مقدمه:
در این مقاله، مهندس علیرضا کنعانی، معاونت فنی مهندسی و تولید، به بررسی پدیده جریان هجومی، عوامل مؤثر بر ایجاد آن و تأثیر این جریان بر ترانسفورماتورهای کورههای قوس الکتریکی پرداخته است. همچنین، روشی مبتنی بر تبدیل موجک Wavelet Transform و سیستم استنتاج عصبی–فازی تطبیقی (ANFIS) برای تشخیص جریان هجومی و تفکیک آن از جریان خطا مورد بررسی قرار گرفته است.
چالش راهاندازی ترانسفورماتورهای کوره قوس الکتریکی:
ترانسفورماتورهای مورد استفاده در کورههای قوس الکتریکی ، عموما بدلیل ماهیت بار و شرایط راه اندازی، با تنشهای الکتریکی قابلتوجهی مواجه هستند. عموماً در زمان استارت کوره، شرایط جریان میتواند بهگونهای باشد که جریانهای بسیار زیادی در مدار ایجاد کرده و بصورت اتصال کوتاه برقدار گردند. به همین دلیل فشارهای الکتریکی وارده به این ترانسفورماتورها، در زمان راه اندازی، جزء یکی از مشکلاتی است که میبایست در پروسه بهرهبرداری از این گونه کورهها مدنظر قرار بگیرد.
با توجه به اینکه ترانسهای کورههای قوس بصورت اتصال کوتاه راه اندازی و مورد بهره برداری قرار میگیرند لذا، فالتهای مرتبط با اضافه جریانهای خطا در ابتدای استارت، برای اینگونه ترانسها بسیار اتفاق میافتد.
بگونهای که در صورت تنظیم بودن دقیق رلههای جریانی و عدم اجرای دقیق پروسه استارت ، راهاندازی ترانسفورماتور و کوره ممکن است در یک مرحله انجام نشود و فرآیند استارت در دو یا حتی سه مرحله تکرار شود.
جریان هجومی در ترانسفورماتور:
جریانهای هجومی نیز به عنوان یکی از علل در جلوگیری از استارت کوره دخیل است و میتواند با به خطا انداختن تشخیص رلههای حفاظتی، باعث عدم استارت کورههای قوسالکتریکی شده و تعداد دفعات استارت را افزایش دهد . بدیهی است با هر بار استارت ترانسفورماتورها، با توجه به تنشهای الکتریکی که برای ترانسها اتفاق میافتد، احتمال بروز خطای عمده و از مدار خارج شدن کامل ترانسفورماتور بدلیل اتصال کوتاه داخلی سیمپیچها وجود خواهد داشت.
لذا بایستی از تکرار استارت در اینگونه کورهها کاملا جلوگیری کرد و شرایط راه اندازی مناسب برای ترانسها فراهم گردد.
شناخت جریان هجومی و نحوه تشخیص آن از جریانهای خطا بر روی ترانسفورماتورها، یکی از مباحثی است که در حال حاضر تحقیقات و بررسیهای زیادی در زمینه صورت گرفته است .
شبیهسازی الگوریتم پیشنهادی:
بر اساس الگوریتم پیشنهادی مبتنی بر تبدیل موجک Wavelet Transform و سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی (ANFIS) ، برنامه شبیهسازی طراحی و اجرا شده است. نتایج حاصل، قابلیت برنامه در تشخیص و تفکیک جریان هجومی از جریان خطا را در یک بازه زمانی کوتاه نشان میدهد.
در شرایط عادی، یک ترانسفورماتور درحالت بیباری جریان مغناطیس کنندهای در حدود 0/5 تا 2 درصد جریان نامیاش از منبع، تغذیه میکند. این مقدار اعوجاج بستگی به مقدار چگالی فوران مغناطیسی که هسته در آن کار میکند دارد .تغییرات فوران هسته و جریان مغناطیسکنندگی، به نحوی است که در هر پریود، یکبار دور حلقه هیسترزیس طی میشود .با تکامل ساخت هستههای ترانسفورماتور، مقدار تغییرات فورانهای مغناطیسی رو به بهبود گذاشته اما هنوز، بطور کامل مرتفع نشده است.
همچنین تغییرات هسته به نحوی است که در هر لحظه نیروی محرکه الکتریکی (emf) لازم را برای برابری با ولتاژ لحظهای منبع تولید میکند .با افزایش ولتاژ ، فوران بیشتری از هسته عبور کرده و ماکزیمم جریان نیز به سرعت افزایش پیدا میکند که علت آن اشباع هسته میباشد .
لذا باید انتظار داشت که پس از قطع ترانسفورماتور از منبع نیز، فوران قابل ملاحظهای در هسته باقی بماند. این فوران زیاد باعث میشود که هسته به حالت اشباع مغناطیسی برود و در نتیجه جریان بسیار زیادی از منبع تغذیه شده که آن را جریان هجومی مینامند.
حداکثر دامنه جریان هجومی در ترانسفورماتورهای قدرت معمولی، بنا به گزارش مقالات و مدارک فنی، معمولا تا حدود 10 برابر جریان نامی و گاه تا 15 الی 20 برابر جریان نامی ثبت شده است. این امر بستگی به پارامترهای ساختمانی ترانسفورماتور و موقعیت آن در شبکه قدرت و شرایط کلید زنی دارد. حداکثر مدت عبور جریان هجومی تا میرایی کامل نیز در ترانسفورماتورهای مختلف متفاوت است. بنا بر گزارش مراجع و مقالات فنی عموما از حدود 10 سیکل تا 1 دقیقه و گاهاً تا چند دقیقه طول میکشد.
این مدت میرایی بستگی به زاویه موج ولتاژ در لحظه وصل ترانسفورماتور، مقدار و پلاریته فوران پس ماند، خواص مغناطیسی ترانسفورماتور، مقاومت الکتریکی، تلفات مدار و فرکانس دارد.
به طور کلی جریان هجومی وابسته به عوامل ذیل است:
- ابعاد هسته و سیم پیچهای ترانسفورماتور و فواصل بین آنها
- نوع آهن مورد استفاده در هسته و سایر قسمتهای ترانسفورماتور
- چگالی اشباع هسته
- مشخصات شبکه قدرت با مقاومت و اندوکتانس منبع تغذیه
- میزان و پلاریته فوران پسماند هسته
- زاویه موج ولتاژ در لحظه برق دار شدن ترانسفورماتور
جمعبندی:
برای تشخیص جریان هجومی از جریان خطا، الگوریتم بکار رفته براساس این قابلیت که در بازه زمانی بسیار کوتاه، جریان هجومی از جریان خطا قابل تشخیص باشد، کار میکند.
این الگوریتم براساس تبدیل موجک و ANFIS طراحی شده و توانایی خوبی برای تشخیص این دو جریان از یکدیگر را دارد.
بر اساس همین الگوریتم و با کمک گرفتن از پارامترهایی که در آن معرفی شده است برنامه شبیه سازی طراحی و اجرا شده است که نتیجه حاصله، نشاندهنده توانایی سیستم در تشخیص این دو جریان از یکدیگر را دارد. نتیجتا، توانمندی لینک داده شدن با تجهیزاتی است که امکان غیر فعال کردن رلههای حفاظت جریانی را دارا بوده و این بدان معناست که درصد قابل توجهی از عملکرد رلههای حفاظتی که باعث عدم استارت ترانسفورماتورهای کوره های قوس الکتریکی میشوند حذف میگردد.