تحقیق در مورد ترانسفورماتورها

بخشی از مقاله

ترانسفورماتورها

ترانسفورماتور قدرت
ترانسفورماتور وسيله اي است كه انرژي الكتريكي را در يك سيستم جريان متناوب از يك مدار به مدار ديگر انتقال مي دهد و مي تواند ولتاژ كم را به ولتاژ زياد وبالعكس تبديل نمايد .
برخلاف ماشينهاي الكتريكي كه انرژي الكتريكي و مكانيكي را به يكديگر تبديل مي كنند ، در ترانسفور ماتور انرژي به همان شكل الكتريكي باقيمانده و فركانس آن نيز تغيير نميكند و فقط مقادير ولتاژ و جريان در اوليه و ثانويه متفاوت خواهد بود . ترانسفورماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلي سيستم هاي انتقال و پخش انرژي مطرح هستند بلكه در تغذيه مدارهاي الكترونيك و كنترل ، يكسوسازي ، اندازه گيري و كوره هاي الكتريكي نيز نقش مهمي بر عهده دارند .
انواع ترانسفورماتورها را ميتوان برحسب وظايف آنها بصورت ذيل بسته بندي كرد :

1- ترانسفورماتورهاي قدرت در نيروگاهها و پستهاي فشار قوي
2- ترانسهاي توزيع در پستهاي توزيع زميني و هوايي ، براي پخش انرژي در سطح شهرها و كارخانه ها
3- ترانسهاي قدرت براي مقاصد خاص مانند كوره هاي ذوب آلومينيم ، يكسوسازها و واحدهاي جوشكاري
4- اتوترانسها جهت تبديل ولتاژ با نسبت كم و راه اندازي موتورهاي القايي
5- ترانسهاي الترونيك

6- ترانسهاي ولتاژ و جريان جهت مقاصد اندازه گيري و حفاظت
7- ترانسهاي زمين براي ايجاد نقطه صفر و زمين كردن نقطه صفر
8- ترانسهاي آزمايشگاه فشار قوي و ...

و از نظر ماده عايقي و ماده خنك كننده نيز ترانسفورماترها را مي توان بصورت ذيل بسته بندي كرد :
1- ترانسفورماتورهاي روغني Oil immersed power Transformer
2- ترانسفورماتورهاي خشك Dry type transformer 3-ترانسفورماتورهاي با عايق گازي (sf6) Gas insulated transformer
ساير ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهاي كوره ، ترانسفورماتورهاي تغيير دهنده فاز و..
بعنوان ترانسفورماتورهاي خاص قلمداد مي گردند .

ساختمان ترانسهاي قدرت روغني
قسمتهاي اصلي در ساختمان ترانسفورماتورهاي قدرت روغني عبارتند از:
1- هسته يك مدار مغناطيسي
2- سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه
3- تانك اصلي روغن
به جز موارد فوق اجزا ديگري نيز به منظور اندازه گيري وحفاظت به شرح زير وجوددارند :
1- كنسرواتوريا منبع انبساط روغن

2- تب چنجر
3- ترمومترها
4- نشان دهنده هاي سطح روغن
5- رله بوخ هلتز
6- سوپاپ اطمينان يا لوله انفجاري / شير فشار شكن )
7- رادياتور يا مبدلهاي حرارتي
8- پمپ و فن ها

10 – شيرهاي نمونه برداري از روغن پايين و بالاي تانك
11- شيرهاي مربوط به پركردن و تخليه روغن ترانس
12- مجراي تنفسي و سيليكاژل مربوط به تانك اصلي و تب چنجر
13- تابلوي كنترل

14- تابلوي مكانيزم تب چنجر
15- چرخ ها
16- پلاك مشخصات نامي
1- هسته :
هسته ترانس يك مدار مغناطيسي خوب با حداقل فاصله هوايي و حداقل مقاومت مغناطيسي است تا فورانهاي مغناطيسي براحتي از آن عبور كنند . هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود0.3 ميليمتر و حتي كمتر است . براي كاهش تلفات فوكو ورقه ها تا حد امكان نازك ساخته مي شوند و لي ضخامت آنها نبايد بحدي برسد كه از نظر مكانيكي ضعيف شده و تاب بردارد .

در ترانسهاي قدرت ضخامت ورقه ها معمولاً 0.3 يا 0.33 ميليمترانتخاب مي شود كه اين ورقه ها توسط لايه نازكي از وارنيش عايقي با يك سيم نازك عايقي ، نسبت به هم عايق مي شوند .
2- سيم پيچي هاي ترانس
در ساختمان سيم پيچ هاي ترانس بايد موارد متعددي در نظر گرفته شوند كه در ذيل به مهمترين آنها اشاره مي نمائيم :
1- در سيم پيچ هابايد جنبه هاي اقتصادي كه همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس مي باشد ، مراعات شود
2- ساختمان سيم پيچ ها براي رژيم حرارتي كه بايد در آن كار كند محاسبه شود ، زيرا در غير اين صورت عمر ترانس كاسته خواهد شد
3- سيم پيچ ها در مقابل تنش ها و كشش هاي حاصل از اتصال كوتاه هاي ناگهاني مقاوم شوند .
4- سيم پيچ ها بايد در مقابل اضافه ولتاژهاي ناگهاني از نقطه نظر عايقي ، مقاومت لازم را داشته باشند .

سيم پيچ ترانس ها نسبت به هم در نوع سيم پيچ ، تعداد حلقه ها درجه و اندازه سيمها و ضخامت عايق بين حلقه ها متفوت خواهند بود . هر چه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعداد حلقه هاي سيم پيچ بيشتر مي شود و هر چه ظرفيت ترانس بيشتر شود ، اندازه سيم ها بزرگتر مي گردد .
در ترانس با هسته ستوني ، سيم پيچها اعم از فشار قوي ، متوسط و فشار ضعيف و سيم پيچ تنظيم – بصورت استوانه متحدالمركز روي ستونهاي هسته قرار مي گيرند . معمولاً سيم پيچ فشار ضعيف در داخل و فشار قوي در خارج واقع مي شوند و ترتيب فوق به اين دليل رعايت مي شود كه عايق كاري فشار ضعيف نسبت به هسته راحت تر است .
3- تانك اصلي روغن

تانك ترانس يك ظرف مكعب يا بيضوي شكل است كه هسته و سيم پيچ هاي ترانس در آن قرار مي گيرند و نقش يك پوشش حفاظتي را براي آنها ايفا مي كند داخل اين ظرف از روغن پر مي شود بطوريكه هسته و سيم پيچ كاملاً در روغن فرو مي روند . سطح خارجي تانك تلفات گرمايي داخل ترانس را به بيرون منتقل مي كند از هر مترمربع سطح تانك حدوداً 400 الي 450 وات توان گرمايي به خارج منتقل مي شود ، بطوريكه در ترانسهاي كوچك ، همين سطح براي خنك كاري كافي است و به تمهيدات ديگري نظير رادياتور وفن نياز نمي باشد . در ترانسهاي تا KVA 50 بدنه تانك از ورق ساده فولادي به ضخامت حدوداً MM3 ميليمتر ساخته مي شود ، سطح آن صاف بوده و نيازي به ميله هاي تقويتي يا لوله هاي خنك كن ندارد . هر 4 وجه ترانس از يك ورق يك پارچه درست مي شود و فقط در يك گوشه جوشكاري مي گردد .
تانك ترانس بايستي موجب شود كه موارد مشروحه ذيل تأمين گردند :
- حفاظتي براي هسته ، سيم پيچ ، روغن و ساير متعلقات داخلي باشد .
- داراي استقامت كافي باشد كه در حين حمل و نقل و نيز در زمان اتصال كوتاه داخلي بتواند تنش هاي مكانيكي ايجاد شده را تحمل نمايد .
- ارتعاشات و صدا در آن به حداقل برسد .

- ساختمان آن در برابر نشت روغن و يا نفوذ هوا كاملاً آب بندي باشد .
- سطوح كافي براي دفع گرماي ناشي از تلفات ترانس را تأمين كند .
- محلي براي نصب بوشينگها ، تب چنجر ، مخزن ذخيره روغن و ساير متعلقات باشد.
- از نظر ابعاد در حدي باشد كه براحتي قابل تحمل و حمل و نقل از طريق جاده يا راه آهن باشد .

- حداقل تلفات فوكو در آن ايجاد شود .
- حداقل ميدان مغناطيسي در خارج از آن وجود داشته باشد .
به اين ترتيب طراحي تانك ترانس به روش پيش بيني شده براي حمل و نفل آن نيز بستگي دارد .
4- مقره ها ( بوشينگ ها )

سرهاي خروجي سيم پيچ هاي فشار قوي و فشار ضعيف بايد نسبت به بدنه فلزي تانك ، عايقكاري شوند . براي اين منظور از مقره ها استفاده مي شود . مقره يا بوشينگ تشكيل شده است از يك هادي مركزي كه توسط عايق هاي مناسبي در ميان گرفته شده است .
بوشينگها روي در پوش فوقاني ترانس نصب مي شوند و در موارد نادري بوشينگها را روي ديوارة جانبي تانك هم نصب مي كنند . انتهاي پاييني مقره در داخل تانك جاي مي گيرد ، در حاليكه سر ديگر آن در بالاي درپوش و در هواي خارج واقع مي شود .

ترمينالهاي هر دو سر داراي بستهاي مناسبي براي اتصال به سر هادي هاي داخل ترانس و نيز هادي هاي شبكه مي باشند . شكل و اندازه بوشينگها به كلاس ولتاژ ، نوع محل ( داخل ساختمان يا در هواي آزاد ) و جريان نامي آن بستگي دارد . بوشينگهاي داخل ساختماني نسبتاً كوچك بوده و سطح آن صاف است ، اما بوشينگهاي هواي آزاد كاملاً در معرض شرايط مختلف جوي نظير برف و باران و آلودگي و ... قرار مي گيرند ، بنابراين از نظر شكل كاملاً متفاوتند و از سپرهايي به شكل چتر تشكيل مي شوند ، تا سطح زيرين آنها در مقابل باران خشك نگه داشته شوند . دراين صورت سطح خارجي آنها زياد شده و فاصله خزش جرقه روي سطح چيني عايق زيادتر مي گردد و در نتيجه استقامت الكتريكي بوشينگ افزايش مي يابد .
در حال حاضر تمام ترانسهاي با قدرت زياد ، براي كار در هواي آزاد ساخته مي شوند و مقره هاي عايقي ، براي ولتاژهاي مختلف زير موجود مي باشند :
0.5و1و3 و6 تا 10 و20 و 35 و110 و220 و320 و500 و750 كيلووات
در ترانسهاي قدرت از 3 تا 10 كيلووالت ، همان بوشينگ kv10 بكار مي رود . براي ترانسهاي kv 1 و كمتر از مقره چيني ساده يا مقره اپوكسي زرين ساخته مي شود .
سيستم هاي اندازه گيري و حفاظت ترانس
1- كنسر واتور يا منبع انبساط روغن

منبع ذخيره روغن كه به اسامي منبع انبساط و كنسرواتور نيز ناميده مي شود ، تانكي است كه در بالاترين قسمت ترانس نصب مي شود در حين تغييرات بار روزانه ، روغن ترانس انبساط وانقباض مي يابد و در حين انبساط وارد منبع ذخيره مي شود . اندازه و حجم منبع ذخيره به اندازه ترانس و تغييرات دمايي آن در هنگام بهره برداري بستگي دارد . در ترانسهايي كه داراي تب چنجر قابل قطع زير بار هستند ، منبع انبساط به دو بخش تقسيم مي گردد كه قسمت كوچكتر براي تب چنجر و قسمت بزرگتر براي تانك اصلي در نظر گرفته مي شود . از بالاي هر قسمت منبع ذخيره ، لوله اي به فضاي آزاد آورده مي شود ، كه به آن مجراي تنفسي مي گويند (Breather) در ورودي اين مجرا ظرف شيشه اي قرار دارد ، كه داخل آن از ماده اي رطوبت گير به نام سيليكاژل پر مي شود . به اين ترتيب هواي ورودي به ترانس رطوبت خود را از دست داده و كاملاً خشك خواهد بود .

در هر قسمت منبع ذخيره ، يك نشان دهندة سطح روغن نصب مي شود تا سطح روغن را در حين كار ترانس بتوان نظارت كرد و همچنين دو سطح منبع ديگر كه مجهز به كنتاكت آلارم مي باشند نيز بر روي آنها نصب مي گردند سطح خارجي منبع ذخيره نيز با رنگ مناسب پوشيده مي شود تا از خوردگي و زنگ زدن محافظت گردد .
2- تپ چنجر

در بارهاي مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نيز تغيير مي كند و سبب تغيير ولتاژ شبكه مي شود . كنترل ولتاژ شبكه هاي توزيع و انتقال عمدتاً توسط تب چنجر ايجاد مي شود . اساس كار تب چنجر بر تغيير نسبت تبديل ترانس استوار است . بدين ترتيب كه با انشعاباتي كه در سيم پيچ فشار قوي تعبيه مي گردد تعداد دور سيم پيچ را تغيير داده و سبب تغيير ولتاژ خروجي ترانس مي گردد .

تپ چنجرها بطور گسترده اي براي كنترل ولتاژ شبكه در سطوح مختلف ولتاژي بكار گرفته مي شوند . معمولاً كنترل ولتاژ در محدودة %15 +_ مقدور است . ولتاژ هر پله تب چنجر عموماً بين 1 تا 5/2 درصد تغيير مي كند انتخاب مقدار كم براي پله ها سبب افزايش تعداد تپ ها مي گردد و انتخاب مقدار بالا براي هر پله باعث عدم امكان تنظيم دقيق ولتاژ مورد نظر مي گردد .

محل تپ چنجر : (( تپ چنجر ))
در داخل تانك اصلي ، قسمتي را براي بخش اصلي تب چنجر ( دايورترسوئيچ ) در نظر گرفته اند اين قسمت كاملاً آب بندي شده است داخل آن نيز با روغن ترانس پر شده است . اين روغن كاملاً از روغن تانك اصلي جداست و باهم مخلوط نمي شود . تپ چنجر را در سمت فشار قوي نصب كرده اند كه داراي مزيت هاي زيرمي باشند :
الف) در طرف فشار قوي جريان كمتر است لذا براي تپ چنجرهايي كه زير بار عمل مي كنند حذف جرقه ساده تر است .
ب) چون تعداد دور سيم پيچها ي فشار قوي بيشتر است ، لذا امكان تغييرات يكنواخت تروپه هاي كوچكتر به راحتي ميسر است . در اتصال ستاره انشعابات تب چنجر را در سمت نقطه صفر قرار مي دهند تا عايق كاري آن نسبت به زمين ساده تر باشد .

بهره برداري از ترانسفورماتورهاي با تنظيم كننده ولتاژ زير بار :
اكثر ترانسفورماتورها داراي دستگاهي بنام تب چنجر بوده كه كار آنها عملاً در مدار گذاشتن و خارج كردن تعدادي از حلقه هاي سيم پيچي ترانسفورماتور به منظور تغيير دادن در نسبت تبديل ترانس مي باشد . عموماً اين دستگاه در قسمت فشار قوي قرار مي گيرد .
تب چنجر ترانسفورماتورها عموماً بر 2 نوع مي باشند :

1- On load tap changer : ترانسفورماتورهايي كه تب آنها زماني كه تپ ترانسفورماتور زيربار است ، قابل تغيير مي باشد .
2- Off load tap changer : ترانسفورماتورهايي كه تب آنها فقط زماني كه در مدار نباشند ، قابل تغيير مي باشند .
اين تغيير تپ در محل روي بدنة ترانس صورت مي گيرد . به اين ترتيب با توجه به تعداد تپ و اينكه هر تپ چه مقدار تغيير ولتاژ بوجود مي آورد و نياز به چه مقدار تغيير در ولتاژ مي باشد ، تب آنها را بر حسب نياز سيستم تغيير مي دهيم . مكانيزم عمل تپ به طور كلي به اين صورت است كه اهرمي قادر است در جهت گردش عقربه هاي ساعت تعداد حلقه هاي سيم پيچ را كم و در خلاف آن زياد نمايد .

ترانسفورماتورهايي كه مجهز به سيستم اتوماتيك ولتاژ
( Avr = Automatic voltage regulation)
مي باشند به طريق زير تغيير تب صورت مي گيرد :
الف) اتوماتيك ب) دستي و الكتريكي از اطاق فرمان
ج) دستي الكتريكي از محل د) دستي مكانيكي توسط اهرم مخصوص
هر تغيير Tab در اوليه ترانس قدرت به اندازه kv5 در ولتاژ ورودي ترانس تغيير ايجاد مي كند .