مقدمه

انواع حفاظت های ترانسفورماتور، ترانسفورماتورها یکی از کلیدی‌ترین تجهیزات انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در شبکه‌های قدرت محسوب می‌شوند. قیمت بالا، نقش حیاتی در پایداری و تأمین برق، و هزینه‌های تعمیر و تعویض سنگین، لزوم حفاظت جامع و صحیح ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع را دوچندان می‌کند. حفاظت مطلوب نه تنها ضریب امنیت، بهره‌وری و عمر مفید ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد، بلکه از خاموشی‌های ناخواسته و خسارات سنگین مالی جلوگیری می‌کند. در این مقاله به انواع حفاظت‌های مورد استفاده، تجهیزات و ابزارهای رایج، نکات اجرایی نصب و راه‌اندازی، موارد مهم خرید و برآورد هزینه‌ها پرداخته خواهد شد.

بخش اول: انواع حفاظت‌های ترانسفورماتور

حفاظت ترانسفورماتور را می‌توان از دو منظر اصلی بررسی کرد:
۱- حفاظت الکتریکی (حفاظت از عیوب مدار و اختلالات برقی)
۲- حفاظت مکانیکی (حفاظت از عیوب فیزیکی و مکانیکی)

۱. حفاظت الکتریکی

الف. حفاظت جریان زیاد (Overcurrent Protection):
در صورت عبور جریان بیش از حد مجاز (خطاهای اتصال کوتاه یا اضافه بار شدید)، رله‌های جریان زیاد وارد مدار شده و با فرمان به کلید قدرت (بریکر) یا دژنکتور تغذیه ترانسفورماتور را قطع می‌کنند. بسته به کاربرد می‌توان از رله‌های ساده حرارتی تا رله‌های دیجیتال پیشرفته استفاده کرد.

ملاحظات تخصصی:
– برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ، حفاظت منحنی زمان-جریان تنظیم می‌شود.
– جریان هجومی اولیه باید از طریق «Inrush Blocking» یا فیلتراسیون مناسب از دید رله جریان زیاد مخفی بماند.

ب. حفاظت دیفرانسیل (Differential Protection):
این سیستم به طور اختصاصی برای شناسایی خطاهای داخلی ترانسفورماتور (بین سیم‌پیچ‌ها یا به زمین) استفاده می‌شود. عمل این رله بر اساس مقایسه جریان ورودی و خروجی است. اختلاف قابل توجه نشانه وقوع خطای داخلی است و فرمان قطع صادر می‌شود.

مزایا:
– دقت بسیار بالا
– واکنش سریع
– ایمنی مطمئن

ج. حفاظت زمین (Earth Fault Protection):
در صورت اتصال سیم‌پیچ به زمین (ارت)، باید بتوان با سرعت بالا تغذیه ترانس را قطع کرد. برای این منظور از رله‌های تشخیص اتصال زمین استفاده می‌شود که به CT های مخصوص وصل می‌شوند.

د. حفاظت برگشتی (Reverse Power / Backfeed Protection):
در واحدهای تولید پراکنده یا پست‌هایی با دو مسیر تغذیه، حفاظت از «برگشت توان» اهمیت می‌یابد تا از آسیب دیدن ترانس یا ژنراتور جلوگیری شود.

هـ. حفاظت فشار بیش از حد (Over Pressure/ Buchholz Relay):
این حفاظت، به‌ویژه روی ترانسفورماتورهای روغنی حیاتی است. رله بوخ هُلتس (Buchholz) تجهیزی است که به تله یا عبور حباب گاز ناشی از تجزیه روغن (در اثر وقوع خطا) واکنش نشان می‌دهد و بدین ترتیب قبل از وقوع انفجار، فرمان قطع یا ارسال آلارم را صادر می‌کند.

۲. حفاظت مکانیکی و حفاظتی تکمیلی

الف. حفاظت حرارتی (Temperature Protection):
افزایش دما می‌تواند به سریع به از دست دادن خاصیت عایقی روغن و سیم‌پیچ‌ها منجر شود. سنسورهای حرارتی (PT100 یا ترموکوپل) یا رله‌های حرارتی متصل به نقطه داغ سیم‌پیچ یا روغن نقش حیاتی دارند.

ب. حفاظت سطح روغن (Oil Level Protection):
سطح روغن پایین خطر بزرگی است که نشتی یا تبخیر غیرعادی را نشان می‌دهد و رله سطح روغن می‌تواند با آلارم یا قطع همراه باشد.

ج. حفاظت فشار داخل تانک (Pressure Relief Device):
در صورت بالا رفتن فشار غیر مجاز، این تجهیز بسرعت فشار را تخلیه می‌کند تا از انفجار جلوگیری شود.

د. حفاظت رطوبت (Breather / Silica Gel):
جذب رطوبت توسط مواد جاذب، از ورود آب به داخل روغن ترانسفورماتور جلوگیری می‌کند.

هـ. حفاظت نشت روغن و گازها (Gas Detector/ Oil Leak Detection):
به خصوص برای پست‌های حساس و بزرگ.

بخش دوم: تجهیزات حفاظت ترانسفورماتور

در این قسمت به معرفی مهم‌ترین تجهیزات و سنسورهای حفاظت ترانسفورماتور پرداخته می‌شود.

۱- رله‌های حفاظتی

انواع رله‌های به‌کاررفته:
الف- رله جریان زیاد (OCR)
ب- رله دیفرانسیل (Differential Relay)
ج- رله زمین (Earth Leakage / Ground Fault Relay)
د- رله بوخ هلتز
ه- رله حرارتی
اکثر رله‌های امروزی دیجیتال بوده (Digital/Microprocessor-based Relays) و قابلیت تنظیم و مانیتورینگ از راه دور دارند.

۲- مبدل‌های جریان (CT) و ولتاژ (VT/PT)

برای عملکرد صحیح حفاظتی، دقت و نسبت تبدیل CT و VTها اهمیت زیادی دارد. معمولاً کلاس دقت 5P10 یا 10P10 (برای حفاظت) استفاده می‌شود.

۳- سنسورهای حرارتی و فشار

– سنسور PT100: رایج برای سنجش نقطه داغ
– ترموستات: کلید حرارتی ساده
– فشارسنج و فشارشکن: همراه با سوئیچ هشدار و قطع

۴- تجهیزات مکانیکی و سیال

– رله بوخلتز (سریال روغنی)
– گِیج سطح روغن
– دستگاه جذب رطوبت (Breather)
– دریچه‌های تخلیه دستی و اتوماتیک

بخش سوم: نکات نصب و اجرای سیستم حفاظت

فرآیند اجرای یک سیستم حفاظتی مطلوب، مراحل تخصصی بسیار دقیقی دارد که به برخی از مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

۱- جانمایی اصولی تجهیزات

– رله‌ها در تابلو کنترل نزدیک محل ترانس یا در اتاق داخلی پست نصب می‌شوند.
– CT و PT باید به گونه‌ای نصب شوند که به راحتی توسط کابل‌های حفاظتی به رله‌ها متصل باشند.
– سنسورها و رله‌های مکانیکی مثل بوخلتز و سطح‌سنج بر روی بدنه بالایی ترانسفورماتور یا منبع انبساط نصب می‌شوند.

۲- سیم‌کشی و کابل‌کشی صحیح

– استفاده از کابل‌های سیگنال شیلددار
– جداسازی مسیرهای فرمان حفاظتی از ولتاژهای قدرت
– نصب صحیح کانال، کاندوئیت و حفاظت مکانیکی کابل‌ها در برابر آسیب

۳- هماهنگی حفاظتی (Grading & Coordination)

لازم است زمان قطع و حساسیت کلیه حفاظت‌های نصب شده (ترانسفورماتور، بریکر خط، فیدر پایین‌دست، بالا‌دست) به گونه‌ای تنظیم شوند که هم خطا سریع رفع شود و هم خاموشی غیرضروری رخ ندهد.

۴- تست و راه‌اندازی (Commissioning)

– تست اولیه عملکرد کلیه رله‌ها با تسترهای تخصصی حفاظت رله
– شبیه‌سازی خطا (Injection Test)
– بررسی عملکرد صحیح مدار فرمان و ارسال سیگنال آلارم
– تست نشتی و صحت عملکرد سنسورهای فشار/سطح/دما

بخش چهارم: خرید تجهیزات و انتخاب برند مناسب

۱- انتخاب رله و تجهیزات حفاظتی
امروزه برندهای مطرح بین‌المللی مثل ABB، Siemens، Schneider Electric، GE و SEL تجهیزات قابل اطمینان الکترونیکی و دیجیتال رله ارائه می‌دهند. در داخل کشور نیز برندهایی نظیر پارس فانال، فناوران برق و زاگرس وجود دارند.

موارد مهم در خرید:
– تناسب ولتاژ و ظرفیت تجهیزات با مشخصات ترانس
– امکان برنامه‌ریزی و تنظیم پارامترهای حفاظتی
– محیط کاری (فضای باز، محیط گرم، شرایط خاص زیست‌محیطی)
– قابلیت مانیتورینگ و اتصال به سیستم‌های اسکادا
– استاندارد و تائیدیه لازم (IEC)

۲- خرید سنسور و تجهیزات جانبی
انواع سنسورهای دما (PT100، ترموکوپل و ترموستات)، رله بوخلتز (Buchholz Relay)، گیج سطح روغن، فشارشکن، رطوبت‌گیر (Breather)، فشارسنج تانک نیز از شرکت‌های معتبر داخلی و خارجی تهیه می‌شوند. کیفیت و دقت تجهیزات ابزار دقیقی اهمیت زیادی دارد.

بخش پنجم: برآورد هزینه‌ها

هزینه‌های حفاظت یک ترانسفورماتور تابع مستقیم قدرت ترانسفورماتور، ارزش استراتژیک پست، طبقه‌بندی ولتاژی و تعداد تجهیزات حفاظتی مورد نیاز است. این هزینه‌ها را می‌توان به دو بخش اصلی تقسیم کرد:

 ۱- هزینه تجهیزات

الف- رله دیجیتال حفاظت دیفرانسیل (Differential Relay)
ب- رله جریان زیاد و زمین
ج- رله بوخلتز
د- سنسورهای دما و سطح
ه- CT حفاظتی
ی- Ingstrummentation مکمل (گیج فشار، Breather، فشارشکن)
ر- تابلو حفاظت و متعلقات

 ۲- هزینه نصب، اجرا و راه‌اندازی

– اجرت کابل‌کشی، نصب و تنظیمات (بسته به قدرت ترانس و محل پروژه)
– تست و راه‌اندازی
– خدمات پس از فروش و سرویس دوره‌ای: قرارداد سالانه یا دوره‌ای، بسته به تعداد تجهیزات

بخش ششم: نکات مهم اجرایی و کاربردی

– تست دوره‌ای (سالانه، فصلی): اطمینان از اطمینان تجهیزات حفاظتی نیازمند تست دوره‌ای است. رله‌هایی که سال‌ها بی‌استفاده‌اند ممکن است دچار خطاهای پنهان شوند.
– آموزش پرسنل: پرسنل بهره‌بردار باید با مفهوم و نحوه واکنش‌ به آلارم آشنا باشند.
– رزرو قطعات یدکی مهم: همواره چند رله یا سنسور حساس رزرو داشته باشید.
– ارتینگ مناسب: وجود سیستم ارتینگ استاندارد جلوی عملکرد غلط حفاظت‌ها را می‌گیرد.

جمع‌بندی پایانی

حفاظت ترانسفورماتور یکی از شاخص‌ترین بخش‌های بهره‌برداری و نگهداری پست‌های برق است که اجرای دقیق و تخصصی آن تضمین‌گر پایداری برق و جلوگیری از خسارت‌های جبران‌ناپذیر است. انتخاب مناسب تجهیزات، نصب اصولی و تست دوره‌ای کلید موفقیت پروژه‌های حفاظت ترانسفورماتور محسوب شده و در هزینه‌های بلندمدت صرفه‌جویی قابل توجهی ایجاد می‌کند.