EN
یک پیمانکار در تگزاس سال گذشته در یک روز سهشنبه صبح با یک مشکلی که قبلاً دو سفر از سوی تیم او را به محل پروژه هزینهبر کرده بود، با ما تماس گرفت. هر بار که تیم او یک ترانسفورماتور نصبشده روی پایه با ظرفیت ۱۰۰۰ کیلوولتآمپر را روشن میکرد، قطعکننده فیدر بالادستی با ولتاژ ۱۲٫۴۷ کیلوولت فعال میشد. تست واحد بدون مشکل بود. تست کابل نیز بدون مشکل بود. خود قطعکننده نیز جدید بود. او آماده بود ترانسفورماتور را به عنوان محصول معیوب به ما بازگرداند.
ما از او تنها یک سؤال پرسیدیم: مقدار تنظیم لحظهای این قطعکننده فیدر چقدر بود؟
او فایل تنظیمات رله را بررسی کرد. پاسخ همه چیز را توضیح میداد — و این داستانی است که ما بهطور مکرر برای خریداران تکرار میکنیم، زیرا تقریباً هیچگاه عیب از ترانسفورماتور نیست.
جریان ورودی ترانسفورماتور چیست
هنگامی که شما یک کلید قطعووصل را روی یک ترانسفورماتور بیبار میبندید، هسته بهصورت فوری در جریان شار حالت پایدار قرار نمیگیرد. موج ولتاژ در هر نقطهای از سینوس که اتفاق افتاده باشد اعمال میشود و هسته از هر مقدار شار باقیماندهای که در آخرین باری که ترانسفورماتور از برق خارج شده بود، در آن باقی مانده است، شروع به کار میکند. اگر زاویه بستن کلید و شار باقیمانده بهگونهای نامطلوب همراستا شوند، هسته در نیمسیکل اول اشباع میشود.
هسته اشباعشده دیگر مانند یک القاگر رفتار نمیکند و شروع به رفتار مانند یک سیمپیچ بدون هسته میکند. جریان مغناطیسکننده که قبلاً تنها چند درصد از جریان نامی بود، میتواند بهطور ناگهانی افزایش یابد تا ۸ تا ۱۲ برابر جریان بار کامل ترانسفورماتور در آن اولین اوج. جریان در دهها سیکل بعدی کاهش مییابد، همانطور که جزء مستقیم (DC offset) و گذراشدن شار (flux transient) ناپدید میشوند، اما آن اولین نیمسیکل یک ضربهٔ مکانیکی و الکتریکی واقعی به تمام اجزای بالادستی است.
برای واحد ۱۰۰۰ کیلوولتآمپر در تگزاس، جریان بار کامل ولتاژ بالا تقریباً ۴۶ آمپر در ۱۲٫۴۷ کیلوولت است. اوج جریان ورودی که بعداً با یک دستگاه ثبتکنندهٔ قابل حمل ثبت شد، کمی بیش از ۴۰۰ آمپر بود — حدود ۹ برابر جریان نامی. این یک عیب نیست. این رفتار مغناطیسی عادی است. اما یک رله که برای قطع در هر مقداری بالاتر از مضربی معتدل از جریان بار کامل تنظیم شده باشد، بدون کمک اضافی نمیتواند تفاوت را تشخیص دهد.
تأثیر جریان ورودی بر قطعکنندهها، فیوزها و رلهها
آسیبهای ناشی از جریان برخورد ترانسفورماتور بهندرت حرارتی هستند. تقریباً همیشه یک مشکل هماهنگی است. اینها آنچه در هر لایه از سیستم حفاظت رخ میدهد:
- فیوزها. فیوز توزیع باید در برابر جریان راهاندازی تحمل کند. در روشهای هماهنگی، فیوزهای اولیه ترانسفورماتور را طوری انتخاب میکنند که بتوانند حدود دوازده برابر جریان نامی را برای مدت ۰٫۱ ثانیه تحمل کنند — این قاعدهٔ تجربی معروف «۱۲× / ۰٫۱ ثانیه» برای روشنکردن ترانسفورماتور استفاده میشود. اگر فیوز کوچکتر از اندازهٔ لازم باشد، در اولین روشنکردن پاره میشود و کسی باید به بالای ستون بالا برود تا آن را عوض کند.
- رلههای جریان اضافی رلهٔ جریان اضافی فیدر با عنصر لحظهای تنظیمشدهای که بسیار نزدیک به جریان بار کامل است، پیک جریان راهاندازی را بهعنوان خطا تشخیص میدهد. راهحل سنتی این است که عنصر لحظهای را بالاتر از بزرگترین جریان راهاندازی ممکن تنظیم کنیم یا زمان تأخیر کوتاهی اضافه کنیم تا پیک قبل از عملکرد عنصر، کاهش یابد.
- رلههای دیفرانسیل در واحدهای بزرگتر با حفاظت دیفرانسیل، رله با مشکل سختتری روبهروست: جریان راهاندازی فقط در سمت روشنکننده جریان دارد، بنابراین از نظر مقایسهٔ سادهٔ دیفرانسیل دقیقاً شبیه یک خطا درونی به نظر میرسد. رلههای مدرن این مسئله را با محدودیت هارمونیک دوم — جریان ورودی غیرمعمول حاوی محتوای قابل توجهی از هارمونیک دوم است و هنگامی که این مؤلفه بیش از حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد فرکانس اصلی باشد، رله از عملکرد قطع جلوگیری کرده و رویداد را بهجای یک عیب، بهعنوان روشنشدن ترانسفورماتور تفسیر میکند.
مشکل واقعی این است که هیچیک از این تنظیمات روی پلاک نامی ترانسفورماتور چاپ نشدهاند. مهندس حفاظت باید ویژگیهای جریان ورودی غیرمعمول واحد خاص را پیش از تنظیم رله بداند. اینجاست که فرآیند مشخصاتدهی معمولاً دچار شکست میشود — خریدار ترانسفورماتور را سفارش میدهد، پیمانکار قطعکننده را سفارش میدهد و تا روز روشنکردن، هیچکس دو سند را بههم متصل نمیکند.
اعدادی که پیش از مشخصکردن اهمیت دارند
چند پارامتر تعیین میکنند که رویداد روشنشدن چقدر شدید خواهد بود. درک این پارامترها به شما امکان میدهد مشخصاتی بنویسید نه اینکه صرفاً امیدوار باشید:
| پارامتر | معنای آن | محدودهٔ معمولی قابل انتظار |
|---|---|---|
| مضرب اوج جریان ورودی غیرمعمول | اوج نیمسیکل اول در مقایسه با جریان نامی | ۸ تا ۱۲ برابر برای ترانسفورماتورهای توزیع؛ بستگی به نوع فولاد هسته، زاویهٔ بستن کلید و امپدانس سیستم دارد |
| محتوای هارمونیک دوم | درصد جریان اصلی که توسط رله محدودکننده استفاده میشود | معمولاً در حین جریان برخورد بالاتر از ۱۵ درصد است؛ در خطاها داخلی تقریباً صفر است |
| زمان کاهش | مدت زمانی که پدیده گذرا ادامه دارد | از چند سیکل در ترانسفورماتورهای خشک کوچک تا حدود یک ثانیه در واحدهای بزرگتر با روغن-خنک |
| شار باقیمانده | شاری که در هسته پس از آخرین قطع انرژی باقی میماند | میتواند به بخش بزرگی از شار نامی برسد؛ بدترین حالت زمانی رخ میدهد که کلید در لحظه صفر ولتاژ بسته شود و شار باقیمانده در همان جهت باشد |
بدترین حالت روشنکردن زمانی اتفاق میافتد که کلید در لحظه عبور ولتاژ از صفر بسته شود و شار باقیمانده در جهتی مقابل شار ورودی قرار گرفته باشد. در این حالت هسته نیازمند شاری نزدیک به دو برابر شار نامی میشود که آن را بهطور عمیقی در منطقه اشباع میبرد. به همین دلیل است که یک ترانسفورماتور ممکن است صد بار بدون مشکل روشن شود اما در صدمین بار، کلید را قطع کند — زیرا زاویه بستهشدن کلید بهنحوی نامطلوب بوده است.
جریان برخورد ترانسفورماتور در سال ۲۰۲۶ اهمیت بیشتری نسبت به پنج سال پیش دارد. شرکتهای توزیع برق در ایالات متحده در سال ۲۰۲۳ حدود ۷٫۵ میلیارد دلار آمریکا را صرف ترانسفورماتورهای خط توزیع کردند که نسبت به سال گذشته ۲۳ درصد افزایش یافته است ، زیرا ناوگان فرسوده جایگزین شدند و ظرفیتهای تجدیدپذیر جدیدی به شبکه متصل شدند — این روند را میتوانید در تحلیل سرمایهگذاری شبکه توسط EIA مشاهده کنید. روشنشدن ترانسفورماتورهای جدید بیشتر، به معنای وقوع رویدادهای برقدارسازی بیشتر روی فیدرهاست که هرگز برای این منظور هماهنگسازی نشدهاند. در عین حال، برنامههایی مانند همکاری وزارت انرژی ایالات متحده با آزمایشگاه ملی اک ریج در زمینه فولاد هستهای با بازده بالا، طراحیهای جدید ترانسفورماتور با بازده بالا را به سمت میدان هدایت میکنند — هستههای بهبودیافته تصویر جریان ورودی را کمی تغییر میدهند، که دلیل دیگری است برای درخواست دادههای واقعی به جای پیشفرضگیری اینکه قوانین قدیمی هنوز معتبرند.
چگونه برای جریان ورودی در سفارش بعدی خود مشخصات تعیین کنیم
بخشی که بیشتر خریداران از قلم میاندازند این است: میتوانید کنترل جریان ورودی را در سفارش خرید وارد کنید. لازم نیست آن را در محل کشف کنید. وقتی مهندسان ما با مشتری روی روشنکردن ترانسفورماتور ، از آنها میخواهیم پنج مورد را در درخواست پیشنهاد قیمت (RFQ) وارد کنند:
- درخواست دادههای جریان شروع (inrush). منحنی محاسبهشده جریان شروع یا مضرب اوج آن را برای ظرفیت دقیق به کیلوولتآمپر و ولتاژ مشخصشده درخواست کنید — نه صفحهٔ کاتالوگ عمومی. اگر واحد از پیش ساخته شده باشد، از آنها بخواهید دادههای اندازهگیریشده را ارائه دهند. روشنکردن ترانسفورماتور ثبتها از آزمایشگاه تست کارخانه. یک کارخانهٔ جدی بدون هیچ بحثی این اطلاعات را فراهم میکند.
- رابط حفاظتی را مشخص کنید. به کارخانه نوع حفاظت بالادستی — فیوز، بازکنندهٔ خودکار (recloser) یا رله — و جریان اتصال کوتاه موجود در نقطهٔ اتصال را اعلام کنید. یک کارخانهٔ آشنا با طبقهٔ فیوز میتواند تأیید کند که واحد قادر به تحمل آن است.
- روش کنترلشدهٔ روشنکردن را تعیین کنید. برای واحدهایی با ظرفیت بیش از چند مگاولتآمپر یا در سیستمهای ضعیف، از تأمینکننده بخواهید ترتیب پیشنهادی روشنکردن را مستند کند: ابتدا بدون بار روشن کنید، سپس وقوع پدیدهٔ جریان شروع را در فیدر تأیید کنید و بعد بار را متصل نمایید. این یک گام ساده، بیشتر تماسهای «ترانسفورماتور خراب شده است» را جلوگیری میکند.
- در مکانهای حیاتی، کنترل زاویهٔ بستن را در نظر بگیرید. کلیدهای قطعکنندهی نقطهی موج که در اوج ولتاژ بسته میشوند، میتوانند روند جریان ورودی اولیه را بهطور چشمگیری کاهش دهند. در تغذیهی مراکز داده و بیمارستانها که قطع غیرمجاز غیرقابلپذیرش است، این روش اغلب ارزش هزینهاش را دارد.
- اسناد هماهنگی رلههای تقاضا اگر شما واحد بزرگی با سیستم حفاظت اختصاصی خودش را خریداری میکنید، فلسفهی تنظیمات — از جمله آستانهی مقاومت هارمونیک دوم و حاشیهی عنصر لحظهای بالای جریان ورودی اولیه — باید بخشی از اسناد کارخانه باشد که شما پیش از ارسال تأیید میکنید.
وقتی ما یک ترانسفورماتور مونتاژ شده بر روی پد را به یک پروژهی آمریکای شمالی ارسال میکنیم، اسناد آزمایش کارخانهای (FAT) شامل دادههای تلفات بدون بار و تحریک است که مهندس حفاظت برای انجام این محاسبات نیاز دارد. این کار یک ساعت از زمان ما در اتاق آزمایش میگیرد و بعداً یک هفتهی قطعی را برای مشتری صرفهجویی میکند.
کاری که ما در رایان الکتریک انجام میدهیم
از سال ۲۰۰۷ ما ترانسفورماتورهای غوطهور در مایع و نوع خشک را در کارخانهای به مساحت ۱۲۰٬۰۰۰ مترمربع ساختهایم و از سال ۲۰۲۳ بهعنوان شریک اتحاد مشترک با اتون فعالیت میکنیم. شریک اتحاد مشترک با اتون , یعنی رویههای آزمون ما در برابر انتظارات یکی از بزرگترین سازندگان تجهیزات برقی جهان مورد بازرسی قرار میگیرد. وقتی مشتری درباره جریان راهاندازی (inrush) سؤال میکند، ما صفحهای پر از نظریه ارسال نمیکنیم. سوابق آزمون کارخانهای ما نشاندهنده تلفات بدون بار اندازهگیریشده، جریان مغناطیسکننده و رفتار هسته واحد واقعی است که به داخل کانتینر بارگذاری میشود.
داستان پیمانکار تگزاس خوب پایان یافت. ما نمودار جریان راهاندازی (inrush waveform) اندازهگیریشده از یک واحد مشابه را برایش ارسال کردیم؛ مهندس او عنصر لحظهای را افزایش داد و تأخیری معادل ۰٫۱ ثانیه اضافه کرد؛ و این ترانسفورماتور از یک سال پیش بدون حتی یک قطع غیرضروری در حال بهرهبرداری است. این واحد هرگز معیوب نبوده است. هماهنگی انجام نشده بود.
این نکتهای است که میخواهیم هر خریداری با خود حمل کند: جریان برخورد ترانسفورماتور جریان راهاندازی (inrush) پدیدهای فیزیکی است، نه عیب تولیدی. آن را در مشخصات فنی مشخص کنید، برای آن هماهنگی انجام دهید، و بدترین لحظه پروژهتان — اولین روشنکردن — به امری معمولی تبدیل میشود.
اگر قصد انتخاب ترانسفورماتور برای یک ایستگاه فرعی جدید، یک مزرعه خورشیدی یا ارتقای یک ساختمان را دارید و میخواهید محاسبات روشنسازی پیش از امضا انجام شود، نمودار تکخطی و تنظیمات حفاظتی خود را برای ما ارسال کنید. مهندسان ما تأیید میکنند که دستگاه در اولین بستهشدن فیدر شما بدون قطع کار میکند. برای دریافت پیشفاکتور و صفحه داده جریان راهاندازی به ryantransformers.com/contact-us .
درباره نویسنده : این مقاله توسط تیم مهندسی شرکت جیانگسو رایان الکتریک کو.، لتد تهیه شده است، یک سازنده ترانسفورماتور که در سال ۲۰۰۷ تأسیس شد و از سال ۲۰۲۳ شریک مشترک اتون است. مهندسان ما با ارائه مهندسی کاربردی، راهنمایی در زمینه گواهینامهها (UL، CSA، IEEE، IEC) و دادههای آزمون کارخانهای برای ترانسفورماتورهای نصبشده روی پایه، خشک و غوطهور در روغن، از خریداران در آمریکای شمالی، خاورمیانه و جنوب شرق آسیا حمایت میکنند. برای کمک در تهیه مشخصات با ما در [email protected] تماس بگیرید.