۵ فروردین ۱۳۹۹
بازدیدها: 662
بدون نظر

ترانسفورماتورهاي قدرت

همانگونه كه مي دانيم افزايش ظرفيت انتقال توان نيروگاه و كاهش موثر تلفات انتقال ، مستلزم افزايش ولتاژ انتقال شبكه هاي قدرت مي باشد . در عمل ، ساخت ژنراتورهاي با ولتاژ خروجي بسيار بالا امكان پذير نمي باشد و عموماً به خاطر مشكلات عايق بندي ژنراتورها ، اين ولتاژ به مقدار ۲۵ تا ۳۰ كيلو ولت محدود مي شود . اين مشكل باعث مي شود كه جريان خروجي ژنراتورها ( بسته به مقدار توليدي آنها ) بسيار زياد شود ، در نتيجه براي رسيدن به قابليت انتقال مورد نياز و كاهش سطح مقطع خطوط انتقال ، بايد از ولتاژهاي انتقال بالا استفاده نمود . در اينجاست كه اهميت ترانسفورماتورهاي قدرت آشكار مي شود . بدين معني كه اين وسائل با افزايش ولتاژ نيروگاه ها ، جريان خطوط انتقال كاهش پيدا مي كند . علاوه بر آن ، ترانسفورماتور هاي قدرت نيروگاه همچون حائلي ، ژنراتورهاي گران قيمت را از خطوط هوايي ( كه همواره در معرض اضافه ولتاژ و خطرات جانبي مي باشد . ) جدا مي سازند . همچنين با توجه به اينكه عايق بندي سيم پيچهاي ترانسفورماتور در مقابل امواج سيار ، ارزانتر و ساده تر از عايق بندي سيم پيچهاي ژنراتور است ، در نتيجه با استفاده از اين ترانسفورماتورها مي توان صدمات احتمالي وارد شده از امواج سيار خطوط انتقال را بر روي ژنراتور ها به حداقل خود كاهش داد . ترانسفورماتورهاي قدرت از نظر توان نامي ، محدوده وسيعي را در نظر مي گيرند . كه از ترانسفورماتورهاي توزيع با قدرت نامي چند كيلو ولت آمپر شروع مي شود و تا ترانسفورماتورهاي بزرگ ، با قدرت نامي بيش از MVA 1000 ختم مي گردد .

دسته بندي هاي مختلف ترانسفورماتور ها

ترانسفورماتورهاي بكار رفته در صنعت برق را از جنبه هاي مختلف مي توان دسته بندي نمود :

۱) انواع ترانسفورماتورهاي قدرت از نظر تعداد فاز

ترانسفورماتورهاي قدرت از نظر تعداد فازها به دو نوع يك فاز و سه فاز تقسيم بندي مي شود . كه كاربرد ترانسفورماتورهاي تكفاز در قدرتهاي پايين ( تا حدود KVA 70 ) و ترانسفورماتور سه فاز در قدرتهاي بالا ( از حدود KVA 75 به بالا ) مي باشد .

۲ ) انواع ترانسفورماتورها از نظر نوع استفاده

ترانسفورماتوره به سه صورت ترانسفورماتور جريان ، ولتاژ ، و ترانسفورماتورهاي قدرت مورد استفاده قرار مي گيرند . ترانسفورماتورهاي جريان ( ولتاژ ) براي پايين آوردن جريان ( ولتاژ ) و به منظور اندازه گيري جريان ( ولتاژ ) و استفاده در سيستم هاي حفاظت تجهيزات بكار مي رود .

البته ترانسفورماتورهاي قدرت نيز به سه دسته تقسيم بندي مي شوند . نوع اول ، ترانسفورماتورهاي قدرت با توان كم هستند . كه براي اتنقال و توزيع انرژي الكتريسيته در سطح ولتاژهاي پايين مورد استتفاده هستند . اين ترانسفورماتورها از نوع افزاينده يا كاهنده ولتاژ و ترانسفورماتورهاي سوئيچينگ مي باشند . نوع دوم ، ترانسفورماتورهاي قدرتي است كه براي مقاصد خاصي بكار مي روند . مثل ترانسفورماتورهاي مورد استفاده در كوره هاي قوس الكتريكي ، يكسو كننده ها ، واحدهاي جوشكاري بزرگ و … .

نوع سوم ، ترانسفورماتورهاي قدرت در سيستم هاي انتقال مي باشند كه در سه نوع ترانسفورماتورهاي افزاينده ، كاهنده و كوپلاژ به كار مي روند . ترانسفورماتورهاي قدرت افزاينده به منظور افزايش ولتاژ شبكه ( براي انتقال انرژي الكتريكي به فواصل دور ) به كار مي روند و عموما در پستهاي نيروگاه بكار مي روند . ترانسفورماتورهاي كاهنده براي پايين آوردن سطح ولتاژ به سطح قابل قبول براي مصرف كننده ها به كار مي روند . اين نوع ترانسفورماتورها در پستهاي توزيع استفاده مي شود . در اتصال دو شبكه فشار قوي به يكديگر از ترانسفورماتورهاي قدرت كوپلاژي استفاده مي شود .

۳ ) ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته به دو نوع هسته اي و پوسته اي تقسيم مي شوند كه البته اين نوع تقسيم بندي عموماً براي ترانسفورماتورهاي تكفاز عنوان مي شود . در نوع هسته اي ، سيم پيچهاي اوليه و ثانويه روي دو بازوي مختلف يك هسته با دو بازو ن پيچيده مي شوند . در صورتي كه در نوع پوسته اي ، سيم پيچهاي اوليه و ثانويه روي بازوي مياني يك هسته با سه بازو پيچيده مي شود . البته در ترانسفورماتورهاي سه فاز نيز به نوعي اين تقسيم بندي مطرح مي شود . مثلا در ترانسفورماتورهاي قدرت KV 20 / 230 / 400 پست نيروگاه نكا ( كه از سه ترانسفورماتور تكفاز تشكيل شده است ) ترانسفورماتورها از نوع پوسته اي هستند . در ترانسفورماتورهاي سه فاز ، سيم پيچهاي اوليه و ثانويه هر فاز با هم ، بر روي يك بازو پيچيده مي شوند كه البته به نوع هسته اي مي باشند .

اتصالات مختلف ترانسفورماتورهاي قدرت

با توجه به نوع اتصالات سيم پيچها ، اتصالات ترانسفورماتورهاي قدرت را مي توان به صورت زير دسته بندي نمود :

اتصال ستاره ـ ستاره ، ستاره ـ مثلث ، مثلث ـ ستاره ، ستاره ـ زيگزاگ ، مثلث ـ مثلث ، مثلث ـ زيگزاگ .

هركدام از اين اتصالات در مقعيتهاي خاصي مورد استفاده مي باشند .

الف ) اتصال ستاره ـ مثلث : با توجه به مطالب بالاكه در اتصال ستاره ، ولتاژ روي هر سيم پيچ به مقدار ۳ √ / ۱ برابر ولتاژ خط است ، و در اتصال مثلث ، ولتاژ هر سيم پيچ با ولتاژ خط برابر است ، و در اتصال مثلث ، و در نتيجه سطح ولتاژ عايقي در اتصال ستاره ، ۳ √ / ۱ برابر سطح ولتاژ عايقي مثلث است ، به عبارت ديگر مقدار عايق استفاده شده در اتصال ستاره ، به مراتب كمتر از اتصال مثلث است . پس اتصال ستاره براي ولتاژهاي بالا مناسب مي باشد . از اين رو اتصال ستاره ـ ستاره در مرتبط كردن دو شبكه فشار قوي ( با و لتاژهاي خيلي زياد ) استفاده مي شود . ترانسفورماتورهاي كوپلاژ از اين نوع اتصال مي باشند .

ب ) اتصال ستاره ـ مثلث : با توجه به مطالب بالا و در نظر گرفتن اين مطلب كه جريان در هر سيم پيچ مثلث ، ۳ √ برابر كمتر از جريان خط ، و در اتصال ستاره جريان هر سيم پيچ مساوي جريان خط است ، لذا مي توان گفت كه ( همان طوري كه اتصال ستاره براي ولتاژهاي بالا مناسب است ) ، اتصال مثلث براي جريانهاي بالا مناسب مي باشد . از اين رو اين اتصال براي مرتبط ساختن يك شبكه فشار قوي ( مثلا KV 230 يا KV 400 ) به يك شبكه با ولتاژ پايين ( مثلا شبكه KV 63 ) به كار مي رود . به عبارت ديگر اين ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهاي كاهنده هستند كه در پستهاي فوق توزيع مورد استفاده قرار مي گيرند .

ج ) اتصال مثلث ـ ستاره : با توجه به مطالب قسمت ( الف ) و ( ب) در مي يابيم كه اتصال مثلث ـ ستاره نيز براي مرتبط كردن دو شبكه با ولتاژهاي مختلف ( يكي با و لتاژ بالا و جريان كم و ديگري با ولتاژ كم و جريان بالا ) به كار مي روند . معمولا ترانسفورماتورهاي واقع در خروجي ژنراتورهاي نيروگاه از اين نوع اتصال مي باشند .

د ) اتصال ستاره ـ زيگزاگ : از اتصال ستاره ـ زيگزاگ ( به همراه اتصال مثلث ـ ستاره ) در ترانسفورماتور هاي محلي و توزيع استفاده مي شود ، زيرا در اين نوع استفاده مي شود . زيرا در اين نوع استفاده ها به سيم زمين نياز مي باشد و بارگيري از يك فاز و سيم صفر براي شبكه توزيع اهميت زيادي دارد .

ه ) اتصال مثلث ـ مثلث و مثلث ـ زيگزاگ : اين نوع اتصالات ، كاربرد عملي در صنعت و انتقال انرژي ندارند .

تجهيزات اساسي ترانسفورماتور هاي قدرت

همانگونه كه مي دانيم ، ترانسفورماتور هاي قدرت با جريان ها و ولتاژهاي بسيار زياد سرو كار دارند و بايد حفاظت هايي براي آنها صورت گيرد . به عنوان مثال براي حفاظت ولتاژ زياد ترانسفورماتورها ، بايد سطح عايقي ترانسفورماتور مناسب باشد . همچنين با توجه به عبور جريان زياد از سيم پيچ هاي ترانسفورماتور و ازدياد درجه حرارت سيم پيچ ها ، بايد حفاظت هاي براي كنترل درجه حرارت آن صورت گيرد . بدين منظور و براي شناخت بيشتر ترانسفورماتورهاي قدرت ، تجهيزات اساسي را بيان مي نماييم . اين تجهيزات عبارتند از :

۱- هسته

۲- سيم پيچ ها

۳- تپ چنجر

۴- بوشينگ ها

۵- روغن ترانسفورماتور

۶- تانك روغن

۷- چرخ هاي ترانسفورماتور

۸- باك روغن

۹- رطوبت گير

۱۰- رله بوخهلتس

۱۱- لوله انفجار

۱۲- درجه نماي روغن ( ارتفاع سنج روغن )

۱۳- جعبه كنترل ترانسفورماتور

۱۴- تجهيزات خنك كننده

۱۵- شيرهاي ترانسفورماتور

۱۶- ترمومتر براي سنجش درجه حرارت روغن ؛

۱۷- ترمومتر براي سنجش درجه حرارت سيم پيچ

۱۸- برقگير

۱۹- پلاك مشخصات ترانسفورماتور

حال به بيات توضيحات مختصري در مورد تجهيزات مي پردازيم .

هسته

هسته ترانسفورماتور ، وظيفه ارتباط مغناطيسي بين سيم پيچهاي اوليه و ثانويه را بر عهده دارد . به منظور كاهش تلفات گردابي لازم است تا هسته از ورقه هاي فولادي نورد شده به ضخامت ۳/۰ تا ۵/۰ ميليمتر ساخته شود . اين ورقه ها با ماده اي عايقي به نام كارليت كه توانايي عبور فوران مغناطيسي را دارد ولي عايق جريان الكتريكي است ، پوشانده مي شوند . اين عايقها داراي استقامت حرارتي بالايي هستند و در دماهاي بالا نيز تحت تاثير روغن ترانسفورماتور قرار نمي گيرند. جنس اين ورقه ها از آلياژ فولادي مي باشد كه مقداري سيليس به آنها اضافه مي گردد . اضافه كردن ماده سيليسيم ، باعث افزايش طول عمر ورقه هاي فولادي، كاهش تلفات پس ماند و افزايش مقاومت مخصوص هسته مي شود و در نتيجه تلفات جريان گردابي كاهش مي يابد . البته درصد ماده سيليسيوم بايد به مقدار مشخصي باشد ، زيرا زياد بودن درصد آن باعث ترد شدن آلياژ حاصله مي گردد و طبعاً عمل سوراخ كردن هسته با مشكل مواجه مي شود . همچنين تلفات ضريب نفوذ پذيري هم افزايش مي يابد . البته لازم به ذكر است كه براي افزايش قدرت نامي و كاهش تلفات هسته ، سازندگان در ساخت هسته هاي ترانسفورماتور ، از نوعي ماده مغناطيسي به نام CRGOS كه كمترين تلفات را در مقابل عبور شار مغناطيسي دارد ، استفاده مي كنند . همچنين براي خنك كردن هسته ، كانال هايي درون آن طراحي شده تا با گردش روغن در داخل آن ، عمل خنك كنندگي هسته انجام شود .

ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته ، به دو نوع هسته اي ، و نوع پوسته اي تقسيم مي شوند كه البته اين نوع تقسيم بندي عموماً براي ترانسفورماتورهاي تك فاز عنوان مي شوند . در ترانسفورماتورهاي تك فاز نوع هسته اي سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه روي دو بازوي مختلف يك هسته با دو يا چهار بازو پيچيده مي شوند . اين در حالتي است كه در نوع هسته اي ، سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه روي بازو هاي مياني يك هسته با سه يا پنج بازو ، بر روي يكديگر پيچيده مي شوند .

هسته ترانسفورماتورهاي قدرت سه فاز معمولاً داراي دو حالت سه بازويي و پنج بازويي است . در حالت سه بازويي ، سيم پيچ هاي هر فاز بر روي هر بازو پيچيده مي شوند؛ ولي در حالت پنج بازويي ، سه بازوي وسطي براي سيم پيچ هاي هر فاز و دو بازي كناري براي برقرار مسير فوران ايجاد مي شود .

سيم پيچ ها

سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه ، اصلي ترين جزء از ترانسفورماتورها مي باشند كه فوران ايجاد شده توسط آنها از طريق هسته ترانسفورماتور با يكديگر تزويج مي شوند . معمولاً سيم پيچ هاي فشار قوي و فشار ضعيف ترانسفورماتورهاي قدرت بر روي هسته بصورت متحد المركز پيچيده مي شوند . ابتدا سيم پيچ فشار ضعيف بر روي هسته قرار مي گيرد ، و سپس سيم پيچ هاي فشار قوي بر روي آن پيچيده مي شود . علت اين نوع ترتيب قرار گرفتن سيم پيچ ها ، آن است كه سيم فشار ضعيف به خاطر ولتاژ كم آن ، به عايق كمتري نياز دارد و در نتيجه هزينه عايق كاري سيم پيچ ها از هسته ، بسيار كتر خواهد شد .

هادي هاي سيم پيچ ها ، شامل سيم هاي مسي با مقطع دايره اي هستند تا تمركز ولتاژ در لبه ها به كمترين مقدار خود كاهش يابد . البته در ترانسفورماتور هاي با قدرت بالا از هادي مستطيلي نيز استفاده مي شود كه گوشه هاي آن را پخ مي زنند تا عايق كاري به نحو مناسبي انجام شود . عايق هادي ها بسته به قدرت عايق مورد نظر ، روكشي از نوار عايقي مي باشد . پيچك هادي ها به دور استوانه صليبي كه اندازه هاي آن به دقت محاسبه مي گردد ، پيچيده مي شوند . همچنين فواصلي براي گردش روغن درون پيچك ها به شكل محوري در بين لايه هاي سيم پيچ در نظر گرفته مي شود تا سيم پيچ ها در برابر نيروي مكانيكي استقامت نمايند . عايق هاي مورد استفاده به خاطر اين كه اندكي رطوبت دارند ، به همراه سيم پيچ ها در كوره قرار داده مي شوند تا با انتقال حرارت ( با دماي بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتيگراد ) به مدت ۲۴ ساعت ، رطوبت عايق ها بكلي جذب شود . سپس هسته و سيم پيچ ها در روغن تانك ترانسفورماتور غوطه ور مي گردند .

تپ چنجر ( تنظيم كننده ولتاژ )

تپ چنجر مكانيزمي است كه با آن مي توان نسبت تبديل ولتاژ ترانسفورماتور را تغيير داد . مثلاً اگر توسط يك ترانسفورماتور قدرت ، قدرت خروجي يك ژنراتور به شبكه داده شود ، در مواقعي كه شبكه با افت ولتاژ مواجه است ، مي توان با اتنخاب ولتاژ ثانويه بيشتري ، افت ولتاژ در شبكه را جبران كرد . همچنين مواقعي كه شبكه ، افزايش ولتاژ دارد ، مي توان با كاهش ولتاژ ثانويه اين افزايش ولتاژ را ترميم نمود . معمولاً اين عمل به صورت دستي يا اتوماتيك قابل انجام است . كاري كه در داخل ترانسفورماتور انجام مي شود ، اين است كه در هر بار تغيير تپ تركيب خاصي از سر سيمها كه از قسمتهاي مختلف سيم پيچي ثانويه ترانسفورماتور به تپ چنجر برده شده اند ، به هم وصل مي شوند . لذا تعداد دور سيم هاي ثانويه كه در مدار قرار مي گيرند ، عوض مي شود و طبعاً نسبت تبديل هم عوض مي شود . بر روي پلاك مشخصات ترانسفورماتورها ، ترتيب تعويض تپ ها و شماره پايانه هايي كه در هر انتخاب ولتاژ جديد ، بايد به هم وصل شوند ، و شماره وضعيت تپ چنجر داده مي شود . در ترانسفورماتورهاي قدرت معمولي ، تپ چنجر روي طرف ولتاژ بالا عمل مي كند . به علت آنكه در طرف ولتاژ بالا ، ولتاژ در هر دور سيم پيچي ، كمتر از طرف ولتاژ پايين است و جريان نيز از طرف ولتاژ پايين كمتر مي باشد . لذا مسئله تعويض تپ ، آسانتر و با مشكل كمتر مي باشد .

تپ چنجرها به دو دسته كلي تقسيم مي كنند :

الف ) تپ چنجر بي بار

ب ) تپ چنجر زير بار

منظور از تپ چنجر بي بار آن است كه براي تغيير تپ ، بايد ابتدا تراتسفورماتور را بي بار كرد و سپس تپ را عوض نمود ؛ ولي در نوع رير بار ، مي توان تپ را زير بار عوض نمود كه البته اين نوع به تكنيك بالاتري نياز دارد . به عنوان نمونه ، ترانسفورماتور پست نكا داراي تپ چنجر زير بار است . از اين نوع تپ چنجر زماني استفاده مي شود كه مصرف كننده هايي كه از طريق ترانسفورماتور استفاده مي شوند ، حساس باشند و قطع برق براي آنها ، آسيب هايي را به دنبال داشته باشد . مثلا ترانسفورماتور پست KV 63 / KV 230 نيروگاه ري كه پالايشگاه تهران را تغذيه مي كند ، به خاطر حساس بودن پالايشگاه طوري انتخاب شده است كه بتواند زير بار ، تپ را عوض كند . در ساير موارد از نوع تپ چنجر بي بار استفاده مي شود ؛ زيرا به علت بكار بردن تكنولوژي هاي پايين تر ، طبعاً هزينه ترانسفورماتورها كمتر خواهد شد .

يكي از مشكلات اساسي در ترانسفورماتورهاي با تپ چنجر زير بار ، ايجاد قوس الكتريكي بين كنتاكت هاي تپ چنجر در هنگام تغيير وضعيت است . براي رفع اين مشكل ، ساختمان تپ چنجر بايد طوري طراحي شود تا ضمن تغيير نسبت تبديل ( براي ثابت نگه داشتن ولتاژ فشار ضعيف ) در اثر تغيير حلقه هاي سيم پيچ تپ چنجر ( قطع شدن از يك اتصال و وصل شدن به اتصال ديگر ) هيچ گونه قطع شدگي يا اتصال كوتاه در سيم پيچ ها ايجاد نشود . وجود قوس هاي الكتريكي و حرارت حاصل از آن در فرمان تغيير وضعيت تپ چنجر ، خود دليلي بر مجزا نمودن تپ سلكتور و كنتاكتها از يكديگر مي باشد . بدين منظور كنتاكت ها در تانك روغن جداگانه اي قرار مي گيرند تا بدين ترتيب ، بدون اينكه كنتاكتي صدمه ببيند ، قوس الكتريكي نيز از بين مي رود . ضمناً بدون باز كردن ترانسفورماتور ، مي توان كنتاكت ها را بازرسي نمود و روغن فاسد شده ( در اثر ايجاد قوس الكتريكي ) را به آساني تعويض كرد . همچنين سوئيچ و كنتاكت ها توسط چرخ دنده با موتور الكتريكي عمل مي كنند ، به گونه اي كه موتور الكتريكي ، قابل فرمان از راه دور نزديك است .

عموماً تپ چنجر قابل قطع زير بار از قسمت هاي اصلي زير تشكيل شده اند :

۱ ) يك كليد سلكتور براي انتخاب سر سيم مورد نظر ؛

۲ ) يك كليد جهت انتقال بار از يك سر سيم به سر ديگر ( كليد دايورتر )

۳ ) يك امپدانس محدود كننده جريان ؛

۴ ) يك سيستم جهت عمل تپ چنجر كه مي تواند به صورت دستي يا به وسيله موتور انجام شود .

بوشينگ ها

به منظور اتصال سرهاي خروجي سيم پيچ هاي فشار قوي و فشار ضعيف به كابل هاي ورودي و خروجي ترانسفورماتور از تجهيزاتي به نام بوشينگ استفاده مي شود بوشينگ ها بر مبناي جريان و ولتاژ عبوري در اندازه هاي مختلفي ساخته مي شوند . ساختمان بوشينگ ها به گونه اي است كه هادي از ميان جداره اي در تانك عبور مي كند . هادي ، نسبت به اين جداره عايق مي باشد . عموماً بوشينگ ها به دو نوع چيني و كندانسور ساخته مي شود . در ساده ترين آن يعني بوشينگ چيني ، شامل يك هادي حامل جريان است كه از ميان يك عيق كننده چيني تو خالي عبور مي كند . فاصله بين هادي و عايق كننده با يك عايق مياني نظير روغن ، هوا يا گاز پر مي شود . معمولا استفاده از اين نوع بوشينگ ها چيني محدود به سيستم با ولتاژ هاي پايين مي باشد .

براي اتصال سيم پيچ فشار قوي به كابل ها از بوشينگ هاي نوع كندانسور استفاده مي شود . معمولا عايق هسته اين نوع بوشينگ ها شامل قسمتهاي زير مي باشد :

ـ كاغذ چسبيده شده با رزين مصنوعي ؛

ـ كاغذ آغشته شده به روغن مصنوعي ؛

ـ كاغذ آغشته شده با رزين ؛

فلانج قسمت هاي بالا و پايين آنها از آلياژ آلومينيوم است و گلميخ پايانه خروجي از آلومينيوم يا مس مي باشد . همچنين هادي داخل بوشينگ ، بسته به جريان عبوري از آن ممكن است سرب قابل انعطاف يا مفتول مسي باشد .

تانك روغن

تانك روغن ، يك مخزن حاوي روغن است كه هسته و سيم پيچ ترانسفورماتور در آن جاي مي گيرند . اين تانك از ورقه هاي فولادي ( كه به هم جوش داده مي شوند ) ، ساخته مي شود كه در مقابل اكسيد شدن مقاوم است . ابعاد اين تانك با توجه به هسته و سيم پيج ها طراحي و ساخته مي شود . يك تانك ،شامل ديواره و درپوش آن است . ورقه هاي فولادي تشكيل دهنده ديواره تانك ، ابتدا در ابعاد طراحي شده ، بريده و خم مي شوند و سپس به يكديگر و به كف آن جوش داده مي شوند . بدنه طوري ساخته مي شود كه مانع از تجمع آب ، روي سطح خارجي آن گردد و همچنين حباب هاي گاز و هواي درون آن را به سمت رله تشخيص دهنده گاز ( بوخ هلتس ) هدايت كند .

در بالاي قاب ترانسفورماتور ، يك ديواره فولادي وجود دارد كه به قاب جوش داده مي شود . اين ديواره ، شامل يك نوار فولادي است و حاوي سوراخ هايي به فواصل مساوي است تا درپوش تانك به اين قاب ، پيچ شود . ضمناً در روي تانك محل هايي براي حمل و نصب ترانسفورماتور در نظر گرفته مي شود .

چرخ هاي ترانسفورماتور

براي سهولت در حمل نقل ترانسفورماتور ، چرخ هايي در زير تانك روغن نصب مي شود . تعداد اين چرخ ها بستگي به وزن ترانسفورماتور و سفارش دريافت شده دارد . عموماً سعي مي شود كه چرخ ها ، هم در جهت طولي عرضي ترانسفورماتور قرار گيرند تا توزيع وزن ترانسفورماتور به شكل مطلوبي انجام شود.

روغن ترانسفورماتور

وظيفه روغن ترانسفورماتور ، ايجاد عايق كاري و خنك كردن سيم پيچ ها است . از انجا كه دو مسئله فوق براي ترانسفورماتور از حساسيت خاصي برخوردار است ، روغن ترانسفورماتور بايد خصوصيات خاصي برخوردار باشد . تا بتواند وظايف خود را به نحو احسن انجام دهد . اين خصوصيات عبارتند از :

الف ) مقدار ولتاژ شكست بالا ؛

ب ) قابليت انتقال حرارتي خوب ؛

ج ) ويسكوزيته كم ؛

پ ) نقطه جاري شدن ( سيلان ) پايين ؛

ت ) نقطه اشتعال بالا ؛

ث ) جلوگيري از خوردگي مواد عايقي و قسمت هاي فلزي ترانسفورماتور ؛

ح ) تضمين پايداري شيميايي و طول عمر زياد براي ترانسفورماتور ؛

خ ) ضريب تلفات ( tan Q ) پايين ؛

همچنين عواملي كه باعث خراب شدن روغن ترانسفورماتور ، و در نتيجه عدول از خصوصيات استاندارد مي شود ن عبارتند از :

الف ) وجود رطوبت ؛

ب ) اكسيداسيون ؛

ج ) درجه حرارت بالا ؛

در ترانسفورماتور ، به وسيله رطوبت گير و تجهيزات عايق بندي و استفاده از گاز نيتروژن سعي مي شود تا از فساد روغن جلوگيري شود . با توجه به اين كه فساد روغن و ايجاد رسوب درآن براي تانسفورماتور بسيار خطرناك است ، لذا بايد در فواصل زماني معين ( كه نبايد از ۶ ماه تجاوز نمايد ) بازرسي هاي لازم به عمل آيد . اين بازرسي ها شامل بازرسي سطح روغن ، اندازه گيري ولتاژ شكست ، برسي وجود يا عدم وجود ناخالصي و رسوب مي باشد . در اين گونه موارد بايد روغن فاسد شده را اصلاح نموده كه اين كار ، توسط فيلتر كردن آن صورت مي گيرد .

در صورتي كه اصلاح روغن از طريق فيلتر كردن لازم باشد و ظرف اضافي براي ذخيره كردن روغن موجود نباشد . مستقيماً والو زيرين تانك را به ورودي فيلتر ، و والو بالايي تانك را به خروجي فيلتر وصل مي كنند و به طور منظم روغن از داخل فيلتر عبور داده مي شود تا اينكه به خاصيت استاندارد خود برسد . در صورتي كه ظرف اضافي براي ذخيره روغن موجود باشد ، روغن را از فيلتر عبور مي دهند و در ظرف مورد نظر ذخيره مي كنند . سپس آزمايش ولتاژ شكست روي آن انجام مي دهند .اگر روغن ، مناسب بود ، از طريق ايجاد خلاء در داخل ترانسفورماتور روغن از ظرف ذخيره به داخل ترانسفورماتور كشيده مي شود . در موقع تعويض روغن نيز از همين روش استفاده مي شود . منتها به جاي روغن فيلتر شده ، روغن تازه توسط توسط خلاء به داخل به داخل ترانسفورماتور كشيده مي شود . تعويض روغن ترانسفورماتور در موقعي صورت مي گيرد كه تشخيص داده شود . كه فيلتراسيون روغن قادر نيست تا روغن را به خصوصيات استاندارد برساند .

باك روغن

باك روغن ، يك مخزن استوانه اي شكل است كه وظيفه آن ، ذخيره كردن روغن مي باشد . اين باك به صورت افقي روي تانك نصب مي شود و به وسيله لوله رابط به آن متصل مي گردد . رله بوخ هلتس بر سر راه اين لوله قرار دارد . در واقع اين باك ، تغييرات حجم روغن را در بر مي گيرد و به عنوان مخزن ذخيره كننده روغن مورد استفاده مي شود . اين مخزن به گونه اي است كه بتوان كف آنرا جهت تميز نمودن و رنگ زدن جدا نمود .

رطوبت گير

رطوبت گير وظيفه دارد تا هوايي را كه مخزن ذخيره روغن از بيرون مي كشد . از گرد غبار و رطوبت پاك كند . در واقع ، به علت تغييرات بار ترانسفورماتور و درجه حرارت محيط ( و در نتيجه تغييرات روغن ترانسفورماتور ) سطح روعن در داخل مخزن ذخيره نوسان هايي دارد . با توجه به اينكه اين نوسانات در يك مخزن كاملا بسته نمي تواند صورت گيرد ، بالاي مخزن ذخيره را در ارتباط با هواي خارج قرار مي دهند تا مخزن از طريق چيزي شبيه دم يا باز دم را انجام دهد . چون روغن به منظور عايق كاري سيم پيچ از بدنه و نيز به منظور خنك كردن ترانسفورماتور به كار مي رود و با توجه به اينكه با ورود رطوبت و گرد غبار به داخل آن ، خصوصيات استاندارد روغن از دست مي رود ، لذا حفاظت آن در مقابل اين دو عمل جوي لازم و ضروري است .

رطوبت گير شامل محفظه اي است كه از دانه هاي رطوبت گير ( سيليكاژول تزريق شده و به وسيله كلرات كبالت ) پر شده است . اين دانه ها در حالت خشك به رنگ آبي مي باشند ؛ ولي زماني كه در سر راه ورود هوا به محفظه هاي دانه هاي رطوبت گير ، ظرفي از روغن و فيلتري از جنس اسفنج و نيل قرار دارد . در كف آلومينيوم فعال شده قرار دارد كه وظيفه بالا بردن چسبندگي روغن ( براي جذب بهتر ذرات گرد و غبار ) است . نحوه عملكرد اين رطوبت گير به اين صورت است كه هوا به داخل ترانسفورماتور كشيده مي شود ، ابتدا از داخل روغن و فيلتر عبور مي كند و به اين وسيله ، ذرات گرد غبار و كثافات آن جذب مي شود . در نتيجه هواي تميز و خشك وارد مخزن روغن بالاي ترانسفورماتور مي گردد . اين ظرف روغن ، علاوه بر جذب ذرات گرد غبار ، اين حسن را هم دارد كه محفظه دانه هاي رطوبت گير را از هواي خارج ايزوله مي كند تا تنها رطوبت گير را از هواي خارج ايزوله مي كند تا تنها رطوبت آن قسمت از هوا كه به درون مخزن ذخيره روغن كشيده شود كه اين موضوع ن عمر سيلكاژول را زياد مي كند .

رله بوخهلتس

رله بوخهلتس ، رله اي است كه براي حفاظت در دستگاه هاي كه توسط روغن خنك مي شوند به كار مي رود . اين رله در اثر توليد گاز يا هوا در داخل منبع روغن ، پايين رفتن روغن از سطح مجاز و يا شديد و بيش از حد مجاز روغن به كار مي افتد . اين رله ، ابتدا زنگ خطر را بكار مي اندازد و در صورت عدم رفع اشكال ، ترانسفورماتور را قطع مي كند . بزرگترين مزيت رله بوخهلتس ، عملكرد سريع و مطمئن آن مي باشد .

نحوه عملكرد رله بوخهلتس بر اساس نوع خطاي اتفاق افتاده است . در حالتي كه خطاهاي جزئي اتفاق مي افتد ، هواي گاز متصاعد شده از روغن ، وارد لوله رابط بين تانك و روغن و باك مي شود و بداخل رله بوخهلتس ( كه در قسمتي از اين لوله قرار دارد ) نفوذ مي كند . سپس اين گاز به طرف قسمت بالاي رله ( كه بصورت يك مخزن گاز گاز است ) صعود مي كنند و در آنجا جمع مي شوند . اين گازها به سطح فوقاتي روغن ، فشار وارد مي كند وباعث پايين آمدن سطح روغن در رله مي شود . اين فشار به شناور بالايي رله منتقل مي شود . و آنرا به طرف پايين مي راند . حركت شناور باعث بستن يا باز نمودن كنتاكت مي گردد تا فرمان هاي لازم ارسال شود .

در حالتي كه خطا به موجب اتصالي شديد باشد ، گازهاي متصاعد شده در اثر قوس الكتريكي ، موجب راندن موج روغن به داخل باك مي شود . اگر سرعت موج از حد تنظيم شده بيشتر باشد ، قبل از راه يافتن گازها به مخزن بالايي رله ( براي فرمان آلارم و تريپ ) شناور پايين مي آيد و دستور تريپ داده مي شود . در تنيجه ترانسفورماتور از شبكه قطع مي شود .

اشكلاتي كه در اثر بروز آنها ، شناور پايين مي آيد و دستور آلارم صادر مي شود ، عبارتند از :

ـ نقايص عايق كاري ؛

ـ خراب شدن عايق ورقه هاي هسته و پيچ اتصال ورقه ها به يكديگر ؛

ـ كامل نبودن كنتاكت در اتصالات الكتريكي ؛

ـ گرم شدن بيش از حد قسمتي از سيم پيچ ؛

ـ خراب شدن عايق به علت عبور بيش از حد جريان فوكو و غيره ؛

ـ تخليه الكتريكي در قسمت هاي فلزي عايق شده از زمين ؛

همچنين اشكالاتي كه شناور را به پايين مي راند و باعث قطع ترانسفورماتور مي شود عبارتند از :

ـ شكستن بوشينگ ها ؛

ـ اتصال كوتاه فاز به فاز ؛

ـ اتصال زمين ؛

ـ اتصال داخلي سيم پيچ ؛

ـاتصال تپ ها به يكديگر ؛

همچنين اشكالات مكانيكي از قبيل كاهش سطح روغن ترانسفورماتور و ورود هواي زياد به داخل ترانسفورماتور مي تواند باعث عملكرد رله بوخهلتس شود .

لوله انفجار

گاهي امكان دارد كه در حالت وقوع خطاهاي شديد ، رله بوخهلتس عمل ننمايد . در اين حالت امكان اين وجود دارد كه گازهاي ايجاد شده در تانك ، باعث انفجار آن شود و آتش سوزي به همراه آورد . براي جلوگيري از اين اتفاقات ، پوشش ترانسفورماتور به يك لوله كه در مجاورت باك روغن قرار دارد ، مجهز مي شود . اين لوله با يك صفحه نازك شيشه اي بسته مي شود و در صورت ايجاد گازهاي زياد ، فشار گاز باعث تركيدن شيشه مي گردد . گازها از اين لوله به فضاي آزاد منتقل مي شوند تا از تركيدن تانك جلوگيري به عمل آيد . اين لوله در ترانسفورماتور هاي با قدرت بيش از MVA 1 تعبيه مي شوند .

درجه نماي روغن ( ارتفاع سنج روغن )

در عملكرد رله هايي بوخهلتس ، امكان آن وجود دارد كه به عللي كم شدن روغن را نشان ندهند . از اين رو ، روي تانك روغن ، درجه نمايي نصب مي شود تا كاهش روغن داخل تانك را نشان دهد . اين درجه داراي شناوري است كه در اثر كم شدن روغن ، كنتاكتي را وصل مي كند و زنگ خطري در اطاق كنترل به صدا در مي آيد تا حفاظت ترانسفورماتور در اثر كم شدن روغن مهيا گردد .

جعبه كنترل ترانسفورماتور

جعبه كنترل از ورقه هاي فولادي ساخته مي شود كه داراي دريچه هوا مي باشد و بر روي بدنه ترانسفورماتور نصب مي گردد . در اين جعبه يا تابلوي كنترل ، معمولا ارتباط بين تجهيزات از قبيل ترانسفورماتورهاي جريان ، ترمومترها ، رله بوخهلتس ، فرمان راه اندازي و خاموش كردن پمپ و فن سيستم خنك كنندگي برقرار مي گردد . همچنين از اين تابلو ، براي كليه اطلاعات مورد نياز اطاق فرمان ارسال مي گردد .

تجهيزات خنك كننده

در ترانسفورماتورهاي قدرت براي خنك نمودن روغن موجود در تانك آن ، بايد تمهيداتي را در نظر گرفت . اين خنك كنندگي بدان علت است كه حرارتي كه در هسته و سيم پيچ هاي ترانسفورماتور توليد مي شود ، بايد به گونه اي دفع گردد ؛ زيرادر غير اين صورت ، علاوه بر محدود شدن ظرفيت ترانسفورماتور ، با افزايش درجه حرارت سيم پيچ ها و هسته ترانسفورماتور ، افزايش حجم روغن ترانسفورماتور را خواهيم داشت . در صورتي كه افزايش درجه حرارت از حد مجاز بيشتر شود ، انبساط بيش از حد روغن رخ خواهد داد ، و همچنين آماده شعله ور شدن روغن در چنين درجه حرارتي ( در صورت عمل نكردن لوله انفجار ) موجب انفجار و آتش سوزي در ترانسفورماتور مي شود .

در ترانسفورماتورهاي كوچك ، عمل خنك كنندگي توسط هواي اطراف سيم پيچ صورت مي گيرد ( كه به اين نوع ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهاي خشك مي گويند ) ، ولي در ترانسفورماتورهاي قدرت ، از روغن براي كاهش دماي سيم پيچ ها استفاده مي شود . ( كه به اين ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهاي روغني مي گويند ) . علت استفاده نكردن از هوا در ترانسفورماتور هاي قدرت ، آن است كه قدرت دي الكتريك هوا نسبت به روغن بسيار كم است و اگر بخواهيم از آن به عنوان سيال خنك كننده استفاده كنيم ، ابعاد ترانسفورماتور بسيار زياد مي شود .

در ترانسفورماتورهاي قدرت به خاطر جلوگيري از افزايش دماي روغن ، ( ناشي از دريافت حرارت سيم پيچ و هسته ) از وسيله خنك كننده ديگر به نام رادياتور استفاده مي شود . در اين رادياتور ، روغن به طور طبيعي يا به وسيله پمپ ها جريان پيدا مي كند كه با تماس روغن ترانسفورماتور با هوا يا آب ، خنك مي شود.

شيرهاي ترانسفورماتور

براي ايجاد بين رادياتور و بدنه ، نمونه برداري و روغن از طبقات بالا ، پايين و وسط ترانسفورماتور ، ارتباط تانك با رله بوخهلتس و باك روغن ، و همچنين براي تخليه و پر كردن روغن از شيرهاي متنوعي استفاده مي شود .

ترمومترهاي ترانسفورماتور

الف ) ترمومتر براي سنجش درجه حرارت روغن : در روي ترانسفورماتور از ترمومترهايي جهت تعيين حداكثر درجه حرارت روغن استفاده مي شود تا در صورت ازدياد درجه حرارت روغن ، پمپ روغن و فن هاي رادياتور بكار افتد . همچنين در صورت افزايش بيش از حد اين درجه حرارت ، ترانسفورماتور از شبكه قطع مي گردد .

ب ) ترمومتر براي سنجش درجه حرارت سيم پيچ : اين ترمومتر علاوه بر آشكار سازي و نشان دادن حداكثر درجه حرارت سيم پيچ در هر لحظه ، به عنوان رله حرارتي نيز در سيستم حفاظت ترانسفورماتور عمل مي كند . به اين ترتيب كه كنترل فن ها ، دادن آلارم افزايش غير مجاز درجه حرارت سيم پيچ و صدور فرمان تريپ ، برعهده اين ترمومتر گذاشته شده است .

برقگير

يكي از اساسي ترين حفاظت هاي ترانسفورماتور ، حفاظت آن در مقابل ولتاژهاي ضربه اي ناشي از صاعقه يا ولتاژ سويچينگ ( ناشي از قطع و وصل دژنگتورها ) مي باشد . براي اين كار در طرف فشار قوي ترانسفورماتور ، روي هر خط يك برق گير نصب مي شود . برقگير داراي اين خصوصيات است وه در اثر اعمال ولتاژهاي بالا ، مقاومت آن به شدت كوچك مي شود . و ولتاژهاي ضربه اي را به زمين تخليه مي كند . اين موضوع باعث مي شود كه ولتاژهاي ضربه اي به خود ترانسفورماتور صدمه اي وارد نسازد . در ضمن ، هر برقگير داراي يك شمارنده است تا تعداد دفعات عمل كردن برقگير ( تخليه ولتاژهاي ضربه اي به زمين ) را نشان دهد . با توجه به اينكه عمر برقگيرها وابسته به تعداد دفعات عملكرد آن مي باشد ، لذا با بررسي شمارنده برقگير مي توان دريافت كه آيا هنوز قابل اعتماد است يا نه ؛ و يا اينكه حدوداً تا چه موقعي مي توان به كار صحيح برقگير مطمئن بود .

پلاك مشخصات ترانسفورماتور

اين پلاك بر روي بدنه ترانسفورماتور نصب مي شود و حاوي مشخصات ترانسفورماتور مي باشد . با توجه به موارد متعدد مشخص شده بر روي پلاك ، مشخصات آن را در بخش بعدي به طور مفصل بيان مي كنيم .

مشخصات پلاك ترانسفورماتور

به منظور ارائه مشخصات و خصوصيات ترانسفورماتورها ، از يك پلاك مشخصه ( كه بر روي بدنه ترانسفورماتور نصب مي شود ) ، استفاده مي گردد . در اين قسمت به بيان مشخصات بر روي پلاك هاي ترانسفورماتورها مي پردازيم .

۱) توان ظاهري نامي : اين مشخصه بيان گر قدرت سه فاز ترانسفورماتور مي باشد كه بر حسب kVA يا MVA بيان مي شود . البته در بعضي از ترانسفورماتورها دو عدد براي بيان توان ظاهري بيان مي شود كه يكي ، توان ظاهري با عملكرد فن هاي ترانسفورماتور ، و ديگري بدون عملكرد آنها مي باشد . راجع خنك كنندگي و فن ها در ادامه صحبت خواهيم كرد .

۲ ) استاندارد : اين مشخصه بيانگر آن است كه ترانسفورماتور مذكور بر اساس چه نوع استانداردي ساخته شده است . با توجه به استاندارد I E C ، مطلوب است تا ترانسفورماتورهاي فشار قوي بر اساس استاندارد ۷۶ – I E C طراحي و ساخته شود .

۳ ) نوع : در اين قسمت ، نام و نوع مدل ترانسفورماتور آورده مي شود .

۴ ) فركانس كار : در اين قسمت از پلاك ، فركانسي را كه ترانسفورماتور براي آن طراحي شده است ، بيان مي شود .

۵ ) نوع ترانسفورماتور بر اساس تقسيم بندي هسته اي يا پوسته اي ( زرهي ): اين مشخصه بيانگر نوع ترانسفورماتور بر اساس تقسيم بندي هسته اي يا پوسته اي است .

۶ ) تعداد فاز ترانسفورماتور : بيانگر يك فاز يا سه فاز بودن ترانسفورماتور است .

۷ ) نوع ترانسفورماتور از نظر قابليت بهره برداري مداوم يا فاصله دار : در اين قسمت مشخص مي شود كه آيا ترانسفورماتور مي تواند دائماً زير بار باشد ، يا بايد بين هر دو بهره برداري از آن ، براي مدتي بي بار شود . اكثر ترانسفورماتورهاي قدرت از نوع قابل بهره برداري به طور مداوم است .

۸ ) نوع ترانسفورماتور از نظر تپ چنجر : با توجه به اينكه تپ ترانسفورماتورهاي قدرت به دو نوع قابل قطع زير بار و بدون بار تقسيم بندي مي شود ، در نتيجه بر روي پلاك ترانسفورماتورها ، نوع تپ چنجر بكار رفته بيان مي شود ، در نتيجه بر روي پلاك ترانسفورماتورها ، نوع تپ چنجر بكار رفته بيان مي شود . همچنين مقدار تپ ها با مقدار ولتاژ ايجاد شده در ثانويه يا اوليه ترانسفورماتور با هر تپ ارائه مي شود . بعلاوه در ترانسفورماتورهاي با قدرت بالا ، نحوه اتصالات سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه و تپ نشان داده مي شود .

۹ ) وزن قسمتهاي مختلف : بر روي پلاك مشخصات ، وزن اجزاء مختلف ترانسفورماتور از قبيل هسته و سيم پيچ ها ، تانك و ضمائم آن ، روغن ( حجم روغن ) و جمع كل وزن ترانسفورماتور ( با مخزن تانك و بدون آن ) ارائه مي گردد.

۱۰ ) نوع سيستم خنك كنندگي در نظر گرفته شده در ترانسفورماتور: در اين قسمت مشخص مي شود كه ترانسفورماتور داراي چه امكاناتي براي انتقال هرچه بهتر حرارت سيم پيچ ها و هسته به خارج است . همانگونه كه در بحث تجهيزات خنك كنندگي ترانسفورماتور قدرت هم بيان نموديم ، غوطه ور شدن هسته و سيم پيچ ها در يك مايع دي الكتريك مثل روغن معدني ، نه تنها يك امتياز عايق شدگي بهتر را نشان مي دهد ، بلكه عمل خنك كردن را آسان مي سازد . البته با افزايش دماي روغن ، خنك كردن آن هم توسط هوا يا آب صورت مي گيرد مبادله و رد بدل كردن حرارت بين سيم پيچ ها با روغن ، و روغن با هوا يا آب ، مي تواند به طور طبيعي يا اجباري ( استفاده از پمپ يا فن ) صورت گيرد . در نتيجه براي ترانسفورماتور هاي قدرت ، سيستم هاي خنك كنندگي متنوعي به وجود آيد . لازم به ذكر است كه براي نمايش نوع سيستم خنك كنندگي از حروف اختصاري استفاده مي شود كه اين حروف تشكيل دهنده عبارتند از : A معرف هوا ، O معرف روغن ، W معرف آب ، N معرف چرخش طبيعي ، F معرف چرخش تحت نيرو توسط پمپ با فشار غير مستقيم ، D معرف چرخش تحت نيرو توسط پمپ با فشار مستقيم . منظور از فشار مستقيم آن است كه روغن با فشار ، به داخل هسته و بين سيم پيچ ها حركت داده مي شود . همچنين فشار غير مستقيم به اين معني است كه تنها روغن در داخل تانك ترانسفورماتور با فشار پمپ حركت مي كند . اكنون به بيان انواع سيستم هاي خنك كنندگي ترانسفورماتور مي پردازيم .

الف ) سيستم ONAN ( روغن طبيعي ـ هوا طبيعي ) : در اين سيستم ، هوا به طور طبيعي با سطح خارجي رادياتور روغن در تماس است و رادياتور ها به طور طبيعي با هوا خنك مي شوند . همچنين گردش روغن در ترانسفورماتورها نيز به طور طبيعي با هوا خنك مي شوند . همچنين گردش روغن در ترانسفورماتور نيز به طور طبيعي صورت مي گيرد ؛ يعني روغن گرم بالا مي رود و روغن سرد ، جاي آن را مي گيرد . اين نوع سيستم خنك كنندگي مختص ترانسفورماتورهاي با قدرت كم است ؛ زيرا با فزايش قدرت ترانسفورماتور ، حرارت سيم پيچ ها زياد مي شود . و روغن بايد با سرعت بيشتري از روي آنها عبور كند تا روغن گرم شده در اثر عبور از سيم پيچ ها ، با سرعت بيشتر يدر تماس با هواي بيرون قرار گيرد و عمل خنك كنندگي با سرعت بيشتري در تماس با هواي بيرون قرار گيرد و عمل خنك كنندگي با سرعت بيشتري انجام شود . از اين نوع سيستم براي ترانسفورماتورهاي قدرت تا MVA 30 مورد استفاده مي گيرد .

ب ) سيستم ONAF ( روغن طبيعي ـ هوا اجباري ) : در اين سيستم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به طور طبيعي صورت مي گيرد ؛ ولي فن هاي نصب شده روي بدنه رادياتورها ، سرعت سرعت تماس هواي خارج با بدنه رادياتور را را افزايش مي دهد . لذا روغن سريعتر خنك مي شود و طبعاً مي توان از توان ترانسفورماتور را بالا برد .

دميدن هوا توسط فن ها مي تواند به طور مداوم يا با فاصله تناوبي انجام شود ؛ بدين صورت كه عملكرد فن مي تواند تابعي از درجه حرارت روغن داخل ترانسفورماتور باشد و هنگامي كه دماي روغن از حد معيني افزايش يافت ، فن به طور خودكار وارد مدار مي شوند . البته هنگامي كه درجه حرارت محيط خيلي بالا باشد ، ترانسفورماتور مي تواند بدون سيستم فن و با خنك شدن طبيعي ، تقريباً تا ۷۵/۰ توان نامي خود كار كند و در صورتي كه بخواهيم با توان نامي كار كند ، بايد فن ها شروع به كار كنند .

اين نوع سيستم خنك كنندگي به طور وسيعي در ترانسفورماتورهاي قدرت با توان بين ۳۰ تا ۶۰ مگا ولت آمپر مورد استفاده قرار مي گيرد .

ج ) سيستم OFAF ( روغن اجباري ـ هوا اجباري ) : در اين سيستم گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به كمك فن ، سرعت داده مي شود تا انتقال حرارت با سرعت بيشتري انجام گردد . فن ها هوا نيز بدنه رادياتورها را در تماس بيشتري با هوا قرار مي دهند تا روغن را سريعتر خنك كنند . در اين سيستم با توجه به سرعت بسيار بالاي خنك كنندگي سيم پيچ ها ، مي توان قدرت نامي ترانسفورماتور را مي توان به سرعت قابل ملاحظه اي افزايش داد . مثلاً در ترانسفورماتور KV 20/230/400 پست نكا ، قدرت نامي در سيستم هاي مختلف خنك كنندگي نوشته شده است .لازم به ذكر است عموماً از اين نوع سيستم خنك كنندگي در ترانسفورماتورهاي با توان بيش از MVA 60 استفاده مي شود .

د) سيستم OFWF ( روغن اجباري ـ آب اجباري ) : در اين سيستم ، ابتدا روغن توسط پمپ از بالاي ترانسفورماتور وارد رادياتور مي شود تا پس از عبور از آن ، از پايين رادياتور وارد ترانسفورماتور گردد . در رادياتور ، آب خنك كنندگي هم توسط پمپ در خلاف مسير روغن در رادياتور عبور مي كند كه باعث كاهش دماي روغن مي شود . از اين نوع سيستم در ترانسفورماتورهاي با توان بيش از MVA60 مورد استفاده قرار مي گيرد .

ر ) سيستم ODWF ( روغن اجباري در سيم پيچ و هسته ـ آب اجباري ) :در ترانسفورماتورهاي با قدرت بسيار بالا ، به منظور كاهش هرچه بيشتر دماي سيم پيچ ها و هسته بايد روغن را توسط پمپ ها ، با فشار و جهت مناسب از قسمت تحتاني ترانسفورماتور به داخل سيم پيچ ها و هسته هدايت نمود . همچنين مشابه روش قبل ، با استفاده از رادياتور و چرخش روغن در داخل آن و به واسطه تماس غير مستقيم با آب خنك كنندگي ، دماي روغن به مقدار مورد نظر كاهش مي يابد .

۱۱ ) ولتاژ نامي ترانسفورماتور : در اين قسمت ولتاژ نامي در اوليه و ثانويه ترانسفورماتور بيان مي شود . همچنين اگر ولتاژ بالا به همراه تپ چنجر باشد ، مقدار اين مشخصه هم بيان مي شود . مثلاً در پست محلي نيروگاه ري مشخصات KV % 5/2 × ۲ + ۲۴۵ : HV ، KV 11 : LV بيانگر آن است كه ولتاژ فشار ضعيف به مقدار KV 11 و ولتاژ فشار قوي به مقدار KV 245 است كه داراي دو پله تپ چنجر در جهت افزايش و دو پله تپ در جهت كاهش است . به عبارت ديگر ، ولتاژهاي طرف ثانويه از تپ هاي پايين به بالا به ترتيب برابر KV 25/257 ، KV 125/251 ، KV 245 ، KV 875/238 ، KV 75/232 مي باشد. اين تغييرات توسط وسيله اي به نام تپ چنجر صورت مي گيرد .

۱۲ ) جريان نامي : معمولا در پلاك مشخصات ترانسفورماتور ، جريان نامي در اوليه و ثانويه را در كنار ولتاژ نامي ذكر مي كنند . البته در صورتي كه ترانسفورماتور قادر به عملكرد در حالت هاي مختلف سيستم خنك كنندگي ( O F AF ، ONAN ، ONAN ) باشد ، جريان نامي براي همه حالتها ارائه مي گردد ؛ زيرا در هر حالت ، قدرت ترانسفورماتور تغيير مي كند .

۱۳ ) گروه برداري اتصالات : اصولاً در ترانسفورماتورها بين ولتاژ اوليه و ثانويه ، اختلاف فازي حاصل مي شود كه مقدار آن بستگي به طريقه اتصال بين سيم پيچ هاي مختلف فازي حاصل مي شود كه مقدار آن ، بستگي به طريقه اتصال بين سيم پيچ هاي مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا بايد نحوه اتصالات سيم پيچ هاي اوليه و ثانويه را مشخص نمود . براي مشخص نمودن اتصالات سيم پيچ هاي ترانسفورماتور از حروف اختصاري استفاده مي شود . به اين ترتيب كه اتصال ستاره با Y ، اتصال مثلث با D و اتصال زيگزاگ را با Z نشان مي دهند . در ضمن اگر اتصال مورد نظر در طرف فشار قوي باشد ، با حروف بزرگ و اگر در طرف فشار ضعيف باشد ، با حروف كوچك نمايش مي دهند ؛ مثلا اتصال ستاره ـ ستاره با Yy و يا اتصال مثلث ـ زيگزاگ با Dz مشخص مي شود . حال اگر در طرف ستاره يا زيگزاگ ، مركز ستاره يا زيگزاگ ، زمين شده باشد ، متناسب با اين كه اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا يا پايين باشد ، به ترتيب از حروف N يا n استفاده مي شود ؛

بعلاوه در ترانسفورماتور ها ، هر فاز اوليه با فاز مشابه اي درثانويه ، اختلاف فاز مشخصي دارد كه جزء خصوصيات آن ترانسفورماتور به شمار مي آيد ؛ مثلا ممكن است اين زاويه ۰ ، ۳۰ ، ۱۵۰ ، ۱۸۰ ، … باشد . براي آنكه زاويه مذكور ، اختلاف فاز را براي هر ترانسفورماتور مشخص نمايد به صورت مضربي از عدد ۳۰ تبديل مي كنند و مضرب مشخص شده را در جلوي حروف معرف اتصالات طرفين ترانسفورماتور مي آورند . مثلا مشخصه ۱۱ Ynd بيانگر اوليه ستاره با مركز ستاره زمين شده و ثانويه ، مثلث است كه اختلاف زاويه بين اوليه و ثانويه برابر ۳۳۰=۳۰*۱۱ مي باشد . به اين عدد ، گروه ترانسفورماتور مي گويند .

اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دسته مجزا تقسيم مي شوند كه عبارتند از:

الف ) دسته يك : به ترانسفورماتورهايي گفته مي شود كه داراي گروه ۰ ، ۴ يا ۸ هستند .

ب ) دسته دو : به ترانسفورماتورهايي گفته مي شود كه داراي گروه ۲،۶ يا ۱۰ هستند .

ج ) دسته سه : به ترانسفورماتورهايي گفته مي شود كه داراي گروه ۱ يا ۵ هستند.

د ) دسته چهار : به ترانسفورماتورهايي گفته مي شود كه داراي گروه ۷ يا ۱۱ هستند .

اما دو مضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتور ها ، تعيين گروه آنها با توجه به نوع اتصال ، و يا يافتن اتصال سيم پيچ با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتور مي باشد .

۱۴ ) سطح عايقي بوشينگ ها : ( BIL ) اين مشخصه نشان مي دهد كه بوشينگ ها ، هر يك تا چه ولتاژي مي تواند خاصيت عايقي خود را حفظ كنند . در واقع ، عددي كه بعنوان BIL معرفي مي شود ، بينانگر ولتاژ شكست عايق بوشينگ ها است . در پلاك مشخصات ، سطح عايقي بوشينگ هاي ولتاژ بالا ، ولتاژ و اتصال زمين ذكر مي گردد .

۱۵ ) امپدانس ولتاژ يا اختلاف سطح اتصال كوتاه ( %UK ) : اين دو مشخصه كه يكي از آنها در پلاك مشخصات ترانسفورماتور ذكر مي شود ، اطلاعات لازم را براي محاسبات اتصال كوتاه و طراحي مدارهاي حفاظت در اختيار مي گذارد .

امپدانس ولتاژ ، در صدي از افت ولتاژ نامي است كه اگر به يك طرف ترانسفورماتور داده شود و طرف ديگر اتصال كوتاه شده باشد ، بايد جريان نامي از سيم پيچ اتصال كوتاه شده بگذرد . كوچك بودن %UK بيانگر تلفات كم ترانسفورماتور است ؛ ولي در عوض ، باعث افزايش جريان اتصال كوتاه مي شود و در نتيجه به كليدهاي با قدرت بالاتري نياز خواهيم داشت . پس بالا بردن امپدانس از نظر تلفات ، اثر منفي دارد ؛ ولي از نظر جريان اتصال كوتاه و قدرت قطع كليدها يك نكته مثبت است .

۱۶ ) جريان تحريك يا بي باري : جريان بي باري ، جرياني است كه اگر يك طرف ترانسفورماتور به ولتاژ نامي وصل شود . طرف ديگر آن مدار باز باشد ، از منبع تغذيه دريافت شود . اين جريان بيانگر تلفات حرارتي و ترانسفورماتور است . اين تلفات كه به نام تلفات بي باري است ، شامل تلفات فوكو و هيسترزيس ( كه توسط مولفه حقيقي جريان بي باري مشخص مي شود ) ، تلفات هسته ( كه توسط مولفه موهومي جريان بي باري تعيين مي گردد ) و تلفات عايقي است .

۱۷ ) افزايش مجاز دما : اين مشخصه ، ميزان دما و روغن و سيم پيچي ترانسفورماتور را نشان مي دهد . به عنوان مثال ، در پست محلي نيروگاه ري ، افزايش دما تا ۶۵ درجه سانتيگراد مجاز دانسته شده است . البته اين دماي حداكثر با توجه به ارتفاع ۱۰۰۰ متر از سطح دريا و درجه حرارت حداكثر محيط ۴۰ درجه سانتيگراد است . در اين صورت اگر دما از ۶۵ درجه سانتيكراد بيشتر شود ، فن ها شروع بكار مي كنند و اگر دما به ۱۱۵ درجه سانتيگراد برسد ، آلارم داده مي شود و در صورت رسيدن دما به ۱۲۰ درجه سانتيگراد فرمان قطع ترانسفورماتور صادر مي شود .

خصوصيات ترانسفورماتور قدرت نيروگاه

همانگونه كه در مصرف داخلي نيروگاه بيان نموديم ، در نيروگاه ، ترانسفورماتورهاي متعددي وجود دارند كه هر يك از آنها داراي وظايف مخصوص به خود هستند . در اينجا خصوصيات اين ترانسفورماتور را مورد ارزيابي قرار مي دهيم .

ترانسفورماتور ژنراتور

اين ترانسفورماتور به عنان بزرگترين ترانسفورماتور نيروگاه مي باشد كه وظيفه آن ، انتقال انرژي از ژنراتور به شين اصلي مي باشد . بنابراين ، ترانسفورماتور مذكور از يك طرف به ولتاژ فشار ضعيف ترانسفورماتور و از طرف ديگر به ولتاژ فشار قوي شبكه متصل مي گردد . قدرت اين ترانسفورماتورها بستگي به ظرفيت توليدي ژنراتور دارد و به گونه اي تعيين مي شود كه قدرت نامي خروجي ( برحسب MW ) خود را در ضريب قدرت ۷/۰ پيش فاز داشته باشد .

معيارهاي مهم و موثري كه بايد در طراحي اين ترانسفورماتورها در نظر گرفته شوند عبارتند از :

۱ ) ولتاژ سيم پيچ فشار قوي بسيار بالا است ( معمولا kv 132 ، kv 230 ، kv 400 )

۲ ) جريان سيم پيچ فشار ضعيف بسيار بالا است . ( به عنوان مثال براي يك ترانسفورماتور MVA 800 برابر KV 20 مي باشد )

۳ ) درصد امپدانس اين ترانسفورماتور بايد كمتر از مقدار بدست آمده در ساده ترين طراحي براي اين مقدار باشد ؛ كه مقداري در حدود ۱۶ % مشخص مي شود. همچنين تغييرات درصد امپدانس با موقعيت تپ ترانسفورماتور ، بايد در يك ميزان حداقلي نگه داشته شود .

۴ ) به منظور كنترل ولتاژ فشار قوي و ضريب قدرت ژنراتور ، ترانسفورماتور بايد مجهز به تپ چنجر زير بار باشد . در اين حالت ، ولتاژ فشار ضعيف بايد در محدوده %۵ از ولتاژ خود ، ثابت باقي مي ماند .

۵ ) به خاطر تحمل وزن زياد اين ترانسفورماتورها ، بايد پي ريزي مناسبي صورت پذيرد . همچنين براي حمل آنها نياز به وسايل انتقال مناسبي مي باشد .

۶ ) قابليت اطمينان و در دسترس بودن اين ترانسفورماتورها بايد تا حد امكان بالا باشد ؛ زيرا بدون وجود اين ترانسفورماتور ، امكان انتقال قدرت به شبكه وجود ندارد و همچنين هزينه تعويض آنها هم بسيار زياد است . البته معيارهاي ديگري نيز وجود دارند كه از اهميت كمتري برخوردار هستند . اين معيارها عبارتند از :

الف ) به خاطر اينكه اين ترانسفورماتورها در ضريب بار بالايي كار مي كنند ، بايد تلفات بي باري و بارداري آنها تا حد امكان پايين باشد .

ب ) در طرح اتصال مستقيم ترانسفورماتور به سيستم KV 400 ، استحكام نيروي بالايي مورد نياز مي باشد .

ج ) ميزان درصد ترانسفورماتور بايد از حد مجاز كمتر باشد .

د ) در اين ترانسفورماتور ظرفيت اضافه بار خيلي كمي مورد نياز مي باشد . در طراحي اين ترانسفورماتورها ، به طور عادي مقدار ۴ % اضافه بار براي سه دوره يك ساعته براي هر روز بايد در نظر گرفته شود .

نكته بسيار مهم در مورد اين ترانسفورماتورها آن است كه در نيروگاه هاي با قدرت توليدي زياد ، وزن ترانسفورماتورهاي سه فاز ژنراتورها بسيار زياد مي باشد . . ابعاد آن هم بزرگ مي شود . در نتيجه حمل و نقل و نصب آنها با مشكل روبرو خواهد شد . بدين منظور در اين نيروگاه ها از سه ترانسفورماتور تك فاز استفاده مي شود تا هزينه حمل نقل و نصب كاهش يابد .

ترانسفورماتور نيروگاه

اين ترانسفورماتور ، وظيفه تامين انرژي مصرف داخلي نيروگاه را براي مواقع راه اندازي سيكل ترموديناميكي بر عهده دارد . همچنين بارهايي را كه در ارتباط با واحد توليدي ژنراتورها نمي باشد . مي توان از اين ترانسفورماتور تغذيه نمود . به عنوان مثال ، از اين نوع بارها مي توان به مصارف روشنايي ، جرثقيل ها ، كارگاه ها و ديگر موارد اشاره نمود . اين ترانسفورماتورها از طريق شبكه ، انرژي هاي مورد نياز را تامين مي كنند . عواملي كه در طراحي اين نوع ترانسفورماتورها موثر است عبارتند از :

الف ) طرف فشار قوي اين ترانسفورماتور به ولتاژ شبكه نيروگاه متصل مي شود .

ب ) با توجه به اين نكته كه اين ترانسفورماتور براي تغذيه داخلي است ، در نتيجه، ولتاژ فشار ضعيف اين ترانسفورماتور ها بايد متناسب با ولتاژ مصرفي داخلي باشد .

ج ) امپدانس اين ترانسفورماتورها بايد به گونه اي باشد كه به خاطر موازي بودن با ترانسفورماتور واحد نيروگاه ، قدرت اتصال كوتاه را از حد مجاز خود افزايش ندهد؛ كه عموماً در حدود ۱۵ % انتخاب مي شود .

د ) با توجه به اينكه با تغيير بار مصرف داخلي و تغييرات ولتاژ شبكه نبايد ولتاژ مصرف داخلي تغيير كند ، لذا بايد اين ترانسفورماتور ، مجهر به تپ چنجر زير بار باشد .

ه ) با توجه به اينكه ترانسفورماتورهاي نيروگاه در نصف بار نامي يا كمتر از آن كار مي كنند ، لذا ضريب بار آنها كم مي باشد ؛ در نتيجه تلفات بار اين نوع ترانسفورماتورها زياد است ، ولي بايد تلفات ثابت ثابت آن تا حد امكان باشد .

ترانسفورماتور واحد

اين ترانسفورماتورها ، وظيفه تامين مصرف داخلي نيروگاه را در شرايط عادي از پايانه هاي ژنراتور به عهده دارند . به عبارت ديگر ، انرژي مورد نياز مصرف داخلي از طريق اين ترانسفورماتور و از انرژي توليدي ژنراتور تامين مي شود . از عوامل موثر در طراحي ترانسفورماتورهاي واحد ، مي توان به موارد زير اشاره نمود :

الف ) ولتاژ فشار قوي اين ترانسفورماتورها برابر ولتاژ نامي ژنراتور مي باشد .

ب ) ولتاژ فشار ضعيف اين ترانسفورماتورها متناسب با ولتاژ مصرف داخلي نيروگاه مي باشد .

ج ) امپدانس اين ترانسفورماتور بايد به گونه اي باشد كه در حالت عملكرد موازي با ترانسفورماتور نيروگاه ، سطح قدرت اتصال كوتاه را از حد مجاز بالاتر نبرد و معمولا اين مقدار در حدود ۱۵ % انتخاب مي شود .

د ) با توجه به اينكه ولتاژ فشار قوي اين ترانسفورماتورها برابر ولتاژ ژنراتور است و حلقه كنترل ولتاژ ( AVR ) هم وظيفه نگهداري ولتاژ پايانه ژنراتور را در حدود %۵ ولتاژ نامي ان بر عهده دارد ، لذا استقامت از تپ چنجر زير بار براي اين ترانسفورماتور ها لزومي ندارند .

ه ) در شرايط عادي ، مصرف داخلي نيروگاه ها از طريق اين ترانسفورماتور تامين مي شود ؛ لذا ضريب بار عملكرد آنها زياد مي شود . در نتيجه اين ترانسفورماتورها داراي تلفات بي باري و بارداري زيادي هستند .

و ) در زمان تغيير وضعيت تغذيه مصرف داخلي از ترانسفورماتور نيروگاه به ترانسفورماتورمصرف داخلي ، براي مدت كوتاهي اين دو ترانسفورماتوربا هم موازي مي شوند . در نتيجه يك جريان گردشي زيادي بين اين دو ترانسفورماتور برقرار مي شود كه در شكل مشاهده مي شود ، در نتيجه اين ترانسفورماتور بايد تحمل اضافه جريان مذكور را براي زمان كوتاهي داشته باشد .

شكل نحوه ايجاد جريان گردشي در تغذيه مصرف داخلي نيروگاه

ترانسفورماتورهاي كمكي

همانگونه كه در بحث مصرف داخلي نيروگاه ها بيان نموديم ، به منظور تغذيه پمپ ها ، فن ها ، موتورهاي كوچك و بزرگ ، سيستم هاي روشنايي و اضطراري و … سطح ولتاژهاي مختلفي در مصرف داخلي نياز مي باشد . عموماً در نيروگاه ها با توجه به مقدار توان توليدي ، دو ، سه يا چهار سطح ولتاژ مورد نياز است . در نتيجه به منظور اين سطح ولتاژها ، نياز به ترانسفورماتورهاي كمكي مي باشد تا از ولتاژ اصلي نيروگاه ( ولتاژ ژنراتور ) ، ولتاژهاي سطح فشار قوي و فشار ضعيف مصرف داخلي نيروگاه مهيا شود . عموماً اين ترانسفورماتورها با توجه به نحوه استفاده از آنها در مناطق سرپوشيده نيروگاه مورد استفاده قرار مي گيرند . ترانسفورماتورهايي كه ولتاژهاي فشار قوي مصرف داخلي نيروگاه را توليد مي كنند ، از نوع ترانسفورماتورهاي روغني با سيستم خنك كنندگي ONAN ( روغن طبيعي ـ هوا طبيعي ) مي باشند ؛ ولي ترانسفورماتورهاي توليد كننده ولتاژ فشار ضعيف مصرف داخلي ، از نوع ترانسفورماتورهاي خشك با سيستم خنك كنندگي هوا مي باشند . البته لازم است تا در ترانسفورماتورهاي قدرت نوع خشك ، از بهترين نوع عايقي استفاده شود تا درجه حرارت زيادي بتواند تحمل كند . معمولاً عايق مورد استفاده از عايق كلاس C مي باشد كه حداكثر درجه حرارت قابل تحمل آن ، بيش از ۱۸۰ درجه سانتيگراد است .