آشنایی با ترانسفورمر رکتیفایر

 


 

در سیستم های حفاظت کاتدی با روش تزریق جریان ، به منظور تزریق جریان الکتریکی به سازه های تحت حفاظت از ترانسفورمر رکتیفایر استفاده می شود.اصول کار ترانسفورمر رکتیفایر یکسو کردن برق متناوب ورودی ، تزریق و تثبیت جریان به سازه تحت حفاظت می باشد.

ترانسفورمر رکتیفایرهای حفاظت کاتدی مناسب برای کار در شرایط محیطی مختلف نظیر: مرطوب ، غبار آلود، نمک زار، داخل اتاق برق و... به صورت دائم کار تحت بار کامل با قرار گرفتن در شرایط زیر ساخته می شوند:

· حداکثر دما با سایه بان:  50درجه سانتی گراد

· حداکثر دمای سطوح فلزی که به طور مستقیم در معرض تابش نور خورشید قرار دارند: 80درجه سانتی گراد

· حداکثر رطوبت نسبی:  95 درصد

· سطح ایزوکرونیک:      60 (60 روز صاعقه در سال)

· غلظت غبار تقریبی:     70 الی 1400 میلی گرم بر متر مکعب

 

انواع ترانسفورمر رکتیفایر از نظر سیستم های خنک کنندگی

الف) خنک کنندگی با روغن (ONAN)

به منظور بالا بردن قابلیت اطمینان دستگاه در شرایط سخت ، ترانسفورمر رکتیفایرها با خنک کنندگی روغنی ساخته می شوند. در این نوع از ترانسفورمر رکتیفایرها پل یکسوساز و فیلترهای  مورد نظر داخل روغن غوطه ور بوده، روغن داخل مخزن مجهز به نمایشگر سطح، دمای روغن و رطوبت گیر می باشد.

 

ب) خنک کنندگی با هوا (هواخنک) (AN)

این نوع ترانسفورمر رکتیفایرها به طور معمول در رنج های 10 تا 50 ولت و 5 تا 30 آمپر ساخته می شوند، ولی بر اساس تقاضا طراحی و تولید ترانسفورمر رکتیفایر های هوا خنک در توان های بالاتر نیز امکان پذیر می باشد. این نوع سیستم خنک کنندگی را AN می نامند که ترانسفورمر رکتیفایرهای RACKMOUNT جزو این دسته می باشند.

 

انواع ترانسفورمر رکتیفایر از نظر روش های کنترل

الف) کنترل اتوترانسفورمری (REGAVOLT)

در این نوع ترانسفورمر رکتیفایر که با ورودی تکفاز و سه فاز تولید می شوند یک اتو ترانسفورمر متغیر (واریابل) در مدار اولیه ترانسفورماتور دستگاه نصب می گردد.توسط این اتوترانسفورمر، ولتاژ اولیه ترانسفورماتور اصلی بین صفر تا حداکثر قابل تنظیم بوده، بنابراین ولتاژ ثانویه ترانسفورماتورنیز بین صفر تا حداکثر رنج نامی تغییر می یابد، در نتیجه در صورت استفاده از پل یکسوساز دیودی ولتاژ خروجی یکسو شده نیز به همین ترتیب قابل تنظیم خواهد بود.

مزیت این نوع از ترانسفورمر رکتیفایرها تنظیم پیوسته ولتاژ خروجی از صفر تا حداکثر نامی آن می باشد. با توجه به شرح عملکرد ترانسفورمر رکتیفایر اتو ترانسفورمری این دستگاه ها از نوع ولتاژ ثابت محسوب شده که جریان مورد نیاز با تنظیم ولتاژ تامین خواهد گردید. ضعف عمده این ترانسفورمر رکتیفایرها این است که با تغییر مقاومت الکتریکی معادل سیستم حفاظت کاتدی (به هر دلیل مانند: بارندگی، خشکی الکترولیت خاک و ...) به دلیل تثبیت ولتاژ در رنج تنظیمی میزان جریان تغییر یافته که در نتیجه نیاز به تنظیم مجدد ترانسفورمر رکتیفایر می باشد.

 

ب)  کنترل الکترونیکی با یکسو ساز تریستوری

در این نوع از ترانسفورمر رکتیفایرها از پل یکسوساز تریستور استفاده می شود و به طور معمول یکسوساز از نوع تمام موج و نیمه کنترل یا تمام کنترل شونده بوده که در ثانویه ترانسفورماتور کاهنده نصب می گردد و با تغییر زاویه آتش تریستورها توسط مدار کنترل الکترونیک ، توان خروجی دستگاه تغییر خواهد یافت.

در رکتیفایرهای تریستوری بسته به نیاز و شرایط بهره برداری می توان کنترل را بر مبنای جریان (Current Source) یا تثبیت ولتاژ (Voltage Source) در نظر گرفت.

 

1)  ولتاژ ثابت (Constant Voltage)

در ترانسفورمر رکتیفایرهای ولتاژ ثابت، واحد کنترل الکترونیک از ولتاژ خروجی بازخورد (فیدبک) گرفته و با تغییر در ولتاژ ورودی و جریان خروجی، ولتاژ خروجی را در مقدار تنظیم شده قبلی تثبیت می نماید. ضعف ترانسفورمر رکتیفایرهای ولتاژ ثابت مانند ترانسفورمر رکتیفایرهای اتو ترانسفورمری می باشد. بدین صورت که کاهش جریان تزریقی (در اثر افزایش مقاومت زمین) مشکل عدم حفاظت کاتدی و در صورت افزایش جریان تزریقی (در اثر کاهش مقاومت معادل سیستم تحت حفاظت) موجب صدمه دیدن پوشش سازه تحت حفاظت کاتدی خواهد شد.

 

2)  کنترل جریان (Constant Current)

به منظور برطرف نمودن مشکل بازدید و تنظیم ترانسفورمر رکتیفایرهای ولتاژ ثابت، ترانسفورمر رکتیفایرهای با جریان ثابت و کنترل الکترونیکی (AMP - O - MATIC) ساخته و به بازار عرضه گردیده است. در ترانسفورمر رکتیفایرهای جریان ثابت، با تغییر مقاومت معادل سیستم تحت حفاظت، میزان جریان خروجی تغییر نیافته و ثابت مانده و این امر باعث تغییر ولتاژ خروجی ترانسفورمر رکتیفایر خواهد شد. بدین صورت اگر بنا به دلایلی مقاومت معادل سیستم تحت حفاظت افزایش یابد برای تثبیت جریان تزریقی، ولتاژ خروجی متناسب با مقاومت معادل مدار افزایش می یابد.تثبیت جریان خروجی بوسیله واحد کنترل الکترونیک و با تغییر زاویه آتش تریستورها انجام می پذیرد. واحد کنترل الکترونیک با نمونه گیری از جریان خروجی دستگاه (بوسیله یک شنت نمونه گیر) هر گونه تغییر در مقدار جریان تنظیم شده را تشخیص داده و با تغییر زاویه آتش تریستورها، جریان خروجی را در مقدار تنظیم شده تثبیت می نماید. در صورتیکه به دلیل تغییر شرایط محیطی (به طور مثال تغییر فصل) مقاومت معادل سیستم تحت حفاظت افزایش یابد ، ولتاژ خروجی تا 10 درصد بیشتر از ولتاژ نامی دستگاه در جهت تثبیت جریان ترانسفورمر رکتیفایر افزایش یافته و از تغییر جریان تزریقی تنظیم شده جلوگیری می نماید.

 

ج)  کنترل الکترونیکی/اتو ترانسفورمری (اتوماتیک/دستی)

به منظور افزایش قابلیت اعتماد ترانسفورمر رکتیفایرهای کنترل الکترونیکی و اطمینان از تضمین خروجی دستگاه در مواقع بروز مشکل در واحد کنترل الکترونیک این نوع ترانسفورمر رکتیفایر توصیه می گردد.

از آنجاییکه ترانسفورمر رکتیفایرهای حفاظت کاتدی به طور معمول در شرایط آب و هوایی بد و در نقاط دوردست نصب می شوند و اشکال در سیستم کنترل الکترونیک آنها موجب وقفه زمانی جهت تعمیر ترانسفورمر رکتیفایرهای مذکور در زمان خرابی آنها شده، در نتیجه باعث عدم حفاظت کاتدی سازه مذکور و نهایتا خسارت های جبران ناپذیر می گردد. در این شرایط استفاده از ترانسفورمر رکتیفایرهای کنترل الکترونیکی/ اتو ترانسفورمری مقرون به صرفه می باشد. بدین ترتیب در صورت بروز مشکل در واحد کنترل الکترونیک خروجی دستگاه قطع نشده و ترانسفورمر رکتیفایر بوسیله اتو ترانسفورمر کارکرد خود را ادامه خواهد داد.

در این نوع از ترانسفورمر رکتیفایر یک دستگاه واریاک در اولیه ترانسفورماتور اصلی نصب شده و پل یکسوساز نیز از نوع تریستوری می باشد، در عین حال مداری بر روی بخش یکسوساز تعبیه گردیده و در مواقعی که ترانسفورمر رکتیفایر در حالت رگاولتی قرارداده شود تریستورها مانند دیود عمل نموده و با تغییر اتوترانسفورمر، خروجی دستگاه نیز تغییر می یابد. شایان ذکر است اتو ترانسفورمر دستگاه در حالت کنترل الکترونیکی نیز در مدار بوده و تنظیم خروجی به صورت هم زمان توسط اتو ترانسفورمر و واحد کنترل الکترونیک قابل انجام است.

 

د)  ترانسفورمر رکتیفایر کنترل هوشمند (Smart)

با توجه به اینکه پیشرفت فن آوری میکروپروسسورها و کاربرد وسیع آن در صنایع مختلف به خصوص کنترل و حفاظت، بسیار چشمگیر و قابل توجه بوده و همچنین کارشناسان و متخصصین حفاظت کاتدی نیز همواره در پی بهره گیری از روش و ابزارهای نو برای بهبود سیستم های حفاظت کاتدی بوده اند، در همین راستا از قابلیت برنامه ریزی و ذخیره اطلاعات، همچنین دریافت گزارش های مختلف از میکروپروسسورها استفاده نموده و ضمن افزایش قابل توجه دقت حفاظت، افزایش طول عمر تجهیزات مورد حفاظت، صرفه جویی در بازرسی های دوره ای میدانی کارشناسان کاتدی، دسترسی سریع به اطلاعات و ارقام را فراهم آورده اند.

شرکت برنا الکترونیک ترانسفورمر رکتیفایرهای حفاظت کاتدی با کنترل هوشمند را با دانش و فن آوری روز دنیا برای اولین بار در ایران به طور کامل طراحی و ساخته است. در این ترانسفورمر رکتیفایر با بهره گیری از میکروکنترل های صنعتی قابلیت های بسیار زیادی به سیستم حفاظت کاتدی اضافه شده است. 

سیستم حفاظت کاتدی هوشمند، جهت نصب در مجتمع های پالایشگاهی، نیروگاه ها، صنایع پتروشیمی، خطوط لوله بین شهری و ... بسیار ایده آل می باشد. در سیستم مذکور پتانسیل نقاط مختلف سیستم نسبت به الکترولیت خاک به صورت دائم (توسط نیم پل ثابت) به ترانسفورمر رکتیفایر منتقل شده و دستگاه بوسیله کنترل کننده هوشمند با تنظیم جریان خروجی، ولتاژ کلیه نقاط تحت تست در محدوده معیار حفاظت کاتدی قرار می دهد . قسمت های اصلی این سیستم ها عباتند از:

ترانسفورمر رکتیفایر با کنترل میکروپروسسوری یا میکرو کنترلری

نیم پیل ثابت (الکترودهای مرجع دائمی)

 

د-1)  ترانسفورمر رکتیفایر هوشمند کنترل تک رفرنس (Constant Potential)

در سیستم های حفاظت کاتدی هوشمند تک رفرنس، به منظور تنظیم جریان تزریقی از یک نیم پیل دائم بهره گیری می شود. بدین ترتیب که با سنجش پیوسته پتانسیل سازه تحت حفاظت کاتدی نسبت به الکترولیت در تماس با سازه، جریان خروجی ترانسفورمر رکتیفایر تنظیم می گردد. اساس کار واحد کنترل ترانسفورمر رکتیفایر هوشمند، کنترل پیوسته پتانسیل رفرنس مرجع و براساس آن تغییر عرض پالس و زاویه آتش تریستورها که نتیجه آن تغییر جریان خروجی می باشد، فرآیند این عمل تثبیت پتانسیل رفرنس مرجع در محدوده معیار حفاظت کاتدی می باشد.

 

د-2)  ترانسفورمر رکتیفایر هوشمند کنترل چند رفرنس 

در سیستم های حفاظت کاتدی هوشمند چند رفرنس، به منظور تنظیم جریان تزریقی از چند نیم پیل دائم جهت بازخورد (فیدبک) پتانسیل به واحد کنترل بهره گیری می شود.

 واحد میکروپروسسوری این ترانسفورمر رکتیفایرها از 4 بخش زیر تشکیل شده است:

1- واحد دریافت کننده نمونه های ورودی (پتانسیل های نیم پیل های دائم)

2- واحد پردازش ورودی

3- واحد خروجی نمایشگرها

4- واحد خروجی آنالوگ

 

واحد ورودی قابلیت دریافت و پردازش نمونه ها را دارد. واحد پردازش ابتدا تمامی نمونه ها را از ورودی دریافت نموده، سپس با توجه به میزان پتانسیل های نیم پیل ها نمونه خروجی آنالوگ را افزایش یا کاهش می دهد. این عملکرد باعث تنظیم نمونه ها در بهترین حالت می گردد.

در حالتی که پتانسیل نیم پیل ها در محدوده معیار حفاظتی قرار گیرند خروجی ثابت باقی می ماند. در طی این فرآیند، واحد پردازش، اطلاعات مورد نیاز را از طریق نمایشگر به کاربر انتقال می دهد. اگر در زمان کارکرد سیستم حفاظت کاتدی، میزان پتانسیل نمونه ها تغییر یابد، واحد پردازش بلافاصله با تغییر خروجی واحد آنالوگ، سیستم حفاظت کاتدی را با شرایط جدید نمونه ها تطبیق می دهد.

یکی از خصوصیات ترانسفورمر رکتیفایرهای هوشمند، امکان ارتباط سریال بر اساس استاندارد RS485 می باشد. این ارتباط امکان ایجاد یک شبکه با توپولوژی Bus را فراهم آورده است. براساس این توپولوژی همه دستگاه های ترانسفورمر رکتیفایر از طریق یک ارتباط دو سیمه به یکدیگر متصل شده و در نهایت به یک دستگاه سرور (که سرور مذکور توانایی تبادل اطلاعات و کنترل با رایانه دارد) متصل می شوند.

هریک از ترانسفورمر رکتیفایرها دارای یک آدرس مختص به خود در داخل سرور اصلی می باشند. شروع هر ارتباطی همواره از سرور خواهد بود، به این صورت که ابتدا سرور یک سیگنال که محتوی آدرس واحد مورد نظر برای برقراری ارتباط است را بر روی Bus قرار می دهد. بنابراین آدرس توسط تمامی واحدها دریافت شده و واحدی که آدرس ارسالی از سرور با آن برابر باشد آماده دریافت اطلاعات بعدی می نماید. و سیگنال بعدی حاوی فرمان دریافت و ارسال اطلاعات بوده، سپس امکان ارسال فرمان های دیگر فراهم می آورد.

با روند ذکر شده در بالا امکان دریافت گزارش های مختلف از وضعیت سیستم حفاظت کاتدی و پتانسیل رفرنس ها فراهم می باشد. همچنین امکان فرمان به هر یک از ترانسفورمر رکتیفایرها و در نتیجه تنظیم پتانسیل رفرنس ها در محدوده حفاظت امکان پذیر می گردد.

تبادل اطلاعات از طریق تلفن ثابت (در صورت امکان) و سیم کارت تلفن همراه نیز امکان پذیر می باشد، در همین خصوص یک واحد واسطه (Interface) به واحد کنترل کننده متصل شده و از طریق تماس تلفنی اطلاعات و فرمان های مربوطه منتقل می گردد.

ترانسفورمر رکتیفایرهای هوشمند دارای وضعیت Local و Remote بوده، در حالت Remote کنترل سیستم حفاظت کاتدی توسط سرور انجام پذیرفته و در حالت Local تنظیم مورد نیاز در محل ایستگاه ها و توسط اپراتور صورت می گیرد.