترانس جديد مي نمايند و يا كل روغن را در محل تعويض مي كنند . همة اين روشهاي سنتي داراي عيوبي هستند . حتي در بهترين حالت كه روغن در محل پست تصفيه مي شود لزوم ايجاد خاموشي طولاني نقصي اساسي خواهد بود. اين روش هاي تصفيه عيوب ديگري نيز دارند كه در ادامه به آنها اشاره خواهد شد . چنانچه امكان تصفيه در محل نبوده و روغن ك ً لا عوض شود مشكلاتي به شرح زير وجود خواهد داشت : 

١ - لجن زدايي 

لجن زدايي عم ً لا در داخل ترانس انجام نمي شود . در ترانسفورماتورها درجه آلودگي ناشي از اكسيداسيون باعث ايجاد رسوب و لجن مي شود . تشكيل رسوب بعلت كاهش هدايت حرارتي و پائين آوردن استقامت دي الكتريك روغن بسيار زيان بخش مي باشد . بطوريكه يك ورق نازك رسوب ، گراديان درجه حرارت مس به روغن را افزايش داده و در شرايط بارداري مشخص، درجه حرارت سيم پيچ بيش از حالت عادي (بدون رسوب ) مي گردد . متأسفانه هنگامي كه روغن ترانسفورماتور ك ً لا تعويض گردد اين رسوبات و لجن ها بر روي بوبين ها و هسته و جداره هاي داخلي ترانس باقي مي ماند و دوباره با روغن جديد مخلوط شده و عم ً لا براي از بين بردن اين معضل كاري انجام نمي پذيرد 

٢ - رطوبت گيري 

هنگام تخليه كامل روغن از داخل ترانس، رطوبت همچنان در بين هسته و سيم پيچها بجا مي ماند و جدا نمي شود . هنگامي كه روغن جديد به داخل ترانس پمپ مي شود. رطوبت و گازهاي باقي مانده از روغن قبلي با روغن جديد مخلوط شده و خواص روغن جديد را بسيار پائين مي آورد و حتي هنگامي كه با اتصال كوتاه كردن سيم پيچ هاي ثانويه اقدام به رطوبت زدايي مي نماييم، به دليل حرارت ايجاد شده در سيم پيچ ها رطوبت از آنها تبخير شده ولي قسمتي از رطوبت جدا شده دوباره در خود روغن حل مي شود و ترانس رطوبت گيري كامل نمي شود . 

٣ - خاموشي نسبتاً طولاني 

بايد توجه داشت كه تعويض روغن ترانسهاي هوايي ممكن است خيلي مشكل نباشد ولي همين كار در مورد يك ١٢٥٠ كه داراي ١١٠٠ ليتر روغن است، آن هم در حال نصب در پست، كاري بسيار مشكل خواهد بود . kVA ترانس تعويض ترانس به دليل نامناسب بودن روغن آن، احتما ً لا آخرين و غير اقتصادي ترين كاري است كه ميتوان انجام داد ولي برخي از شركتهاي توزيع كه فاقد امكانات لازم هستند . به ناچار و قبل از اينكه در يك نيمه شب ترانس سوختگي غافلگيرشان كند ، خاموشي لازم را اعمال كرده و ترانس را تعويض مي نمايند ! 

٤ - اختلاط انواع روغن 

در روش سنتي معمول كه روغن هاي مختلف در مخزن واحدي جمع آوري شده و سپس تصفيه ميشوند. اينكار بدليل اينكه روغن هاي مختلف با تركيبات متفاوت و خواص گوناگون با يكديگر تركيب مي گردند، باعث ميشود مخلوط حاصله پس از تصفيه، ديگر كيفيت قبلي را نداشته و بسرعت پير و فرسوده و غيرقابل استفاده شود. در صورتيكه با استفاده از مكانيسم پيشنهادي توسط اين دستگاه، روغن ترانس بدون تركيب شدن با روغن هاي ديگر به تنهايي تصفيه شده و خواص خود را پس از تصفيه شدن كام ً لا حفظ مي كند . 

شرح روش پيشنهادي : 

دستگاهي كه در اين قسمت شرح خواهيم داد امكان تصفيه روغن را در حالت بارداري كامل ترانس و بدون هيچگونه خاموشي دارا بوده و مزاياي متعددي مي توان براي آن بر شمرد . دياگرام قسمتهاي مختلف اين دستگاه در شكل ( ١) نشان داده شده است . 



شكل ( ١) : بلوك دياگرام مكانيسم دستگاه پيشنهادي 

اين دستگاه در عين حال داراي قابليت استفاده جهت تعويض كل روغن ، تخليه روغن و روغن گيري بطريق خلاء ترانسفورماتور را نيز دارد . مزاياي اين مكانيسم كه در عمل مشاهده شده است را بشرح زير مي توان فهرست نمود : 

١ - حفاظت ترانسفورماتور در حين انجام عمليات تصفيه روغن 

الف – جلوگيري از تخليه روغن ترانس بيش از حد نرمال 

ب – جلوگيري از ورود حباب هاي هوا ، همراه با روغن به داخل ترانس بواسطة استفاده از دو مخزن خلاء 

ج – لجن زدايي به طريق آرام و جلوگيري از شناور شدن يك مرتبه لجن و رسوبات در روغن 


٢ - لجن زدايي كامل 

با گرم كردن تدريجي روغن و افزايش زمان تصفيه ( كه بدليل عدم اعمال خاموشي نگراني از آن نيست ) و با ايجاد حالتي مشابه با گردش طبيعي روغن كه در بارداري عادي ترانس، در مجاورت سيم پيچ هاي تحت تنش الكتريكي و حرارتي قرار گرفته و مدام در حالت گردش از مركز به جداره هاي داخلي ترانس حركت ميكند، براي لجن زدايي كامل استفاده مينمائيم . لجن هاي رسوب كرده در بدنه ، روي هسته خصوصًا در فضاي بين كلافهاي فشار ضعيف و فشار متوسط هنگامي كه ويسكوزيته روغن با اعمال تدريجي حرارت به پائين ترين سطح ممكنه رسيده و قابليت نفوذ پذيري آن در قسمت هاي مختلف ترانس بالا برده شود، از جاي خود كنده ميشوند. پس با گرم كردن تدريجي روغن ترانس توسط هيتر هاي دستگاه ، با فشار كمكي ميتوان لجنها را به تدريج بهمراه روغن، از ترانس خارج و توسط فيلتر هاي دستگاه از روغن جدا كرد . ميزان لجن هاي جدا شده از روغن، به اين روش قابل ملاحظه مي باشد و روغن پس از پايان عمليات تصفيه ، كام ً لا شفاف و فاقد هرگونه رسوب و لجن خواهد شد . ضمن آنكه انجام كار بصورت تدريجي مشكلات ناشي از كنده شدن ناگهاني لجنها از بدنه را نيز نخواهد داشت . 

٣ - رطوبت گيري و جداسازي گازهاي محلول 

تصفيه به اين روش به هيچ عنوان نياز به خشك كردن از طريق اتصال كوتاه سيم پيچ ها و تزريق جريان ندارد و بدين صورت انجام مي پذيرد كه دستگاه، روغن را پس از مكش از ترانس به آرامي گرم كرده و دوباره به داخل ترانس پمپ مي كند . با افزايش تدريجي حرارت و طولاني كردن مدت انجام آن ويسكوزيته روغن به پائين ترين حد ممكن مي رسد به گونه اي كه قابليت نفوذ پذيري آن در قسمت هاي مختلف سيم پيچ ها و هسته ترانس در حد لازم بالا ميرود. روغن پس از طي هر بار گردشهاي كامل و متعدد در داخل ترانس و با نفوذ كامل در بخش هاي مختلف داخل ترانس رطوبت موجود را جذب كرده و سپس توسط سيستم پاشش و دو مخزن خلاء دستگاه كه در يكي از آنها، روغن را بصورت پاششي و قطره اي بوده و در ديگري در حال سكون و آرامش قرار مي گيرد، گازهاي محلول و رطوبت تبخير شده را بطور كامل از روغن جدا مي كند . 


٤ - حجم داخلي بسيار كم دستگاه 

حجم روغني كه در قسمتهاي مختلف اين دستگاه بگردش در مي آيد بسيار كم است. به نحوي كه بدون كاهش يافتن سطح روغن ترانس از حد مجاز، مي تواند به كار عادي خود ادامه دهد و ترانس با كمبود سطح روغن مواجه نمي شود. اين امر تضميني براي جلوگيري نمودن از سوختن ترانس در حين انجام تصفيه مي باشد.  

٥ - استفاده از دو مكانيسم فيلتر 

فيلتر ورودي دستگاه از ورقه هاي سلولزي مخصوص و فيلتر خروجي دستگاه از فيلتر هاي كائوچويي فشرده اسفنجي استفاده مي كند كه توانايي جداسازي ذرات بسيار ريز معلق در روغن را دارا مي باشد 

٦ - مزاياي اقتصادي 

با توجه به كار دستگاه بصورت خط گرم بارزترين مزيت اقتصادي آن ، كاهش انرژي هاي توزيع نشده است . فرض ١٢٥٠ را با روش سنتي تصفيه كنيم و روغن ترانس كمي كثيف باشد اين كار با احتساب kVA كنيم بخواهيم روغن يك ترانس مقدمات و باز و بست لوله ها حدود ٨ ساعت وقت مي گيرد. اگر فرض كنيم اين ترانس بطور ميانگين در ٦٠ % بار نامي كار مي كرده است، بهاي انرژي توزيع نشدة آن عبارت خواهد بود از ١٢٥٠ = صرفه جويي اقتصادي * ٠/٩ * %٦٠ * ١٦٠ * ٨ = ٨٦٤/ ريال ٠٠٠ و بهاي هر كيلو وات ساعت انرژي را بطور متوسط ١٦٠ ريال فرض كرده / براي سهولت ضريب قدرت را ثابت و برابر ٩ ترانس را برابر بگيريم، هزينه انرژي توزيع نشده بر جمع هزينه هاي offline و online ايم. حال اگر هزينه تصفيه روغن ا ضافه ميگردد. ضمن آنكه خاموشيهاي فوق نارضايتي مشتركين و در كارخانه هاي توليدي از offline تصفيه شده بصورت مدار خارج شدن خط توليد را در بر دارد برابر مي باشد . offline هزينه هاي ساخت دستگاه تقريبًا با هزينه هاي ساخت دستگاه هاي شكل ( ٢) : نمونه اي از انجام عمليات تصفيه روغن در پست عمومي شركت توزيع برق شهرستان اصفهان 


٧ - تبعات خاموشي براي مشتركين 

تأمين انرژي مطمئن و ارزان و بدون قطعي همواره يكي از خواسته هاي مشتركين شركتهاي توزيع ميباشد. در اين راستا يكي از عوامل اصلي در عدم رضايت مشتركين خاموشيهاي مكرر و طولاني مدت است كه پيامدهاي اقتصادي و اجتماعي زيادي را در بر دارد. با استفاده نمودن از روش مذكور هم از خاموشيهاي طولاني مدت جلوگيري بعمل مي آيد و هم پيشگيري مطمئن براي جلوگيري از خاموشيهاي بعدي ناشي از سوختن ترانس را به دنبال دارد . ٦٣٠ ب رابر ٥ ساعت و براي يك ترانس kVA زمان ميانگين كاركرد دستگاه تصفيه پس از اتصال براي يك ترانسفورماتور ١٢٥٠ ب رابر ١٠ ساعت مي باشد كه بدليل عدم اعمال خاموشي، نگراني از بابت آن نيست . سيستم ارت حفاظتي kVA دستگاه نيز بصورت رينگ به سيستم ارت پست متصل مي شود . ابعاد دستگاه با عرض ١٤٠ ( با احتساب گلگيرهاي جانبي برابر با ١٨٥ ) ، طول دستگاه ٢١٠ و ارتفاع آن برابر با ٢١٠ سانتيمتر مي باشد . حمل و نقل دستگاه نيز توسط يك دستگاه وانت يدك كش به آساني انجام پذير مي باشد و با وزن ٩٥٠ قابليت جابجايي و بهره برداري توسط دو نفر پرسنل را دارد . kg تقريبي 



نتيجه گيري : 

استفاده از مكانيسم پيشنهادي در اين مقاله به تصفيه بسيار بهتر روغن ترانس منجر مي شود كه در كنار عدم نياز به معرفي مي كند . به لحاظ اقتصادي كاربرد اين offline خاموشي، آن را جانشين بسيار مناسبي براي دستگاههاي تصفيه بصورت دستگاه كاملا توجيه پذير و منطقي است و خصوصًا در مناطق رطوبت خيز يا گرم مانند جنوب و شمال كشور كه با مشكلات بسيار زيادي از اين بابت سرو كار دارند، اين دستگاه مي تواند بسيار مفيد واقع شده و شعار هميشگي ’’ پيشگيري بهتر از درمان است‘‘ را تحقق بخشد .