در این صفحه
بوشینگ ترانسفورماتور یک رابط عایقشده حامل جریان است که به سرسیم سیمپیچ ترانسفورماتور اجازه میدهد بدون ایجاد تماس الکتریکی، از بدنه فلزی ارتشده عبور کند. این قطعه جداسازی دیالکتریک و پشتیبانی مکانیکی را فراهم میکند؛ بسته به طراحی، مجموعه بوشینگ نصبشده همچنین به حفظ مرز مایع یا گاز ترانسفورماتور کمک میکند.
این موقعیت در سیستم، کلید درک این قطعه است. بوشینگ صرفاً محفظه چینی یا پلیمری قابل مشاهده در بالای ترانسفورماتور نیست. این قطعه، گذرگاه کامل بین یک هادی داخلی برقدار، بدنه یا فلنج ارتشده و اتصال خارجی سیستم قدرت است.
بوشینگ ترانسفورماتور در کجا قرار دارد؟
در داخل ترانسفورماتور، سرسیم سیمپیچ باید به یک هادی هوایی خارجی، کابل، باسداکت یا کانکتور جداشونده متصل شود. از آنجا که بدنه ترانسفورماتور معمولاً ارت میشود، سرسیم نمیتواند مستقیماً از دیوار فلزی عبور کند. بوشینگ مسیر عایقی کنترلشدهای را از میان این مرز ایجاد میکند.
یک چیدمان معمول شامل موارد زیر است:
- یک هادی مرکزی حامل جریان یا یک مسیر برای سیم یا میله کششی (draw lead or draw rod)؛;
- عایق داخلی بین هادی و فلنج نصب ارتشده؛;
- یک محفظه عایق خارجی دارای پره (sheds) که در آن به عایقبندی هوایی و فاصله خزشی نیاز است؛;
- یک فلنج یا ساختار نصب که به تانک ترانسفورماتور متصل شده است؛;
- ترمینالها یا سختافزار اتصال در سمت ترانسفورماتور و سیستم؛ و
- آببندهای مناسب برای محیط عایقی ترانسفورماتور و طراحی بوشینگ.
این امر منجر به یک مدل سیستم ساده میشود:
سیمپیچ ترانسفورماتور → هادی داخلی → هادی بوشینگ → ترمینال خارجی → هادی سیستم قدرت
تانک زمینشده بخشی از این مسیر را احاطه میکند، بنابراین بوشینگ باید هم تنش الکتریکی و هم نفوذ فیزیکی به تانک را مدیریت کند.
بوشینگ ترانسفورماتور چه کاری انجام میدهد؟
این قطعه چندین عملکرد مرتبط را در همان مرز انجام میدهد.
| عملکرد | آنچه بوشینگ باید انجام دهد | آنچه در صورت از دست رفتن عملکرد ممکن است رخ دهد |
|---|---|---|
| عبور جریان | فراهم کردن یک مسیر رسانای پیوسته بین سرسیم سیمپیچ و مدار خارجی | گرمایش موضعی، آسیب به اتصال، یا قطع پیوستگی |
| فراهم کردن عایقبندی دیالکتریک | جدا نگه داشتن هادی برقدار از تانک و فلنج متصل به زمین | جرقه سطحی یا شکست عایق داخلی |
| کنترل تنش الکتریکی | شکلدهی به میدان الکتریکی از طریق هندسه و در طراحیهای درجهبندیشده، لایههای رسانای داخلی | تمرکز بیش از حد تنش و فرسودگی عایق |
| تحمل بارهای مکانیکی | نگه داشتن ترمینال و هادی در موقعیت خود تحت بارهای کاری عادی | ترکخوردگی، جابجایی، آسیب به آببندی یا تنش در اتصالات |
| حفظ مرز تجهیزات | کمک به جلوگیری از نشت مایع یا گاز عایق و ورود رطوبت یا آلایندهها، در مواردی که طراحی بخشی از آن مرز را تشکیل میدهد | نشت، آلودگی یا کاهش یکپارچگی دیالکتریک |
این عملکردها به یکدیگر وابسته هستند. برای مثال، یک واشر آسیبدیده تنها یک مشکل مکانیکی نیست: نفوذ رطوبت یا از دست رفتن محیط عایق ممکن است بر عملکرد دیالکتریک نیز تأثیر بگذارد.
بوشینگ ترانسفورماتور چگونه کار میکند؟
اصل اساسی، عایقبندی کنترلشده بین دو پتانسیل الکتریکی است. هادی مرکزی برقدار است، در حالی که فلنج نصب و مخزن ترانسفورماتور در پتانسیل زمین قرار دارند. ماده عایق بین آنها باید ولتاژ موجود در آن مرز را بدون سوراخشدگی، جرقه سطحی (فلشاوور) یا جریان نشتی غیرقابلقبول تحمل کند.
در سمت هوا، محفظه فاصله هوایی و مسیر خزشی طولانیتری را در امتداد سطح فراهم میکند. پرهها (Sheds) آن مسیر سطحی را افزایش داده و به مدیریت شرایط محیطی کمک میکنند. هندسه مورد نیاز به ولتاژ، شرایط آلودگی، هماهنگی عایقی و مشخصات طراحی قابل اعمال بستگی دارد.
در داخل یک بوشینگ از نوع جامد یا یکپارچه, ، عایقبندی عمدتاً به ماده دیالکتریک حجیم و هندسه قطعه متکی است. این طراحیها معمولاً با اتصالات ترانسفورماتور ولتاژ پایینتر مرتبط هستند، اگرچه کاربرد صحیح آن به جای برچسب ولتاژ عمومی، به درجهبندی تأییدشده بوشینگ بستگی دارد.
در یک بوشینگ با درجهبندی ظرفیت خازنی, ، لایههای درجهبندی رسانا در داخل عایق اصلی و در اطراف هادی مرکزی قرار میگیرند. این لایهها مجموعهای کنترلشده از ظرفیتهای خازنی را تشکیل میدهند که تنش الکتریکی را بهطور یکنواختتر بین هادی و فلنج زمینشده توزیع میکند. این ساختار هسته خازنی بهطور گسترده در مواردی استفاده میشود که تنش ولتاژ نیازمند کنترل دقیقتر میدان است.
لایههای درجهبندی، ترمینالهای حامل جریان اضافی نیستند. هدف آنها کنترل میدان الکتریکی در داخل سیستم عایق است.
انواع بوشینگ ترانسفورماتور: از محور طبقهبندی صحیح استفاده کنید
بسیاری از مقالات یک فهرست طولانی از “انواع” بوشینگ ارائه میدهند، اما این برچسبها اغلب به مسائل مهندسی متفاوتی اشاره دارند. رویکرد شفافتر، تفکیک چهار محور طبقهبندی است.
| محور طبقهبندی | دستهبندیهای اصلی | طبقهبندی چه چیزی را به شما میگوید |
|---|---|---|
| ساختار الکتریکی | جامد/تودهای؛ درجهبندی ظرفیت خازنی/خازنی | عایق اصلی چگونه تنش الکتریکی را مدیریت میکند |
| فناوری عایق اصلی | کاغذ آغشته به روغن (OIP)؛ کاغذ آغشته به رزین (RIP)؛ مواد مصنوعی آغشته به رزین (RIS) | سیستم مواد مورد استفاده در طراحی هسته خازنی یا بوشینگ |
| رابط سرویس | مایع به هوا؛ مایع به مایع؛ مایع به گاز؛ هوا به هوا، بسته به تجهیزات | بوشینگ کدام محیطهای عایقی را به هم متصل میکند |
| ترمینال یا رابط تجهیزات | اتصال کششی (Draw-lead)، میله کششی (Draw-rod)، اتصال از پایین، جعبه کابل، بخش برقدار (live-front)، بخش غیربرقدار (dead-front) و سایر چیدمانهای خاص کاربردی | نحوه اتصال هادی و سیستم خارجی |
این دستهبندیها نباید به عنوان جایگزینهای متقابل و انحصاری در نظر گرفته شوند. یک بوشینگ ممکن است دارای طراحی با درجهبندی خازنی، RIP، و مایع به هوا با چیدمان ترمینال خاصی باشد. هر برچسب، ویژگی متفاوتی را توصیف میکند.
بوشینگهای جامد یا نوع حجیم
ساختار جامد/حجیم از یک بدنه عایقی نسبتاً ساده و بدون هسته خازنی استفاده میکند. پرسلان، اپوکسی یا سایر مواد دیالکتریک، عایق اصلی را فراهم میکنند و برخی طراحیها نیز از روغن ترانسفورماتور در فضای اطراف هادی استفاده میکنند. ساختار دقیق متفاوت است، بنابراین واژه “جامد” نباید به این معنی تفسیر شود که تمام بخشها فاقد مایع هستند.
این دستهبندی اغلب در سیمپیچهای ولتاژ پایینتر و تجهیزات توزیع استفاده میشود. با این حال، همچنان باید بر اساس مقادیر نامی ولتاژ، جریان، عایقبندی، ابعاد و شرایط محیطی واقعی آن مشخص گردد.
بوشینگهای با درجهبندی خازنی یا کندانسوری
یک بوشینگ کندانسوری شامل یک هسته مهندسیشده با لایههای درجهبندی رسانا است که در فواصل محاسبهشده تعبیه شدهاند. شبکه خازنی حاصل، تنش ولتاژ شعاعی و محوری را مؤثرتر از هندسه به تنهایی کنترل میکند.
برخی از بوشینگهای درجهبندیشده شامل یک تپ تست یا تپ ولتاژ هستند که به لایه درجهبندی بیرونی متصل است. این ویژگی امکان اندازهگیری وضعیت را در طراحیهای سازگار فراهم میکند، اما استفاده، نحوه اتصال به زمین و روش تست آن بر عهده پرسنل واجد شرایط و طبق دستورالعملهای سازنده بوشینگ است. این یک اتصال الکتریکی عمومی نیست.
بوشینگهای OIP، RIP و RIS
مخففهای زیر نشاندهنده فناوریهای اصلی عایقبندی هستند و نه سه کلاس کاربردی جهانی:
- OIP — کاغذ آغشته به روغن: یک هسته کندانسوری مبتنی بر کاغذ که با روغن عایق آغشته شده است.
- RIP — کاغذ آغشته به رزین: یک هسته خازنی بر پایه کاغذ که با رزین آغشته و پخته شده است تا یک بدنه جامد تشکیل دهد.
- RIS — مواد مصنوعی آغشته به رزین: یک فناوری هسته خازنی که از مواد مصنوعی آغشته به رزین استفاده میکند.
فناوری بهتنهایی تعیینکننده مناسب بودن نیست. مشخصات کامل بوشینگ باید شامل رتبهبندی الکتریکی، رابط، هندسه نصب، عایق خارجی، محیط ترانسفورماتور، وظیفه مکانیکی و دادههای تأییدشده سازنده باشد.
آیا بوشینگهای Live-Front و Dead-Front انواع متفاوتی هستند؟
آنها توصیفکننده قابلیت دسترسی و شیلدینگ یک رابط اتصال هستند، بهویژه در تجهیزات توزیع نصبشده روی سکو (pad-mounted). ترمینال Live-Front در هنگام دسترسی به محفظه دارای قطعات برقدار در معرض دید است، در حالی که سیستم Dead-Front از کانکتورهای جداشونده شیلددار استفاده میکند که برای ایجاد یک سطح خارجی زمینشده در صورت مونتاژ صحیح طراحی شدهاند.
این تمایز مهم است، اما همان طبقهبندی جامد در مقابل درجهبندی خازنی یا OIP در مقابل RIP نیست. ترکیب این اصطلاحات در یک لیست واحد، تصمیمات طراحی که واقعاً نشاندهنده آنها هستند را پنهان میکند.
کدام رتبهبندیهای بوشینگ ترانسفورماتور اهمیت دارند؟
نام یا برچسب جنس برای شناسایی یک بوشینگ جایگزین یا جدید کافی نیست. فیلدهای زیر محدودیتهای اصلی مهندسی را توضیح میدهند، اما جایگزین فرآیند انتخاب مورد تایید سازنده نمیشوند.
| فیلد رتبهبندی یا مشخصات | چرا مهم است |
|---|---|
| بالاترین ولتاژ برای تجهیزات (Um) یا کلاس ولتاژی قابل اعمال | مرز ولتاژ سیستم عایقی مورد استفاده با استاندارد مربوطه و مشخصات تجهیزات را تعیین میکند |
| جریان نامی | به عملکرد جریاندهی مداوم و افزایش دما در شرایط ذکر شده مربوط میشود |
| سطح عایقی | سطوح تحمل فرکانس قدرت و ضربه مورد نیاز برای هماهنگی عایقی را تعریف میکند |
| فاصله خزش و پروفیل عایق خارجی | مربوط به عملکرد عایقبندی سطحی و قرارگیری در معرض محیط یا آلودگی |
| فرکانس و وظیفه AC/DC | از اعمال خودکار استاندارد یا طراحی بوشینگ AC به یک سیستم DC جلوگیری میکند |
| رابط سرویس | سازگاری با هوا، مایع ترانسفورماتور، تجهیزات با عایق گازی یا سایر محیطها را تأیید میکند |
| آرایش هادی و ترمینال | اتصال الکتریکی، مسیر جریان و سازگاری نصب را تعیین میکند |
| فلنج و رابط ابعادی | تعیین میکند که آیا بوشینگ از نظر فیزیکی مناسب است و مرز تجهیزات مورد نیاز را حفظ میکند یا خیر |
| الزامات مکانیکی و محیطی | پوششدهی بارهای ترمینال، نیازهای لرزهای، ارتفاع، شرایط دمایی و محیط نصب در صورت کاربرد |
| دادههای مرجع ظرفیت خازنی و اتلاف/ضریب توان | ارائه اطلاعات شرایط پایه برای بوشینگهای درجهبندیشده سازگار و برنامههای تشخیصی تأییدشده |
اصطلاحات ولتاژ بسته به استاندارد و بازار متفاوت است. راهنمای VIOX برای طبقهبندی ولتاژ پایین، متوسط و بالا توضیح میدهد که چرا برچسبهای غیررسمی ولتاژ نباید جایگزین مقادیر موجود در اسناد بوشینگ و ترانسفورماتور شوند.
بوشینگ ترانسفورماتور در مقابل شین یا مقره اتکایی
هر سه قطعه از مواد دیالکتریک استفاده میکنند، اما در موقعیتهای متفاوتی قرار گرفته و مشکلات متفاوتی را در سیستم الکتریکی حل میکنند.
| کامپوننت | موقعیت اصلی در سیستم | آیا جریان را عبور میدهد؟ | آیا از یک محفظه زمینشده عبور میکند؟ | وظیفه اصلی |
|---|---|---|---|---|
| بوشینگ ترانسفورماتور | مرز تانک ترانسفورماتور | هادی مرکزی یا سیم رابط (draw lead) جریان را حمل میکند | بله | انتقال یک اتصال برقدار از میان تانک زمینشده ضمن حفظ عایقبندی و یکپارچگی مکانیکی |
| مقره شین (Busbar insulator) | در داخل تابلوهای برق، پنلها، باسویها یا مجموعههای توزیع | در حالت عادی خیر | در حالت عادی خیر | نگهداری و جداسازی شین از سازههای زمینشده یا سایر هادیها |
| مقره اتکایی | بین یک هادی/قطعه و سطح نصب آن | در حالت عادی خیر | خیر | حفظ فاصله فیزیکی و عایقبندی دیالکتریک در حین نگهداری قطعه نصبشده |
برای مرز قطعه مجاور، ببینید عایق باسبار چیست؟ و مقایسه VIOX مقرههای اتکایی در مقابل مقرههای شین.
تفاوت اساسی این است که بوشینگ ترانسفورماتور یک گذرگاه الکتریکی است. یک مقره شین یا اتکایی معمولاً از یک قطعه حامل جریان مجزا پشتیبانی میکند، نه اینکه اتصال نفوذی به مخزن را تشکیل دهد.
چه چیزی نشان میدهد که بوشینگ ترانسفورماتور ممکن است نیاز به ارزیابی داشته باشد؟
شرایط قابل مشاهدهای که نیاز به بررسی دارند میتوانند شامل موارد زیر باشند:
- عایق خارجی ترکخورده، لبپر شده، سوراخشده یا بهشدت آلوده؛;
- نشت روغن یا سایر واسطهای عایقی در اطراف بوشینگ یا ناحیه نصب؛;
- ترمینالهای آسیبدیده، اتصالات خارجی شل، یا گرمای غیرعادی نسبت به فازهای مشابه تحت بار یکسان؛;
- خوردگی، جابجایی قطعات سختافزاری، آسیب به درزگیرها، یا حرکت مکانیکی قابل مشاهده؛;
- صدای غیرعادی، شواهد تخلیه الکتریکی، ردپای جریان خزشی (Tracking)، یا آثار جرقه (Flashover)؛ و
- تغییرات در ظرفیت خازنی یا ضریب اتلاف دیالکتریک/ضریب توان که توسط یک برنامه ارزیابی وضعیت تأییدشده شناسایی شده باشد.
اینها نشانگرهای وضعیت هستند، نه تشخیصهای کلی. معنای آنها به فناوری بوشینگ، طراحی، دما، بارگذاری، روش تست، سوابق مرجع و راهنماییهای سازنده بستگی دارد.
بوشینگهای ترانسفورماتور بخشی از تجهیزات پرانرژی هستند. از لمس کردن، تمیز کردن، جدا کردن، برداشتن اتصال زمینِ تپ تست، یا تلاش برای تست کردن بوشینگ در حین کار خودداری کنید. شرایط غیرعادی باید تحت قوانین ایمنی مالک دارایی و توسط پرسنل واجد شرایط با استفاده از مستندات سازنده و یک طرح تأییدشده برای ایزولاسیون، اتصال زمین و تست، ارزیابی شوند.
کدام استاندارد بوشینگهای ترانسفورماتور را پوشش میدهد؟
IEC 60137:2017 مشخصات و تستهای بوشینگهای عایقدارِ عرضهشده بهصورت جداگانه را که در ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات الکتریکی در سیستمهای AC سهفاز با بالاترین ولتاژ تجهیزات بالای 1,000 V و فرکانس قدرت از 15 Hz تا 60 Hz استفاده میشوند، تعیین میکند. این استاندارد همچنین مواردی را که نیاز به توافق ویژه دارند، از جمله کاربردهای خاص DC، مشخص مینماید.
این بیانیه دامنه کاربرد به دو دلیل اهمیت دارد:
- استاندارد IEC 60137 ثابت نمیکند که یک بوشینگ خاص مطابقت دارد؛ انطباق مستلزم ارائه شواهد معتبر و مختص به محصول است.
- این استاندارد نباید بهطور خودکار برای هر بوشینگ فشار ضعیف، DC، یکپارچه یا کاربرد-محور اعمال شود.
استانداردهای تکمیلی یا مشخصات تجهیزات ممکن است بر ابعاد، عملکرد DC، تاییدیه لرزهای، عملکرد در برابر آلودگی، یکپارچهسازی ترانسفورماتور یا الزامات منطقهای حاکم باشند. همیشه مجموعه کامل استانداردها را برای نصب واقعی بررسی کنید.
مدل ذهنی صحیح
برای درک هر بوشینگ ترانسفورماتور، چهار سوال را به ترتیب بپرسید:
- مرز کجاست؟ هادی برقدار، فلنج یا تانک زمینشده و محیطهای عایقی در هر دو سمت را شناسایی کنید.
- تنش الکتریکی چگونه کنترل میشود؟ تعیین کنید که ساختار از نوع توپر/یکپارچه است یا دارای درجهبندی خازنی.
- از چه فناوریهای عایقی و رابطی استفاده شده است؟ OIP، RIP، RIS، محفظه خارجی، رابط سرویس و آرایش ترمینال را بهطور جداگانه شناسایی کنید.
- کدام رتبهبندیهای تأییدشده بر این کاربرد حاکم هستند؟ ولتاژ، جریان، سطح عایقی، ابعاد، محیط، عملکرد مکانیکی و دادههای سازنده را بررسی کنید.
این مدل از یک اشتباه رایج جلوگیری میکند: انتخاب بوشینگ بر اساس یک برچسب متریال یا شرح ولتاژ کلی، در حالی که از رابط تانک و مجموعه کامل رتبهبندیها غفلت میشود.
سوالات متداول
آیا بوشینگ ترانسفورماتور همان مقره است؟
یک بوشینگ ترانسفورماتور دارای سیستم عایقی است، اما عملکرد عبوری (feedthrough) خاصتری را انجام میدهد. این قطعه به یک هادی برقدار اجازه میدهد تا از میان تانک ترانسفورماتور که دارای ارت حفاظتی است، عبور کند. یک مقره مستقل معمولاً بدون ایجاد نفوذ در تانک، از هادی پشتیبانی کرده یا آن را جدا میکند.
آیا تمام بوشینگهای ترانسفورماتور فشار قوی با روغن پر شدهاند؟
خیر. OIP یک فناوری تثبیتشده است، اما طراحیهای کاغذ آغشته به رزین (RIP) و کندانسورهای مصنوعی آغشته به رزین (RIS) نیز وجود دارند. ترانسفورماتور ممکن است با مایع پر شده باشد، حتی زمانی که عایق اصلی بوشینگ یک سیستم رزین آغشتهشده جامد باشد.
تفاوت بین بوشینگ و ترمینال ترانسفورماتور چیست؟
ترمینال نقطه اتصال برای هادی خارجی است. بوشینگ، عبورگاه عایقبندیشده کاملی است که بین آن ترمینال، اتصال داخلی ترانسفورماتور و تانک متصل به زمین قرار دارد. ترمینال ممکن است بخشی از مجموعه بوشینگ باشد.