ساختمان و اساس کار ژنراتور (2)

سيستم سنکرون و سنکروچک
سنکرون کردن و شرايط آن

تعريف سنکرون کردن : وصل دو شبکه کاملاً مجزا به طريقي که هيچ نوع شدت جريان ضربه اي قابل ملاحظه اي ايجاد نشود .

شرايط سنکرون کردن :

1. برابري ولتاژها : توسط تغيير شدت جريان تحريک ژنراتورها در نيروگاهها و استفاده از جبران کننده ها در پست ها صورت مي گيرد .
2. برابري فرکانس ها : توسط تنظيم محرک اوليه ژنراتورها صورت مي گيرد .
3. برابري فاز اختلاف سطح ها (هم فاز بودن) : براي هر سيستمي که براي اولين بار وارد مدار مي شود ، قبل از وارد مدار شدن توسط گروه تعميرات تست مي گردد . اين ترتيب تا زماني که تغييرات اساسي روي شبکه انجام نشود ، برقرار است .
4. برابري حوز? دوار : ترتيب صحيح فازها را مي توان توسط سه عدد لامپ کنترل نمود . اين لامپ ها مابين فازهاي هم نام که بايد به هم متصل شوند ، بسته مي شوند . اگر در اين حالت (قبل از پارالل) ترتيب فازها صحيح باشد ، لامپ ها با هم خاموش و با هم روشن مي شوند ولي اگر ترتيب فازها غلط باشد ، لامپ ها يکي پس از ديگري خاموش و روشن مي شوند .

سنکرون کردن دو شبکه به دو صورت انجام مي گيرد :

سنکرون کردن به طريقه اتوماتيک

در اين حالت اپراتور مسئول ، دکم? اتوماتيک سنکرون را فشار داده و منتظر مي ماند . سيستم اتوماتيک سنکرون وارد مدار شده و به طور خودکار فرکانس ها و ولتاژها را مساوي مي نمايد و در شرايطي که دو سيستم هم فاز شدند ، دژنکتور به طور اتوماتيک وصل مي گردد . اگر نياز باشد عمل پارالل در پست ها انجام گيرد ، لازم است همزمان با مرکز ديسپاچينگ ملي تماس وجود داشته باشد تا با تغييراتي که در توليد مناطق مختلف انجام مي گيرد ، فرکانس دو شبکه برابر گردد .
سيستم اتوماتيک سنکرون معمولاً بين 5 تا 10 دقيقه در مدار مي ماند . اگر در اين مدت شرايط سنکرون آماده گرديد ، دو شبکه با هم پارالل مي گردند . در غير اين صورت اين سيستم از مدار خارج مي گردد .

سنکرون کردن به طريقه دستي

پس از مساويکردن ولتاژها و فرکانس هاي دو شبکه با توجه به حرکت عقربه دستگاه سنکرونسکوپ ، زماني که عقربه روي نقطه صفر رسيد ، دو شبکه با هم فاز مي باشند . در آن لحظه مي توان اقدام به وصل دژنکتور نمود .

سنکروچک

تبديل يک شبکه خطي به يک شبکه رينگ با وصل يک دژنکتور را سنکروچک گويند . زماني که در شبکه سراسري حادثه اي باعث قطع يک يا چند خط انتقال نيرو شود ، شبکه سراسري از حالت رينگ خارج شده و به شبکه خطي تبديل مي گردد . چون فرکانس در اين شبکه تغيير نمي کند اين شبکه سنکرون مي باشد ولي به خاطر اطمينان ، زماني که کليد سنکرون روشن مي شود ، اطلاعات روي تابلوي سنکرون بايستي چک شود .
اولاً عقربه دستگاه سنکرونسکوپ در نقطه اي ثابت باشد . ثانياً زاويه اي که با نقطه صفر سنکرونسکوپ مي سازد ، بيشتر از 15± درجه نباشد . اين زاويه را زاويه بار (LOAD ANGLE) مي گويند . اين زاويه بر اثر اختلاف ولتاژ ارسالي روي شبکه و ولتاژ دريافتي بوجود مي آيد .
عمل سنکروچک نيز به دو صورت انجام مي گيرد :

به طور خودکار

با فشار دادن دکمه خودکار ، سيستم سنکروچک وارد مدار مي شود . در صورتي که زاويه بار کمتر از 15± درجه نسبت به نقطه صفر باشد ، بلافاصله دژنکتور وصل شبکه به حالت رينگ در مي آيد . در غير اين صورت پس از جند دقيقه بدون اينکه دژنکتور وصل شود ، سنکروچک از مدار خارجمي گردد.

به طريق دستي

جهت سنکروچک نمودن دستي شبکه دستگاه سنکرونسکوپ را وارد مدار مي نماييم و به عقربه آن توجه مي کنيم . چنانچه زاويه بار بيشتر از 15± درجه نباشد ، مي توانيم دژنکتور مربوطه را وصل نماييم . در صورتي که زاويه بار از 15± درجه بيشتر باشد ، مجاز به وصل دژنکتور نمي باشيم تا اينکه اقداماتي جهت کم کردن زاويه بار توسط ديسپاچينگ ملي انجام پذيرد آنگاه پس از کاهش زاويه بار مي توانيم دژنکتور مربوطه را وصل نمايم .

ژنراتورهاي اشعه ايکس(X-ray Generator)

انرژي فوتون هاي اشعه ايکس توليد شده تابع 1- انرژي جنبشي الکترون ها، 2- اختلاف پتانسيل دو سر تيوپ است. ابتدا ولتاژي حدود kv 150 – 40 به دو قطب تيوپ اشعه ايکس اعمال مي شود. الکترون هايي که توسط فيلامان توليد شده اند دراين اختلاف پتانسيل به سمت قطب آند شتاب مي گيرند و پس از برخورد به هدف به فوتون هايx – ray تبديل مي شوند. اختلاف پتانسيل در سر تيوپ، موجب افزايش انرژي جنبشي الکترون ها و توليد فوتون هاي پر انرژي تر مي گردد. هر چه ضخامت عضو بيشتر باشد، فوتون هاي پر انرژي تري لازم است. براي به راه اندازي تيوپ و در توليد اشعه ايکس، از ژنراتور استفاده مي شود.

- وظايف ژنراتور:

1-تأمين اختلاف پتانسيل دو سر تيوپ اشعه ايکس.
2-ملتهب کردن فيلامان براي توليد الکترون.
3-کنترل اختلاف پتانسيل دو سر تيوپ.
ولتاژ مورد استفاده در ژنراتورهاي اشعه ايکس از نوع ولتاژ متناوب است.
دو نوع ولتاژ متناوب داريم: 1- تکفاز و 2- سه فاز.
- نحوة توليد برق تکفاز:
مبناي کار، قانون القاي الکترومغناطيسي است. در نتيجه گردش يک سيم پيچ درون ميدان مغناطيسي ثابت با القاي ولتاژ در سيم پيچ لازم است.
- نحوه توليد برق سه فاز:
در مولدهاي سه فاز، سه سيم پيچ به طور همزمان درون ميدان مغناطيسي مي چرخند. هر سيم پيچ با اختلاف زاويه ?120 نسبت به بقيه قرارگرفته است. به علت متفاوت بودن موقعيت سيم پيچ ها، مقدار ولتاژ توليدي در هر سيم پيچ در يک زمان مشخص متفاوت است.

• ترانسفورماتورها:

وسيله افزايش يا کاهش ولتاژ نسبت به مقدار مبنا هستند و بر دو نوعند:
- ترانسفورماتور افزاينده (step up Transformer).
- ترانسفورماتور کاهنده (step down Transformer).

- اجزاي ترانسفورماتور:

1-هسته فلزي.
2-دو سري سيم پيچ که بر روي هسته فلزي پيچيده مي شوند.
سيم پيچ متصل به ولتاژ ورودي سيم پيچ اوليه و سيم پيچي که ولتاژ تغييريافته از آن خارج شده سيم پيچ ثانويه نام دارد. سيم پيچ ها نسبت به هم عايق بندي شده است. تشکيل ميدان مغناطيسي موجب القاي مجدد جريان در سيم پيچ هاي ثانويه و هسته فلزي مي شود. براي آنکه در سيم پيچ ثانويه جرياني القا شود، بايستي ولتاژ ورودي متناوب(AC) باشد. ولتاژ متناوب، ‌ميدان مغناطيسي متناوبي را در هسته ايجادکرده و شار در واحد زمان تغييرمي کند. بر مبناي قانون القاي فارادي،‌ تغيير در شار مغناطيسي موجب القاء جريان جديد در سيم پيچ ثانويه مي گردد.

قرقره ترانسفورماتور

براي حفاظ و نگهداري از سيم پيچ‌هاي ترانسفورماتور خصوصا در ترانسفورماتورهاي كوچك بايد از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره بايد از مواد عايق باشد قرقره معمولا از كاغذ عايق سخت ، فيبرهاي استخواني يا مواد ترموپلاستيك مي سازند. قرقره هايي كه از جنس ترموپلاستيك هستند معمولا يك تكه ساخته مي شوند ولي براي ساختن قرقره هاي ديگر آنها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روي همدگر سوار كرد. بر روي ديواره هاي قرقره بايد سوراخ يا شكافي ايجاد كرد تا سر سيم پيچ از آنها خارج شوند. اندازه قرقره بايد با اندازه ى ورقه‌هاي ترانسفورماتور متناسب باشد و سيم پيچ نيز طوري بر روي آن پيچيده شود. كه از لبه هاي قرقره مقداري پايين تر قرار گيرد تا هنگام جا زدن ورقه‌هاي ترانسفورماتور ، لايه ى رويي سيم پيچ صدمه نبيند. اندازه قرقره هاي ترانسفورماتورها نيز استاندارد شده است اما در تمام موارد ، با توجه به نياز ، قرقره مناسب را مي توان طراحي كرد. - نکات قابل توجه قبل از حمل ترانسهاي قدرتپس از پايان مراحل ساخت و انجام موفقيت آميز آزمايشات کارخانه اي يا جابه جائي ترانسفورماتور نصب شده، از محلي به محل ديگر و قبل از بارگيري مي بايست اقدامات زير بروي ترانسفورماتور انجام گيرد. لازم به ذکر است که به منظور کاهش ابعاد و وزن ترانسفور ماتور و نيز از نظر فني و محدوديّت ترافيکي مي بايستي تجهيزات جنبي ترانسفورماتور(کنسرواتور، بوشينگ و...) باز و به طور جداگانه بسته بندي و آماده حمل گردند. اما خود ترانسفورماتور به طريق زير حمل مي گردد.
الف_حمل با روغن:
ترانسفورماتورهاي کوچک و ترانسفورماتورهايکه وزن و ابعاد آنها مشکلاتي را از نظر حمل ايجاد نمي نمايند، معمولا با روغن حمل مي گردند.در اين حال سطح روغن بايستي حدودا 15 سانتي متر پايين تر از درپوش اصلي(سقف) ترانسفورماتور قرار دشته باشد.
توجه:
1-فاصله 15 سانتيمتر فوق الذکر در مورد کليه ترانسفورماتورها يکسان نبود.و توصيه مي شود به دستور العمل کارخانه سازنده مراجعه شود.
2-لازم به ذکر است که در هنگام حمل روغن، قسمت آمتيوپارت ترانسفورماتوري بايستي کاملا در داخل روغن قرار گيرد.
3-به منظور جلوگيري از نفوذ رطوبت و هوا به داخل ترانسفورماتورفضاي بين روغن و سقف ترانسفورماتور با هواي خشک و يا گاز نيتروژن با فشار حدود 2/0 بار در هواي 20c پر مي کنند. لازم به ذکر است که گاز نيتروژن بايستي کاملا خشک باشد
4-در اين حالت با نصب يک محفظه سيليکاژل بسته (آب بندي شده) بر روي ترانسفورماتور به منظور جذب رطوبت استفاده مي شود ضمنا جهت جلوگيري از پاشيدن روغن به داخل سيليکاژل در طول حمل از يک وسيله حفاظتي استفاده مي شود.
ب_ حمل بدون روغن :
ترانسفورماتور هاي بزرگ بدون روغن حمل مي گردند. در اين موارد پس از تخليه روغن، ترانسفورماتور را با هواي خشک و يا با نيتروژن پر مي کنند.لازم به ذکر است که در اين حالت نيز در طول حمل بايستي فشار هوا يا نيتروژن به طور مرتب کنترل گردند.

نکات قابل توجه و مهم در نصب و قبل از راه اندازي

1-کنترل ضربه نگار
2-کنترل فشار هوا
3-کنترل نقطه شبنم و اکسيژن
4-کنترل استقرار ترانسفورماتور بر روي فوندانسيون
5-کنترل تجهيزات جنبي ترانسفورماتور شامل بوشينگ-سيستم خنک کننده-رادياتور-فن-پمپ-کنسرواتور-ملحقات کنسرواتور
6-سيستم تنفسي
7-شيراطمينان
8-ترمومترها شامل ترمومتر روغن-کاليبوه کردن ترمومتر-ترمومتر سيم پيچ
9-تپ خپجر
10- رله بو خهلتسروغن ترانسفورماتورروغن هاي ترانسفورماتور عمدتا ترکيبات پيچيده اي از هيدروکربنهاي مشتق از نفت خام مي باشند و به جهت دارا بودن خواص مناسب، روغنهاي پايه نفتينک ترانسفورماتور مناسب تر تشخيص داده شدهاند.
خواص مورد نياز براي روغن هاي ترانسفورماتور به طور خلاصه عبارتند از:عايق کاري الکتريکي-انتقال حرارت-قابليت خاموش کردن قوس الکتريکي-پايداري شيميايي-سيل کردن ترانسفورماتور و حمل مواد آلوده ناشي از کارکرد به خارج-جلوگيري از خوردگي-مواد عايقرو قسمتهاي فلزي ترانسفورماتور.
در مورد سفارش خريد روغن براي ترانسفورماتور ها دو مورد مهم را مد نظر قرار مي دهيم
1-کيفيت روغن ترانسفورماتور
2-انتخاب نوع ترانسفورماتوربا در نظر گرفتن نوع روغن و در نظر گرفتن کيفيت آن، طراحي ترانسفورماتور ها مورد بحث قرار مي گيرد به عنوان مثال يک نمونه از آن را يادآور مي شويم که باعث زايل شدن روغن ترانسفورماتور گرديد.
نمونه مورد اشاره اين بود که يک نوع چسبي که در داخل ترانسفورماتور بکار برده شده بود توسط روغن آن چسب حل گرديد و باعث اين شد که ذرات چسب داخل روغن پراکنده شود و منجر به کاهش دي الکتريک روغن گرديد. مورد ديگري که يادآوري نمودند اين بود که کاتاليزور مس و آهن باعث از بين بردن روغن دانستند و همينطور اينکه چرا اصولاً کاغذ و روغن را به عنوان عايق در ترانسفورماتورها به کار ميبرند. علتي را که براي آن توضيح داده بودند به اين شرح بود که يک بار کاغذ عايقي بدون آغشته روغن، مورد تست عايقي قرار دادند، مشاهده شده بود که کاغذ عايقي آغشته به روغن بسيار خاصيّت عايقي آن نسبت به کاغذ عايقي بدون روغن بوده ماده اي به نام nemex که بين عايق ترانسفور ماتورها مورد استفاده قرار ميگيرد مورد اشاره قرار گرفت که باعث ذايل شدن و از بين رفتن روغن گرديد.
دو نوع آلودگي روغن ترانسفورماتورها :
1-آلودگي فيزيکي
2-آلودگي شيميائي
200تست را کلاً بر روي ترانسفورماتورها مي توان انجام داد که از ميان آنها تستهاي زير داراي اهمّيت بيشتري مي باشند.
1-تست اسيديته
2-گازهاي حل شده در روغن
3-کشش سطحي
4-pcb (بي فنيل پلي کلريد)
مهمترين منابع آلودگي روغن عبارتند از:
1- مواد معلق در روغن
2-آب
3-اکسيداسيون روغنبه
طور کلي 3 نوع تست برروي روغن ترانسفورماتور انجام مي گيرد که عبارتند از:
1-تستهاي فيزيکي
2-تست هاي شيميائي
3- قسمت هاي الکتريکي
تكنولوژيساخت ترانسفورماتور فشار قوي فاقد روغن در طول عمر يكصد ساله ترانسفورماتورها، يك انقلاب محسوب مي شود. ايده استفاده از كابل با عايق پليمر پلي اتيلن (XLPE) به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي از ذهن يك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش كرده است.تكنولوژي استفاده از كابل به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي، نخستين بار در سال 1998 در يك ژنراتور فشار قوي به نام “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در اين ژنراتور بر خلاف سابق كه از هاديهاي شمشي ( مستطيلي ) در سيم پيچي استاتور استفاده مي شد، از هاديهاي گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط مي شود، هاديهاي سيلندري ، توزيع ميدان الكتريكي متقارني دارند. بر اين اساس ژنراتوري مي توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه توليد كند بطوريكه نياز به ترانسفورماتور افزاينده نباشد. در نتيجه اين كار، تلفات الكتريكي به ميزان 30 در صد كاهش مي يابد.در يك كابل پليمري فشار قوي، ميدان الكتريكي در داخل كابل باقي مي ماند و سطح كابل داراي پتانسيل زمين مي باشد.در عين حال ميدان مغناطيسي لازم براي كار ترانسفورماتور تحت تاثير عايق كابل قرار نمي گيرد.در يك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژي كابل، امكانات تازه اي براي بهينه كردن طراحي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش هاي گرمايي فراهم كرده است.در فرايند تحقيقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست يك ترانسفورماتور آزمايشي تكفاز با ظرفيت 10 مگا ولت آمپر طراحي و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمايش گرديد. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ هاي از 36 تا 145 كيلو ولت و ظرفيت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.

آشنايي با بعضي انواع ترانسفورماتورها
تاريخچه ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشك

در ژوئيه 1999، شركت ABB، يك ترانسفور ماتور فشار قوي خشك به نام “Dryformer “ ساخته است كه نيازي به روغن جهت خنك شدن بار به عنوان دي الكتريك ندارد.در اين ترانسفورماتور به جاي استفاده از هاديهاي مسي با عايق كاغذي از كابل پليمري خشك با هادي سيلندري استفاده مي شود.تكنولوژي كابل استفاده شده در اين ترانسفورماتور قبلاً در ساخت يك ژنراتور فشار قوي به نام "Power Former" در شركتABB به كار گرفته شده است. نخستين نمونه از اين ترانسفورماتور اكنون در نيروگاه هيدروالكتروليك “Lotte fors” واقع در مركز سوئد نصب شده كه انتظار مي رود به دليل نياز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هايي كه از ايمني بيشتري برخوردار باشند و با محيط زيست نيز سازگاري بيشتري داشته باشند، با استقبال فراواني روبرو گردد.
ايده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه 90 مطرح شد. بررسي، طراحي و ساخت اين ترانسفورماتور از بهار سال 1996 در شركت ABB شروع شد. ABB در اين پروژه از همكاري چند شركت خدماتي برق از جمله Birka Kraft و Stora Enso نيز بر خوردار بوده است.

تكنولوژي

ساخت ترانسفورماتور فشار قوي فاقد روغن در طول عمر يكصد ساله ترانسفورماتورها، يك انقلاب محسوب مي شود. ايده استفاده از كابل با عايق پليمر پلي اتيلن (XLPE) به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي از ذهن يك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش كرده است.
تكنولوژي استفاده از كابل به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي، نخستين بار در سال 1998 در يك ژنراتور فشار قوي به نام “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در اين ژنراتور بر خلاف سابق كه از هاديهاي شمشي ( مستطيلي ) در سيم پيچي استاتور استفاده مي شد، از هاديهاي گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط مي شود، هاديهاي سيلندري ، توزيع ميدان الكتريكي متقارني دارند. بر اين اساس ژنراتوري مي توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه توليد كند بطوريكه نياز به ترانسفورماتور افزاينده نباشد. در نتيجه اين كار، تلفات الكتريكي به ميزان 30 در صد كاهش مي يابد.
در يك كابل پليمري فشار قوي، ميدان الكتريكي در داخل كابل باقي مي ماند و سطح كابل داراي پتانسيل زمين مي باشد.در عين حال ميدان مغناطيسي لازم براي كار ترانسفورماتور تحت تاثير عايق كابل قرار نمي گيرد.در يك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژي كابل، امكانات تازه اي براي بهينه كردن طراحي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش هاي گرمايي فراهم كرده است.
در فرايند تحقيقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست يك ترانسفورماتور آزمايشي تكفاز با ظرفيت 10 مگا ولت آمپر طراحي و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمايش گرديد. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ هاي از 36 تا 145 كيلو ولت و ظرفيت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.

نيروگاه مدرن Lotte fors

ترانسفورماتور خشك نصب شده در Lotte fors كه بصورت يك ترانسفورماتور – ژنراتور افزاينده عمل مي كند ، داراي ظرفيت 20 مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ 140 كيلو ولت كار مي كند. اين واحد در ژانويه سال 2000 راه اندازي گرديد. اگر چه نيروگاه Lotte fors نيروگاه كوچكي با قدرت 13 مگا وات بوده و در قلب جنگلي در مركز سوئد قرار دارد اما به دليل نوسازي مستمر، نيروگاه بسيار مدرني شده است. در دهه 80 ميلادي ، توربين هاي مدرن قابل كنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال 1996، كل سيستم كنترل آن نوسازي گرديد. اين نيروگاه اكنون كاملاً اتوماتيك بوده و از طريق ماهواره كنترل مي شود.

ويژگي هاي ترانسفورماتور خشك

ترانسفورماتور خشك داراي ويژگيهاي منحصر بفردي است از جمله:
1-به روغن براي خنك شده با به عنوان عايق الكتريكي نياز ندارد.
2-سازگاري اين نوع ترانسفورماتور با طبيعت و محيط زيست يكي از مهمترين ويژگي هاي آن است. به دليل عدم وجود روغن، خطر آلودگي خاك و منابع آب زير زميني و همچنين احتراق و خطر آتش سورزي كم ميشود.
3-با حذف روغن و كنترل ميدانهاي الكتريكي كه در نتيجه آن خطر ترانسفور ماتور از نظر ايمني افراد ومحيط زيست كاهش مي يابد، امكانات تازه اي از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم ميشود.به اين ترتيب امكانات نصب ترانسفورماتور خشك در نقا شهري و جاهايي كه از نظر زيست محيطي حساس هستند، فراهم ميشود.
4-در ترانسفورماتور خشك به جاي بوشينگ چيني در قسمتهاي انتهايي از عايق سيسيكن را بر استفاده ميشود. به اين ترتيب خطر ترك خوردن چيني بوشينگ و نشت بخار روغن از بين ميرود.
5-كاهش مواد قابل اشتعال، نياز به تجهيزات گسترده آتش نشاني كاهش ميدهد. بنابراين از اين دستگاهها در محيط هاي سر پوشيده و نواحي سرپوشيده شهري نيز مي توان استفاده كرد.
6-با حذف روغن در ترانسفورماتور خشك، نياز به تانك هاي روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن كاملاً از بين ميرود.بنابراين كار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال كابلها و نصب تجهيزات خنك كننده خواهد بود.
7-از ديگر ويژگي هاي ترانسفورماتور خشك، كاهش تلفات الكتريكي است. يكي از راههاي كاهش تلفات و بهينه كردن طراحي ترانسفورماتور، نزديك كردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژي تا حد ممكن است تا از مزاياي انتقال نيرو به قدر كافي بهره برداري شود. با بكار گيري ترانسفورماتور خشك اين امر امكان پذير است .
8-اگر در پست، مشكل برق پيش آيد، خطري متوجه عايق ترانسفورماتور نمي شود. زيرا منبع اصلي گرما يعني تلفات در آن توليد نمي شود.بعلاوه چون هوا واسطه خنك شدن است و هوا هم مرتب تعويض و جابجا مي شود، مشكلي از بابت خنك شدن ترانسفورماتور بروز نمي كند.

نخستين تجربه نصب ترانسفررماتور خشك

ترانسفورماتورخشك براي اولين بار در اواخر سال 1999 در Lotte fors سوئد به آساني نصب شده و از آن هنگام تاكنون به خوبي كار كرده است. در آينده اي نزديك دومين واحد ترانسفورماتور خشك ساخت ABB (Dry former ) در يك نيروگاه هيدروالكتريك در سوئد نصب مي شود.

چشم انداز آينده تكنولوژي ترانسفورماتور خشك

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشك

ساخت ترانسفورماتور فشار قوي فاقد روغن در طول عمر يكصد ساله ترانسفورماتورها، يك انقلاب محسوب مي شود. ايده استفاده از كابل با عايق پليمر پلي اتيلن (XLPE) به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي از ذهن يك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش كرده است.
تكنولوژي استفاده از كابل به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي، نخستين بار در سال 1998 در يك ژنراتور فشار قوي به نام “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در اين ژنراتور بر خلاف سابق كه از هاديهاي شمشي ( مستطيلي ) در سيم پيچي استاتور استفاده مي شد، از هاديهاي گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط مي شود، هاديهاي سيلندري ، توزيع ميدان الكتريكي متقارني دارند. بر اين اساس ژنراتوري مي توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه توليد كند بطوريكه نياز به ترانسفورماتور افزاينده نباشد. در نتيجه اين كار، تلفات الكتريكي به ميزان 30 در صد كاهش مي يابد.
در فرايند تحقيقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست يك ترانسفورماتور آزمايشي تكفاز با ظرفيت 10 مگا ولت آمپر طراحي و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمايش گرديد. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ هاي از 36 تا 145 كيلو ولت و ظرفيت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.

نيروگاه مدرنLotte fors

ترانسفورماتور خشك نصب شده در Lottefors كه بصورت يك ترانسفورماتور – ژنراتور افزاينده عمل مي كند ، داراي ظرفيت 20 مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ 140 كيلو ولت كار مي كند. اين واحد در ژانويه سال 2000 راه اندازي گرديد. اگر چه نيروگاه Lottefors نيروگاه كوچكي با قدرت 13 مگا وات بوده و در قلب جنگلي در مركز سوئد قرار دارد اما به دليل نوسازي مستمر، نيروگاه بسيار مدرني شده است. در دهه 80 ميلادي ، توربين هاي مدرن قابل كنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال 1996، كل سيستم كنترل آن نوسازي گرديد. اين نيروگاه اكنون كاملاً اتوماتيك بوده و از طريق ماهواره كنترل مي شود.

ويژگي هاي ترانسفورماتور خشك

نخستين تجربه نصب ترانسفررماتور خشك

چشم انداز آينده تكنولوژي ترانسفورماتور خشك

شركت ABB در حال توسعه ترانسفورماتور خشك Dryformerاست. چند سال اول از آن در مراكز شهري و آن دسته از نواحي كه از نظر محيط زيست حساس هستند، بهره برداري مي شود. تحقيقات فني ديگري نيز در زمينه تپ چنجر خشك، بهبود ترمينال هاي كابل و سيستم هاي خنك كن در حال انجام است. در حال حاضر مهمترين كار ABB، توسعه و سازگار كردن Dryformer با نياز مصرف كنندگان براي كار در شبكه و ايفاي نقش مورد انتظار در پست هاست.
در يك كابل پليمري فشار قوي، ميدان الكتريكي در داخل كابل باقي مي ماند و سطح كابل داراي پتانسيل زمين مي باشد.در عين حال ميدان مغناطيسي لازم براي كار ترانسفورماتور تحت تاثير عايق كابل قرار نمي گيرد.در يك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژي كابل، امكانات تازه اي براي بهينه كردن طراحي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش هاي گرمايي فراهم كرده است.

اصول خشك كردن ترانسفورماتورهاي قدرت

روغن ترانسفورماتورهاي قدرت نقش بسيار مهمي در عملكرد ترانسفورماتورها دارند. نقش عايق كنندگي، خنك كنندگي و تشخيص عيب از جمله مهمترين وظايف روغن مي باشند. با پيرشدن ترانسفورماتور ، روغن اين دستگاه بعضي از خصوصيات شيميايي و الكتريكي خود را از دست مي دهد. از جمله مهمترين اين خصوصيات مي توان به خصوصيات الكتريكي كه حائز اهميت مي باشند، اشاره نمود.
دلايل اصلي كه روغن ترانسفورماتورهاي قدرت را دچار مشكل مي نمايند عبارتند از:
1) افزايش ذرات معلق در روغن
2) وجود آب به مقدار زياد در روغن
3) وجود آلودگي هاي شيميايي مانند اسيديته و...
مسائل فوق باعث تغيير پارامترهاي متعدد مي شوند. به عنوان مثال افزايش ذرات معلق و وجود آن باعث كاستن قدرت دي الكتريك روغن و افزايش اسيديته، باعث خوردگي كاغذ و اجزاي داخلي ترانسفورماتور مي شود. براي بهبود روغن ترانسفورماتوري كه دچار ضعف هاي متعدد شده است مي توان از فيلتراسيون استفاده نمود. با فيلتر نمودن روغن مي توان ذرات معلق آن را جدا نمود و در نتيجه ولتاژ شكست را بالا برد. مي توان با خلاء نمودن روغن ، آب را بصورت بخار از روغن جدا نمود. حذف آلودگي هاي شيميايي فقط با كمك فيلترهاي شيميايي ممكن است.
از جمله مهمترين آلودگي كه روغن ترانسفورماتور را تحت تأثير قرار مي دهد وجود آب به مقدار كم در داخل روغن است. جدا نمودن آن در داخل ترانسفورماتور به راحتي امكان پذير نمي باشد. علت اين مسأله وجود مقادير بسيار زياد آب داخل كاغذ ترانسفورماتور مي باشد كه با جدا نمودن آب روغن دوباره جايگزين آن مي شود.

? روشهاي فيلتر نمودن

الف) روشهاي Off-line
از زمانهاي دور براي بهبود کيفيت عايقي روغن ترانسفورماتورهاي قدرت از روشهاي فيلتراسيون هنگامي که ترانسفورماتور خاموش بوده است استفاده مي کردند. در اين روش هنگامي که ترانسفورماتور خاموش مي باشد به مدت چند شبانه روز به صورت پيوسته روغن را داخل ترانسفورماتور چرخانده و آنرا در بيرون تحت فيلتراسيون و خلاء به منظور جدا نمودن ذرات معلق و آب محلول قرار مي دادند.
اين روش داراي معايب فراواني است از جمله لزوم داغ نمودن روغن ترانسفورماتور و همچنين لزوم خاموش نمودن ترانسفورماتور را مي توان نام برد.
ب) روشهاي نوين – روشهاي در حين کار
براي جدا نمودن آب به صورت بهينه، لازم است كه از فيلترهاي در حين كار استفاده نمود. مهمترين مزاياي فيلترهاي (خشك كن) هاي در حين كار خشك نمودن بهينه ترانسفورماتور در طول زمان و همچنين عدم لزوم خاموشي ترانسفورماتور را مي توان عنوان نمود. اصول عملکرد اين فيلترها مانند شکل زير است که در آن روغن از مخزن تحت فشار خارج شده و در مسير آن يک فيلتر فيزيکي قرار مي گيرد. در اينجا ذرات معلق فيلتر شده و تحت تاثير خلاء آب محلول در آن گرفته مي شود. روغن فيلتر شده به وسيله پمپ به ترانسفورماتور برگردانده مي شود. اين چرخه با دبي پايين در حدود 250 ليتر در ساعت به صورت پيوسته از چند ماه تا چند سال با توجه به وضعيت ترانسفورماتور صورت مي گيرد.

? مزاياي خشك كردن On-Line روغن و كاغذ عايقي ترانسفورماتورهاي قدرت با استفاده ازدستگاه V30

? رطوبت زدائي از روغن ترانسفورماتور بصورت On-Line
? افزايش ولتاژ شکست روغن عايقي
? رطوبت زدائي از کاغذ عايقي ترانسفورماتور
? کاهش ميزان ذرات معلق داخل روغن ترانس
? کاهش ميزان ضريب تلفات عايقي روغن
? کاهش ميزان اسيديته روغن
? افزايش قابليت بارگيري ترانسفورماتور
? افزايش عمر باقيمانده ترانسفورماتور
? عملکرد مطمئن و عدم تأثير سو بر بهره برداري عادي از ترانسفورماتور
? گاززدائي از روغن ترانسفورماتور با استفاده از روش

ترانسفورماتورهاي اندازه گيري ولتاژ

در حالت‌ كلي‌ ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ به‌ دو گروه‌ عمده‌ تقسيم‌ مي‌شوند.اين‌ دو گروه‌ عبارتند از: ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ سلفي‌ يا مغناطيسي‌ وترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژخازني‌ (CVT-capacitor voltage transformer). در سيستمهاي‌ قدرت‌، تا ولتاژ 145 كيلوولت‌ استفاده‌ از ترانسفورماتورهاي ‌اندازه‌گيري‌ ولتاژ سلفي‌ و در سيستمهاي‌ قدرت‌ با ولتاژهاي‌ بالاتر، استفاده‌ ازترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ خازني‌ مقرون‌ به‌ صرفه‌ است‌.
در عمل‌، دو نوع‌ مختلف‌ ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ خازني‌ با خازن‌ بالا وخازن‌ پايين‌ ساخته‌ مي‌شود. با توجه‌ به‌ كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور، در شرايط كار مختلف‌آن‌، مانند آلودگي‌ محيط و نوسانات‌، تغييرات‌ فركانس‌ و پاسخ‌ حالت‌ گذاري‌ سيستم‌، ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ خازني‌ با خازن‌ بالا بهترين‌ انتخاب‌ است‌. درسيستمهاي‌ PLC، ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ خازني‌، مورد استفاده‌ قرارمي‌گيرند. همان‌ طور كه‌ مي‌دانيم‌ با استفاده‌ از سيستمهاي‌ PLC مي‌توان‌ مانند خطوطمخابراتي‌، انتقال‌ اطلاعات‌ را با خطوط فشار قوي‌ انجام‌ داد. محدوه‌ كار يك‌ ترانسفورماتوراندازه‌گيري‌ ولتاژ در سيستمهاي‌ اندازه‌گيري‌، بين‌ 80 تا 120 درصد ولتاژ نامي‌ و درسيستمهاي‌ محافظتي‌، بين‌ 05/0 تا 5/1 يا 9/1 درصد ولتاژ نامي‌ آن‌ سيستم‌ تغيير مي‌كند.
در عمل‌ با استفاده‌ از يك‌ مقاومت‌ سري‌ مي‌توان‌ محدوده‌ اندازه‌گيري‌ يك‌ ولت‌ متر راافزايش‌ داد اين‌ روش‌ معمولا در سيستمهايي‌ كه‌ ولتاژ بالايي‌ ندارند استفاده‌ مي‌شود ولي‌ اگرسيستمي‌ ولتاژ بالا داشته‌ باشد اين‌ روش‌ مشكلات‌ فراواني‌ خواهد داشت‌. در سيستمهاي‌ولتاژ بالا، ايزولاسيون‌ مقاومتهاي‌ سري‌ موجود در ولت‌ مترها (براي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژسيستم‌) مقرون‌ به‌ صرفه‌ نبوده‌ و علي‌ رغم‌ ايزولاسيون‌ مقاومتهاي‌ سري‌، با توجه‌ به‌ ولتاژبالاي‌ سيستم‌، وصل‌ سيستم‌ فشار قوي‌ به‌ دستگاه‌ اندازه‌گيري‌ بدون‌ استفاده‌ ازترانسفورماتور ولتاژ، كار خطرناكي‌ است‌. با توجه‌ به‌ موارد فوق‌ در سيستمهاي‌ قدرت‌ براي ‌اندازه‌گيري‌ ولتاژ، از ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ استفاده‌ مي‌كنند.

ضريب‌ افزايش‌ ولتاژ ترانسفورماتور

در يك‌ سيستم‌ قدرت‌، ترانسفورماتوراندازه‌گيري‌ ولتاژ سلفي‌ يا خازني‌، معمولا بين‌ فاز و زمين‌ قرار مي‌گيرد. در سيستم‌ سه‌ فاز در لحظه‌ نوسانات‌ سيستم‌، ممكن‌است‌ ولتاژ دوسر ترانسفورماتور اندازه‌گيري‌ ولتاژ به‌ ولتاژهاي‌ بالايي‌ افزايش‌ يابد. باتوجه‌ به‌ استاندارد IECضريب‌ افزايش‌ ولتاژترانسفورماتور معمولا 2/1 انتخاب‌مي‌شود. يك‌ ترانسفورماتور اندازه‌گيري‌ولتاژ بايد به‌ صورت‌ مداوم‌ در ولتاژي‌مساوي‌ ولتاژ نامي‌، ضرب‌ در ضريب‌افزايش‌ ولتاژ ترانسفورماتور، به‌ كار خودبدون‌ هيچ‌ مشكلي‌ ادامه‌ داده‌ و در اين‌ ولتاژ،ترانسفورماتور تحت‌ هر شرايطي‌ به‌ حالت‌اشباع‌ وارد نشود.

كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتورهاي‌اندازه‌گيري‌ ولتاژ:

مانند ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌جريان‌، در ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ولتاژ نيز كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور با توجه‌به‌ مورد استفاده‌ آن‌ در سيستمهاي‌ حفاظتي‌يا اندازه‌گيري‌ تغيير مي‌كند. درترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ جريان‌، هر يك‌ از سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌ ترانسفورماتور در اطراف‌ هسته‌هاي‌ جداگانه‌اي‌ پيچيده‌مي‌شوند. برعكس‌ اگر ترانسفورماتورهاي‌اندازه‌گيري‌ ولتاژ داراي‌ سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌متعددي‌ باشد تمام‌ اين‌ سيم‌ پيچها در اطراف‌يك‌ هسته‌ مشترك‌ قرار مي‌گيرند. درترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ، افت‌ولتاژ در سيم‌ پيچ‌ اوليه‌ با مجموع‌ جريان‌بارهاي‌ سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌ آن‌ رابطه‌ مستقيم‌ دارد.

ساختمان‌ ترانسفورماتورهاي‌اندازه‌گيري‌ ولتاژ:

ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژمانند ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ جريان‌،انواع‌ مختلفي‌ ندارند. در سيستمهاي‌ ولتاژخيلي‌ زياد، معمولا اتصال‌ كاسكادترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ مورداستفاده‌ قرار مي‌گيرد. البته‌ تحت‌ شرايط ولتاژبالا استفاده‌ از ترانسفورماتورهاي‌ ولتاژ خازني‌، مقرون‌ به‌ صرفه‌ است‌.

مشخصه‌هاي‌ انتخاب‌ ترانسفورماتور ولتاژ:

اگر كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور و توان‌نامي‌ آن‌ خيلي‌ زياد انتخاب‌ شود، ابعادترانسفورماتور بسيار بزرگ‌ بوده‌ و ساخت‌ آن‌مقرون‌ به‌ صرفه‌ نخواهد بود. در نتيجه‌باتوجه‌ به‌ مورد استفاده‌ مناسب‌ترانسفورماتور بايد كلاس‌ دقت‌ و توان‌ آن‌ درنظر گرفته‌ شود.
سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌ يك‌ ترانسفورماتوراندازه‌گيري‌ ولتاژ از همديگر جدا نبوده‌ و دراطراف‌ يك‌ هسته‌ مشترك‌، پيچيده‌ مي‌شونددر نتيجه‌ اگر يكي‌ از سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌ترانسفورماتور به‌ دستگاه‌ اندازه‌گيري‌ و سيم‌پيچ‌ ديگر به‌ دستگاه‌ حفاظتي‌ (مانند رله‌)وصل‌ شود در اين‌ حالت‌ براي‌ انتخاب‌ توان‌نامي‌ و همچنين‌ كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتورمثالي‌ را در نظر مي‌گيريم‌:
-دستگاه‌ اندازه‌گيري‌ با توان‌: 30ولت‌ آمپر-كلاس‌ دقت‌ دستگاه‌ اندازه‌گيري‌: 5/0
-دستگاه‌ حفاظتي‌ (رله‌) باتوان‌: 120ولت‌آمپر
-كلاس‌ دقت‌ دستگاه‌ حفاظتي‌ (رله‌): 3P
با توجه‌ به‌ مقادير داده‌ شده‌، كلاس‌ دقت‌ترانسفورماتور اندازه‌گيري‌ ولتاژ 5/0 و توان‌آن‌ 150 ولت‌ آمپر انتخاب‌ مي‌شود. در ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژ، اگربيش‌ از يك‌ سيم‌ پيچ‌ ثانويه‌ مورد نياز باشد باتوجه‌ به‌ چگونگي‌ استفاده‌ از بارها(كه‌ درادامه‌ شرح‌ داده‌ مي‌شود) و همچنين‌ با در نظر گرفتن‌ كلاس‌ دقت‌ آنها ترانسفورماتور انتخاب‌ مي‌شود:
(a): يكي‌ از سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌ باردار بوده‌ وسيم‌ پيچهاي‌ ديگر بدون‌ بار باشد.
(b): تمام‌ سيم‌ پيچهاي‌ ثانويه‌ باردار باشد.
بار حرارتي‌ يك‌ ترانسفورماتوراندازه‌گيري‌ ولتاژ، با در نظر گرفتن‌ ضريب‌ولتاژ آن‌، به‌ بيشترين‌ مقدار باري‌ گفته‌مي‌شود كه‌ ترانسفورماتور بتواند بدون‌افزايش‌ درجه‌ حرارت‌ از مقدار مشخص‌شده‌، آن‌ بار را تغذيه‌ كند. با توجه‌ به‌استاندارد IEC-186 كلاسهاي‌ دقت‌دستگاههاي‌ اندازه‌گيري‌ بين‌ 80 تا 120درصد ولتاژ نامي‌ و بين‌ 25 تا 100 درصد بارنامي‌ و كلاسهاي‌ دقت‌ دستگاههاي‌ حفاظتي‌بين‌ 5 درصد ولتاژ نامي‌ تا Vش برابر آن‌ وهمچنين‌ بين‌ 25 تا 100 درصد بار نامي‌صادق‌ هستند. دستگاههاي‌ اندازه‌گيري‌ و حفاظتي‌مدرن‌، تلفات‌ كمتري‌ دارند در نتيجه‌ ممكن‌است‌ بار كل‌ ترانسفورماتور اندازه‌گيري‌ ولتاژاز 25 درصد مقدار بار نامي‌ آن‌ كوچكتر باشددر نتيجه‌ مي‌توان‌گفت‌ كه‌ در اين‌ حالت‌ خطاي‌ نسبت‌ دورها افزايش‌ خواهد يافت‌. در ترانسفورماتورهاي‌اندازه‌گيري‌ ولتاژ، خطاي‌ نسبت‌ دورها دربارهاي‌ نزديك‌ به‌ بار نامي‌ ترانسفورماتور به‌مقدار مينيمم‌ خود مي‌رسد.
در حالت‌ كلي‌ با توجه‌ به‌ موارد فوق‌مي‌توان‌ گفت‌ كه‌ بار نامي‌ ترانسفورماتور ولتاژ بهتر است‌ با مجموع‌ بارهاي‌ وصل‌ شده‌به‌ آن‌ برابر باشد.

خطاهاي‌ اندازه‌گيري‌ترانسفورماتور ولتاژ:

در حالت‌ ايده‌ آل‌، افت‌ ولتاژ در روي‌امپدانس‌ سيم‌ پيچهاي‌ اوليه‌ و ثانويه‌ ترانسفورماتور برابر صفر ولت‌ بوده‌ و درنتيجه‌ رابطه‌ بين‌ ولتاژ اوليه‌ و ثانويه‌ آن‌عبارت‌ خواهد بود از:
در ترانسفورماتورهاي‌ اندازه‌گيري‌ ولتاژموجودر در عمل‌، به‌ علت‌ افت‌ ولتاژ در روي‌ مقاومت‌ سيم‌ پيچهاي‌ اوليه‌ و ثانويه‌ وهمچنين‌ به‌ علت‌ افت‌ ولتاژ در راكتانسهاي‌سيم‌ پيچهاي‌ اوليه‌ و ثانويه‌ (ناشي‌ از شارپراكندگي‌ موجود در سيم‌ پيچها)، رابطه‌ اوليه ‌و ثانويه‌ يك‌ ترانسفورماتور حقيقي‌ خواهد بود.
با توجه‌ به‌ مواردي‌ كه‌ مطرح‌ شد،خطاي‌ موجود در ترانسفورماتورهاي‌ ولتاژحقيقي‌ را مانند ترانسفورماتورهاي‌ جريان‌ باخطاي‌ نسبت‌ دورها و خطاي‌ زاويه‌اي‌ مي‌توان‌ نشان‌ داد.
اگر ولتاژ ثانويه‌ خيلي‌ بزرگ‌ باشد،خطاي‌ نسبت‌ دورها مثبت‌ خواهد بود. ازطرفي‌ اگر ولتاژ ثانويه‌ نسبت‌ به‌ ولتاژ اوليه‌پيش‌ فاز باشد خطاي‌ زاويه‌اي‌ مثبت‌مي‌شود.
براي‌ محاسبه‌ خطاي‌ نسبت‌ دورها وخطاي‌ زاويه‌ در يك‌ ترانسفورماتور اندازه‌گيري‌ ولتاژ، مدار معادل‌ الكتريكي‌ يك‌ترانسفورماتور حقيقي‌ كه‌ به‌ طرف‌ ثانويه‌انتقال‌ يافته‌ است‌ را در نظر مي‌گيريم‌.
همان‌ طور كه‌مي‌دانيم‌ امپدانس‌ معادل‌ سيم‌پيچها ازمجموع‌ مقاومت‌ اهمي‌ سيم‌پيچ‌ و راكتانس‌ناشي‌ از سيل‌ پراكندگي‌ شار اطراف‌ سيم‌ پيچ‌به‌ دست‌ مي‌آيد. افت‌ ولتاژ در امپدانسهاي‌اوليه‌ و ثانويه‌ ترانسفورماتور را در دو حالت‌بارداري‌ و بي‌ باري‌ مورد بررسي‌ قرار مي‌دهيم‌.
از آن‌ جا كه‌، در حالت‌ بي‌ باري‌ به‌ علت‌جريان‌ كم‌ موجود در مدار، افت‌ ولتاژ درامپدانس‌ سيم‌ پيچ‌ اوليه‌ ترانسفورماتور مقدارناچيزي‌ است‌ لذا در اين‌ قسمت‌ فقط افت‌ولتاژ، در حالت‌ بارداري‌ ترانسفورماتور رامورد بررسي‌ قرار مي‌دهيم‌. در حالت‌بارداري‌، شدت‌ جريان‌ عبوري‌ از امپدانس‌ معادل‌ هسته‌، بسيار كوچكتر از شدت‌ جريان‌بار ترانسفورماتور بوده‌ و در نتيجه‌ از امپدانس‌ معادل‌ هسته‌صرف‌نظر شده‌ است‌.

تغييرات‌ خطاهاي‌ اندازه‌گيري‌ نسبت‌به‌ تغييرات‌ ولتاژ:

در ترانسفورماتور اندازه‌گيري‌ ولتاژ،خطاهاي‌ اندازه‌گيري‌ در ولتاژهاي‌ مختلف‌سيستم‌، مقادير مختلفي‌ خواهد داشت‌. اين‌تغييرات‌ با توجه‌ به‌ غير خطي‌ بودن‌ منحني‌مشخصه‌ مغناطيس‌ شوندگي‌ هسته ‌ترانسفورماتور، حاصل‌ مي‌شود. تغييرات‌ خطاهاي‌ اندازه‌گيري‌ نسبت‌ به‌تغييرات‌ ولتاژ سيستم‌ را در حالت‌ بارداري‌ وبي‌ باري‌ نشان‌ مي‌دهد. با توجه‌ به‌ اين‌ شكل‌مي‌توان‌ گفت‌ كه‌ تغييرات‌ خطاهاي‌اندازه‌گيري‌ در محدوده‌ وسيعي‌ از تغييرات‌ولتاژ سيستم‌، تغيير چنداني‌ نمي‌كند.

ابعاد سيم‌ پيچهاي‌ ترانسفورماتور:

در طراحي‌ يك‌ ترانسفورماتور، سطح‌مقطع‌ مس‌ سيم‌ پيچها را با در نظر گرفتن‌كلاس‌ دقت‌ و خطاي‌ مشخص‌ شده‌ به‌ دست‌مي‌آوريم‌. هنگام‌ محاسبه‌ سطح‌ مقطع‌ مس‌سيم‌ پيچها، مواردي‌ را در نظر مي‌گيريم‌ كه‌عبارتند از: ولتاژ نامي‌ سيم‌ پيچ‌ اوليه‌ وثانويه‌ ، تعداد دور هر يك‌ از سيم‌ پيچها، بارنامي‌، كلاس‌ دقت‌، فركانس‌ نامي‌ و ضريب‌ولتاژ نامي‌ ترانسفورماتور.
اساس‌ روش‌ فوق‌ به‌ اين‌ شرح‌ است‌:
1-محاسبه‌ تعداد دور سيم‌ پيچهاي‌ترانسفورماتور: براي‌ محاسبه‌ تعداد دورسيم‌پيچهاي‌ ترانسفورماتور رابطه‌ (10) را درنظر مي‌گيريم‌:
در اين‌ رابطه‌ داريم‌:
تعداد دور سيم‌پيچ‌اوليه‌ يا ثانويه‌=N
ولتاژنامي‌ سيم‌پيچ‌ اوليه‌ يا ثانويه‌=Vn
فركانس‌ نامي‌ ترانسفورماتور=¾
سطح‌ مقطع‌ موثر هسته‌=Aj
چگالي‌ شار مغناطيسي‌ در ولتاژ نامي‌= Bnسيم‌پيچ‌ اوليه‌ و يا ثانويه‌
در حالت‌ كلي‌ مي‌توان‌ گفت‌ كه‌ مقدارBn به‌ ضريب‌ ولتاژ نامي‌ ترانسفورماتوربستگي‌ دارد.
2- محاسبه‌ مقاومت‌ اهمي‌ اتصال‌ كوتاه‌ RK:براي‌ محاسبه‌ مقاومت‌ اهمي‌ اتصال‌ كوتاه‌.
با توجه‌ به‌ كلاس‌ دقت‌ ترانسفورماتور،مقدار درصد افت‌ ولتاژ مقاومتي‌ به‌ دست‌مي‌آيد.
3- سطح‌ مقطع‌ مس‌ سيم‌ پيچهاي‌ اوليه‌ وثانويه‌ ترانسفورماتور را با توجه‌ به‌ مقدارRK، انتخاب‌ مي‌كنيم‌.
4- بعد از محاسبه‌ ابعاد سيم‌ پيچهاي‌ترانسفورماتور، راكتاس‌ معادل‌ سيم‌ پيچها را(XK) به‌ دست‌ مي‌آوريم‌.
5- خطاي‌ نسبت‌ دورها و خطاي‌ زاويه‌اي‌را محاسبه‌ مي‌كنيم‌. اگر مقادير به‌ دست‌ آمده‌بزرگ‌ باشد با توجه‌ به‌ كلاس‌ دقت‌ترانسفورماتور، براي‌ به‌ دست‌ آوردن‌ خطاي‌مشخص‌ شده‌، سطح‌ مقطع‌ مس‌ سيم‌ پيچها را افزايش‌ مي‌دهيم‌.

كلاس‌ دقت‌ و ظرفيت‌ بارترانسفورماتور

در حالت‌ كلي‌، ظرفيت‌ بارترانسفورماتور به‌ امپدانس‌ كوتاه‌ آن‌ بستگي‌دارد. يعني‌ مي‌توان‌ گفت‌ كه‌ اگر امپدانس‌اتصال‌ كوتاه‌ ترانسفورماتور، مقدار كوچكي‌باشد، ظرفيت‌ بار آن‌ مقدار بزرگي‌ خواهد بودو برعكس‌. از طرفي‌ ظرفيت‌ بارترانسفورماتور به‌ كلاس‌ دقت‌ آن‌ نيز بستگي‌دارد. به‌ عنوان‌ مثال‌ اگر ظرفيت‌ بار، 200ولت‌ آمپر با كلاس‌ دقت‌ 1 در نظر گرفته‌ شوددر كلاس‌ دقت‌ 0/5 ظرفيت‌ بار به‌ 100 ولت‌آمپر كاهش‌ خواهد يافت‌. در يك‌ترانسفورماتور، نسبت‌ كلاس‌ دقت‌ به‌ظرفيت‌ بار، هميشه‌ مقدار ثابتي‌ است‌.

ترانسفورماتورهاي ابررسانا

ترانسفورماتورها يكي از مهمترين عناصر شبكه هاي انتقال و توزيع هستند . در ترانسفورماتورها انرژي الكتريكي در مس سيم پيچها ، آهن هسته ، تانك ترانس و سازه هاي نگهدارنده بصورت حرارت تلف مي شود. حتي در زمانيكه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بي باري (NLL) بوجود مي آيد. در نتيجه مطالعات و بررسيهاي انجام شده ، در 50 ساله اخير محققان موفق شده اند با صرف هزينه اي دو برابر براي هسته ، تلفات بي باري را به يك سوم كاهش دهند. اخيراً با جايگزيني فلزات بيشكل و غير بلوري (Amorphous) بجاي آهن سيليكوني درهسته ترانسفورماتورهاي توزيع با قدرت نامي كوچكتر از 100 KVA ، تلفات بي باري باز هم كاهش يافته است . اين كار هنوز در مورد ترانسفورماتورهاي بزرگ با قدرت نامي بزرگتر از 500KVA انجام نشده است . اگرچه براي هر ترانسفورماتور ، 1 درصد توان نامي آن بعنــوانتوان تلفـاتي در نظر گرفتـه مي شود، اما بايد توجه داشت كه آزاد سازي بخش كوچكي از اين تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئي كلاني به همراه خواهد داشت .
در ترانسفورماتورهاي قدرت معمول ، تقريباً 80% از كل تلفات ، مربوط به تلفات بارداري ترانسفورماتور (LL) است كه از اين 80% ، سهم تلفات اهمي سيم پيچها 80 % بوده و 20 % ديگر مربوط به تلفات ناشي از جريانهاي فوكو و شارهاي پراكنده است . لذا تلاشهاي زيادي جهت كاهش تلفات بارداري صورت مي گيرد. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمي در برابر جريان d c تلفات اهمي برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه اي خواهد يافت. در مقابل جريان ac ، در ابر رساناها تلفاتي از نوع تلفات فوكو رخ مي دهد. گرماي بوجود آمده از اين تلفات بايد با استفاده از سيستم هاي خنك كننده دفع گردد.بررسيهاي بعمل آمده حاكي از آن است كه ترانسفورماتورهاي ابررسانا با قدرت 10 MVA و بالاتر عملكرد نسبتا بهتري داشته و نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي قيمت پايينتري خواهند داشت .
تلاشهايي كه جهت توسعه ترانسفورماتورهاي ابررسانا انجام مي گيرد صرفاً بخاطر مسايل اقتصادي و كاهش هزينه كل نيست. يكي ديگر از دلايل طرح اين مبحث آنست كه در مراكز پر تراكم شهري، رشد مصرف 2 درصدي (ساليانه ) به معني نياز به ارتقاء ظرفيت سيستم هاي موجود است . از طرفي بسياري ازپستهاي توزيع بصورت سرپوشيده (Indoor) بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند. در اين نوع پست ها همانند ديگر پستهاي توزيع از ترانسهاي روغني استفاده ميشود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زيست محيطي و ايمني مربوط به خود را دارد. در حاليكه در ترانسفورماتورهاي ابررسانا، ماده خنك كننده نيتروژن است كه خطري براي افراد و موجودات زنده نداشته ، بعلاوه ، خطر آتش سوزي نيز وجود ندارد. بهمين لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهاي ابررسانا به هيچ عنوان قابل مقايسه با روغنهاي قابل اشتعال و مواد شيميايي همچون PCB نيست.
توجه جدي به ترانسفورماتورهاي ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهاي دماي پايين LTS ( اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn ) از اوايل دهه 1960 ، آغاز شد. مطالعاتي كه در آن زمان بر روي اين ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد كه جهت بهره برداري از اين ترانسفورماتورها، بايد آنها را در دماي 4 .2K نگه داشت كه انجام چنين كاري اقتصادي نيست . بهمين دليل گامها بسوي كشف موادي با قابليت ابررسانايي در دماهاي بالاتر ، برداشته شد. در اواسط دهه 1970 ، شركت Westing House ، طرح يك ترانسفورماتور نيروگاهي 550/22kv , 1000MVA را مورد مطالعهقرار داد و به اين نتيجه رسيد كه مشكلاتي از قبيل انتقال جريان ، عملكرد فوق جريان (Overcurrent) و حفاظت همچنان وجود خواهند داشت .
ادامه دارد ......
/خ