راهنمای ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط

 

 

ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​اجزای اساسی زیرساخت های الکتریکی مدرن هستند. در حالی کهترانسفورماتورهای فشار قویترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​در شبکه توزیع کار می کنند و انرژی الکتریکی را از یک سطح ولتاژ به سطح ولتاژ دیگر در محدوده متوسط ​​تبدیل می کنند. این امکان تحویل ایمن و کارآمد برق را در سیستم های صنعتی، تجاری و تاسیساتی فراهم می کند. بنابراین درک ویژگی ها، انواع و معیارهای انتخاب ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​برای مهندسان، مدیران تاسیسات و متخصصان تدارکات درگیر در طراحی و نگهداری سیستم الکتریکی ضروری است.

 

 

1.1 تعریف

ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​یک دستگاه الکتریکی است که انرژی الکتریکی را بین سطوح ولتاژ متوسط-معمولاً ولتاژ توزیع ورودی-و ولتاژهای پایین مناسب برای کاربردهای پایانی- تبدیل می‌کند. در شرایط عملی [i]، یک ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​توان را در ولتاژهای متفاوت از تقریباً دریافت می کند.2.4 کیلو ولت تا 69 کیلو ولتو آن را به ولتاژهای استفاده مانند 480 ولت، 208 ولت یا سایر سطوح مورد نیاز بار کاهش می دهد.

مرزهای دقیق ولتاژ بسته به استانداردی که از آن استفاده می کنید کمی متفاوت است. طبق ANSI (موسسه استاندارد ملی آمریکا)، ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​می توانند ولتاژهای ناشی از2.4 کیلو ولت تا 69 کیلو ولت. IEEE سیستم های ولتاژ متوسط ​​در ایالات متحده را معمولاً از محدوده تعریف می کند5 کیلو ولت تا 35 کیلو ولتبرای اکثر کاربردهای توزیع، با تجهیزاتی که معمولاً ولتاژ 5 یا 15 کیلوولت دارند. در اروپا، استاندارد EN 50588-1 ترانسفورماتورهای توان متوسط ​​را به عنوان ترانسفورماتورهایی با بالاترین ولتاژ برای تجهیزات بیش از 1.1 کیلو ولت اما از 36 کیلو ولت تعریف می کند.

 

1.2 نقش در سیستم توزیع برق

برای درک مکان مناسب ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط، به تصویر کشیدن سلسله مراتب گسترده تر توزیع توان کمک می کند:

نسل → انتقال:نیروگاه‌ها برق را با ولتاژهای نسبتاً پایین تولید می‌کنند، که سپس برای انتقال کارآمد از راه دور به ولتاژهای بالا یا اضافی{0} (115 کیلوولت تا 765 کیلوولت) افزایش می‌یابد.

انتقال → توزیع:در پستها، ولتاژهای بالا به ولتاژهای متوسط ​​(معمولاً 5 کیلو ولت تا 35 کیلو ولت) برای توزیع از طریق فیدرهای اولیه کاهش می یابد.

توزیع → مشتری:ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط، تبدیل ولتاژ نهایی را فراهم می‌کنند و ولتاژ توزیع را تا سطوح استفاده (مثلاً 480 ولت، 240 ولت، 120 ولت) برای مشتریان نهایی پایین می‌آورند.

در بسیاری از موارد، یک شرکت برق به یک تاسیسات با ولتاژ متوسط ​​برق می‌رساند، و تاسیسات دارای ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​خود است و آن را راه‌اندازی می‌کند تا به ولتاژ پایین کاهش یابد. این ترتیب به تاسیسات اجازه می‌دهد از هزینه‌های انرژی کمتر مرتبط با سرویس ولتاژ متوسط ​​استفاده کند و به مالک کنترل بیشتری بر کیفیت برق می‌دهد.

1.3 استانداردهای کلیدی و انطباق

ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​مطابق با انواع استانداردهای صنعتی، به ویژه از IEEE و IEC تولید می شوند. در ایالات متحده، ویژگی ها و عملکرد اکثر ترانسفورماتورهای توزیع تحت تأثیر قرار می گیرنداستاندارد IEEE C57.12.00(الزامات عمومی استاندارد برای ترانسفورماتورهای{0} توزیع غوطه‌ور، قدرت و تنظیم‌کننده مایع). با این حال، بسیاری از استانداردهای دیگر برای انواع و کاربردهای خاص ترانسفورماتور اعمال می شود:

• IEEE C57.12.01:الزامات عمومی استاندارد برای ترانسفورماتورهای{0} توزیع نوع خشک و قدرت
• IEEE C57.12.34:ملزومات برای ترانسفورماتورهای توزیعی پد-نصب شده، محفظه ای-نوع، خود خنک-ترانسفورماتورهای توزیع سه فاز
• IEEE C57.12.28/29:پد-یکپارچگی محفظه تجهیزات نصب شده
• IEC 60076:سری استاندارد بین المللی برای ترانسفورماتورهای قدرت، از جمله ترانسفورماتورهای قدرت متوسط
• NEMA TP-1:راهنمای تعیین بازده انرژی برای ترانسفورماتورهای توزیع
• DOE 10 CFR قسمت 431:استانداردهای بهره وری انرژی وزارت انرژی ایالات متحده برای ترانسفورماتورهای توزیع

برای نصب در ایالات متحده، مطابق باکد ملی برق (NFPA 70)نیز اجباری است. در کانادا،کد برق کانادا (CEC)اعمال می شود.

 

 

 

همه ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​یکسان ساخته نمی شوند. انتخاب نوع ترانسفورماتور پیامدهای عمیقی برای هزینه، ایمنی، الزامات نصب و{1}}قابلیت اطمینان طولانی مدت دارد.

 

2.1 مایع-غوطه‌ور در مقابل خشک-نوع

این اساسی ترین تمایز بین ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​است.

مبادله-بین این دو خانواده قابل توجه است:

صفت	مایع-غوطه‌ور شده	خشک-نوع
خطر آتش سوزی	بالاتر-به حفاظت در برابر آتش برای استفاده در داخل ساختمان نیاز دارد	پایین-مناسب برای نصب در فضای داخلی
راندمان خنک کننده	عالی (روغن گرما را به خوبی هدایت می کند)	متوسط ​​(به گردش هوا متکی است)
تعمیر و نگهداری	آزمایش و فیلتراسیون دوره ای روغن مورد نیاز است	تعمیر و نگهداری کم
امید به زندگی	30-40 سال معمولی	20-30 سال معمولی
برنامه های کاربردی معمولی	پست های فضای باز، توزیع آب و برق	تاسیسات داخلی، ساختمان های تجاری
هزینه اولیه	به طور کلی برای همان رتبه پایین تر است	به طور کلی برای همان رتبه بالاتر است
ریسک زیست محیطی	نشت روغن می تواند خاک را آلوده کند	بدون مایع، بدون خطر نشت

 

2.2 ترانسفورماتورهای پست

2.3 پد-ترانسفورماتورهای نصب شده

2.4 قطب-ترانسفورماتورهای نصب شده

2.5 ترانسفورماتور رزین ریخته گری

 

 

 

ساخت فیزیکی هسته ترانسفورماتور کارایی، تلفات و ویژگی های عملکرد آن را تعیین می کند.

3.1 مواد اصلی

هسته به عنوان مسیر مغناطیسی برای انتقال انرژی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه عمل می کند. خواص مواد آن مستقیماً بر عدم تلفات بار (تلفات هسته)، راندمان و افزایش دما تأثیر می‌گذارد.

فولاد سیلیکونی گرا-دانه (GOSS)همچنان پرکاربردترین ماده هسته برای ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​است. دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالا و تلفات جریان گردابی کم است. GOSS با جهت گیری دانه ترجیحی مهندسی شده است که حوزه های مغناطیسی را با جهت شار مغناطیسی تراز می کند و کارایی را به حداکثر می رساند.

به عنوان جایگزینی برای ترانسفورماتورهای توزیع{0} کارآمد انرژی ظهور کرده اند. این مواد تلفات بسیار کم آهن-معمولاً 70 تا 80 درصد کمتر از فولاد سیلیکونی معمولی دارند-اما با هزینه مواد بالاتر. آنها به ویژه برای ترانسفورماتورهایی که در بارهای کم برای مدت طولانی کار می کنند جذاب هستند.

آلیاژهای مغناطیسی نرم نانو کریستالیخواص مغناطیسی عالی را در فرکانس‌های بالا نشان می‌دهند و عمدتاً در ترانسفورماتورهای الکترونیکی یا هدف خاص به جای واحدهای توزیع 50/60 هرتز معمولی استفاده می‌شوند.

 

 

 

انتخاب ترانسفورماتور مناسب با درک رتبه بندی های اساسی آن آغاز می شود.

4.1 رتبه بندی ولتاژ

هر ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​دارای دو درجه بندی ولتاژ بحرانی است: ولتاژ اولیه (سمت ورودی) و ولتاژ ثانویه (سمت خروجی). به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور با ولتاژ 13.8 کیلو ولت / 480 ولت، 13.8 کیلو ولت را در سمت اولیه دریافت می کند و 480 ولت را در سمت ثانویه تحویل می دهد.

ترانسفورماتورها همچنین دارای یک سطح ضربه پایه (BIL) هستند که نشان دهنده حداکثر ولتاژی است که عایق می تواند در هنگام برخورد صاعقه یا افزایش سوئیچینگ تحمل کند. برای ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط، درجه بندی BIL بسته به کلاس ولتاژ و کاربرد، از 60 کیلو ولت تا 150 کیلوولت یا بالاتر متغیر است.

رتبه بندی 4.2 کیلو ولت آمپر

رتبه بندی kVA (کیلوولت-آمپر) یک ترانسفورماتور ظرفیت قدرت ظاهری آن را نشان می‌دهد-چه مقدار جریان می‌تواند بدون گرم شدن بیش از حد حمل کند. اندازه‌های استاندارد ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​سه فاز kVA عبارتند از:30، 45، 75، 112.5، 150، 225، 300، 500، 750، 1000، 1500، 2000 و 2500 کیلوولت آمپر.

انتخاب رتبه صحیح kVA بسیار مهم است. ترانسفورماتورهایی که اندازه آنها کم باشد بیش از حد گرم می شود و عمر عایق را کاهش می دهد و به طور بالقوه باعث خرابی زودرس می شود. یک ترانسفورماتور بزرگ هزینه اولیه را افزایش می دهد و ممکن است در بارهای سبک به طور ناکارآمد عمل کند، زیرا تلفات هسته بدون توجه به بار وجود دارد.

4.3 افزایش دما و کلاس های عایق

ترانسفورماتورها با رتبه‌بندی افزایش دما-معمولاً 80 درجه، 115 درجه یا 150 درجه - فهرست می‌شوند که نشان می‌دهد دمای ترانسفورماتور تا چه حد از دمای محیط تحت بار کامل بالاتر می‌رود. ترانسفورماتور با افزایش 80 درجه به طور قابل توجهی خنک تر از ترانسفورماتور درجه بندی شده برای افزایش 150 درجه است، که ممکن است به عمر عایق بیشتر و راندمان بهتر و همچنین هزینه اولیه بالاتر منجر شود.

کلاس های عایق (کلاس A در 105 درجه، کلاس B در 130 درجه، کلاس F در 155 درجه، کلاس H در 180 درجه) حداکثر دمای کاری را که مواد عایق می توانند بدون تخریب قابل توجه تحمل کنند، تعریف می کنند.

 

 

 

نحوه اتصال سیم پیچ های ترانسفورماتور عملکرد آن را با بارهای نامتعادل، هارمونیک ها و خطاهای زمین تعیین می کند.

5.1 انواع اتصالات پایه

سه اساسی وجود دارداتصال سیم پیچطرح ها:

اتصال ستاره (Wye) (Y):یک انتهای هر سیم پیچ فاز در یک نقطه مشترک (نول) به هم متصل می شود. اتصال ستاره یک نقطه خنثی را فراهم می کند که می تواند زمین شود.

اتصال دلتا (D):فازها در یک حلقه بسته و بدون نقطه خنثی به هم متصل می شوند. اتصالات دلتا ذاتاً متعادل هستند و مسیری را برای جریان‌های دنباله‌ای صفر- فراهم می‌کنند.

اتصال زیگزاگ (Z):یک اتصال تخصصی که عمدتاً برای اتصال به زمین ترانسفورماتورها یا ترانسفورماتورهایی با توان کمتر استفاده می شود. اتصالات زیگزاگ معمولاً فقط در سمت ثانویه استفاده می شود.

 

5.2 نماد گروه برداری

گروه برداری یک ترانسفورماتور پیکربندی سیم پیچ و رابطه فاز بین ولتاژ اولیه و ثانویه را توصیف می کند. نماد از یک قالب استاندارد پیروی می کند:

حرف اول (بزرگ) نشان دهنده اتصال سیم پیچ اولیه است: D برای دلتا، Y برای ستاره، Z برای زیگزاگ.

حرف دوم (کوچک) اتصال سیم پیچ ثانویه را نشان می دهد.

"n" نشان می دهد که نقطه خنثی بیرون آمده است.

عدد جابجایی فاز را در نماد ساعت-ساعت نشان می‌دهد (برای دریافت درجه‌های تاخیر، 30 درجه ضرب کنید).

5.3 مقایسه Dyn11 و Yyn0

دو گروه بردار بر کاربردهای توزیع غالب هستند:Dyn11وYyn0.

Dyn11ویژگی‌های دلتا-اصلی متصل (D) و ستاره-ثانویه متصل با خنثی (yn)، با جابجایی فاز 330 درجه (11 در ساعت). دلتا اولیه یک مسیر گردشی برای جریان‌های دنباله‌ای صفر فراهم می‌کند و هارمونیک‌های سه‌گانه (سوم، نهم، و غیره) را به دام می‌اندازد و از بازتاب آنها به شبکه تغذیه جلوگیری می‌کند. Dyn11 همچنین بارهای نامتعادل را به‌خوبی مدیریت می‌کند، و آن را برای سیستم‌های توزیع مدرن با بارهای غیرخطی مانند رایانه‌ها، روشنایی LED، و درایوهای فرکانس متغیر انتخاب ارجح تبدیل می‌کند.

Yyn0ویژگی‌های ستاره-اصلی متصل (Y) و ستاره{{1}ثانویه متصل با خنثی (yn)، با جابجایی فاز صفر. ستاره اصلی فاقد مسیر بازگشت برای جریانهای توالی صفر است. در نتیجه، هارمونیک های سه گانه می توانند روی ولتاژ اولیه ظاهر شوند و بارهای نامتعادل می توانند باعث تغییر خنثی شوند که منجر به عدم تعادل ولتاژ فاز می شود. Yyn0 به طور کلی به برنامه هایی با حداقل محتوای هارمونیک و بارهای متعادل محدود می شود. یک محدودیت اضافی وجود دارد: در ترانسفورماتورهای Yyn0، جریان خط خنثی نباید از 25٪ جریان نامی سیم پیچ ثانویه تجاوز کند، در حالی که Dyn11 می تواند تا 75٪ را تحمل کند.

به طور خلاصه، برای اکثر برنامه‌های مدرن-به‌ویژه برنامه‌هایی که شامل بارهای غیرخطی-، مراکز داده، کارخانه‌های صنعتی، یا هر تأسیساتی با بارهای تک فاز قابل توجه-Dyn11 هستند، گروه بردار انتخابی است.

 

تعیین اندازه مناسب ترانسفورماتور یکی از مهمترین تصمیمات در طراحی سیستم قدرت است. اشتباهات در این مرحله می تواند منجر به سال ها ناکارآمدی یا شکست زودرس شود.

6.1 مرحله به مرحله-روش اندازه‌گیری گام به-

مرحله 1: مجموع قدرت بار را محاسبه کنید.فهرستی از تمام بارهای متصل شده در پایین دست ترانسفورماتور-موتورها، روشنایی، تهویه مطبوع، تجهیزات اداری و ماشین آلات تولیدی را تهیه کنید.

مرحله 2: فاکتورهای همزمان را اعمال کنید.همه بارها با ظرفیت کامل به طور همزمان کار نمی کنند. یک عامل تنوع (معمولاً 0.7 تا 0.9) این واقعیت را نشان می دهد.

مرحله 3: جریان های راه اندازی موتور را در نظر بگیرید.بارهای القایی مانند موتورها 3 تا 7 برابر جریان معمولی خود در هنگام راه اندازی می کشند. ترانسفورماتور باید ظرفیت کافی برای مدیریت این جریان های هجومی را بدون افت ولتاژ بیش از حد داشته باشد.

مرحله 4: یک حاشیه ایمنی اعمال کنید.20% تا 30% ظرفیت اضافی اضافه کنید تا نوسانات بار و توسعه آینده را برآورده کنید.

مرحله 5: محاسبه ظرفیت ترانسفورماتور.از فرمول استفاده کنید:

ظرفیت ترانسفورماتور (kVA)=توان بار کل (کیلووات) ÷ ضریب توان × حاشیه ایمنی

فاکتورهای توان معمولی برای اکثر بارهای صنعتی و تجاری از 0.8 تا 0.95 متغیر است.

مرحله 6: اندازه استاندارد بعدی را انتخاب کنید.از لیست در بخش 4.2 به نزدیکترین رتبه استاندارد kVA گرد کنید.

 

6.2 ملاحظات زیست محیطی و کاربردی

محاسبه اندازه فقط شروع است. چندین عامل دیگر بر انتخاب نهایی شما تأثیر می گذارد:

• محیط های با دمای بالا:برای نصب در دمای محیطی بالا یا ارتفاع بالای 1000 متر، به دلیل کاهش راندمان سرمایش و عایق، ظرفیت نامی را 5 تا 20 درصد کاهش دهید.
• محتوای هارمونیک:سیستم‌هایی با بارهای غیرخطی قابل{{0} (درایوهای فرکانس متغیر، سیستم‌های UPS، روشنایی LED، رایانه‌ها) ممکن است به یک ترانسفورماتور بارتبه بندی K-برای مدیریت گرمایش هارمونیک بدون کاهش افت.
• محیط نصب:ترانسفورماتورهای نوع خشک{0}}به طور کلی برای تاسیسات داخلی که ایمنی آتش سوزی نگرانی است ترجیح داده می شوند. واحدهای غوطه ور مایع{2}}برای نصب در فضای باز با فضا و محفظه کافی مقرون به صرفه تر هستند.
• بارهای شوک:برای بارهایی مانند جوشکارها یا کمپرسورها که تقاضای جریان ناگهانی و زیاد را تحمیل می کنند، ظرفیت را 10 تا 30 درصد افزایش دهید.

 

6.3 استانداردهای بهره وری و انرژی

بهره وری انرژیدر انتخاب ترانسفورماتور به یک ملاحظه مهم فزاینده تبدیل شده است که توسط هزینه های عملیاتی و الزامات نظارتی هدایت می شود.

در ایالات متحده،وزارت انرژی (DOE)استانداردهای بازده اجباری برای ترانسفورماتورهای توزیع، که از 1 ژانویه 2016، تحت 10 CFR قسمت 431 لازم الاجرا می شود.35 درصد بار-بازتاب تحقیقاتی که نشان می‌دهد اکثر ترانسفورماتورهای توزیع به طور متوسط ​​تقریباً با ۳۵٪ ظرفیت نامی کار می‌کنند.

برای برنامه هایی که به بالاترین راندمان نیاز دارند،NEMA Premiumترانسفورماتورهای راندمان تقریباً 30٪ تلفات کمتری نسبت به الزامات DOE 2016 ارائه می دهند. در حالی که هزینه اولیه می تواند قابل توجه باشد، دوره بازپرداخت از طریق کاهش تلفات انرژی اغلب برای ترانسفورماتورهای بارگذاری مداوم جذاب است.

 

6.4 امپدانس

امپدانس ترانسفورماتور(به صورت درصد بیان می شود) تعیین می کند که ترانسفورماتور چقدر جریان خطا را محدود می کند و چه مقدار افت ولتاژ تحت بار رخ می دهد. ترانسفورماتورهای توزیع استاندارد معمولا دارای امپدانس بین 2 تا 8 درصد هستند. امپدانس بالاتر جریان خطا را کاهش می دهد و از تجهیزات پایین دست محافظت می کند اما افت ولتاژ را افزایش می دهد.

 

 

 

نصب مناسب برای ایمنی، عملکرد و طول عمر ترانسفورماتور بسیار مهم است. نصبی که الزامات کد را برآورده نمی کند می تواند منجر به گرمای بیش از حد، خطرات الکتریکی، خرابی های بازرسی و مسئولیت های قانونی احتمالی شود.

7.1 ترخیص و فضای کار

کد ملی برق (NEC) به فضای کاری کافی در اطراف تجهیزات الکتریکی نیاز دارد تا امکان عملیات، نگهداری و بازرسی آماده و ایمن را فراهم کند. الزامات کلیدی عبارتند از:

• حداقل ارتفاع فضای کار روشن:2.0 متر (6.5 فوت)
• حداقل عرض فضای کار روشن:914 میلی متر (3 فوت)
• فاصله از جلو:حداقل 3 فوت (0.9 متر) در جلوی محفظه های ترانسفورماتور برای بازرسی و نگهداری
• فاصله تهویه:معمولاً 150 تا 300 میلی متر (6 تا 12 اینچ) در اطراف سطوح دارای تهویه برای ترانسفورماتورهای نوع خشک{4}} تا جریان هوا بدون مانع

برای ترانسفورماتورهای{0}}روی پد، الزامات فاصله خاصی به نصب بستگی دارد. NEC همیشه فاصله‌های چپ، راست و پشت را با عبارات صریح تجویز نمی‌کند، اما کدهای محلی و دستورالعمل‌های سازنده باید رعایت شوند. به عنوان مثال، FM Global به فاصله 25 فوتی بین ترانسفورماتورهای پر شده با روغن معدنی- نیاز دارد، اگرچه این نیاز برای ترانسفورماتورهایی که از مایعات قابل اشتعال کمتر-استفاده می‌کنند به صفر می‌رسد.

7.2 جداسازی محفظه ها

برای تاسیسات ولتاژ متوسط، محفظه های ولتاژ متوسط ​​و فشار ضعیف باید با یک مانع فولادی جدا شوند که ارتفاع و عمق کامل محفظه ها را گسترش دهد. هر دو محفظه باید از ورق فولادی با الزامات ANSI ساخته شوند.

7.3 زمین

زمین مناسب برای ایمنی و حفاظت تجهیزات ضروری است. مقاومت زمین معمولاً باید حفظ شودکمتر یا مساوی 10 اهم. خنثی ترانسفورماتور (در صورت وجود) باید مطابق با طراحی سیستم و کدهای قابل اجرا به طور مناسب زمین شود. الزامات اتصال به زمین در ماده 250 NEC به تفصیل آمده است.

7.4 حفاظت در برابر آتش

برای ترانسفورماتورهای روغنی-که در داخل ساختمان یا در مجاورت ساختمانها نصب شده اند، ممکن است اقدامات حفاظتی در برابر آتش مورد نیاز باشد. این موارد می تواند شامل موارد زیر باشد:

• دیوارها یا موانع دارای رتبه آتش-
• سیستم های اطفاء حریق اتوماتیک
• محفظه نفت (حوضچه های مهار نشت یا حوضچه های مهار نفت-)
• سیستم های سیل اتوماتیک برای تاسیسات بزرگتر

نوع سیال مورد استفاده در ترانسفورماتور نیز بر الزامات حفاظت در برابر آتش تأثیر می گذارد. ترانسفورماتورهای پر شده با مایعات کمتر{1}}قابل اشتعال یا زیست تخریب پذیر ممکن است برای کاهش فاصله و اقدامات ساده حفاظت در برابر آتش واجد شرایط باشند.

 

 

 

حفاظت از ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​نیاز به یک رویکرد هماهنگ دارد که هم خطاهای داخلی و هم اختلالات سیستم خارجی را برطرف می کند.

8.1 حفاظت در برابر جریان اضافه

الزامات NEC برای حفاظت از اضافه جریان ترانسفورماتور به امپدانس ترانسفورماتور بستگی دارد. برای ترانسفورماتورهایی با امپدانس 6 درصد یا کمتر، NEC به حفاظت اولیه و ثانویه نیاز دارد. فیوز اولیه نباید از 300٪ جریان بار کامل اولیه (FLA) تجاوز کند، و دستگاه اضافه جریان ثانویه در 480 ولت نباید از 125٪ FLA ثانویه تجاوز کند.

8.2 فیوز در مقابل کلیدهای مدار

انتخاب بین فیوزها و کلیدهای مدار برای حفاظت از ترانسفورماتور شامل موارد زیر است:

در بسیاری از شبکه‌های توزیع، از یک رویکرد ترکیبی استفاده می‌شود: فیوزها در سمت اصلی برای حفاظت از مدار کوتاه-، همراه با یک قطع کننده اصلی ولتاژ پایین- که حفاظت اضافه بار را فراهم می‌کند.

 

 

 

 

 

حتی مطمئن ترین ترانسفورماتور نیز برای دستیابی به عمر مفید کامل خود نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارد. یک برنامه تعمیر و نگهداری خوب طراحی شده می‌تواند عمر ترانسفورماتور را از 20 تا 30 سال به 40 سال یا بیشتر افزایش دهد.

9.1 تعمیر و نگهداری پیش بینی

تعمیر و نگهداری پیشگو از ابزارهای تشخیصی برای شناسایی مشکلات احتمالی قبل از اینکه منجر به خرابی شود، استفاده می کند.

• تجزیه و تحلیل گاز محلول (DGA):قدرتمندترین ابزار برای ارزیابی سلامت ترانسفورماتورهای غوطه‌ور شده در روغن-. با تجزیه و تحلیل گازهای حل شده در روغن عایق-هیدروژن، متان، استیلن، اتیلن- تکنسین‌ها می‌توانند مسائلی مانند گرمای بیش از حد، قوس الکتریکی و خرابی عایق را تشخیص دهند. DGA معمولی هشدارهای اولیه در مورد خطاهای در حال توسعه را ارائه می دهد و به اولویت بندی فعالیت های تعمیر و نگهداری کمک می کند.
• ترموگرافی مادون قرمز (اسکن IR):تصویربرداری حرارتی نقاطی را شناسایی می‌کند که نشان‌دهنده اتصالات سست، اتصالات با مقاومت بالا، بارگذاری بیش از حد، یا خرابی عایق هستند. برای ترانسفورماتورهای نوع محفظه‌ای، IR گاهی اوقات می‌تواند گرمای غیرعادی کنتاکت‌های تخریب شده یا سایر نقص‌هایی را که باعث افزایش دما در سطوح خارجی می‌شود، تشخیص دهد.
• پایش تخلیه جزئی (PD):تخلیه های جزئی نشانه های اولیه زوال عایق هستند. مانیتورینگ PD از حسگرها برای تشخیص تخلیه الکتریکی در سیستم عایق ترانسفورماتور قبل از تبدیل شدن به خرابی کامل استفاده می کند.

9.2 نگهداری پیشگیرانه

تعمیر و نگهداری پیشگیرانه از یک برنامه ثابت برای رسیدگی به سایش و پارگی طبیعی پیروی می کند.

• نمونه برداری و آزمایش روغن منظم:تست های ولتاژ شکست قدرت عایق روغن را اندازه گیری می کند. BDV پایین نشان دهنده آلودگی یا رطوبت است. میزان رطوبت باید با استفاده از تیتراسیون کارل فیشر اندازه گیری شود و در محدوده قابل قبول نگهداری شود.
• بازرسی بوش:بازرسی بصری برای ترک، تجمع کثیفی و آسیب. آزمایش‌های خازنی و دلتای قهوهای مایل به زرد وضعیت عایق بوش را ارزیابی می‌کنند.
• تعمیر و نگهداری تپ چنجر:برای ترانسفورماتورهایی که -شیر تعویض بار روشن (OLTC) دارند، سطح روغن باید بررسی شود، کنتاکت‌ها از نظر رسوب کربن بررسی و تمیز شوند، و در صورت آلودگی روغن تعویض شود.
• بررسی سفتی و تشخیص نشتی:برای حفظ یکپارچگی عایق و جلوگیری از آلودگی محیطی، نشت روغن باید به سرعت شناسایی و تعمیر شود.

9.3 فرکانس های بازرسی

در حالی که فرکانس های خاص به بحرانی بودن ترانسفورماتور و محیط عملیاتی بستگی دارد، دستورالعمل های کلی عبارتند از:

• بازرسی بصری:ماهانه تا سه ماهه، با تمرکز بر سطح روغن، نشت، سر و صدای غیر معمول، و وضعیت عمومی
• ترموگرافی مادون قرمز:سالانه یا بیشتر برای ترانسفورماتورهای بحرانی
• نمونه برداری روغن و DGA:سالانه برای تاسیسات استاندارد؛ برای ترانسفورماتورهای بحرانی یا با بار سنگین به صورت نیمه-سالانه
• تست الکتریکی (مقاومت عایق، نسبت چرخش، مقاومت سیم پیچ):هر 2 تا 5 سال یکبار
• تعمیرات اساسی جامع:هر 10 تا 15 سال برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ

 

 

 

ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​کاربردهای بسیار متنوعی دارند.

10.1 تأسیسات صنعتی

در کارخانه‌ها و کارخانه‌های تولیدی، ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط، برق موتورها، ماشین‌آلات و تجهیزات بزرگی را تامین می‌کنند که برای عملکرد بهینه نیاز به سطوح ولتاژ بالاتری دارند. صنایعی مانند خودروسازی، فرآوری شیمیایی، معدن، و تولید فولاد معمولاً سیستم‌های توزیع ولتاژ متوسط ​​خود را به کار می‌گیرند که ترانسفورماتورها ولتاژ برق شهری را به ولتاژ توزیع کارخانه کاهش می‌دهند و ترانسفورماتورهای اضافی به سطوح استفاده از ماشین‌آلات کاهش می‌یابند.

10.2 ساختمانهای تجاری

مجتمع های اداری، مراکز خرید، بیمارستان ها، هتل ها و سایر موسسات تجاری برای روشنایی، تهویه مطبوع، آسانسورها و سایر بارهای الکتریکی ضروری به ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​متکی هستند. ساختمان‌های تجاری بزرگ اغلب سرویس اولیه را در ولتاژ متوسط ​​(معمولاً 13.8 کیلو ولت یا 4.16 کیلو ولت) دریافت می‌کنند که برای توزیع در سرتاسر ساختمان به 480 ولت کاهش می‌یابد، با ترانسفورماتورهای ولتاژ پایین اضافی{4} که بارهای 120/208 ولت را ارائه می‌کنند.

10.3 پست های برق

شرکت های برق از ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​برای پایین آوردن ولتاژ از خطوط انتقال به سطوح پایین تر مناسب برای توزیع به مشتریان مسکونی و تجاری استفاده می کنند. این ترانسفورماتورهای{1} متعلق به ابزار، ستون فقرات سیستم توزیع را تشکیل می‌دهند.

10.4 سیستم های انرژی تجدیدپذیر

مزارع خورشیدی و بادی از ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​برای اتصال برق تولید شده به شبکه استفاده می کنند. با ادامه رشد انرژی تجدیدپذیر، تقاضا برای ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​که به طور خاص برای این کاربردها طراحی شده‌اند-از جمله طرح‌هایی که جریان برق دو طرفه و نوسانات ولتاژ گسترده را کنترل می‌کنند-به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است.

10.5 مراکز داده

مراکز داده یکی از پرکاربردترین کاربردها برای ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​هستند. آنها به قابلیت اطمینان بسیار بالا (اغلب N+1 یا 2N افزونگی)، کیفیت توان عالی، و راندمان بالا به دلیل عملکرد مداوم نیاز دارند. اکثر مراکز داده از خدمات ولتاژ متوسط ​​(اغلب 13.8 کیلو ولت یا 15 کیلو ولت) استفاده می کنند که به 480 ولت کاهش یافته است، با ترانسفورماتورهای ثانویه که سیستم های UPS و واحدهای توزیع برق را تغذیه می کنند.

10.6 امکانات مراقبت های بهداشتی

بیمارستان‌ها و مراکز بهداشتی و درمانی از ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​برای تغذیه چندین تابلوی{0}ولتاژ پایین استفاده می‌کنند، با ترانسفورماتورهای جداگانه که انشعابات حیاتی، انشعاب‌های ایمنی زندگی و انشعاب‌های برق معمولی را ارائه می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که سیستم‌های ضروری در هر سناریوی خرابی فعال هستند.

 

 

 

کار با ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​مستلزم رعایت دقیق پروتکل های ایمنی است. این دستگاه ها دارای ولتاژ بالا هستند و خطرات الکتریکی قابل توجهی را به همراه دارند:

• فقط پرسنل واجد شرایطباید ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​کار کند یا روی آنها کار کند.
• همیشه- انرژی دهیدترانسفورماتور و بررسی ولتاژ صفر قبل از نزدیک شدن.
• ترانسفورماتور را زمین کنیدپس از{0}}بدون انرژی و قبل از انجام هر کاری.
• فاصله های نزدیک را حفظ کنیدبر اساس سطح ولتاژ
• استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مناسب (PPE)برای جریان خطای موجود رتبه بندی شده است.
• از رویه‌های قفل کردن/تاگوت (LOTO) پیروی کنیدطبق مقررات OSHA.

 

 

 

کل هزینه مالکیت یک ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​بسیار فراتر از قیمت خرید اولیه است.

هزینه خرید اولیهبه طور قابل توجهی بر اساس نوع متفاوت است: ترانسفورماتورهای نوع خشک معمولاً قیمت اولیه بیشتری نسبت به واحدهای غوطه ور در مایع- با همان رتبه دارند، در حالی که واحدهای{2}}راندمان برتر قیمت بالاتری نسبت به مدل‌های بازده استاندارد دارند.

هزینه های نصبشامل آماده سازی محل، پد یا فونداسیون بتنی، اتصالات الکتریکی، زمین، حفاظت در برابر آتش (در صورت نیاز)، و ملاحظات ترخیص برای دسترسی آینده است.

تلفات انرژینشان دهنده مهم ترین هزینه عملیاتی جاری است. هیچ-تلفات بار (تلفات هسته) 24 ساعت شبانه روز، 365 روز در سال، بدون توجه به بار وجود ندارد. تلفات بار (تلفات مس) با مجذور جریان بار تغییر می کند. برای یک ترانسفورماتور که به طور مداوم در بارهای متوسط ​​کار می کند، تلفات انرژی در طول عمر 30- ساله می تواند بسیار بیشتر از قیمت خرید اولیه باشد. سرمایه گذاری در یک ترانسفورماتور با راندمان بالاتر با تلفات کمتر اغلب بازده مالی جذابی را به همراه دارد.

هزینه های نگهداریبه نوع ترانسفورماتور (غوطه ور در مایع نیاز به آزمایش منظم روغن دارد، نوع خشک-به کمتری نیاز دارد)، محل نصب و اهمیت عملیات بستگی دارد.

هزینه های دفع یا بازیافت{0}}پایان عمر-می تواند برای ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن، به ویژه ترانسفورماتورهای حاوی روغن آلوده یا بی فنیل های پلی کلره (PCB) در واحدهای قدیمی تر، قابل توجه باشد.

 

 

 

ترانسفورماتورهای ولتاژ متوسط ​​یک فناوری پایدار-بیش از یک قرن است، اما به طور مداوم در حال تکامل برای برآورده کردن نیازهای جدید برای کارایی، قابلیت اطمینان و عملکرد زیست محیطی هستند. آنها اتصال بین-شبکه انتقال ولتاژ بالا و سیستم های ولتاژ پایین- هستند که دنیای ما را تامین می کنند.

Selecting, installing, and maintaining these transformers is a multidisciplinary undertaking that requires understanding of electrical principles, safety codes, mechanical considerations, and economic trade-offs. A well-chosen, properly installed, and diligently maintained medium voltage transformer will provide decades of reliable service. An undersized, misapplied, or neglected unit can become a persistent source of problems, driving up energy costs, disrupting operations, and creating safety hazards.

چه در حال طراحی یک تاسیسات جدید، جایگزینی تجهیزات قدیمی یا صرفاً به دنبال درک بهتر ترانسفورماتورها در سیستم فعلی خود باشید، اصول ذکر شده در این راهنما چارچوبی برای تصمیم گیری صحیح ارائه می دهد. به جزئیات توجه کنید-رتبه‌بندی ولتاژ، گروه برداری، کلاس عایق، فاصله‌ها، برنامه تعمیر و نگهداری-و ترانسفورماتور ولتاژ متوسط ​​شما خدماتی بی‌صدا، کارآمد و طولانی مدت به شما پاداش می‌دهد.