در شبکه برق رسانی، ترانسفورماتورها نقش کلیدی در انتقال و تبدیل انرژی دارند. یکی از چالش‌های مهم در عملکرد ترانسفورماتورها، افزایش دما است که ممکن است منجر به کاهش عمر مفید و کارایی آنها شود. در این مقاله، به بررسی علل افزایش دما و راه‌های بهینه‌سازی جهت کاهش آن می‌پردازیم افزایش دما در ترانسفورماتورها ممکن است به علت عوامل داخلی و خارجی باشد. در اینجا به برخی از علل افزایش دما در ترانسفورماتورها اشاره می‌شود.

علل داخلی افزایش دما در ترانسفورماتور 

دلیل خرابی خود ترانسفورماتور:

هنگامی که گرمایش و اتلاف حرارت ترانسفورماتور در حین کار به حالت متعادل می رسد، دمای هر قسمت تمایل به تثبیت دارد. اگر در شرایط مشابه دمای روغن بیش از 10 درجه سانتیگراد بالاتر از حد معمول باشد یا بار بدون تغییر باقی بماند اما دما همچنان به افزایش خود ادامه دهد، می توان در نظر گرفت که در داخل ترانسفورماتور خطا رخ داده است.

به دلیل فشار تماس ناکافی یا آلودگی در نقطه تماس تغییر کننده تپ در حین عملیات، مقاومت  در نقطه تماس افزایش می‌یابد. افزایش مقاومت در نقطه تماس باعث افزایش دمای در این نقطه  می‌شود و گرما تولید می‌کند. به ویژه پس از جابه‌جایی تغییر کننده تپ احتمال زیادی برای ایجاد تماس ناکافی و گرمای تغییر کننده تپ وجود دارد.

ضعف تماس تغییر کننده تپ می‌تواند توسط عمل مکرر گاز سبک تشخیص داده شود، و با گرفتن نمونه روغن برای آزمایش، مشخص می‌شود که ضعف تماس تغییر کننده تپ باعث کاهش سریع نقطه جوش روغن می‌شود؛ علاوه بر این، شرایط تماس تغییر کننده تپ می‌تواند با اندازه‌گیری مقدار مقاومت جریان مستقیم از ماتوتاپ‌ها تعیین شود.

ضایعات مقاومتی: هر ترانسفورماتور دارای مقاومت در بخش‌های مختلف خود است. جریان عبوری از این بخش‌ها باعث تولید گرما و افزایش دما می‌شود.

ضایعات مغناطیسی: در اثر گردش جریان‌های مغناطیسی در ترانسفورماتور، گرما تولید می‌شود.

عیوب تولید یا تعمیرات:هرگونه عیب در تولید یا تعمیرات ترانسفورماتور می‌تواند عاملی برای افزایش دما باشد.

ضایعات مغناطیسی: در اثر گردش جریان‌های مغناطیسی در ترانسفورماتور، گرما تولید می‌شود.

تاثیر جریان‌های هارمونیک:جریان‌های هارمونیک، به عنوان نتیجه تولید یا انتقال انرژی توسط تجهیزات الکتریکی، می‌توانند باعث افزایش دما در ترانسفورماتور شوند.

کاهش توان انتقالی:هرگونه کاهش در توان انتقالی ترانسفورماتور ممکن است باعث افزایش جریان و به تبع آن افزایش دما شود. 

اتصال کوتاه بین پیچ‌های مارپیچ

 به دلیل آسیب به عایق بین پیچ‌های مجاور مارپیچ، جریان اتصال کوتاه بسته ایجاد خواهد شد. در همان زمان، پیچ این فاز تعداد پیچ‌ها را کاهش می‌دهد و حلقه اتصال کوتاه حاصل، حرارت بالایی را ایجاد می‌کند که منجر به افزایش دمای ترانسفورماتور به میزان زیادی می‌شود. در موارد شدیدتر، ممکن است باعث سوختن ترانسفورماتور شود.

دلایل اتصال کوتاه بین پیچ‌های مارپیچ: 

 دلایل متعددی برای اتصال‌های کوتاه میان پیچ‌ها در مارپیچ‌ها وجود دارد، از جمله آسیب مکانیکی به عایق ناشی از فرآیندهای ساخت  در طول تولید مارپیچ؛ گرمای بالا که باعث پیری عایق می‌شود؛ تحت تأثیر نیروی الکتریکی، جابجایی محوری پیچ‌های سیم می‌تواند باعث سایش عایق شود  با این حال، عوامل اصلی برای توسعه اتصال‌های کوتاه میان پیچی ولتاژ بالا و جریان بیش از حد هستند. اتصال‌های کوتاه میان پیچی شدید باعث افزایش دمای روغن می‌شود و روغن در نقطه اتصال کوتاه شبیه جوش می‌نماید و صدای "گورو گورو" قابل شنیدن است. در زمان نمونه‌برداری و آزمایش روغن، کیفیت روغن دچار تخریب شده و از یک عمل گازی سبک به یک عمل گازی سنگین تبدیل می‌شود. در این نقطه، با استفاده از روش اندازه‌گیری مقاومت جریان مستقیم نیز می‌توان اتصال‌های کوتاه میان پیچی را شناسایی کرد.

جریان‌های  گردابی: در مواد فریتی یا مواد فلزی ترانسفورماتور، جریان‌های گردابی به دلیل تغییر مغناطیسی سریع باعث افزایش دما می‌شوند.

استفاده از مواد نامناسب: استفاده از مواد عایق یا فلزات نامناسب در ساخت ترانسفورماتور ممکن است به افزایش دما منجر شود.

اتصال کوتاه بین ورق های فولادی سیلیکونی هسته آهنی

به دلیل آسیب ناشی از نیروی خارجی یا پیری عایق، عایق بین ورق‌های فولادی سیلیکون آسیب می‌بیند، جریانهای گردابی افزایش می‌یابند و گرمای محلی ایجاد می‌شود. علاوه بر این، آسیب عایق پیچ پیچ‌گیر نیز علت جریانهای گردابی می‌باشد که ممکن است باعث گرمای محلی شود. به طور کلی، افزایش دمای روغن ترانسفورماتور قابل مشاهده نیست؛ در موارد شدیدتر، باعث افزایش دمای هسته آهن می‌شود که منجر به افزایش دمای روغن، عمل مکرر گاز سبک و کاهش نقطه جوش روغن می‌شود. در حالت‌های شدیدتر، باعث عملکرد گاز سنگین می‌شود.

آلودگی روغن عایق:روغن عایق ترانسفورماتور ممکن است به دلیل آلودگی، اکسیداسیون، یا آبزدایی ناکام، کارایی خود را از دست داده و به افزایش دما منجر شود.

بارگذاری نامناسب:بارگذاری بیش از حد یا نقص در سیستم‌های کنترل بارگذاری می‌تواند به افزایش دما منجر شود.

کمبود روغن یا مسدود شدن لوله‌های انتقال حرارت

روغن ترانسفورماتور، عایق اصلی درون ترانسفورماتور است که نقش عایقی، خنک‌کننده و خاموش‌کننده قوس را ایفا می‌کند. اگر کمبود روغن رخ دهد یا درون لوله‌های انتقال حرارت مسدودی ایجاد شود، سرعت خنک‌کنندگی مداری روغن کاهش می‌یابد و این باعث افزایش دمای ترانسفورماتور در حین عملکرد می‌شود.

علل خارجی افزایش دمای ترانسفورماتور

بار اضافی شدید در حین عملکرد ترانسفورماتورها: افت هیسترزیس هسته آهن و افت جریان گردابی  همگی به گرما تبدیل و باعث افزایش دما می‌شوند. افت آهنی اساساً یک افت ثابت است که با ساختار ترانسفورماتور مرتبط است، بنابراین نمی‌تواند در حین عملیات کاهش یا حذف شود. افت مس با تغییرات بار متغیر است و در بار اضافی شدید، افت مس افزایش می‌یابد که منجر به افزایش دمای ترانسفورماتور می‌شود.

مسدود شدن یا غبارآلود شدن ورودی و خروجی هوا در اتاق ترانسفورماتور: این ورودی و خروجی ها در اتاق ترانسفورماتور مسیرهایی برای کانوکشن هوا در حین عملکرد ترانسفورماتور هستند که اگر مسدود یا غبارآلود  شوند، شرایط گرمایی ترانسفورماتور ثابت می‌ماند و شرایط انتقال حرارت بدتر می‌شود که از تبادل حرارت به محیط اطراف جلوگیری می‌کند و در نتیجه، دمای ترانسفورماتور در حین عملکرد افزایش می‌یابد. دما در محل فاصله 1.5 تا 2 متری از مخزن روغن ترانسفورماتور اندازه گرفته می‌شود و ارتفاع نصف ارتفاع مخزن روغن است. اگر دمای اندازه‌گیری‌شده 8 تا 10 درجه سانتی‌گراد بیشتر از دمای هوای محیط باشد، باید تهویه اتاق ترانسفورماتور بهبود یابد.

اختلال در سیستم گردش خنک‌کننده ترانسفورماتور: علاوه بر استفاده از لوله‌های انتقال حرارت برای خنک‌کنندگی، ترانسفورماتورهای قدرتی دارای روش‌های خنک‌کنندگی دیگری مانند خنک‌کنندگی هوای اجباری، گردش اجباری روغن و گردش آب هستند. اگر  اختلال در سیستم خنک‌کنندگی و انتقال حرارت یا شرایط ضعیف خنک‌کنندگی وجود داشته باشد، باعث افزایش دمای ترانسفورماتور در حین عملکرد می‌شود.

برای کاهش بالا رفتن دما در ترانسفورماتورها، بهینه‌سازی در طراحی، مواد استفاده شده، ساختار سیستم خنک‌کننده، و نظارت مناسب بر بارگذاری ضروری است. همچنین، روش‌های پیشگیری از آلودگی روغن و اجرای دوره‌های بازرسی و نگهداری منظم نیز از اهمیت زیادی برخوردارند.

فلزهای مغناطیسی (Core Material):

موادی مانند فولاد سیلیسیوم (Silicon Steel) یا نیکل فروماد (Nickel Iron) به عنوان هسته ترانسفورماتور مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فلزها دارای خواص مغناطیسی مناسبی برای جذب و انتقال انرژی هستند.

فلزهای موصل (Conductor Material):

سیم‌های مسی یا آلومینیومی به عنوان هادی ترانسفورماتور استفاده می‌شوند. موادی که برای هادی استفاده می‌شوند، باید مقاومت الکتریکی کم داشته باشند تا ضایعات توان کمتری ایجاد شود.

روغن عایق (Insulation Oil):

روغن‌های عایق مانند روغن معدنی یا روغن‌های مخصوص می‌توانند به عنوان ماده عایق در ترانسفورماتورها مورد استفاده قرار گیرند. این روغن‌ها همچنین وظیفه خنک‌کنندگی را نیز بر عهده دارند.

مواد عایق (Insulation Material):

برخی از مواد عایق ممکن است در قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور مورد استفاده قرار گیرند. مثلاً مواد عایق نساجی یا کاغذ عایق ممکن است در بین لفهای هادی به کار روند.

مواد خنک‌کننده (Cooling Material):

در برخی از ترانسفورماتورها، مواد خنک‌کننده مانند خود روغن یا گازهای خنک‌کننده (مثل هیدروژن) استفاده می‌شوند تا دما را در مرزهای مجاز نگه دارند.

جوشکاری و آبکاری:

مواد جوشکاری مورد استفاده برای اتصالات بین قطعات فلزی ترانسفورماتور نیز باید خواص مکانیکی و الکتریکی مناسبی داشته باشند.

هرکدام از این مواد باید با دقت انتخاب شوند تا ترانسفورماتور عملکرد بهینه و دمای کنترل شده‌ای داشته باشد.

یکی از قابلیت‌های مهم دزدگیر ترانس برق NETTCALL TC-103  تشخیص دمای ترانسفورماتور است با این حال می دانیم سیستمی که بالا رفتن دمای ترانسفورماتور را تشخیص و اعلام کند چقدر میتواند حائز اهمیت باشد و مانع بسیاری از خسارت های سنگین شود. .