ترانسفورماتورهای برق قدرت

[سمندون 19437]

ترانسفورماتورها

بی تردید ترانسفورماتورهادرتوزیع یکی ازاساسی ترینقسمتهای شبکه های توزیع انرژی الکتریکی به حساب می آیند.این ترانسفورماتورهاقالباًنقش مبدل راایفاکرده وبا نسبت تبدیل (20 )به (400)درتوزیع برق بکارگرفته می شوند.یعنی ولتاژسیم پیچ اولیه (سیم پیچ فشارقوی20000ولت)وولتاژسیم پیچ ثانویه(سیم پیچ فشارضعیف400ولت)می باشد.واجزای تشکیل دهنده آن به ترتیب عبارتنداز:

1- مقره های فشارقوی

۲- مقره های

3- رله بوخهلز

4-مخزن روغن(تانک روغن)

5- بدنه ترانسفورماتور

رله بوخهلز

این رله معمولاًبرای کلیه ترانسفورماتورهایی که باقدرت 315 ویا بالاترهستندالزامی است ویکی ازمهمترین رله های حفاظتی ترانسفورماتورهای توزیع می باشد

ساختمان بدنه مخزن ترانسفورماتورسه فاز

1- ترانسفورماتور پره ای

2- ترانسفورماتورلوله ای

3- ترانسفورماتورهای رادیاتوری

راازیک سطح ولتاژبه انرژی الکتریکی ac بنا به تعریف های مکررمی توان گفت ترانسفورماتورهاوسیله ای هستندکه انرزی الکتریکی باسطح ولتاژدیگری با استفاده ازتاثیرمیدان مغناطیسی تبدیل می کند،درواقع تبدیل انرژی اولیه به ثانویه که ممکن است کاهش دهنده باشدیا افزایش دهنده.پس بنابراین می توان گفت ترانسفورماتورهادارای دوسیم پیچ هستندکه ورودی راسیم پیچ اولیه وخروجی راسیم پیچ ثانویه درصورتی که ولتاژاولیه بیشترباشدترانسفورماتورراک اهنده ولی اگرولتاژاولیه کمترباشدترانسفورماتورمورد نظرراافزاینده می نامند.

ترانسفورماتورهای سه فاز

اگرازسه ترانس تک فازی استفاده شوددرصورت خرابی یکی از ترانس هامیتوان ازدوعدداستفادهنمود.ولی اصولاًیک ترانس سه فازارزانترازسه ترانس تک فاز است.ولی ازنظرفنی چندان مطلوب نیست چراکه اگردرطول زمان آسیب ببیندبرای تعمیرات دوترانس دیگرتقریباًازکارافتاده محسوب میشوندولی درسه ترانس تک فازاین چنین نیست

بطورکلی درترانس هاچهارنوع اتصال مهم وجوددارد.

1- مثلث- ستاره

2- ستاره - مثلث

3- ستاره- ستاره

4- مثلث - مثلث

معمولاً برای ترانس های افزاینده ازاتصال ستاره –مثلث وبرای ترانس های کاهنده ازاتصال مثلث –ستاره استفاده می شود.

اجزای تشکیل دهنده ترانسفورماتور(داخل ترانسفورماتور)

می دانیم که هرترانس تشکیل شده ازیکسیمپیچ ویک هسته که سیم پیچ دوقسمت می شودسیم پیچ اولیه وسیم پیچ ثانویه،دوسیم پیچچنانچه درکنارهم قرارگیرندوقتی ازیکی ازآنهاجریان متغیرعبوردهیم،درسیم پیچ ولتاژی القاء می گردد. درواقع با عبورجریان متغیرازسیم پیچ اول دراطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیرایجادمی شوداین میدان متغیرسیم پیچ دوم راقطع کرده وسبب القای ولتاژدرآن می شوداین پدیده نحوه کارکرد یک ترانس است که بصورت ساده بیان شد اصولاً یک ترانسفورماتورازدوسیم پیچ که برروی یک هسته مغناطیسی (مثلاًآهنی)پیچیده شده اندتشکیل می شود.

الف)هسته ترانسفورماتور

هسته ترانس هاازورقه های مغناطیسی (دیناموبلش)یافریت ساخته می شودهسته های ورقه ای درشکلهای مختلفی ازجمله شکافدار،نواری برش خورده ساخته می شود.

ب)سیم پیچ ها

سیم پیچ ترانس هاازجنس مس یاآلومینیوم انتخاب می شودودرهردوموردسطح مقطع سیم هابصورت گرد،چهارگوش ویاشکل ورقه (نوارفلزی)است.درترانس های قدرت بخصوص برای قسمت فشارضعیف ازسیم های چهارگوش باعایق کاغذی استفاده می شود

تجهیزات ترانسفورماتوهای توزیع

تجهیزات مربوط به ترانسفورماتورهای توزیع شامل تجهیزات حفاظت کننده ترانس،تپ چنجروتابلوهای ورودی وخروجی وغیره می باشد. تجهیزات حفاظت کننده ترانسفورماتورهابه اختصارعبارتند:

1-فیوزکات اوت

2- برقگیر

3- رله بوخهلتس

4- سیستم ارت

5- کلید کل

برقگیرها

برقگیروسیله ای است که ترانسفورماتوررادربرابراضا فه ولتاژناشی رعدوبرق ویااختلاف ولتاژهای ناشی ازسوئچینگ (کلیدزنی)محافظت میکندوهمانندشیراطمینان عمل می نماید.بطورکلی کاربرقگیرجلوگیری ازصدمه خوردن به مقره های خط،ترانسفورماتورودیگرلواز م خط درنظرگرفته شده وهمچنین بعدازبرطرف شدن ولتاژاضافی ازادامه جریان به زمین جلوگیری کند.

انواع برقگیرهادرسیستم های توزیع

1- برقگیربامقاومت غیرخطی که درحال حاظرکلیه ترانسفورماتورهای شماره 0.4/20درایران توسط این برقگیرمحافظت میشود.

2- برقگیرهای آرماتور(میله ای یاشاخکی)کهیکی ازسادهترینوارزانترین روشهای حفاظتی دربرابرولتاژهای زیاداستفاده ازبرقگیرهای شاخکی است.درواقع برقگیرمیله ای،مقره های عبوری یابوشینگ ترانسفورماتوررادربرابراضا فه ولتاژحفاظت میکند.

رله بوخهلتس

همانگونه که درصفحات قبل درمورداین رله مختصراًشرح داده شدلازم بذکراست که خاصیت اصلی آن همانا عایق بودن است(عایق نمودن ولتاژسیم پیچداخلی ترانسفورماتورنسبت به بدنه آن)بطورکلی علل تحریک رله بوخهلتس به شرح زیر است.

1-بروزقوس الکتریکی بین قسمتهای حامل جریان بابدنه ترانس وهسته آن

2- ایجاداتصالی بین قسمتهای حامل جریان درترانسفورماتور

3-ریزش روغن ازبدنه ترانس

4-نشت هوابه محظه روغن درداخل ترانس

[سمندون 19437]

فیوزکات اوت

فیوزکات اوت که اغلب کت اوت نامیده میشود،درواقع نوعی المنت بوده وچون بابستن تیغه فولادی بانگهدارنده فیوزمدارمانندقطع یک کلید،بازمیشودبه همین به آن کت اوت می گویند.که جهت حفاظت ترانسفورماتوردرمقابل جریانهای زیاداحتمالی ازاتصال کوتاه یااضافه باردرشبکه فشارضعیف وسیم پیچ های داخل ترانس به کارمیرود.درصورت عدم استفاده ازفیوزکات اوت جریان بارهای اضافه باروجریان بسیارزیاداتصال کوتاه ازسیم پیچ های داخل ترانسفورماتورعبورکرده وباایجادگرمای فوق العاده باعث ازبین رفتن عایق بندی سیم پیچ هاودرجه روغن عایقی می گردد واصولاًدرتوزیع به سه نوع یافت می شوند

1- کت اوت مسدود

2- کت اوت باز

3- کت اوت باالمنت بدون محافظ(یاروباز)که بیشتراین مورددرصنعت برق استفاده می شود.

فیوزکات اوت

(معمولاًاز63آمپربه بالابهتراست بجای فیوزکت اوت از###یونراستفاده شود)

فیوزهایک وسیله حفاظتی ساده یاپیچیده ای هستندکه جهت حفاظت هادیهاوکابل هادربرابراضافه باربکارمیرودالبته این یک تعریف خیلی

عام از فیوزها می باشد.فیوزها معمولاًبرای حفاظت ترانس ها،هادی ها،ومصرف کننده هادربرابرخطرات ناشی ازحرارت واثرات دینامیکی که ازاتصال کوتاه حاصل می شونداستفاده میگردد

درترانسفورماتورچون جریان لحظه ای درهنگام وصل زیادمی باشد.لذابرای حفاظت آن دربرابرجریان نامی اولیه ودرثانویه ازفیوزهایی که

جریان نامی آن برابرباجریان نامی ثانویه باشداستفاده می شود.

سیستم اتصال زمین(ارت)

می دانیم که سطح زمین متشکل ازعناصرگوناگون به خصوص نمک های مختلف ورطوبت است وحجم کره زمین بسیارزیادوبارالکتریکی آن نیزخنثی است.هرچه ازسطح زمین به طرف عمق آن پیش رویم به دلیل افزایش رطوبت مقاومت زمین کمترشده درنتیجه هادی ترمی شود.

چنانچه به هرعلتی یک فازبازمین ارتباط برقرارکندازآنجاکه سیم نول درپشت ترانس به زمین وصل شده است.جریان الکتریکی درزمین برقرارمی شود،اگرسیم فازمستقیماًبه زمین ارتباط یابدچون مقاومت مدارکمتراست شدت جریان بیشتری درزمین جاری می شود.

سیستم های متداول که انسان رادرمقابل ولتاژهای بیش از65ولت حفاظت میکند.یکی سیستم حفاظت توسط سیم زمین است ودیگری سیستم حفاظت نول.درنوع اول قسمتهای فلزی وسایل الکتریکی که ارتباطی باشبکه تغذیه نداردتوسط سیم به زمین اتصال یافته ودراصطلاح برقی گویندارت شده است.

شبکه استفاده شده که به بدنه دستگاه وصل شده وحفاظت راایجادمی نماید. (mp)درنوع دوم بجای سیم زمین نول

[سمندون 19437]

روش های اتصال زمین

1- الکترودمیله ای فولادی یاکاپرولدباحداقل قطر1.5سانتیمتر

2- الکترودنواری،تسمه فولادی قلع اندودباضخامت 3میلی متروسطح مقطح 100میلیمترمربع

3-- تسمه مسی،دارای حداقل سطح مقطع50میلیمتروضخامت2میلیمت� �می باشدوعمق آن 5/.تایک متری سطح زمین قرارمی گیرد.

4- سیم مسی تابیده شده باحداقل سطح مقطع 35میلیمترمربع

نقاطی که معمولاًدرسیستم های توزیع بایستی مجهزبه سیستم ارت باشند

1-یکی ازدوسیم ثانویه ترانسفورماتورتک فازدوسیمه

2- سیم نول یک سیستم سه فازچهارسیم فشارضعیف

3- سیم نول یک سیستم سه فازچهارسیمه فشارضعیف(درفواصل معین)

4- مرکزستاره ترانسفورماتورسه فاز

5- ترمینال زمین هربرقگیر

6- بدنه یامحفظه کلیه دستگاههای برقی وترانسفورماتورهای هوایی وزمینی

7- یک سیم ثانویه هرکدام ازترانسفورماتورهای جریان ولتاژ

8- سیم نول کلیه مشترکین درمحل ورودبرق به مکان آنها(درمحل کنتور)

نظربه اهمیت زمین کردن تاسیسات الکتریکی به خصوص تأسیسات فشارقوی می بایست به سه موردزیرجهت حفاظت افرادوتجهیزات درترانسفورماتورهااشاره شود.

1- یکی ازدوسیم ثانویه ترانسفورماتورتکفازدوسیمه

2- مرکزستاره ترانسفورماتورسه فاز

3- بدنه کلیه ترانسفورماتورهای هوایی وزمینی

مقاومت زمین

مقاومت بین الکترودوزمین درواقع بستگی مستقیم به مقاومت ویژه زمین داردکه خودبسته به جنس زمین ومیزان رطوبت آن تغییرمیکند.

خاک های سطحی به علت داشتن رطوبت کمتردارای مقاومت ویژه بالاترهستند.برای کاهش مقاومت الکتروددراین مواردازالکترودهای بلندتر

استفاده می کنند. ویا بااضافه نمودن املاح هادی دراطراف الکترودمقاومت ویژه زمین راکاهش می دهیم.

مقاومت ویژه انواع معمول زمین بصورت جدول زیرمی باشد.همانطورکه گفته شدبرای اندازه گیری مقاومت ویژه زمین می توان ازدستگاه مخصوص به نام megerچهارترمینالی باضمائم مربوط به چهارالکترودوکابل های اتصال استفاده نمود.

جدول نشان دهنده مقاومت ویژه انواع معمول زمین

مقاومت ویژه

نوع زمین

50-5

خاک باغچه

100-10

گل

200-100

ماسه نرم ورطوبت

5000-250

زمین سنگلاخ

10000-1000

صخره

الکترودزمین درواقع عبارت است ازیک قطعه جسم هادی که درزمین قرارگرفته وسیتم به آن متصل می شود.زمین کردن الکتریکی یاهمان ارت یعنی زمین کردن نقطه ای ازدستگاه الکتریکی که جزئی ازسیستم الکتریکی می باشد مثل زمین کردن مرکزستاره سیم پیچی ترانسفورماتوریاژنراتور.زم� �ن کزدن بخاطرکارصحیح دستگاههاوجلوگیری ازازدیادفشارالکتریکی فازهای سیستم نسبت به زمین درموقع تماس یکی ازفازهابازمین

P.Tهاو C.Tها ثانویه K است مثل زمین کردن سیم نول ومرکز ستاره ترانسفورماتورسه فازوترمینال کلیدکل یاهمان کلیداصلی تابلوآمپراژاین کلیدباتوجه به جریان نامی طرف فشارضعیف ترانس انتخاب می گرددوتنظیم رله های آن نیز به ظرفیت ترانسفورماتوربستگی دارد

ترانسفورماتورجریان

برای اندازه گیری جریانهای خیلی زیاد ازترانسفورماتورجریان استفاده می شودترانسفورماتورجریان چنان بکارمیرودکه سییم پیچ اولیه آن باخط حامل جریان اندازه گیری شونده متوالی است وبنابراین جریان اولیه ترانسفورماتورجریان مشخص نمی کنداولیه،بسارکم دوراست،بنابراین ولتاژچندانی بین دوسرش نیست ثانویه تعداددوربیشتری داردکه تعداددقیق آنرانسبت دورهامشخص میکند. سیم پیچ جریان آمپرسنج مستقیماًبین دوسرثانویه وصل می شودبنابراین ثانویه ترانسفورماتورجریان تقریباًدرحالت اتصال کوتاه دارد،یکی ازسرهای سیم پیچ ثانویه به زمین وصل شده است تادرصورت شکست عایق ایمنی کارکنان وتجهیزات همجوارحفظ گردد.

ترانسفورماتورهای جریان دارای یک رنج وبعضی دیگرازانواع آن دارای چندرنج هستنداکثرسازندگتن ترانسفورماتورتک رنج راهمراه باآمپرمتربصورت یکجاارائه میدهندوثبت جریان ترانسفورماتورراروی درجه بندی آمپرمتر5آمپری تاثیرمیدهند.

ترانسفورماتورجریان،جریان اولیه رابایک نسبتی به ثانویه منقل می کنندکه این نسبت راضریب تبدیل ترانسفورماتورمی نامند.

رابکاریردیم بایستی مقدار 600/5Aبودوماترانسفورماتورجریان باضریب تبدیل 5A به عنوان مثال هرگاه درجه بندی آمپرمترازصفرتاجریان خوانده شده رادرعدد5/600ضرب کنیم تامقدارواقعی ای جریان بدست آید.

ترانس های ولتاژ

معمولاًجهت اندازه گیری ولتاژهای زیادمورداستفاده قرارمی گیرند.دریک ترانس ولتاژنسبت ولتاژطرف فشارقوی به فشارضعیف راضریبتبدیل ترانسفورماتورمی نامند.

مقدارولتاژی راکه درطرف ثانویه ترانسفورماتورمی خوانیم بایددرضریب تبدیل ترانسفورماتورضرب کنیم تامقدارواقعه ای ولتازبدست آید.

بطورمثال اگریک ترانسفورماتورولتاژباضریب تبدیل 100 ⁄ 1000 داشته باشیم،که درطرف ثانویه 66ولت ولتاژداشته باشدقدرمسلم ولتاژواقعی660*10=7260است.

[spow 44197]

روغن ترانسفورماتور

 

روغن ترانسفورماتور بخش تصفیه شده روغن معدنی می باشد که در دمای بین 250 تا 300 درجه سانتی گراد به جوش آمده است . این روغن پس از تصفیه از لحاظ شیمیایی کاملاً خالص بوده و تنها شامل هیدرو کربنهای مایع می باشد. روغن ترانسفورماتور دو وظیفه اساسی بر عهده دارد:اول اینکه بعنوان عایق الکتریکی عمل می نماید و ثانیاً حرارت های ایجاد شده در قسمتهای برقدار ترانسفورماتور را به خارج منتقل می کند.با ولتاژ های بالایی که هم اکنون در شبکه انتقال انرژی صورت می گیرد نیاز به روغن ترانسفورماتور ها بعنوان عایق الکتریکی و وسیله خنک کننده افزایش یافته است.چنانچه روغن خالص باشد مشخصات الکتریکی آن خوب خواهد بود و نیز اگر ویسکوزیته (چسبندگی) روغن کم باشد ، خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت و POUR POINT آن پائین خواهد بود . به هر حال ویسکوزیته روغن را نمی توان بسیار پائین انتخاب کرد زیرا در این صورت flash point روغن پائین تر خواهد آمد و از روغن با flash point پائین نبایستی استفاده کرد.پائین ترین حد flash point در اینگونه موارد 130 درجه سانتی گراد در نظر گرفته میشود.در عین حال ویسکوزیته روغن نباید به اندازه کافی پائین باشد تا p.p روغن کمتر از 40- درجه سانتی گراد باشد.( در بعضی کشورهای اروپای شمالی از روغنهایی با p.p پائیت استفاده میشود ) .

[spow 44197]

خصوصیات یک روغن ایده آل میتواند ایتمهای زیر را در بر داشته باشد :

1-استقامت الکتریکی بالایی داشته باشد.

2-انتقال حرارت را بخوبی انجام دهد .

3- جرم مخصوص پائینی داشته باشد .

در روغن هایی که جرم مخصوص پائینی دارند ، ذرات معلق براحتی و به سرعت ته نشین میگردند و این خاصیت باعث تسریع در روند هموژنیزه روغن میشود.

4-ویسکوزیته پائینی داشته باشد، روغنی که وسکوزیته پائینی دارد سیالیت آن بهتر است و بیشتر است و در نتیجه خاصیت خنک کنندگی بهتری خواهد داشت.

5- Pour point پائینی داشته باشد .روغنی که Pour point پائینی دارد در درجه حرارت های پائین حرکت خود را از دست خواهد داد.

6- Flash point بالایی داشته باشد. Flash point مشخص کننده تمایل روغن به تبخیر شدن میباشد. هر چه Flash point روغن پائین تر باشد تمایل به تبخیر شدن در روغن بیشتر است.هنگامی که روغن تبخیر میشود ، ویسکوزیته آن بالا میرود و روغن های تبخیر شده ترکیبات اتش زایی را با هوای بالای روغن ایجاد می کنند.

7- به مواد عایقی و استراکچر فلزی نمی بایستی آسیبی برساند.

8- خاصیت شیمیایی پایداری داشته باشد.این مسئله به عمر بیشتر روغن کمک خواهد کرد

[spow 44197]

خصوصیات روغن ترانسفورماتور :

 

روغنی که در ترانسفورماتور بکار میرود می بایستی دو خصیصه زیر را داشته باشد :

1- روغن باید تمییز باشد .مواد جامد معلق یا ترکیبات شیمیایی زیان آور و یا آب در آن هرگز موجود نباشد.

2- روغن از لحاظ شیمیایی بایستی پایدار باشد .تغییرات روغن با توجه به گرما و اکسیژنی که با آن در تماس باشد در درجه حرارت کار نرمال ترانس میبایستی تا حد امکان کم باشد.

ناخالصی ها :

ناخالصی ها در اولین قدمخاصیت الکتریکی روغن را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به نوع ناخالصی تاثیر پذیری روغن متفاوت خواهد بود.بطور مثال :

1- ذرات جامد با قطر بیشتر از mμ 15 و قطرات کوچک آب استقامت دی الکتریک روغن را کاهش میدهد.

2- چنانچه ذرات جامد در روغن باشد ، استقامت دی الکتریک روغن توسط آب های غیر محلول در روغن کاهش خواهد یافت.

3- ذرات جامد بسیار کوچک (mμ 15> ) برای مثال ترکیبات قطبی حل نشده در میدانهای الکتریکی بالا تلفات دی الکتریکی در روغن را بالا خواهد برد.

به هر حال هر چه میزان ناخالصی ها در روغن بیشتر باشد،تاثیر پذیری روغن بیشتر خواهد شد.بنابر این برای انواع مختلف نا خالصی ها و خصوصیات الکتریکی وابسته به روغن می بایستی محدودیت هایی در نظر گرفت. البته این حدود تابع ولتاژ وسایلی است که بدان وابسته می باشند.

حد اکثر میزان آب مجاز در روغن مطابق IEC 422 ، mg/dm3 20 برای ولتاژهای بیش از 170 کیلو ولت و mg/dm3 30 برای ولتاژ های کمتر از 170 کیلو ولت می باشد.

برای ضریب پراکندگی دی الکتریک (tg δ ) که تابع ذرات کوچک و ترکیبات قطبی حل نشده در روغن می باشد ، حدود کاملاً مشخص نمی باشد. معمولاً می توانیم حد بالای tg δ را /00 ْ400 برای درجه حرارت 90 درجه سانتی گراد را در نظر بگیریم برای برخی روغن ها به هر حال حد بالای tg δ را می توانیم تا/ 00 ْ2000 در نظر بگیریم.

[spow 44197]

زوال و اضمحلال روغن :

 

از آنجا که روغن یک ترکیب آلی است زوال و تاثیر ناپذیری آنرا در مقابل گرما و اکسیژن نمی توانیم کاملاً از بین ببریم. بنابراین روغن اکسیده میشود و ترکیبات اسیدی و قطبی به تبع آن بوجود می آید و کشش سطحی روغن در مقابل آب کاهش می باید.

از طرف دیگر ترکیبات اسیدی بر کاغذ و تخته های فشرده شده عایق های سیم پیچی ها تاثیر نامطلوبی خواهد گذاشت. در حقیقت سلول های عایقی هنگامی که تحت حرارت قرار می گیرند در محیط اسیدی سریعتر از محیط خنثی ترد و شکننده می شوند.

تشکیل لجن و کثافات در روغن ترانسفورماتور از پیامدهای دیگر زوال و اضمحلال روغن می باشد. پس از این مرحله تغییرات در روغن نسبتاً سریعتر صورت می گیرد . برای مثال کشش سطحی در این مرحله از مقدار اولیه خود N/M 3- 10 * 45 به مقدار N/M 3- 10 * 15 کاهش می یابد.لجن و کثافات هنگامی که در روغن ترانسفورماتور تشکیل میشوند ، بر روی سیم پیچی ها رسوب می کنند و باعث می گردند که سیم پیچی ها بطور موثر خنک نشوند.

هنگامیکه اسیدیته (Neutralization value) روغن بسیار بالا باشد و یا کثافات در روغن مشاهده شده است توصیه میشود اقدامات آمده در جدول انجام گیرد.همانگونه که خواهید دید از ته نشین شدن و رسوب هر گونه کثافات در روغن ترانس باید جلوگیری بعمل آید.

[spow 44197]

تجزیه و تحلیل گازها برای آشکار کردن نقصهای ابتدایی در ترانسفورماتور :

 

عایقها در یک ترانسفورماتور تنها به دلیل حرارت و تجزیه شیمیایی زائل نمی شوند، بلکه تخلیه الکتریکی نیز در این فرایند موثر می باشند. بوسیله تخلیه الکتریکی و درجه حرارت نسبتاً بالای محیط ، روغن و کاغذ به مواد گازی از قبیل هیدروژن – متان – اتیلن – استیلن – و اکسید کربن تجزیه می گردند . این پدیده در ترانسفورماتور بدین معنی است که نقصی وجود دارد . این نقص می تواند کاملاً بی ضرر باشد و نیز می تواند بسیار جدی بوده و دیر یا زود منتهی به عملکرد بد ترانسفورماتور شود.

منشاء و میزان گازهای مختلف تولید شده بستگی به نوع و جدی بودن خطا دارد. بنابراین با بررسی گازهای حل نشده در روغن ترانسفورماتور نیاز به بازدید و تعمیر ترانسفورماتور آشکار می گردد. برای مثال اضافه حرارت روغن باعث ایجاد گاز متان و اتیلن ، تخلیه الکتریکی جزئی در روغن باعث ایجاد هیدروژن و تخلیه الکتریکی شدید ، گاز استیلن در روغن ایجاد خواهد نمود.

به هر حال ، چگونگی بررسی اینگونه گاز های ایجاد شده در روغن و تجزیه و تحلیل آنها هنوز کاملاً قطعی نشده و در کشور های مختلف در این خصوص مطابق با استاندارد های iec تحقیقات ادامه دارد.

[spow 44197]

نظارت بر روغن و رطوبت گیر :

 

بررسی روغن های نمونه برداری شده از ترانس که در فواصل منظمی صورت می گیرند ، نظارت خوبی بر کار ترانسفورماتور خواهد بود . با این عمل نه تنها برخی مشخصات روغن در زمانهای معینی ضبط می گردد ، بلکه همچنین میزان پیشرفت و تغییرات این مشخصه با زمان نیز آشکار خواهد شد.که این خود مبنای بهتری برای ارزیابی وضعیت روغن می باشد.چنانچه نتایج بعضی از اندازه گیریها هماهنگ با نتایج قبلی نباشد ، این بدان معنی است که در اندازه گیری ها و یا هنگام نمونه برداری خطایی وجود داشته است . روغن نمونه برداری شده براحتی بوسیله آلودگی و رطوبت شیر ها و یا بطری نمونه برداری ، آلوده می گردد و بنابراین نمونه برداری از روغن ترانسفورماتور بایستی با حد اکثر دقت صورت گیرد.

ترکیب روغن ها :

چه نوع روغنی را میتوانیم به ترانسفورماتورها اضافه نمائیم؟ در حقیقت ترکیب دو نوع روغن متفاوت می تواند نتایج غیر قابل انتظاری به همراه داشته باشد.بازدارنده اکسیداسیون دو روغن ممکن است بر یکدیگر تاثیر گذاشته و یا ترکیبات ناشی از کهولت در یک روغن می تواند رسوبات ایجاد کند در حالیکه این رسوبات توسط روغن دوم رقیق گردد. به هر حال روغن ها می توانند به دلایل مختلفی با یکدیگر نا سازگار باشند.

در موارد نامشخص، آزمایشات مربوط به ترکیبات دو نوع روغن متفاوت می تواند انجام شود . معمولاً باید اصول زیر را همواره در ترکیب دو نوع روغن متفاوت مراعات نمود.

روغن دو نوع ترانسفورماتور را در صورت داشتن شرایط زیر می توان ترکیب نمود.

1- مطابق با استاندارد واحدی باشند.

2- شامل باز دارنده اکسیداسیون یکسان و یا باز دارنده اکسیداسیون قابل مقایسه ای باشند.

3- مقدار خنثی (Neutralization value) کوچکتر از mg KOH/g 0.5 داشته باشد.

4- میزان آب در روغن ازg/g μ 20 کمتر باشد.

[hossain 64]

با سلام وخسته نباشید به spow عزیز

می خواستم بدونم که چرا P.T نباید به اشباع برود

[spow 44197]

بررسی علل آسیب دیدن ترانس های توزیع و روش های پیشگیری

 

نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و هم‌چنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود. در اين گزارش ابتدا علل آسيب‌ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيش‌گيري آن بيان ميگردد.

 

بررسي علل آسيب ديدن ترانسهاي توزيع و روشهاي پيش‌گيري آن 1- مقدمه: نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و هم‌چنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود. در اين گزارش ابتدا علل آسيب‌ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيش‌گيري آن بيان ميگردد.

 

بررسي علل آسيب ديدن ترانسهاي توزيع و روشهاي پيش‌گيري آن 1- مقدمه: نظر به اهميت ويژه ترانسهاي شبكه، همواره مواظبت و نگهداري آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و هم‌چنين در صورت صدمه ديدن ترانس، هزينه مربوطه بالا و خاموشي تحميـل شده طولاني مدت خواهد بود. در اين گزارش ابتدا علل آسيب‌ديدگي ترانسها بحث گرديده و سپس راههاي پيش‌گيري آن بيان ميگردد.

 

اصولاً آسيب‌ديدگي ترانس به دو صورت اتفاق مي افتد .

 

1- هادي شدن عايق ترانس 2- پاره شدن يا قطع شدن هاديهاي ترانس. هر دو مورد ذكر شده پيامد سه عامل افزايش دماي داخل ترانس ، اضافه ولتاژ و ضربات مكانيكي است كه ذيلاً به توضيح آنها مي پردازيم :

 

الف ) افزايش حرارت داخل ترانس بيشتر از حد تحمل ترانس (يعني بيشتر از حد تحمل عايق ترانس) موجب آسيب‌ديدگي عايق ترانس ميگردد. عايقها بر خلاف هاديها در صورت بالا رفتن حرارت، هدايتشان بيشتر شده و جريان نشتي بيش از حد در عايق باعث سوختن ترانس ميگردد.

 

ب ) اگر اضافه ولتاژ حادث شده در شبكه باعث بالا رفتن ولتاژ هاديهانسبت به بدنه و يا نسبت به فاز ديگر) بيشتر از حد استقامت حرارتي عايق گردد موجببروز قوس در عايق شده و عايق خاصيت خود را از دست مي دهد و يا اگر ولتاژ بالا بافركانس نامي بصورت مداوم برقرار گردد جريان نشتي عايق تدريجاً بيشتر شده و دمايعايق بالا مي‌رود كه نهايتاً حرارت بالا باعث آسيب ديدن عايق مي‌گردد

 

ج ) در صورت حمل نادرست ترانس چه با جرثقيل و يا هر وسيله ديگر بهعلت تكانهاي شديد، هسته ترانس كه بر روي بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پارهگي نقاط اتصال هاديها ميگردد و هم‌چنين اگر اتصال كوتاهي در ورودي يا خروجي ترانساتفاق افتد هاديهاي ترانس بر اثر اتصالي، نيروهاي زيادي به يكديگر واردمي‌نمايند(هاديهاي حامل جريان به يكديگر نيرو وارد مي‌كنند كه به جريان عبوري وفاصله هاديها از يكديگر وابسته است) اين نيروها اغلب باعث پاره گي هاديها و ياخرابي عايق خشك ترانس ميگردد. اگر بار ترانس نيز بالا رود به علت توليد حرارت درترانس باعث پاره گي هاديها در نقاط ضعيف ترانس مي‌شود كه اين مورد بيشتر درترانسهايي باسيم‌پيچي زيگزاگ در نقطه اتصال اتفاق مي‌افتد

 

عواملي كه باعث صدمه ديدن ترانس ميگردند

 

اضافه بار: اگر بنا به هر علتي از جمله زياد شدن بار شبكه، نشتروي مقره‌ها و هاديها، بار ترانس زياد گردد و كليد كل تابلوي ترانس عمل ننمايد باازدياد جريان هاديهاي ترانس تلفات اهمي ترانس بالا رفته و حرارت توليدي ، بيشتر ازحرارت تبادلي بوده و براحتي دفع نمي‌گردد كه باعث صدمه ديدن عايق ترانس مي گردد

 

نشت روغن: اگر سطح روغن در داخل ترانس كاهش يابد و به جاي روغنهوا در داخل تانك ترانس نفوذ كند ، با توجه به پايين بودن استقامت الكتريكي هوانسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسيب مي‌بيند

 

نفوذ رطوبت: وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الكتريكي روغنترانس را كاهش ميدهد كه باعث بروز قوس در روغن ترانس مي‌شود

 

اضافه ولتاژهاي موقت: هر چند طبق استاندارد هر ترانسي مي‌تواندولتاژي بيشتر از حد نامي را طي مدت زمان كوتاهي تحمل كند (حتي مورد تست قرارمي‌گيرد) اما اين اضافه ولتاژها باعث به اشباع رفتن هسته و ايجاد هارمونيك مي‌گرددكه هارمونيكهاي بالاي فركانس نامي ، تلفات هسته را بالا برده و نهايتاً حرارت ايجادشده در هسته و عدم تبادل حرارتي لازم موجب آسيب ديدن عايق مي‌شود (اين حرارت درمحاسبات طراحي وارد نمي‌گردد

 

آلودگي روغن ترانس: طي دوره كاري ترانس با توجه به گردش روغندر بين هاديها و هسته، روغن كهنه شده و هم‌چنين سطح آنها را مي‌شويد و ذرات كندهشده از ديواره‌ها معمولاً بصورت لجن در ته تانك ترانس انباشته مي‌گردد. وجود ذراتفوق در روغن موجب كاهش استقامت الكتريكي روغن ميگردد

 

اضافه ولتاژهاي گذرا: اضافه ولتاژهاي گذرا در شبكه معمولاً بهدو صورت نمايان ميگردند ا

 

لف ) صاعقه كه اضافه ولتاژ خارجي است. ب ) كليدزني كه اضافه ولتاژداخلي است اگر تعداد اضافه ولتاژهايي كه به ترانس ميرسند زياد باشند يا حدولتاژهاي آنها بالا باشد باعث تخريب عايق مي‌گردند. گاهاً اضافه ولتاژها در حدينيستند كه ابتدائاً عايق را خراب نمايند بلكه به علت رزونانس يا فرورزونانس رفتنترانس و خواص سلفي و خازني باعث بروز قوس از سر ترانس ، يا بالا رفتن دماي ترانسميگردد

 

عمر بالاي ترانس: وقتي ترانس به مدت طولاني در شبكه مورداستفاده قرار گيرد، عايق خشك ترانس كم‌كم خاصيت اوليه خود را از دست ميدهد كه حتيبا تعويض روغن هم‌ديگر به حالت اوليه برنمي‌گردد. (عمر مفيد ترانس معمولاً از طرفشركت سازنده داده مي‌شود.)

 

بالا رفتن دماي محيط: افزايش دماي محيط موجب آسيب‌ديدگي ترانسميگردد. بدين صورت كه وقتي تفاوت دماي داخل ترانس و محيط پست در اثر افزايش حرارتمحيط كم گردد تبادل حرارتي بين ترانس و هواي پست كم شده و حرارت توليد شده در ترانسحبس گرديده و عايق ترانس صدمه مي‌بيند. دماي شرايط كاري جهت اخذ قدرت نامي توسطسازنده تعيين مي‌گردد كه مي‌بايست ميزان كاهش قدرت به ازاي افزايش درجه حرارت نيزقيد شود

 

بروز جرقه يا هارمونيك در ولتاژ اوليه: بنا به هر علتي اگر دراوليه ترانس، ولتاژ همراه هارمونيك باشد باعث بوجود آمدن فلوهاي متناظر با همانهارمونيك‌ها در هسته ترانس ميگردد، كه اين هارمونيك‌هاي فركانس بالا موجب بالا رفتنتلفات فوكو و هيسترزيس در هسته مي‌شود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشي از آن صدمهمي‌بيند. گاهاً به علت رطوبت محيط يا وجود آلودگي بر روي مقره‌ها و يا نزديك شدنشاخه درختان به خط تحت ولتاژ و… قوس بوجود مي‌آيد و به علت بالا بودن مقاومت دربرخي از اين اتصالات و دور بودن از ابتداي فيدر، اين قوسها باعث عملكرد رله پستمادر نمي‌گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عيب موجب ريپل‌هايولتاژ روي موج ولتاژ مي‌شوند. ريپل‌هاي ولتاژ داراي هارمونيك‌هاي بالا بوده واشكالاتي را براي دستگاههاي الكتريكي مورد تغذيه روي آن فيدر پيش مي‌آورد

 

راههاي پيشگيري ابتدا بايد خاطرنشان ساخت كه ترانسها براي تلفات استاندارد و قابلمحاسبه فركانس اصلي طراحي مي‌گردند و هر گونه تلفات اجباري خارج از مقدار محاسبهشده در برآوردها ناديده گرفته مي شود. لذا تلفات ناشي از هارمونيك‌ها و افزايشولتاژ شبكه براي ترانس مضر مي‌باشد. مگر اينكه در شرايط جديد تقاضاي ديگري برايساخت ترانسها با قدرت تحمل بيشتر مدنظر باشد. براي مثال مي توان هسته ترانسها را بهعلت وجود هارمونيك ، بزرگتر از حد فعلي در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانسهايي برايتلفات بيشتر طراحي ميگردند

 

پيشگيري از بروز اضافه بار براي ترانسها: انتخاب بهينه قدرتترانس جهت تغذيه در شبكه بسيار مهم مي‌باشد. در اين راستا آگاهي از رفتار بار وبارگيريهاي مداوم ترانس در نحوه تصميم‌گيري حائز اهميت است. معمولاً ترانسهايي كهبارشان كمتر از %30 تا %40 بار ناميشان باشند كم بار و اگر بيشتر از %70 بار نامي‌باشند پر بار تلقي ميگردند. استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسي رفتار بار درمناطق مختلف ، الگوي مناسب از رفتار بار را براي ترانسهاي شبكه بدست ميدهد ومي‌توان با استفاده از آنها به مطالعه شبكه پرداخت. در حالحاضر به علت كمبود نيرويانساني و وسايل از ترانسهاي خاص، آمپراژگيري ميگردد. بدين صورت كه با توجه به آمارفيوزسوزي و افتادن كليدكل ها در روز قبل ، از آن ترانسها بارگيري به عمل مي‌آيد ودر صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعويض آن اقدام مي‌شود و ترانس با قدرت بيشترجايگزين ميگردد استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تيرها و جعبه فيوزها ازاتلاف انرژي جلوگيري كرده و از اضافه بار شدن بي‌مورد ترانسها جلوگيري ميكند

 

نشت روغن ترانس: بازديد‌هاي دوره‌اي و مداوم پست‌هاي توزيعميتواند در اين خصوص راهگشا باشد. در بازديدها ارتفاع روغن در شيشه روغن‌نما، ‌خيسيروي درپوش‌، رادياتورها و زير ترانس ملاك مناسبي از آگاهي نشت روغن مي‌باشد كه درحال حاضر اين عمل انجام ميگيرد

 

نفوذ رطوبت: نمونه‌برداري و تست روغن ترانسها طي برنامه‌هاي ازپيش تعيين شده اطلاع دقيقي از نفوذ رطوبت به داخل تانك ترانس بدست ميدهد. در حالحاضر همراه با تعميرات خط، ترانسهاي هوائي و سرويس پست‌هاي زميني ، نمونه‌گيري وتست روغن انجام ميگيرد كه طول دوره‌هاي بازديد و سرويس حدود يك بار در هر سالميباشد ولي با توجه به شرايط جوي برخي مناطق ، طول دوره بازديد بايد كاهش يابد

 

اضافه ولتاژهاي موقت: در شبكه‌هاي توزيعي كه طول فيدرهايكوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژهاي موقت در اين شبكه‌ها وجود ندارد مگر اينكهاضافه ولتاژ از شبكه فوق توزيع سرايت نمايد

 

آلودگي روغن ترانس: تست روغن بصورت برنامه‌ريزي شده روش مناسبيبراي آگاهي يافتن از آلودگي روغن ترانس است

 

اضافه ولتاژهاي گذرا: براي جلوگيري از خسارت ناشي از اضافهولتاژهاي گذراي خارجي (صاعقه) مناسبترين راه، نصب برقگير در پستهاي هوائي و نقاطارتباطي سركابلها و خطوط هوائي مي‌باشد. عملكرد صحيح برقگيرها ترانسها را در مقابلصاعقه حفاظت مي‌نمايد كليدزني در شبكه‌هاي توزيع مي‌تواند ولتاژهاي گذرايي حدود 5/1 تابرابر ولتاژ نامي را در شبكه بوجود آورد. چنين اضافه ولتاژهايي وقتي به ترانس كهداراي اندوكتانس بالايي در برابر اضافه ولتاژها ميباشد ، مي‌رسند تقويت ميگردند، كهاين موضوع اثر سوء براي ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پله‌اي بودن آننيز مضر مي‌باشد ، زيرا داراي هارمونيك‌هاي زيادي بوده و براي ترانسها مضر است آمار كليدزني و مانور در شبكه فشار متوسط كم نبوده و اين مانورهاترانسها را از لحاظ عايقي ضعيف مي‌نمايد و اگر فواصل كليدزني كم باشد احتمالآسيب‌ديدگي ترانسها بيشتر مي‌شود. از آنجايي كه تعداد فيدرهاي پربار(بالايدرشبكهزياد است و هم‌چنين تجهيزات جداكننده در شبكه كم مي‌باشد، يافتن محل عيبو جابجايي بار آن مشكل‌ساز بوده و تعداد كليدزني را افزايش ميدهد براي كاهش تعداد كليدزني راه‌حل پيشنهادي ، كاهش بار فيدرها باايجاد فيدرهاي جديد، كوتاه كردن طول فيدرها با ايجاد پست‌هاي فوق توزيع و ايجادنقاطي مجهز به دستگاههاي جداكننده مناسب نظير سكشنالايرز و استفاده از كليد در مسيرفيدرها مي‌باشد. همچنين تنظيم رله‌ها با استفاده از محاسبات اتصال كوتاه شبكه لازماست

 

عمر بالاي ترانس: در حال حاضر با تعويض ترانسهاي با عمر بالا ،ترانسهاي قديمي از شبكه جدا شده و بعد از بازيابي به شبكه برمي‌گردند. ولي در عململاحظه ميشود تعدادي از ترانسهاي سرويس شده ، پس از بهره برداري مجدداً معيوبميگردند. لذا ضروريست نظارت بر كيفيت تعميرات و تستهاي لازم، دقيقتر صورت گيرد. اگرروند بازيابي و سرويس ترانس مناسب و دقيق باشد و هم‌چنين با استفاده از تست‌هاييدقيق در اندازه گيري تلفات بي‌باري ترانس مي توان از پايداري و سلامت عايق خشكترانس مطمئن شد. البته لازم به ذكر است، استفاده از لوازمي مثل روغن ترانس مرغوب وواشرهاي مناسب جهت آب بندي در بالا بردن عمر ترانس بعد از بازيابي بسيار مؤثر است

 

الا رفتن دماي محيط: براي تبادل حرارتي بيشتر در فصول گرم دراغلب پست‌هاي زميني از فن استفاده مي‌گردد، اما براي ترانسهاي هوائي چنين راهي وجودندارد. اگر هواي محيط گرم شود به علت كاهش اختلاف دماي داخل ترانس و هواي اطرافتبادل حرارتي كم شده و ترانس گرمتر مي‌شود. بنابراين بهترين راه چاره كاهش بارترانس در اين مواقع مي‌باشد كه در فصول گرم بار ترانس زير بار نامي باشد، امامتأسفانه پيك بار شبكه هنگام گرما به علت استفاده از كولرهاي گازي اتفاق مي‌افتد ودر فصول ديگر گاهاً بار ترانسها از %40 بار نامي نيز كمتر مي‌باشد

 

جرقه و هارمونيك در اوليه ترانسهاي توزيع: در برخي از پستهايزميني به علت شرايط نامناسب ساختماني و شرايط تابلوهاي فرسوده ، روي مقره‌هاياتكايي و هم‌چنين در شبكه‌هاي هوائي روي مقره‌ها و بوشينگها قوسهايي بوجود مي‌آيدكه گاهاً ماندگار نيز مي‌باشند. اين قوسها ريپل‌هاي ولتاژ را در شبكه بوجودمي‌آورند. جهت جلوگيري از اين پديده‌ها بايستي بازديدهاي دوره‌اي از شبكه و پستهايزميني و شاخه‌زني و سرويس به موقع خطوط و پست‌ها را افزايش داده و دقت بيشتري را دراين خصوص مبذول نمود. مطابق با استاندارد، شاخه زني بايد بگونه‌اي باشد كه طي فاصلهزماني 2سال يك بار شاخه زني انجام گيرد اما با شرايط جوي برخي مناطق و نوع درختانگاهاً در هر سال دو بار شاخه زني لازم است

 

جلوگيري از پاره گي هاديهاي ترانس: بيشتر اوقات در حملنامناسب ترانس، هاديهاي ترانس پاره مي‌شوند. اگر دقت بيشتري در هنگام حمل ترانسانجام گيرد و در هنگام بارگيري و نصب سعي گردد تا ترانس به آرامي جابجا شود وهنگامي كه ترانس بر روي جرثقيل يا هر وسيله جابجا كننده قرار ميگيرد بتوان ازتكانهاي شديد ناشي از جاده جلوگيري نمود و هم‌چنين بار ترانس همواره زير بار نامينگه داشته شود، باعث مي‌گردد تا هاديهاي ترانس قطع نگردند. اما براي جلوگيري ازپاره گي هاديها ناشي از اتصال كوتاه در سيم‌پيچي اوليه و يا ثانويه ترانس تنهامي‌توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودي و خروجي ترانس اشاره نمود .

[spow 44197]

با سلام وخسته نباشید به spow عزیز

می خواستم بدونم که چرا P.T نباید به اشباع برود

 

سلام حسین جان

ترانس p.t به اشباع نمیرود از بابت حفاظتهایی که به ترانس اعمال میشه ومهمترین عامل حفاظتی درجلوگیری از به اشباع رفتن این ترانسهای ولتاژ ,برقگیرها میباشند

[am in 25041]

ترانسفورماتور وسیله ایست که انرژی الکتریکی را از طریق هادی هایی که با یکدیگر اتصال مغناطیسی دارند ( سیم پیچ ها ) از مداری به مدار دیگر انتقال می دهد. به غیر از ترانسفورماتور های با هسته هوا، هادی ها معمولاً بر روی یک هسته آهنی و یا هسته هایی جدا از هم اما با اتصال مغناطیسی پیچیده می شوند. یک جریان متغیر در سیم پیچ اولیه، میدان مغناطیسی متغیری در هسته ( یا هسته های ) ترانسفورماتور ایجاد می کند. این میدان متغیر مغناطیسی، یک نیروی محرکه الکتریکی ( EMF، Electromotive Force ) یا ولتاژ در ثانویه ترانسفورماتور به وجود می آورد. این اثر را القای متقابل می نامند. اگر مصرف کننده ای را به ثانویه ترانسفورماتور متصل کنیم، جریان الکتریکی در ثانویه ترانسفورماتور جاری شده و انرژی الکتریکی از سیم پیچ اولیه به مصرف کننده منتقل خواهد شد. در یک ترانسفورماتور ایده آل، ولتاژ القا شده در ثانویه V (s) ، با ولتاژ اولیه V (p) متناسب است و از طریق نسبت تعداد دور های ثانویه به تعداد دور های اولیه به دست می آید:

[am in 25041]

ترانسفورماتور بر اساس دو اصل بنیان گذاشته شده است: اول اینکه یک جریان الکتریکی می تواند میدانی مغناطیسی به وجود آورد و دوم اینکه یک میدان مغناطیسی متغیر در یک سیم پیچ، در دو سر سیم پیچ ولتاژ القا می کند. تغییرات جریان در سیم پیچ اولیه، باعث تغییر شدت میدان مغناطیسی می شود.

یک ترانسفورماتور ایده آل را در شکل مقابل می بینیم.

 

جریان عبوری از سیم پیچ اولیه میدانی مغتاطیسی ایجاد می کند. سیم پیچ های اولیه و ثانویه به دور هسته ای با ضریب نفوذپذیری مغناطیسی بسیار بالا مانند آهن پیچیده می شوند. لذا می توان اطمینان حاصل نمود که بیشتر شار تولید شده به وسیله جریان اولیه، درون هسته بوده و از میان سیم پیچ ثانویه نیز می گذرد.

 

قانون القا

 

ولتاژ القا شده بر روی سیم پیچ ثانویه را می توان از قانون القای فارادی محاسبه نمود:

که در آن، Vs ولتاژ لحظه ای، Ns تعداد دور های ثانویه و Φ شار مغناطیسی حاصل از یک دور سیم پیچ می باشد. اگر زاویه قرار گیری دور های سیم پیچ و خطوط میدان مغناطیسی عمود باشد، مقدار شار برابر است با حاصلضرب چگالی شدت میدان مغناطیسی B در مساحت ناحیه‌ای که شار از آن عبور می کند A . مقدار A که همان مساحت سطح مقطع هسته است، ثابت بوده در حالی که میدان مغناطیسی در طول زمان و متناسب با تحریک اولیه در حال تغییر است. از آنجایی که شار عبوری از سیم پیچ های اولیه و ثانویه در ترانسفورماتور ایده آل دقیقاً برابر است، ولتاژ لحظه ای دو سر سیم پیچ اولیه از رابطه زیر به دست می آید:

با تقسیم دو رابطه فوق برای ولتاژ های ثانویه و اولیه، رابطه زیر حاصل می شود:

معادله توان ایده آل

 

اگر سیم پیچ ثانویه به باری متصل شود، جریان در آن جاری شده و توان الکتریکی از اولیه به ثانویه انتقال می یابد.

 

 

در حالت ایده آل، راندمان ترانسفورماتور کامل بوده و تمام انرژی ورودی به ترانسفورماتور، ابتدا توسط سیم پیچ اولیه به میدان مغناطیسی تبدیل شده و سپس به ثانویه انتقال می یابد. در صورت بروز این شرایط، توان خروجی و توان ورودی باید کاملاً برابر باشند: توان ورودی = Ip.Vp = توان خروجی = Is.Vs

در صورت افزایش ولتاژ، جریان نیز به همان نسبت افزایش می یابد. امپدانس متصل به یکی از سیم پیچ های ترانس، با نسبت مربع دور های ترانس به سیم پیچ دیگر منتقل می شود. برای مثال، اگر امپدانس Zs به سیم پیچ ثانویه متصل شده باشد، در سیم پیچ ثانویه به صورت زیر ظاهر خواهد شد:

این رابطه دو طرفه بوده و لذا امپدانس موجود در اولیه، به صورت زیر در ثانویه خود را نشان خواهد داد:

[am in 25041]

در توضیحات ساده بالا، چندین فاکتور عملی نادیده گرفته شد. یه خصوص جریان مورد نیاز برای ایجاد میدان مغناطیسی درون هسته که در سیم پیچ اولیه جریان می یابد و همچنین بخشی از میدان که در اثر جریان ثانویه ترانسفورماتور ایجاد می شود. در مدل های ایده آل ترانسفورماتور، معمولاً هسته ای بدون رلوکتانس با دو سیم پیچ بدون مقاومت فرض در نظر گرفته می شود. وقتی ولتاژی به سیم پیچ اولیه اعمال می شود، جریان کوچکی در آن برقرار می شود تا شاری را در مدار مغناطیسی هسته ایجاد کند. جریان مورد نیاز برای ایجاد شار، جریان مغناطیس کننده نامیده می شود. از آنجایی که مقاومت مغناطیسی ( رلوکتانس ) هسته نزدیک به صفر در نظر گرفته شده، جریان مغناطیس کننده نیز قابل چشم پوشی است، گرچه هنوز هم برای ایجاد میدان مغناطیسی لازم است. میدان مغناطیسی متغیر، نیروی محرکه الکتریکی EMF را در دو سر هر سیم پیچ القا می کند. با در نظر گرفتن اینکه سیم پیچ های ایده آل مقاومتی ندارند، افت ولتاژی بر روی آن ها نخواهیم داشت و بنابر این ولتاژ های Vp و Vs که در دو سر ترمینال های ترانسفورماتور اندازه گیری می شوند، با EMF های متناظرشان برابرند. باتوجه به اینکه EMF اولیه در تقابل با ولتاژ اولیه عمل می کند، گاهی EMF برگشتی نیز نامیده می شود. این تقابل، متناسب با قانون لنز می باشد که اینگونه بیان می‌کند: القای EMF همواره به گونه‌ایست که با هر گونه تغییر در میدان مغناطیسی به وجود آورنده آن مخالفت می‌کند.

[am in 25041]

در مدل ترانسفورماتور ایده آل، فرض بر این است که همه شار تولیدی به وسیله سیم پیچ اولیه، تمام دور های سیم پیچ ها را در بر می‌گیرد.

 

 

در عمل مقداری از این شار، در فضای خارج سیم پیچ ها مسیر خود را می‌بندد. به این شار، شار نشتی گفته می‌شود و در مدل واقعی ترانسفورماتور به عنوان اندوکتانس نشتی و به طور سری با سیم پیچ های ترانسفورماتور قرار می‌گیرد. شار نشتی در نتیجه ذخیره و آزاد شدن انرژی در میدان مغناطیسی که در هر سیکل از ولتاژ تغذیه صورت می‌گیرد، به وجود می‌آید. این پدیده مستقیماً باعث تلفات نمی‌شود؛ اما باعث رگولاسیون نا مناسب ولتاژ شده که این مسئله به خصوص در زیر بار های سنگین موجب می شود تا ولتاژ ثانویه دقیقاً متناسب با ولتاژ اولیه نباشد. لذا در طراحی ترانسفورماتور سعی می‌شود تا شار نشتی به حداقل خود برسد. با این حال در برخی کاربرد ها، نشتی می‌تواند یک ویژگی مطلوب باشد. و ممکن است به منظور محدود کردن جریان اتصال کوتاه، در طراحی ترانسفورماتور ها عمداً به ایجاد مسیر های طولانی میدان مغناطیسی، شکاف های هوایی یا میان برهای موازی مغناطیسی مبادرت ورزند. ترانسفورماتور های دارای نشتی را می توان برای تغذیه مصرف کننده هایی که از خود مقاومت منفی نشان می دهند مانند مولد قوس الکتریکی، لامپ های بخار جیوه و یا چراغ های نئون مورد استفاده قرار داد. همچنین برای کارکرد ایمن دستگاه هایی که به طور متناوب اتصال کوتاه می شوند مانند دستگاه های جوش می‌تواند به کار گرفته شود. از شکاف های هوایی می‌توان برای جلوگیری از اشباع شدن ترانسفورماتور، به ویژه ترانسفورماتور های صوتی ( چوک ) که در سیم پبیچ هایشان معمولاً جریانی DC نیز برقرار است، بهره گرفت.

[am in 25041]

قسمتی از قانون فارادی که نسبت به زمان مشتق گیری شده، نشان می‌دهد که شار موجود در هسته، برابر با انتگرال ولتاژ اعمال شده می‌باشد. به طور فرضی، یک ترانسفورماتور ایده‌آل می تواند با جریان مستقیم تحریک شده و شار داخل هسته آن به طور خطی با زمان افزایش یابد. در عمل شار تا نقطه‌ای که در آن اشباع مغناطیسی رخ می‌دهد افزایش می‌یابد و با گذر از این نقطه، جریان مغناطیس کننده به شدت افزایش یافته و همچنین گرمایی بیش از ظرفیت در ترانسفورماتور تولید خواهد شد. در نتیجه همه ترانسفورماتور های واقعی باید با جریان متناوب ( یا پالسی ) کار کنند. Emf یک ترانسفورماتور با چگالی شار معین، با زیاد شدن فرکانس افزایش خواهد یافت. ترانسفورماتور ها با عملکرد در فرکانس های بالاتر قابلیت این را خواهند داشت که با ابعاد فشرده تری ساخته شوند. زیرا با افزایش فرکانس، هسته ترانسفورماتور قادر خواهد بود بدون اینکه اشباع شود، توان بیشتری را انتقال دهد و همچنین برای رسیدن به امپدانس مورد نظر، تعداد دور های کمتری از سیم پیچ نیاز خواهد بود. اما با این حال خواصی مانند تلفات هسته و اثر پوستی هادی ها با افزایش فرکانس، بیشتر خواهد شد. در تجهیزات نظامی و هواپیمایی از منابع تغذیه با فرکانس 400 هرتز اسفتاده می شود تا بدین ترتیب از وزن هسته و سیم پیچ ها بکاهند. عملکرد ترانسفورماتور در ولتاژ نامی ( ولتاژ تعیین شده به وسیله طراح ) و در فرکانسی بالاتر از فرکانس توصیه شده، باعث کاهش جریان مغناطیس کننده خواهد شد و در فرکانس های پایین تر، این جریان افزایش خواهد یافت. عملکرد یک ترانسفورماتور در فرکانسی غیر از فرکانس نامی، لازم است تا ولتاژ ها، تلفات و همچنین خنک سازی ترانسفورماتور در فرکانس جدید مورد ارزیابی قرار گیرد تا بتوان از عملکرد ایمن آن اطمینان حاصل نمود.

[am in 25041]

یک ترانسفورماتور ایده‌آل تلفات انرژی نداشته و با راندمان %100 کار می‌کند. در ترانسفورماتور های واقعی، انرژی در سیم پیچ ها، هسته و تجهیزات جانبی ترانسفورماتور تلف می‌شود. هر چه ابعاد ترانسفورماتور بزرگتر باشد، راندمان آن نیز افزایش می‌یابد. به عنوان مثال ترانسفورماتور‌هایی که در توزیع برق مورد استفاده قرار می‌‌گیرند، راندمانی بیش از %98 دارند. راندمان در ترانسفورماتور‌های آزمایشگاهی که در آن‌ها از سیم پیچ های ابر رسانا استفاده شده، به %99.85 می‌رسد. گرچه این افزایش راندمان کوچک به نظر می‌رسد، اما وقتی آن را در مورد ترانسفورماتور هایی با بار خیلی زیاد بررسی نمائیم، مقدار سالانه صرفه جویی در انرژی قابل توجه خواهد بود. یک ترانسفورماتور کوچک مانند یک آداپتور دیواری که برای تغذیه وسایل الکترونیکی کم مصرف مورد استفاده قرار می‌گیرد، با میزان تلفات قابل توجه ( حتی در زمان بی باری )، راندمانی بیشتر از %85 نخواهد داشت. گرچه میزان تلفات برای یک عدد از این نوع ترانسفورماتور‌ها عدد کوچکی است، اما مجموع تلفات تعداد زیادی از این ترانسفورماتور ها، عددی غیر قابل چشم پوشی است. میزان تلفات بسته به میزان جریان بار متغیر است و ممکن است گاهی با عبارات "تلفات بی باری" و یا "تلفات بار کامل" بیان شود. در حالت متصل بودن بار، مقاومت سیم پیچ ها بیشترین سهم را در تلفات داراست، در حالیکه در حالت بدون بار "

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

" و "

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

" بیشتر از %99 تلفات را باعث می‌شوند. تلفات بی باری می‌تواند قابل توجه باشد، حتی اگر ترانسفورماتور در حالت بدون بار در ورودی یک منبع تغذیه قرار گرفته باشد و این موضوع انگیزه را برای طراحی و توسعه ترانسفورماتور های با تلفات پایین افزایش می‌دهد. تلفات ترانسفورماتور از مجموع تلفات سیم پیچ ها ( تلفات مسی ) و تلفات مدار مغناطیسی ( تلفات آهنی ) تشکیل می‌شود. این تلفات را می‌توان به بخش های زیر تقسیم نمود:

مقاومت اهمی سیم پیچ ها

 

برقراری جریان در سیم پیچ ها، به دلیل وجود مقاومت اهمی باعث ایجاد حرارت در هادی‌ها می‌شود. در فرکانس های بالاتر، اثر پوستی و اثر مجاورت باعث اضافه شدن مقاومت اهمی ( در اثر کم شدن سطح مقطع مفید هادی ) و در نتیجه افزایش تلفات می‌شود.

تلفات هیسترزیس

 

هر بار که جهت میدان مغناطیسی معکوس می‌شود، مقدار کمی از انرژی درون هسته تلف می‌شود. برای یک هسته با جنس مشخص، این تلفات متناسب با فرکانس بوده و تابعی از حداکثر چگالی شار می‌باشد.

جریان‌های گردابی

 

مواد فرومغناطیس، هادی‌های خوبی نیز هستند و هسته‌ای که از این گونه مواد ساخته شده، در تمامی طول خود، مسیری حلقه ای شکل از جریان را تشکیل می‌دهد. ‌از این روی، جریان های گردابی داخل هسته، در صفحه ای عمود بر شار به گردش در می‌آیند و عامل ایجاد حرارت مقاومتی ( حرارتی که در اثر مقاومت اهمی هسته ایجاد می‌شود ) می‌باشند.

تغییر شکل در اثر مغناطیس

 

شار مغناطیسی در یک ماده فرومغناطیس مانند هسته، باعث می‌شود تا در هر سیکل از میدان مغناطیسی، هسته کمی منقبض و منبسط شود که به این پدیده magnetostriction ( تغییر شکل در اثر مغناطیس ) گفته می‌شود. این پدیده در ترانسفورماتور ها معمولاً به صورت صدای وز وز ظاهر می‌شود و باعث ایجاد حرارت در اثر اصطکاک میان ورقه های هسته می‌شود.

تلفات مکانیکی

 

علاوه بر پدیده magnetostriction، میدان مغناطیسی متناوب باعث ایجاد نیروی الکترومغناطیسی نوسان کننده ای میان سیم پیچ های اولیه و ثانویه می‌شود. این نیرو های لرزشی باعث افزایش صدای وز وز در ترانس شده و مقداری کمی از توان را مصرف می‌کند.

تلفات سرگردان

 

القای نشتی، به خودی خود بدون تلفات است زیرا انرژی تزریق شده به میدان های مغناطیسی نشتی، در سیکل بعدی به منبع تغذیه بر می‌گردند. اما به حال هر نوع شار نشتی که در نزدیکی مواد هدایت کننده مانند نگه دارنده ها و پایه های ترانسفورماتور ایجاد شود، باعث تولید جریان‌های گردابی شده و به حرارت تبدیل خواهد شد.

[am in 25041]

محدودیت های فیزیکی ترانسفورماتور واقعی، به عنوان مدل مداری معادل ترانسفورماتور به صورت ترکیب شده با مدل ایده‌آل ترانسفورماتور در شکل زیر آورده شده است. تلفات توان در سیم پیچ ها، وابسته به جریان بوده و مقاومت سیم پیچ ها به صورت مقاومت های R¬s و Rp سری شده با سیم پیچ ها نشان داده می‌شود. شار نشتی در اثر افت قسمت کوچکی از ولتاژ که سهمی در برقراری اتصال مغناطیسی میان دو سیم پیچ ندارد ایجاد می‌شود و بدین ترتیب می‌توان آن را به شکل اندوکتانس‌های Xp و Xs سری با مدار معادل نشان داد. تلفات آهنی عمدتاً به وسیله پدیده هیسترزیس و جریان های گردابی در هسته بوجود می‌آید و متناسب است با مربع شار ایجاد شده در هسته برای فعالیت در یک فرکانس معین. از آن جایی که شار درون هسته به نسبت ولتاژ اعمال شده ایجاد می‌شود، تلفات آهنی را می‌توان با مقاومت Rc موازی با ترانسفورماتور ایده‌آل نمایش داد. هسته‌ای با ضریب نفوذ مغناطیسی محدود، برای نگه داشتن شار پیوندی به جریان مغناطیس کننده Im نیاز دارد. این جریان مغناطیس کننده با شار همفاز است. اثر اشباع، باعث می‌شود تا رابطه میان این دو خطی نباشد. اما برای ساده‌سازی، در بیشتر مدارات معادل، این اثر نادیده گرفته می‌شود. با یک منبع سینوسی، شار هسته به میزان 90 درجه از ولتاژ القایی EMF عقب می‌افتد. این اثر را می‌توان به صورت رآکتانس Xm موازی با مدل بدون هسته نشان داد. Rc و Xm را مجموعاً شاخه مغناطیس کننده می‌نامند. اگر فرض کنیم به سیم پیچ ثانویه باری متصل نباشد، جریان Io، همان جریان بی باری ترانسفورماتور خواهد بود. به کرات اتفاق می‌افتد که بخواهیم امپدانس ثانویه Rs و Xs را به اولیه منتقل کنیم. این کار را می‌توان با ضرب کردن امپدانس در عبارت

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

مقابل انجام داد.

 

 

گرچه در این مدل از تقریب های زیادی (مانند فرض خطی بودن) استفاده شده، با این حال این مدل مداری به دست آمده را گاهی مدار معادل دقیق می‌نامند. این مدل را می‌توان طی مراحل زیر ساده نمود: 1- انتقال شاخه مغناطیس کننده به سمت چپ امپدانس اولیه 2- در نظر گرفتن این فرض ضمنی که جریان مغناطیس کننده مقدار کمی است و حذف این شاخه 3- جمع کردن امپدانس‌ اولیه و امپدانس منتقل ثانویه که حاصل آن امپدانسی خواهد بود که اصطلاحاً امپدانس معادل نامیده می‌شود.

پارامتر های این مدل را می‌توان از طریق آزمایش های مدار باز و اتصال کوتاه محاسبه کرد.

[am in 25041]

اتوترانسفورماتور

 

اتوترانسفورماتور تنها دارای یک سیم پیچ به همراه یک ترمینال دو سر و یک ترمینال متصل به tap ( اتصالی که از میانه های سیم پیچ ترانسفورماتور گرفته شده باشد ) می‌باشد. ولتاژ اولیه ( ورودی ) به ترمینال دو سر داده شده و ولتاژ ثانویه (خروجی) از یکی از سر های این ترمینال و ترمینال tap گرفته می‌شود. بنابر این تعدادی از دور های سیم پیچ، بین ثانویه و اولیه مشترک خواهد بود.

 

در یک اتوترانسفورماتور قابل تنظیم قسمتی از سیم پیچ بدون عایق بوده و اتصال ثانویه از طریق یک جاروبک لغزنده که بر روی این قسمت از سیم پیچ قرار می گیرد، ساخته می‌شود. از این طریق می‌توان به نسبت دور متغیر دست یافت. این نوع ترانسفورماتور را اغلب واریاک می‌نامند.

 

یک اتوترانسفورماتور متغیر (واریاک)

 

ترانسفورماتور های چند فازه

 

برای تجهیزات سه فاز، می توان از سه ترانسفورماتور تک فاز استفاده نمود و یا برای هر سه فاز، به طور مشترک از یک ترانسفورماتور سه فاز بهره گرفت. در این مورد مدار های مغناطیسی به یکدیگر متصل هستند و بنابر این، هسته این ترانسفورماتور حامل شار سه فاز خواهد بود. در این ترانسفورماتور می ‌توان از آرایش های مختلفی برای اتصال سیم پیچ ها استفاده نمود که در هر نوع آرایش، ترانسفورماتور دارای خصوصیات و شیفت فاز های متفاوتی خواهد بود.

یک ترانسفورماتور سه فاز کاهنده نصب شده میان دو تیر برق

ترانسفورماتور های نشتی

 

ترانسفورماتور نشتی که ترانسفورماتور میدان هرز نیز نامیده می‌شود، دارای اندوکتانس نشتی قابل توجهی نسبت به دیگر انواع ترانسفورماتور ها بوده که این اندوکتانس را گاهی بوسیله بای پس کردن یا ایجاد مسیر موازی مغناطیسی در هسته بین اولیه و ثانویه ترانسفورماتور افزایش می‌دهند. این اندوکتانس را در بعضی موارد می‌توان به وسیله پیچی که بر روی ترانسفورماتور تعبیه شده تنظیم کرد. این کار ( ایجاد شار نشتی ) موجب می‌شود تا ترانسفورماتور به طور ذاتی دارای محدود کننده جریان باشد که این محدودیت متناسب با مقدار شار نشتی می‌باشد. در نتیجه حتی اگر ثانویه اتصال کوتاه شده باشد، مقدار جریان های ورودی و خروجی آنقدر کم هستند که از افزایش دمای ترانسفورماتور به بیش از حد مجاز جلوگیری شود. از ترانسفورماتور های نشتی برای جوشکاری و همچنین راه اندازی لامپ های دشارژ ولتاژ بالا ( لامپ های نئون و لامپ های فلورسنت کاتد سرد ) استفاده می‌شود. بدین ترتیب هم به عنوان ترانسفورماتور ولتاژ و هم به صورت بالاست مغناطیسی عمل می‌کند.