تست مقاومت عایقی ترانسفورماتور

تست عایقی یکی از مهمترین تست های ترانسفورماتورها است. این تست می تواند در شرکت سازنده و در محل نصب ترانس انجام شود. اندازه گیری مقاومت عایقی در تمام گروه های تایپ تست، تست های روتین، تست های قبل از راه اندازی، تست های راه اندازی و تست های تعمیرات دوره ای ترانسفورماتور قرار دارد. تست مقاومت عایقی در ترانسفورماتور با اهداف زیر انجام می شود:

1. بررسی وضعیت و سلامت عایق جامد با توجه به رطوبت و دیگر آلودگی ها
2. بررسی وضعیت روغن از نظر آلودگی و رطوبت
3. اطمینان از عدم وجود جریان های نشتی بین فازها و بدنه ی ترانسفورماتور

گام های اندازه گیری مقاومت عایقی در یک ترانس

اندازه گیری مقاومت عایقی با ولتاژ بالایی انجام شده تا مسیرهای ایجاد شده بین سیم پیچ ها یا بین هر سیم پیچ و زمین را شناسایی کند. به عبارت دیگر تست مقاومت عایقی برای مشخص کردن مقاومت عایقی بین سیم پیچ های مجزا با زمین یا بین سیم پیچ های جداگانه است. مقاومت عایقی معمولا به صورت مستقیم با رنج مگا اهم و بالاتر اندازه گیری شده یا از طریق روابط بین ولتاژ تست و میزان جریان نشتی محاسبه می شود.

تمام تست های عایقی بعلت وجود جریان نشتی یا پس از رخ دادن خطا انجام نمی شوند. تست های متنوعی بر مبنای اندازه گیری مقاومت عایقی وجود دارد که روند پیری عایق را به خوبی ترسیم می کنند. برخی از تست ها می توانند میزان رطوبت یا آلودگی های دیگر در روغن را مشخص کرده و یک مبنای خوب برای پروسه سیرکوله باشند.

تست عایقی ترانسفورماتور با کابل ها و ماشین های الکتریکی دیگر متفاوت است. ترانسفورماتورها می توانند 2 یا بیشتر از 2 دسته سیم پیچ داشته باشند. منظور از دسته سیم پیچ همان اولیه و ثانویه ترانس است. اولیه و ثانویه ترانس بر اساس تعداد فاز می تواند از کویل های متعددی تشکیل شده باشد. به عنوان مثال یک ترانس سه فاز مثلث به ستاره دارای 2 دسته سیم پیچ و 6 کویل است. در تصویر زیر مدل های مختلف سیم پیچ های ترانس از نظر تعداد کویل، اتصال به یکدیگر و اتصال به زمین را مشاهده می کنید.

سیم پیچ ترانسفورماتورهای قدرت دارای ولتاژ مختلفی بوده و از نظر عایق نیز با یکدیگر متفاوت هستند. تست های عایقی باید بین سیم پیچ های مختلف، بدنه، بوشینگ و غیره انجام شود. در ترانس های خشک موارد مربوط به تست بوشینگ حذف خواهد شد. گام های تست یا اندازه گیری مقاومت عایقی در یک ترانس به این شرح است:

• اندازه‌گیری مقاومت بین سیم‌پیچ یا سیم‌پیچ‌های فشار قوی و بدنه با روش‌های دو و سه سیمه. قابل ذکر است اندازه گیری دو سیمه با لاین و زمین و اندازه گیری سه سیمه با لاین، زمین و گارد انجام می شود.
• اندازه‌گیری مقاومت بین سیم‌پیچ یا سیم‌پیچ‌های فشار ضعیف و بدنه با روش‌های دو و سه سیمه
• اندازه‌گیری مقاومت بین سیم‌پیچ‌های فشار قوی و فشار ضعیف با روش‌های دو و سه سیمه
• اندازه‌گیری مقاومت بین سیم‌پیچ‌های فشار ضعیف و فشار قوی با روش‌های دو و سه سیمه.در این تست پلاریته تغییر کرده و مشابه با اندازه گیری مقاومت عایقی سیم پیچ فشار قوی به فشار ضعیف انجام می شود.
• اندازه‌گیری‌های دیگر مانند مقاومت بین سیم‌پیچ‌های مربوط به فازهای مختلف، بوشینگ‌ها، تپ چنجر و غیره

تفاوت بین تست مگر و های‌پات چیست؟

اصطلاح  های‌پات به معنی ولتاژ بالا است. با توجه به عنوان تست های‌پات می توان دریافت که در این روش از ولتاژ بالا استفاده می شود. های‌پات مانند میگر، روشی برای تست عایق تجهیزات و تابلو برق ها است. تست های‌پات و میگر از نظر نوع ولتاژ، زمان تست، روش تست و نتیجه با یکدیگر متفاوت هستند. برخی از این موارد عبارت اند از:

• تست میگر با ولتاژ DC و تست های‌پات با ولتاژ AC انجام می شود.
• تست مگر یک تصویر از وضعیت قدرت عایقی ترسیم می کند در حالی که تست های‌پات قسمت ضعیف عایق را مشخص می کند.
• تست مگر مقدار مقاومت را بر اساس اهم، کیلو اهم، مگا اهم و غیره بیان می کند در صورتی که تست های‌پات مقدار جریان عبوری از داخل عایق را مشخص می کند.
• تست های‌پات در زمان کوتاه مثلا 1 دقیقه انجام شده ولی تست میگر می تواند زمان های طولانی تری داشته باشد.
• تست های‌پات می تواند مخرب باشد ولی تست میگر غیر مخرب است.

اقدامات لازم قبل از تست عایقی ترانس

قبل از هرگونه اقدام برای تست ترانسفورماتور باید با این پروسه و خطرات آن آشنا شویم. ترانسفورماتورها معمولا دارای ولتاژ خطرناک بوده و به سادگی می توانند باعث مرگ شوند. قبل از عملیات باید مسائل مربوط به ایمنی، مدارک، و تجربیات کار در تاسیسات الکتریکی را در نظر بگیرید. با افزایش سطح ولتاژ این مسائل جدی تر شده و ممکن است صدمات جبران ناپذیری ایجاد کند. در مرحله بعد باید یک میگر مناسب با توجه به رنج مقاومت، میزان ولتاژ، حافظه داخلی و غیره انتخاب کنید. استفاده از میگرهای نامناسب و غیر تخصصی می تواند نتایج تست را تحت تاثیر قرار دهد. جهت کسب اطلاعات بیشتر مقاله های انواع میگر و ولتاژ دستگاه میگر را مطالعه کنید.

اندازه گیری مقاومت عایقی ترانس یکی از تست های آفلاین است. به عبارت دیگر این تست باید در بی برقی کامل ترانسفورماتور انجام شود. قبل از تست باید هردو سمت ترانسفورماتور از شبکه جدا و انواع آزمایش‌های بی‌برقی صورت بگیرد. پس از تست و قبل از اتصال میگر باید از اتصال زمین مناسب استفاده کنید. اتصال زمین می تواند به صورت دستی یا سیستمی انجام شود. هرگونه شارژ استاتیک یا الکتریسیته ی ساکن در ترانسفورماتور باید توسط پرچ های تخلیه یا دستگاه های اندازه گیری مجهز به تخلیه ی خودکار دشارژ شود.

توصیه می شود پس از اتصال زمین تجهیزات و دریافت مجوزها، تمام اتصالات ترانس را باز کنید. منظور از اتصالات در یک ترانس فشار متوسط این آیتم ها هستند:

• ورودی فشار قوی شامل کابل یا هادی های لخت
• خروجی های فشار ضعیف شامل کابل یا هادی های فاز و نول
• برقگیرهای نصب شده در اولیه و ثانویه
• اتصالات مربوط به تهویه، سیستم های اندازه گیری، کنترلی و غیره

تاکید می شود که در این مرحله و برای انجام تست های معمول نباید ارت بدنه و ارت هسته ترانس باز شود. در گام بعدی باید آلودگی های ظاهری روی بوشینگ ها و ترمینال ها را بررسی کنید. در صورت نیاز باید این بخش ها تمیز شوند. ترانس های خشک فاقد بوشینگ بوده و نیازی به نظافت آن ها نیست. هنگام تست عایقی باید بدنه ترانس خشک فاقد آلودگی باشد. در ترانس های روغنی باید سطح روغن در تانک و بوشینگ ها کنترل شود. خالی بودن مخزن روغن هنگام تست عایقی می تواند باعث صدمه به ترانس یا نتایج اشتباه شود.

قبل از شروع تست تمام بوشینگ های فشار قوی را اتصال کوتاه کنید. مطمئن شوید که جمپرها به بدنه ی ترانسفورماتور و قسمت های فلزی دیگر متصل نشده باشند. این کار را برای بوشینگ های فشار ضعیف و نول نیز انجام دهید. سیم پیچ های ترانسفورماتور هنگام تست نباید بدون اتصال رها شده و باید به زمین یا به گارد متصل شوند.

پس از انجام مراحل ذکر شده می توانید میگر را به ترانسفورماتور متصل کنید. روش های اتصال میگر به ترانسفورماتور را در مقاله بعد بررسی می کنیم. توجه داشته باشید که پس از اتصال میگر، باید اتصال زمین از سیستم جدا شود. اتصال زمین روی سیم پیچ تحت تست باعث صفر شدن ولتاژ و عدم توانایی دستگاه در اندازه گیری مقاومت خواهد شد. اتصال زمین، باید به صورت مرحله ای از سیم پیچ ها برداشته شده و تست بین سیم پیچ و زمین انجام گردد.

در برخی موارد که نمی توان اتصال زمین سیم پیچ ها را جدا کرد مانند اتصال سخت یا بدون مقاومت مرکز ستاره و سیم نول، مقاومت عایقی قابل اندازه گیری نخواهد بود. هنگام تست این اتصالات باید به عنوان بخش زمین میگر در نظر گرفته شوند. اتصال زمین نقطه ی صفر ستاره در خلال تست باید باز شده باشد.

روش اتصال پراب های دستگاه و استفاده از سیم گارد در بخش های بعدی شرح داده می شود. سیم گارد جهت حذف جریان های سطحی استفاده می شود. قبل از اعمال ولتاژ تست میزان دما و رطوبت را ثبت کنید. ولتاژ را به ترانس اعمال کرده و مقاومت عایقی را پس از 60 ثانیه قرائت کنید. با توجه به خصوصیات سلفی ترانسفورماتورها، مقاومت عایقی نباید تا قبل از ثابت شدن جریان قرائت شود. تاکید می شود که از تست عایقی ترانس های روغنی خالی خودداری کنید.

نکات مهم در اندازه گیری مقاومت عایقی ترانس خشک

ترانس های خشک فاقد روغن و بوشینگ بوده و اندازه گیری مقاومت عایقی در آن ها ساده تر است. در اغلب ترانس های خشک MV اتصالات فشار قوی در دسترس بوده و به سادگی می توان فازها را از یکدیگر جدا کرد. سیم پیچ فشار ضعیف ترانس خشک نزدیک به هسته و زیر سیم پیچ فشار قوی است. با توجه به طراحی ترانس ممکن است جدا کردن کویل های هر فاز از سیم پیچ LV کمی سخت باشد.

توصیه می شود اتصالات ترانس خشک را باز کرده و پس از توجه به وضعیت تپ چنجر، اقدام به اندازه گیری مقاومت عایقی کنید. اعداد به دست آمده از تست عایقی ترانس خشک با ترانس های روغنی متفاوت است. دلیل اصلی اختلاف مقاومت عایقی در ترانس های خشک مربوط به عدم تاثیر روغن می باشد. روش اندازه گیری مقاومت عایقی و ماهیت تست های ترانس خشک شبیه به ترانس های روغنی است. روش انجام تست DAR و PI ترانس در ادامه شرح داده می شود.

نکات مهم در اندازه گیری مقاومت عایقی ترانس روغنی

هسته، سیم پیچ ها و اجزای سیستم تپ چنجر در ترانس های روغنی با عنوان اکتیو پارت شناخته می شود. اکتیو پارت داخل یک مخزن پر از روغن قرار داشته و از محیط پیرامون ایزوله است. تانک یا مخزن ترانسفورماتور روغنی در مدل های متنوعی مانند تنفس آزاد و هرمتیک ساخته می شود. ترانس تنفس آزاد دارای یک منبع انبساط بنام کنسرواتور بوده و روغن آن از طریق سیلیکاژل با هوای بیرون در ارتباط است. ترانس های هرمتیک دارای مکانیزم خاصی بوده و تانک آن ها کاملا بسته است. در تصویر یک ترانس تنفس آزاد به همراه کنسرواتور را مشاهده می کنید.

نکته مهم در ترانس های روغنی تنفس آزاد، تاثیر رطوبت روی کیفیت روغن است. به عبارت دیگر تاثیر کیفیت روغن به صورت مستقیم بر مقاومت عایقی دیده خواهد شد. روغن در این ترانسفورماتورها مزیت های زیادی از جمله عایق کاری، ایجاد سیستم تهویه و غیره را دارد. با بررسی و تعویض به موقع سیلیکاژل باید از مرطوب و آلوده شدن روغن جلوگیری شود. عوامل مخرب دیگری مانند تغییرات شدید دما، افزایش دما، تنش های مکانیکی و غیره نیز روی کیفیت روغن تاثیر گذار هستند.

جهت ارتباط با قسمت های الکتریکی داخل تانک از بوشینگ استفاده می شود. بوشینگ ها ضمن جلوگیری از ورود هوا و نشت روغن، می توانند هادی ها را به خارج از ترانس منتقل کنند. منظور از هادی ها همان ورودی ها و خروجی های ترانسفورماتور است. مدل و تعداد بوشینگ ها بر اساس نوع ترانس مشخص می شود. به عنوان مثال در ترانس های فشار متوسط 3 عدد بوشینگ ورودی و 4 عدد بوشینگ خروجی وجود دارد.

با توجه به ساختار ترانس های روغنی نمی توان اتصالات داخلی را هنگام تست عایقی باز کرد. برای باز کردن اتصالات باید روغن ترانس تخلیه شده و اکتیو پارت از تانک خارج شود. خارج کردن اکتیو پارت ترانس روغنی اغلب پس از رخ دادن حادثه انجام شده و یک کار روتین نیست. به صورت معمول تست ترانس روغنی مخصوصا در سمت فشار قوی به همراه دیگر متعلقات مانند بوشینگ، تپ چنجر و سیم پیچ ها انجام می شود. مقاومت عایقی ترانسفورماتورهای روغنی تحت تاثیر موارد زیر خواهند بود:

• وضعیت بوشینگ ها از نظر شکستگی، واشر بندی و آلودگی بیرونی
• اتصالات داخلی بوشینگ ها
• پر بودن بوشینگ ها از روغن
• کیفیت روغن داخل تانک
• کیفیت عایق سیم پیچ ها
• دمای روغن
• زمان کار و مقدار ولتاژ تست

گزارش تست عایقی یک ترانس روغنی 1000 کاوا را در مقاله ی دیگری به صورت کامل بررسی کردیم.

بررسی وضعیت عایق ترانسفورماتور

تست های مختلفی برای مشخص کردن وضعیت عایق و روغن ترانسفورماتور وجود دارد. اندازه گیری مقاومت نقطه ای یکی از ساده ترین حالت های تست ترانس است. نکته ی مهم این است که مقادیر اندازه گیری شده در این تست تحت تاثیر آیتم های زیادی از جمله دما، رطوبت، ولتاژ تست، سایز ترانسفورماتور و غیره هستند. از طرفی تست نقطه ای نمی تواند یک تصویر واضح از عملکرد عایق ترسیم کند.

مقدار مقاومت عایقی اندازه گیری شده در هر تست ترانس باید برای دمای 20 درجه ی سانتی گراد یا هر دمای مرجع دیگری اصلاح شود. ضریب اصلاح دما برای 20 درجه ی سانتی گراد را در جدول زیر مشاهده کنید. در قسمت های قبلی توضیحات کاملی مبنی بر اصلاح مقاومت اندازه گیری شده بر اساس دما و رطوبت آورده شده است.

برای بررسی وضعیت عایق ترانس توصیه می شود تست های DAR به همراه PI و ولتاژهای پله ای انجام شود. تست DAR ترانسفورماتور در زمان یک دقیقه انجام شده و اطلاعات خوبی را ارائه می کند. تست PI ترانس معمولا در زمان 10 دقیقه انجام شده و زمان آن با توجه به بزرگی ترانس می تواند افزایش پیدا کند.

در این ویدئو اندازه گیری مقاومت عایقی و اندیس های مربوط به سیم پیچ فشار قوی ترانس توزیع را مشاهده می کنید. این ویدئو برگرفته از دوره تاسیسات فشار متوسط است:

در تست با ولتاژ پله ای دستگاه ولتاژ را در پنج پله افزایش داده و می تواند وضعیت عایق را بررسی کند. در نظر داشته باشید که تست با ولتاژ پله ای بدون قطع دستگاه انجام شده و مانند تست با چند ولتاژ مختلف نیست. این ویدئو برگرفته از دوره تاسیسات فشار متوسط است.

ولتاژ و مقاومت عایقی ترانسفورماتور

به صورت ایده آل مقاومت بین دو هادی عایق شده باید بی نهایت باشد ولی در واقعیت به این شکل نیست. در تجهیزات الکتریکی همواره مقدار محدودی مقاومت بین عایق و هادی وجود دارد. اگر هیچ دفترچه ی راهنما یا اسناد دیگری برای تست ترانس در دسترس نباشد، می توانید از اطلاعات این بخش هنگام تست استفاده کنید. این اطلاعات بر اساس استاندارد ANSI/NETA ATS-2009  بوده که ولتاژ تست و مقاومت عایقی قابل قبول در تجهیزات مختلف الکتریکی را بیان می کند. هنگام تست ترانس باید ولتاژ میگر را بر اساس ولتاژ سیم پیچ انتخاب کنید. هرگز نباید هردو سیم پیچ افزاینده و کاهنده ترانس با ولتاژ یکسان و بالا تست شود. اعمال ولتاژ بالاتر از تحمل عایق ترانس می تواند صدمات جدی را در پی داشته باشد.

جدول ولتاژ نامی، ولتاژ تست و مقاومت عایقی پیشنهادی

قانون اصلی جهت مشخص کردن مقدار حداقل ایمنی 1 مگا اهم به ازای هر 1000 ولت بعلاوه ی 1 مگا اهم است. اگر مقاومت اصلاح شده نصف یا بیشتر از تست کارخانه‌ی سازنده یا 1000 مگا اهم (مقدار کمتر) بود، عایق برای تست های‌پات ایمن است. هرگز تست مقاومت عایقی در ترانسفورماتورهای روغنی را بدون روغن انجام ندهید. در جدول زیر مقادیر نمونه برای عایق خوب در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع آورده شده است. جدول ها از منابع مختلفی تهیه شده و مقادیر توصیه شده در آن ها متفاوت می باشد. بهترین مرجع برای به دست آوردن مقاومت نرمال، کاتالوگ های شرکت سازنده است.

مقادیر قابل قبول مقاومت عایقی در ترانسفورماتورهای خشک و عایق جامد باید با عایق های کلاس A در ماشین های دوار مقایسه شوند. ترانس خشک و ماشین های دوار فاقد روغن و تاثیرات آن بر مقاومت عایقی هستند. در نظر داشته باشید که در این زمینه هیچ گونه مقادیر حداقلی به صورت استاندارد مطرح نشده است.

یک مشکل اصلی در ترانسفورماتورهای روغنی و تپ چنجرهای داخل روغن این است که وضعیت روغن به شدت روی مقاومت عایقی سیم پیچ ها تاثیر گذار است. برای به دست آوردن حداقل مقاومت عایقی ترانس می توان از جدول زیر استفاده کرد. این جدول برگرفته از راهنمای تعمیرات ترانسفورماتور نوشته JJ.Kelly. S.D Myer است.

در فرمول های فوق:

• IR: حداقل مقدار مقاومت عایقی در 1 دقیقه با ولتاژ تست مستقیم 500 ولت بر اساس مگا اهم بین سیم پیچ ها و زمین با گارد شدن سیم پیچ های دیگر یا بین سیم پیچ ها با هسته ی گارد شده.
• C: ضریب اصلاح برای دمای 20 درجه ی سانتی گراد طبق جدول
• E: ولتاژ نامی سیم پیچ تحت تست
• KVA: ظرفیت سیم پیچ تحت تست

جدول ضریب C برای مشخص کردن حداقل مقاومت عایقی ترانس

به عنوان مثال حداقل مقاومت عایقی برای ترانسفورماتور 1600 کاوا با تانک روغن، 20 کیلو به 400 ولت سه فاز در شبکه 60 هرتز برابر است با:

• مقدار مقاومت عایقی سمت فشار قوی= \(\frac{\mathrm{1.5\times 20000}}{\sqrt{\mathrm{1600}}}\mathrm{=}\frac{\mathrm{16000}}{\mathrm{40}}\mathrm{=750}~M\mathrm{\Omega }~at~\mathrm{20}\mathrm{\mathtt{{}^\circ\!{C}}}\)
• مقدار مقاومت عایقی سمت فشار ضعیف = \(\frac{\mathrm{1.5\times 400}}{\sqrt{\mathrm{1600}}}\mathrm{=}\frac{\mathrm{320}}{\mathrm{40}}\mathrm{=15}M\mathrm{\Omega }~at~\mathrm{20}\mathrm{\mathtt{{}^\circ\!{C}}}\) این مقدار مقاومت عایقی در دمای 30 درجه ی سانتی گراد معادل \(\mathrm{15}×\mathrm{1.98=29.7}M\mathrm{\Omega }\)  خواهد بود.

در جدول زیر مقاومت عایقی بر اساس ولتاژ و تکنولوژی ترانس را مشاهده می کنید. ستون اول مشخص کننده ولتاژ نامی سیم پیچ تحت تست است. خروجی میگر باید بر اساس ولتاژ نامی سمت فشار ضعیف و فشار قوی انتخاب شود. با توجه به ولتاژ نامی سیم پیچ می توانید از میگر با مقدار ولتاژ درج شده در ستون دوم استفاده کنید. ستون های بعدی مربوط به حداقل مقاومت عایقی سیم پیچ ترانس های روغنی و خشک می باشد.

در جدول زیر ولتاژ تست و مقدار مقاومت عایقی سمت فشار ضعیف و فشار قوی ترانسفورماتورهای قدرت آورده شده است. به عنوان مثال دریک ترانس با خروجی 415 ولت می توانید از ولتاژ 500 ولت برای تست سیم پیچ LV استفاده کنید. سیم پیچ فشارقوی این ترانس باید با ولتاژ 2.5 کیلو ولت تست شده و حداقل مقاومت عایقی سیم پیچ ها 100 مگا اهم باشد. توصیه می شود که ولتاژ تست را بر اساس ولتاژ اولیه و ثانویه ترانس انتخاب کنید.