بارگذاری ترانسفورماتور تا توان نامی: مجاز یا ممنوع؟

راز طول عمر بیشتر ترانسفورماتور: آشنایی با استاندارد IEC 60076

آیا می‌دانید که بارگذاری ترانسفورماتور تا توان نامی در دمای بالا می‌تواند طول عمر آن را به شدت کاهش دهد؟
بله همینطور است! هرچند که ترانسفورماتورهای ایران ترانسفو بر اساس استاندارد IEC 60076 ساخته می شوند تا در بالاترین دمای محیط تعریف شده برای ترانسفورماتور، بتواند توان نامی را ارائه دهد. بهتر است بدانید که این دما برای ترانسفورماتورهای توزیع کم تلفات ۴۵ درجه سانتیگراد و برای ترانسفورماتورهای توزیع غیر کم تلفات (که به اصطلاح به نام “نرمال” و قبل از سال 1394 تولید می شدند) ۴۰ درجه سانتیگراد است.

دمای مجاز ترانسفورماتور: نقش اضافه تحریک

عوامل متعددی مانند افزایش ولتاژ تغذیه (اضافه تحریک) در طول کارکرد، می‌توانند منجر به افزایش دمای ترانسفورماتور شوند. افزایش هرگونه اضافه ولتاژ بعنوان افزایش تحریک ترانس منجر به اشباع هسته می گردد و در نتیجه سبب بالا رفتن تلفات بی باری، داغ شدن هسته و در نهایت گرمتر شدن بیش از حد ترانسفورماتور می شود. بالتبع گرم شدن ترانس نیز سبب پیری زودرس عایق ها و افزایش سطح صدای آن می گردد. مطابق استاندارد IEC60076 افزایش ۵ درصد اضافه تحریک در طراحی لحاظ می گردد.

متاسفانه در دستورالعملهای (شرکت های توزیع برق کشور) که برداشت اشتباهی از استاندارد IEC60076-7 بوده، ذکر شده است که بارگیری از ترانس تا توان نامی تنها در دمای محیط ۲۰ درجه سانتیگراد امکان پذیر می باشد و در صورت افزایش دما بالاتر از ۲۰ درجه لازم است بارگیری از ترانس کاهش یابد. متاسفانه نویسندگان این دستورالعملها متوسط دمای سالانه را با حداکثر دمای محیط اشتباه گرفته اند.

اصول بارگیری طبق استاندارد IEC60076 چیست؟

طبق استاندارد IEC 60076 اصول بارگذاری روی ترانسفورماتورهای روغنی بشرح ذیل است:

1. ارتفاع نصب نباید بیش از ۱۰۰۰ متر نسبت به سطح دریا باشد. در غیر اینصورت به ازای هر ۴۰۰ متر افزایش میبایست یک درجه از حداکثر دمای سیم پیچ کسر نمود.
2. دمای محیط بایستی بین 25- تا 40 درجه باشد.
3. موج ولتاژ اعمالی تقریبا سینوسی باشد.
4. آلودگی محیطی نباید از مقدار پیش بینی شده بیشتر باشد.
5. ولتاژ اعمال شده باید تقریبا سه فاز متقارن باشد.
6. ترانسفورماتور ها از نظر قرار گرفتن در معرض زلزله ایمن باشند.

ترفندهای افزایش طول عمر ترانسفورماتور با رعایت استاندارد IEC 60076

با توجه به موارد ذکر شده و دستور العمل بارگیری از ترانسفورماتور، برخی از بهره برداران ترانسفورماتور به دلایل مختلف، چون ایمنی و طول عمر ترانس، بارگیری از ترانس را به ۸۰ درصد توان نامی محدود می کنند که کار معقولی است و باعث عمر بیشتر ترانسفورماتور می شود. دمای هات اسپات و میزان اضافه بار مجازی که از ترانسفورماتور می توان گرفت به عواملی نظیر: دمای محیط ، بارقبلی ترانس ، زمان حضور اضافه بار و نوع اضافه بار بستگی دارد. عمر یک ترانسفورماتور، شدیداً تحت تأثیر افزایش درجه حرارت سیم پیچها و افزایش درجه حرارت روغن آن است. بنابراین هرچه بارگیری از ترانس کمتر باشد، تبعا دمای ترانس پایین تر و طول عمر و قابلیت اطمینان آن بیشتر خواهد بود.

منتها نکته اصلی اینجاست که تا زمانی که دمای محیط کمتر از دمایی که ترانس برای آن طراحی شده است باشد (۴۰ و ۴۵درجه)، میتوان بار نامی را به ترانسفورماتور دریافت نمود. البته بسته به نوع ،ساختمان وطریقه خنک شدن ترانسفورماتور و بسته به قطر سیم پیچ وضخامت عایق بندی،  ترانس می تواند جریان اضافه بار را بدون اثرات نامطلوب تا مدت معینی تحمل کند. اگر اضافه بارها کنترل نشوند، به مرور زمان ترانسفورماتور کهنه وفرسوده شده، و به اصلاح دچار پیری عایقی می گردد و در نتیجه طول عمر ترانس در مقابل تحمل تنش های الکتریکی و مکانیکی ناشی از اضافه بار ، اتصال کوتاه شبکه و … به شدت کاهش می یابد.

معرفی انواع بارگذاری و تاثیر هر کدام بر طول عمر ترانسفورماتور

الف- بارگیری دوره ای عادی

در این نوع بارگیری درجه حرارت محیط بیشتر و یا جریان بارگیری بیش از حد مجاز بوده ولی از دیدگاه طول عمر ، می بایستی نحوه بارگیری طوری باشد که طول عمر عادی ترانسفورماتور یعنی بارگیری در شرایط استاندارد رعایت گردد.

ب- بارگیری کوتاه مدت اضطراری

این بار گیری غیر معمول و سنگین است و باعث می گردد هادی به حرارت خطرناکی برسد و این امکان کاهش موقتی در تحمل عایقی را ایجاد می کند این نوع بارگیری در صورت بروز بایستی سریعا کنترل شوند. زمان مجاز برای این نوع بارگیری بایستی کمتر از ثابت زمانی حرارتی ترانسفورماتور باشد و بستگی به درجه حرارت روغن قبل از افزایش بارگیری داشته که معمولا کمتر از نیم ساعت است.

ج- بارگیری طولانی مدت اضطراری

گاهی اوقات در اثر فعال نشدن برخی از عناصر سیستم (مانند رله های راه اندازی و یا قطع کننده) که فقط پس از رسیدن به نقطه پایداری حرارتی فعال می گردند ترانسفورماتور تحت تاثیر افزایش حرارت قرار می گیرد. این شرایط به ندرت اتفاق می افتد، ولی در هر صورت سبب پیری عایق می گردد. در عین حال چون شرایط نادری در طول عمر یک ترانسفورماتور می باشد علت اصلی تضعیف و شکست عایقی محسوب نمی گردد.

اثرات بارگیری بیش از قدرت ترانسفورماتور

• افزایش درجه حرارت در سطح غير قابل قبول در سیم پیچها، هادیها، عایق و روغن
• افزایش چگالی فلوی پراکندگی
• افزایش تلفات اضافی در فلزاتی که در معرفی فلوی پراکندگی قرار دارند
• به اشباع رفتن هسته بدلیل ترکیب فلوی اصلی و فلوی پراکندگی
• تغییرات در میزان رطوبت و گاز موجود در روغن و سایر عایقها در اثر تغییرات درجه حرارت
• افزایش فشار بیشتر از حد تحمل به تجهیزات جانبی همچون بوشینگها و کلید تنظیم ولتاژ

عوامل موثر در طول عمر مفید ترانسفورماتور

1. مشخصات فنی ساخت: با توجه به شرایط اقلیمی و نوع کاربرد ترانسفورماتور، طراحی ترانسفورماتور متفاوت بوده و این مهم باید در تنظیم مشخصات فنی لحاظ گردد بطور مثال ارتفاع نصب ، درجه حرارت، میزان آلودگی محیط ، شرایط بهره برداری، محیط نصب ترانسفورماتور ( Indoor یا Outdoor)
2. عملیات نصب و راه اندازی:عملیات نصب و راه اندازی می بایستی توسط متخصصین خبره انجام شود و از ارجاع امر به افراد یا گروههای غیر متخصص اكيدا اجتناب نمود. درصد بسیاری از عملکردهای نامطلوب ترانسفورماتور بدليل عمليات نصب و راه اندازی غلط می باشد.
3. سرویسهای دوره ای و نگهداری: سرویسهای دوره ای و نگهداری مناسب سهم بسزایی در افزایش طول عمر ترانسفورماتور داشته و لذا وجود برنامه سرویس و نگهداری در هر سازمان نشانه بلوغ کیفی آن می باشد.
4. تعویض قطعات مستعمل: بدلیل گذشت زمان و شرایط فیزیکی حاکم می بایستی در وقت مناسب قطعات مستعمل تعویض شده و اصولا نوعی بهسازی صورت پذیرد.
5. توجه به عوامل خارجی: علاوه بر موارد فوق، عوامل خارجی نیز در افزایش و کاهش عمر ترانسفورماتور مستقیما نقش دارند که این عوامل به شرح زیر می باشند:
   – انتخاب ترانسفورماتور با توجه به پایداری شبکه اتصال کوتاه ، امپدانس اتصال کوتاه ، نوع سیستم زمین و…)
   – نحوه بارگیری و Over Loading ترانسفورماتور (اضافه بار)
   – شرایط محیطی (درجه آلودگی محیط، درجه حرارت حداکثر و حداقل و …)|
   – انتخاب تجهیزات حفاظتی مناسب (برقگیر و …) – پخش بار (Load Flow) در شبکه های توزیع

بررسی اثر همزمان دما و مدت زمان بارگیری بر توان مجاز ترانسفورماتور

یکی ازعوامل تعیین ظرفیت بارگذاری ترانس، دمای محیط و میزان بهره برداری یا مدت زمان بارگیری از ترانس در طول روز است. با استفاده از جدول ظرفیت انواع ترانسفورماتور سه فاز ستون جریان نامی ثانویه و همینطور جدول (3) ضریب دما و مدت بارگیری، شما به راحتی میتونید خروجی بهینه رو برای تاسیسات با مدت زمان بارگیری ترانس محاسبه کنید. توجه داشته باشید جدول زیر مطابق استاندارد شرکت توزیع نیروی برق ایران و برای ترانسهای نرمال منتشر گردیده است:

ظرفیت ترانسفورماتور سه فاز و تکفاز ایران ترانسفو

ضریب بارگذاری با توجه به دما و دوره بارگیری×جریان نامی ثانویه= بارگذاری بهینه ترانس

سوال: تاسیساتی با ترانس 1000 کاوا در دو شیفت صبح و عصر بمدت 14 ساعت در روز بصورت فول بار کار میکند. در دمای محیط 45 درجه حداکثر باری که میتوان از دستگاه کشید چقدر است؟
2- در چه درجه حرارتی میتوان بارگیری صد در صد داشت؟
جواب:1- طبق جدول بالا نوع بارگیری، بارگیری طولانی مدت در روز است. خروجی ترانس 1000 کاوا ضرب در ضریب 0.76 برابر با خروجی بهینه در ساعات مصرف است:
1443×0.76=1096 آمپر خروجی بهینه ترانس
2- در درجه حرارت 20 تا 25 درجه سانتیگراد بارگیری بهینه برابر با جریان خروجی ترانس است.

تاثیر ارتفاع از سطح دریا در محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور

خوب تا اینجا به دو عامل میزان بارگیری و دما اشاره شد. ضریب بارگیری بهینه در ارتفاع از سطح دریا در جدول زیر آورده شده است. با استفاده از این لینک میتونید فاصله شهرتون رو از سطح دریا تخمین بزنید و ضریب مناسب خودتون رو از جدول زیر پیدا کنید و اون رو  در خروجی ترانس ضرب کنید تا خروجی بهینه شما مشخص بشه. این نکته رو فراموش نکنید که برای محاسبه ظرفیت بهینه، فقط در نظر گرفتن ارتفاع از سطح دریا کافی نیست، در حدی که ما در محاسبه ظرفیت بهینه فقط برای شهرستان های مرتفع ازش استفاده میکنیم.

از دیگر عواملی که ارتفاع در آن تاثیر میگذارد، فاصله محور عمود جرقه گیر بالا و پایین است. این فاصله تا ارتفاع 1000 متر 25 میلی متر است که به ازای هر 100 متر ارتفاع مازاد، یک درصد فاصله افزایش می یابد.

ضریب ارتفاع از سطح دریا×جریان نامی ثانویه= بارگیری بهینه ترانس