تحقیق بررسی عایق های الکتریکی در 30 صفحه ورد قابل ویرایش

عایقهای الکتریکی

اصولاً قسمتهای عایق ماشینهای الکتریکی ، ترانسفورماتور ها ،خطوط هوایی و غیره به صورتی طراحی می شود که بتوانند به طور مداوم تحت ولتاژ معینی کارکرده و ضمناً قدرت تحمل ضربه های ولتاژ را در لحظات کوتاه داشته باشند .

هر نوع تغییرات ناگهانی و شدید در شرایط کاری شبکه، موجب ظهور جهشها یا پالسهای ولتاژ می شود . برای مثالمی توان اضافه ولتاژ های ناشی از قطع و یا وصل بارهای زیاد به طور یکجا ، جریانهای اتصال کوتاه ، تغییر ناگهانی مدار و غیره رانام برد .

رعد و برق نیز هنگامی که روی خطوط شبکه تخلیه شود ، باعث ایجاد پالسهای فشار قوی با دامنه زیاد و زمان کم می شود .

لذا عایق های موجوددر ماشینهای الکتریکی و تجهیزات فشار قوی باید از نظر استقامت در مقابل این نوع پالسها نیز طبقه بندی شده و مشخص شوند . عایقهای الکتریکی با گذشت زمان نیز در اثر آلودگی و جذب رطوبت فاسد شده و خاصیت خود را از دست می دهند .

در مهندسی برق سطوح مختلفی از مقاومت عایقی تعریف شده است که هر کدام بایستی در مقابل ولتاژ معینی استقامت نمایند . (ولتاژ دائمی و ولتاژ لحظه ای هر کدام به طور جداگانه مشخص می شوند )و البته طبیعی است که ازدیاد ولتاژ بیشتر از حد مجاز روی عایق باعث شکست آن می شود . در عمل دو نوع شکست برای عایق ها می توان باز شناخت ،حرارتی و الکتریکی .

زمانی که عایق تحت ولتاژ قرار دارد ، حرارت ناشی از تلفات دی الکتریکی می توان باعث شکست حرارتی شود . باید توجه نمود که افزایش درجه حرارت باعث کاهش مقاومت اهمی عایق و نتیجتاً افزایش تصاعدی درجه حرارت آن خواهد شد .

خلاصه اینکه عدم توازن بین حرارت ایجاد شده در عایق با انچه که به محیط اطراف دفع می نماید ، موجب افزایش درجه حرارت آن شده و این پروسه تا زمانیکه عایق کاملاً شکسته شده و به یک هادی الکتریسته در آید ، ادامه می باید .

شکست الکتریکی در عایق ها به دلیل تجزیه ذرات ان در اثر اعمال میدان الکتریکی نیز صورت می گیرد .

با توجه به آنچه گذشت ، عایقهای الکتریکی عموماً در معرض عواملی قرار دارند که باعث می شود در ولتاژ نامی نیز حالت نرمال خود را از دست بدهند . لذا در انتخاب عایقها ، عایق با کلاس بالاتر انتخاب می شود . اندازه گیریهای مختلفی که جهت شناسایی نواقص موجود در عایق ها انجام می گیرند عبارتند از :

اندازه گیری مقاومت D.C عایق یا جریان نشتی ان ، تلفات دی الکتریک ، ظرفیت خازنی عایق ، توزیع ولتاژ در عایق ، دشارژهای جزئی در عایق و میزان پارازیتهای حاصل از آن و تست استقامت الکتریکی عایق .

تعیین میزان و تلفات یک عایق ومقایسه آن با مقادیر اولیه ، معیار خوبی برای ارزیابی وضعیت آن می باشد . اصولاً افزایش تلفات در عایق های جامد ناشی از جذب رطوبت و در روغن ها به دلیل افزایش در صد آب یا آلودگیهای دیگر درآن می باشد .

باید دانست که مقدار تلفاتی که در مورد یک ترانس اندازه گیری می شود ، جمع تلفات روغن و ایزولاسیونجامد سیم پیچ بوده و هرگاه تلفات عایق یک ترانس از مقدار مجاز تجاوز نماید ، ابتدا باید روغن را به طور جداگانه مورد آزمایش قرار داد تا بتوان وضعیت ایزولاسیون سیم پیچی را ارزیابی نمود .

با توجه به انکه با تعیین مقدار تلفات به طور مطلق و بدون در نظر گرفتن ابعاد فیزیکی و جنس عایق نمی توان قضاوت صحیحی در مورد ان به عمل آورد ، بهترین پارامتری که می تواند وضعیت ایزولاسیون را مشخص نماید نسبت مولفه اکتیو به راکتیو جریان نشتی عایق می باشد . با اندازه گیری ظرفیت تلفات عایق می توان وضعیت ان را از نظر استقامت حرارتی ، میزان رطوبت جذب شده و عمر عایق ارزیابی نمود .

تجربه نشان داده است که در موارد زیر خطر اتصال کوتاه در ایزولاسیون تجهیزات الکتریکی که مستقیماً به فساد عایق مربوط باشد ، وجود ندارد :

الف : وقتیکه ایزولاسیون دارای ضریب تلفات عایق ثابتی است و با مروز زمان افزایش نمی یابد .

ب: وقتیکه ضریب تلفات عایق روغن بوشینگ دژنکتورهای روغنی که مستقیماً روی کلید اندازه گیری شده است ، بدون توجه به اندازه گیری قبلی در حد استاندارد باشد .

با اندازه گیری ظرفیت خازنی ایزولاسیون تجهیزات الکتریکی در دوفرکانس و یا دو درجه حرارت مختلف می توان اطلاعاتی مشابه با نتیجه تست تلفات دی الکتریک از وضعیت عایق بدست آورد .

وجه تمایز تست ظرفیت خازنی در دو فرکانس مختلف با دستگاههایی که جهت همین کار ساخته شده اند در این است که در هر درجه حرارتی قابل انجام بوده و احتیاجی به گرم کردن ترانس و یا تجهیزات دیگر نیست و به همین جهت پرسنل را از حمل و نقل دستگاهها و ادوات نسبتاً سنگین که برای گرمایش بکار میروند بی نیاز میسازد.

در این روش اساس کار بر این اصل مبتنی است که ظرفیت خازن با تغییر فرکانس تغییر می نماید . تجربه نشان داده است که در مورد ایزولاسیون سیم پیچ هایی که آب زیادی به خود جذب نموده اند نسبت بین ظرفیت خازنی در فرکانسهای 2 و 50 هرتز حدود دو بوده و در مورد ایزولاسیون خشک این نسبت حدود یک خواهد بود .

اندازه گیری فوق معمولاً بین سیم پیچ هر یک از فازها و بدنه در حالتیکه بقیه سیم پیچ ها نیز ارت شده اند انجام می گیرد . دقیقترین روش برای بررسی نتایج بدست امده در هر آزمایش مقایسه آن با مقادیر کارخانهای و یا تستای مشابه قبلی می باشد که البته در این عمل باید ارقام بر اساس یک درجه حرارت واحد اصلاح شد باشند . چنانچه مقایسه فوق به عللی تحقیق پذیر نباشد ، می توان به بعضی از اتسانداردهایی که در این زمینه موجود است مراجعه نمود . برای مثال پس از انجام تعمیرات ، میزان مقاومت D.C عایق نباید کاهش بیش از 40 در صد (برای ترانس 110 کیلو ولت به بالا 30 در صد ) ، نسبت ظرفیت خازن در فرکانس 2 هرتز به ظرفیت خازن در فرکانس 50 هرتز افزایش بیش از ده درصد و ضریب تلفات عایق افزایش بیش از 30 در صد نسبت به نتایج قبل از تعمیرات را نشان بدهند .

دردرجه حرارتهای 10 و 20 درجه سانتیگراد نسبت ظرفیت خازن در فرکانس 2 هرتز به ظرفیت خازن در فرکانس 50 هرتز باید به ترتیب مقادیری حدود 2/1 و 3/1 را داشته باشند .

اضافه گرمایش مجاز در هادیهای تجهیزات الکتریکی

روشن است که عبور جریان نامی به طور مداوئم در هادیهای الکتریکی موجب گر شدن آنها و ایزولاسیون مجاورشان می شوند . این پدیده عاملی است که محدودیت اساسی را برای باردهی تجهیزات الکتریکی بوجود می آورد .

بر اساس استاندارد های معتبر ، حداکثر درجه حرارت مجاز در انواع مواد عایقی بین 90 تا 180 درجه سانتیگراد معین شده است .

درمورادی که قسمتهای حامل جریان و یا قطعات فلزی بدون جریان تجهیزات ، در تمای با عایق ها نباشند ، اضافه دماهای زیادتری مجاز دانسته شده است . در مورد هر ماشین الکتریکی ، حد مجاز برای افزایش درجه محیط تعیین می شود که اصولاً به نوع مواد عایقی موجود در آن بستگی دارد ولی به خاطر پاراکترهای مختلفی که در این زمینه دخالت دارند درجه حرارت مجاز از طریق آزمایشهای ویژه ای که در شرایط بار نامی صورت می گیرد مشخص می شود .

در ماشینهای الکتریکی که با گازها خنک کی شوند ،جریان نامی بر اساس ماکزیمم حرارتی که گاز خنک کننده قادر به دفع آن است تعیین می شود و اصولاً بکارانداختن ماشین در شرایطی خارج از محدوده فوق به جز دو موارد استثنایی که می توان ان را برای مدت کوتاهی تحت اضافه بار قرار داد به هیچ وجه مجاز نمی باشد .

لازم به ذکر است که شرایط اضافه بار معمولاً در مدارک فنی ماشین ثبت شده است . درجه حرارت مجاز در مورد ترانسفورماتورها بر این اساس مشخص می شود که ایزولاسیون سیم پیچها باید 20 تا 25 سال عمر مفید داشته باشد ،بدین منظور درمناطقی که درجه حرارت محیط به 35 درجه سانتیگراد می رسد ، اضافه سیم پیچهای ترانس (اضافه بر دمای محیط ) نباید از 70 درجه سانتیگراد تجاوز نماید . (غالباً ترانس ها را برای کار در شرایط 35 درجه سانتیگراد حرارت می سازند .)

بنابراین ماکزیمم دمای مجاز سیمپیچ ترانس برای کار دائم دراین مناطق عبارت است از 105 درجه سانتیگراد .

بهره برداری و نگهداری از ترانس ها و اتو ترانس ها

ترانسفورماتورهایی که در نیروگاهها و پستهای برق بکار برده می شوند ممکن است کاهنده و یا افزاینده ، دو سیم پیچه یا سه سیم پیچه ، تک فاز یا سه فاز باشند . اصولاً استفاده از یک ترانس سه فاز به جای سه ترانس تکفاز با ظرفیت معادل مقرون به صرفه تر بوده و بهره برداری و تعمیرات ان نیز ساده تر انجام می پذیرد .

ولی به هر حال در مواردیکه حمل یک ترانس سهفاز به محل بهره برداری مشکل بوده و یا ترانس سه فازی با ظرفیت مورد نظر وجود نداشته باشدعملاً از سه ترانس تک فاز استفادهمی نمایند .امروزه ترانسها با ولتاژهای مختلفی تا 750 کیلو ولت و ظرفیت تا چندین صد هزار کیلو ولت آمپر نیز ساخته می شوند .

در حالیکه در ظرفیتهای 10MVA به بالا علاوه بر آن از فنهای دمنده نیز استفاده شده و رادیاتورها و تانک روغن توسط وزش اجباری هوا خنک می شوند . در بعضی موارد نیز ترانسهای پر ظرفیت یا کولرهای آب و یا کولرهای هوایی طراحی می شوند و که در آنها روغن ترانس مرتباً در یک مدار بسته و تحت فشار از داخل کولر عبور می نماید .

در مواقعی که کاهش سطح اتصال کوتاه مورد نظر باشد ترانسهای سه سیم پیچه که دارای دو ثانویه مشابه هستند بکابر برده می شوند . نوع متداولی از ترانسهای فوق که در اغلب مراکز نیرو بکار برده می شود ترانس سه سیم پیچه ای است با اولیه 110 یا 220 کیلو ولت و دو ثانویه مشابه با ولتاژ 6 تا 10 کیلوولت.

روغن در ترانسفورماتو هم نقش سیال خنک کننده را داشته و هم به عنوان عایق مایع جهت ایزولاسیون سیم پیچ ها نسبت به بدنه بکار می رود و کنسرواتور یا تانک انبساط به خاطر اطمینان از پربودن ترانس، جبران فعل و انفعلات ناشی از انبساط و انقباض حرارتی روغن و هر چه کمتر کردن تماسروغنبا هوا که موجب اکسیده شدن آن می شود مورد استفاده قرار می گیرد .لوله ای که انتهای آن توسط ورقی از جنس سبک و شکننده مسدود شدهاست در بالای تانک ترانس تعبیه می شود که نقش سوپاپ اطمینان را داشته و ترانس را در مقابل افزایش بیش از حد فشار روغن محافظت می کند.

ترانسها معمولاً با ولتاژ نامی پیم پیچهیشان مشخص می شوند ولی باید دانست که در ترانس تحت بار اگر ولتاژ اولیه برابر ولتاژ نامی باشد ، ولتاژ به میزان افت ولتاژی که ناشی از جریان بار است از مقدار نامی خود کمتر می شود . ترانسهای تا 15 کیلو ولت به صورت خشک ساخته می شوند که فقط با جریان طبیعی هوا خنک شده و نوعی از انها با ظرفیت 1600 KVA که برای کار در فضای بسته و غیر حساس د رمقابل آتش سوزی طراحی شدهاند ، معمولاً جهت تغذیه مصرف داخلی در نیروگاهها ،پستها و مراکز صنعتی دیگر بار برده می شوند .

ترانسهای خشک در مقایسه باترانسهای روغنی ، سر و صدای زیادی تولید نمودهو باید در اتاقهای خشک و بدون گردو غبار و با رطوبت نسب حداکثر 85% نصب شوند و این ترانسها معمولاً حفاظتی در مقابل پالسهای ولتاژی جوی ندارند . ترانسهایی نیز تا ظرفیت 1000 KVA ساخته شده اند که درآنها به جای روغن از مایع ساوتول (مایعی ک در مقابل آتش سوزی غیر حساس است ) استفاده می شود.

البته این ترانس ها به علت گران بودن و همچنین سمی بودن مایه ساوتولفقط در مورادیکه استفاده از ترانس خشک به سبب شرایط خاص محیط و همچنین استفاده از ترانس روغنی به علت حساسیتا محل نسبت به آتش سوزی مقدور نباشد ، بکار برده می شوند . یکی از ارجحیتهای ترانس های خشک یا محتوی ساوتول این است که می تون ان را در همه طبقات ساختمان و در کنار مصرف کننده های مربوطه نصب نم.ود. در مقایسه با ترانسهای معمولی ، اتوترانس در ولتاژ و قدرت مشابه دارای اندوکتیویته کمتری می باشد و به همین جهت افت ولتاژ نیز در آن کمتر بوده و راندمات بالاتری خواهد داشت .