ترانسفورماتور

[moji5]

ترانسفورماتور:

ترانسفورماتور وسيله اي است که انرژي الکتريکي را در يک سيستم جريان متناوب از يک مدار به مدار ديگر انتقال مي دهد و مي تواند ولتاژ کم را به ولتاژ زياد و بالعکس تبديل نمايد .

ترانسفور ماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلي سيستم هاي انتقال و پخش انرگي مطرح هستند بلکه در تغذيه مدارات الکترونيک و کنترل يکسو سازي ، اندازه گيري و کوره ها ي الکتريکي نيز نقش مهمي بر عهده دارند .

انواع اصلي ترانسفورماتور ها را مي توان بر حسب وظايف آنها بصورت ذيل دسته بندي کرد :

1- ترانسفوماتور هاي قدرت در نيروگاهها و پستهاي فشار قوي

2- ترانسهاي توزيع در پستهاي توزيع زميني و هوايي براي پخش انرژي در سطح شهرها و کارخانه ها

3- ترانسهاي قدرت براي مقاصد خاص مانند کوره هاي دوب آلومينيوم

4- اتو ترانس جهت تبديل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازي موتورهاي القايي و همچنين جهت قدرتهاي بالادر سطح و لتاژ انتقال و ……

5- ترانسهاي الکترونيک

6- ترانسهاي ولتاژ ( pt ) و جريان ( ct) جهت مقاصد اندازه گيري و حفاطت

7- ترانسهاي زمين براي ايجاد نقطه صفر و زمين کردن نقطه صفر

اجزاء تشکيل دنده ي ترانسفور ماتور

هسته :

هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود (3/0) ميليمتر و حتي کمتر است . براي کاهش تلفات ، اين ورقه ها را تا حد امکان نازک مي سازند و لي ضخمات آنها نبايد به حدي برسد که از نظر مکانيکي ضعيف شده و تاب بر دارد . سيم پيچهاي ترانس را نيز نگه مي دارد . بنابراين بايد باز نظر مکانيکي داراي استحکام کافي باشد .

سيم بندي ترانس ها :

ترانسها از لحاظ سيم بندي به صورت تک فاز ،‌دو فاز يا سه فاز مي باشند که در نوع تک فاز جهت سيم بندي ترانسها از يک سيم فاز و يک سيم زمين استفاده مي شود و سيم پيچ اوليه و ثانويه آن بصورت تک فاز مي باشد ، اما ترانسهاي قدرت را به صورت سه فاز سيم بندي مي کنند و سيم بندي مي کنند و سيم پيچ اوليه و ثانويه آن به صورت سه فاز مي باشد و معمولاً در ترانسهايي که قدرت زيادي داشته باشند جهت کاهش اندازه و حمل و نقل راحتر از 3 ترانس تک فاز استفاده مي شود مانند ترانسهاي 400 کيلو وات 500 مگاولت آمپر .
__________________

[moji5]

اتصال سيم پيچهاي ترانسفوماتور سه فاز :

در سيستم سه فاز ، هز يک از سيم پيچهاي اوليه و ثانويه ممکن ايت بخورت ستاره ستاره ،‌ مثلث مثلث و يا ستاره مثلث و غيره بسته شود .

معمولاً در جايي که جريان بيشتر است مثلاً در يک ترانس کاهنده چون سمت ثانويه آن جريان بيشتر از سيمبپيچ اوليه است از اتصال مثلث استفاده مي شود . پس در يک ترانس کاهنده که اغلب در پست هاي ما ديده مي شود از اتثال ستاره – مثلث استفاده مي شود .

موازي کردن ترانسها :

در ايستگاه ها جهت افزايش قدرت معمولاً از چندين ترانس استفاده مي شود ( جهت بالا بردن ظرفيت ايستگاه ) که بايد اين ترانسها بصورت موازي ( پارالل ) در مدار قرار گيرند

شرايط موازي بستن ترانس ها :

1- ولتاژ و فرکانس نامي آنها با شبکه اي که به آن وصل مي شوند ، برابر باشد .

2- فازهاي هم نام به هم وصل شوند .

3- نسبت تبديل سيم پيچهاي هر دو ترانس برابر باشند .

4- درصد ولتاژ امپدانس هر دو ترانس يکسان باشد .

5- نسبت مقاومت معادل به راکتانس ( ) در هر دو ترانس يکسان باشد .

6- گروه برداري آنها يکسان باشد .

7- قدرت آنها نزديک بهم و حداکثر از 1 به 3 تجاوز نکند .

ارزيابي اقتصادي ترانسفورماتور :

ترانسفورماتور داراي سه نوع تلفات مي باشد :

1- تلفات اهمي : که ناشي از عبور جريان از سيم پيچها و تلفات فوکوو هيستر زيس مي باشد .

2- تلفات بي باري ( آهني ) : که ناشي از مغناطيس شوندگي ترانس مي باشد .

3- تلفات خنک کننده : که همان تلفات پنکه و پنکه و پمپهاي سرد کننده ترانس مي باشد در زمان خريد ترانس براي اين تلفات بايد ريال فرض شده و در محاسبات خريد ترانس مطرح شود .

1- ترانسفورماتور قدرت :

براي انتقال توان اگر جريان را زياد کنيم افت و لتاژ و خطوط زياد مي شود و براي عبور جريان بالا ، سطح مقطع سيم را بايد زياد گرفته که اين نيز از نظر هزينه اضافه خواهد شد

پس براي انتقال توان و انرژي از يک به نقطه به نقطه ديگر بايد ولتاژ را افزايش دهيم .

از جمله دستگاههايي که در شبکه هاي الکتريکي ولتاژ را تغيير مي دهند ترانسفورماتور قدرت است .

ترانسفور ماتور قدرت ، ماشين الکتريکي ساکني است که از هسته آهن سيليستاز ساخته شده که بدور آن سيم پيچيده شده تشکيل شده است .

عموماً ترانسفورماتورهاي قدرت در شبکه هاي الکتريکي به منظور افزايش ولتاژ در مناطق نيروگاهي و کاهش ولتاژ در مناطق مصرف استفاده مي شوند .

مخصات فني ترانسفورماتور هاي قدرت :

1- ظرفيت 2-ولتاژ نسبت تبديل 3- نوع سيستم خنک کنندگي

4- نوع سيم پيچي 5- رابطه برداري 6- افزايش درجه حرارت

7- نوع نصب 8- امپدانس اتصال کوتاه 9- رگولاسيون و انتخاب تپ چنحر

10- سطوح عايقي

1- ظرفيت :

ظرفيت ترانسفورماتور به سه عامل زير بستگي دارد :

1- ولتاژ شبکه 2- محدوديت حمل و نقل 3- آينده نگري

الف ) ولتاژ شبکه :

توان انتقالي به ولتاژ شبکه بستگي دارد و بنابراين ظرفيت ترانسفوماتور نيز به ولتاژ شبکه بستگي خواهد داشت پس براي ولتاژ Kv20 شبکه نميتوان ترانسفورماتوري بالاتر از 2-3 مگاولت آمپر انتخاب کرد .

ب : محدوديت حمل و نقل : هر چه ظرفيت ترانس بالا رود وزن آن بيشتر مي شود اگر ترانسفورماتوري با ظرفيت بالا مورد نياز باشد و بخواهيم آن را در مناطق کوهستاني نصب کنيم ممکن است هزينه جاده سازي براي حمل ترانس بيشتر از خريد ترانس شود به اين دليل به منظور نقل و انتقال راحت تر در زمان تعميرات و در ابتداي کار ترانسفور ماتور را در ظرفيت هاي کوچکتر مي سازند .

ج ـ آينده نگري : ظرفيت ترانسفورماتور را بايد در اساس پيش بيني آينده بار و يا عبارتي ظرفيت آينده کارخانه در نظر گرفته و انتخاب نمائيم تا هر چند وقت يکبار مجبور نباشيم ترانسفور ماتور را جابه جا کنيم .
__________________

[moji5]

ترانسفورماتورهاي سه فاز با كي تفاوت مثل ترانسفورماتورهاي يك فاز هستند. در محاسبات ترانسفورماتورهاي قدرت زياد ، علاوه بر مسايل مربوط به ترانسفورماتورهاي يك فاز ، مسايل ايمني ، اقتصادي ، تعمير و نگهداري ، كنترل و … نيز وجود دارند.بدين منظور در تعيين پارامترهاي ترانسفورماتورهاي سه فاز به جاي فرمول ها ، نقش عمده را تجربه و آزمايش هاي مختلف به عهده مي گيرد.

در اين مجموعه ترانسفورماتورهاي كم قدرت ( حدود چند كيلو وات ) را دنبال خواهيم كرد. در توان هاي كم از ترانسفورماتورهاي سه فاز ممكن است ، استفاده هاي يك فاز ، دوفاز و سه فاز به عمل آيد. بنابراين وجود سيم صفر در ترانسفورماتورهاي سه فاز كم قدرت ضروري است.در اتصالات λ / λ ، λ /Δ ، Δ / ،/λ كه بيشترين كاربرد را در فشار ضعيف صنعت برق دارند ، از سيم صفر استفاده مي شود. در بعضي مواقع مخصوصاً در بارهاي متعادل يا در موارد اندازه گيري و اتصالات V/V از سيم صفر اصتفاده نمي شود. در ترانسفورماتورهاي سه فاز از دو نوع هسته استفاده مي شود. اين دو نوع عبارتند از:
الف) هسته اي يكپارچه
ب) هسته اي مجزا


هسته هاي يكپارچه:

در هسته هاي يكپارچه ، سه سيم پيچ مربوط به سه فاز بر روي ستون هاي هسته كنار هم قرار مي گيرند. گرماي ايجاد شده ناشي از تلفات ژولي سيم پيچ ها ، بر روي يكديگر اثر مي گذارند ( گرماي متقابل ). اگر از سيم پيچ ها در هسته هاي يكپارچه ، در حالت عادي بدون استفاده از وسايل خنك كننده استفاده شود لازم است براي جلوگيري از حرارت متقابل و خطرات ناشي از آن ، چگالي جريان را كمتر انتخاب كرد در حالت عادي چگالي جريان را براي سيم هاي مسي با در نظر گرفتن توان ترانسفورماتور بين6/1 تا 2 ،A/mm² منظور مي كنند. در صورتي كه بتوانيم از وسايل خنك كننده مانند فن ها استفاده كرده يا ترانسفورماتورها را در داخل روغن ، قرار دهيم ، مي توانيم چگالي جريان را تا 3A/mm² افزايش دهيم.

نكته ديگر در مورد هسته هاي يكپارچه ، انتخاب چگالي شار (B) مي باشد. به خاطر اينكه مدار شار مغناطيسي سيم پيچ ها مشترك است ، لذا جمع جبري فوران ها صفر است. ( φ1 + φ2 + φ3 = 0 ) .

چگالي شار مغناطيسي را با توجه به جنس هسته و شرايط خنك كنندگي در محدوده ي 2/1 تا 35/1 تسلا انتخاب مي كنند.
هسته مجزا


ترانسفورماتورهاي سه فاز با هسته هاي مجزا ، سيم پيچ هر فاز به طور مستقل بر روي يك بازوي جداگانه پيچيده مي شوند. استقلال سيم پيچ هاي هر فاز و نداشتن اثر متقابل گرما بر همديگر موجب مي شود كه چگالي جريان در اين ترانسفورماتورها نسبت به ترانسفورماتورهاي سه فاز با هسته يك پارچه افزايش يابد. بدين منظور در ترانسفورماتورهاي سه فاز با هسته مجزا ، چگالي جريان را با توجه به توان و شرايط خنك شوندگي بين 2 الي 4 آمپر بر ميليمتر مربع در نظر مي گيرند.

استقالال مدارات مغناطيسي در هسته هاي مجزا در ترانسفورماتورهاي سه فاز و مسيرهاي مستقل آن ها ، ديگر جمع جبري فوران ها را در هسته ها را صفر نمي كند. بدين علت چگالي شار مغناطيسي در ترانسفورماتورهاي سه فاز با هسته مجزا ، كمتر از ترانسفورماتورهاي سه فاز با هسته يك پارچه مي باشد. چگالي شار را در ترانسفورماتورهاي سه فاز با هسته مجزا با توجه به توان و جنس آن ها بين 1- تا 2/1 تسلا منظور مي كنند.

براي قدرت هاي بزرگ از نقطه نظر حمل و نقل ، از سه دستگاه ترانسفورماتورهاي يك فاز به جاي ترانسفورماتورهاي سه فاز استفاده مي شود. روشن است در اين نوع كاربرد ، فوران هسته ها مستقل مي باشند و اين مدارات را با فوران آزاد يا مستقل مي نامند. در كاربرد سه ترانسفورماتورهاي يك فاز به جاي يك ترانسفورماتورهاي سه فاز ، لازم است اتصال در يكي از سيم پيچ ها ، اوليه يا ثانويه اتصال مثل باشد.
__________________

[moji5]

برای ترانس ها به غیر از آرایش ستاره و مثلث 2 نوع اتصال وجود داره ! يكي زيگزاگ و اونيكي اتصال V (من به كل اين اتصال رو يادم رفته بود ! )
اصلا وقتشو ندارم كامل توضيح بدم ( خيلي دوست داشتم اين كارو بكنم ) من به صورت كلي مي گم براي چي استفاده ميشن ، اگر خواستي دقيقتر بدوني ديگه خودت برو دنبالش كه http://www.eca.ir/forum2/Smileys/phpbb/wink.gif

اتصال زيگزاگ :
يه ترانسفورماتور قدرت رو نميشه هم ثاتويه و هم اوليه اونو به صورت ستاره استفاده كرد ! يعني زير بار قرار دادن ترانسفورماتورهاي سه فازي كه اتصال دو طرف اونا ستاره هست محدوديت داره و فقط ميشه تا حدود 10% توان نامي ترانس از اون كار كشيد !
خوب براي رفع اين مشكل اتصال طرف اوليه رو مثلث مي كنند ! حالا اگر نتونيم توي اوليه از اتصال مثلث استفاده كنيم چاره چيه ؟ چون تو اتصال مثلث ولتاژ فازي زياده و تعداد حلقه سيم پيچها زياد ميشه !
نه ميشه از اتصال ستاره ستاره استفاده كرد ، چون فقط 10% ميشه كار كشيد ! و نه بار اونقدر گنده كه مثلث/ستاره بكنيم !
توي اينجا از اتصال ستاره /زيگزاگ استفاده مي كنيم !
http://image.shahkey.com/view/05984_2823.gif
اين نكته هم قابل ذكره كه اين اتصال فقط تو ثانويه ترانسهاي توزيع كويك و متوسط استفاده ميشه و مواردي كه اوليه رو نميشه مثلث گذاشت ! از معايبش هم اينه كه تعداد كل حلقه ها تو اين روش افزايش پيدا مي كنه !
اتصال v
ولتاژ يه شبكه سه فاز رو ميشه با 2 ترانس تكفاز هم تبديل كرد ! به خاطر شكل اتصالشون به اونا اتصال v مي گن ! اين نوع ترانسها اتصال سيم نول ندارند و فقط در شبكه هاي سه فاز سه سيمه ميشه استفاده كرد
ترانسهاي با اتصال v اصلا اقتصادي نيستند ! چون هر سيم پيچ راديكال 3 برابر كمتر از توان نامي خودش زير بار ميره ! در نتيجه از اين ترانسها فقط و فقط در موارد خاص و قدرتهاي كم استفاده ميشه
http://image.shahkey.com/view/e4ff7_2824.gif
_______

[moji5]

با روند رو به رشد مصرف انرژي الکتريکي در قرن بيست و يکم ، شرکت برق توکيو (TEPCO) تصميم به توسعه شبکه انتقال 1000 کيلوولت داشته و لذا در حال حاضر مشغول آزمايش هاي ميداني تجهيزات 1000 کيلوولت در پست (شين هارونا) مي باشد. در اين راستا براي تامين تجهيزات مورد نياز سيستم قدرت 1000 کيلوولت با همکاري شرکت ميتسوبيشي الکتريک ( کارخانه آکو ) يک اتو ترانسفورماتور تکفاز نوع shell يا زرهي با تنظيم کننده ولتاژ تحت بار (LVR) طراحي و ساخته شده که در متن حاضر به معرفي مشخصات ، ساختمان، آزمايش ها و چگونگي حمل و نقل آن پرداخته مي شود. در حالت سه فاز ظرفيت سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه 3000 مگاولت آمپر و ظرفيت سيم پيچ ثانويه آن داراي ظرفيت 1200 مگاولت آمپر مي باشد که براي تامين بار راکتيو مورد نياز خطوط 1000 کيلوولت در نظر گرفته شده است . براي اينکه در حين اتصال کوتاه با جريان هاي شديدي درگير نباشيم و تجهيزات منصوبه غير عادي نباشند به جاي اينکه همانند ترانسفورماتور 500 کيلوولت سمت ثالثيه را 63 کيلوولت انتخاب کنيم ، از سطح ولتاژ 147 کيلوولت استفاده مي کنيم. براي اين ترانس امپدانس درصد، 18 درصد انتخاب شده است، که از يک طرف ماکزيمم پايداري را براي شبکه ايجاد نمايد و از طرف ديگر جريان اتصال کوتاه محدود ميشود و در نهايت يک طرح اقتصادي براي ترانسفورماتور انتخاب شده است . اين ترانسفورماتور داراي 27 تپ در بازه هاي ولتاژ خط 6/1136 کيلوولت تا 6/986 کيلوولت بوده و براي بررسي قدرت عايقي آن در برابر اضافه ولتاژهاي گذرا، آزمايش هاي ولتاژ ايستادگي در فرکانس قدرت با شرايط http://www.pwit.ac.ir/Deputies/Research/powerinnovation/tazeha/tazeh/4transformator/1192AF298.gifو آزمايش ولتاژ ايستادگي(در اوليه 1950 کيلوولت و در ثانويه 1300 کيلوولت) انجام شده است. در آزمايشهاي بالا E ولتاژ فازي معادل http://www.pwit.ac.ir/Deputies/Research/powerinnovation/tazeha/tazeh/4transformator/1192AF299.gif مي باشد. براي رعايت شرايط زيست محيطي سطح صداي قابل قبول 65 دسي بل براي آن در نظر گرفته شده که براي کنترل اين سطح از صفحات چند صداي فلزي در ترانسفورماتور استفاده شده است خنک سازي اين ترانسفورماتور با روغن و هواي تحت فشار انجام مي گيرد. از آنجا که هر ترانسفورماتور 1000 کيلوولت هم از نظر ولتاژ و هم از نظر ظرفيت معادل دو برابر ترانسفورماتور 500 کيلوولت ميباشد و از طرفي بيشتر سيستم هاي حمل و نقل ريلي و دريائي و يا فضايي در حد يک ترانس 500 کيلوولت ميباشند ، لذا اين ترانس به دو واحد که هر واحد ظرفيت و حجم يک ترانس 500 کيلوولت را دارد تقسيم مي شود. در ترانس تهيه شده هر واحد در حالت تکفاز ظرفيت 3/1500 مگاولت آمپر و هر کدام تنظيم کننده ولتاژ جداگانه داشته و در محل نصب اين دو واحد از طريق يک داکت T شکل با بوشينگ روغن – گاز با هم موازي مي شوند. براي کاهش عايق ها و در نتيجه کاهش حجم ترانسفورماتور طراحي سيم پيچي و عايق ها بايد به گونه اي باشد که شدت ميدان الکتريکي تا حد ممکن کاهش يافته و درجه خلوص روغن ترانس نيز تا حد ممکن بالا باشد. براي بارگيري در کشتي، متعلقات هر ترانسفورمرز نظير واحدهاي خنک کنندگي و ساير بخش هاي آن جدا شده و در فضايي با طول 8 متر ، عرض 3 متر و ارتفاع 4 متر قرار داده مي شوند. عموما بارگيري به گونه اي است که براي مسافت هاي طولاني در حد 1000 کيلومتر هيچگونه آسيبي به واحد نرسد.

در محل نصب ترانسفورماتور در پست، هر دو واحد جداگانه برروي يک قاب فلزي برروي زمين بسته شده و سپس از طريق داکت T شکل به همديگر وصل مي شوند تا يک ترانس تکفاز 1000 کيلوولت را تشکيل دهند. سپس اين ترانس تکفاز تحت آزمايش کارآگاهي نسبت تبديل ، مقاومت ، امپدانس سيم پيچها و مقاومت عايقي قرار مي گيرد. اوليه و ثانويه و ثالثيه ترانس تکفاز 1000 کيلوولت از طريق اتصال گازي ( SF6 ) متصل مي گردند. سپس با استفاده از سه ترانس تکفاز ، بانک ترانس هاي سه فازي ايجاد مي کنند. در نهايت اين ترانس سه فاز تحت آزمايش هاي تضمين سيستم خنک کنندگي ، آزمايش جريان هجومي، تعيين جريان نشتي قرار مي گيرند. اين آزمايشات براي يک دوره دو ساله انجام مي شود.