پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی

پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی ۷ تجهیز اصلی

پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی مهم است چون تجهیزات برق صنعتی با خرابی های متعددی مواجه می شوند. در این مقاله به لیست تجهیزات و مفهوم خرابی و روش های پایش وضعیت cm پرداخته می شود. تجهیزاتی هم چون ترانسفورماتور توزیع ، کابل های زیرزمینی ، خطوط هوایی ، قطع کننده های مدار جریان ، Surge Arresters ، عایق ها و مقره ها و غیره بررسی می شود. حالات خرابی تجهیزات در سیستم توزیع تحلیل می گردد. نرم افزار نگهداری و تعمیرات CMMS مناسب برای کنترل و ثبت اطلاعات حالات خرابی و سوابق آن معرفی شده است.

حالت های خرابی در پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی سیستم توزیع برق

ابتدای نصب، یک قطعه از تجهیزات ممکن است به دلیل ساخت ضعیف، آسیب در هنگام حمل و نقل یا نصب نادرست خراب شود. تجهیزات سالم نیز ممکن است به دلیل جریان های شدید، ولتاژهای شدید، حیوانات موذی، آب و هوای طاقت فرسا و یا دلایل دیگر خراب شوند.

گاهی اوقات تجهیزات برقی صنعتی به دلایلی مانند، فرسودگی، خستگی حرارتی، وضعیت تجزیه شیمیایی، وضعیت آلودگی و وضعیت سایشی مکانیکی خود به خود از کار می افتند. در این مقاله رایج ترین حالت های خرابی برای تجهیزات ارائه می شوند که برای اطمینان از سیستم توزیع بسیار مهم و بحرانی هستند. آموزش روش‌های تجزیه و تحلیل خرابی‌های تجهیزات RCFA جهت آموزش و اطلاعات بیشتر مطالعه و بگذرانید.

فهرست تجهیزات و تحلیل حالات خرابی آنها:

  1. ترانسفورماتورهای توزیع
  2. کابل های زیرزمینی
  3. خطوط هوایی
  4. قطع کننده های مدار جریان
  5. Surge Arresters
  6. عایق ها و مقره ها

۱- ترانسفورماتورهای توزیع

ترانسفورماتورها بر قابلیت اطمینان سیستم توزیع به دو طریق مرتبط تاثیر می گذارند: خرابی ها و اضافه بارها

خرابی های سنگین ترانسفورماتور می تواند منجر به وقفه در هزاران مصرف کننده شود. هنگامی که این اتفاق می افتد، ترانسفورماتورهای دیگر اغلب تحت فشار قرار می گیرند. اگر ظرفیت ترانسفورماتور یدک کافی نباشد، باید تصمیم گرفت که آیا ترانسفورماتورهای در حال کار اضافه بار شوند یا نه و خسارت ناشی از آن را پذیرفت. پذیرش تلفات باعث بهبود قابلیت اطمینان در لحظه می شود. اما احتمال خرابی ترانسفورماتورهای اضافه بار شده را در آینده افزایش می دهد. درک این مسائل نیازمند یک دانش اولیه از رتبه بندی ترانسفورماتور و پیری حرارتی دارد.

رتبه بندی ترانسفورماتورها بر اساس عمر مورد انتظار عایق سیم پیچ در دمای مشخص است. رتبه بندی ها معمولا دمای محیط را ۳۰ درجه سانتی گراد، متوسط افزایش دمای سیم پیچ ۵۵ یا ۶۵ درجه سانتی گراد و افزایش Hot spot را ۱۰ درجه سانتی گراد فرض می کنند.

خلاصه ای از دمای طراحی ترانسفورماتور در جدول ۱ نشان داده شده است.

پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی ۷ تجهیز اصلی
جدول شماره ۱ میزان دمای طراحی ترانسفورماتور

ترانسفورماتورهای قدیمی تر با افزایش ۵۵ درجه سانتی گراد دارای دمای طراحی Hot spot 95 درجه سانتی گراد و ترانسفورماتورهای جدیدتر افزایش ۶۵ درجه سانتی گراد دارای دمای طراحی Hot spot 110 درجه سانتی گراد هستند. عمر یک ترانسفورماتور اغلب به عنوان زمان مورد نیاز برای از دست دادن %۵۰ مقاومت مکانیکی ماده ی عایقی از خود مقاومت مکانیکی تعریف می شوند. زمانی که پلیمرهای عایق به دلیل حرارت از بین می روند شکست مقاومت مکانیکی اتفاق می افتد.

پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی توزیع برق ترانسفورماتور
توزیع برق ترانسفورماتور

سرعت شکست به طور تصاعدی با افزایش دما افزایش می یابد. و این امکان را فراهم می کند که طول عمر مورد انتظار عایق توسط نظریه تفکیک الکترولیتی Arrhenius بیان شود:

                          insulation life = 10(K1/(273+°C))+K2 hours

ثابت های این معادله به صورت تجربی ( از راه آزمایش) برای ترانسفورماتورهای قدرت و ترانسفورماتورهای توزیع تعیین شده است و در راهنمای بارگذاری ترانسفورماتور استاندارد مستند شده است.

خلاصه ای از این مقادیر در جدول شماره ۲ نشان داده شده است.

جدول شماره ۲ ثابت های پیری ترانسفورماتور برای معادله عایق بالا، توسط تست های پیری تسریع شده تعیین شدند که زمان مورد نیاز برای از دست دادن %۵۰ مقاومت اولیه عایق ترانسفورماتور را اندازه گیری می کند.

پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی ۷ تجهیز اصلی
جدول شماره ۲ ثابت های پیری ترانسفورماتور

این جدول همچنین افزایش دمای Hot spot مورد نیاز را بالاتر از حد نرمال نشان می دهد که باعث دو برابر شدن سرعت پیری حرارتی می شود. بسیاری از ترانسفورماتورهای قدیمی دارای افزایش ۵۵ درجه سانتی گراد عایق هستند اما بیشتر ترانسفورماتورهای جدید دارای افزایش ۶۵ درجه سانتی گراد عایق هستند. درجه بندی عایق بالاتر به ترانسفورماتورها اجازه می دهد تا در دمای بالاتر کار کنند و بنابراین بارهای بیشتری را پشتیبانی می کنند.

نمودارهای عمر نسبت به دمای Hot spot در شکل ۲ نشان داده شده  است. این منحنی ها را می توان برای تعیین عمر مورد انتظار یک ترانسفورماتور و تخمین تلفات که در طول اضافه بار رخ می دهد استفاده کرد.

پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی ۷ تجهیز اصلی
شکل ۲ نمودارهای عمر نسبت به دمای Hot spot

شکل ۲ نیمه عمر عایق مورد انتظار ترانسفورماتورها به عنوان تابعی از دمای Hot spot

اگر به طور مداوم در دمای طراحی Hot spot ( 95 درجه سانتیگراد برای عایق ۵۵ درجه سانتیگراد و ۱۱۰ درجه سانتیگراد برای عایق ۶۵ درجه سانتیگراد) کار کنند، از ترانسفورماتورهای قدرت نصف عمر عایق حدود ۷٫۲ سال و ترانسفورماتورهای توزیع نصف عمر عایق حدود ۲۰ سال انتظار می رود.

ترانسفورماتورها معمولا به طور مداوم در رتبه بندی پلاک خود بارگذاری نمی شوند و توسط شرکت های مربوط به برق بر اساس منحنی های بارهفتگی مجددا رتبه بندی می شوند تا طول عمر قابل قبولی داشته باشند ( مثلا ۳۰ سال)

دماهای ترانسفورماتور در هنگام اعمال اضافه بار به طور آنی افزایش نمی یابد.

موارد مهم ظرفیت حرارتی، سیم پیچ ها، هسته ها و روغن می تواند به ثابت های زمانی حرارتی تا چندین ساعت منجر شود. این به همه ترانسفورماتور اجازه می دهد تا برای مدت کوتاهی بدون هیچ گونه خسارتی یا تلفاتی بیش از حد بارگذاری شوند. اگر دمای اولیه کمتر از رتبه بندی نرمال باشد.

اگر اجازه داده شود دما از درجه بندی های معمولی بالاتر رود تلفات رخ می دهد و بسیاری از شرکت های برق در مواقع اضطراری مقدار معینی از تلفات را می پذیرند.

ترانسفورماتورهای معمولی برای دمای Hot spot 95 درجه سانتی گراد ( عایق افزایش ۵۵ درجه سانتی گراد) یا ۱۱۰ درجه سانتی گراد ( عایق افزایش ۶۵ درجه سانتی گراد) طراحی شده اند. عمر ترانسفورماتور با دمای Hot spot به طور تصاعدی کاهش می یابد.

اضافه بارهای شدید می تواند منجر به خرابی فاجعه بار ترانسفورماتور شود.

دمای روغن بالایی هرگز از ۱۰۰ درجه سانتی گراد برای ترانسفورماتورهای قدرت با عایق ۵۵ درجه سانتیگراد یا ۱۱۰ درجه سانتی گراد برای ترانسفورماتورهای با عایق ۶۵ درجه سانتی گراد نباید بیشتر شود.

پیامد تجاوز از این محدودیت ها می تواند سر ریز روغن، فشار بیش از حد یا پارگی مخزن باشد. اگر دمای Hot spot سیم پیچ در هنگام وجود رطوبت از ۱۴۰ درجه سانتیگراد بیشتر شود، ممکن است حباب های آزاد تشکیل شود و منجر به خرابی های داخلی شود. با توجه به این ملاحظات، اوج بارگذاری کوتاه مدت ترانسفورماتورهای قدرت کمتر از ۱۰۰ MVA هرگز نباید از ۲۰۰% درجه پلاک تجاوز کند.

بارگذاری تاثیر قابل توجهی بر عمر ترانسفورماتور دارد و یک جنبه حیاتی از منظر قابلیت اطمینان توزیع است، اما بیشتر خرابی های فاجعه بار ترانسفورماتور به دلیل خطاهایی است که در پایین دست بوشینگ های ثانویه ترانسفورماتور رخ می دهد.

در نتیجه عبورجریان اشتباه از ترانسفورماتور، سیم پیچ ها  با نیروی مکانیکی متناسب با میدان بزرگ جریان اشتباه تکان می خورند. اگر پیری حرارتی باعث شده باشد که عایق به اندازه کافی شکننده شود، یک ترک ایجاد می شود و یک خرابی داخلی ترانسفورماتور ایجاد می شود.

ترانسفورماتورهای امپدانس پایین اغلب بیشتر از ترانسفورماتورهای امپدانس بالا خراب می شوند، زیرا جریان های اشتباه شدیدتری را تجربه خواهند کرد. اتوترانسفورماتورها عموما امپدانس بسیار پایینی دارند و بیشتر از ترانسفورماتورهای چند سیم پیچی از کار می افتند.

توصیه: بدترین تجربه من در آزمایش و راه اندازی ترانسفورماتورهای قدرت است.

تحقیقات گسترده ای در زمینه ی ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور انجام شده است. هدف تعیین سلامت ترانسفورماتور و شناسایی مشکلات اولیه قبل از اینکه منجر به خرابی فاجعه بار شود، است. روش های ساده شامل بازرسی بصری و شنوایی است. روش های پیچیده تر شامل تست های بار حرارتی، تست های ضریب توان، تست های پتانسیل بالا و آنالیز گازهای محلول و سایر تکنیک های الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی است.

برخی از این تست ها را می توان به طور مداوم انجام داد که به آن پایش وضعیت گفته می شود  و می توانند به طور خودکار اپراتورها را در صورتی که مقادیر نظارت شده از آستانه هشدار فراتر رود آماده کنند.

ترانسفورماتورها لوازم جانبی زیادی دارند که ممکن است از کار بیفتند. خرابی مرتبط با پمپ ها، فن ها و رادیاتورهای مسدود شده، توانایی ترانسفورماتورها در دفع گرما را کاهش می دهند، اما مستقیما باعث قطعی برق نمی شوند. خرابی های دیگر، مانند ترک خوردگی عایق ها و شکسته شدن آب بندها، ممکن است منجر به قطع برق شود، اما می توان آن را به سرعت و با هزینه کم برطرف کرد. شیرهای تعویض بار پر از روغن از لحاظ تاریخی مستعد خرابی بوده و می توانند قابلیت اطمینان ترانسفورماتور را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.

سازندگان به این مشکلات رسیدگی کردند و دستگاه های جدید با استفاده از فناوری خلاء موفق به کاهش نرخ خرابی Top changer بار شدند.

دیگر تجهیزات ذکر شده را می توانید در مقاله دانلود و مطالعه کنید. دانلود مقاله پایش وضعیت تجهیزات الکتریکی ۷ تجهیز اصلی به فرمت PDF

ترجمه این مقاله توسط آقای مهندس مهدی کریمی و تحقیق و تصحیح: آقای مهندس غلامرضا کاظمی انجام یافته است.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

15 − 4 =