مکانیسم پیری ترانسفورماتور پست چیست؟

به عنوان تامین کننده ترانسفورماتورهای پست، من به طور مستقیم شاهد نقش حیاتی این دستگاه ها در شبکه های توزیع برق بوده ام. ترانسفورماتورهای پست نیروی کار شبکه برق هستند که سطوح ولتاژ را برای اطمینان از انتقال کارآمد و ایمن برق افزایش یا کاهش می دهند. با این حال، مانند تمام تجهیزات الکتریکی، آنها در معرض پیری هستند، که می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد و طول عمر آنها تأثیر بگذارد. در این پست وبلاگ، من به مکانیسم پیری ترانسفورماتورهای پست می پردازم، عواملی را که در بدتر شدن آنها نقش دارند و استراتژی هایی را که می توانیم برای کاهش این اثرات به کار بگیریم، بررسی می کنم.

1. مبانی ترانسفورماتورهای پست

قبل از اینکه در مورد مکانیسم پیری صحبت کنیم، اجازه دهید به طور خلاصه اجزای اساسی و عملکرد یک ترانسفورماتور پست را بررسی کنیم. یک ترانسفورماتور پست معمولی از یک هسته، سیم پیچ، مواد عایق و یک سیستم خنک کننده تشکیل شده است. هسته، معمولاً از فولاد سیلیکونی چند لایه ساخته شده است، یک مسیر کم تمایل برای شار مغناطیسی فراهم می کند. سیم پیچ ها که از هادی های مسی یا آلومینیومی ساخته شده اند، وظیفه انتقال انرژی الکتریکی از طریق القای الکترومغناطیسی را بر عهده دارند. مواد عایق مانند روغن و کاغذ از خرابی الکتریکی بین سیم پیچ ها و هسته جلوگیری می کنند. سیستم خنک کننده، اغلب با استفاده از گردش روغن، گرمای تولید شده در حین کار را دفع می کند.

یکی از انواع متداول ترانسفورماتور پست استترانسفورماتور نوع هسته. در یک ترانسفورماتور نوع هسته ای، سیم پیچ ها هسته را احاطه کرده اند که به کاهش شار نشتی و بهبود راندمان ترانسفورماتور کمک می کند.

2. پیری حرارتی

پیری حرارتی یکی از مهمترین عواملی است که در خرابی ترانسفورماتورهای پست نقش دارد. در طول عملکرد عادی، ترانسفورماتورها به دلیل مقاومت سیم‌پیچ‌ها (تلفات I²R) و تلفات هیسترزیس و جریان گردابی در هسته، گرما تولید می‌کنند. اگر این گرما به طور موثر دفع نشود، دمای اجزای ترانسفورماتور افزایش می یابد.

مواد عایق در ترانسفورماتورها، به ویژه کاغذهای سلولزی، به دما بسیار حساس هستند. با افزایش دما، مولکول های سلولز در کاغذ از طریق فرآیندی به نام پیرولیز شروع به تجزیه شدن می کنند. این شکست منجر به کاهش مقاومت مکانیکی و خواص دی الکتریک عایق کاغذ می شود. با گذشت زمان، کاغذ شکننده می شود و بیشتر مستعد ترک خوردن است که در نهایت می تواند منجر به خرابی الکتریکی شود.

معادله آرنیوس اغلب برای توصیف رابطه بین سرعت پیری مواد عایق و دما استفاده می شود. با توجه به این معادله، سرعت پیری به ازای هر 8 تا 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای بالاتر از دمای عملیاتی معمولی دو برابر می شود. بنابراین، حفظ سرمایش مناسب و نظارت بر دمای ترانسفورماتور برای کند کردن روند پیری حرارتی بسیار مهم است.

3. اکسیداسیون و رطوبت

اکسیداسیون یکی دیگر از مکانیسم های مهم پیری در ترانسفورماتورهای پست است. روغن عایق در ترانسفورماتورها می تواند با اکسیژن موجود در هوا واکنش دهد، به خصوص در دماهای بالا. این فرآیند اکسیداسیون اسیدها، لجن و سایر محصولات جانبی را تشکیل می دهد. اسیدها می توانند اجزای فلزی ترانسفورماتور مانند سیم پیچ ها و هسته را خورده کنند، در حالی که لجن می تواند در ترانسفورماتور جمع شود و کانال های جریان روغن را مسدود کند و راندمان خنک کننده را کاهش دهد.

رطوبت نیز نقش مضری در پیری ترانسفورماتورها دارد. رطوبت می تواند از طرق مختلف مانند آب بندی نامناسب در حین ساخت یا نگهداری و یا از طریق جذب بخار آب از جو وارد ترانسفورماتور شود. رطوبت موجود در روغن عایق می تواند قدرت دی الکتریک آن را کاهش داده و فرآیند اکسیداسیون را تسریع کند. علاوه بر این، رطوبت می تواند عایق سلولزی را هیدرولیز کند و خواص مکانیکی و الکتریکی آن را بیشتر تخریب کند.

برای جلوگیری از اکسیداسیون و نفوذ رطوبت، ترانسفورماتورها اغلب مجهز به محافظ و سیستم تنفس هستند. محافظ یک مخزن برای روغن عایق فراهم می کند که امکان انبساط و انقباض روغن را با تغییرات دما فراهم می کند. سیستم تنفس که با یک ماده خشک کننده مانند سیلیکاژل پر شده است، رطوبت هوای ورودی به ترانسفورماتور را حذف می کند.

4. استرس الکتریکی

تنش الکتریکی عامل دیگری است که به پیر شدن ترانسفورماتورهای پست کمک می کند. در حین کار، ترانسفورماتورها تحت فشارهای الکتریکی مختلفی از جمله ولتاژهای عملیاتی معمولی، اضافه ولتاژهای ناشی از برخورد صاعقه یا عملیات کلیدزنی و ولتاژهای گذرا قرار می گیرند.

تنش الکتریکی زیاد می تواند باعث تخلیه جزئی در مواد عایق شود. تخلیه جزئی، خرابی های الکتریکی موضعی است که در حفره های کوچک یا نقص در عایق رخ می دهد. این تخلیه ها الکترون ها و یون های پرانرژی تولید می کنند که می توانند با فرسایش کاغذ سلولزی و تجزیه روغن عایق به مواد عایق آسیب برسانند. با گذشت زمان، اثر تجمعی تخلیه‌های جزئی می‌تواند منجر به تشکیل حفره‌ها و کانال‌های بزرگ‌تر در عایق شود و خطر خرابی کامل الکتریکی را افزایش دهد.

برای مقاومت در برابر استرس الکتریکی، ترانسفورماتورها با ضخامت عایق و پیکربندی مناسب طراحی می شوند. آزمایش منظم عایق، مانند اندازه گیری تخلیه جزئی و اندازه گیری ضریب تلفات دی الکتریک، می تواند به شناسایی علائم اولیه تخریب عایق به دلیل استرس الکتریکی کمک کند.

5. استرس مکانیکی

تنش مکانیکی نیز می تواند بر پیری ترانسفورماتورهای پست تأثیر بگذارد. ترانسفورماتورها در حین کار در معرض ارتعاشات مکانیکی هستند که می تواند توسط نیروهای الکترومغناطیسی بین سیم پیچ ها و هسته و همچنین عوامل خارجی مانند فعالیت لرزه ای یا ماشین آلات مجاور ایجاد شود.

این ارتعاشات می تواند باعث شل شدن یا جابجایی اجزای مکانیکی ترانسفورماتور مانند سیم پیچ ها و سازه های گیره شود. سیم‌پیچ‌های شل می‌تواند منجر به افزایش مقاومت الکتریکی و گرمایش موضعی شود، در حالی که ساختارهای گیره‌ای جابجا شده می‌توانند پایداری مکانیکی ترانسفورماتور را کاهش دهند. علاوه بر این، استرس مکانیکی نیز می تواند با مالش یا سایش عایق کاغذ باعث آسیب به عایق شود.

برای به حداقل رساندن تنش مکانیکی، ترانسفورماتورها با سازه های نگهدارنده مکانیکی مناسب و مکانیزم های ارتعاش - میرایی طراحی شده اند. در طول نصب و نگهداری، مهم است که اطمینان حاصل شود که ترانسفورماتور به درستی ایمن و تراز شده است.

6. کاهش اثرات پیری

به عنوان تامین کننده ترانسفورماتور پست، ما متعهد به ارائه راه حل هایی برای کاهش اثرات پیری و افزایش طول عمر ترانسفورماتورهای خود هستیم. در اینجا برخی از استراتژی هایی که ما به کار می گیریم آورده شده است:

• سیستم های خنک کننده پیشرفته: برای اطمینان از اتلاف گرمای کارآمد، از فناوری‌های خنک‌کننده پیشرفته، مانند سیستم‌های خنک‌کننده اجباری - روغنی و اجباری - خنک‌کننده با هوا استفاده می‌کنیم. این سیستم ها می توانند دمای ترانسفورماتور را در محدوده بهینه حفظ کنند و سرعت پیری حرارتی را کاهش دهند.
• مواد عایق با کیفیت بالا: ما مواد عایق با کیفیت بالا را با پایداری حرارتی و شیمیایی عالی تهیه می کنیم. به عنوان مثال، ما از کاغذ سلولزی ارتقا یافته حرارتی استفاده می کنیم که مقاومت بیشتری در برابر دما و رطوبت دارد.
• ابزارهای مانیتورینگ و تشخیصی: ما ابزارهای نظارتی و تشخیصی پیشرفته مانند سنسورهای دما، آشکارسازهای تخلیه جزئی و آنالایزرهای گاز محلول را در اختیار مشتریان خود قرار می دهیم. این ابزارها امکان نظارت بلادرنگ از وضعیت ترانسفورماتور را فراهم می کند و امکان تشخیص زودهنگام مشکلات احتمالی و تعمیر و نگهداری به موقع را فراهم می کند.
• طراحی و ساخت مناسب: ترانسفورماتورهای ما مطابق با بالاترین استانداردهای صنعتی طراحی و ساخته شده اند. ما از تکنیک های طراحی پیشرفته برای بهینه سازی عملکرد مغناطیسی و الکتریکی ترانسفورماتورها، کاهش تنش های الکتریکی و مکانیکی روی قطعات استفاده می کنیم.

7. نتیجه گیری

درک مکانیسم پیری ترانسفورماتورهای پست برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد و طولانی مدت آنها ضروری است. پیری حرارتی، اکسیداسیون، رطوبت، تنش الکتریکی و تنش مکانیکی از عوامل اصلی خراب شدن ترانسفورماتورها هستند. با اجرای استراتژی های کاهش مناسب، مانند خنک کننده پیشرفته، مواد با کیفیت بالا و نظارت مستمر، می توانیم روند پیری را کاهش داده و طول عمر ترانسفورماتورهای پست را افزایش دهیم.

اگر در بازار ترانسفورماتورهای پست هستید یا به اطلاعات بیشتری در مورد محصولات و خدمات ما نیاز دارید، از شما دعوت می کنیم برای بحث دقیق با ما تماس بگیرید. تیم متخصص ما آماده است تا در انتخاب ترانسفورماتور مناسب برای نیازهای خاص شما و ارائه پشتیبانی جامع در طول چرخه عمر محصول به شما کمک کند.

مراجع

• Emsley، AM، و Stevens، GP (2002). عایق سلولزی در ترانسفورماتورهای قدرت مجموعه مقالات IEE - تولید، انتقال و توزیع، 149(5)، 313 - 320.
• Lesieutre, BC, & Sabin, TM (2004). پیش بینی عمر عایق ترانسفورماتور: بررسی مجله IEEE Electrical Insulation، 20(4)، 12 - 23.
• کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC). (2010). IEC 60076 - 7: ترانسفورماتورهای قدرت - قسمت 7: راهنمای بارگیری برای ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور روغن.