ساختمان و اساس کار ژنراتور (2)

سیستم سنکرون و سنکروچک
سنکرون کردن و شرایط آن

تعریف سنکرون کردن : وصل دو شبکه کاملاً مجزا به طریقی که هیچ نوع شدت جریان ضربه ای قابل ملاحظه ای ایجاد نشود .

شرایط سنکرون کردن :

1. برابری ولتاژها : توسط تغییر شدت جریان تحریک ژنراتورها در نیروگاهها و استفاده از جبران کننده ها در پست ها صورت می گیرد .
2. برابری فرکانس ها : توسط تنظیم محرک اولیه ژنراتورها صورت می گیرد .
3. برابری فاز اختلاف سطح ها (هم فاز بودن) : برای هر سیستمی که برای اولین بار وارد مدار می شود ، قبل از وارد مدار شدن توسط گروه تعمیرات تست می گردد . این ترتیب تا زمانی که تغییرات اساسی روی شبکه انجام نشود ، برقرار است .
4. برابری حوزۀ دوار : ترتیب صحیح فازها را می توان توسط سه عدد لامپ کنترل نمود . این لامپ ها مابین فازهای هم نام که باید به هم متصل شوند ، بسته می شوند . اگر در این حالت (قبل از پارالل) ترتیب فازها صحیح باشد ، لامپ ها با هم خاموش و با هم روشن می شوند ولی اگر ترتیب فازها غلط باشد ، لامپ ها یکی پس از دیگری خاموش و روشن می شوند .

سنکرون کردن دو شبکه به دو صورت انجام می گیرد :

سنکرون کردن به طریقه اتوماتیک

در این حالت اپراتور مسئول ، دکمۀ اتوماتیک سنکرون را فشار داده و منتظر می ماند . سیستم اتوماتیک سنکرون وارد مدار شده و به طور خودکار فرکانس ها و ولتاژها را مساوی می نماید و در شرایطی که دو سیستم هم فاز شدند ، دژنکتور به طور اتوماتیک وصل می گردد . اگر نیاز باشد عمل پارالل در پست ها انجام گیرد ، لازم است همزمان با مرکز دیسپاچینگ ملی تماس وجود داشته باشد تا با تغییراتی که در تولید مناطق مختلف انجام می گیرد ، فرکانس دو شبکه برابر گردد .
سیستم اتوماتیک سنکرون معمولاً بین 5 تا 10 دقیقه در مدار می ماند . اگر در این مدت شرایط سنکرون آماده گردید ، دو شبکه با هم پارالل می گردند . در غیر این صورت این سیستم از مدار خارج می گردد .

سنکرون کردن به طریقه دستی

پس از مساویکردن ولتاژها و فرکانس های دو شبکه با توجه به حرکت عقربه دستگاه سنکرونسکوپ ، زمانی که عقربه روی نقطه صفر رسید ، دو شبکه با هم فاز می باشند . در آن لحظه می توان اقدام به وصل دژنکتور نمود .

سنکروچک

تبدیل یک شبکه خطی به یک شبکه رینگ با وصل یک دژنکتور را سنکروچک گویند . زمانی که در شبکه سراسری حادثه ای باعث قطع یک یا چند خط انتقال نیرو شود ، شبکه سراسری از حالت رینگ خارج شده و به شبکه خطی تبدیل می گردد . چون فرکانس در این شبکه تغییر نمی کند این شبکه سنکرون می باشد ولی به خاطر اطمینان ، زمانی که کلید سنکرون روشن می شود ، اطلاعات روی تابلوی سنکرون بایستی چک شود .
اولاً عقربه دستگاه سنکرونسکوپ در نقطه ای ثابت باشد . ثانیاً زاویه ای که با نقطه صفر سنکرونسکوپ می سازد ، بیشتر از 15± درجه نباشد . این زاویه را زاویه بار (LOAD ANGLE) می گویند . این زاویه بر اثر اختلاف ولتاژ ارسالی روی شبکه و ولتاژ دریافتی بوجود می آید .
عمل سنکروچک نیز به دو صورت انجام می گیرد :

به طور خودکار

با فشار دادن دکمه خودکار ، سیستم سنکروچک وارد مدار می شود . در صورتی که زاویه بار کمتر از 15± درجه نسبت به نقطه صفر باشد ، بلافاصله دژنکتور وصل شبکه به حالت رینگ در می آید . در غیر این صورت پس از جند دقیقه بدون اینکه دژنکتور وصل شود ، سنکروچک از مدار خارجمی گردد.

به طریق دستی

جهت سنکروچک نمودن دستی شبکه دستگاه سنکرونسکوپ را وارد مدار می نماییم و به عقربه آن توجه می کنیم . چنانچه زاویه بار بیشتر از 15± درجه نباشد ، می توانیم دژنکتور مربوطه را وصل نماییم . در صورتی که زاویه بار از 15± درجه بیشتر باشد ، مجاز به وصل دژنکتور نمی باشیم تا اینکه اقداماتی جهت کم کردن زاویه بار توسط دیسپاچینگ ملی انجام پذیرد آنگاه پس از کاهش زاویه بار می توانیم دژنکتور مربوطه را وصل نمایم .

ژنراتورهای اشعه ایکس(X-ray Generator)

انرژی فوتون های اشعه ایکس تولید شده تابع 1- انرژی جنبشی الکترون ها، 2- اختلاف پتانسیل دو سر تیوپ است. ابتدا ولتاژی حدود kv 150 – 40 به دو قطب تیوپ اشعه ایکس اعمال می شود. الکترون هایی که توسط فیلامان تولید شده اند دراین اختلاف پتانسیل به سمت قطب آند شتاب می گیرند و پس از برخورد به هدف به فوتون هایx – ray تبدیل می شوند. اختلاف پتانسیل در سر تیوپ، موجب افزایش انرژی جنبشی الکترون ها و تولید فوتون های پر انرژی تر می گردد. هر چه ضخامت عضو بیشتر باشد، فوتون های پر انرژی تری لازم است. برای به راه اندازی تیوپ و در تولید اشعه ایکس، از ژنراتور استفاده می شود.

- وظایف ژنراتور:

1-تأمین اختلاف پتانسیل دو سر تیوپ اشعه ایکس.
2-ملتهب کردن فیلامان برای تولید الکترون.
3-کنترل اختلاف پتانسیل دو سر تیوپ.
ولتاژ مورد استفاده در ژنراتورهای اشعه ایکس از نوع ولتاژ متناوب است.
دو نوع ولتاژ متناوب داریم: 1- تکفاز و 2- سه فاز.
- نحوة تولید برق تکفاز:
مبنای کار، قانون القای الکترومغناطیسی است. در نتیجه گردش یک سیم پیچ درون میدان مغناطیسی ثابت با القای ولتاژ در سیم پیچ لازم است.
- نحوه تولید برق سه فاز:
در مولدهای سه فاز، سه سیم پیچ به طور همزمان درون میدان مغناطیسی می چرخند. هر سیم پیچ با اختلاف زاویه ˚120 نسبت به بقیه قرارگرفته است. به علت متفاوت بودن موقعیت سیم پیچ ها، مقدار ولتاژ تولیدی در هر سیم پیچ در یک زمان مشخص متفاوت است.

• ترانسفورماتورها:

وسیله افزایش یا کاهش ولتاژ نسبت به مقدار مبنا هستند و بر دو نوعند:
- ترانسفورماتور افزاینده (step up Transformer).
- ترانسفورماتور کاهنده (step down Transformer).

- اجزای ترانسفورماتور:

1-هسته فلزی.
2-دو سری سیم پیچ که بر روی هسته فلزی پیچیده می شوند.
سیم پیچ متصل به ولتاژ ورودی سیم پیچ اولیه و سیم پیچی که ولتاژ تغییریافته از آن خارج شده سیم پیچ ثانویه نام دارد. سیم پیچ ها نسبت به هم عایق بندی شده است. تشکیل میدان مغناطیسی موجب القای مجدد جریان در سیم پیچ های ثانویه و هسته فلزی می شود. برای آنکه در سیم پیچ ثانویه جریانی القا شود، بایستی ولتاژ ورودی متناوب(AC) باشد. ولتاژ متناوب، ‌میدان مغناطیسی متناوبی را در هسته ایجادکرده و شار در واحد زمان تغییرمی کند. بر مبنای قانون القای فارادی،‌ تغییر در شار مغناطیسی موجب القاء جریان جدید در سیم پیچ ثانویه می 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 ترانسهای قدرتپس 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 باشد
4-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.

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

1-کنترل ضربه نگار
2-کنترل 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
6-سیستم تنفسی
7-شیراطمینان
8-ترمومترها شامل ترمومتر روغن-کالیبوه کردن ترمومتر-ترمومتر سیم پیچ
9-تپ خپجر
10- رله بو خهلتسروغن ترانسفورماتورروغن 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 ترانسفورماتور
2-انتخاب نوع ترانسفورماتوربا 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
200تست 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 روغنبه
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
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
تاریخچه 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

شركت ABB در حال توسعه ترانسفورماتور خشك Dryformer است. 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.

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

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

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 ترانسفورماتورهای قدرت

روغن ترانسفورماتورهای قدرت نقش بسیار مهمی در عملكرد ترانسفورماتورها دارند. نقش عایق كنندگی، خنك كنندگی و تشخیص عیب از جمله مهمترین وظایف روغن می باشند. با پیرشدن ترانسفورماتور ، روغن این دستگاه بعضی از خصوصیات شیمیایی و الكتریكی خود را از دست می دهد. از جمله مهمترین این خصوصیات می توان به خصوصیات الكتریكی كه حائز اهمیت می باشند، اشاره نمود.
دلایل اصلی كه روغن ترانسفورماتورهای قدرت را دچار مشكل می نمایند عبارتند از:
۱) افزایش ذرات معلق در روغن
۲) وجود آب به مقدار زیاد در روغن
۳) وجود آلودگی های شیمیایی مانند اسیدیته و...
مسائل فوق باعث تغییر پارامترهای متعدد می شوند. به عنوان مثال افزایش ذرات معلق و وجود آن باعث كاستن قدرت دی الكتریك روغن و افزایش اسیدیته، باعث خوردگی كاغذ و اجزای داخلی ترانسفورماتور می شود. برای بهبود روغن ترانسفورماتوری كه دچار ضعف های متعدد شده است می توان از فیلتراسیون استفاده نمود. با فیلتر نمودن روغن می توان ذرات معلق آن را جدا نمود و در نتیجه ولتاژ شكست را بالا برد. می توان با خلاء نمودن روغن ، آب را بصورت بخار از روغن جدا نمود. حذف آلودگی های شیمیایی فقط با كمك فیلترهای شیمیایی ممكن است.
از جمله مهمترین آلودگی كه روغن ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار می دهد وجود آب به مقدار كم در داخل روغن است. جدا نمودن آن در داخل ترانسفورماتور به راحتی امكان پذیر نمی باشد. علت این مسأله وجود مقادیر بسیار زیاد آب داخل كاغذ ترانسفورماتور می باشد كه با جدا نمودن آب روغن دوباره جایگزین آن می شود.

● روشهای فیلتر نمودن

الف) روشهای Off-line
از زمانهای دور برای بهبود کیفیت عایقی روغن ترانسفورماتورهای قدرت از روشهای فیلتراسیون هنگامی که ترانسفورماتور خاموش بوده است استفاده می کردند. در این روش هنگامی که ترانسفورماتور خاموش می باشد به مدت چند شبانه روز به صورت پیوسته روغن را داخل ترانسفورماتور چرخانده و آنرا در بیرون تحت فیلتراسیون و خلاء به منظور جدا نمودن ذرات معلق و آب محلول قرار می دادند.
این روش دارای معایب فراوانی است از جمله لزوم داغ نمودن روغن ترانسفورماتور و همچنین لزوم خاموش نمودن ترانسفورماتور را می توان نام برد.
ب) روشهای نوین – روشهای در حین کار
برای جدا نمودن آب به صورت بهینه، لازم است كه از فیلترهای در حین كار استفاده نمود. مهمترین مزایای فیلترهای (خشك كن) های در حین كار خشك نمودن بهینه ترانسفورماتور در طول زمان و همچنین عدم لزوم خاموشی ترانسفورماتور را می توان عنوان نمود. اصول عملکرد این فیلترها مانند شکل زیر است که در آن روغن از مخزن تحت فشار خارج شده و در مسیر آن یک فیلتر فیزیکی قرار می گیرد. در اینجا ذرات معلق فیلتر شده و تحت تاثیر خلاء آب محلول در آن گرفته می شود. روغن فیلتر شده به وسیله پمپ به ترانسفورماتور برگردانده می شود. این چرخه با دبی پایین در حدود ۲۵۰ لیتر در ساعت به صورت پیوسته از چند ماه تا چند سال با توجه به وضعیت ترانسفورماتور صورت می گیرد.

● مزایای خشك كردن On-Line روغن و كاغذ عایقی ترانسفورماتورهای قدرت با استفاده ازدستگاه V۳۰

▪ رطوبت زدائی از روغن ترانسفورماتور بصورت On-Line
▪ افزایش ولتاژ شکست روغن عایقی
▪ رطوبت زدائی از کاغذ عایقی ترانسفورماتور
▪ کاهش میزان ذرات معلق داخل روغن ترانس
▪ کاهش میزان ضریب تلفات عایقی روغن
▪ کاهش میزان اسیدیته روغن
▪ افزایش قابلیت بارگیری ترانسفورماتور
▪ افزایش عمر باقیمانده ترانسفورماتور
▪ عملکرد مطمئن و عدم تأثیر سو بر بهره برداری عادی از ترانسفورماتور
▪ گاززدائی 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 .

/خ