چگونه یک هسته ترانسفورماتور نوع خشک را ایمن سیم کشی می کنید؟

هسته ترانسفورماتور نوع خشک چیست و چگونه کار می کند؟

الف هسته ترانسفورماتور نوع خشک مدار مغناطیسی در مرکز یک ترانسفورماتور نوع خشک است - یک ترانسفورماتور قدرت که از عایق هوا یا رزین جامد برای خنک کردن استفاده می کند تا روغن معدنی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای پر از مایع. خود هسته از لایه‌های نازک فولاد سیلیکونی دانه‌گرا ساخته شده است که هر کدام با لاک عایق یا لایه اکسیدی پوشانده شده‌اند تا از گردش جریان‌های گردابی بین لایه‌ها جلوگیری کند. این لایه‌های لایه‌ای در یک پیکربندی پوسته‌ای یا هسته‌ای روی هم چیده می‌شوند و یک مسیر مغناطیسی بسته را تشکیل می‌دهند که شار مغناطیسی متناوب تولید شده توسط سیم‌پیچ اولیه را از طریق سیم‌پیچ ثانویه با حداقل اتلاف انرژی هدایت می‌کند. کیفیت مواد هسته - محتوای سیلیکون آن، ضخامت لایه لایه، و جهت دانه - مستقیماً تلفات بدون بار، جریان مغناطیسی و کارایی کلی ترانسفورماتور را تعیین می کند، به همین دلیل است که ترانسفورماتورهای نوع خشک درجه یک از فولاد سیلیکونی درجه بالا M3 یا M5 در ساخت هسته خود استفاده می کنند.

در یک ترانسفورماتور نوع هسته، سیم‌پیچ‌ها اندام‌های هسته را احاطه می‌کنند - سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه بسته به طرح، به طور متحدالمرکز در اطراف یک پایه هسته یا روی پایه‌های جداگانه پیچیده می‌شوند. در پیکربندی پوسته‌ای، هسته سیم‌پیچ‌ها را احاطه می‌کند، آن‌ها را در چند طرف محصور می‌کند و حفاظت مکانیکی بهتری را ارائه می‌کند، اما به مواد هسته بیشتری در واحد ظرفیت توان نیاز دارد. برای اکثر ترانسفورماتورهای نوع خشک تجاری و صنعتی در محدوده 10 کیلوولت آمپر تا 3000 کیلوولت آمپر، طراحی نوع هسته استاندارد است زیرا ساخت آن مقرون به صرفه تر، بازرسی آسان تر و باد کردن آن ساده تر است. سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور نوع خشک از هادی‌های آلومینیومی یا مسی عایق‌شده با فیلم پلی‌استر، کاغذ نومکس یا رزین اپوکسی بسته به کلاس عایق استفاده می‌کنند - کلاس F (155 درجه سانتی‌گراد) و کلاس H (180 درجه سانتی‌گراد) رایج‌ترین طبقه‌بندی‌های حرارتی برای واحدهای نوع خشک صنعتی هستند.

عدم وجود روغن در ترانسفورماتورهای نوع خشک آنها را برای نصب در داخل ساختمان در ساختمان‌های اشغالی، تونل‌ها، سکوهای دریایی و سایر محیط‌هایی که نشت نفت یا آتش‌سوزی می‌تواند فاجعه‌بار باشد، ایمن‌تر می‌کند. آنها نیازی به اتصال روغن، حفاظت رله بوخهولز، و نمونه برداری دوره ای روغن ندارند - الزامات تعمیر و نگهداری محدود به بازرسی دوره ای سیم پیچ ها، هسته و اتصالات الکتریکی، به علاوه تمیز کردن دهانه های تهویه برای اطمینان از جریان هوای کافی برای خنک سازی است. این ویژگی‌ها، ترانسفورماتورهای نوع خشک را به انتخاب پیش‌فرض برای ترانسفورماتورهای توزیع ساختمان، زیرساخت‌های برق مرکز داده، برنامه‌های افزایش اینورتر انرژی‌های تجدیدپذیر و هر جایی که ایمنی محیطی یا خطر آتش سوزی یک محدودیت طراحی حاکم است تبدیل می‌کند.

انواع هسته ترانسفورماتور نوع خشک و تفاوت های ساخت آنها

همه هسته های ترانسفورماتور نوع خشک به طور یکسان ساخته نمی شوند، و تفاوت بین انواع هسته هم بر عملکرد الکتریکی ترانسفورماتور و هم بر پیکربندی فیزیکی پایانه های سیم پیچ آن تأثیر می گذارد - که به نوبه خود بر نحوه سیم کشی ترانسفورماتور به یک سیستم توزیع برق تأثیر می گذارد.

تنظیمات هسته تک فاز

الف single-phase dry-type transformer has a core with two limbs — one for each winding half — or a single central limb with the windings concentrated there and return flux paths on either side. Single-phase transformers produce two winding terminals on the primary side (labeled H1 and H2) and two on the secondary side (labeled X1 and X2) as standard. For transformers with center-tapped secondary windings — common in 120/240V residential and commercial applications — a third terminal (X2 at the center tap) is provided, enabling both 120V single-phase and 240V single-phase loads to be served from the same transformer. Understanding the core configuration helps the installer correctly interpret the nameplate and terminal marking scheme before attempting any wiring connection.

تنظیمات هسته سه فاز

ترانسفورماتورهای سه فاز خشک از یک هسته سه یا پنج پایه استفاده می کنند که سه فاز سیم پیچ اولیه و ثانویه روی آن نصب می شود. هسته سه پا - تا حد زیادی متداول ترین طراحی - یک سیم پیچ فاز را روی هر یک از سه پایه هسته قرار می دهد، با شار مغناطیسی سه فاز در هسته در شرایط بار متعادل به صفر می رسد و نیاز به مسیر شار برگشتی را از بین می برد و هسته را فشرده نگه می دارد. هسته های پنج اندام برای ترانسفورماتورهای بسیار بزرگ یا کاربردهایی که به ویژگی های امپدانس توالی صفر خاصی نیاز دارند استفاده می شود. علامت گذاری ترمینال ترانسفورماتور سه فاز از عناوین استاندارد شده پیروی می کند: پایانه های اولیه با برچسب H1، H2، H3 (و H0 برای خنثی در صورت دسترسی)، در حالی که پایانه های ثانویه با برچسب X1، X2، X3 (و X0 برای خنثی) هستند. چیدمان این پایانه ها بر روی برد ترمینال ترانسفورماتور - که ممکن است به طور متفاوتی بین سازندگان سازماندهی شود - قبل از شروع سیم کشی باید از نمودار پلاک تایید شود.

درک تنظیمات سیم پیچ ترانسفورماتور قبل از سیم کشی

قبل از سیم‌کشی فیزیکی یک ترانسفورماتور نوع خشک، ضروری است که پیکربندی سیم‌پیچ مشخص‌شده در پلاک نام و معنای آن برای طرح اتصال را بدانید. سیم کشی نادرست ترانسفورماتور - اتصال شیرهای ولتاژ اشتباه، استفاده از پیکربندی دلتا یا wye ناسازگار، یا معکوس کردن قطبیت - می تواند منجر به آسیب تجهیزات، خرابی سیستم حفاظتی یا یک وضعیت اضافه ولتاژ خطرناک در مدار ثانویه شود. رایج ترین پیکربندی سیم پیچی که در ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک مشاهده می شود در جدول زیر خلاصه شده است:

نحوه سیم کشی ترانسفورماتور: فرآیند گام به گام

سیم کشی ترانسفورماتور نوع خشک نیاز به آماده سازی روشمند، رعایت دقیق رویه های ایمنی و تأیید دقیق در هر مرحله قبل از برق رسانی دارد. فرآیند زیر برای اتصال یک ترانسفورماتور توزیع خشک سه فاز در یک تاسیسات تجاری یا صنعتی اعمال می شود، هر چند که همان اصول برای واحدهای تک فاز با ترتیب ترمینال ساده تر اعمال می شود.

مرحله 1: بررسی اطلاعات پلاک و تأیید ولتاژ منبع تغذیه

قبل از شروع هر گونه سیم کشی، پلاک نام ترانسفورماتور را پیدا کنید و بررسی کنید که ولتاژ اولیه نامی با ولتاژ تغذیه موجود در محل نصب مطابقت دارد. ترانسفورماتورهای نوع خشک معمولاً با چندین شیر ولتاژ اولیه - معمولاً ± 2.5٪ و ± 5٪ ولتاژ اسمی - برای تطبیق تغییرات ولتاژ تغذیه رایج در سیستم های توزیع برق عرضه می شوند. تأیید کنید که کدام موقعیت شیر ​​با ولتاژ منبع تغذیه واقعی شما مطابقت دارد و تخصیص ترمینال های H1، H2، H3 مربوط به آن شیر را شناسایی کنید. شناسایی نادرست پایانه های شیر یکی از دلایل رایج اضافه ولتاژ یا کمبود ولتاژ ثانویه پس از راه اندازی است. همچنین ولتاژ ثانویه نامی، ظرفیت KVA، رتبه فرکانس و کلاس عایق را در برابر الزامات طراحی نصب بررسی کنید.

مرحله 2: از قطع انرژی کامل و Lockout/Tagout اطمینان حاصل کنید

سیم کشی ترانسفورماتور هرگز نباید تحت هیچ شرایطی روی تجهیزات برق دار انجام شود. قبل از شروع کار، قطع کننده تغذیه بالادست یا سوئیچ قطع کننده مدار اولیه ترانسفورماتور را باز و قفل کنید و یک برچسب قفل شخصی اعمال کنید که به وضوح شخص انجام دهنده کار و دلیل قفل شدن را مشخص کند. تمام پایانه های اولیه را با یک تستر ولتاژ مناسب تست کنید تا عدم وجود ولتاژ را قبل از لمس هر ترمینال تایید کنید. برای ترانسفورماتورهای با بانک خازن یا مسیر کابل طولانی که ممکن است شارژ باقیمانده را در خود نگه دارد، قبل از تماس فیزیکی با برد ترمینال، هادی های زمین/زمین موقت را با استفاده از میله های ارت عایق به همه پایانه های اولیه و ثانویه اعمال کنید. این روش‌های قفل و اتصال زمین الزامات ایمنی اجباری هستند - نادیده گرفتن آنها حتی برای "صرفه جویی در زمان" خطر فوری برق گرفتگی کشنده را ایجاد می کند.

مرحله 3: سیم پیچ های اولیه (ولتاژ بالا) را وصل کنید

هادی های تغذیه ورودی را طبق نمودار سیم کشی پلاک به پایانه های اولیه وصل کنید. برای یک اولیه متصل به مثلث، فاز A را به H1، فاز B را به H2، و فاز C را به H3 وصل کنید، در حالی که حلقه مثلث توسط اتصالات داخلی در برد ترمینال ترانسفورماتور همانطور که در نمودار مشخص شده است بسته شده است. برای یک اولیه متصل به wye، هادی های سه فاز را به ترتیب به H1، H2، و H3 وصل کنید و در صورت وجود، هادی خنثی را به H0 وصل کنید. اگر پیوندهای شیر ولتاژ روی برد ترمینال اولیه وجود دارد - میله‌های مسی کوچک یا پیچ‌ها که پایانه‌های شیر جایگزین را به هم متصل می‌کنند - قبل از تکمیل سیم‌کشی اولیه، بررسی کنید که به درستی برای ولتاژ شیر انتخابی قرار گرفته‌اند. از شاخه های کابل زبانه حلقه ای با درجه بندی صحیح روی هادی های اولیه استفاده کنید، تمام پیچ های ترمینال را به مقدار گشتاور مشخص شده توسط سازنده بچرخانید، و بررسی کنید که هیچ هادی برهنه ای در خارج از بشکه یا گیره ترمینال قرار نگیرد.

مرحله 4: سیم پیچ های ثانویه (ولتاژ پایین) را وصل کنید

اتصالات ترمینال ثانویه از همان روش اولیه اتصالات اولیه پیروی می کنند، اما با ولتاژ پایین تر و معمولاً جریان بالاتر - که به معنی سطح مقطع هادی بزرگتر، شاخه های سنگین تر و بالقوه هادی های موازی متعدد در هر ترمینال برای ترانسفورماتورهای بزرگ است. هادی های فاز ثانویه را به X1، X2 و X3 مطابق نمودار پلاک نام و قرارداد برچسب گذاری فاز پانل توزیع پایین دست وصل کنید. برای ثانویه های متصل به وای، هادی خنثی را به X0 (یا نقطه مرکزی وای تشکیل شده در صفحه ترمینال) وصل کنید. نقطه خنثی ثانویه ترانسفورماتور باید به سیستم الکترود اتصال زمین ساختمان مطابق با کدهای الکتریکی محلی - معمولاً NEC ماده 250 در ایالات متحده یا استاندارد ملی معادل آن - با استفاده از یک هادی زمین با اندازه مناسب برای درجه جریان ثانویه ترانسفورماتور متصل شود. قبل از اتصال ترانسفورماتور به تابلوی توزیع پایین دست، چرخش فاز را در پایانه های ثانویه با استفاده از نشانگر توالی فاز بررسی کنید، زیرا چرخش نادرست فاز می تواند جهت موتور را معکوس کند و به تجهیزات حساس به فاز آسیب برساند.

مرحله 5: اتصال به زمین و اتصال هادی

محفظه فولادی، هسته و قاب ترانسفورماتور باید به سیستم اتصال به زمین متصل شود تا اطمینان حاصل شود که هر ولتاژ خطای که به محفظه می رسد به جای ایجاد خطر شوک برای پرسنل، به طور ایمن به زمین هدایت می شود. یک هادی اتصال زمین تجهیزات را از شاخه زمین ترانسفورماتور - معمولاً یک پیچ اختصاصی روی محفظه با نماد زمین سبز - به گذرگاه زمین تأسیسات یا هادی الکترود زمین متصل کنید. اندازه این هادی اتصال به زمین توسط درجه حفاظت از اضافه جریان ثانویه ترانسفورماتور تعیین می شود، نه با رتبه KVA ترانسفورماتور، و باید با کد الکتریکی قابل اجرا مطابقت داشته باشد. بررسی کنید که هادی زمین پیوسته، از نظر مکانیکی ایمن باشد و در هر دو انتها بدون رنگ، اکسید یا سایر آلودگی های با مقاومت بالا در نقاط اتصال، تماس تمیزی از فلز به فلز برقرار کند.

سیم کشی ترانسفورماتور برای خروجی های ولتاژ چندگانه

بسیاری از ترانسفورماتورهای نوع خشک - به ویژه ترانسفورماتورهای کنترل و جداسازی مورد استفاده در پانل های کنترل ماشین های صنعتی - با چندین بخش سیم پیچ ثانویه طراحی شده اند که می توانند به صورت سری یا موازی برای تولید ولتاژهای خروجی متفاوت از یک هسته ترانسفورماتور متصل شوند. درک نحوه سیم‌کشی صحیح این پیکربندی‌های چند سیم‌پیچ برای سازندگان پانل کنترل و تکنسین‌های سیم‌کشی ماشین ضروری است.

الف control transformer with dual secondary sections, each rated at 120V, can produce 240V by connecting the two sections in series — connecting the X2 terminal of the first section to the X3 terminal of the second section, with the output voltage measured between X1 of the first section and X4 of the second. Alternatively, the same transformer produces 120V at doubled current capacity by connecting the sections in parallel — connecting X1 to X3 and X2 to X4, with the load connected across the X1/X3 junction and the X2/X4 junction. In both configurations, the additive polarity of the two sections must be confirmed before making the series or parallel connection — connecting the sections in subtractive polarity in a series configuration produces zero output voltage, and in a parallel configuration causes a short circuit within the transformer. The nameplate wiring diagram always shows the correct polarity connections for each configuration, and these must be followed exactly rather than inferred from visual inspection of the terminal board.

اشتباهات رایج سیم کشی ترانسفورماتور و نحوه جلوگیری از آنها

چندین دسته از خطاهای سیم کشی به طور مداوم در عمل نصب ترانسفورماتور تکرار می شوند، و آگاهی از این اشتباهات به نصاب اجازه می دهد تا مراقبت بیشتری را در نقاط خاصی که احتمال وقوع خطا وجود دارد، اعمال کنند.

• انتخاب ضربه نادرست: نصب یک ترانسفورماتور با شیر اولیه تنظیم شده برای 480 ولت در منبع تغذیه 460 ولت یا برعکس، ولتاژ ثانویه تولید می کند که از رتبه پلاک نام انحراف دارد - به طور بالقوه به تجهیزات متصل آسیب می رساند یا باعث ایجاد مشکلات جریان اضافه می شود. همیشه قبل از انتخاب شیر، ولتاژ واقعی منبع تغذیه را در نقطه نصب اندازه گیری کنید و موقعیت شیر ​​را در سابقه نصب برای مراجعات بعدی ثبت کنید.
• قطبیت معکوس در واحدهای تک فاز: اتصال H1 و H2 به صورت معکوس در یک ترانسفورماتور تک فاز بر عملکرد زمانی که ترانسفورماتور فقط بارهای مقاومتی را ارائه می دهد تأثیر نمی گذارد، اما باعث ایجاد مشکلاتی در تجهیزات پایین دستی می شود که به قطبیت صحیح بستگی دارد - از جمله منابع تغذیه الکترونیکی، کنترل های دیمر، و تجهیزات دارای مدارهای حفاظتی مرجع فاز. همیشه H1 را به ترمینال خط تعیین شده و H2 را به ترمینال خنثی یا برگشتی همانطور که روی پلاک مشخص شده است سیم بزنید.
• حذف پیوند زمین خنثی ثانویه: عدم اتصال به زمین نول ثانویه یک سیستم مشتق شده جداگانه - که همان چیزی است که یک ترانسفورماتور نوع خشک در اکثر تاسیسات ایجاد می کند - کدهای الکتریکی را نقض می کند و سیستم ثانویه را شناور می کند و قادر به پاک کردن خطاهای زمین از طریق دستگاه های حفاظت جریان اضافه نیست. این یکی از رایج ترین تخلفات کد است که در بازرسی های برقی تاسیسات ترانسفورماتور مشاهده می شود.
• اتصالات ترمینال کم گشتاور: شل بودن اتصالات ترمینال ترانسفورماتور اتصالات با مقاومت بالایی ایجاد می کند که تحت جریان بار گرما ایجاد می کند، تخریب عایق را تسریع می کند و در نهایت باعث شکست اتصال یا آتش سوزی می شود. برای هر اندازه ترمینال از یک آچار گشتاور کالیبره شده با مشخصات سازنده استفاده کنید و پس از اولین چرخه حرارتی ترانسفورماتور همه اتصالات را مجدداً بچرخانید - گرمایش تحت بار و سرمایش باعث انبساط و انقباض اتصال می شود که می تواند پیچ ​​های اولیه با گشتاور را باز کند.
• چرخش فاز نادرست در سه فاز ثانویه: اتصال هادی‌های فاز ثانویه به ترتیب اشتباه (A-B-C در مقابل A-C-B) چرخش فاز سیستم ثانویه را معکوس می‌کند و باعث می‌شود که موتورهای سه فاز به صورت معکوس کار کنند و به طور بالقوه به تجهیزات فرآیند آسیب بزنند یا باعث ایجاد خطرات ایمنی در کاربردهای پمپاژ و نوار نقاله شوند. همیشه قبل از اتصال بارها، چرخش فاز را در پایانه های ثانویه با نشانگر توالی فاز بررسی کنید.
• استفاده از هادی های کم اندازه در ثانویه: هادی‌های ثانویه ترانسفورماتور باید برای جریان ثانویه کامل ترانسفورماتور با KVA نامی - نه جریان بار پیش‌بینی‌شده - اندازه‌گیری شوند تا با کدهای الکتریکی مطابقت داشته باشند که لازم است هادی در برابر جریان خطای موجود ترانسفورماتور محافظت شود. اگر ترانسفورماتور متعاقباً فراتر از فرض طراحی اولیه بارگذاری شود، هادی‌های ثانویه کم‌اندازه، هم نقض کد و هم خطر آتش‌سوزی دارند.

قبل از روشن کردن ترانسفورماتور سیمی، بررسی های قبل از انرژی

قبل از برداشتن قفل/تاگوت و روشن کردن یک ترانسفورماتور نوع خشک سیم‌کشی شده جدید، باید یک چک لیست سیستماتیک تأیید پیش‌انرژی‌سازی تکمیل شود تا تأیید شود که نصب صحیح و ایمن برای برق‌رسانی اولیه است. عجله در این مرحله یکی از شایع ترین علل آسیب تجهیزات و حوادث ایمنی در هنگام راه اندازی ترانسفورماتور است.

• بازرسی بصری همه اتصالات: تمام ترمینال های اولیه و ثانویه را از نظر نصب صحیح لنگه، درگیر شدن کامل پیچ، عدم قرار گرفتن هادی برهنه در خارج از گیره، و هیچ ماده خارجی (ابزار، ضایعات سیم کشی، سخت افزار پیچ) در داخل محفظه ترانسفورماتور که می تواند باعث اتصال کوتاه در جریان برق شود، بازرسی کنید.
• تست مقاومت عایق: آزمایش مقاومت عایق مگر را بین هر سیم پیچ و زمین و بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه انجام دهید تا قبل از اعمال ولتاژ اطمینان حاصل شود که یکپارچگی عایق رضایت بخش است. نتایج آزمایش را ثبت کنید - معمولاً ولتاژ آزمایشی 1000 ولت DC برای سیم‌پیچ‌های دارای ولتاژ کمتر از 600 ولت و 2500 ولت DC برای سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالاتر - و با حداقل مقادیر قابل قبول سازنده مقایسه کنید.
• بررسی موقعیت های پیوند ضربه بزنید: آخرین بار تأیید کنید که همه پیوندهای شیر اولیه به درستی برای شیر ولتاژ انتخابی قرار گرفته باشند و هیچ پایانه شیر استفاده نشده ای در معرض و در دسترس باقی نماند. طبق دستورالعمل‌های نصب سازنده، روکش‌های ترمینال را روی هر پایانه شیر استفاده نشده نصب کنید.
• تأیید کنید که همه بارهای ثانویه قطع شده اند: قبل از برق رسانی اولیه، تمام قطع کننده ها و قطع کننده های توزیع ثانویه را باز کنید تا ترانسفورماتور ابتدا در حالت بی باری روشن شود. این اجازه می دهد تا قبل از اتصال بارها، ولتاژ ثانویه در ترمینال های ترانسفورماتور اندازه گیری و صحت آن تأیید شود - هر گونه خطای سیم کشی قبل از اینکه بتواند به تجهیزات متصل آسیب برساند، برطرف شود.
• اندازه گیری ولتاژ ثانویه پس از برق رسانی اولیه: الفfter safely removing the lockout/tagout and closing the primary overcurrent device, measure the voltage between all secondary terminal pairs and compare to the nameplate specification. Verify that all three phase-to-neutral voltages and all three phase-to-phase voltages are within the acceptable tolerance — typically ±5% of nameplate — before connecting any loads to the secondary circuit.

سیم کشی صحیح ترانسفورماتور نوع خشک مستلزم درک عملکرد مغناطیسی هسته، تفسیر دقیق پیکربندی سیم پیچ پلاک، پیروی از یک روش قفل ایمنی منضبط در سراسر کشور، و تکمیل راستی‌آزمایی سیستماتیک قبل از فعال‌سازی ترانسفورماتور قبل از راه‌اندازی ترانسفورماتور است. هر یک از این مراحل مستقیماً بر مرحله قبلی استوار است - پرش یا عجله در هر مرحله خطراتی را ایجاد می کند که منجر به خرابی تجهیزات یا آسیب پرسنل می شود. برای متخصصان برق و تکنسین های تعمیر و نگهداری تاسیسات، به طور یکسان، سیم کشی ترانسفورماتور به عنوان یک کار دقیق که توسط داده های مهندسی اداره می شود به جای یک کار اتصال معمول، پایه و اساس تاسیسات ترانسفورماتور ایمن و قابل اعتماد است که عمر مورد نظر خود را بدون حادثه انجام می دهند.