مقدمه

بوشینگ ترانسفورماتور، ترانسفورماتورها نقش بنیادی در صنعت برق و نیز انتقال و توزیع انرژی دارند. این دستگاه‌ها برای انتقال توان الکتریکی در سطوح ولتاژ مختلف طراحی شده‌اند و عملکرد بهینه آنها وابسته به کیفیت و سلامت اجزای داخلی و خارجی‌شان است. یکی از حیاتی‌ترین قطعات ترانسفورماتور، بوشینگ‌ها (Bushings) هستند که در عین سادگی اسمی، پیچیده‌ترین طراحی عایقی را در شبکه‌های قدرت به عهده دارند. بدون وجود بوشینگ‌های مناسب، ایمنی و پایداری عملکرد ترانسفورماتور به طور جدی به خطر می‌افتد.

تعریف و وظیفه بوشینگ

بوشینگ ترانسفورماتور در ساده‌ترین حالت یک عایق مکانیکی-الکتریکی است که اجازه عبور هادی‌ها (معمولاً هادی‌های فاز) از دیواره عایق‌دار ترانسفورماتور (مثل تانک یا بدنه) را ممکن می‌سازد بدون اینکه اتصال الکتریکی با بدنه برقرار شود. به طور عملی، بوشینگ با تحمل اختلاف پتانسیل زیاد بین داخل و خارج ترانسفورماتور، برق را از شبکه وارد یا خارج می‌کند و از نفوذ روغن یا گاز عایقی جلوگیری می‌کند.

انواع بوشینگ ترانسفورماتور

بوشینگ‌ها بر اساس ساختار عایقی، نوع محیط عایق داخل آن، ولتاژ کاری، جریان مجاز و شرایط محیطی دسته‌بندی می‌شوند. مهمترین انواع عبارت‌اند از:

الف- بوشینگ روغنی ترانسفورماتور (Oil-Impregnated Paper/OIP Bushing): متداول‌ترین نوع بوشینگ خصوصاً برای ولتاژهای بالاتر از 36 کیلوولت. در این نوع، کاغذ آغشته به روغن ترانسفورماتور فشرده شده و در محیط روغنی قرار می‌گیرد.

ب- بوشینگ خشک (Resin Impregnated Paper/RIP Bushing): این نوع بوشینگ فاقد روغن بوده و از کاغذ آغشته شده به رزین (اپوکسی) ساخته می‌شود. جمع و جورتر، سبک‌تر و کم‌ریسک‌تر در برابر نشت عایق هستند.

ج- بوشینگ سرامیکی (Porcelain Bushing): لایه بیرونی آنها از سرامیک است که علاوه بر عایق‌کاری، مقاومت مکانیکی مناسبی دارد.

د- بوشینگ کامپوزیت: طراحی مدرن‌تر با استفاده از پلیمرها در جداره بیرونی برای تحمل تنش‌های مکانیکی و محیطی مانند آلودگی‌های شدید.

ه- بوشینگ با عایق گازی (SF6 Bushing): مناسب برای ترانسفورماتورهای GIS و محیط‌های خیلی خاص.

الزامات و استانداردها

بوشینگ‌های ترانسفورماتور باید مطابق استانداردهای بین‌المللی مثل IEC 60137 و IEEE C57.19.00 و استانداردهای داخلی مربوطه طراحی، تست و انتخاب شوند. این استانداردها ولتاژ نامی، سطح عایق‌بندی، تحمل جریان لحظه‌ای و شرایط آزمون را مشخص می‌کنند.

انتخاب بوشینگ بر اساس نیاز شبکه

انتخاب بوشینگ مناسب تابع معیارهای متعددی است:

– ولتاژ کاری: ولتاژ نامی بوشینگ باید با ولتاژ کاری ترانسفورماتور و اضافه ولتاژهای محتمل هماهنگ باشد.
– جریان بار: جریان نامی بوشینگ باید بالاتر یا برابر جریان بار فاز مربوطه باشد.
– شرایط محیطی: وجود آلودگی، نمک، گرد و غبار و شوک حرارتی در محیط نصب باید در نظر گرفته شود.
– نوع عایق داخلی ترانسفورماتور: مثلاً روغنی یا خشک برگرفته از کاربردهای صنعتی مختلف.
– نوع نصب: افقی یا عمودی بودن و وزن و محدودیت‌های مکانیکی روی تانک یا بدنه ترانسفورماتور.
– قابلیت تست و مونیتورینگ: بعضی از بوشینگ‌ها مجهز به پایانه تست تانک و تجهیزات مانیتورینگ وضعیت (مانند سیستم سنسور تانک) هستند.

ساختار داخلی بوشینگ

ساختار داخلی بوشینگ‌ها عموماً شامل چند بخش اساسی است:

1. هادی مرکزی (Conductor): انتقال جریان الکتریکی.
2. عایق داخلی: کاغذ آغشته به روغن یا رزین.
3. مغزی فلزی (Cap/Terminal Stud): اتصال الکتریکی.
4. پوشش عایقی خارجی: اغلب از سرامیک یا پلیمر ساخته می‌شود.
5. فلنج و قطعات نگهدارنده: نصب ایمن روی ترانسفورماتور.

در بوشینگ‌های مدرن، توجه زیادی به یکنواختی توزیع میدان الکتریکی و کنترل گرادیان ولتاژ می‌شود تا خطر بروز جرقه و شکست دی‌الکتریک کاهش یابد.

علل خرابی بوشینگ و تأثیر آن بر ترانسفورماتور

اصلی‌ترین دلیل خروج ترانسفورماتورها از مدار، خرابی بوشینگ‌هاست. نشتی روغن، تخریب عایق داخلی ناشی از اضافه ولتاژ یا گذر جریان اتصال کوتاه، آلودگی سطح سرامیک و ترک خوردگی تجهیزات از عوامل عمده خرابی هستند. شکست بوشینگ (Bleakage) عموماً خسارت شدیدی به ترانس و تجهیزات پیرامونی وارد می‌کند.

تجهیزات جانبی بوشینگ

بوشینگ‌ها معمولاً با تجهیزات تکمیلی زیر ارائه یا همراه می‌شوند:

– ترمینال تاپ (Top Terminal): محل اتصال کابل‌ها یا شینه‌های خارجی به بوشینگ.
– دیسک ترموتر یا سنسور دما: برای مانیتورینگ دمای هادی بوشینگ.
– حلقه‌های خرطومی (Creepage Rings): افزایش فاصله خزشی جهت کاهش خطر تخلیه سطحی.
– تجهیزات تست تانک: پلاگ‌های مخصوص جهت تست مقاومت عایقی بوشینگ در حالت نصب شده.
– سیستم مانیتورینگ آنلاین: پایش لحظه‌ای پارامترهای الکتریکی و هشداردهی خرابی قریب‌الوقوع.

مراحل نصب و اجرای بوشینگ

1. حمل و جابجایی:

– کاملاً باید بر اساس دستورالعمل شرکت سازنده (مانند ABB، Siemens یا Schneider) صورت گیرد.
– وزن بوشینگ‌ها ممکن است چند ده تا چند صد کیلوگرم باشد. بهره‌گیری از جرثقیل، تسمه‌های مناسب و جعبه‌های ضربه‌گیر الزامی است.

2. آماده‌سازی قبل از نصب:

– بررسی ظاهری برای اطمینان از سالم بدون ترک خوردگی سرامیک یا کامپوزیت.
– تست مقاومت عایقی با تجهیزات تست مخصوص (مثل Megger).
– تمیز کردن سطح خارجی با محلول‌های غیرخورنده و پارچه نرم.
– چک کردن سطح فلنج و اطمینان از سالم بودن اورینگ‌ها و عایق‌بندی های محیطی.

3. نصب بوشینگ روی ترانس:

– جاگذاری مطابق جهت فلش سازنده (در صورت وجود).
– اطمینان از قرارگیری صحیح واشرها و پیچ‌ها، بستن با گشتاور توصیه‌شده.
– نصب ترمینال‌های بالا و پایین با چک کردن Tightening.
– تنظیم موقعیت حلقه‌های پیچشی بر اساس خطر آلودگی منطقه نصب.

4. تست‌های نهایی پس از نصب:

– تست مقاومت عایقی بین هادی و بدنه (بیشتر از 1000 Mohm در ولتاژ مناسب).
– بررسی وجود نشتی احتمالی روغن یا عایق.
– ثبت مقادیر اولیه تست به منظور ترندینگ در آینده.
– در صورت وجود سنسور مانیتورینگ آنلاین، کالیبراسیون و راه‌اندازی سیستم هشدارِ بوشینگ.

نگهداری و عیب‌یابی بوشینگ

نگهداری پیشگیرانه یا PM شامل تست‌های دوره‌ای زیر است:

– تست ظرفیت خازنی (Capacitance): تغییرات نسبت به مقدار اولیه نشانه تخریبِ تدریجی عایق است.
– تست تانک فکتور (Power Factor/Tan δ): اندازه‌گیری تان دلتا، صحت وضعیت عایق را مشخص می‌کند.
– بازرسی ظاهری: کنترل برای ترک، لکه یا دوده بیش از حد روی سطح سرامیکی یا پلیمر.
– کنترل نشتی روغن: بررسی سطوح یا نشانه‌های کم شدن روغن بوشینگ.
– آنالیز روغن بوشینگ: برای تشخیص تشکیل گازهای حاصل از شکست الکتریکی داخلی.

در صورت هر نوع انحراف غیرقابل قبول از مقادیر نامی ترجیح داده می‌شود بوشینگ در سریع‌ترین زمان ممکن از سرویس خارج و تعویض گردد.

نکات کلیدی خرید بوشینگ ترانسفورماتور

الف. انتخاب و سفارش:

– محاسبه صحیح ولتاژ و جریان نامی مورد نیاز.
– ذکر شرایط محیطی نصب (آلودگی، ارتفاع نصب، محدوده دمایی).
– تأیید برند و کشور سازنده؛ برخی کارخانه‌ها نظیر ABB، Siemens، GE، Arteche معتبر و صاحب تکنولوژی بروز هستند.
– چک کردن اسناد رسمی شامل سرتیفیکیت نوع تست، کارخانه تست و گزارش آزمون.
– سفارش به همراه کلیه تجهیزات جانبی ضروری (کیت نصب، حلقه‌های ضدآلودگی، ترمینال‌های یدکی).

ب. هزینه و قیمت بوشینگ‌ها

هزینه بوشینگ تابع متغیرهای زیر است:

– نوع بوشینگ: روغنی یا رزینی؛ بوشینگ‌های OIP معمولاً ارزان‌تر از RIP هستند اما ریسک نگهداری‌شان بیشتر است.
– سطح ولتاژ و جریان: هر چه ولتاژ و جریان زمینه بالاتر رود، ابعاد، وزن، بخش‌های عایق و هزینه بوشینگ نیز افزایش پیدا می‌کند.
– برند و کشور مبدا: برندهای اروپایی و ژاپنی قیمت بالاتری نسبت به محصولات داخلی یا چینی دارند.
– تجهیزات جانبی: افزوده‌هایی مثل سنسور مانیتورینگ، جعبه محافظ و کیت تعمیر و نگهداری سبب افزایش هزینه می‌شود.
– شرایط گارانتی: ضمانت نامه بوشینگ و خدمات پس از فروش معمولاً قیمت را افزایش می‌دهد اما ریسک نگهداری آتی را کاهش می‌دهد.

به صورت رنج تقریبی، یک بوشینگ برای ترانسفورماتور 132 کیلوولت و جریان 2500 آمپر از برندهای معتبر، بین 5 تا 20 هزار دلار ممکن است قیمت داشته باشد (اطلاعات سال 2024). بوشینگ‌های رزینی (RIP) یا با مانیتورینگ آنلاین تا 50% گران‌تر هستند.

ج. فرآیند خرید خارجی و داخلی

– بررسی تاییدیه فنی توسط تیم بهره‌برداری و تضمین کیفیت.
– مذاکره با شرکت‌های فروشنده جهت دریافت استعلام قیمت و پیشنهاد جایگزین (در صورت نیاز).
– توجه ویژه به زمان تحویل، حمل و بیمه در قرارداد خرید.
– درخواست آموزش نصب (در محل پروژه برای قابلیت‌های ویژه).

جمع‌بندی کاربردی و حرفه‌ای

بوشینگ ترانسفورماتور از منظر ایمنی و پایداری بزرگ‌ترین نقطه آسیب‌پذیر ترانس‌هاست و انتخاب، نصب و نگهداری درست آن، ریسک خرابی و از مدار خارج شدن غیرمترقبه را شدیداً کاهش می‌دهد. استفاده از بوشینگ‌های مناسب با تکنولوژی جدید (مانند RIP و مانیتورینگ آنلاین) یکی از مهم‌ترین ابزارها برای افزایش طول عمر ترانس و کاهش هزینه‌های عملیاتی و زیان خاموشی‌هاست.

در نهایت، پیشنهاد می‌شود حتی‌الامکان انتخاب برندهای معتبر، توجه جدی به اسناد تست کارخانه، نصب و راه‌اندازی صحیح توسط تیم مجرب، پیاده‌سازی سیستم‌های پایش دائمی (Condition Monitoring) و انجام تست‌های دوره‌ای حین بهره‌برداری در دستور کار بخش نگهداری قرار گیرد.