تحقیق در مورد ترانسفورماتورهای قدرت

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 114

ترانسفورماتورهای قدرت

مقدمه

 همان گونه که میدانیم افزایش ظرفیت انتقال توان نیروگاه ها و کاهش موثر تلفات انتقال ،مستلزم افزایش  ولتاژ انتقال شبکه های قدرت می باشد . در عمل ،ساخت ژنراتورهای با ولتاژ خروجی بسیار بالا  امکان پذیر نمی باشد  و عموماً به خاطر  مشکلات عایق بندی  ژنراتورها  این ولتاژ با مقدار ، 25 تا 30 کیلو ولت محدود می شود .  این مشکل باعث می شود که جریان خروجی ژنراتورها بسته به مقدار قدرت تولیدی آنها بسیار زیاد می شود  در نتیجه بری رسیدن به  قابلیت انتقال مورد نیاز و کاهش سطح مقطع خطوط انتقال  باید از ولتاژ یا انتقال بالا استفاده نمود  در اینجا است که اهمیت ترانسفورماتورها ی قدرت آشکار می شود  بدین معنی که این وسایل با افزایش ولتاژ نیروگاه ها  جریان خطوط انتقال را کاهش می دهند . و علاوه برآن ترانسفورماتور های قدرت نیروگاه ها هم چون حائلی ژنراتورهای گران قیمتی را از خطوط هوایی ( که همواره در معرض اضافه ولتاژ و خطرات جانبی می باشند  ) . جدا می سازند  . همچنین با توجه به اینکه  عایق بندی سیم پیچ ها ترانسفورماتور در مقابل  امواج سیار ،ارزانتر و ساده تر  از عایق بندی سیم پیچ های  ژنراتور است در نتیجه با استفاده از ترانسفورماتورها میتوان  صدمات احتمالی وارد شده را از امواج سیار خطوط انتقال  را بر روی ژنراتورها  به حداقل خود کاهش داد.

ترانسفورماتورهای قدرت  از نظر توان نامی  محدوده وسیعی را در بر میگیرند که از ترانسفورماتور های توزیع یا قدرت های نامی چند کیلو ولت آمپر شروع می شود. و تا ترانسفورماتورهای بزرگ با قدرت نامی بیش از MVA 1000 ختم میگردد  .

در این فصل ( مشابه روند  ارائه شده برای ژنراتورها ) سعی بر آن است که تا ابتدا  با بیان دسته بندی های مختلف ترانسفورماتورهای قدرت ، ساختمان اصلی  و تجهیزات  جانبی آن  را مورد بررسی قرار دهیم و وظیفه هر کدام  از این تجهیزات را شرح دهیم  در انتها هم با توجه به  اهمیت پلاک ها توضیع داده خواهد شد .

دسته بندی های مختلف ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورهای به کار رفته در صنعت برق  را از جنبه های مختلف میتوان دسته بندی نمود . 

انواع ترانسفورماتورهای قدرت از نظر تعداد فاز

ترانسفورماتورهای قدرت از نظر تعداد فاز ها به دو نوع یک فاز و سه فاز تقسیم می شوند که کاربرد ترانسفورماتورهای  تک فاز در قدرت های پایین ( تا حدود KVA 70 ) و ترانسفورماتورهای سه فاز  در قدرت های بالا ( از حدود KVA 75 به بالا می باشد .

انواع ترانسفورماتورها از نظر نوع استفاده

ترانسفورماتورها به سه صورت ، ترانسفورماتور جریان ، ولتاژ ، و ترانسفورماتورهای قدرت مورد استفاده قرار می گیرند . ترانسفورماتورهای جریان ( ولتاژ ) برای پایین آوردن جریان ولتاژ  و به منظور اندازه گیری جریان ولتاژ و استفاده از سیستم های تجهیزات به کار می روند .

البته ترانسفورماتورهای قدرت به سه نوع تقسیم می شوند :

نوع اول : ترانسفورماتورهای قدرت  با توان کم هستند  که برای انتقال و توضیع انرژی  الکتریسیته در سطح ولتاژ های پایین  مورد استفاده قرار می گیرند این ترانسفورماتورها از نوع افزاینده یا کاهنده ولتاژ و ترانسفورماتورهای سوئیچینگ می باشند.

نوع دوم : ترانسفورماتورهای قدرتی هستند که برای مقاصد خاصی مورد استفاده قرار می گیرند . مثل ترانسفورماتورهای مورد استفاده در کوره های قوس الکتریکی  ،یک سو کننده ها ، واحد های جوشکاری بزرگ .و ...

نوع سوم : ترانسفورماتورهای قدرت در سیستم های انتقال می باشند  که در سه نوع ترانسفورماتورهای افزاینده  ، کاهنده ، کوپلاژ به کار می روند . ترانسفورماتورهای قدرت افزاینده  به منظور افزایش ولتاژ شبکه ( برای انتقال  انرژی الکتریکی به فواصل دور ) به کار می روند  و عموماً در پست های نیروگاه مورد استفاده قرار می گیرند .

ترانسفورماتورهای قدرت کاهنده برای پایین آوردن سطح ولتاژ با سطح قابل قبول برای مصرف کننده  به کار می روند این نوع ترانسفورماتورها در پست های توزیع استفاده می شوند .

انواع ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته

ترانسفورماتورهای از نظر نوع هسته به دو نوع هسته ای [1]   و پوسته ای [2]    تقسیم می شوند که البته این نوع تقسیم بندی  عموماً برای ترانسفورماتورهای تک فاز عنوان می شوند. در نوع هسته ای ، سیم پیچ های اولیه و ثانویه  روی هر دو بازوی مختلف یک یا دو بازو ، پیچیده می شوند  در صورتی که در نوع پوسته ای  سیم پیچ های اولیه و ثانیویه روی بازوی میانی که هسته  با سه بازو پیچیده می شوند  . البته در ترانسفورماتورهای سه فاز  نیز به نوعی این تقسیم بندی  مطرح می شود  مثلاً در ترانسفورماتورهای KV 20 /230/400/  پست  نیروگاه  نکا ( که از سه ترانسفورماتور تک فاز  تشکیل شده است )  ترانسفورماتورها از  نوع پوسته ای  هستند  .در ترانسفورماتورهای سه فاز سیم پیچ های اولیه و ثانویه هر فاز با هم  ، بر روی یک بازو پیچیده می شوند . که البته به نوع هسته معروف است .  

انواع اتصالات  سیم پیچ های ترانسفورماتور

سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتورهای قدرت دارای سه نوع اتصال ، مثلث ، ستاره ، و زیگزاگ هستند.

اتصال ستاره

این نوع اتصال مطابق با شکل  ( 1- الف ) به گونه ای است که سه سر سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور به هم متصل میشود که مرکز ستاره سیم پیچ را تشکیل می دهد و سه سر دیگر سیم پیچ ها خارج می شوند  که مرکز ستاره سیم پیچ ها ، نوترال ، ( نقطه خنثی ) سیم پیچ ها هم گفته می شود. در این اتصال جریان ، هر سیم پیچ با جریان خط برابر است . ولی ولتاژ فاز به فاز ،  برابر ولتاژ دو سر سیم پیچ می باشد.

اتصال مثلث

به این نوع اتصال ، که انتهای هر سیم پیچ به ابتدای سیم پیچ دیگر  متصل می شود  که در شکل ( 1- ب ) نشان داده شده است ، همان گونه که در این شکل مشخص شده است  ولتاژ هر سیم پیچ  با ولتاژ فاز به فاز برابر است  ، ولی جریان خط    برابر جریان هر سیم پیچ می باشد.

اتصال زیگزاگ

در این نوع اتصال هر فاز از دو سر سیم پیچ تشکیل شده است که با تعداد دور مساوی  بر روی دو بازوی مختلف  پیچیده شده است  .

دو سیم پیچ هر فاز با هم سری می شوند  ، به گونه ای که  جهت پیچش آنها بر خلاف یکدیگر ( که معمولاً همین نوع  به کار می رود ) یا در جهت هم دیگر می باشند  . در این نوع اتصال ( مشابه به اتصال ستاره ) جریان خط با جریان سیم پیچ ها مساوی است ، ولی ولتاژ خط ،   برابر ولتاژ سیم پیچ ها ( ولتاژ هر فاز نسبت به نقطه  سیم پیچ زیگزاگ) می باشد . این نوع اتصال را میتوان در شکل(  1-ج  ) مشاهده نمود.  

اتصالات مختلف ترانسفورماتورهای قدرت

با توجه با نوع اتصالات  سیم پیچ ها اتصالات ترانسفورماتورهای قدرت را نیز می توان به صورت  زیر دسته بندی کرد .

اتصال ستاره – ستاره ، ستاره – ستاره ، ستاره – زیگزاگ ، مثلث – مثلث ،مثلث – زیگزاگ.

هر کدام از این اتصالات در موقعیت های خاصی قابل استفاده می باشد .

الف ) اتصال ، ستاره – ستاره

 با توجه به اینکه در اتصال ستاره ، ولتاژ روی هر سیم پیچ به مقدار   برابر ولتاژ خط است ، و در اتصال مثلث ،ولتاژ هر سیم پیچ با ولتاژ خط برابر است  در نتیجه سطح ولتاژ عایقی در اتصال ستاره    برابر سطح ولتاژ عایقی مثلث است ، به عبارت دیگر ، مقدار عایق استفاده شده  در اتصال ستاره به مراتب کمتر از اتصال مثلث است  پس اتصال ستاره برای ولتاژ های بالا مناسب می باشد  از این رو اتصال ستاره – ستاره در مرتبط کردن دو شبکه فشار قوی  ( با ولتاژ های خیلی بالا ) استفاده می شود ترانسفورماتورهای کوپلاژ از این اتصال می باشند.

ب ) اتصال ستاره ، مثلث

با توجه به مطالب بالا  و با در نظر گرفتن این مطلب که جریان در هر سیم پیچ    برابر کمتر از جریان  خط و در اتصال ستاره ، جریان هر سیم پیچ مساوی جریان خط است، لذا میتوان گفت که ( همان طوری که اتصال ستاره برای ولتاژ های بالا مناسب است  ) اتصال مثلث برای جریان های بالا مناسب می باشد. از این رو این اتصال برای مرتبط ساختن یک شبکه فشار قوی ( مثلاً HV 230 یا KV 400 ) به یک شبکه با ولتاژ پایین ( مثلاً شبکه KV  63 ) به کار می رود .

ج ) اتصال مثلث – ستاره

با توجه به مطالب قسمت ( الف ) و ( ب ) در می یابیم که اتصال مثلث – ستاره نیز برای مرتبط کردن  دو شبکه با ولتاژ های مختلف ( یکی با ولتاژ بالا و جریان کم ، و دیگری با ولتاژ کم و جریان بالا ) به کار می رود.

معمولاً ترانسفورماتورهای واقع در خروجی ژنراتورهای نیروگاه  از این نوع اتصال می باشند. 

د ) اتصال ستاره – زیگزاگ

 از اتصال ستاره ، زیگزاگ ( به همراه اتصال مثلث – ستاره )در ترانسفورماتورهای محلی و توزیع استفاده می شود  زیرا در این نوع استفاده ها  به سیم زمین نیاز می باشد و بارگیری از یک فاز و سیم صفر برای شبکه توزیع اهمیت زیادی دارد . به عنوان مثال ، ترانسفورماتورهای محلی و توزیع V 400/ KV 20 تا قدرت KVA 250 از اتصال ستاره – زیگزاگ و از KV 250 به بالا از اتصال مثلث – ستاره استفاده می شود.

هـ ) اتصال ، مثلث – مثلث و مثلث – زیگزاگ

 این نوع اتصالات کاربرد عملی در صنعت و تولید و انتقال انرژی ندارد .

تجهیزات اساسی ترانسفورماتورهای قدرت

مقدمه

همان گونه که می دانیم ترانسفورماتورهای قدرت یا جریان ها و ولتاژ های بسیار زیاد  سر و کار دارند  و باید حفاظت هایی برای آنها صورت گیرد  . به عنوان مثال برای حفاظت ولتاژ زیاد  ترانسفورماتورها باید سطح عایقی ترانسفورماتورها مناسب باشد  و هم چنین با عبور جریان زیاد  از سیم پیچ های ترانسفورماتور و ازدیاد درجه حرارت  سیم پیچ ها ، باید حفاظت هایی برای کنترل  درجه حرارت آن صورت گیرد .

بدین منظور  و برای شناخت بیشتر  ترانسفورماتورهای قدرت ، تجهیزات اساسی آن را بیان میکنیم ، که عبارتند از :

هسته سیم پیچ ها تپ چنجربوشینگ ها تانک روغن روغن ترانسفورماتورباک روغنرطوبت گیررله بوخ هلتس لوله انفجار چرخ های ترانسفورماتوردرجه نمای روغن ( ارتفاع سنج روغن )جعبه کنترل ترانسفورماتورتجهیزات خنک کننده شیرهای ترانسفورماتورترمومتر برای سنجش درجه حرارت روغن ترمومتر برای سنجش درجه حرارت سیم پیچ برقگیر پلاک مشخصات ترانسفورماتور

در شکل ( 10-2 ) تجهیزات مذکور  برای یک  ترانسفورماتور توزیع  نشان داده شده است  .

هسته

هسته ترانسفورماتور ،وظیفه ایجاد ارتباط  مغناطیسی   بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه  را بر عهده دارد که به منظور کاهش تلفات گردابی لازم است  تا هسته از ورقه های  فولادی نورد شده  به ضخامت 3% تا 5% میلیمتر ساخته شود  . این ورقه ها با ماده ای عایقی به نام کارلیت  که توانایی عبور فوران مغناطیسی را دارد  ولی عایق جریان الکتریکی است .،پوشانده می شوند  این عایق ها دارای استقامت  حرارتی بالایی هستند  و در دماهای بالا نیز تحت تاثیر روغن ترانسفورماتور قرار نمی گیرند  جنس این ورقه ها  از آلیاژ فولادی  می باشند  که مقداری سیلیس به آن اضافه می گردد . اضافه کردن سیلیسیوم ، باعث افزایش طول عمر ورقه های فولادی ، کاهش تلفات  پس ماند و افزایش مقاومت  مخصوص هسته  می شود  و در نتیجه تلفات  جریان  گردابی  کاهش می یابد. البته درصد ماده سیلیسیوم  باید به مقدار  مشخصی باشد  زیرا زیاد بودن درصد آن باعث ترد شدن آلیاژ حاصله میگردد  و طبعاً عمل سوراخ کردن هسته یا مشکل مواجه می شود  هم چنین تلفات  ضریب نفوذ پذیری هم افزایش می دهد  البته لازم به ذکر است که برای افزایش قدرت نامی  و کاهش تلفات هسته ، سازندگان در ساخت هسته های ترانسفورماتور از نوعی ماده مغناطیسی  به نام CRGOS  که کمترین تلفات را در مقابل عبور  شار مغناطیسی  دارد  استفاده میکنند  همچنین برای خنک کردن  هسته ،کانال هایی  درون آن طراحی می شود که تا گردش روغن  در داخل آن  عمل خنک کنندگی هسته انجام گیرد . 

ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته ، به دو نوع هسته ای و پوسته ای تقسیم می شوند  که البته این نوع تقسیم بندی  عموماً  برای ترانسفورماتورهای تک فاز عنوان می شود  در ترانسفورماتورهای تک فاز  نوع هسته ای  که در شکل ( 10-3 ) مشخص شده است         

هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه می شود. برای کم کردن تلفات آهنی هسته ترانسفورماتور را نمی توان به طور یکپارچه ساخت. بلکه معمولا آنها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق‌اند، می سازند. این ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر 4.5 درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند.

در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه‌های دینام شکننده می شود. برای عایق کردن ورقهای ترانسفورماتور ، قبلا از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده می شود، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد این ورقه ها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون به عنوان عایق در روی آنها می مالند و با آنها روی ورقه ها را می پوشانند. علاوه بر این ، از لاک مخصوص نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه ها استفاده می شود. ورقه های ترانسفورماتور دارای یک لایه عایق هستند.

بنابراین ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد. ورقه‌های ترانسفورماتورها را به ضخامت های 0.35 و 0.5 میلی متر و در اندازه های استاندارد می سازند. باید دقت کرد که سطح عایق شده ى ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذکر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.

سیم پیچ های اولیه  و ثانویه  روی هر دو بازوی  مختلف هسته با دو یا چهار بازوی پیچیده  می شوند  این درحالی است که  در نوع پوسته ای  سیم پیچ های اولیه  و ثانویه روی بازوی های میانی  یک هسته  با سه یا پنج بازو  ، بر روی یکدیگر پیچیده می گردند . 

این نوع هسته در شکل ( 10-4 ) نشان داده شده است .

هسته ترانسفورماتورهای قدرت  سه فاز معمولاً  دارای دو حالت سه بازویی و پنج بازویی است . در حالت سه بازویی  ، سیم پیچ های هر فاز  بر روی هر بازو پیچیده شده است  ولی در حالت پنج بازویی  ، سه بازوی وسطی  برای سیم پیچ های هر فاز و دو بازوی کناری  برای برقراری مسیر فوران مغناطیسی  ایجاد می شود . این دو حالت  در شکل ( 10-5 ) نشان داده شده است .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید