تحقیق بررسی عايق هاي الكتريكي

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
تحقيق بررسي عايق هاي الكتريكي در 30 صفحه ورد قابل ويرايش

عايقهاي الكتريكي

اصولاً قسمتهاي عايق ماشينهاي الكتريكي ، ترانسفورماتور ها ،خطوط هوايي و غيره به صورتي طراحي مي شود كه بتوانند به طور مداوم تحت ولتاژ معيني كاركرده و ضمناً قدرت تحمل ضربه هاي ولتاژ را در لحظات كوتاه داشته باشند .

هر نوع تغييرات ناگهاني و شديد در شرايط كاري شبكه، موجب ظهور جهشها يا پالسهاي ولتاژ مي شود . براي مثالمي توان اضافه ولتاژ هاي ناشي از قطع و يا وصل بارهاي زياد به طور يكجا ، جريانهاي اتصال كوتاه ، تغيير ناگهاني مدار و غيره رانام برد .

رعد و برق نيز هنگامي كه روي خطوط شبكه تخليه شود ، باعث ايجاد پالسهاي فشار قوي با دامنه زياد و زمان كم مي شود .

لذا عايق هاي موجوددر ماشينهاي الكتريكي و تجهيزات فشار قوي بايد از نظر استقامت در مقابل اين نوع پالسها نيز طبقه بندي شده و مشخص شوند . عايقهاي الكتريكي با گذشت زمان نيز در اثر آلودگي و جذب رطوبت فاسد شده و خاصيت خود را از دست مي دهند .

در مهندسي برق سطوح مختلفي از مقاومت عايقي تعريف شده است كه هر كدام بايستي در مقابل ولتاژ معيني استقامت نمايند . (ولتاژ دائمي و ولتاژ لحظه اي هر كدام به طور جداگانه مشخص مي شوند )و البته طبيعي است كه ازدياد ولتاژ بيشتر از حد مجاز روي عايق باعث شكست آن مي شود . در عمل دو نوع شكست براي عايق ها مي توان باز شناخت ،حرارتي و الكتريكي .

زماني كه عايق تحت ولتاژ قرار دارد ، حرارت ناشي از تلفات دي الكتريكي مي توان باعث شكست حرارتي شود . بايد توجه نمود كه افزايش درجه حرارت باعث كاهش مقاومت اهمي عايق و نتيجتاً افزايش تصاعدي درجه حرارت آن خواهد شد .

خلاصه اينكه عدم توازن بين حرارت ايجاد شده در عايق با انچه كه به محيط اطراف دفع مي نمايد ، موجب افزايش درجه حرارت آن شده و اين پروسه تا زمانيكه عايق كاملاً شكسته شده و به يك هادي الكتريسته در آيد ، ادامه مي بايد .

شكست الكتريكي در عايق ها به دليل تجزيه ذرات ان در اثر اعمال ميدان الكتريكي نيز صورت مي گيرد .

با توجه به آنچه گذشت ، عايقهاي الكتريكي عموماً در معرض عواملي قرار دارند كه باعث مي شود در ولتاژ نامي نيز حالت نرمال خود را از دست بدهند . لذا در انتخاب عايقها ، عايق با كلاس بالاتر انتخاب مي شود . اندازه گيريهاي مختلفي كه جهت شناسايي نواقص موجود در عايق ها انجام مي گيرند عبارتند از :

اندازه گيري مقاومت D.C عايق يا جريان نشتي ان ، تلفات دي الكتريك ، ظرفيت خازني عايق ، توزيع ولتاژ در عايق ، دشارژهاي جزئي در عايق و ميزان پارازيتهاي حاصل از آن و تست استقامت الكتريكي عايق .

تعيين ميزان و تلفات يك عايق ومقايسه آن با مقادير اوليه ، معيار خوبي براي ارزيابي وضعيت آن مي باشد . اصولاً افزايش تلفات در عايق هاي جامد ناشي از جذب رطوبت و در روغن ها به دليل افزايش در صد آب يا آلودگيهاي ديگر درآن مي باشد .

بايد دانست كه مقدار تلفاتي كه در مورد يك ترانس اندازه گيري مي شود ، جمع تلفات روغن و ايزولاسيونجامد سيم پيچ بوده و هرگاه تلفات عايق يك ترانس از مقدار مجاز تجاوز نمايد ، ابتدا بايد روغن را به طور جداگانه مورد آزمايش قرار داد تا بتوان وضعيت ايزولاسيون سيم پيچي را ارزيابي نمود .

با توجه به انكه با تعيين مقدار تلفات به طور مطلق و بدون در نظر گرفتن ابعاد فيزيكي و جنس عايق نمي توان قضاوت صحيحي در مورد ان به عمل آورد ، بهترين پارامتري كه مي تواند وضعيت ايزولاسيون را مشخص نمايد نسبت مولفه اكتيو به راكتيو جريان نشتي عايق مي باشد . با اندازه گيري ظرفيت تلفات عايق مي توان وضعيت ان را از نظر استقامت حرارتي ، ميزان رطوبت جذب شده و عمر عايق ارزيابي نمود .

تجربه نشان داده است كه در موارد زير خطر اتصال كوتاه در ايزولاسيون تجهيزات الكتريكي كه مستقيماً به فساد عايق مربوط باشد ، وجود ندارد :

الف : وقتيكه ايزولاسيون داراي ضريب تلفات عايق ثابتي است و با مروز زمان افزايش نمي يابد .

ب: وقتيكه ضريب تلفات عايق روغن بوشينگ دژنكتورهاي روغني كه مستقيماً روي كليد اندازه گيري شده است ، بدون توجه به اندازه گيري قبلي در حد استاندارد باشد .

با اندازه گيري ظرفيت خازني ايزولاسيون تجهيزات الكتريكي در دوفركانس و يا دو درجه حرارت مختلف مي توان اطلاعاتي مشابه با نتيجه تست تلفات دي الكتريك از وضعيت عايق بدست آورد .

وجه تمايز تست ظرفيت خازني در دو فركانس مختلف با دستگاههايي كه جهت همين كار ساخته شده اند در اين است كه در هر درجه حرارتي قابل انجام بوده و احتياجي به گرم كردن ترانس و يا تجهيزات ديگر نيست و به همين جهت پرسنل را از حمل و نقل دستگاهها و ادوات نسبتاً سنگين كه براي گرمايش بكار ميروند بي نياز ميسازد.

در اين روش اساس كار بر اين اصل مبتني است كه ظرفيت خازن با تغيير فركانس تغيير مي نمايد . تجربه نشان داده است كه در مورد ايزولاسيون سيم پيچ هايي كه آب زيادي به خود جذب نموده اند نسبت بين ظرفيت خازني در فركانسهاي 2 و 50 هرتز حدود دو بوده و در مورد ايزولاسيون خشك اين نسبت حدود يك خواهد بود .

اندازه گيري فوق معمولاً بين سيم پيچ هر يك از فازها و بدنه در حالتيكه بقيه سيم پيچ ها نيز ارت شده اند انجام مي گيرد . دقيقترين روش براي بررسي نتايج بدست امده در هر آزمايش مقايسه آن با مقادير كارخانهاي و يا تستاي مشابه قبلي مي باشد كه البته در اين عمل بايد ارقام بر اساس يك درجه حرارت واحد اصلاح شد باشند . چنانچه مقايسه فوق به عللي تحقيق پذير نباشد ، مي توان به بعضي از اتسانداردهايي كه در اين زمينه موجود است مراجعه نمود . براي مثال پس از انجام تعميرات ، ميزان مقاومت D.C عايق نبايد كاهش بيش از 40 در صد (براي ترانس 110 كيلو ولت به بالا 30 در صد ) ، نسبت ظرفيت خازن در فركانس 2 هرتز به ظرفيت خازن در فركانس 50 هرتز افزايش بيش از ده درصد و ضريب تلفات عايق افزايش بيش از 30 در صد نسبت به نتايج قبل از تعميرات را نشان بدهند .

دردرجه حرارتهاي 10 و 20 درجه سانتيگراد نسبت ظرفيت خازن در فركانس 2 هرتز به ظرفيت خازن در فركانس 50 هرتز بايد به ترتيب مقاديري حدود 2/1 و 3/1 را داشته باشند .

اضافه گرمايش مجاز در هاديهاي تجهيزات الكتريكي

روشن است كه عبور جريان نامي به طور مداوئم در هاديهاي الكتريكي موجب گر شدن آنها و ايزولاسيون مجاورشان مي شوند . اين پديده عاملي است كه محدوديت اساسي را براي باردهي تجهيزات الكتريكي بوجود مي آورد .

بر اساس استاندارد هاي معتبر ، حداكثر درجه حرارت مجاز در انواع مواد عايقي بين 90 تا 180 درجه سانتيگراد معين شده است .

درمورادي كه قسمتهاي حامل جريان و يا قطعات فلزي بدون جريان تجهيزات ، در تماي با عايق ها نباشند ، اضافه دماهاي زيادتري مجاز دانسته شده است . در مورد هر ماشين الكتريكي ، حد مجاز براي افزايش درجه محيط تعيين مي شود كه اصولاً به نوع مواد عايقي موجود در آن بستگي دارد ولي به خاطر پاراكترهاي مختلفي كه در اين زمينه دخالت دارند درجه حرارت مجاز از طريق آزمايشهاي ويژه اي كه در شرايط بار نامي صورت مي گيرد مشخص مي شود .

در ماشينهاي الكتريكي كه با گازها خنك كي شوند ،جريان نامي بر اساس ماكزيمم حرارتي كه گاز خنك كننده قادر به دفع آن است تعيين مي شود و اصولاً بكارانداختن ماشين در شرايطي خارج از محدوده فوق به جز دو موارد استثنايي كه مي توان ان را براي مدت كوتاهي تحت اضافه بار قرار داد به هيچ وجه مجاز نمي باشد .

لازم به ذكر است كه شرايط اضافه بار معمولاً در مدارك فني ماشين ثبت شده است . درجه حرارت مجاز در مورد ترانسفورماتورها بر اين اساس مشخص مي شود كه ايزولاسيون سيم پيچها بايد 20 تا 25 سال عمر مفيد داشته باشد ،بدين منظور درمناطقي كه درجه حرارت محيط به 35 درجه سانتيگراد مي رسد ، اضافه سيم پيچهاي ترانس (اضافه بر دماي محيط ) نبايد از 70 درجه سانتيگراد تجاوز نمايد . (غالباً ترانس ها را براي كار در شرايط 35 درجه سانتيگراد حرارت مي سازند .)

بنابراين ماكزيمم دماي مجاز سيمپيچ ترانس براي كار دائم دراين مناطق عبارت است از 105 درجه سانتيگراد .

بهره برداري و نگهداري از ترانس ها و اتو ترانس ها

ترانسفورماتورهايي كه در نيروگاهها و پستهاي برق بكار برده مي شوند ممكن است كاهنده و يا افزاينده ، دو سيم پيچه يا سه سيم پيچه ، تك فاز يا سه فاز باشند . اصولاً استفاده از يك ترانس سه فاز به جاي سه ترانس تكفاز با ظرفيت معادل مقرون به صرفه تر بوده و بهره برداري و تعميرات ان نيز ساده تر انجام مي پذيرد .

ولي به هر حال در موارديكه حمل يك ترانس سهفاز به محل بهره برداري مشكل بوده و يا ترانس سه فازي با ظرفيت مورد نظر وجود نداشته باشدعملاً از سه ترانس تك فاز استفادهمي نمايند .امروزه ترانسها با ولتاژهاي مختلفي تا 750 كيلو ولت و ظرفيت تا چندين صد هزار كيلو ولت آمپر نيز ساخته مي شوند .

در حاليكه در ظرفيتهاي 10MVA به بالا علاوه بر آن از فنهاي دمنده نيز استفاده شده و رادياتورها و تانك روغن توسط وزش اجباري هوا خنك مي شوند . در بعضي موارد نيز ترانسهاي پر ظرفيت يا كولرهاي آب و يا كولرهاي هوايي طراحي مي شوند و كه در آنها روغن ترانس مرتباً در يك مدار بسته و تحت فشار از داخل كولر عبور مي نمايد .

در مواقعي كه كاهش سطح اتصال كوتاه مورد نظر باشد ترانسهاي سه سيم پيچه كه داراي دو ثانويه مشابه هستند بكابر برده مي شوند . نوع متداولي از ترانسهاي فوق كه در اغلب مراكز نيرو بكار برده مي شود ترانس سه سيم پيچه اي است با اوليه 110 يا 220 كيلو ولت و دو ثانويه مشابه با ولتاژ 6 تا 10 كيلوولت.

روغن در ترانسفورماتو هم نقش سيال خنك كننده را داشته و هم به عنوان عايق مايع جهت ايزولاسيون سيم پيچ ها نسبت به بدنه بكار مي رود و كنسرواتور يا تانك انبساط به خاطر اطمينان از پربودن ترانس، جبران فعل و انفعلات ناشي از انبساط و انقباض حرارتي روغن و هر چه كمتر كردن تماسروغنبا هوا كه موجب اكسيده شدن آن مي شود مورد استفاده قرار مي گيرد .لوله اي كه انتهاي آن توسط ورقي از جنس سبك و شكننده مسدود شدهاست در بالاي تانك ترانس تعبيه مي شود كه نقش سوپاپ اطمينان را داشته و ترانس را در مقابل افزايش بيش از حد فشار روغن محافظت مي كند.

ترانسها معمولاً با ولتاژ نامي پيم پيچهيشان مشخص مي شوند ولي بايد دانست كه در ترانس تحت بار اگر ولتاژ اوليه برابر ولتاژ نامي باشد ، ولتاژ به ميزان افت ولتاژي كه ناشي از جريان بار است از مقدار نامي خود كمتر مي شود . ترانسهاي تا 15 كيلو ولت به صورت خشك ساخته مي شوند كه فقط با جريان طبيعي هوا خنك شده و نوعي از انها با ظرفيت 1600 KVA كه براي كار در فضاي بسته و غير حساس د رمقابل آتش سوزي طراحي شدهاند ، معمولاً جهت تغذيه مصرف داخلي در نيروگاهها ،پستها و مراكز صنعتي ديگر بار برده مي شوند .

ترانسهاي خشك در مقايسه باترانسهاي روغني ، سر و صداي زيادي توليد نمودهو بايد در اتاقهاي خشك و بدون گردو غبار و با رطوبت نسب حداكثر 85% نصب شوند و اين ترانسها معمولاً حفاظتي در مقابل پالسهاي ولتاژي جوي ندارند . ترانسهايي نيز تا ظرفيت 1000 KVA ساخته شده اند كه درآنها به جاي روغن از مايع ساوتول (مايعي ك در مقابل آتش سوزي غير حساس است ) استفاده مي شود.

البته اين ترانس ها به علت گران بودن و همچنين سمي بودن مايه ساوتولفقط در موراديكه استفاده از ترانس خشك به سبب شرايط خاص محيط و همچنين استفاده از ترانس روغني به علت حساسيتا محل نسبت به آتش سوزي مقدور نباشد ، بكار برده مي شوند . يكي از ارجحيتهاي ترانس هاي خشك يا محتوي ساوتول اين است كه مي تون ان را در همه طبقات ساختمان و در كنار مصرف كننده هاي مربوطه نصب نم.ود. در مقايسه با ترانسهاي معمولي ، اتوترانس در ولتاژ و قدرت مشابه داراي اندوكتيويته كمتري مي باشد و به همين جهت افت ولتاژ نيز در آن كمتر بوده و راندمات بالاتري خواهد داشت .