ترانسفورماتور

مطالب کلی در باره ترانسفور ماتور ( ساختمان ترانسفورماتور )

ترانسفورماتورها را با توجه به كاربرد و خصوصيات آنها به سه دسته كوچك متوسط و بزرگ دسته بندي كرد. ساختن ترانسفورماتورهاي بزرگ و متوسط به دليل مسايل حفاظتي و عايق بندي و امكانات موجود ، كار ساده اي نيست ولي ترانسفورماتورهاي كوچك را مي توان بررسي و يا ساخت. براي ساختن ترانسفورماتورهاي كوچك ، اجزاي آن مانند ورقه آهن ، سيم و قرقره را به سادگي مي توان تهيه نمود.

اجزاي تشكيل دهنده يك ترانسفورماتور به شرح زير است؛

هسته ترانسفورماتور

هسته ترانسفورماتور متشكل از ورقه هاي نازك است كه سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي كم كردن تلفات آهني هسته ترانسفورماتور را نمي توان به طور يكپارچه ساخت. بلكه معمولا آنها را از ورقه هاي نازك فلزي كه نسبت به يكديگر عايق‌اند، مي سازند. اين ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلياژي از سيليسيم (حداكثر 4.5 درصد) كه داراي قابليت هدايت الكتريكي و قابليت هدايت مغناطيسي زياد است ساخته مي شوند.

در اثر زياد شدن مقدار سيليسيم ، ورقه‌هاي دينام شكننده مي شود. براي عايق كردن ورقهاي ترانسفورماتور ، قبلا از يك كاغذ نازك مخصوص كه در يك سمت اين ورقه چسبانده مي شود، استفاده مي كردند اما امروزه بدين منظور در هنگام ساختن و نورد اين ورقه ها يك لايه نازك اكسيد فسفات يا سيليكات به ضخامت 2 تا 20 ميكرون به عنوان عايق در روي آنها مي مالند و با آنها روي ورقه ها را مي پوشانند. علاوه بر اين ، از لاك مخصوص نيز براي عايق كردن يك طرف ورقه ها استفاده مي شود. ورقه هاي ترانسفورماتور داراي يك لايه عايق هستند.

بنابراين ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته بايد سطح آهن خالص را منظور كرد. ورقه‌هاي ترانسفورماتورها را به ضخامت هاي 0.35 و 0.5 ميلي متر و در اندازه هاي استاندارد مي سازند. بايد دقت كرد كه سطح عايق شده ى ورقه هاي ترانسفورماتور همگي در يك جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر اين تا حد امكان نبايد در داخل قرقره فضاي خالي باقي بماند. لازم به ذكر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جاي بگيرند تا از ارتعاش و صدا كردن آنها نيز جلوگيري شود.

سيم پيچ ترانسفورماتور

معمولا براي سيم پيچ اوليه و ثانويه ترانسفورماتور از هادي هاي مسي با عايق (روپوش) لاكي استفاده مي‌كنند. اينها با سطح مقطع گرد و اندازه‌هاي استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص مي‌شوند. در ترانسفورماتورهاي پرقدرت از هاديهاي مسي كه به صورت تسمه هستند استفاده مي‌شوند و ابعاد اين گونه هادي‌ها نيز استاندارد است.

توضيح سيم پيچي ترانسفورماتور به اين ترتيب است كه سر سيم پيچ‌ها را به وسيله روكش عايقها از سوراخهاي قرقره خارج كرد، تا بدين ترتيب سيم ها قطع (خصوصا در سيمهاي نازك و لايه‌هاي اول) يا زخمي نشوند. علاوه بر اين بهتر است رنگ روكش‌ها نيز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهاي داراي چندين سيم پيچ ، را به راحتي بتوان سر هر سيم پيچ را مشخص كرد. بعد از اتمام سيم پيچي يا تعمير سيم پيچهاي ترانسفورماتور بايد آنها را با ولتاژهاي نامي خودشان براي كنترل و كسب اطمينان از سالم بودن عايق بدنه و سيم پيچ اوليه ، بدنه و سيم پيچ ثانويه و سيم پيچ اوليه آزمايش كرد.

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 ترانسهای قدرت

پس از پایان مراحل ساخت و انجام موفقیت آمیز آزمایشات کارخانه ای یا جابه جائی ترانسفورماتور نصب شده، از محلی به محل دیگر و قبل از بارگیری می بایست اقدامات زیر بروی ترانسفورماتور انجام گیرد. لازم به ذکر است که به منظور کاهش ابعاد و وزن ترانسفور ماتور و نیز از نظر فنی و محدودیّت ترافیکی می بایستی تجهیزات جنبی ترانسفورماتور(کنسرواتور، بوشینگ و...) باز و به طور جداگانه بسته بندی و آماده حمل گردند. اما خود ترانسفورماتور به طریق زیر حمل می گردد.

الف_حمل با روغن: ترانسفورماتورهای کوچک و ترانسفورماتورهایکه وزن و ابعاد آنها مشکلاتی را از نظر حمل ایجاد نمی نمایند، معمولا با روغن حمل می گردند.در این حال سطح روغن بایستی حدودا 15 سانتی متر پایین تر از درپوش اصلی(سقف) ترانسفورماتور قرار دشته باشد.

توجه:

1.فاصله 15 سانتیمتر فوق الذکر در مورد کلیه ترانسفورماتورها یکسان نبود.و توصیه می شود به دستور العمل کارخانه سازنده مراجعه شود.

2.لازم به ذکر است که در هنگام حمل روغن، قسمت آمتیوپارت ترانسفورماتوری بایستی کاملا در داخل روغن قرار گیرد.

3.به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت و هوا به داخل ترانسفورماتورفضای بین روغن و سقف ترانسفورماتور با هوای خشک و یا گاز نیتروژن با فشار حدود 2/0 بار در هوای 20c پر می کنند. لازم به ذکر است که گاز نیتروژن بایستی کاملا خشک باشد4_در این حالت با نصب یک محفظه سیلیکاژل بسته (آب بندی شده) بر روی ترانسفورماتور به منظور جذب رطوبت استفاده می شود ضمنا جهت جلوگیری از پاشیدن روغن به داخل سیلیکاژل در طول حمل از یک وسیله حفاظتی استفاده می شود.

ب_ حمل بدون روغن : ترانسفورماتور های بزرگ بدون روغن حمل می گردند. در این موارد پس از تخلیه روغن، ترانسفورماتور را با هوای خشک و یا با نیتروژن پر می کنند.لازم به ذکر است که در این حالت نیز در طول حمل بایستی فشار هوا یا نیتروژن به طور مرتب کنترل گردند.

.2نکات قابل توجه و مهم در نصب و قبل از راه اندازی:

(1کنترل ضربه نگار (2کنترل فشار هوا (3 کنترل نقطه شبنم و اکسیژن (4 کنترل استقرار ترانسفورماتور بر روی فوندانسیون (5 کنترل تجهیزات جنبی ترانسفورماتور شامل بوشینگ-سیستم خنک کننده-رادیاتور-فن-پمپ-کنسرواتور-ملحقات کنسرواتور (6سیستم تنفسی (7شیراطمینان8 (ترمومترها شامل ترمومتر روغن-کالیبوه کردن ترمومتر-ترمومتر سیم پیچ9) تپ چنجر10)رله بو خهلتس

روغن ترانسفورماتور

روغن های ترانسفورماتور عمدتا ترکیبات پیچیده ای از هیدروکربنهای مشتق از نفت خام می باشند و به جهت دارا بودن خواص مناسب، روغنهای پایه نفتینک ترانسفورماتور مناسب تر تشخیص داده شدهاند.

خواص مورد نیاز برای روغن های ترانسفورماتور به طور خلاصه عبارتند از:

عایق کاری الکتریکی-انتقال حرارت-قابلیت خاموش کردن قوس الکتریکی-پایداری شیمیایی-سیل کردن ترانسفورماتور و حمل مواد آلوده ناشی از کارکرد به خارج-جلوگیری از خوردگی-مواد عایقرو قسمتهای فلزی ترانسفورماتور.

در مورد سفارش خرید روغن برای ترانسفورماتور ها دو مورد مهم را مد نظر قرار می دهیم

1.کیفیت روغن ترانسفورماتور2. انتخاب نوع ترانسفورماتور

با در نظر گرفتن نوع روغن و در نظر گرفتن کیفیت آن، طراحی ترانسفورماتور ها مورد بحث قرار می گیرد به عنوان مثال یک نمونه از آن را یادآور می شویم که باعث زایل شدن روغن ترانسفورماتور گردید.

نمونه مورد اشاره این بود که یک نوع چسبی که در داخل ترانسفورماتور بکار برده شده بود توسط روغن آن چسب حل گردید و باعث این شد که ذرات چسب داخل روغن پراکنده شود و منجر به کاهش دی الکتریک روغن گردید. مورد دیگری که یادآوری نمودند این بود که کاتالیزور مس و آهن باعث از بین بردن روغن دانستند و همینطور اینکه چرا اصولاً کاغذ و روغن را به عنوان عایق در ترانسفورماتورها به کار میبرند. علتی را که برای آن توضیح داده بودند به این شرح بود که یک بار کاغذ عایقی بدون آغشته روغن، مورد تست عایقی قرار دادند، مشاهده شده بود که کاغذ عایقی آغشته به روغن بسیار خاصیّت عایقی آن نسبت به کاغذ عایقی بدون روغن بوده ماده ای به نام nemex که بین عایق ترانسفور ماتورها مورد استفاده قرار میگیرد مورد اشاره قرار گرفت که باعث ذایل شدن و از بین رفتن روغن گردید.

دو نوع آلودگی روغن ترانسفورماتورها :

1) آلودگی فیزیکی 2) آلودگی شیمیائی

200 تست را کلاً بر روی ترانسفورماتورها می توان انجام داد که از میان آنها تستهای زیر دارای اهمّیت بیشتری می باشند.

1-تست اسیدیته 2-گازهای حل شده در روغن 3- کشش سطحی 4-pcb (بی فنیل پلی کلرید).

مهمترین منابع آلودگی روغن عبارتند از:

1- مواد معلق در روغن 2- آب 3- اکسیداسیون روغن

به طور کلی 3 نوع تست برروی روغن ترانسفورماتور انجام می گیرد که عبارتند از:

1- تستهای فیزیکی 2- تست های شیمیائی 3- قسمت های الکتریکی

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.

ويژگيهاي 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.

سيستم نمايش و مديريت ترانسفورماتورها ‍TMMS

سيستم TMMS (Trans former Monitoring Management System) فارادي يك سيستم نمايش و مديريت ترانسفورماتور است.

سيستم ‍TMMS بر اساس جمع آوري اطلاعات بحراني بهره برداري ترانسفورماتور و تجزيه و تحليل آنها عمل مي نمايد.

سيستم TMMS با تجزيه و تحليل اطلاعات قادر خواهد بود كه ضمن تفسير عملكرد ترانسفورماتور عيبهاي آن را تشخيص داده و اطلاعات لازم براي تصميم گيري را در اختيار بهره بردار قرار دهد.

اطلاعات بهره برداري كه براي فرآيند نمايش و مديريت ترانسفور ماتور ها مورد نياز بوده و توسط سنسورهاي مخصوص جمع آوري ميگردند بشرح زير مي باشند.

· - گازهاي موجود در روغن ترانسفورماتور همراه با ئيدران

· - آب موجود در روغن ترانسفور ماتور همراه با Acquaoil 300

· - جريان بار ترانسفورماتور

· - دماي نقاط مختلف ترانسفورماتور

· - وضعيت تپ چنچر ترانسفورماتور

· - سيستم خنك كنندگي ترانسفورماتور

اطلاعات بهره برداي فوق جمع آوري شده و بهمراه ساير اطلاعات موجود بطور مستمر تجزيه و تحليل شده تا بتوانند اطلاعات زير را درباره وضعيت بهره برداري ترانسفورماتور تهيه نمايند.

· - شرايط عمومي و كلي ترانسفورماتور

· - ظرفيت بارگيري ترانسفورماتور

· - ميل و شدت توليد گاز و حباب در داخل روغن ترانسفورماتور

· - ملزومات نگهداري ترانسفورماتور

سيستم TMMS فارادي را ميتوان براي ترانسفورماتورهاي موجود بكار برد و همچنين ميتوان آنرا در ساختمان ترانسفورماتورهاي جديد طراحي و نصب نمود.

ارتقاء سيستم TMMS فارادي با افزودن سنسورهاي اضافي ميتواند باعث ارتقاء عملكرد آن براي موارد زير گردد.

· - حداكثر نمودن ظرفيت بارگذاري ترانسفورماتور براي بهره برداري اقتصادي و بهينه

· - تشخيص عيب و توصيه راه حل در ترانسفورماتور ها

· - مديريت عمر ترانسفورماتور و افزايش آن

· - تكميل و توسعه فرايند و عمليات مديريت ترانسفورماتور ها با كمك اطلاعات اضافي تهيه شده در زمان حقيقي

· -كاهش و حذف خروجي ترانسفورماتورها بصورت برنامه ريزي شده و يا ناشي از خطا

· - آشكار سازي علائم اوليه پيدايش خطا در ترانسفورماتورها

· - نمايش مراحل تكامل و شكل گيري شرايط پيدايش خطا

ترانسفورماتورهاي سازگار با هارمونيك

ترانسفورماتورهاي مقاوم عامل K

هارمونيك هاي توليد شده توسط بارهاي غير خطي مي توانند مشكلات حرارتي و گرمائي خطرناكي را در ترانسفورماتورهاي توزيع استاندارد ايجاد نمايند . حتي اگر توان بار خيلي كمتر از مقدار نامي آن باشد ، هارمونيك ها مي توانند باعث گرماي بيش از حد و صدمه ديدن ترانسفورماتورها شوند . جريان هاي هارمونيكي تلفات فوكو را بشدت افزايش مي دهند . بهمين دليل سازنده ها ، ترانسفورماتور هاي تنومندي را ساخته اند تا اينكه بتوانند تلفات اضافي ناشي از هارمونيك ها را تحمل كنند . سازنده ها براي رعايت استاندارد يك روش سنجش ظرفيت، بنام عامل Kرا ابداع كرده اند . در اساس عامل K نشان دهنده مقدار افزايش در تلفات فوكو است . بنابراين ترانسفورماتور عامل Kمي تواند باري به اندازه ظرفيت نامي ترانسفورماتور را تغذيه نمايد مشروط براينكه عاملK بار غير خطي تغذيه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد . مقادير استاندارد عامل K برابر با 4 ، 9 ، 13 ، 20 ، 30 ، 40 ، 50 مي باشند. اين نوع ترانسفورماتورها عملا" هارمونيك را از بين نبرده تنها نسبت به آن مقاوم مي باشند.

ترانسفورماتور HMT ( Harmonic Mitigating Transformer )

نوع ديگر از ترانسفورماتورهاي سازگار با هارمونيك ترانسفورماتورهاي HMT هستند كه ازصاف شدن بالاي موج ولتاژ بواسطه بريده شدن آن جلوگيري مي كند. HMT طوري ساخته شده است كه اعوجاج ولتاژ سيستم واثرات حرارتي ناشي از جريان هاي هارمونيك را كاهش مي دهد. HMT اين كار را از طريق حذف فلوها و جريان هاي هارمونيكي ايجاد شده توسط بار در سيم پيچي هاي ترانسفورماتور انجام مي دهد.

چنانچه شبكه هاي توزيع نيروي برق مجهز به ترانسفورماتورهايHMT گردند مي توانند همه نوع بارهاي غير خطي ( با هر درجه از غير خطي بودن ) را بدون اينكه پيامدهاي منفي داشته باشند، تغذيه نمايند. بهمين دليل در اماكني كه بارهاي غير خطي زياد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT بصورت گسترده استفاده مي شود .

مزاياي ترانسفورماتورHMT :

· مي توان از عبور جريان مؤلفه صفر هارمونيك ها ( شامل هارمونيك هاي سوم ، نهم و پانزدهم ) در سيم پيچي اوليه ، از طريق حذف فلوي آنها در سيم پيچي هاي ثانويه جلوگيري كرد .

· ترانسفورماتورهاي HMT با يك خروجي در دو مدل با شيفت فازي متفاوت ساخته مي شوند. وقتي كه هر دو مدل با هم بكار مي روند مي توانند جريان هاي هارمونيك پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را درقسمت جلوئي شبكه حذف كنند .

· ترانسفورماتورهاي HMT با دو خروجي مي توانند مولفه متعادل جريان هاي هارمونيك پنجم، هفتم ، هفدهم و نوزدهم را در داخل سيم پيچي هاي ثانويه حذف كنند .

· ترانسفورماتورهاي HMT با سه خروجي مي توانند مولفه متعادل جريانهاي هارمونيك پنجم، هفتم ، يازدهم و سيزدهم را در داخل سيم پيچي ثانويه حذف كنند .

· كاهش جريان هاي هارمونيكي در سيم پيچي هاي اوليه HMT باعث كاهش افت ولتاژهاي هارمونيكي و اعوجاج مربوطه مي شود .

· كاهش تلفات توان بعلت كاهش جريان هاي هارمونيكي .

بعبارت ديگر ترانسفورماتورHMT باعث ايجاد اعوجاج ولتاژ خيلي كمتري در مقايسه با ترانسفورماتورهاي معمولي يا ترانسفورماتور عامل K مي شود .

ترانسفورماتور

ويژگيهاي ترانسفورماتور خشك

ترانسفورماتور خشك داراي ويژگيهاي منحصر بفردي است از جمله:

سيستم نمايش و مديريت ترانسفورماتورها ‍TMMS

مطالب مشابه :

اطلاعات عمومی در مورد برق

مقاله در مورد برق

مطالبی در مورد موتور استارترها

مطالب جامعی در مورد تابلو برق

اطلاعاتی در مورد برق ساختمان

ترانسفورماتور

مقاله ای کامل در مورد موتورهای DC

دو کتاب بسیار عالی درباره برق خودرو

جدیدترین شعر در مورد قطعی برق