ترانسفورماتور قدرت
ترانسفور ماتور 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 کم را به ولتاژ زیاد وبالعکس تبدیل نماید .
برخلاف ماشینهای الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به یکدیگر تبدیل می کند ، در ترانسفور ماتور 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 . ترانسفورماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلی سیستم های انتقال و پخش انرژی مطرح هستند بلکه در تغذیه مدارهای الکترونیک و کنترل ، یکسوسازی ، اندازه گیری و کوره های الکتریکی نیز نقش مهمی بر عهده دارند .
انواع ترانسفورماتورها را میتوان برحسب وظایف آنها بصورت ذیل بسته بندی کرد :
1- ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاهها و پستهای فشار قوی
2- ترانسهای توزیع در پستهای توزیع زمینی و هوایی ، برای پخش انرژی در سطح شهرها و کارخانه ها
3- ترانسهای قدرت برای مقاصد خاص مانند کوره های ذوب آلومینیم ، یکسوسازها و واحدهای جوشکاری
4- اتوترانسها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی
5- ترانسهای الترونیک
6- ترانسهای ولتاژ و جریان جهت مقاصد اندازه گیری و حفاظت
7- ترانسهای زمین برای ایجاد نقطه صفر و زمین کردن نقطه صفر
8- ترانسهای آزمایشگاه فشار قوی و ...
و از نظر ماده عایقی و ماده خنک کننده نیز ترانسفورماترها را می توان بصورت ذیل بسته بندی کرد :
1- ترانسفورماتورهای روغنی Oil immersed power Transformer
2- ترانسفورماتورهای خشک Dry type transformer 3-ترانسفورماتورهای با عایق گازی (sf6) Gas insulated transformer
سایر ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهای کوره ، ترانسفورماتورهای تغییر دهنده فاز و..
بعنوان ترانسفورماتورهای خاص قلمداد می گردند .
ترانسفورماتورهای قدرت پست فولاد خراسان که به نام T2 , T1 قلمداد می شوند ، از نوع ترانسفورهای روغنی هستند
ساختمان ترانسهای قدرت روغنی
قسمتهای اصلی در ساختمان ترانسفورماتورهای قدرت روغنی عبارتند از:
1- هسته یک مدار مغناطیسی
2- سیم پیچ های اولیه و ثانویه
3- تانک اصلی روغن
به جز موارد فوق اجزا دیگری نیز به منظور اندازه گیری وحفاظت به شرح زیر وجوددارند :
1- کنسرواتوریا منبع انبساط روغن
2- بک چنجر
3- ترمومترها
4- نشان دهنده های سطح روغن
5- رله بوخ هلتز
6- سوپاپ اطمینان یا لوله انفجاری / شیر فشار شکن )
7- رادیاتور یا مبدلهای حرارتی
8- پمپ و فن ها
10 – شیرهای نمونه برداری از روغن پایین و بالای تانک
11- شیرهای مربوط به پرکردن و تخلیه روغن ترانس
12- مجرای تنفسی و سیلیکاژل مربوط به تانک اصلی و تب چنجر
13- تابلوی کنترل
14- تابلوی مکانیزم تب چنجر
15- چرخ ها
16- پلاک مشخصات نامی
1- هسته :
هسته ترانس یک مدار مغناطیسی خوب با حداقل فاصله هوایی و حداقل مقاومت مغناطیسی است تا فورانهای مغناطیسی براحتی از آن عبور کنند . هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود0.3 میلیمتر و حتی کمتر است . برای کاهش تلفات فوکو ورقه ها تا حد امکان نازک ساخته می شوند و لی ضخامت آنها نباید بحدی برسد که از نظر مکانیکی ضعیف شده و تاب بردارد .
در ترانسهای قدرت ضخامت ورقه ها معمولاً 0.3 یا 0.33 میلیمترانتخاب می شود که این ورقه ها توسط لایه نازکی از وارنیش عایقی با یک سیم نازک عایقی ، نسبت به هم عایق می شوند .
2- سیم پیچی های ترانس
در ساختمان سیم پیچ های ترانس باید موارد متعددی در نظر گرفته شوند که در ذیل به مهمترین آنها اشاره می نمائیم :
1- در سیم پیچ هاباید جنبه های اقتصادی که همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس می باشد ، مراعات شود .
2- ساختمان سیم پیچ ها برای رژیم حرارتی که باید در آن کار کند محاسبه شود ، زیرا در غیر این صورت عمر ترانس کاسته خواهد شد .
3- سیم پیچ ها در مقابل تنش ها و کشش های حاصل از اتصال کوتاه های ناگهانی مقاوم شوند .
4- سیم پیچ ها باید در مقابل اضافه ولتاژهای ناگهانی از نقطه نظر عایقی ، مقاومت لازم را داشته باشند .
سیم پیچ ترانس ها نسبت به هم در نوع سیم پیچ ، تعداد حلقه ها درجه و اندازه سیمها و ضخامت عایق بین حلقه ها متفوت خواهند بود . هر چه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعداد حلقه های سیم پیچ بیشتر می شود و هر چه ظرفیت ترانس بیشتر شود ، اندازه سیم ها بزرگتر می گردد .
در ترانس با هسته ستونی ، سیم پیچها اعم از فشار قوی ، متوسط و فشار ضعیف و سیم پیچ تنظیم – بصورت استوانه متحدالمرکز روی ستونهای هسته قرار می گیرند . معمولاً سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و فشار قوی در خارج واقع می شوند و ترتیب فوق به این دلیل رعایت می شود که عایق کاری فشار ضعیف نسبت به هسته راحت تر است .
3- تانک اصلی روغن
تانک ترانس یک ظرف مکعب یا بیضوی شکل است که هسته و سیم پیچ های ترانس در آن قرار می گیرند و نقش یک پوشش حفاظتی را برای آنها ایفا می کند داخل این ظرف از روغن پر می شود بطوریکه هسته و سیم پیچ کاملاً در روغن فرو می روند . سطح خارجی تانک تلفات گرمایی داخل ترانس را به بیرون منتقل می کند از هر مترمربع سطح تانک حدوداً 400 الی 450 رات توان گرمایی به خارج منتقل می شود ، بطوریکه در ترانسهای کوچک ، همین سطح برای خنک کاری کافی است و به تمهیدات دیگری نظیر رادیاتور وفن نیاز نمی باشد . در ترانسهای تا KVA 50 بدنه تانک از ورق ساده فولادی به ضخامت حدوداً MM3 میلیمتر ساخته می شود ، سطح آن صاف بوده و نیازی به میله های تقویتی یا لوله های خنک کن ندارد . هر 4 وجه ترانس از یک ورق یک پارچه درست می شود و فقط در یک گوشه جوشکاری می گردد .
تانک ترانس بایستی موجب شود که موارد مشروحه ذیل تأمین گردند :
- حفاظتی برای هسته ، سیم پیچ ، روغن و سایر متعلقات داخلی باشد .
- دارای استقامت کافی باشد که در حین حمل و نقل و نیز در زمان اتصال کوتاه داخلی بتواند تنش های مکانیکی ایجاد شده را تحمل نماید .
- ارتعاشات و صدا در آن به حداقل برسد .
- ساختمان آن در برابر نشت روغن و یا نفوذ هوا کاملاً آب بندی باشد .
- سطوح کافی برای دفع گرمای ناشی از تلفات ترانس را تأمین کند .
- محلی برای نصب بوشینگها ، تب چنجر ، مخزن ذخیره روغن و سایر متعلقات باشد.
- از نظر باعاد در حدی باشد که براحتی قابل تحمل و حمل و نقل از طریق جاده یا راه آهن باشد .
- حداقل تلفات ناکو در آن ایجاد شود .
- حداقل میدان مغناطیسی در خارج از آن وجود داشته باشد .
به این ترتیب طراحی تانک ترانس به روش پیش بینی شده برای حمل و نفل آن نیز بستگی دارد .
4- مقره ها ( بوشینگ ها )
سرهای خروجی سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف باید نسبت به بدنه فلزی تانک ، عایقکاری شوند . برای این منظور از مقره ها استفاده می شود . مقره یا بوشینگ تشکیل شده است از یک هادی مرکزی که توسط عایق های مناسبی در میان گرفته شده است .
بوشینگها روی در پوش فوقانی ترانس نصب می شوند و در موارد نادری بوشینگها را روی دیوارة جانبی تانک هم نصب می کنند . انتهای پایینی مقره در داخل تانک جای می گیرد ، در حالیکه سر دیگر آن در بالای درپوش و در هوای خارج واقع می شود .
ترمینالهای هر دو سر دارای بستهای مناسبی برای اتصال به سر هادی های داخل ترانس و نیز هادی های شبکه می باشند . شکل و اندازه بوشینگها به کلاس ولتاژ ، نوع محل ( داخل ساختمان یا در هوای آزاد ) و جریان نامی آن بستگی دارد . بوشینگهای داخل ساختمانی نسبتاً کوچک بوده و سطح آن صاف است ، اما بوشینگهای هوای آزاد کاملاً در معرض شرایط مختلف جوی نظیر برف و باران و آلودگی و ... قرار می گیرند ، بنابراین از نظر شکل کاملاً متفاوتند و از سپرهایی به شکل چتر تشکیل می شوند ، تا سطح زیرین آنها در مقابل باران خشک نگه داشته شوند . دراین صورت سطح خارجی آنها زیاد شده و فاصله خزش جرقه روی سطح چینی عایق زیادتر می گردد و در نتیجه استقامت الکتریکی بوشینگ افزایش می یابد .
در حال حاضر تمام ترانسهای با قدرت زیاد ، برای کار در هوای آزاد ساخته می شوند و مقره های عایقی ، برای ولتاژهای مختلف زیر موجود می باشند :
0.5و1و3 و6 تا 10 و20 و 35 و110 و220 و320 و500 و750 کیلووات
در ترانسهای قدرت از 3 تا 10 کیلووالت ، همان بوشینگ kv10 بکار می رود . برای ترانسهای kv 1 و کمتر از مقره چینی ساده یا مقره اپوکسی زرین ساخته می شود .
سیستم های اندازه گیری و حفاظت ترانس
1- کنسر واتور یا منبع انبساط روغن
منبع ذخیره روغن که به اسامی منبع انبساط و کنسرواتور نیز نامیده می شود ، تانکی است که در بالاترین قسمت ترانس نصب می شود در حین تغییرات بار روزانه ، روغن ترانس انبساط وانقباض می یابد و در حین انبساط وارد منبع ذخیره می شود . اندازه و حجم منبع ذخیره به اندازه ترانس و تغییرات دمایی آن در هنگام بهره برداری بستگی دارد . در ترانسهایی که دارای تب چنجر قابل قطع زیر بار هستند ، منبع انبساط به دو بخش تقسیم می گردد که قسمت کوچکتر برای تب چنجر و قسمت بزرگتر برای تانک اصلی در نظر گرفته می شود . از بالای هر قسمت منبع ذخیره ، لوله ای به فضای آزاد آورده می شود ، که به آن مجرای تنفسی می گویند (Breather) در ورودی این مجرا ظرف شیشه ای قرار دارد ، که داخل آن از ماده ای رطوبت گیر به نام سیلیکاژل پر می شود . به این ترتیب هوای ورودی به ترانس رطوبت خود را از دست داده و کاملاً خشک خواهد بود .
در هر قسمت منبع ذخیره ، یک نشان دهندة سطح روغن نصب می شود تا سطح روغن را در حین کار ترانس بتوان نظارت کرد و همچنین دو سطح منبع دیگر که مجهز به کنتاکت آلارم می باشند نیز بر روی آنها نصب می گردند سطح خارجی منبع ذخیره نیز با رنگ مناسب پوشیده می شود تا از خوردگی و زنگ زدن محافظت گردد .
2- تپ چنجر
در بارهای مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نیز تغییر می کند و سبب تغییر ولتاژ شبکه می شود . کنترل ولتاژ شبکه های توزیع و انتقال عمدتاً توسط تب چنجر ایجاد می شود . اساس کار تب چنجر بر تغییر نسبت تبدیل ترانس استوار است . بدین ترتیب که با انشعاباتی که در سیم پیچ فشار قوی تعبیه می گردد تعداد دور سیم پیچ را تغییر داده و سبب تغییر ولتاژ خروجی ترانس می گردد
تپ چنجرها بطور گسترده ای برای کنترل ولتاژ شبکه در سطوح مختلف ولتاژی بکار گرفته می شوند . معمولاً کنترل ولتاژ در محدودة %15 +_ مقدور است . ولتاژ هر پله تب چنجر عموماً بین 1 تا 5/2 درصد تغییر می کند انتخاب مقدار کم برای پله ها سبب افزایش تعداد تپ ها می گردد و انتخاب مقدار بالا برای هر پله باعث عدم امکان تنظیم دقیق ولتاژ مورد نظر می گردد .
محل تپ چنجر : (( تپ چنجر ))
در ترانسفورماتورهای پست فولاد در داخل تانک اصلی ، قسمتی را برای بخش اصلی تب چنجر ( دایورترسوئیچ ) در نظر گرفته اند این قسمت کاملاً آب بندی شده است داخل آن نیز با روغن ترانس پر شده است . این روغن کاملاً از روغن تانک اصلی جداست و باهم مخلوط نمی شود . تپ چنجر را در سمت فشار قوی نصب کرده اند که دارای مزیت های زیرمی باشند :
الف) در طرف فشار قوی جریان کمتر است لذا برای تپ چنجرهایی که زیر بار عمل می کنند حذف جرقه ساده تر است .
ب) چون تعداد دور سیم پیچها ی فشار قوی بیشتر است ، لذا امکان تغییرات یکنواخت تروپه های کوچکتر به راحتی میسر است . در اتصال ستاره انشعابات تب چنجر را در سمت نقطه صفر قرار می دهند تا عایق کاری آن نسبت به زمین ساده تر باشد .
بهره برداری از ترانسفورماتورهای با تنظیم کننده ولتاژ زیر بار :
اکثر ترانسفورماتورها دارای دستگاهی بنام تب چنجر بوده که کار آنها عملاً در مدار گذاشتن و خارج کردن تعدادی از حلقه های سیم پیچی ترانسفورماتور به منظور تغییر دادن در نسبت تبدیل ترانس می باشد . عموماً این دستگاه در قسمت فشار قوی قرار می گیرد .
تب چنجر ترانسفورماتورها عموماً بر 2 نوع می باشند :
1- On load tap changer : ترانسفورماتورهایی که تب آنها زمانی که تپ ترانسفورماتور زیربار است ، قابل تغییر می باشد .
2- Off load tap changer : ترانسفورماتورهایی که تب آنها فقط زمانی که در مدار نباشند ، قابل تغییر می باشند .
این تغییر تپ در محل روی بدنة ترانس صورت می گیرد . به این ترتیب با توجه به تعداد تپ و اینکه هر تپ چه مقدار تغییر ولتاژ بوجود می آورد و نیاز به چه مقدار تغییر در ولتاژ می باشد ، تب آنها را بر حسب نیاز سیستم تغییر می دهیم . مکانیزم عمل تپ به طور کلی به این صورت است که اهرمی قادر است در جهت گردش عقربه های ساعت تعداد حلقه های سیم پیچ را کم و در خلاف آن زیاد نماید .
ترانسفورماتورهایی که مجهز به سیستم اتوماتیک ولتاژ
( Avr = Automatic voltage regulation)
می باشند به طریق زیر تغییر تب صورت می گیرد :
الف) اتوماتیک ب) دستی و الکتریکی از اطاق فرمان
ج) دستی الکتریکی از محل د) دستی مکانیکی توسط اهرم مخصوص
هر تغییر Tab در اولیه ترانس قدرت به اندازه kv5 در ولتاژ ورودی ترانس تغییر ایجاد می کند .
ترانس فولاد از نوع تب چنجر on loud بوده یعنی در زیر بار قابل قطع و وصل کردن است .
و تب چنجر off loud در خطوط kv20 در ترانسهای نورد و فولادسازی این مجتمع کاربرد دارد .
3- ترمومترها :ا
این نشان دهنده ها ، از نوع عقربه ای بوده و برای تشخیص درجه حرارت گرمترین نقطه سیم پیچی ترانس بکار میرود . معمولاً به ازاء هر گروه سیم یک نشان دهنده بکار گرفته شده که روی یک از فازها نصب می شود . این روش اندازه گیری بصورت غیرمستقیم است به این معنی که غلاف ترمومتر داخل روغن بوده و دمای روغن را حس می کند، سپس توسط یک زف جریانی متناوب با جریان عبوری از سیم پیچ از کویل حرارتی عبور میکند
، لذا گرمایی متناسب با سیم پیچ ها در ترمومتر ایجاد می شود .
نشان دهنده حرارت ورغن :
این نشان دهنده نیز از نوع عقربه ای بوده و عنصر حساس آن در بالای ترانس و در حول و حوش گرمترین محل روغن نصب می شود و خود آن روی بدنه ترانس و در مجاورت ترمومترهای سیم پیچ ها نصب می گردد . نوع عنصر حساس ، اغلب مقاومت حساس به دما است .
4- نشان دهندة سطح روغن :
اگر چه رله بوخهولتز می تواند کاهش سطح روغن را نشان دهد ولی ، برای داشتن ضریب اطمینان بالاتر ، نشان دهندة سطح روغن نیز بروی منبع ذخیره ( کنسرواتور) پیش بینی می شود . ممکن است نشان دهنده بصورت دریچه شیشه ای برای دیدن سطح روغن باشد . علاوه برآن ، نشان دهنده نوع عقربه ای که از طریق مغناطیس ، با شناور داخل منبع کنسرواتور در ارتباط است . نیز تعبیه می گردد و باید طوری نصب شود که از سطح زمین قابل رؤیت باشد . عقربه نشان دهنده باید نمایانگر سطوح حداکثر ، حداقل و نرمال بوده و کنتاکتهایی برای آلارم نیز باید پیش بینی شده باشد
5- رله بوخهولتز :
تجهیزات الکتریکی که داخل آنها پر از روغن است نظیر ترانسفورماتورها ، بوشینگهای آنها و ترمینال باکس مربوط به کابلها را می توان جهت محافظت از عیوب داخلی و از دست رفتن روغن آنها ، با رله بوخهولتز حفاظت کرد .
این رله که در لوله رابط بین تانک ومنبع ذخیره نصب می شود از دو گوی شناور که در داخل محفظه رله نصب شده اند و می توانند همراه با سطح روغن جابجا شوند ، تشکیل شده است . دو عدد کلید جیوه ای نیز با شناور همراه هستند و می توانند کنتاکتهایی را قطع یا وصل کنند رله بوخهلتز بسیار دقیق است و از آنجا که در مراحل اولیه آغاز شدن بسیاری از مشکلات ، آلارم می دهد . این شانس را به پرسنل بهره برداری می دهد که شرایط خطرناک را خیلی زود شناسایی کنند . و از آسیب های جدی به تجهیزات جلوگیری نمایند .
تنظیم درجه حساسیت رله بوخهولتز کاملاً تجربی است و بستگی به ترانس و رله دارد . در هر حال باید دقت داشت که رله خیلی حساس نباشد ، زیرا اضافه بار کم و جریانهای اتصال کوتاه شدید خارجی و حتی تغییرات درجه حرارت موسمی ، سبب جریان پیدا کردن روغن می شود که نباید رله بوخهولتز را بکار اندازد . پس از هر تریپ ترانس ، در اثر رله بوخهولتز باید گازهایی که در محفظه رله جمع شده است را خارج نمود تا شناور آن به حالت اولیه خود بازگردد.
در ضمن باید گازهایی را که به محفظه گاز رله خارج می کنیم ، از نظر قابلیت اشتعال مورد آزمایش قرار دهیم ، زیرا در صورتیکه ترانسفورماتور خوب تحت خلاء قرار نگرفته باشد ، هوای موجود در داخل روغن ، کم کم خارج شده و در رله جمع می گردد و می تواند سبب ظاهر شدن آلارم گردد .
همچنین ممکن است به طریقی هوا به داخل ترانسفورماتور نفوذ کرده باشد . این عمل در ترانسهایی که روغن آنرا جدیداً عوض کرده اند بیشتر پیش می آید . با وجود اینکه رله بوخهولتز یک رله بسیار خوبی است و می تواند از آغاز پیدایش نقص آن را تشخیص دهد ، و لیکن دارای محدویت هایی نیز هست که در ادامه ذکر می گردد .
محدودیت های رله بوخهولتز :
۱-فقط خطاهایی را تشخیص می دهد که در سطح روغن پایین تر از رله اتفاق افتاده باشد .
2- تنظیم کلید جیوه ای را نمی توان زیاد حساس گرفت ، زیرا در این صورت لرزشهای ناشی از بهره برداری ، زلزله ، شوکهای مکانیکی در خط و حتی نشستن پرنده ها ، ممکن است اشتباهاً آنرا به کار اندازند .
3- می نیمم زمان عمل کردن آن 0.1 ثانیه است و متوسط آن 0.2 ثانیه . چنین رله ای خیلی کند به حساب می آید ، و لیکن با وجود آن ارزش این رله بسیار بالاست .
4- از نظر اقتصادی رله بوخهولتز برای ترانسهای کمتر از kva 500 بکار برده نمی شود .
6- سوپاپ اطمینان یا لوله انفجاری ( شیر فشار شکن )
در اثر اتصال کوتاه ناگهانی و یا هر حادثة دیگر در هسته و سیم پیچها که منجر به ایجاد گاز شدید شود ، فشار داخل تانک می تواند به میزان خطرناکی افزایش یابد . برای جلوگیری از خطر انفجار تانک ، در بالای درپوش آن شیر فشار شکن نصب می گردد .
این شیزر در عرض چند میلی ثانیه عمل خواهد کرد و سبب تخلیه فشار خواهد شد . در همین موقع ، میکرو سویچی که همراه آن است ، سبب بسته شدن مدار تریپ می گردد . پس از کاهش فشار در اثر نیروی فنر ، شیر خود به خود بسته خواهد شد .
7- رادیاتور یا مبدل حرارتی
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 11 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله ترانسفورماتور قدرت
