علل رایج شکست ترانسفورماتورهای توزیع چیستند؟

مقدمه‌ای بر خرابی ترانسفورماتورهای توزیع

چرا شناسایی علل خرابی مهم است

دانستن اینکه چه چیزی باعث خرابی ترانسفورماتورها می‌شود، به کسب‌وکارها کمک می‌کند تا روش‌های نگهداری بهتری برنامه‌ریزی کنند. وقتی ما این مشکلات را درک می‌کنیم، ترانسفورماتورها تمایل دارند طولانی‌تر دوام بیاورند و در هزینه‌های عملیاتی صرفه‌جویی شود. داده‌های صنعتی نشان می‌دهند که شناسایی به موقع نشانه‌های مشکلات، زمان توقف را حدود 15 تا 20 درصد کاهش می‌دهد، که در تضمین جریان برق بدون وقفه بسیار مهم است. شرکت‌هایی که دلایل خرابی‌ها را کشف می‌کنند، می‌توانند هنگام بروز مشکلات سریع‌تر پاسخ دهند و این امر به ثبات شبکه برق کمک می‌کند. ترانسفورماتورها به جای اینکه خاموش بمانند و منتظر تعمیر شوند، به‌خوبی کار می‌کنند و دارایی‌های بسیار مطمئن‌تری برای تأمین‌کنندگان خدمات در سراسر مناطق مختلف به‌شمار می‌آیند.

نقش ترانسفورماتورها در شبکه‌های توزیع برق

ترانسفورماتورها نقش بسیار مهمی در نحوه توزیع برق در شبکه‌های برق ما ایفا می‌کنند، زیرا ولتاژها را تغییر می‌دهند تا بتوانیم برق را بدون اینکه انرژی زیادی در راه از دست برود، به فواصل دور منتقل کنیم. طبق تحقیقات انجام شده توسط EPRI، این دستگاه‌ها حدود ۹۵ درصد از تمامی تغییرات ولتاژ رخ داده در سراسر سیستم‌های توزیع کشور را مدیریت می‌کنند. این نوع از کنترل باعث می‌شود ترانسفورماتورها به طور کامل ضروری باشند تا بتوان به طور مداوم برق را روشن نگه داشت. زمانی که ترانسفورماتورها به خوبی کار نکنند یا نیاز به بازرسی‌های منظم داشته باشند، ممکن است مناطق کاملی به طور غیرمنتظره‌ای از برق محروم شوند. حفظ سیستم‌های خوب ترانسفورماتور تنها مسئله جلوگیری از قطعی برق نیست، بلکه اطمینان از اینکه زیرساخت کلی برق می‌تواند قدرت کافی برای مقابله با تقاضاهای اوج مصرف یا شرایط آب و هوایی شدید را داشته باشد، نیز مهم است.

علات معمولی شکست ترانسفورماتورهای توزیع

بارگذاری بیش از حد و تنش حرارتی

ترانسفورماتورهای توزیع اغلب به دلیل مشکلات اضافه بار و تنش حرارتی دچار خرابی می‌شوند. ترانسفورماتورهایی که بیش از حد طراحی‌شان کار می‌کنند، گرمای بسیار زیادی تولید می‌کنند که عملکرد صحیح این دستگاه‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، وقتی این اتفاق می‌افتد، عایق داخل این دستگاه‌ها تنها نصف عمر معمول خود را دارا خواهد بود. این موضوع اهمیت زیادی دارد، چون بدون یک عایق مناسب، ترانسفورماتورها کار خود را متوقف می‌کنند. نظارت بر الگوهای بار می‌تواند به شناسایی به موقع این مشکلات کمک کند و به تیم‌های نگهداری و تعمیر زمان کافی بدهد تا قبل از بروز خرابی‌های جدی اقدام لازم را انجام دهند. بسیاری از شرکت‌های توزیع کننده انرژی پس از تجربه قطعی‌های پرهزینه ناشی از خرابی ترانسفورماتورها، شروع به استفاده از سیستم‌های نظارت منظم کرده‌اند.

خرابی عایق به دلیل قدیمی شدن یا آلودگی

در مورد خرابی ترانسفورماتورها، شکست عایق در میان عوامل اصلی برجسته می‌شود، عمدتاً به دلیل چیزهایی مثل فرسودگی و نفوذ محیط‌های کثیف به داخل سیستم. بر اساس داده‌های ارائه شده از سوی کارشناسان انرژی، تقریباً هفت مورد از هر ده خرابی ترانسفورماتور در واقع ناشی از فرسودگی مواد عایقی است. نفوذ رطوبت به همراه ذرات ریز متنوع فقط وضعیت این اجزای عایقی را بدتر می‌کند و فرآیند تخریب آن‌ها را به طور قابل توجهی تسریع می‌کند. به همین دلیل، انجام بازرسی‌های منظم از عایق اهمیت بسیاری برای بهره‌برداران نیروگاهی دارد. این آزمایش‌ها به شناسایی مشکلات کوچک قبل از تبدیل شدن به سردرد بزرگی برای تیم‌های تعمیر و نگهداری کمک می‌کند تا بتوانند بدون قطعی‌های غیرمنتظره، جریان برق را به‌خوبی حفظ کنند.

عوامل خارجی: حملات برق اتمسفری و گیر کوتاه

چیزهایی مثل صاعقه و اتصال کوتاه نقش بزرگی در این مسئله دارند که چرا ترانسفورماتورها اغلب خراب می‌شوند. وقتی صاعقه به نزدیکی می‌خورد، ولتاژهای بسیار بالایی را از طریق سیستم ایجاد می‌کند که بیشتر ترانسفورماتورها به گونه‌ای ساخته نشده‌اند که بتوانند آن را تحمل کنند و این امر معمولاً نتیجه بدی برای آن‌ها دارد. اتصال کوتاه نیز بسیار رایج است و معمولاً به دلیل کارهای اتصال بد یا زمانی رخ می‌دهد که تجهیزات دیگر در جایی از خط اصلی خراب شوند. برای مقابله با این مشکلات، مهندسان باید در مراحل طراحی به فکر پیشگیری باشند. افزودن دستگاه‌های مناسب حفاظتی در برابر اضافه ولتاژ و ساخت مدارهای داخلی قوی‌تر تفاوت واقعی ایجاد می‌کند. بهبودهای این چنینی به کاهش خسارات ناشی از عوامل خارجی کمک می‌کنند و باعث می‌شوند ترانسفورماتورهای توزیع در شرایط عادی طول عمر بیشتری داشته باشند و بهتر کار کنند.

اقدامات جلوگیری برای قابلیت اعتماد ترانسفورماتر

اجرای برنامه های نگهداری منظم

نگهداری منظم از ترانسفورماتورهای توزیع، در قابلیت اطمینان آن‌ها تفاوت ایجاد می‌کند. بر اساس تحقیقات انجام شده توسط IEEE مشاهده کرده‌ایم که انجام به‌موقع بازرسی‌های دوره‌ای، خرابی‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد؛ در واقع بر اساس یکی از مطالعات انجام شده، حدود 20٪ کاهش در قطعی‌ها مشاهده شده است. وقتی شرکت‌ها تمامی موارد را به‌درستی سند کنند و بازه‌های زمانی نگهداری برنامه‌ریزی شده را رعایت کنند، عملکرد کلی سیستم بهتر می‌شود. این روش موجب افزایش عمر ترانسفورماتورها نیز می‌شود که در بلندمدت صرفه‌جویی مالی دارد. علاوه بر این، هیچ‌کس نمی‌خواهد قطعی‌های غیرمنتظره در ساعات اوج موجب بروز مشکل شوند. به همین دلیل، بیشتر مهندسان برق باهوش، این روال‌های نگهداری را در عملیات خود رایج می‌کنند.

تکنیک‌های پیشرفته نظارت بر بار

روش‌های نظارت هوشمند بر بار الکتریکی امروزه برای جلوگیری از اضافه‌بار شدن ترانسفورماتورها ضروری شده‌اند. حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) به مهندسان اجازه می‌دهند تا شرایط بار را به‌صورت لحظه‌ای مورد پیگیری قرار دهند و داده‌های لازم برای جلوگیری از اضافه‌بار قبل از وقوع آن را در اختیار داشته باشند. وقتی شرکت‌ها به عادت نظارت بر این اطلاعات جامع بیفتند، شروع به اجرای برنامه‌های نگهداری پیشگویانه می‌کنند که واقعاً تأثیر زیادی در برنامه‌ریزی و اجرای کارهایشان دارد. تحقیقات نشان می‌دهد که در اکثر موارد، با نصب این سیستم‌های نظارتی، بهره‌برداری از ترانسفورماتورها حدود ۳۰ درصد افزایش می‌یابد. این راهکارهای فناورانه تنها باعث بهتر شدن عملیات نگهداری نمی‌شوند، بلکه به کاهش اتلاف انرژی در سراسر شبکه کمک می‌کنند و این یعنی هزینه‌های کمتر و اثر پایین‌تر از نظر زیست‌محیطی برای شرکت‌های برق.

سیستم‌های محافظت در برابر ولتاژ بالا

حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه ولتاژها و شرایط جوی سخت به شدت به سیستم‌های مناسب حفاظت از اضافه ولتاژ بستگی دارد. وقتی شرکت‌ها این دستگاه‌ها را نصب می‌کنند، نتایج واقعی هم مشاهده می‌شود؛ تحقیقات نشان می‌دهد که در زمان وقوع طوفان‌های شدید، نرخ خرابی‌ها حدود 40 تا 50 درصد کاهش می‌یابد. حفاظت در برابر صاعقه برای تأسیساتی که در نزدیکی مراتع یا مناطق کوهستانی قرار دارند و طوفان‌های رعد و برق در آن‌ها اتفاقاتی متداول هستند، کاملاً ضروری می‌شود. حفاظت مناسب نه تنها باعث می‌شود ترانسفورماتورها در شرایط سخت به‌خوبی کار کنند، بلکه در بلندمدت هزینه‌های تعمیر و توقف را هم کاهش می‌دهد. بهره‌برداران باهوش می‌دانند که این تجهیزات فقط یک بیمه نیست، بلکه بخشی اساسی از زیرساخت‌های قدرتمند توزیع انرژی به شمار می‌روند.

تأثیر خرابی ترانسفورماتورها بر روی سیستم‌های برق

خرابی‌های زنجیره‌ای در شبکه و قطع برق

وقتی ترانسفورماتورها دچار خرابی می‌شوند، پیامدهای آن می‌تواند بسیار مخرب باشد و واکنش‌های زنجیره‌ای ایجاد کند که برق مناطق وسیعی را قطع می‌کند. کاهش برق ناگهانی در شمال شرقی ایالات متحده در سال 2003 را به عنوان مدرکی مشهود در نظر بگیرید. مشکلات ترانسفورماتور در آن سانحه باعث قطعی برق گسترده‌ای شد که تقریباً 50 میلیون نفر در ایالات متحده و کانادا را تحت تأثیر قرار داد. آنچه در آن زمان اتفاق افتاد یک نکته را کاملاً آشکار کرد: شبکه‌های برق ما در برابر خرابی ترانسفورماتورها بسیار آسیب‌پذیر هستند. شرکت‌های خدمات عمومی نباید فقط منتظر بمانند و بهترین حالت ممکن را امید داشته باشند. آن‌ها باید شروع کنند به سرمایه‌گذاری در جهت مقاوم‌تر و قابل اعتمادتر کردن ترانسفورماتورها تا اینکه دوباره با چنین بحرانی در آینده‌ای نزدیک مواجه نشویم.

معنا و پیامدهای مالی برای شرکت‌های برق

خرابی ترانسفورماتورها به کیف پول‌ها فشار بیشتری می‌آورد، نه تنها به خاطر هزینه‌های تعمیر. شرکت‌های برق زیان بزرگی می‌بینند وقتی قطعی‌ها طولانی می‌شوند و مشتریان از تأخیر در بازگرداندن خدمات ناراحت می‌شوند. یک قطعی بزرگ برق در سال گذشته به یک شرکت توزیع برق حدود ۵ میلیون دلار زیان وارد کرد، به اضافه تمام شکایات درباره قطع شدن تلویزیون در فصل فوتبال. سرمایه‌گذاری به موقع در مواردی مانند بازرسی منظم از ترانسفورماتورها و بهبود شبکه‌های هوشمند در واقع به چندین طریق سودآور است. این تلاش‌های نگهداری، شکست‌های غیرمنتظره را کاهش می‌دهند و اعتماد مردم به تأمین‌کننده برق را افزایش می‌دهند. وقتی شرکت‌ها مشکلات را قبل از بروز بزرگ شدن آن‌ها رفع کنند، در بلندمدت پول صرفه‌جویی می‌کنند و از اینکه مشتریان به رقبایی که ممکن است قابلیت اطمینان بهتری را ارائه دهند، نمی‌روند جلوگیری می‌شود.

نتیجه‌گیری: راهبردهای فعال برای محکامی شبکه

تعادل بین ظرفیت و تقاضا

در بحث قابلیت اطمینان سیستم‌های برق، شرکت‌های توزیع برق نیاز دارند تا تقاضای متغیر برق را با توانایی واقعی ترانسفورماتورهای خود پیش‌بینی و مدیریت کنند. زمانی که این تعادل به هم می‌خورد، شاهد قطعی‌های کامل (blackout) یا کاهش ولتاژ (brownout) در ساعات اوج مصرف هستیم. برنامه‌های پاسخگویی به تقاضا در اینجا اهمیت زیادی دارند، زیرا به شرکت‌های برق این امکان را می‌دهند تا در مواقعی که فشار روی ترانسفورماتورها بیش از حد زیاد است، بار را کاهش دهند. این برنامه‌ها با تغییر بخشی از مصرف به زمان‌های غیر اوج یا قطع موقت بارهای غیرضروری عمل می‌کنند. داده‌های کنتورهای هوشمند نیز نقش بزرگی ایفا می‌کنند. این جریان اطلاعات به صورت مداوم دریافت می‌شود، بنابراین اپراتورها می‌توانند دقیقه به دقیقه سطح تأمین برق را تنظیم کنند، نه اینکه فقط حدس بزنند. این رویکرد باعث می‌شود شبکه‌های برق بسیار مطمئن‌تر شوند و در بلندمدت هزینه‌ها را کاهش دهند، زیرا ترانسفورماتورها عمر بیشتری دارند اگر دائماً در معرض فشار حداکثری قرار نگرفته باشند.

محافظت از شبکه‌های توزیع برای آینده

اگر بخواهیم سیستم‌های توزیع برق ما بتوانند با شرایطی که در آینده پیش می‌آید، به خصوص با توجه به رویدادهای متعدد آب‌وهوایی ناشی از تغییرات اقلیمی کنون، کنار بیایند، سرمایه‌گذاری در فناوری شبکه هوشمند منطقی است. این شبکه‌های نوین به اپراتورها اجازه می‌دهند تا کنترل دقیق‌تری بر عملکرد سیستم داشته باشند و پاسخ‌ها را خودکار کنند، به طوری که ترانسفورماتورها کمتر دچار خرابی شوند و کل سیستم بتواند به سرعت به نوسانات غیرمنتظره در تقاضا واکنش نشان دهد. شرکت‌های توزیع برقی که تصمیم بگیرند اقدام به موقع کنند به جای اینکه مشکلات را صبر کنند، می‌توانند مطمئن شوند که مشتریانشان در طول توفندها، امواج گرمایی و سایر اختلالات بدون قطعی برق باقی می‌مانند. هزینه کردن برای چیزهایی مثل به‌روزرسانی سخت‌افزار شبکه به شرکت‌ها کمک می‌کند تا از لحاظ استحکام زیرساخت‌ها و دوام آنها در دهه‌های آینده، پیش از حرکت دیگران قدم بردارند. حقیقت این است که هیچ‌کس دقیقاً نمی‌داند چشم‌انداز انرژی ده سال آینده چگونه خواهد بود، اما آماده شدن امروز به این معناست که شبکه‌های توزیع در برابر فشارهای آینده مقاومت کافی را داشته باشند.

‫سوالات متداول‬

چیست تبدیل‌کننده توزیع؟

تبدیل‌کننده توزیع در شبکه‌های توزیع برق استفاده می‌شود تا برق با ولتاژ بالا را به سطوح ولتاژ پایین‌تری تبدیل کند که مناسب استفاده مسکونی یا تجاری است.

تبدیل‌کننده‌ها باید چند بار در سال تحت نگهداری منظم قرار گیرند؟

نگهداری معمول باید بر اساس توصیه‌های سازنده و شرایط مشاهده‌شده انجام شود، اما معمولاً سالانه یا دوبار در سال رخ می‌دهد.

چیست حسگرهای IoT در زمینه ترانسفورماتورها؟

حسگرهای IoT به فناوری اشاره دارد که امکان نظارت واقعی-زمان بر روی شرایط ترانسفورماتورها، مانند بار و دما را فراهم می‌کند و داده‌هایی را ارائه می‌دهد که کمک می‌کند به جلوگیری از خرابی‌ها.

چگونه محافظت در برابر بلندی جریان می‌تواند خرابی ترانسفورماتور را جلوگیری کند؟

سیستم‌های محافظت در برابر بلندی جریان ترانسفورماتورها را از بلندی ولتاژ و شرایط آب و هوای شدید حفاظت می‌کنند، که احتمال خرابی را کاهش می‌دهد.