امروزه همه كشورهای صنعتی، به كاركرد و تولید بی‌نقص و انتقال و توزیع پیوسته قدرت الكتریكی وابسته‌اند. ترانسفورماتورها برای ارتباط و اتصال سیستم‌های انرژی با سطوح ولتاژ متفاوت بعنوان مهمترین دستگاه بخش انتقال و توزیع مطرح هستند. در نتیجه خرابی آن ها می‌تواند باعث بروز وقفه در تغذیه شبكه و در نتیجه پیامدهای مخرب آن گردد. تخلیه‌جزیی (PD) در واقع اصلی‌ترین منبع خرابی عایق در ترانس های قدرت می‌باشد. وجود تخلیه‌جزیی با گذشت زمان باعث تخریب عایق بین سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور و در نهایت شكست كامل عایقی و انهدام ترانس خواهد شد. تخلیه جزیی یا partial discharge در واقع به جرقه‌های كوچك درون یك ماده عایقی كه در یك میدان الكتریكی قوی، واقع شده گویند. عامل اصلی ایجاد این جرقه‌ها میدان الكتریكی غیر یكنواخت می‌باشد.

ناهمگونی میدان ناشی از عوامل مختلفی است كه هر یك از این عوامل بوجود آورنده انواع تخلیه می‌باشند كه عبارتند از:

1. تخلیه داخلی عایق ها: كه در اثر وجود حفره ها و یا ناخالصی‌ها درون ماده عایقی ایجاد می‌شود.
2. تخلیه سطحی: در اثر آلودگی و یا ناهمواری های سطوح عایق پدیدار می‌گردد.
3. كرونا: ناشی از وجود لبه‌های نوك تیز در الكترودهای متصل به ولتاژ فشارقوی است.

   وجود تخلیه‌جزیی در ترانس امری بدیهی و اجتناب ناپذیر می‌باشد. حتی در ترانس های نو نیز شاید تخلیه‌هایی در حد چند پیكوكولن قابل اندازه‌گیری باشند و استاندارد، میزان تخلیه مجاز برای تجهیزات مختلف را تعیین می‌نماید.

عوارض ناشی از PD عبارتند از:

1. تشعشعات نورانی
2. امواج صوتی
3. فرایند شیمیایی
4. افزایش ناگهانی و پالس های الكتریكی

   با بررسی و اندازه‌گیری هر یك از عوارض مذكور می‌توان به شدت و میزان تخلیه‌جزیی پی‌برد. بسیاری از كارشناسان عقیده دارند اندازه‌گیری و ارزیابی PD جهت تعیین وضعیت عایقی و تخمین عمر باقیمانده سودمند خواهد بود.

   هر یك از روش های آشكارسازی عوامل ناشی از PD مزایا و معایب خاص خود را دارند كه باعث می‌گردد هر یك از این روش ها در تجهیزات مختلف ارجحیت یابند. به عنوان مثال در ترانسفورماتورها، آشكارسازی نوری بدلیل وجود عایق غیر شفاف كاملا بلا استفاده است. آشكارسازی صوتی به دلیل تضعیف سیگنال های صوتی در عبور از لایه‌های مختلف عایقی روش مناسبی جهت تعیین میزان PD نخواهد بود.

   همینطور آشكارسازی بر مبنای فرایندهای شیمیایی، اولا در مكان‌یابی تخلیه‌جزیی كمكی نخواهد كرد، ثانیا امكان اندازه‌گیری و بررسی online وجود ندارد.

   اما در این بین، آشكارسازی الكتریكی علاوه بر تعیین میزان تخلیه، امكان مكان‌یابی را نیز به ما می‌دهد. اما علیرغم مزایای ذكر شده مشكل عمده این روش تاثیر اغتشاشات و سیگنال‌های مزاحم پراكنده در محیط و موجود بر روی خطوط فشارقوی می‌باشد. كه این نویزها به دو نوع عمده تقسیم می‌شوند:

1. سینوسی: ناشی از تداخلات سیگنال های كریر امواج رادیویی و مخابراتی و همچنین هارمونی‌های ناشی از اعوجاج جریانی می‌باشد.
2. پالسی شكل: سیگنال‌های ناشی از مدارات الكترونیك قدرت و سیگنال‌های ناشی از كلیدزنی‌ها و سیگنال‌های حاصل از كرونا.

   لذا با توجه به تاثیر ناخواسته این امواج تداخلی در دقت اندازه‌گیری‌ها و كاهش دقت سیستم آشكارساز، یافتن و طراحی روش بهینه آشكارسازی الكتریكی كمك زیادی در بالا بردن كیفیت اندازه‌گیری خواهد نمود.

   ذیلا به بررسی روش های مختلف آشكارسازی و مكان‌یابی PD در ترانسفورماتورها خواهیم پرداخت.

   سنسورهای مختلف برای دریافت پالس های PD در ترانسفورماتور

• سنسورهای فراصوتی

   تخلیه‌جزیی علاوه بر میدان‌های الكتریكی و مغناطیسی، سیگنال های صوتی با فركانس های در حد شنوایی انسان و فراتر از آن تولید می‌نماید روش صوتی بیشتر برای آشكارسازی تخلیه در عایق‌های گازی، كرونا و یا تخلیه‌های سطحی كاربرد دارد. بدلیل تضعیف سیگنال های صوتی در عبور از لایه‌های مختلف عایق های جامد، این روش به تنهایی پاسخ دقیقی نخواهد داشت. اما در عایق های مایع با نوع خاصی از سنسور می‌توان سیگنال‌های صوتی را به خوبی دریافت كرد. عمده‌ترین اشكال این روش اینست كه امكان كالیبراسیون وجود ندارد چون شدت موج دریافت شده وابسته به محل PD و مواد موجود در مسیر بین PD و سنسور می‌باشد.

   یك روش آشكارسازی صوتی استفاده از منعكس كننده‌های سهموی است كه امواج صوتی منتشره در یك جهت را به یك ترانسدیوسر در كانون خود متمركز می‌كند و از آنجا سیگنال به سیستم مبدل فراصوتی به صوتی منتقل و پس از تقویت توسط دستگاه‌های اندازه‌گیری و آشكارساز قابل رویت می‌باشد. روش دیگر استفاده از ترانسدیوسر در داخل تانك روغن ترانس یا بر روی بدنه فلزی ترانس می‌باشد.

• سنسورهای UHF

   بسته به محل وقوع خطای PD، طیف فركانس های سیگنال های تخلیه‌جزیی می‌تواهند به چندین گیگاهرتز هم برسد. استفاده از محدوده فركانسی بالاتر از چندصد مگاهرتز (MHZ3/. تا 3) به علت وجود تداخلات نویزی كمتر، مورد توجه قرار گرفته است. البته لازم به ذكر است كه تمامی خطاهای ناشی از تخلیه جزیی، سیگنال های UHF تولید نمی‌كنند و این دقیقا به محل وقوع تخلیه و نوع عایق دارد.

   بسیاری از منابع نویز شبیه ایستگاه های رادیویی، سوییچینگ نیمه هادی‌ها یا حتی كرونای موجود در هوا طیف فركانسی پایین‌تری دارند. بنابراین تاثیری در اندازه‌گیری‌ها نخواهند داشت. این سیگنال‌های فركانس بالا به سرعت از لایه‌های عایق جامد یا مایع عبور نموده و امكان تعیین محل تخلیه را به ما می‌دهد. حسن این روش، امكان بررسی PD در عایق‌های شیلد شده، مانند كابل های فشارقوی و یا از روی بدنه زمین شده ترانس می‌باشد. محدودیت سنسورهای UHF، تكنولوژی خاص ساخت كوپلینگ‌های فركانس بالا و همچنین نیاز به مجاورت با سطح خارجی تجهیزات را دارد كه رعایت فاصله ایمنی با HV مانعی بر سر راه استفاده از این روش است.

• آشكارسازی شیمیایی

   این روش بنام تجزیه گازهای حل شده در روغن یا DGA معروف است و عبارت است از تجزیه و تشخیص نوع و مقدار گازهای حل شده در روغن. حتی ترانسفورماتور سالم نیز گازهایی شامل هیدروژن، هیدروكربون ها (متان، اتان، اتیلن و ...) تولید می‌كند.

   با بروز یك نوع خاص خطا در ترانس درصد تولید برخی از این گازها در روغن بیشتر شده كه با سنجش دقیق میزان گازها در روغن می‌توان به نوع عیب پی‌برد. اشكال عمده روش های شیمیایی online نبودن اندازه‌گیری‌ها و نداشتن اطلاعات كافی جهت یافتن محل خطا می‌باشد. همچنین عوامل دیگری جز PD نیز، تولید گازهای مختلف در روغن می‌نماید.

   البته به تازگی برخی روش های اندازه‌گیری آنی هیدروژن ابداع شده كه نیازمند ایجاد تغییرات در ساختمان ترانسفورماتور می‌باشد.

• آشكارسازی الكتریكی PD

دو روش الكتریكی آشكارسازی عبارتست از:

1. آشكارسازی میدان مغناطیسی (القایی)
2. آشكارسازی میدان الكتریكی (خازنی)

   الف) كوپلینگ القایی: در روش كوپلینگ القایی، میدان مغناطیسی با استفاده از یك آنتن میدان مغناطیسی یا یك سیم‌پیچ روگوفسكی و یا یك ترانس جریان كوچك صورت می‌گیرد.

   در روش كوپلینگ القایی بایستی به هادی حامل جریان الكتریكی و سیگنال PD دسترسی مستقیم داشت كه در ترانس ها اندازه‌گیری بر روی هادی زمین صورت می‌گیرد. عیب عمده این روش دقت و حساسیت پایین و تاثیرپذیری از میدان های مغناطیسی محیط می‌باشد.

   ب) كوپلینگ خازنی: بر اساس برداشت انرژی میدان الكتریكی سیگنال‌های تخلیه جزیی با استفاده از الكترود یا لایه‌های فلزی قرار داده شده درون میدان الكتریكی عمل می‌كند.

   مهم ترین جز مدار آشكارساز خازن كوپلینگ می‌باشد كه امكان عبور پالس های فركانس بالا را فراهم می‌كند.