قبل و بعد از نصب و راه‌اندازی ترانسفورماتور (transformer)، تست‌های مختلفی (transformer test) برای تعیین پایداری الکتریکی، حرارتی و مکانیکی سیستم انجام خواهد شد. بیش‌تر تست‌هایی که بر روی ترانسفورماتورهای قدرت (power transformer) انجام می‌شود به وسیله سازمان‌های IEEE، NEMA و ANSI تدوین شده‌اند.
انواع تست ترانسفورماتور
تست‌های میدانی به سه بخش تقسیم می‌شوند:
- تست تایید (acceptance test)
- تست دوره‌ای (periodic test)
- تست خرابی (failure test)
تست روغن ترانسفورماتور
روغن عایق در ترانسفورماتورهای (transformers) ولتاژ و جریان، هدف عایق‌کاری و همچنین خنک‌کاری ترانسفورماتور (cooling) را برآورده می‌کند. بنابراین، کیفیت دی‌الکتریک روغن ترانسفورماتور موضوعی است برای کارکرد ایمن یک ترانسفورماتور. با زوال روغن ترانسفورماتور در اثر طول عمر و نفوذ رطوبت، روغن ترانسفورماتور باید بر حسب هزینه، وظیفه ترانسفورماتور و عوامل دیگر به صورت دوره‌ای تست شود.
توالی و روندهای تست روغن ترانسفورماتور با استانداردهای مختلف بین‌المللی تعریف شده است. شرکت‌های توزیع برق علاقه زیادی به تست دوره‌ای روغن ترانسفورماتور دارند زیرا ترانسفورماتورها بخش زیادی از کل دارایی‌های آن‌ها را تشکیل می‌دهند. با این تست می‌توان عمر ترانسفورماتور را تا حد قابل ملاحظه‌ای افزایش داد و به این وسیله در هزینه‌های جدید برای جای‌گزینی ترانسفورماتور تاخیر ایجاد کرد.
انواع تست‌های ترانسفورماتورها
- تست رنگ؛ بر اساس ASTM D1500
- تست ولتاژ شکست دی‌الکتریک؛ بر اساس D 877, ASTM D1816
- تست آنالیز گاز محلول؛ بر اساس ASTM D3612
- تست فلزات محلول؛ بر اساس ASTM D7151
- تست نقطه فلش، نقطه آتش؛ بر اساس ASTM D92
- تست کشش سطحی؛ بر اساس D 971
- تست ترکیبات فوران؛ بر اساس ASTM D5837
- تست رطوبت کارل فیشر؛ بر اساس ASTM D1533
- تست توان مایع پاکتور؛ بر اساس ASTM D924
- تست تعداد خنثی؛ بر اساس ASTM D974
- تست محتوای مهار کننده اکسیداسیون؛ بر اساس ASTM D2668
- تست محتوای پلیکلرو بیفنیل‌ها؛ بر اساس ASTM D4059
- تست چگالی نسبی (وزن مخصوص)؛ بر اساس D 1298, ASTM D1524
- تست مقاومت الکتریکی؛ بر اساس ASTM D1169
- تست بررسی چشمی؛ بر اساس ASTM D1524
روند تست روغن ترانسفورماتور
برای ارزیابی خواص عایق‌کاری روغن ترانسفورماتور دی الکتریک، یک نمونه از روغن ترانسفورماتور گرفته و ولتاژ شکست آن اندازه‌گیری می‌شود.
- روغن ترانسفورماتور در مخزن دستگاه تست ریخته می‌شود. دو الکترود آزمون استاندارد با فاصله معمول ۲.۵ میلیمتر به وسیله روغن دی‌الکتریک احاطه می‌شوند.
- ولتاژ تست به الکترودها اعمال می‌شود و به طور پیوسته با یک نرخ ثابت همانند ۲ کیلو ولت بر ثانیه افزایش می‌یابد تا به ولتاژ شکست برسد.
- در یک سطح ولتاژ خاص شکست به صورت یک قوس الکتریکی رخ می‌دهد که منجر به افت ولتاژ تست می‌شود.
- یک لحظه پس از اشتعال قوس الکتریکی، ولتاژ تست توسط دستگاه تست به صورت اتوماتیک خاموش می‌شود. خاموشی بسیار سریع بسیار مطلوب است زیرا کربنی شدن در اثر قوس الکتریکی باید محدود شود تا آلودگی‌های اضافی تا حد ممکن کم نگه داشته شوند.
- دستگاه تست روغن ترانسفورماتور میانگین ولتاژهای شکست را اندازه‌گیری می‌کند و گزارش می‌دهد.
- پس از اتمام تست روغن ترانسفورماتور، روغن عایق‌کاری به صورت اتوماتیک به هم زده می‌شود و مراحل تست چندین بار انجام می‌گردد (معمولا ۵ تکرار، بسته به استاندارد)؛ در نتیجه ولتاژ شکست به عنوان مقدار متوسط اندازه‌گیری‌های مجزا محاسبه می‌شود.
نتیجه‌گیری: هر چه ولتاژ شکست اندازه‌گیری شده کم‌تر باشد، کیفیت روغن ترانسفورماتور ضعیف‌تر است.
تست روغن ترانسفورماتور در محل
به تازگی روال‌های تست زمان‌گیر در آزمایش‌گاه‌ها به وسیله روال‌های تست روغن در سایت جای‌گزین شده‌اند. با دستگاه‌های سبک وزن در محدوده ۲۰ تا ۴۰ کیلوگرم، تست تا ۱۰۰ کیلو ولت RMS می‌تواند انجام و به صورت اتوماتیک در سایت گزارش شود. حتی برخی از این دستگاه‌ها با باتری کار می‌کنند و دارای انواع لوازم جانبی هستند.
استانداردهای بین‌المللی تست روغن ترانسفورماتور
- VDE370-5/96
- OVE EN60156
- IEC 60156/95
- ASTM1816-04-1
- ASTM1816-04-2
- ASTM877-02A
- ASTM877-02B
- AS1767.2.1
- BS EN60156
- NEN 10 156
- NF EN60156
- PA SEV EN60156
- SABS EN60156
- UNE EN60156
تست اتصال کوتاه
هدف از تست اتصال کوتاه (short circuit test) تعیین پارامترهای شاخه سری مدار معادل یک ترانسفورماتور (transformer) واقعی است. تست اتصال کوتاه در سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور یا HV انجام می‌شود و در آن سمت کم‌ولتاژ یا LV اتصال کوتاه می‌شود.
روش انجام تست اتصال کوتاه
این تست در سمت ولتاژ بالا (HV) ترانسفورماتور انجام می‌شود؛ در حالی که سمت ولتاژ پایین (LV) و یا ثانویه اتصال کوتاه می‌شود. ولتاژ تغذیه مورد نیاز برای گردش جریان نامی در ترانسفورماتور معمولا بسیار کوچک و در حد چند درصد از ولتاژ نامی است که در اولیه اعمال می‌شود. تلفات هسته بسیار کوچک هستند زیرا ولتاژ اعمال شده تنها چند درصد از ولتاژ نامی است و از این رو می‌توان از آن صرف نظر کرد. بنابراین وات‌متر تنها تلفات بار کامل مس را می‌خواند.
روند انجام تست اتصال کوتاه
برای انجام تست اتصال کوتاه در ترانسفورماتور قدرت:
- ترانسفورماتور قدرت را از سرویس جدا کنید.
- اتصالات HV/LV را خارج و نول را از زمین قطع کنید.
- فازهای LV را اتصال کوتاه کنید و ترمینال این اتصالات کوتاه شده را به نول متصل کنید.
- به سمت HV را با منبع LV انرژی بدهید.
- جریان را در نول، ولتاژ را در خط LV و ولتاژ و جریان HV را اندازه‌گیری کنید.
آنالیز گاز محلول
آنالیز گاز محلول (dissolved gas analysis) یا DGA به معنی مطالعه گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور (transformer oil) می‌باشد. عایق‌های ترانسفورماتور (transformer) و تجهیزات الکتریکی تجزیه و باعث آزاد شدن گاز در داخل دستگاه می‌شوند. توزیع این گازها را می‌توان با نوع عیب برقی مرتبط کرد و نرخ تولید گاز می‌تواند نشان دهنده شدت ایراد باشد. نوع گازهای تولید شده در یک دستگاه خاص اطلاعات بسیار مفیدی را برای هر برنامه تعمیر و نگهداری پیش‌گیرانه فراهم می‌کند.
DGA معمولا شامل نمونه‌برداری از روغن و ارسال نمونه به آزمایشگاه برای آنالیز می‌شود. یونیت‌های قابل حمل DGA می‌توانند در سایت نیز مورد استفاده قرار گیرند و برخی یونیت‌ها را می‌توان به طور مستقیم به یک ترانسفورماتور متصل کرد. پایش آنلاین تجهیزات برق بخشی جدایی ناپذیر از شبکه‌های هوش‌مند (smart grid) است.
روغن ترانسفورماتور
ترانسفورماتورهای قدرت (power transformers) بزرگ با روغن پر می‌شوند که سیم پیچ‌های ترانسفورماتور (transformer winding) راخنک‌کاری و عایق می‌کند. روغن‌های معدنی، رایج‌ترین نوع در ترانسفورماتورهای فضای باز هستند. همچنین سیالات مقاوم در برابر آتشی که استفاده می‌شوند عبارت‌اند از پلیکلرو بیفنیل‌ها (polychlorinated biphenyls) یا PCBها و سیلیکون.
مایع عایق‌کاری با قطعات داخلی در تماس است و گازهای تشکیل شده توسط رخدادهای طبیعی و غیر طبیعی در روغن ترانسفورماتور حل می‌شوند. با آنالیز حجم، نوع، نسبت و سرعت تولید گازهای محلول، می‌توان اطلاعات تشخیصی را جمع‌آوری کرد. از آن‌جا که این گازها می‌توانند ایرادهای ترانسفورماتور را نشان دهد، به عنوان گازهای ایراد (fault gases) شناخته می‌شوند. گازها توسط اکسیداسیون، تبخیر، تجزیه عایق، شکست روغن و عمل الکترولیتی تولید می‌شوند.
نمونه‌برداری از روغن ترانسفورماتور
تیوب نمونه‌برداری از روغن
یک تیوب نمونه‌برداری از روغن، نمونه روغن ترانسفورماتور را برداشت، نگهداری و حمل می‌کند و شرایط آن همانند شرایط داخل ترانسفورماتور با تمام گازهای ایراد حل شده در آن می‌باشد.
تیوب نمونه برداری یک تیوب شیشه‌ای بوروسیلیکات نشت‌بندی شده با ظرفیت ۱۵۰ میلی‌لیتر یا ۲۵۰ میلی‌لیتر دارای دو ولو (valve) نشت‌بندی تفلونی (teflon) در دو انتها است. خروجی این شیرها به صورت یک پیچ رزوه‌ای است که به اتصال مناسب لوله‌های سنتزی در زمان کشیدن نمونه از ترانسفورماتور کمک می‌کند. همچنین این تمهید در انتقال روغن به بورت نمونه روغن موجود در استخراج‌کننده چندگانه گاز، بدون قرار گرفتن در معرض جو و در نتیجه حفظ تمام محتویات تشکیل یافته محلول گازهای ایراد مفید است.
یک طرف تیوب نمونه‌برداری دارای آرایش سپتوم برای کشیدن روغن نمونه برای تست محتوای رطوبت آن است.
جعبه‌های فوم حرارتی برای حمل تیوب‌های نمونه روغن بدون قرار گرفتن در معرض آفتاب استفاده می‌شوند.
سرنگ‌های شیشه‌ای
سرنگ‌های روغن یکی دیگر از روش‌های به دست آوردن یک نمونه روغن از یک ترانسفورماتور می‌باشند. حجم سرنگ بسیار متنوع است اما معمولا در محدوده کننده ۵۰ میلی‌لیتر می‌باشد. کیفیت و تمیزی سرنگ مهم است زیرا یکپارچگی نمونه قبل از آنالیز باید حفظ شود.
استخراج گاز از روغن
روش DGA شامل استخراج و یا جداسازی گاز از روغن و تزریق آن را به یک دستگاه کروماتوگرافی گازی (GC) است. تشخیص غلظت گاز معمولا شامل استفاده از یک آشکارساز یونیزاسیون شعله (flame ionization detector) یا FID و یک آشکارساز هدایت گرمایی (thermal conductivity detector) یا TCD می‌شود. بیش‌تر سیستم‌ها دارای یک متانایزر (methanizer) هستند که مونوکسید کربن و دی اکسید کربن موجود را به گاز متان تبدیل می‌کنند؛ به طوری که می‌توان آن سوزاند و در سنسور بسیار حساس FID تشخیص داد.
آنالیز گاز
هنگامی که در ترانسفورماتور گاز ایجاد می‌شود، چند گاز مختلف به وجود می‌آیند. می‌توان اطلاعات به اندازه کافی مفیدی از ۹ گاز مشتق شده به دست آورد و گازهای دیگر معمولا بررسی نمی‌شوند. ۹ گاز مورد بررسی به صورت زیر هستند:
- گازهای اتمسفری: هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن
- اکسیدهای کربن: مونواکسید کربن و دی‌اکسید کربن
- هیدروکربن‌ها: استیلن، اتیلن، متان و اتان
گازهای استخراج شده از نمونه روغن به یک کروماتوگراف گازی تزریق می‌شوند و در ستون‌های گاز جدا می‌شوند. ستون به صورت انتخابی گازهای نمونه را باقی می‌گذارد و آن‌ها را با گذر دادن از یک آشکارساز در زمان‌های مختلف شناسایی می‌کند. یک نمودار از سیگنال آشکارساز بر حسب زمان کروماتوگرام نامیده می‌شود.
از بین گازهای جدا شده، گازهای اتمسفری توسط آشکارساز هدایت گرمایی (thermal conductivity detector) و هیدروکربن‌ها و اکسیدهای کربن توسط آشکارساز یونیزاسیون شعله (flame ionization detector) شناسایی می‌شوند. شناسایی اکسیدهای کربن در غلظت‌های کم به وسیله یک متاناتور و با کاهش آن‌ها به متان انجام می‌شود.
انواع ایراد ترانسفورماتورها
ایرادهای گرمایی به وسیله حضور مواد باقی‌مانده از تجزیه عایق‌های جامد شناسایی می‌شوند. عایق جامد معمولا از مواد سلولزی ساخته می‌شود. عایق جامد به صورت طبیعی تجزیه می‌شود اما با افزایش دما، نرخ آن افزایش می‌یابد.
زمانی که یک ایراد الکتریکی رخ می‌دهد، انرژی آزاد می‌شود که باعث شکسته شدن پیوندهای شیمیایی سیال عایق‌کاری می‌شود. هنگامی که این پیوندها شکسته می‌شوند، این عناصر به سرعت گازهای ایراد را دچار تغییر می‌کنند.
انرژی‌ها و سرعت‌هایی که در آن گازها تشکیل می‌شوند برای هر یک از گازها متفاوت است و این به داده‌های گاز امکان بررسی و تعیین نوع ایرادی رخ داده در تجهیز الکتریکی را می‌دهد.
- گرم شدن بیش از حد عایق باعث زوال عایق سلولزی می‌شود. در این حالت DGA نشان‌دهنده مونواکسید کربن و دی‌اکسید کربن بالا می‌باشد. در موارد شدید، متان و اتیلن در سطوح بالاتری هستند.
- گرم شدن بیش از حد روغن منجر به تجزیه مایع توسط حرارت و تشکیل متان، اتان و اتیلن می‌شود.
- کرونا نوعی تخلیه جزیی است و در DGA به وسیله هیدروژن بالا شناسایی می‌شود.
- قوس، شدیدترین شرایط در یک ترانسفورماتور است و به وسیله میزان‌های حتی پایین استیلن نشان داده می‌شود.
کاربرد روش آنالیز گاز محلول
تفسیر نتایج به دست آمده برای یک ترانسفورماتور خاص نیاز به آگاهی از عمر دستگاه، سیکل بارگذاری و تاریخ تعمیرات اساسی مانند فیلتر روغن دارد. استاندارد IEC 60599 و استاندارد ANSI IEEE C57.104 دستورالعمل‌هایی را برای ارزیابی وضعیت تجهیزات بر اساس مقدار گاز موجود و نسبت حجم زوج گازها ارایه می‌کنند.
پس از این که نمونه‌های گرفته شده آنالیز شدند، اولین گام در ارزیابی نتایج DGA، در نظر گرفتن سطح غلظت (ppm) هر یک از گازهای کلیدی است. میزان هر یک از گازهای کلیدی در طول زمان ثبت می‌شود؛ به صورتی که نرخ تغییر غلظت گازهای مختلف را می‌توان ارزیابی نمود. هر گونه افزایش شدید در غلظت گازهای کلیدی، نشان‌دهنده یک مشکل بالقوه در ترانسفورماتور است.
آنالیز گاز محلول به عنوان یک روش تشخیصی دارای چندین محدودیت است از جمله این که به صورت دقیق نمی‌تواند مکان یک ایراد را تشخیص دهد. اگر ترانسفورماتور با روغن تازه پر شده باشد، نتایج به دست آمده نشان دهنده ایراد نخواهند بود.
برای مشاهده پکیج تست عملی و تئوری تجهیزات پست برق، کلیک کنید.
