www.mktop_.ir

مقاله در زمینه مروری بر ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت گازی و تفاوت آن با ترانسفورماتورهای روغنی (95 صفحه)– از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید.

مقدمه:

در دنیای امروز با پیشرفت تکنولوژی، کاربرد تجهیزات برقی و استفاده روز افزون از آن‌ها آنچنان رواج یافته که استفاده نکردن از آن امکان پذیر نیست. امروزه دیگر تنها استفاده از انرژی الکتریکی مورد پذیرش نبوده، بلکه کیفیت و خصوصیات برق تحویلی به مصرف کنندکان نیز مهم می‌باشد. لذا با در نظر گرفتن افزایش حساسیت تجهیزات و استفاده روز افزون از تجهیزاتی که موجب کاهش کیفیت می‌شوند، مبحث کیفیت برق نسبت به گذشته از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد و سیستم قدرت مطلوبی را طلب می‌کند. بنا به تعریف، شبکه قدرت ایده آل، شبکه ای است که در آن انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فرکانس ثابت و سطح ولتاژ مشخصی از سوی نیروگاه ها به مراکز مصرف منتقل گردد. 

پستها یکی از قسمتهای مهم شبکه های انتقال و توزیع الکتریکی می باشند زیرا وقتی که بخواهیم انرژی الکتریکی را از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال دهیم برای اینکه بتوانیم از افت ولتاژ جلوگیری کنیم بایستی بطریقی ولتاژ تولید شده ژنراتور را بالا برده و سپس آنرا انتقال داده تا به مقصد مورد نظر برسیم و در انجا دوباره ولتاژ را پایین آورده تا جهت توزیع آماده شود کلیه این اعمال در پستهای انتقال و توزیع انجام می شود. در یک پست فشار قوی وظیفه اصلی تبدیل ولتاژ می باشد که این وظیفه را مهمترین دستگاه یعنی ترانسفورماتورهای قدرت انجام می دهد.

 یکی از اهداف اصلی شرکتهای برق منطقه ای تداوم برق رسانی با کیفیت مطلوب به مشترکین خود می باشد. لازمه این امر، وجود شبکه ای تجهیزات مناسب برای برق رسانی از نقطه نظر کیفیت قابلیت اطمینان بالا می باشد. بطوریکه بروز اشکالات در مسیر برق رسانی از محل تولید تا محل مصرف منجر به قطع برق نگردد یا در صورت قطع برق مصرف کننده زمان قطعی حداقل ممکن باشد. در شبکه های توزیع، ترانسفورماتورهای کاهنده یکی از اجزای اصلی شبکه را تشکیل میدهد لذا پرداختن به مشکلات پیش روی شرکت‌های تولید، انتقال و توزیع امر ضروری به نظر می‌رسد. از مهم‌ترین مشکلات صنعت برق در حوزه بهره‌ برداری، یافتن  روش ها و راهکارای بهره برداری از انواع ترانسفورماتورها متناسب با نیاز مصرفی می باشد.

پست های هوایی و زمینی توزیع برق همچون سلول های زنده شریان های حیاطی یک کشور بوده و وظیفه دریافت انرژی از شبکه برق و تزریق آن در نقاط مختلف مصرف را به عهده دارند به همین خاطر در طراحی و احداث آنها می باید در کنار مسایل مهندسی، جنبه های مختلف فنی و اقتصادی انتخاب قدرت نامی ترانسفورماتور توزیع مدنظر قرار گیرد، با توجه به گسترش شهری و دورنمای رشد آنها و هزینه های وسیع و روزافزونی که صرف نصب و راه اندازی و بهره برداری از پست های فوق می گردد، لزوم بررسی های اقتصادی به موازات بررسی فنی به منظور انتخاب بهینه ظرفیت ترانسفورماتور اجتناب ناپذیر گشته است. کم توجهی به تلفات در ترانسفورماتورهای توزیع و عدم دقت در انتخاب مناسب ظرفیت ترانس و بهره برداری ناصحیح از انواع مختلف آنها به عنوان آخرین نقطه تحویل انرژی، بسیار گران تمام خواهد شد. زیرا ارزش متناسب با موقعیت مکانی مصرف کنندگان و با دورتر شدن از منبع تولید، شامل تمامی هزینه های شبکه و تجهیزات مسیر و کار نیروی انسانی و سرمایه گذاری در بخش تولید و انتقال نیز می باشد.  

ترانسفورماتورهای مورد استفاده در صنعت برق از نوع روغنی، خشک و گازی می باشند که از این میان ترانسفورماتورهای روغنی بیشترین کاربرد را دارند اما استفاده از ترانسفورماتورهای گازی به عنوان ترانسفورماتورهای جدید در دنیا مورد مطالعه و مورد استفاده قرار گرفته است. در این پروژه ترانسفورماتورهای روغنی و گازی به لحاظ ساختاری مورد مطالعه قرار گرفته از حیث بهره برداری و از طرفی به لحاظ فنی و اقتصادی با یکدیگر مقایسه می شوند.

اهمیت ترانسفورماتورها در شبکه‌های قدرت

اهمیت ترانسفورماتورها در صنعت برق و شبکه‌های صنعتی، بر کسی پوشیده نیست. امروزه یکی از ملزومات اساسی در انتقال و توزیع الکتریکی در جهان ترانسفورماتورها، می‌باشند.  پست‌های فشار قوی از تجهیزات و قسمت‌های  مختلف نشکیل میگردند مانند ترانس قدرت , ترانس زمین و مصرف داخلی , سویچگر ,  جبران کنندهای توان راکتیو , تأسیسات جانبی الکتریکی، ساختمان کنترل و سایر تأسیسات ساختمانی که  در این پایان نامه به ترانسفورماتورهای قدرت پرداخته میگردد.ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می‌دهد و می‌تواند ولتاژ کم را به ولتاژ زیاد و بالعکس تبدیل نماید . برخلاف ماشین‌های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به یکدیگر تبدیل می‌کنند، در ترانسفورماتور انرژی به همان شکل الکتریکی باقیمانده و فرکانس آن نیز تغییر نمی‌کند و فقط مقادیر ولتاژ و جریان در اولیه و ثانویه متفاوت خواهد بود. در نیروگاه های برق تولید برق در ولتاژ های بسیار زیادی صورت میگیرد و برای اینکه به مصرف کننده برسد  مطابق شکل  باید چند مرحله تغییر ولتاژ کاهش و افزایش صورت بگیرد.

کاربرد ترانسفورماتور افزاینده و کاهنده در شبکه توزیع برق WWW.MKTOP.IR

از نظر ماده عایقی و ماده خنک کننده نیز ترانسفورماتورها را می‌توان به صورت ذیل دسته بندی کرد که در شکل (2-1) آورده شده است.

1- ترانسفورماتورهای خشک Dry Type Transformer
2- ترانسفورماتورهای روغنی Oil Immersed Power Transformer
3- ترانسفورماتورهای با عایق گازیGas Insulated Transformer ( SF6 )

الف: ترانسفورماتور خشک ب: ترانسفورماتور روغنی ج: ترانسفورماتور گازی www.mktop.ir

سایر ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهای کوره، ترانسفورماتورهای تغییر دهنده فاز و… به عنوان ترانسفورماتورهای خاص قلمداد می‌گردند به طور کلی ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ زیاد و بلعکس تبدیل نماید . ترانسفورماتور امروز یکی از وسایل لازم و حیاتی در سیستم های الکتریکی و همچنین سیستم های تبدیل انرژی می باشد.

قسمتهای  عمده و مشترک مورد استفاده در این ترانسفورماتور ها  در ادامه آورده شده است که برخی از آنها در شکل (3-1) نشان داده شده است .

هسته، سیم پیچ ها (بوبین ها) ، مخزن روغن، بوشینگ ،  پاک و لوله انفجار ،  تپ چنچر ، ترمومترها ،  رله بوخهلتس ، درجه نمای روغن ، تابلوهای مشخصات ، چرخها ، شیرهای مختلف رواشها ، لوله های ارتباط ، ترانسفورماتورهای جریان ، جعبه کنترل (فرمان پنکه ها ، ترموستات ، پمپ ورگولاتور) ، سیستم خنک کننده (رادیاتورها ، پنکه ها و غیره) .در فصول بعدی به بررسی مختصر برخی ازقسمتها میپردازیم. 

جانمایی قطعات در ترانسفورماتور قدرت www.mktop.ir
جانمایی قطعات در ترانسفورماتور قدرت www.mktop.ir

در حالت کلی خود ترانسفورماتور شامل دو بخش اصلی (الف) هسته که از ورقه های نازک فولادی ساخته می شود. (ب) دو یا چند سیم پیچ که در ترانسفورماتور های معمولی با هم رابطه مغناطیسی و در اتوترانسفورماتورها دیگر رابطه الکتریکی و مغناطیسی دارند .

در سیم پیچ‌ها باید جنبه های اقتصادی که همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس می‌باشد، رعایت شود. ساختمان سیم پیچ‌ها برای رژیم حرارتی که باید در آن کار کند محاسبه شود ، زیرا در غیر این صورت عمر ترانس کاسته خواهد شد .سیم پیچ‌ها در مقابل تنش‌ها و کشش‌های حاصل از اتصال کوتاه های ناگهانی مقاوم باشند . سیم پیچ‌ها باید در مقابل اضافه ولتاژهای ناگهانی از نقطه نظر عایقی ، مقاومت لازم را داشته باشند. بنا بر این سیم پیچ ترانسها اغلب از جنس مس یا آلومینیم انتخاب می شود سیم پیچهای ترانسهای کوچک را معمولاً روی قرقره می پیچند جنس قرقره ها اغلب از ترموپلاست است . در اصل بیشترین درصد اشکالات ترانسها در این قسمت نقش اصلی را ایفا می کند . سیم پیچها در کل به دو صورت هستند . نواری ، که غیر قابل تعمیر می باشند یا به صورت طبقه طبقه می باشند که به آنها دیسکی هم گفته می شود و قابل تعمیر هستند . سیم های به کار برده شده در ترانسها ، بسته به قدرت آنها تغییر می کنند مثلاً در قدرتهای پایین و متوسط از سیم های با سطح مقطع کوچک و گرد استفاده می شود . در ترانس هایی با قدرت بالااز شمشهایی با سطح مقطع مربعی و یا نواری استفاده  می شود .

سیم پیچ ترانس‌ها نسبت به هم در نوع سیم پیچ ، تعداد حلقه‌ها، درجه و اندازه سیم‌ها و ضخامت عایق بین حلقه‌ها متفاوت خواهند بود. هر چه ولتاژ ترانس بالا باشد، تعداد حلقه های سیم پیچ بیشتر خواهد شد و هر چه ظرفیت ترانس بیشتر شود ، اندازه سیم‌ها بزرگتر می‌گردد.در ترانس با هسته ستونی، سیم پیچ‌ها اعم از فشار قوی، متوسط و فشار ضعیف و سیم پیچ تنظیم – به صورت استوانه متحدالمرکز روی ستون‌های هسته قرار می‌گیرند. معمولاً سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و فشار قوی در خارج واقع می‌شوند و ترتیب فوق به این دلیل رعایت می‌شود که عایق کاری فشار ضعیف نسبت به هسته راحت‌تر است .

نحوه ی قرار گرفتن سیم پیچ ها ترانسفورماتور های سه فاز www.mktop.ir
نحوه ی قرار گرفتن سیم پیچ ها ترانسفورماتور های سه فاز www.mktop.ir

امروزه در اکثر نیروگاه های دنیا ژنراتورهای  سه فاز وظیفه تولید انرژی الکتریکی را به عهده دارند. همچنین خطوط انتقال انرژی از نیروگاه تا مراکز بار وظیفه انتقال انرژی الکتریکی را به دوش می کشند.لذا نیاز به ترانسفورماتورهای سه فاز برای افزایش یا کاهش ولتاژ در طول مسیر نیروگاه تا بار به شدت احساس می شود. ترانسفورماتور های سه فاز از نظر ساختمان ظاهری بر دونوع اند:

1- ترانسفور ماتور های سه فاز سه پارچه که از سه ترانسفورماتور تک فاز تشکیل شده اند.

2- ترانسفورماتور های سه فاز یک پارچه که حاوی یک هسته مشترک می باشد.

ترانسفورماتور های سه فاز سه پارچه از سه ترانسفورماتور تک فاز که هریک حاوی دو سیم پیچ ویک هسته می باشد, تشکیل شده اند. لذا با سه سیم پیچ اولیه وسه سیم پیچ ثانویه روبه رو هستیم و می توان آنها را به طریق زیر به هم مرتبط ساخت:

الف: اتصال Υ_Υ که سه سیم پیچ اولیه به صورت ستاره وسه سیم پیچ ثانویه نیز به صورت ستاره به هم وصل اند. وبه این اتصال   لفظ اتصال ستاره _ ستاره نیز اطلاق می گردد.

ب: اتصال Δ – Δ یا اتصال مثلث – مثلث که سیم پیچ های اولیه به صورت مثلث و سیم پیچ های ثانویه نیز به صورت مثلث به هم وصل می شوند.

ج: اتصال Δ – Υ یا اتصال ستاره – مثلث در این اتصال سیم پیچ های اولیه به صورت ستاره و سیم پیچ های ثانویه به صورت مثلث به هم وصل می شوند.

د: اتصال Υ – Δ یا اتصال مثلث – ستاره در ان اتصال سیم پیچ های اولیه به صورت مثلث و سیم پیچ های ثانویه به صورت ستاره به هم وصل می شوند.

(توان ظاهری هرترانسفورماتور تک فاز)  × 3  =  توان ظاهری ترانسفوماتور سه فاز سه پارچه

لازم به تذکراست که ولتاژ ها و جریان سیم پیچ های ترانسفورماتور سه فاز سه پارچه باتوجه به اتصالات Υ و Δ سیم پیچ ها تعیین می شود. نکته مهم این است که:

الف: ترانسفورماتور Δ _ Υ هنگام کاهش ولتاژ فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند.زیر نقطه خنثی در سمت فشار قوی (HV) را می توان زمین نمود که در اکثر مواقع نته مطلوبی است. علت این امر این است که اتصال ستاره (Y) به سمت فشار قوی وصل است.

ب: ترانسفورماتور Y_ Δ در نیروگاه ها جهت افزایش ولتاژ ژنراتور به ولتاژ فشار قوی نصب می شود زیرا دوباره سمت ستاره (Y) به ولتاژ قوی وصل است و امکان زمین کردن نقطه خنثی در سمت فشار قوی میسر است. همچنین در سیستم های توزیع فشارضعیف جهت مصارف خانگی , تجاری و صنعتی از ترانسفورماتور Υ_ Δ  استفاده می شود. زیرا برخی از مشترکین به برق سه فاز و برخی دیگر به برق تک فاز نیاز دارند.

ج: مزیت اتصال Δ _ Δ آن است که یکی از ترانسفورماتور های تکفاز را می توان برای تعمیرات از مدار خارج کرد و دو ترانسفوماتورباقی مانده هنوز می توانند مشترکین سه فاز را تغذیه کنند. در صورت خارج شدن یک ترانسفورماتور تک فاز, اتصال حاصله را اتصال مثلث باز یا V _ V می نامند

انواع ستاره مثلث در صنعت برق www.mktop.ir
انواع ستاره مثلث در صنعت برق www.mktop.ir

د:اتصال Υ_ Υ بندرت مورد استفاده قرار می گیرد زیرا با مسائلی در رابطه با جریان تحریک و ولتاژ های القایی دست بگریبان خواهیم بود. . در این اتصال ، در صورتی که ترانس به صورت نا متقارن زیر بار رود ترانس می سوزد . علت این امر این است که ، هنگامی که از یک فاز به یک ترانس ستاره – ستاره جریان بیشتری کشیده شود در هسته شار بیشتری تولید می شود و هسته فوراً اشباع می شود و باعث گرم کردن بیش از حد می شود. از سوی دیگر هم برگشت این جریان از دو بازوی دیگر این ترانس می باشد و بر بازوهای دیگر هم تأثیر می گذارد . در چنین مواردی سع می شود در اولیه از اتصال مثلث استفاده شود . و در مواردی که استفاده از اتصال مثلث غیر ممکن باشد از اتصال زیکزاک در ثانویه ی آن ترانس استفاده می شود تا بر روی دو بازوی ترانس در صورت نامتقارن بودن توزیع شود .

معمولاً در ترانسها قدرت ، ابتدا سیم پیچ ثانویه یا فشار ضعیف پیچیده می شود و سپس سیم پیچ اولیه یا فشار قوی پیچیده می شود . این کار به خاطر این است که در صورت اتصالی ، سیم پیچ فشار قوی از هسته و اتصال به بدنه دور بماند و همچنین از بالا رفتن شدت میدان میان سیم پیچ اولیه و هسته جلوگیری شود .

 آن بخش از سیم پیچ که از مدار الکتریکی انرژی می گیرد سیم پیچ اولیه بخش دیگر که از آن انرژی گرفته می شود سیم پیچ ثانویه نامیده می شود . سیم پیچ متصل به مدار با ولتاژ زیاد به سیم پیچ فشار قوی (H.W.) و سیم پیچی که به مدار با ولتاژ کم اتصال می یابد به سیم پیچ فشار ضعیف (L.V) معروف است .

ترانسفورماتورهای که ولتاژ سیم پیچ ثانویه از ولتاژ اولیه آن کمتر باشد ترانسفورماتور کاهنده و آنکه ولتاژ ثانویه اش از ولتاژ اولیه بیشتر باشد ترانسفورماتور افزاینده نامیده می شود . اگر یکی از دو سیم پیچ ترانسفورماتور مثلاً اولیه را به منبع ولتاژ متناوب وصل کنیم فوران (فلوی ) متناوبی تولید خواهد شد که دامنه اش نسبت مستقیم با ولتاژ دو سر سیم پیچ اولیه و شماره دورهای اولیه دارد . فوران تولید شده ی سیم پیچ ثانویه را نیز دور زده  و ولتاژی در آن القاء  می نماید که مقدار آن به شماره دوره های سیم پیچ ثانویه بستگی دارد . واضح است که ترانسفورماتور ها فقط با وجود فوران های متقابل که هر دو سیم پیچ را دور  می زنند کار می کنند .

لازم به تذکر است که این فوران ها (فلوها) از مواد فرو مغناطیسی (پرمابیلیته) زیاد به مراتب بهتر از سایر موارد عبور مینمایند و از اینروست که هسته ترانسفورماتورها از آهن (فورمغناطیس ) می باشد . برای جلوگیری از اثر تخریبی هوا و بهبود شرایط خنک شدن ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد ، معمولاً هسته و سیم پیچ های آنها را در مخزن پر از روغن قرار می دهند که این نوع ترانسفورماتور را روغنی می نامند و آنهایی که توسط هوا خنک می شوند به ترانسفورماتورهای خشک معروفند. به طور کلی انواع کاربری ترانسفورماتورها به صورت ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته ،ترانسفورماتورهای قدرت که برای مقاصد خاص مثل کوره ها، یکسو کننده ها و ترانس جوشکاری، ترانسفورماتورهایی که برای تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیع بکار می رود،اتوترانسفورماتورها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی و ترانسفورماتورهای وسایل اندازه گیری  میباشد.

اگر چه اصول کار تمام ترانسفورماتورهای ولتاژ یکسان است ولی در ترانسفورماتورهای بزرگ به علت ولتاژ بالا و عبور جریان زیاد آنها ، هسته و سیم پیچ ها به شدت گرم می شوند و امکان بروز آتش سوزی، خسارت و از کار افتادن ترانسفورماتور وجود دارد ، از این گونه ترانسفورماتورها با وسایل ایمنی مجهز می گردند و ساختمان آنها پیچیده تر از ترانسفورماتورهای خشک با قدرت کم می باشد . به طور کلی ترانسفورماتور ها مهمترین و گرانترین تجهیزات پست می‌باشد بنابراین در انتخاب آن باید دقت زیادی به خرج داد. و از آنجا که وظیفه اصلی انها تبدیل سطح ولتاژ سیستم قدرت (افزاینده ـ کاهنده) بوده و لزوم استفاده از ترانسهای افزاینده در سیستم های قدرت ، پایین بودن سطح ولتاژ خروجی ژنراتورها:  6kV, 11kV,  21kV  و پارامتر ها و معیارهای اساسی در انتخاب ترانسهای قدرت موارد زیر میباشد.

– ظرفیت نامی

– نوع ترانسفورمر

ساختمان ترانسفورمر (هسته ای یا پوسته ای)

– سیستم خنک کنندگی و ظرفیت ترانسفورماتور در هر حالت

ظرفیت نامی ترانسفورماتورها بر اساس عوامل  شامل ظرفیت پست (اولیه و نهایی) ، محدودیت‌های موجود در حمل ونقل ، سطح ولتاژ ورودی و خروجی ، مسائل اقتصادی و تنوع‌زدایی و همچنین میزان ظرفیت رزرو و قابلیت اطمینان، انتخاب میگردد.

در مورد انتخاب نوع ترانسفورماتور( سیم پیچ ترانسفورماتور را می‌‌توان به دو صورت جدا ازهم یا اتوترانسفورماتور طرح کرد) به طوری که برای سطوح ولتاژ پایین و برای نسبت تبدیل‌های کمتر از 2، اتوترانسفورماتور اقتصادی تر است. اصولاً ترانسفورماتورهای با سیم جدا، از حساسیت کمتری نسبت به ولتاژهای ضربه‌ای از خود نشان داده و دارای راکتانس بیشتر و سطح اتصال کوتاه کمتری هستند. همچنین در پستهای با سه سطح ولتاژ مثل 400/230/63kV  دو نوع سیم پیچ  الف -یک ترانس سه سیم پیچی شده  ب- دو ترانس دوسیم پیچی شده، استفاده میگردد ولی در  انتخاب بین حالت های گفته شده باید مواردی چون بررسی اقتصادی، بررسی فنی، بررسی محیط کار و استفاده از ترانسفورماتورهای تکفاز یا سه فاز  و… مد نظر قرار بگیرد.

در مورد انخاب ساختمان ترانسفورماتور به صورت هسته‌ای یا زرهی، بدین صورت میباشد که امروزه اکثر ترانسفورماتورها از نوع هسته‌ای ساخته می‌شوند. این نوع ساختار ها در شکل  آورده شده است. مشخصات ترانس ها در ادامه آمده است.

ساختمان ترانسفورماتور به صورت هسته‌ای (core type)یا پوسته ای (shell type) www.mktop.ir
ساختمان ترانسفورماتور به صورت هسته‌ای (core type)یا پوسته ای (shell type) www.mktop.ir

 این دو نوع ساختار تفاوتهایی با هم دارند از جمله،  عایق بین سیم پیچهای طرف HV و LV در نوع هسته‌ای یکی است ولی در نوع پوسته ای به چندین گروه تقسیم شده و لذا تعداد زیادی عایق اصلی در این نوع ترانس موجود است.

 بخاطر شکل هسته نوع پوسته ای و حذف تخلیه جزئی لزوم استفاده از سیستم عایقی پیچیده‌تری اجتناب ناپذیر است. و نوع هسته‌ای بعلت هم محور بودن سیم پیچها دارای استقامت مکانیکی بیشتری در مقابل نیروهای وارده می‌باشد. همچنین امکان تغییر ابعاد (طول، عرض، ارتفاع) در طرح هسته‌ای برخلاف زرهی وجود دارد. و بعلت بزرگی کاپاسیتانس بین حلقه‌ها در طرح زرهی، ترانسفورماتورهای زرهی در مقابل امواج ضربه‌ای مشخصات بهتری را از خود نشان می‌دهند. همچنین طراحی U-I و L–L برای هسته ای و حالت E-E وE-I برای حالت پوسته ای استفاده میشود. که در شکل  آمده است.

طراحی U-I و L–L برای هسته ای و حالت E-E وE-I برای حالت پوسته ای ترانسفوماتور www.mktop.ir
طراحی U-I و L–L برای هسته ای و حالت E-E وE-I برای حالت پوسته ای ترانسفوماتور www.mktop.ir

همان‌گونه که میدانیم افزایش ظرفیت انتقال توان نیروگاه‌ها و کاهش مؤثر تلفات انتقال، مستلزم افزایش ولتاژ انتقال شبکه‌های قدرت می‌باشد. در عمل، ساخت ژنراتورهای با ولتاژ خروجی بسیار بالا امکان‌پذیر نمی‌باشد و عموماً به خاطر مشکلات عایق‌بندی ژنراتورها این ولتاژ با مقدار، 25 تا 30 کیلوولت محدود می‌شود. این مشکل باعث می‌شود که جریان خروجی ژنراتورها بسته به مقدار قدرت تولیدی آن‌ها بسیار زیاد می‌شود درنتیجه برای رسیدن به قابلیت انتقال موردنیاز و کاهش سطح مقطع خطوط انتقال باید از ولتاژ یا انتقال بالا استفاده نمود در اینجا است که اهمیت ترانسفورماتورهای قدرت آشکار می‌شود بدین معنی که این وسایل با افزایش ولتاژ نیروگاه‌ها جریان خطوط انتقال را کاهش می‌دهند. و علاوه بر آن ترانسفورماتورهای قدرت نیروگاه‌ها هم چون حائلی ژنراتورهای گران‌قیمتی را از خطوط هوایی (که همواره در معرض اضافه ولتاژ و خطرات جانبی می‌باشند) . جدا می‌سازند. همچنین با توجه به اینکه عایق‌بندی سیم‌پیچ‌ها ترانسفورماتور در مقابل امواج سیار، ارزان‌تر و ساده‌تر از عایق‌بندی سیم‌پیچ‌های ژنراتور است درنتیجه با استفاده از ترانسفورماتورها می‌توان صدمات احتمالی واردشده را از امواج سیار خطوط انتقال را بر روی ژنراتورها به حداقل خود کاهش داد.

اصول کار ترانسفورماتور مبتنی بر تاثیر القای متقابل دو یا چند مدار ساکن نسبت به همدیگر است. فلوی مغناطیسی متناوب ایجاد شده توسط سیم پیچی اولیه که از داخل حلقه های سیم پیچی ثانویه عبور کرده و باعث به وجود آمدن جریان در سیم پیچی ثانویه می شود.این عمل را القای متقابل می گویند.

 ترانسفورماتورها به چند گروه اصلی زیر تقسیم می شوند.

  • ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته

  • ترانسفورماتورهای اندازه گیری برای اتصال دادن وسایل اندازه گیری

  • ترانسفورماتور قدرت برای مقاصد خاص مثل ترانسفورماتورهای کوره ها یا واحدهای جوشکاری

  • تنظیم کننده های القایی برای تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیع

علت استفاده از ترانسفورماتور های قدرت :

ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی جهت تغییر سطح ولتاژ الکتریکی به‌منظور کاهش تلفات ولتاژ در فرآیند انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به ‌کار می‌روند. در صنعت سیمان، به‌عنوان یکی از مصرف‌کننده‌های بزرگ برق و استفاده از سطوح ولتاژ مختلف در آن، استفاده از ترانسفورماتورها یکی از ارکان اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. در سیستم‌های فشارقوی و صنعت اندازه‌گیری اهمیت بسیار زیادی دارد چراکه هرچقدر سطوح ولتاژ و جریان بالاتر رود با هزینه‌های بیشتری مواجه خواهیم بود و باید سعی کرد تا حد ممکن از هزینه‌ها کاست اما از طرفی کاهش نباید سبب ایجاد نقصان در سیستم‌های قدرت شود. زیرا با کوچک‌ترین اشتباه خسارت‌های سنگینی به بار می‌آید پس باید دنبال راهی بود تا اندازه‌گیری استاندارد،دقیق و  کم‌هزینه باشد. اگر در حالت عادی بخواهیم وسیله‌های اندازه‌گیری فشارقوی بسازیم باید طوری عمل کنیم تا دستگاه‌های ما قدرت و تحمل ولتاژ و جریان بالا را داشته باشند; اما ساخت این دستگاه‌ها بسیار سخت و پرهزینه می‌باشد و از طرفی دارای هزینه تعمیر و نگهداری بالایی می‌باشند.بنابراین باید کاری کرد که سطوح ولتاژ و جریان آن‌قدر کاهش یابند تا با دستگاه‌های اندازه‌گیری معمولی  قابل‌اندازه‌گیری شوند. برای کاهش ولتاژ و جریان و قابل‌اندازه‌گیری نمودن آن از دستگاه‌هایی بنام ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری استفاده می‌کنیم.

برای اندازه‌گیری جریان از ترانسفورماتور جریان(CT)، و برای اندازه‌گیری ولتاژ از ترانسفورماتور ولتاژ (PT)استفاده می‌نماییم. پس از کاهش مقادیر موردنظر ثانویه این ترانسفورماتورها به آمپرمتر و ولت‌متر معمولی متصل می‌شوند. در عمل با استفاده از یک‌ مقاومت‌ سری ‌می‌توان ‌محدوده ‌اندازه‌گیری ‌یک‌ ولت‌متر را افزایش داد این ‌روش ‌معمولا در سیستم‌هایی که ‌ولتاژ بالایی ‌ندارند استفاده‌ می‌شود ولی ‌اگر سیستمی ‌ولتاژ بالا داشته ‌باشد این ‌روش‌ مشکلات فراوانی خواهد داشت‌. در سیستم‌های ‌ولتاژ بالا، ایزولاسیون‌ مقاومت‌های ‌سری ‌موجود در ولت‌مترها (برای ‌اندازه‌گیری ‌ولتاژ سیستم‌) مقرون‌به‌صرفه ‌نبوده‌ و علی‌رغم ‌ایزولاسیون ‌مقاومت‌های ‌سری‌، با توجه‌ به ‌ولتاژ بالای ‌سیستم‌، وصل سیستم ‌فشارقوی ‌به ‌دستگاه‌ اندازه‌گیری ‌بدون‌ استفاده ‌از ترانسفورماتور ولتاژ، کار خطرناکی است. با توجه به موارد فوق در سیستم‌های ‌قدرت ‌برای ‌اندازه‌گیری ‌ولتاژ، از ترانسفورماتورهای ‌اندازه‌گیری ‌استفاده ‌می‌کنند.

همانطور که بیان شد قسمت اعظم انرژی الکتریکی موردنیاز انسان در تمام کشورهای جهان ، توسط مراکز تولید مانند نیروگاه‌های بخاری ، آبی و هسته‌ای تولید می‌شود. این مراکز دارای توربین‌ها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که به‌وسیله ژنراتورها تولید می‌شود، باید تا میزانی که مقرون‌به‌صرفه باشد جهت انتقال بالابرده شود. گاهی چندین مرکز تولید به‌وسیله شبکه‌ای به هم مرتبط می‌شوند تا انرژی الکتریکی موردنیاز را به‌طور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند.

در محل‌های توزیع برای اینکه ولتاژ قابل‌استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می‌شود. بدیهی است توزیع انرژی بین تمام مصرف‌کننده‌های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکان‌پذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود. لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچک‌تر (پست‌های داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچک‌تر (پست منطقه‌ای) تقسیم می‌شود. هرکدام از این مراکز به‌نوبه خود از ترانس‌های توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می‌کنند.

به‌طورکلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آن‌ها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست . شکل (9-1). خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آن‌ها کمتر با مشکل و آسیب‌پذیری روبرو هستند. مسلماً‌ این به آن معنی نیست که می‌توان از توجه به حفاظت‌ها و سرویس و نگهداری آن‌ها غفلت کرد.

) یک نوع ترانسفورماتور قدرت در مسیر توزیع www.mktop.ir
یک نوع ترانسفورماتور قدرت در مسیر توزیع www.mktop.ir

کاربرد ترانسفورماتور در صنعت

انرژی الکتریکی پس از تولید در نیروگاه و انتقال به مصرف‌کننده، به شکل‌های مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد. دستگاه‌های مصرف‌کننده انرژی الکتریکی به نحوی طراحی‌شده‌اند که از برق تولیدی شبکه قدرت به همان شکل و همان سطح ولتاژ استفاده کنند. اما در برخی از کاربردها نیاز است تا سطح ولتاژ شبکه تغییر کند و بعدازآن مورداستفاده قرار بگیرد. به‌عنوان‌مثال یک ترانسفورماتور معمولی جوشکاری را در نظر بگیرید که برای ایجاد جریان بالا در خروجی، سطح ولتاژ را کاهش می‌دهد یا یک منبع تغذیه آزمایشگاهی یا صنعتی همین عمل را در سطح ولتاژ دلخواه انجام می‌دهد. در برخی موارد نیز هدف فقط ایزولاسیون الکتریکی به‌منظور مسائل حفاظتی است که از ترانسفورماتور یک ‌به ‌یک استفاده می‌شود.

  ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت روغنی

ترانسفورماتورهای روغنی در حال حاضر  به‌صورت گسترده در شبکه‌های توزیع و انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرند این ترانسفورماتورها در قدرت‌های بالا جایگزینی ندارند اما در قدرت‌های پایین از ترانسفورماتورهای هرمتیک استفاده می‌شود این ترانسفورماتورها هم نیز دارای معایب و مزایایی می‌باشند . اما با توجه به قیمت بالای آن نمی‌توان به‌صورت گسترده در شبکه‌های توزیع استفاده نمود درصورتی‌که ترانسفورماتورهای روغنی معمولی دارای قیمت تمام‌شده کمتر و نصب و راه‌اندازی راحت‌تری دارند.  در حال حاضر ترانسفورماتورهای روغنی به‌عنوان یکی از تجهیزات مهم در صنعت برق به‌حساب می‌آیند. اما با توجه به اینکه ترانسفورماتورهای روغنی دارای منبع انبساط می‌باشند که از طریق آن روغن با هوا در تماس می‌باشد. درنتیجه رطوبت هوا و گردوغبار  باعث ایجاد کثیفی و رطوبت در داخل روغن شده که این موارد باعث ایجاد تخلیه ناقص و باعث فاسدشدن روغن و سوختگی ترانسفورماتور خواهد شد. در این فصل به مرور ترانسفورماتورهای روغنی و ساختار آنها میپردازیم.

اﺳﺎس ﮐﺎر

   اﺳـﺎس ﮐـﺎر ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮرﻫﺎ ﺑﺮ اﻟﻘـﺎی اﻟﮑﺘﺮوﻣﻐﻨﺎﻃﯿﺴﯽ ﻣﺘﻘـﺎﺑﻞ ﺑﯿﻦ دو سیم‌پیچ (ﯾﺎ ﺑﯿﺸﺘﺮ) ﮐﻪ ﺑﺮ روی ﯾﮏ ﻫﺴﺘـﻪ آﻫﻨﯽ ﻗـﺮار دارﻧﺪ، ﻣﺒﻨﺎ ﻧﻬﺎده ﺷـﺪه اﺳﺖ. بااتصال سیم‌پیچ اوﻟﯿـﻪ ﺑﻪ ﯾﮏ ﻣﻨﺒﻊ وﻟﺘـﺎژ ، ﺷـﺎر ﻣﻐﻨﺎﻃﯿﺴﯽ در ﻫﺴﺘـﻪ ﮔﺮدش می‌کند و اﯾﻦ ﺷﺎر در سیم‌پیچ ﺛـﺎﻧﻮﯾﻪ وﻟﺘـﺎژ را در ﺟﻬﺘـﯽ اﻟﻘــﺎ می‌کند ﮐـﻪ ﺷـﺎر ﻧﺎﺷـﯽ از آن در ﺟﻬـﺖ ﺧـﻼف ﯾﮑﺪﯾﮕـﺮ  ﺑﺎﺷﻨـﺪ. در ﺗﺮاﻧﺴﻔـﻮرﻣـﺎﺗﻮر افزاینده و در ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣـﺎﺗﻮر ﮐﺎﻫﻨـﺪه می‌باشد. ﻻزم ﺑﻪ ذﮐـﺮ اﺳـﺖ ﮐﻪ ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮرﻫـﺎی ﺗﻮزﯾﻊ ﻫﻤﮕـﯽ ﮐﺎﻫﻨﺪه وﻟﺘﺎژ ﻫﺴﺘﻨﺪ.

دید کلی ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
دید کلی ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

قطعات ساختار ترانسفورماتورهای روغنی

همانطور که گفته شد ساختمان ترانس‌های قدرت روغنی شامل موارد زیادی میباشد  از جمله ،­ هسته یک مدار مغناطیسی،­ سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و ­تانک اصلی روغن است. به‌جز موارد فوق اجزا دیگری نیز به‌منظور اندازه‌گیری و حفاظت نظیر ­کنسرواتور یا منبع انبساط روغن،  ­ تپ چنجر،  ­ ترمومترها،  ­نشان‌دهنده‌های سطح روغن، ­ رله بوخهلتز،  ­سوپاپ اطمینان یا لوله انفجاری، شیر فشارشکن، ­رادیاتور یا مبدل‌های حرارتی،  ­پمپ و فن‌ها،  ­شیرهای نمونه‌برداری از روغن پایین و بالای تانک، ­ شیرهای مربوط به پر کردن و تخلیه روغن ترانسفورماتورها، مجرای تنفسی و سیلیکاژل مربوط به تانک اصلی و تب چنجر، ­ تابلوی کنترل، ­ تابلوی مکانیسم تب چنجر،  ­چرخ‌ها و  ­پلاک مشخصات نامی و …. وجود دارند.

 نحوه­ی عملکرد تجهیزات ترانسفورماتورهای روغنی

هسته

هسته ترانسفورماتور ، وظیفه ارتباط مغناطیسی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه را بر عهده دارد . به‌منظور کاهش تلفات گردابی لازم است تا هسته از ورقه‌های فولادی نورد شده به ضخامت 3/0 تا 5/0 میلی‌متر ساخته شود. این ورقه‌ها با ماده‌ای عایقی به نام کارلیت پوشانده می‌شوند.

 این عایق‌ها دارای استقامت حرارتی بالایی بوده و در دماهای بالا نیز تحت تأثیر روغن ترانسفورماتور قرار نمی‌گیرند. جنس این ورقه‌ها از آلیاژ فولادی می‌باشد که مقداری سیلیس به آن‌ها اضافه می‌گردد . اضافه کردن ماده سیلیسیم، باعث افزایش طول عمر ورقه‌های فولادی، کاهش تلفات پس‌ماند و افزایش مقاومت مخصوص هسته می‌شود و درنتیجه تلفات جریان گردابی کاهش می‌یابد . البته درصد ماده سیلیسیوم باید به مقدار مشخصی باشد ، زیرا زیاد بودن درصد آن باعث ترد شدن آلیاژ حاصله  می‌گردد و طبعاً عمل سوراخ کردن هسته با مشکل مواجه می‌شود . همچنین تلفات ضریب نفوذپذیری هم افزایش می‌یابد .

البته لازم به ذکر است که برای افزایش قدرت نامی و کاهش تلفات هسته ، سازندگان در ساخت هسته‌های ترانسفورماتور ، از نوعی ماده مغناطیسی به نام CRGOS که کمترین تلفات را در مقابل عبور شار مغناطیسی دارد ، استفاده می‌کنند . همچنین برای خنک کردن هسته  ، کانال‌هایی درون آن طراحی‌شده تا با گردش روغن در داخل آن ، عمل خنک‌کنندگی هسته انجام شود .

نمای برش خورده ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
نمای برش خورده ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

ترانسفورماتورها ازنظر نوع هسته ، به دو نوع هسته‌ای ، و نوع پوسته‌ای تقسیم می‌شوند که البته این نوع تقسیم‌بندی عموماً برای ترانسفورماتورهای تک فاز عنوان می‌شوند. در ترانسفورماتورهای تک فاز نوع هسته‌ای سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه روی دو بازوی مختلف یک هسته با دو یا چهار بازو پیچیده می‌شوند . این در حالتی است که در نوع هسته‌ای ، سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه روی بازوهای میانی یک هسته با سه یا پنج بازو ، بر روی یکدیگر پیچیده می‌شوند. 

هسته ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز معمولاً دارای دو حالت سه بازویی و پنج بازویی است . در حالت سه بازویی ، سیم‌پیچ‌های هر فاز بر روی هر بازو پیچیده می‌شوند؛ ولی در حالت پنج بازویی ، سه بازوی وسطی برای سیم‌پیچ‌های هر فاز  و دو بازی کناری برای برقرار مسیر فوران ایجاد می‌شود.

سیم‌پیچ‌ها

سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه ، اصلی‌ترین جزء از ترانسفورماتورها می‌باشند که فوران ایجادشده توسط آن‌ها از طریق هسته ترانسفورماتور با یکدیگر تزویج می‌شوند. معمولاً سیم‌پیچ‌های فشارقوی و فشار ضعیف ترانسفورماتورهای قدرت بر روی هسته به‌صورت متحدالمرکز پیچیده می‌شوند. ابتدا سیم‌پیچ فشار ضعیف بر روی هسته قرار می‌گیرد، و سپس سیم‌پیچ‌های فشارقوی بر روی آن پیچیده می‌شود. علت این نوع ترتیب قرار گرفتن سیم‌پیچ‌ها، آن است که سیم فشار ضعیف به خاطر ولتاژ کم آن، به عایق کمتری نیاز دارد و درنتیجه هزینه عایق‌کاری سیم‌پیچ‌ها از هسته ، بسیار کمتر خواهد شد .

سیم‌پیچ ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
سیم‌پیچ ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

هادی‌های سیم‌پیچ‌ها، شامل سیم‌های مسی با مقطع دایره‌ای هستند تا تمرکز ولتاژ در لبه‌ها به کمترین مقدار خود کاهش یابد. البته در ترانسفورماتورهای باقدرت بالا از هادی مستطیلی نیز استفاده می‌شود که گوشه‌های آن را پخ می‌زنند تا عایق‌کاری به نحو مناسبی انجام شود. عایق هادی‌ها بسته به قدرت عایق موردنظر، روکشی از نوار عایقی می‌باشد.

پیچک هادی‌ها به دور استوانه صلیبی که اندازه‌های آن به‌دقت محاسبه می‌گردد، پیچیده می‌شوند. همچنین فواصلی برای گردش روغن درون پیچک‌ها به شکل محوری در بین لایه‌های سیم‌پیچ در نظر گرفته می‌شود تا سیم‌پیچ‌ها در برابر نیروی مکانیکی استقامت نمایند. عایق‌های مورداستفاده به خاطر این‌که اندکی رطوبت دارند، به همراه سیم‌پیچ‌ها در کوره قرار داده می‌شوند تا با انتقال حرارت ( با دمای بالاتر از 100 درجه سانتی‌گراد ) به مدت 24 ساعت ، رطوبت عایق‌ها به‌کلی جذب شود. سپس هسته و سیم‌پیچ‌ها در روغن تانک ترانسفورماتور غوطه‌ور‌می گردند .

 تپ چنجر ( تنظیم‌کننده ولتاژ ) 

تپ چنجر مکانیزمی است که با آن می‌توان نسبت تبدیل ولتاژ ترانسفورماتور را تغییر داد.  می دانیم که با تغییر تعداد دور سیم پیچ در ترانسفورماتورها می توان ولتاژ خروجی را تنظیم نمود. و این کار را در ترانسفورماتورها ، تپ چنجرها به عهده دارند. معمولاً تپ چنجرها بروی سیم پیچی که از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه باشد قرار می گیرد.بیشتر بروی اتصال ستاره و یا سمت فشار قوی قرار میگیرند .اصولاً تپ چنجر ها به سه طریق زیر مورد استفاده قرار می گیرند؛

  • تپ چنجرهای سه فاز که بروی سیم پیچ های با اتصال ستاره قرار می گیرند.

  • تپ چنجر های سه فاز که بروی سیم پیچ های با اتصال مثلث قرار می گیرند. در این حالت عایق بندی کامل بین فازها مورد نیاز است و به سه دستگاه تپ چنجر احتیاج داریم که با یک مکانیزم حرکتی مشترک کار کنند.

  • تپ چنجر های تک فاز که بروی ترانسفورماتور های تک فاز یا سه فاز مورد استفاده قرار می گیرند.

به طور مثال اگر توسط یک ترانسفورماتور قدرت، قدرت خروجی یک ژنراتور به شبکه داده شود، در مواقعی که شبکه با افت ولتاژ مواجه است، می‌توان با انتخاب ولتاژ ثانویه بیشتری ، افت ولتاژ در شبکه را جبران کرد. همچنین مواقعی که شبکه، افزایش ولتاژ دارد، می‌توان با کاهش ولتاژ ثانویه این افزایش ولتاژ را ترمیم نمود. معمولاً این عمل به‌صورت دستی یا اتوماتیک قابل انجام است. کاری که در داخل ترانسفورماتور انجام می‌شود، این است که در هر بار تغییر تپ ترکیب خاصی از سر سیم‌ها که از قسمت‌های مختلف سیم‌پیچی ثانویه ترانسفورماتور به تپ چنجر برده شده‌اند، به هم وصل می‌شوند. لذا تعداد دور سیم‌های ثانویه که در مدار قرار می‌گیرند  عوض می‌شود و طبعاً نسبت تبدیل هم عوض می‌شود .

) تپ چنجر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
تپ چنجر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

بر روی پلاک مشخصات ترانسفورماتورها ، ترتیب تعویض تپ‌ها و شماره پایانه‌هایی که در هر انتخاب ولتاژ جدید، باید به هم وصل شوند ، و شماره وضعیت تپ چنجر داده می‌شود. در ترانسفورماتورهای قدرت معمولی، تپ چنجر روی طرف ولتاژ بالا عمل می‌کند. به علت آنکه در طرف ولتاژ بالا ، ولتاژ در هر دور سیم‌پیچی  کمتر از طرف ولتاژ پایین است و جریان نیز از طرف ولتاژ پایین کمتر می‌باشد . لذا مسئله تعویض تپ، آسان‌تر و با مشکل کمتر می‌باشد .

تپ چنجرها به دودسته کلی تقسیم می‌کنند :

  • الف ) تپ چنجر بی‌بار

  • ب ) تپ چنجر زیر بار

منظور از تپ چنجر بی‌بار آن است که برای تغییر تپ ، باید ابتدا ترانسفورماتور را بی‌بار کرد و سپس تپ را عوض نمود ؛ ولی در نوع زیر بار ، می‌توان تپ را زیر بار عوض نمود که البته این نوع به تکنیک بالاتری نیاز دارد . به‌عنوان نمونه   ، ترانسفورماتور پست نکا دارای تپ چنجر زیر بار است . از این نوع تپ چنجر زمانی استفاده می‌شود که مصرف‌کننده‌هایی که از طریق ترانسفورماتور استفاده می‌شوند ، حساس باشند و قطع برق برای آن‌ها ، آسیب‌هایی را به دنبال داشته باشد . مثلاً ترانسفورماتور پست 63 / 230 کیلولت نیروگاه ری که پالایشگاه تهران را تغذیه می‌کند ، به خاطر حساس بودن پالایشگاه طوری انتخاب‌شده است که بتواند زیر بار، تپ را عوض کند . در سایر موارد از نوع تپ چنجر بی‌بار استفاده می‌شود؛ زیرابه علت بکار بردن تکنولوژی‌های پایین‌تر، طبعاً هزینه ترانسفورماتورها کمتر خواهد شد . این مورد در شکل  نشان داده شده است.

یکی از مشکلات اساسی در ترانسفورماتورهای با تپ چنجر زیر بار ، ایجاد قوس الکتریکی بین کنتاکت های تپ چنجر در هنگام تغییر وضعیت است . برای رفع این مشکل ، ساختمان تپ چنجر باید طوری طراحی شود تا ضمن تغییر نسبت تبدیل ( برای ثابت نگه‌داشتن ولتاژ فشار ضعیف ) در اثر تغییر حلقه‌های سیم‌پیچ تپ چنجر ( قطع شدن از یک اتصال و وصل شدن به اتصال دیگر ) هیچ‌گونه قطع‌شدگی یا اتصال کوتاه در سیم‌پیچ‌ها ایجاد نشود . وجود قوس‌های الکتریکی و حرارت حاصل از آن در فرمان تغییر وضعیت تپ چنجر ، خود دلیلی بر مجزا نمودن تپ سلکتور و کنتاکی‌ها از یکدیگر می‌باشد . بدین منظور کنتاکت ها در تانک روغن جداگانه‌ای قرار می‌گیرند تا بدین ترتیب ، بدون اینکه کنتاکتی صدمه ببیند ، قوس الکتریکی نیز از بین می‌رود . ضمناً بدون باز کردن ترانسفورماتور ، می‌توان کنتاکت ها را بازرسی نمود و روغن فاسد شده ( در اثر ایجاد قوس الکتریکی ) را به‌آسانی تعویض کرد . همچنین سوئیچ و کنتاکت ها توسط چرخ‌دنده با موتور الکتریکی عمل می‌کنند ، به‌گونه‌ای که موتور الکتریکی ، قابل فرمان از راه دور نزدیک است .

عموماً تپ چنجر قابل قطع زیر بار از قسمت‌های اصلی زیر تشکیل‌شده‌اند :

  • یک کلید سلکتور برای انتخاب سر سیم موردنظر ؛

  • یک کلید جهت انتقال بار از یکسر سیم به سر دیگر ( کلید دایورتر )

  • یک امپدانس محدودکننده جریان ؛

  • یک سیستم جهت عمل تپ چنجر که می‌تواند به‌صورت دستی یا به‌وسیله موتور انجام شود .

 بوشینگ ها

بوشینگ های ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
بوشینگ های ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

به‌منظور اتصال سرهای خروجی سیم‌پیچ‌های فشارقوی و فشار ضعیف به کابل‌های ورودی و خروجی ترانسفورماتور از تجهیزاتی به نام بوشینگ استفاده می‌شود  بوشینگ ها بر مبنای جریان و ولتاژ عبوری در اندازه‌های مختلفی ساخته می‌شوند. ساختمان بوشینگ ها به‌گونه‌ای است که هادی از میان جداره‌ای در تانک عبور می‌کند. هادی، نسبت به این جداره عایق می‌باشد. عموماً بوشینگ ها به دو نوع چینی و کندانسور ساخته می‌شود.

در ساده‌ترین آن یعنی بوشینگ چینی، شامل یک هادی حامل جریان است که از میان یک عمیق کننده چینی توخالی عبور می‌کند . فاصله بین هادی و عایق کننده با یک عایق میانی نظیر روغن ، هوا یا گاز پر می‌شود. معمولاً استفاده از این نوع بوشینگ ها چینی محدود به سیستم با ولتاژهای پایین می‌باشد .

برای اتصال سیم‌پیچ فشارقوی به کابل‌ها از بوشینگ های نوع کندانسور استفاده می‌شود . معمولاً عایق هسته این نوع بوشینگ ها شامل قسمت‌های زیر می‌باشد :

ـ کاغذ چسبیده شده با رزین مصنوعی ؛

ـ کاغذ آغشته شده به روغن مصنوعی ؛  

ـ کاغذ آغشته شده با رزین ؛

فلانج قسمت‌های بالا و پایین آن‌ها از آلیاژ آلومینیوم است و گلمیخ پایانه خروجی از آلومینیوم یا مس می‌باشد. همچنین هادی داخل بوشینگ، بسته به جریان عبوری از آن ممکن است سرب قابل‌انعطاف یا مفتول مسی باشد .

– تانک روغن

تانک روغن ، یک مخزن حاوی روغن است که هسته و سیم‌پیچ ترانسفورماتور در آن جای می‌گیرند . این تانک از ورقه‌های فولادی ( که به هم جوش داده می‌شوند ) ، ساخته می‌شود که در مقابل اکسید شدن مقاوم است . ابعاد این تانک با توجه به هسته و سیم‌پیچ‌ها طراحی و ساخته می‌شود . یک تانک ،شامل دیواره و درپوش آن است . ورقه‌های فولادی تشکیل‌دهنده دیواره تانک ، ابتدا در ابعاد طراحی‌شده ، بریده و خم می‌شوند و سپس به یکدیگر و به کف آن جوش داده می‌شوند . بدنه طوری ساخته می‌شود که مانع از تجمع آب ، روی سطح خارجی آن گردد و همچنین حباب‌های گاز و هوای درون آن را به سمت رله تشخیص‌دهنده گاز (بوخهلتس ) هدایت کند .

تانک روغن ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
تانک روغن ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

در بالای قاب ترانسفورماتور ، یک دیواره فولادی وجود دارد که به قاب جوش داده می‌شود . این دیواره ، شامل یک نوار فولادی است و حاوی سوراخ‌هایی به فواصل مساوی است تا درپوش تانک به این قاب ، پیچ شود . ضمناً در روی تانک محل‌هایی برای حمل و نصب ترانسفورماتور در نظر گرفته می‌شود .

چرخ‌های ترانسفورماتور

برای سهولت در حمل نقل ترانسفورماتور ، چرخ‌هایی در زیر تانک روغن نصب   می‌شود . تعداد این چرخ‌ها بستگی به وزن ترانسفورماتور و سفارش دریافت شده دارد .

چرخ های ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
چرخ های ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

عموماً سعی می‌شود که چرخ‌ها ، هم در جهت طولی عرضی ترانسفورماتور قرار گیرند تا توزیع وزن ترانسفورماتور به شکل مطلوبی انجام شود.  این چرخ ها بهتر است هر چند مدت گریس کاری شوند.

 روغن ترانسفورماتور

وظیفه روغن ترانسفورماتور ، ایجاد عایق‌کاری و خنک کردن سیم‌پیچ‌ها است . ازآنجاکه دو مسئله فوق برای ترانسفورماتور از حساسیت خاصی برخوردار است ، روغن ترانسفورماتور باید خصوصیات خاصی برخوردار باشد  تا بتواند وظایف خود را به نحو احسن انجام دهد. این خصوصیات عبارت‌اند از :

  • مقدار ولتاژ شکست بالا ؛

  • قابلیت انتقال حرارتی خوب ؛

  • ویسکوزیته کم ؛

  • نقطه جاری شدن ( سیلان ) پایین ؛

  • نقطه اشتعال بالا ؛

  • جلوگیری از خوردگی مواد عایقی و قسمت‌های فلزی ترانسفورماتور ؛

  • تضمین پایداری شیمیایی و طول عمر زیاد برای ترانسفورماتور ؛

  • ضریب تلفات ( tan Q  ) پایین ؛

نمونه روغن ترانسفورماتو روغنی www.mktop.ir
نمونه روغن ترانسفورماتو روغنی www.mktop.ir

همچنین عواملی چون وجود رطوبت ، اکسیداسیون و درجه حرارت بالا باعث خراب شدن روغن ترانسفورماتور ، و درنتیجه عدول از خصوصیات استاندارد می‌شود . در ترانسفورماتور ، به‌وسیله رطوبت‌گیر و تجهیزات عایق‌بندی و استفاده از گاز نیتروژن سعی می‌شود تا از فساد روغن جلوگیری شود. با توجه به این‌که فساد روغن و ایجاد رسوب در آن برای ترانسفورماتور بسیار خطرناک است ، لذا باید در فواصل زمانی معین ( که نباید از 6 ماه تجاوز نماید ) بازرسی‌های لازم به عمل آید. این بازرسی‌ها شامل بازرسی سطح روغن، اندازه‌گیری ولتاژ شکست، برسی وجود یا عدم وجود ناخالصی و رسوب می‌باشد. در این‌گونه موارد باید روغن فاسد شده را اصلاح نموده که این کار، توسط فیلتر کردن آن صورت می‌گیرد .

درصورتی‌که اصلاح روغن از طریق فیلتر کردن لازم باشد و ظرف اضافی برای ذخیره کردن روغن موجود نباشد. مستقیماً والو زیرین تانک را به ورودی فیلتر، و والو بالایی تانک را به خروجی فیلتر وصل می‌کنند و به‌طور منظم روغن از داخل فیلتر عبور داده می‌شود تا اینکه به خاصیت استاندارد خود برسد . درصورتی‌که ظرف اضافی برای ذخیره روغن موجود باشد، روغن را از فیلتر عبور می‌دهند و در ظرف موردنظر ذخیره می‌کنند. سپس آزمایش ولتاژ شکست روی آن انجام می‌دهند. اگر روغن، مناسب بود، از طریق ایجاد خلأ در داخل ترانسفورماتور روغن از ظرف ذخیره به داخل ترانسفورماتور کشیده می‌شود .  در موقع تعویض روغن نیز از همین روش استفاده می‌شود. منتها به‌جای روغن فیلتر شده، روغن تازه توسط خلأ به داخل به داخل ترانسفورماتور کشیده می‌شود. تعویض روغن ترانسفورماتور در موقعی صورت می‌گیرد که تشخیص داده شود. که فیلتراسیون روغن قادر نیست تا روغن را به خصوصیات استاندارد برساند .

 باک روغن

باک روغن ، یک مخزن استوانه‌ای شکل است که وظیفه آن ، ذخیره کردن روغن می‌باشد . این باک به‌صورت افقی روی تانک نصب می‌شود و به‌وسیله لوله رابط به آن متصل می‌گردد . رله بوخ هلتس بر سر راه این لوله قرار دارد . در واقع این باک ، تغییرات حجم روغن را در برمی‌گیرد و به‌عنوان مخزن ذخیره کننده روغن مورداستفاده می‌شود . این مخزن به‌گونه‌ای است که بتوان کف آن را جهت تمیز نمودن و رنگ زدن جدا نمود.

 رطوبت‌گیر

رطوبت‌گیر وظیفه دارد تا هوایی را که مخزن ذخیره روغن از بیرون می‌کشد . از گرد غبار و رطوبت پاک کند . در واقع ، به علت تغییرات بار ترانسفورماتور و درجه حرارت محیط ( و درنتیجه تغییرات روغن ترانسفورماتور) سطح روغن در داخل مخزن ذخیره نوسان‌هایی دارد .این مورد در شکل (9-2) آورده شده است

رطوبت گیر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
رطوبت گیر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

با توجه به اینکه این نوسانات در یک مخزن کاملاً بسته نمی‌تواند صورت گیرد ، بالای مخزن ذخیره را در ارتباط با هوای خارج قرار می‌دهند تا مخزن از طریق چیزی شبیه دم یا بازدم را انجام دهد . چون روغن به‌منظور عایق‌کاری سیم‌پیچ از بدنه و نیز به‌منظور خنک کردن ترانسفورماتور به کار می‌رود و با توجه به اینکه با ورود رطوبت و گرد غبار به داخل آن ، خصوصیات استاندارد روغن از دست می‌رود ، لذا حفاظت آن در مقابل این دو عمل جوی لازم و ضروری است .

رطوبت‌گیر شامل محفظه‌ای است که از دانه‌های رطوبت‌گیر ( سیلیکاژل تزریق‌شده و به‌وسیله کلرات کبالت ) پرشده است . این دانه‌ها در حالت خشک به رنگ آبی می‌باشند ؛ ولی زمانی که در سر راه ورود هوا به محفظه‌های دانه‌های رطوبت‌گیر ، ظرفی از روغن و فیلتری از جنس اسفنج و نیل قرار دارد .

در کف آلومینیوم فعال‌شده قرار دارد که وظیفه بالا بردن چسبندگی روغن ( برای جذب بهتر ذرات گردوغبار ) است . نحوه عملکرد این رطوبت‌گیر به این صورت است که هوا به داخل ترانسفورماتور کشیده می‌شود ، ابتدا از داخل روغن و فیلتر عبور می‌کند و به این وسیله ، ذرات گرد غبار و کثافات آن جذب می‌شود . درنتیجه هوای تمیز و خشک وارد مخزن روغن  بالای ترانسفورماتور می‌گردد.

 این ظرف روغن ، علاوه برجذب ذرات گرد غبار ، این حسن را هم دارد که محفظه دانه‌های رطوبت‌گیر را از هوای خارج ایزوله می‌کند تا تنها رطوبت‌گیر را از هوای خارج ایزوله می‌کند تا تنها رطوبت آن قسمت از هوا که به درون مخزن ذخیره روغن کشیده شود که این موضوع ن عمر سیلکاژول را زیاد می‌کند .

 رله بوخهلتس

رله بوخهلتس ، رله‌ای است که برای حفاظت در دستگاه‌های که توسط روغن خنک می‌شوند به کار می‌رود . این رله در اثر تولید گاز یا هوا در داخل منبع روغن ، پایین رفتن روغن از سطح مجاز و یا شدید و بیش‌ازحد مجاز روغن به کار می‌افتد . این رله ، ابتدا زنگ خطر را بکار می‌اندازد و در صورت عدم رفع اشکال ، ترانسفورماتور را قطع می‌کند . بزرگ‌ترین مزیت رله بوخهلتس ، عملکرد سریع و مطمئن آن می‌باشد . شکل(10-2) این رله را نشان میدهد

رله بوخهلتس ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
رله بوخهلتس ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

نحوه عملکرد رله بوخهلتس بر اساس نوع خطای اتفاق افتاده است . در حالتی که خطاهای جزئی اتفاق می‌افتد ، هوای گاز متصاعد شده از روغن ، وارد لوله رابط بین تانک و روغن و باک می‌شود و به داخل رله بوخهلتس ( که در قسمتی از این لوله قرار دارد ) نفوذ می‌کند . سپس این گاز به‌طرف قسمت بالای رله ( که به‌صورت یک مخزن گاز است ) صعود می‌کنند و در آنجا جمع می‌شوند . این گازها به سطح فوقانی روغن ، فشار وارد می‌کند و باعث پایین آمدن سطح روغن در رله می‌شود . این فشار به شناور بالایی رله منتقل می‌شود . و آن را به‌طرف پایین می‌راند . حرکت شناور باعث بستن یا بازنمودن کنتاکت می‌گردد تا فرمان‌های لازم ارسال شود . در حالتی که خطا به‌موجب اتصالی شدید باشد ، گازهای متصاعد شده در اثر قوس الکتریکی ، موجب راندن موج روغن به داخل باک می‌شود . اگر سرعت موج از حد تنظیم‌شده بیشتر باشد ، قبل از راه یافتن گازها به مخزن بالایی رله ( برای فرمان آلارم و تریپ ) شناور پایین می‌آید و دستور تریپ داده می‌شود . درنتیجه ترانسفورماتور از شبکه قطع می‌شود .

اشکالاتی که در اثر بروز آن‌ها ، شناور پایین می‌آید و دستور آلارم صادر می‌شود ، عبارت‌اند از :

ـ نقایص عایق‌کاری ؛

ـ خراب شدن عایق ورقه‌های هسته و پیچ اتصال ورقه‌ها به یکدیگر ؛

ـ کامل نبودن کنتاکت در اتصالات الکتریکی ؛

ـ گرم شدن بیش‌ازحد قسمتی از سیم‌پیچ ؛

ـ خراب شدن عایق به علت عبور بیش‌ازحد جریان فوکو و غیره ؛

ـ تخلیه الکتریکی در قسمت‌های فلزی عایق شده از زمین ؛

همچنین اشکالاتی که شناور را به پایین می‌راند و باعث قطع ترانسفورماتور می‌شود عبارت‌اند از :

ـ شکستن بوشینگ ها ؛

ـ اتصال کوتاه فاز به فاز ؛

ـ اتصال زمین ؛

ـ اتصال داخلی سیم‌پیچ ؛

ـاتصال تپ‌ها به یکدیگر ؛

همچنین اشکالات مکانیکی از قبیل کاهش سطح روغن ترانسفورماتور و ورود هوای زیاد به داخل ترانسفورماتور می‌تواند باعث عملکرد رله بوخهلتس شود .

 لوله انفجار

گاهی امکان دارد که در حالت وقوع خطاهای شدید ، رله بوخهلتس عمل ننماید . در این حالت امکان این وجود دارد که گازهای ایجادشده در تانک ، باعث انفجار آن شود و آتش‌سوزی به همراه آورد . برای جلوگیری از این اتفاقات ، پوشش ترانسفورماتور به یک لوله که در مجاورت باک روغن قرار دارد ، مجهز می‌شود . این لوله با یک صفحه نازک شیشه‌ای بسته می‌شود و در صورت ایجاد گازهای زیاد ، فشار گاز باعث ترکیدن شیشه می‌گردد . گازها از این لوله به فضای آزاد منتقل می‌شوند تا از ترکیدن تانک جلوگیری به عمل آید . این لوله در ترانسفورماتورهای باقدرت بیش از  1 مگاوات تعبیه می‌شوند .

  درجه نمای روغن ( ارتفاع‌سنج روغن )

در عملکرد رله‌هایی بوخهلتس ، امکان آن وجود دارد که به عللی کم شدن روغن را نشان ندهند . ازاین‌رو ، روی تانک روغن ، درجه نمایی نصب می‌شود تا کاهش روغن داخل تانک را نشان دهد .

درجه نما ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
درجه نما ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

این درجه دارای شناوری است که در اثر کم شدن روغن ، کنتاکتی را وصل می‌کند و زنگ خطری در اتاق کنترل به صدا درمی‌آید تا حفاظت ترانسفورماتور در اثر کم شدن روغن مهیا گردد.

جعبه کنترل ترانسفورماتور

جعبه کنترل از ورقه‌های فولادی ساخته می‌شود که دارای دریچه هوا می‌باشد و بر روی بدنه ترانسفورماتور نصب می‌گردد.

) جعبه کنترل ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
 جعبه کنترل ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

در این جعبه یا تابلوی کنترل، معمولاً ارتباط بین تجهیزات از قبیل ترانسفورماتورهای جریان، ترمومترها، رله بوخهلتس ، فرمان راه‌اندازی و خاموش کردن پمپ و فن سیستم خنک‌کنندگی برقرار می‌گردد. همچنین از این تابلو ، برای کلیه اطلاعات موردنیاز اتاق فرمان ارسال می‌گردد .

 تجهیزات خنک‌کننده

در ترانسفورماتورهای قدرت برای خنک نمودن روغن موجود در تانک آن، باید تمهیداتی را در نظر گرفت. این خنک‌کنندگی بدان علت است که حرارتی که در هسته و سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور تولید می‌شود، باید به‌گونه‌ای دفع گردد ؛ زیرا در غیر این صورت ، علاوه بر محدود شدن ظرفیت ترانسفورماتور ، با افزایش درجه حرارت سیم‌پیچ‌ها و هسته ترانسفورماتور ، افزایش حجم روغن ترانسفورماتور را خواهیم داشت. درصورتی‌که افزایش درجه حرارت از حد مجاز بیشتر شود، انبساط بیش‌ازحد روغن رخ خواهد داد ، و همچنین آماده شعله‌ور شدن روغن در چنین درجه حرارتی ( در صورت عمل نکردن لوله انفجار ) موجب انفجار و آتش‌سوزی در ترانسفورماتور می‌شود .

در ترانسفورماتورهای کوچک ، عمل خنک‌کنندگی توسط هوای اطراف سیم‌پیچ صورت می‌گیرد ( که به این نوع ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهای خشک می‌گویند ) ، ولی در ترانسفورماتورهای قدرت ، از روغن برای کاهش دمای سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌شود. ( که به این ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهای روغنی می‌گویند ) علت استفاده نکردن از هوا در ترانسفورماتورهای قدرت، آن است که قدرت دی‌الکتریک هوا نسبت به روغن بسیار کم است و اگر بخواهیم از آن به‌عنوان سیال خنک‌کننده استفاده کنیم ، ابعاد ترانسفورماتور بسیار زیاد می‌شود .

 در ترانسفورماتورهای قدرت به خاطر جلوگیری از افزایش دمای روغن، ( ناشی از دریافت حرارت سیم‌پیچ و هسته ) از وسیله خنک‌کننده دیگر به نام رادیاتور استفاده می‌شود. در این رادیاتور، روغن به‌طور طبیعی یا به‌وسیله پمپ‌ها جریان پیدا می‌کند که با تماس روغن ترانسفورماتور با هوا یا آب ، خنک  می‌شود.

شیرهای ترانسفورماتور

برای ایجاد رابط بین رادیاتور و بدنه، نمونه‌برداری و روغن از طبقات بالا ، پایین و وسط ترانسفورماتور، ارتباط تانک با رله بوخهلتس و باک روغن، و همچنین برای تخلیه و پر کردن روغن از شیرهای متنوعی استفاده می‌شود

شیر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
شیر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

– ترمومتر برای سنجش درجه حرارت روغن

 در روی ترانسفورماتور از ترمومترهایی جهت تعیین حداکثر درجه حرارت روغن استفاده می‌شود تا در صورت ازدیاد درجه حرارت روغن ، پمپ روغن و فن‌های رادیاتور بکار افتد . همچنین در صورت افزایش بیش‌ازحد این درجه حرارت ، ترانسفورماتور از شبکه قطع می‌گردد..

ترمومتر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
ترمومتر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

این ترمومتر علاوه بر آشکارسازی و نشان دادن حداکثر درجه حرارت سیم‌پیچ در هرلحظه ، به‌عنوان رله حرارتی نیز در سیستم حفاظت ترانسفورماتور عمل می‌کند . به‌این‌ترتیب که کنترل فن‌ها ، دادن آلارم افزایش غیرمجاز درجه حرارت سیم‌پیچ و صدور فرمان تریپ ، بر عهده این ترمومتر گذاشته‌شده است .

-برق‌گیر

 یکی از اساسی‌ترین حفاظت‌های ترانسفورماتور ، حفاظت آن در مقابل ولتاژهای ضربه‌ای ناشی از صاعقه یا ولتاژ سویچینگ ( ناشی از قطع و وصل دژنگتورها ) می‌باشد . برای این کار در طرف فشارقوی ترانسفورماتور ، روی هر خط یک برق‌گیر نصب می‌شود . برق‌گیر دارای این خصوصیات است و در اثر اعمال ولتاژهای بالا ، مقاومت آن به‌شدت کوچک می‌شود . و ولتاژهای ضربه‌ای را به زمین تخلیه می‌کند . این موضوع باعث می‌شود که ولتاژهای ضربه‌ای به خود ترانسفورماتور صدمه‌ای وارد نسازد. این مورد در شکل (15-2) آورده شده است.

برق‌گیر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
برق‌گیر ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

در ضمن ، هر برق‌گیر دارای یک شمارنده است تا تعداد دفعات عمل کردن برق‌گیر ( تخلیه ولتاژهای ضربه‌ای به زمین ) را نشان دهد . با توجه به اینکه عمر برق‌گیرها وابسته به تعداد دفعات عملکرد آن   می‌باشد ، لذا با بررسی شمارنده برق‌گیر می‌توان دریافت که آیا هنوز قابل‌اعتماد است یا نه ؛ و یا اینکه حدوداً تا چه موقعی می‌توان به کار صحیح برق‌گیر مطمئن بود .

 پلاک مشخصات ترانسفورماتور

 این پلاک  شکل(16-2) بر روی بدنه ترانسفورماتور نصب می‌شود و حاوی مشخصات ترانسفورماتور می‌باشد . با توجه به موارد متعدد مشخص‌شده بر روی پلاک ، مشخصات آن را در بخش بعدی به‌طور مفصل بیان می شود.

پلاک مشخصات ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir
پلاک مشخصات ترانسفورماتور روغنی www.mktop.ir

به‌منظور ارائه مشخصات و خصوصیات ترانسفورماتورها، از یک پلاک مشخصه  ( که بر روی بدنه ترانسفورماتور نصب می‌شود ) ، استفاده می‌گردد. در این قسمت مشخصات روی پلاک‌های ترانسفورماتورها معرفی می شوند .

  • توان ظاهری نامی :  این مشخصه بیان‌گر قدرت سه فاز ترانسفورماتور  می‌باشد که برحسب kVA    یا MVA  بیان می‌شود  . البته در بعضی از ترانسفورماتورها دو عدد برای بیان توان ظاهری بیان می‌شود که یکی ، توان ظاهری با عملکرد فن‌های ترانسفورماتور ، و دیگری بدون عملکرد آن‌ها می‌باشد . راجع خنک‌کنندگی و فن‌ها در ادامه صحبت خواهیم کرد .

  • استاندارد :  این مشخصه بیانگر آن است که ترانسفورماتور مذکور بر اساس چه نوع استانداردی ساخته‌شده است . با توجه به استاندارد I E C  ، مطلوب است تا ترانسفورماتورهای فشارقوی بر اساس استاندارد 76 – I  E C طراحی و ساخته شود .

  • نوع ترانسفورماتور : در این قسمت ، نام و نوع مدل ترانسفورماتور آورده می‌شود .

  • فرکانس کار : در این قسمت از پلاک ، فرکانسی را که ترانسفورماتور برای آن طراحی‌شده است ، بیان می‌شود .

  • نوع ترانسفورماتور بر اساس تقسیم‌بندی هسته‌ای یا پوسته‌ای این مشخصه بیانگر نوع ترانسفورماتور بر اساس تقسیم‌بندی هسته‌ای یا پوسته‌ای است .

  • تعداد فاز ترانسفورماتور: بیانگر یک‌فاز یا سه فاز بودن ترانسفورماتور است .

  • نوع ترانسفورماتور ازنظر قابلیت بهره‌برداری مداوم یا فاصله‌دار :در این قسمت مشخص می‌شود که آیا ترانسفورماتور می‌تواند دائماً زیر بار باشد ، یا باید بین هر دو بهره‌برداری از آن ، برای مدتی بی‌بار شود . اکثر ترانسفورماتورهای قدرت از نوع قابل بهره‌برداری به‌طور مداوم است .

  • نوع ترانسفورماتور ازنظر تپ چنجر : با توجه به اینکه تپ ترانسفورماتورهای قدرت به دو نوع قابل قطع زیر بار و بدون بار تقسیم‌بندی می‌شود ، درنتیجه بر روی پلاک ترانسفورماتورها ، نوع تپ چنجر بکار رفته بیان می‌شود ، درنتیجه بر روی پلاک ترانسفورماتورها ، نوع تپ چنجر بکار رفته بیان می‌شود . همچنین مقدار تپ‌ها با مقدار ولتاژ ایجادشده در ثانویه یا اولیه ترانسفورماتور با هر تپ ارائه می‌شود . بعلاوه در ترانسفورماتورهای باقدرت بالا ، نحوه اتصالات سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و تپ نشان داده می‌شود .

  • وزن قسمت‌های مختلف : بر روی پلاک مشخصات ، وزن اجزاء مختلف ترانسفورماتور از قبیل هسته و سیم‌پیچ‌ها ، تانک و ضمایم آن ، روغن ( حجم روغن ) و جمع کل وزن ترانسفورماتور ( با مخزن تانک و بدون آن ) ارائه  می‌گردد.

  • نوع سیستم خنک‌کنندگی در نظر گرفته‌شده در ترانسفورماتور:در این قسمت مشخص می‌شود که ترانسفورماتور دارای چه امکاناتی برای انتقال هرچه بهتر حرارت سیم‌پیچ‌ها و هسته به خارج است . همان‌گونه که در بحث تجهیزات خنک‌کنندگی ترانسفورماتور قدرت هم بیان نمودیم ، غوطه‌ور شدن هسته و سیم‌پیچ‌ها در یک مایع دی‌الکتریک مثل روغن معدنی ، نه‌تنها یک امتیاز عایق شدگی بهتر را نشان می‌دهد ، بلکه عمل خنک کردن را آسان می‌سازد . البته با افزایش دمای روغن ، خنک کردن آن‌هم توسط هوا یا آب صورت می‌گیرد مبادله و رد بدل کردن حرارت بین سیم‌پیچ‌ها با روغن ، و روغن با هوا یا آب ، می‌تواند به‌طور طبیعی یا اجباری ( استفاده از پمپ یا فن ) صورت گیرد . درنتیجه برای ترانسفورماتورهای قدرت ، سیستم‌های خنک‌کنندگی متنوعی به وجود آید . لازم به ذکر است که برای نمایش نوع سیستم خنک‌کنندگی از حروف اختصاری  A،W، N،F، D که در ادامه توضیح داده خواهد شد، استفاده می‌شود . ترانسفورماتورهای ساخت کارخانجات ایران اکثرا  براساس استانداردهای بین المللی به شرح زیر محاسبه , طراحی و تولید و آزمایش می شوند:

مشخصات عمومی  تلرانسها  آزمایشگاه    IEC60076-PART1                                       

سطوح عایقی                                       IEC60076-PART3 

جهشهای حرارتی سیم پیچ و روغن           IEC60076-PART2  

تلفات استاندارد معمول                        DIN 42503-DIN 42511                 

بوشینگها                                               DIN 42503-531 

روغن ترانسفورماتور                                    IEC60296

روشهای آزمایش فشار قوی                          IEC60060

اندازه گیری سطح صدا                                IEC60551

اضافه بار مجاز                                           IEC60354                   

کارخانه های سازنده ترانسفورماتور اطلاعات مربوط به سیستم خنک کاری را  به روش زیر ایجاد میکنند. و اصطلاحات زیر را برای حالات مختلف در نظر گرفته اند.

  1. تهویه خودبه خودی: کلاس AA

  2. تهویه هوا با فن : کلاس AFA

  3. تهویه خود به خودی/ فن: کلاس AA/FA

  4. بدون تهویه خود به خودی: کلاس ANV

  5. تهویه خود به خودی نشت بندی شده: کلاس GA

ترانسفورماتورهای روغنی گزینه های بیشتر برای خنک کاری دارند. استاندارد (57.12.00 ANSI/IEEE C) برای مشخص کردن سیستم خنک کاری این گونه ترانسفورماتورها یک روش 4 حرفی ارائه می کند. حرف اول نشان دهنده سیستم خنک کاری داخلی است. بدین صورت که حرف (O) نشان دهنده روغن صنعتی با نقطه اشتعال کمتر از 300 درجه، حرف (K) روغن مخصوص با نقطه اشتعال بیش از 300 درجه و حرف(L) روغن مخصوص با نقطه اشتعال غیرقابل اندازه گیری میباشد.

حرف دوم نشان دهنده یکی از حالتهای همرفت میباشد. حرف (N) همرفت طبیعی سیال از میان سیم پیچها و هسته، حرف (F) همرفت اجباری به وسیله پمپ و حرف (D) همرفت اجباری جهت داده شده به وسیله تجهیزات خنک کاری و پمپ می باشد.

حرف سوم نشان دهنده ماده بکارگرفته شده در سیستم خنک کاری خارجی است. حرف (A) آب و حرف (W) هوا میباشد.

 همچنین حرف چهارم روش خنک کاری خارجی را بیان می کند بدین صورت که حرف (N) همرفت طبیعی و حرف (F) همرفت اجباری میباشد.

انواع تلفات در ترانسفورمر ها وجود دارد شکل(1-6) افزایش حرارت ترانس ناشی از تلفات بارداری ترانس (اهمی یا مسی) یا تلفات بی باری (آهنی یا هسته: تلفات فوکو و تلفات هیسترزیس) از انواع آن میباشد. و دو نوع سیستم خنک کنندگی هوائی (Air cooled system) و آبی(Water cooled system) برای ترانسفورماتورهای روغنی متداول هستند.

انواع تلفات در ترانسفوماتور ها www.mktop.ir
انواع تلفات در ترانسفوماتور ها www.mktop.ir

انواع سیستمهای خنک کنندگی طبق استاندارد IEC   عبارتند از:

1ـ سیستم خنک کنندگی طبیعی(ONAN)  ( روغن طبیعی ـ هوا طبیعی ) نشان دهنده یک ترانسفورماتور با خنک کننده روغن است که روغن آن به صورت همرفت طبیعی خنک می شود. سطح مخزن روغن به وسیله هوا و آن هم به وسیله همرفت طبیعی خنک می شود. در این سیستم ، هوا به‌طور طبیعی با سطح خارجی رادیاتور روغن در تماس است و رادیاتورها به‌طور طبیعی با  هوا خنک می‌شوند . همچنین گردش روغن در ترانسفورماتورها نیز به‌طور طبیعی با هوا خنک می‌شوند . همچنین گردش روغن در ترانسفورماتور نیز به‌طور طبیعی صورت می‌گیرد ؛ یعنی روغن گرم بالا می‌رود و روغن سرد ، جای آن را می‌گیرد . این نوع سیستم خنک‌کنندگی مختص ترانسفورماتورهای باقدرت کم است ؛ زیرا با افزایش قدرت ترانسفورماتور ، حرارت سیم‌پیچ‌ها زیاد می‌شود . و روغن باید با سرعت بیشتری از روی آن‌ها عبور کند تا روغن گرم شده در اثر عبور از سیم‌پیچ‌ها ، با سرعت بیشتری در تماس با هوای بیرون قرار گیرد و عمل خنک‌کنندگی با سرعت بیشتری در تماس با هوای بیرون قرار گیرد و عمل خنک‌کنندگی با سرعت بیشتری انجام شود . از این نوع سیستم برای ترانسفورماتورهای قدرت تا MVA  30 مورداستفاده می‌گیرد .

سیستم خنک کنندگی طبیعی (ONAN) www.mktop.ir
سیستم خنک کنندگی طبیعی (ONAN) www.mktop.ir

سیستم خنک کنندگی با وزش مصنوعی هوا (ONAF) ( روغن طبیعی ـ هوا اجباری ) : در این سیستم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به‌طور طبیعی صورت می‌گیرد ؛ ولی فن‌های نصب‌شده روی بدنه رادیاتورها ، سرعت تماس هوای خارج با بدنه رادیاتور را افزایش می‌دهد . لذا روغن سریع‌تر خنک می‌شود و طبعاً می‌توان از توان ترانسفورماتور را بالا برد . دمیدن هوا توسط فن‌ها می‌تواند به‌طور مداوم یا بافاصله تناوبی انجام شود ؛ بدین‌صورت که عملکرد فن می‌تواند تابعی از درجه حرارت روغن داخل ترانسفورماتور باشد و هنگامی‌که دمای روغن از حد معینی افزایش یافت ، فن به‌طور خودکار وارد مدار می‌شوند . البته هنگامی‌که درجه حرارت محیط خیلی بالا باشد ، ترانسفورماتور می‌تواند بدون سیستم فن و با خنک شدن طبیعی ، تقریباً تا 75/0  توان نامی خودکار کند و درصورتی‌که بخواهیم با توان نامی کار کند ، باید فن‌ها شروع به کار کنند .این نوع سیستم خنک‌کنندگی به‌طور وسیعی در ترانسفورماتورهای قدرت با توان بین 30 تا 60 مگا ولت‌آمپر مورداستفاده قرار می‌گیرد .

) سیستم خنک کنندگی با وزش مصنوعی هوا (ONAF)www.mktop.ir
 سیستم خنک کنندگی با وزش مصنوعی هوا (ONAF)www.mktop.ir

سیستم خنک کنندگی با گردش مصنوعی روغن و وزش مصنوعی هوا(OFAF) ( روغن اجباری ـ هوا اجباری ) : در این سیستم گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به کمک فن ، سرعت داده می‌شود تا انتقال حرارت با سرعت بیشتری انجام گردد . فن‌ها هوا نیز بدنه رادیاتورها را در تماس بیشتری با هوا قرار می‌دهند تا روغن را سریع‌تر خنک کنند . در این سیستم با توجه به‌سرعت بسیار بالای خنک‌کنندگی سیم‌پیچ‌ها ، می‌توان قدرت نامی ترانسفورماتور را می‌توان به‌سرعت فراوان ای افزایش داد . مثلاً در ترانسفورماتور  KV 20/230/400 پست نکا ، قدرت نامی در سیستم‌های مختلف خنک‌کنندگی نوشته‌شده است .لازم به ذکر است عموماً از این نوع سیستم خنک‌کنندگی در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA 60 استفاده می‌شود

سیستم خنک کنندگی با گردش مصنوعی روغن و وزش مصنوعی هوا (OFAF) www.mktop.ir
سیستم خنک کنندگی با گردش مصنوعی روغن و وزش مصنوعی هوا (OFAF) www.mktop.ir

4- سیستم خنک کننده با گردش مصنوعی اب و روغن  (OFWF)[  ( روغن اجباری ـ آب اجباری ) : در این سیستم ، ابتدا روغن توسط پمپ از بالای ترانسفورماتور وارد رادیاتور می‌شود تا پس از عبور از آن ، از پایین رادیاتور وارد ترانسفورماتور گردد . در رادیاتور ، آب‌خنک کنندگی هم توسط پمپ در خلاف مسیر روغن در رادیاتور عبور می‌کند که باعث کاهش دمای روغن می‌شود . از این نوع سیستم در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA60 مورداستفاده قرار می‌گیرد

5-  سیستم ODWF ( روغن اجباری در سیم‌پیچ و هسته ـ آب اجباری ) :در ترانسفورماتورهای باقدرت بسیار بالا ، به‌منظور کاهش هرچه بیشتر دمای سیم‌پیچ‌ها و هسته باید روغن را توسط پمپ‌ها ، با فشار و جهت مناسب از قسمت تحتانی ترانسفورماتور به داخل سیم‌پیچ‌ها و هسته هدایت نمود . همچنین مشابه روش قبل ، با استفاده از رادیاتور و چرخش روغن در داخل آن و به‌واسطه تماس غیرمستقیم با آب‌خنک کنندگی ، دمای روغن به مقدار موردنظر کاهش  می‌یابد .   

6ـ سیستم خنک کنندگی با گردش مصنوعی روغن و وزش طبیعی هوا(OFAN) (روغن اجباری – چرخش هوا طبیعی) .

 باید توجه کنیم که از مشخصه های انواع ترانسفورماتورها  فارغ از ابعاد، نوع یا ساختار آنها  این است که زمانی که برقدار می شوند دارای تلفات انرژی هستند. و این یک مورد طبیعی میباشد و به ساختار مواد وابسته است. در نتیجه روش های خنک سازی عضو جدا ناپذیر از طراحی ساختار میباشند.

قسمتی از این تلفات مربوط به مدارات مغناطیسی و هسته (تلفات آهنی) آنها و قسمتی هم تلفات مسی در زمان  بارگیری ترانسفورماتور می باشند. هر دو این تلفات خود را به صورت تلفات حرارتی ظاهر می کنند و حرارت هم البته یکی از دشمنان اصلی عایقهای بکارگرفته شده در تأسیسات الکتریکی است. از این رو، یکی از وظایف اصلی طراحان ترانسفورماتورها پراکنده کردن این تلفات فزون یابنده و در نتیجه اطمینان از طول عمر طولانی عایقهای موجود در تجهیز است.

برای ترانسفورماتورهای خنک شونده با هوا این امر با تهویه مناسب و ایجاد سوراخهای خنک کاری در هسته انجام می پذیرد. جایی که جریان کافی هوا وجود نداشته باشد، از چند پنکه برای افزایش انتقال حرارت از هسته و سیم پیچها استفاده می شود.

برای ترانسفورماتورهایی که با مایع خنک می شوند نیز وضعیت مشابه است. سوراخ های خنک کاری موجود در هسته باید در تعداد و اندازه مناسب تعبیه شوند تا اجازه دهند که جریان سیال از درون هسته عبور کرده و آن را خنک کند. این سیال می تواند به سادگی توسط همرفت جابجا شود یا می توان از روش “خنک کاری اجباری” توسط پمپ بهره گرفت. به علاوه، سطح خارجی مخزن باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا انتقال حرارت با روشهای رسانایی، همرفت و تشعشع به سادگی صورت پذیرد. هرچه ابعاد ترانسفورماتور بزرگتر باشد، دفع حرارت از سطح مخزن نابسنده تر می شود و به ناچار باید از پره های اضافی رادیاتور برای افزایش سطح موثر مخزن استفاده کرد. برای حداکثر کردن این فرایند می تواند از پنکه های خنک کننده برای خنک کردن رادیاتورها نیز بهره گرفت.

  • ولتاژ نامی ترانسفورماتور :در این قسمت ولتاژ نامی در اولیه و ثانویه ترانسفورماتور بیان می‌شود . همچنین اگر ولتاژ بالا به همراه تپ چنجر باشد ، مقدار این مشخصه هم بیان می‌شود . مثلاً در پست محلی نیروگاه ری مشخصات KV  % 5/2 × 2 + 245 : HV  ،   KV 11 : LV  بیانگر آن است که ولتاژ فشار ضعیف به مقدار  KV 11 و ولتاژ فشارقوی به مقدار KV 245 است که دارای دو پله تپ چنجر در جهت افزایش و دو پله تپ در جهت کاهش است . به‌عبارت‌دیگر ، ولتاژهای طرف ثانویه از تپ‌های پایین به بالا به ترتیب برابر  KV  25/257  ، KV 125/251 ، KV 245 ، KV 875/238 ، KV 75/232  می‌باشد. این تغییرات توسط وسیله‌ای به نام تپ چنجر صورت می‌گیرد .

  • جریان نامی :معمولاً در پلاک مشخصات ترانسفورماتور ، جریان نامی در اولیه و ثانویه را در کنار ولتاژ نامی ذکر می‌کنند . البته درصورتی‌که ترانسفورماتور قادر به عملکرد در حالت‌های مختلف سیستم خنک‌کنندگی (OFAF ، ONAN، ONAN و… ) باشد ، جریان نامی برای همه حالت‌ها ارائه می‌گردد ؛ زیرا در هر حالت ، قدرت ترانسفورماتور تغییر می‌کند .

  • گروه برداری اتصالات : اصولاً در ترانسفورماتورها بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، اختلاف‌فازی حاصل می‌شود که مقدار آن بستگی به طریقه اتصال بین سیم‌پیچ‌های مختلف فازی حاصل می‌شود که مقدار آن ، بستگی به طریقه اتصال بین سیم‌پیچ‌های مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا باید نحوه اتصالات سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه را مشخص نمود . برای مشخص نمودن اتصالات سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور از حروف اختصاری استفاده می‌شود . به‌این‌ترتیب که اتصال ستاره با Y  ، اتصال مثلث با D  و اتصال زیگزاگ را با Z  نشان می‌دهند . در ضمن اگر اتصال موردنظر در طرف فشارقوی باشد ، با حروف بزرگ و اگر در طرف فشار ضعیف باشد ، با حروف کوچک نمایش می‌دهند ؛ مثلاً اتصال ستاره با Yy  و یا اتصال مثلث ـ زیگزاگ با Dz  مشخص می‌شود . حال اگر در طرف ستاره یا زیگزاگ ، مرکز ستاره یا زیگزاگ ، زمین شده باشد ، متناسب بااینکه اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا یا پایین باشد ، به ترتیب از حروف N   یا n  استفاده می‌شود ؛

  • بعلاوه در ترانسفورماتورها ، هر فاز اولیه با فاز مشابه ای در ثانویه ، اختلاف‌فاز مشخصی دارد که جزء خصوصیات آن ترانسفورماتور به شمار می‌آید ؛ مثلاً ممکن است این زاویه 0 ، 30 ، 150 ، 180 ، … باشد . برای آنکه زاویه مذکور ، اختلاف‌فاز را برای هر ترانسفورماتور مشخص نماید به‌صورت مضربی از عدد 30 تبدیل می‌کنند و مضرب مشخص‌شده را در جلوی حروف معرف اتصالات طرفین ترانسفورماتور می‌آورند . مثلاً مشخصه 11 Ynd بیانگر اولیه ستاره با مرکز ستاره زمین شده و ثانویه ، مثلث است که اختلاف زاویه بین اولیه و ثانویه برابر 330=30*11 می‌باشد . به این عدد ، گروه ترانسفورماتور می‌گویند .

اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دسته مجزا تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از:

الف ) دسته یک : به ترانسفورماتورهایی گفته می‌شود که دارای گروه 0 ، 4 یا 8 هستند .

ب ) دسته دو : به ترانسفورماتورهایی گفته می‌شود که دارای گروه 2،6 یا 10 هستند .

ج ) دسته سه : به ترانسفورماتورهایی گفته می‌شود که دارای گروه 1 یا 5 هستند.

د ) دسته چهار : به ترانسفورماتورهایی گفته می‌شود که دارای گروه 7 یا 11 هستند .

اما دو موضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتورها ، تعیین گروه آن‌ها با توجه به نوع اتصال ، و یا یافتن اتصال سیم‌پیچ با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتورمی‌باشد .

  • سطح عایقی بوشینگ ها : (BIL  ) این مشخصه نشان می‌دهد که بوشینگ ها ، هر یکتا چه ولتاژی می‌تواند خاصیت عایقی خود را حفظ کنند . در واقع ، عددی که به‌عنوان BIL معرفی می‌شود ، بیانگر ولتاژ شکست عایق بوشینگ ها است . در پلاک مشخصات ، سطح عایقی بوشینگ های ولتاژ بالا ، ولتاژ و اتصال زمین ذکر می‌گردد .

  • امپدانس ولتاژ یا اختلاف سطح اتصال کوتاه (%UK ) :  این دو مشخصه که یکی از آن‌ها در پلاک مشخصات ترانسفورماتور ذکر می‌شود ، اطلاعات لازم را برای محاسبات اتصال کوتاه و طراحی مدارهای حفاظت در اختیار می‌گذارد .

  • امپدانس ولتاژ ، درصدی از افت ولتاژ نامی است که اگر به یک‌طرف ترانسفورماتور داده شود و طرف دیگر اتصال کوتاه شده باشد ، باید جریان نامی از سیم‌پیچ اتصال کوتاه شده بگذرد . کوچک بودن%UK بیانگر تلفات کم ترانسفورماتور است ؛ ولی در عوض ، باعث افزایش جریان اتصال کوتاه می‌شود و درنتیجه به کلیدهای باقدرت بالاتری نیاز خواهیم داشت . پس بالا بردن امپدانس ازنظر تلفات ، اثر منفی دارد ؛ ولی ازنظر جریان اتصال کوتاه و قدرت قطع کلیدها یک نکته مثبت است . 

  • جریان تحریک یا بی‌باری :جریان بی‌باری ، جریانی است که اگر یک‌طرف ترانسفورماتور به ولتاژ نامی وصل شود . طرف دیگر آن مدارباز باشد ، از منبع تغذیه دریافت شود . این جریان بیانگر تلفات حرارتی و ترانسفورماتور است . این تلفات که به نام تلفات بی‌باری است ، شامل تلفات فوکو و هیسترزیس ( که توسط مؤلفه حقیقی جریان بی‌باری مشخص می‌شود ) ، تلفات هسته ( که توسط مؤلفه موهومی جریان بی‌باری تعیین می‌گردد ) و تلفات عایقی است .

  • افزایش مجاز دما :این مشخصه ، میزان دما و روغن و سیم‌پیچی ترانسفورماتور را نشان می‌دهد . به‌عنوان‌مثال ، در پست محلی نیروگاه ری ، افزایش دما تا 65 درجه سانتی‌گراد مجاز دانسته شده است . البته این دمای حداکثر با توجه به ارتفاع 1000 متر از سطح دریا و درجه حرارت حداکثر محیط 40 درجه سانتی‌گراد است . در این صورت اگر دما از 65 درجه سانتی‌گراد بیشتر شود ، فن‌ها شروع بکار می‌کنند و اگر دما به 115 درجه سانتی‌گراد برسد ، آلارم داده می‌شود و در صورت رسیدن دما به 120 درجه سانتی‌گراد فرمان قطع ترانسفورماتور صادر می‌شود .مروری بر ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت گازی و تفاوت آن با ترانسفورماتورهای روغنی

 ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرتی گازی

در سال‌های اخیر افزایش روزافزون مصرف انرژی الکتریکی ، گسترش شبکه‌های توزیع و فوق توزیع را در شهرها و مناطق صنعتی اجتناب‌ناپذیر نموده است با توجه به اینکه کمبود فضا و لزوم همسازی با محیط ازیک‌طرف و جلوگیری از آثار آلودگی‌های مختلف از طرف دیگر، پست‌های گازی روزبه‌روز کاربرد بیشتری می‌یابند. ولی بااین‌ وجود به علت مسائل فنی موجود، تاکنون ترانسفورماتورهای این پست‌ها از نوع روغنی بوده و به‌منظور کنترل دامنه آتش‌سوزی احتمالی و مسائل مربوط به سیستم خنک‌کنندگی عمدتاً در فضای باز نصب می‌شوند ولی اخیراً گاز SF6 نیز در طراحی و ساخت ترانسفورماتورهای باقدرت بالا موردتوجه قرارگرفته است و نسل جدیدی از ترانسفورماتورها را با عنوان ترانسفورماتورهای گازی مطرح نموده که در این جزوه موردبررسی قرار می‌گیرد.

خواص عمومی گاز SF6  

گاز هگزافلورایدسولفور که بطور خلاصه گاز SF6 نامیده می‌شود گازی است بیرنگ‌‌‌، بدبو‌، غیرسمی و غیرقابل‌احتراق با خاصیت عایقی بسیار خوب بویژه در فشارهای بالا که از نظر حرارتی نیز پایدار می‌باشد‌. این گاز در درجه حرارت 8/63- درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می‌شود و در درجه حرارت و فشار مورد استفاده در ترانسفورماتورهای قدرت کاملاً بصورت گاز می‌باشد‌.

خاصیت خنک‌کنندگی و انتقال حرارت این گاز نسبت به هوا تا حدود سه‌برابر بوده ولی نسبت به روغن پایین‌تر می‌باشد اما خاصیت عایقی این گاز در فشار آتمسفر بین 2 تا 3 برابر هوا بوده و در فشارهای بالاتر این نسبت افزایش می‌یابد بطوریکه درفشارهای3 اتمسفر این ویژگی از ویژگی روغن نیز بیشتر می‌شود‌.

استقامت عایقی این گاز بیشتر از هوا و روغن‌، وابسته به میدان الکتریکی و توزیع آن بوده و لذا در طراحی ترانسفورماتورهای گازی به شکل توزیع میدان ویکنواخت بودن آن بایستی توجه خاصی مبذول گردد‌.

ویژگی‌ها و موارد قابل‌توجه ترانسفورماتورهای گازی

ازآنجاکه گاز SF6در این ترانسفورماتورها جانشین روغن شده ، غیرقابل‌احتراق و انفجار بوده و لذا در صورت بروز عیب‌های متداول در ترانسفورماتور احتمال بروز آتش‌سوزی وجود ندارد. لذا این ترانسفورماتورها برای کاربرد در فضاهای سرپوشیده بسیار مناسب بوده و درهرصورت برای این ترانسفورماتورها ضرورت تعبیه دستگاه‌های خودکار اطفاء حریق که بسیار گران و هزینه‌بردار می‌باشند وجود ندارد.

با توجه به پایداری شیمیایی کامل گاز  SF6و عدم تأثیر شرایط محیطی بر روی عایق ترانسفورماتور در اثر ایزوله بودن کامل نسبت ب هوای محیط (نداشتن کنسرواتور) و پایداری حرارتی بالای این گاز امکان بروز عیب در این ترانسفورماتور به حداقل ممکن کاهش‌یافته و ازآنجا این ترانسفورماتورها معمولاً در پست‌های با سوئیچ گیرهای گازی مورداستفاده قرار می‌گیرند و ارتباط ترانسفورماتور با سوئیچ گیرهای مربوطه از طریق لوله‌های گازی  انجام می‌گیرد. لذا امکان ایجاد اتصال کوتاه نیز در نزدیکی ترانسفورماتور به حداقل می‌رسد و لذا درمجموع قابلیت اطمینان سیستم به حداکثر می‌رسد.ازآنجایی‌که این ترانسفورماتور به‌صورت کامل آب‌بندی بوده و قسمت اکتیو در داخل محفظه فلزی قرار دارد و حداقل دریچه برای بازدید و یا تعمیر در طرح آن در نظر گرفته می‌شود و با هوای محیط هیچ‌گونه ارتباطی ندارد لذا برای مناطق با آلودگی و رطوبت بالا مناسب می‌باشند. انتقال صدا در گاز SF6کمتر از روغن و یا هوا بوده و لذا مقدار صدای ترانسفورماتورهای گازی نسبت به روغنی کمتر می‌باشد. گازSF6 به خاطر الکترونگاتیو بودن (جذب الکترون‌های آزاد) از خاصیت عایقی خوبی برخوردار می‌باشد و به خاطر ویژگی خاص این گاز در مقابل اضافه ولتاژهای سوئیچینگ یا صاعقه طراحی ترانسفورماتور ازنظر عایقی با اطمینان بالاتری صورت می‌گیرد. مشخصات الکتریکی ترانسفورماتورهای گازی نظیر جریان بی‌باری و تلفات با نوع روغنی یکسان بوده ولی مقدار امپدانس این ترانسفورماتورها نسبت به نوع گازی کمی بیشتر از نوع روغنی به خاطر فواصل بیشتر بین سیم‌پیچ‌ها می‌باشد البته این پارامتر به سهولت قابل‌کنترل می‌باشد.

 با توجه به اینکه این ترانسفورماتورها به‌صورت کاملاً آب‌بندی‌شده حمل می‌شوند. لذا عملیات نصب و راه‌اندازی به علت عدم نیاز به پروسس خشک‌کردن و روغن زدن بسیار راحت‌تر بوده و در مقایسه با نوع روغنی به زمان کمتری نیاز می‌باشد. تعمیرات و بازدیدهای دوره‌ای در حین بره برداری نیز خیلی بندرت ضرورت پیدا می‌کند اما در صورت نیاز به بازدید داخلی از ترانسفورماتور بایستی توجه داشت که اگرچه گاز SF6سمی نمی‌باشد ولی چون وزن مخصوص آن بیشتر از هواست، در داخل تانک باقی‌مانده و ضروری است که قبل از وارد شدن به داخل تانک مقدار اکسیژن کنترل‌شده و در صورت لزوم اکسیژن نیز تزریق گردد. هدایت حرارتی گازSF6 اگرچه از هوا بیشتر می‌باشد ولی در مقایسه با روغن پایین‌تر بوده و لذا برای انتقال حرارت ناشی از تلفات ترانسفورماتور بایستی دقت لازم در طراحی سیستم خنک‌کنندگی صورت پذیرد و اصولاً سیستمهای خنک‌کنندگی این نوع ترانسفورماتورها پیچیده‌تر از ترانسفورماتورهای روغنی می‌باشد.ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی

در این نوع ترانسفورماتورها امکان نشتی تدریجی گاز در حین بهره‌برداری وجود داشته که به سهولت نوع روغنی نیز قابل‌رؤیت نمی‌باشد لذا بایستی طوری طراحی شوند که در صورت افت فشار گاز ازنظر عایقی مشکل خاصی به وجود نیامده و ضمناً ازآنجاکه افت فشار گاز به خاطر کاهش دانستگان درجه حرارت سیم‌پیچ‌ها را نیز افزایش می‌دهد لذا بایستی در چنین صورتی بار ترانسفورماتور نیز متناسب کاهش داده شود که میزان ان بستگی به طرح سیستم خنک‌کننده دارد.

ساختمان و اصول طراحی

سیم‌پیچی‌ها و عایق‌های مربوطه

 با توجه به اینکه مواد عایقی کاغذی مقاومت کافی را در مقابل عبور هوا و یا گاز ندارند عایق مناسبی در محیط گاز نمی‌باشند و به همین دلیل از عایق‌های دیگری مانند فیلم پلی‌استر[6] برای عایق‌کاری هادی‌های سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌گردد و برای کنترل میدان الکتریکی و عایق‌بندی بین سیم‌پیچ‌ها و هر سیم‌پیچی با زمین، کاربرد شیلدهای موسوم بهElectric field relaxing shield نیز ضروری می‌باشد.

ضمناً برای حفاظت بهتر ترانسفورماتور در مقابل اضافه ولتاژهای صاعقه و توزیع یکنواخت بتر این اضافه ولتاژ از سیم‌پیچی‌های موسوم به    (High series capacitance)Hiser Capبرای سیم‌پیچی‌های فشارقوی که ظرفیت خازنی بین حلقه‌ها افزایش می‌دهد استفاده می‌شود.

سیم پیچی High Series Capacitance و Ordinary www.mktop.ir
سیم پیچی High Series Capacitance و Ordinary www.mktop.ir

ازآنجاکه توزیع اولیه ولتاژ ضربه‌ای بوسیله نسبت کاپاسیتانس سری و کاپاسیتانس با زمین تعیین می‌گردد با افزایش کاپاسیتانس سری این توزیع خطی تر می‌گردد و لذا نوسان ولتاژ اولیه کنترل‌شده و سیم‌پیچی در مقابل چنین اضافه ولتاژهایی مقاوم‌تر می‌گردد. ضمناً تحقیقات اخیر پیشنهاد استفاده از سیم‌پیچ‌های ورقه‌ای از جنس آلومینیم را نیز مطرح ساخته است.

هسته‌:

هسته این ترانسفورماتورها‌، مانند ترانسفورماتورهای روغنی از ورقه‌های آهن سیلیس‌دار ولی با کیفیت بسیار بالا تشکیل می‌گردد که با روش   Adhesive(چسب) و بدون استفاده از هر‌گونه سوراخ و یا پیچ بهم متصل می‌گردد‌.

در ترانسفورماتورهای با قدرت بالا برای خنک کردن هسته علاوه بر استفاده از داکت‌های عبور گاز در اطراف هسته در داخل هسته نیز چنین داکتهایی پیش‌بینی می‌گردد‌. مروری بر ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت گازی و تفاوت آن با ترانسفورماتورهای روغنی

تانک‌:

با توجه به اینکه فشارگاز داخل تانک معمولاً در فشار یک‌کیلوگرم برسانتیمتر‌مربع و در درجه حرارت 20 درجه سانتیگراد تنظیم می‌گردد واین فشار در درجه حرارت حداکثر کار ممکن است تا حدود 6/1 کیلو‌گرم بر سانتیمتر مربع برسد و علاوه برآن سوپاپ تخلیه فشاری که معمولاً در فشار 2 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع عمل می‌نماید نیز روی تانک نصب می‌گرد‌. بنابراین احتیاجی نیست که تانک ترانسفورماتور مشخصات مورد نظر را برای محفظه‌های تحت فشار مطابق کلاس 2 طبق استاندارد تأسیسات تحت فشار دارا باشد ولی بمنظور رعایت کامل مسائل ایمنی بایستی تانک طوری طراحی گردد که فشارهای 5/2 کیلوگرم بر سانتیمترمربع را تحمل نموده و آزمایش نشتی گاز نیز با استفاده از آشکارسازهایی از قبیل گاز هلیوم و غیره انجام گیرد‌.

 سیستم خنک‌کنندگی‌:

گاز SF6  همانطوری که گفته شد بعنوان یک ماده خنک‌‌کننده ویا انتقال دهنده حرارت از هوا خیلی بهتر است ولی بخوبی روغن نمی‌باشد اما می‌توان با افزایش سرعت جریان گاز و در نتیجه افزایش خاصیت انتقال حرارت این مشخصه گاز را نیز تا حد روغن افزایش داد‌. این کار به کمک انتخاب سیستم خنک‌کننده پیچیده‌ای مطابق شکل انجام می‌گیرد‌.

نمای کلی سیستم خنک کننده ساختار ترانسفوماتورهای گازی 6SF www.mktop.ir
نمای کلی سیستم خنک کننده ساختار ترانسفوماتورهای گازی 6SF www.mktop.ir

در این سیستم همانطوریکه ملاحظه می‌شود گاز بعنوان ماده منتقل کننده حرارت پمپ (های) وزش گاز که دربین لوله ارتباطی تانک به مبدل حرارتـی نصب می‌گـــردد بداخل قسمتی موسوم به  Wind  box که در زیر قسمت اکتیو قرار دارد فرستاده می‌شود و از آنجا این گاز با فشار بداخل سیم‌پیچهای فشارقوی ـ فشار ضعیف و هسته ارسال می‌گردد‌.معمولاً کانالهای گاز نیز در داخل سیم‌پیچها تعبیه می‌گردد تا گاز بصورت زیگزاگ در داخل سیم‌پیچ هدایت شده و به این ترتیب هدایت حرارتی بهتری صورت می‌گیرد‌.خنک‌کننده‌ها در این ترانسفورماتورها از نوع مبدلهای حرارتی ( ( Cross  Flow  Typeمی‌باشد که از لوله‌های آلومینیم ساخته می‌شود و هدایت حرارتی بسیار بالائی دارد‌. اخیراً تحقیقات وسیعی بمنظور کاهش ابعاد سیستم خنک‌کنندگی و پایین‌آوردن تلفات ترانسفورماتور در قدرت‌های بالا (در‌حدود 300 مگاولت‌آمپر) انجام گردیده که نتایج آن منجر به ارائه تکنیک جدیدی در طراحی ترانسفورماتورها با استفاده از سیستم خنک‌کنندگی با ماده واسطه کاملاً جدا از گاز گردیده که موسوم به ترانسفورماتورهای  Separate  Cooling – Sheet  Winding  GIT ( S/S  GIT ) می‌باشند‌. در این طرح جدید مـاده خنک‌کننده (پرفلوئورکربن ، F4C ) می‌باشد و از داخل لوله‌های عایق (لوله‌های قابل ارتجاع از جنس تفلون که از داخل سیم‌پیچها و هسته عبور می‌نمایند و به پانلهای مبدل حرارتی اتصال می‌یابند عبور کرده و باعث خنک شدن ترانسفورماتور می‌گردد‌. نوع سیم پیچی در این طرح ، شکل به جای هادیهای معمولی از نوع ورقه‌های آلومینیم با عایق فیلم پولیمر بوده که دارای کاپاسیتانس سری بالایی نیز می‌باشد و قابلیت انتقال حرارتی بالایی دارد‌.

استفاده از ورق المینیوم با عایق فیلم پلیمر باکاپاسیتانس بالا و انتقال حرارت بالادر ترانسفوماتور گازی www.mktop.ir
استفاده از ورق المینیوم با عایق فیلم پلیمر باکاپاسیتانس بالا و انتقال حرارت بالادر ترانسفوماتور گازی www.mktop.ir

-متعلقات ترانسفورماتور

بوشینگها

<span style="font-size: 14pt; color: #000000;">بوشینگها در ترانسفورماتور گازی www.mktop.ir</span> مروری بر ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت گازی و تفاوت آن با ترانسفورماتورهای روغنی
بوشینگها در ترانسفورماتور گازی www.mktop.ir مروری بر ساختار و عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت گازی و تفاوت آن با ترانسفورماتورهای روغنی

طرف ولتاژ بالای ترانسفورماتورها مستقیماً می‌توانند به یک تأسیسات پست گازی عایق شده با گاز متصل بشوند ولی ازآنجاکه فشار گاز داخل ترانسفورماتور با پست یکسان نبوده و از طرف دیگر جدا بودن گازها در دو مجموعه ازنظر قابلیت اطمینان ضرورت دارد لذا بایستی از بوشیگهای گاز به گاز (Gas to Gas)  استفاده نمود و در چنین صورتی ترانسفورماتورهای جریان بوشینگی نیز می‌توانند روی آن نصب گردند. در طرف ولتاژ  پایین در صورت کم بودن ولتاژ اتصال معمولاً از طریق بوئینگ‌های خشک و از طریق کابل مناسب می‌باشد اما در صورت بالا بودن ولتاژ این اتصال نیز مشابه روش فوق انجام می‌گیرد.ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی

 www.mktop.irساختار داخلی بوشینگها در ترانسفورماتور گازی 6SF
www.mktop.irساختار داخلی بوشینگها در ترانسفورماتور گازی 6SF

تپ چنجر

همانطور که بیان شد  با تغییر تعداد دور سیم پیچ در ترانسفورماتورها می توان ولتاژ خروجی را تنظیم نمود. و این کار را در ترانسفورماتورها ، تپ چنجرها به عهده دارند. تپ چنجرهای این ترانسفورماتورها اگر از نوع Off Load باشند معمولا با نوع مورداستفاده در ترانسفورماتورهای روغنی تفاوتی ندارد ولی اگر تپ چنجر On load مدنظر باشد بایستی از تپ چنجرهای نوع خلأ Vacum Switch Type استفاده شود. در این نوع تکنولوژی عمل قطع و وصل در یک کپسول خلاء صورت می گیرد به همین خاطر تعمیر و نگهداری آن کمتر شده است ، چون جرقه ای که در خلاء صورت می گیرد کمتر است. این نوع تپ چنجر در شکل نشان داده شده است

www.mktop.irتپ چنجر در ترانسفورماتور گازی Vacum Switch Type
www.mktop.irتپ چنجر در ترانسفورماتور گازی Vacum Switch Type

اندازه‌گیری درجه حرارت گاز

 یک آشکارساز حرارتی در قسمت بالای تانک نصب می‌گردد تا از طریق یک نشان‌دهنده عقربه‌ای که به یک کنتاکت هشداردهنده نیز مجهز می‌باشد درجه حرارت گاز را نشان می‌دهد.

-گیج فشار گاز

یک گیج، فشارسنج نیز با رنج مناسب (معمولا از 1- تا 3+ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) که قادر به اندازه گیری فشار می‌باشد روی تانک نصب می‌گردد. این گیج بایستی به یک کنتاکت هشداردهنده مجهز باشد که در فشار بیش‌ازحد قابل‌انتظار 7/1 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع …………………….

 

 

 

امید داریم تا اینجاترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنیی مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت ادامه مطلب  به صورت کامل  WORD + PDF  (95 صفحه)به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید. این مقاله بر اساس سیستم پایان نامه نویسی طرح شده است و دارای رفرنس معتبر و پاورقی و … میباشد.

برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: 16000تومان

16000 تومان خريد

 

 

 

ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی ترانسفورماتورهای قدرت گازی روغنی

۹ دیدگاه. بیرون رفتن و ثبت نظرجدید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با این شرایط موافقت کنید

13 − 7 =