+- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir)
+-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1)
+--- انجمن: دانشگاه جامع علمی و کاربردی (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=7)
+---- انجمن: **مرکز علمی و کاربردی کوشا** (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=42)
+----- انجمن: مهندسی نرم افزار - ساعت 8 - جمعه - ترم اول 98-99 (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=163)
+----- موضوع: انواع ترانسفورماتور ها و اجزای تشکیل دهنده آن (/showthread.php?tid=37434)
انواع ترانسفورماتور ها و اجزای تشکیل دهنده آن - حسین شفائی نژاد - 26-12-2019
- ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاهها وپستهای فشار قوی
2- ترانسهای توزیع درپستهای توزیع زمینی و هوایی ، برای پخش انرژی در سطح شهرها و کارخانه ها
3- ترانسهای قدرت برای مقاصد خاص مانند کوره های ذوب آلومینیوم ، مکیوسازها و واحد های جوشکاری
4- قدرت جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی
5- ترانسهای ولتاژ و جریان جهت مقاصد اندازه گیری و حفاظت
ساختمان ترانسهای قدرت روغنی:
قسمتهای اصلی در ساختمان ترانسهای قدرت روغنی عبارتند از :
1- هسته یک مدار مغناطیسی 2- سیم پیچ های اولیه و ثانویه 3- تانک اصلی روغن
به جز موارد فوق اجزای دیگری به منظور اندازه گیری و حفاظت به شرح زیر وجود دارند:
1- کنسرواتور یا منبع انبساط روغن 2- تپ چنجر 3- ترمومترها 4- نشان دهنده های سطح روغن 5- ژله بوخهلتس 6- سوپاپ اطمینان یا لوله لنفجاری (شیر فشار شکن) 7- رادیاتور 8- پمپ و فن ها 9- شیرهای نومنه برداری از روغن 10- شیرهای مربوط به پرکردن و تخلیه روغن ترانس 11- مجرای تنفسی و سیلیکاژل مربوط به تانک اصلی و تپ چنجر 12- تابلوی کنترل 13- تابولی مکانیزم تپ چنجر 14- چرخ ها 15- پلاک مشخصات نامی
هسته:
هسته ترانس یک مدار مغناطیسی خوب با حد اقل فاصله هوایی و حداقل مقاومت مغناطیسی است تا فورانهای مغناطیسی به راحتی از آن عبور کنند . هسته به صورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود 3/0 میلیمتر و حتی کمتر است. برای کاهش فوکو ورقه ها تا حد امکان نازک ساخته می شوند ولی ضخامت آنها نباید به حدی برسد که از نظر مکانیکی ضعیف شده و تاب بردارد.در ترانسهای قدرت ضخامت ورقه ها معمولاً 3/0 یا 33/0 میلیمتر انتخاب می شود که این ورقه ها توسط لایه نازکی از وارنیش عایقی با یک سیم نازک عایقی ، نسبت به هم عایق می شوند.
سیم پیچی های ترانس:
در ساختمان سیم پیچی های ترانس باید موارد متعددی در نظر گرفته شوند که در زیر به آنها اشاره می کنیم:
1- در سیم پیچ ها باید جنبه های اقتصادی که همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس می باشد، مراعات شود.
2- ساختمان سیم پیچ ها برای رژیم حرارتی که باید در آنها کار کند محاسبه شود ، زیرا در غیر این صورت عمر ترانس کاسته خواهد شد.
3- سیم پیچ ها در مقابل تنش ها و کشش های حاصل از اتصال کوتاه های ناگهانی مقاوم شوند.
4- سیم پیچ ها باید در مقابل اضافه و لتاژهای ناگهانی از نقطه نظر عایقی ، مقاومت لازم را داشته باشند. سیم پیچ ترانس ها نسبت به هم دو نوع سیم پیچ ، تعداد حلقه ها ، درجه واندازه سیم ها و ضخامت عایق بین حلقه ها متفاوت خواهند بود. هرچه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعدا حلقه های سیم پیچ بیشتر می شود و هرچه ظرفیت ترانس بیشتر شود ، اندازه سیم ها بزرگتر می گردد. در ترانس با هسته ستونی ،سیم پیچ ها اعم از فشار قوی ، متوسط و فشار ضعیف و سیم پیچ تنظیم به صورت استوانه متحد المرکز روی ستونهای هسته قرار می گیرند. معمولاً سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و فشار قوی در خارج واقع می شوند ترتیب فوق به این دلیل رعایت می شود که عایق کاری فشار ضعیف نسبت به هسته راحت تر است.
تانک اصلی روغن:
تانک ترانس یک ظرف مکعب یا بیضوی شکل است که هسته و سیم پیچ های ترانس در آن قرار می گیرند و نقش یک پوشش محافظتی را برای آنها ایفا می کند، داخل این ظرف از روغن پر می شود به طوریکه هسته و سیم پیچ کاملاً در روغن فرو می روند. سطح خارجی تانک تلفات گرمای داخل ترانس را به بیرون منتقل می کند از هر متر مربع سطح تانک حدوداً 400 تا 450 وات توان گرمایی به بیرون منتقل می شود بطوریکه در ترانسهای کوچک ، همین سطح برای خنک کاری کافی است و به تمهیدات دیگری نظیر رادیاتور و فن نیاز نمی باشد. در ترانسهای تا KVA 50 بدنه تانک از ورق ساده فولادی به ضخامت حدوداً 3 میلیمتر ساخته می شود. سطح آن صاف بوده و نیازی به میله های تقویتی یا لوله های خنک کن ندارد. هر 4 وجه ترانس از یک ورق یک پارچه درست می شود و فقط در یک گوشه جوشکاری می گردد. تانک ترانس بایستی موجب شود که موارد مشروحه زیر تأمین گردد:
1- حفاظتی برای هسته ،سیم پیچ ، روغن و سایر متعلقات داخلی باشد.
2- دارای استقامت کافی باشد که در حین حمل و نقل و نیز در زمان اتصال کوتاه داخلی بتواند تنش های مکانیکی ایجاد شده را تحمل نماید.
3- ارتعاشات وصدا در آن به حداقل برسد.
4- ساختمان آن در برابر نشت روغن و یا نفوذ هوا کاملاً آب بندی باشد.
5- سطوح کافی برای دفع گرمای ناشی از تلفات ترانس را تأمین کند.
6- محلی برای نصب بوشینگها ، تپ چنجر ، مخزن ذخیره روغن و سایر متعلقات باشد.
7- حداقل تلفات فوکو در آن ایجاد شود.
8- حداقل میدان مغناطیسی در خارج آن وجود داشته باشد.
به این ترتیب طراحی تانک ترانس به روش پیش بینی شده برای حمل و نقل آن نیز بستگی دارد.
مقره ها (بوشینگ ها):
سرهای خروجی سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف باید نسبت به بدنه فلزی تانک،عایق کاری شوند. برای این منظور از مقره ها استفاده می کنند. مقره یا بوشینگ تشکیل شده است از یک هادی مرکزی که توسط عایق های مناسبی درمیان گرفته شده است. بوشینگ ها روی درپوش فوقانی ترانس نصب می شوند و در موارد نادری بوشینگها را روی دیواره جانبی تانک هم نصب می کنند. انتهای پائینی مقره در داخل تانک جای می گیرد، در حالیکه سردیگر آن در بالای درپوش و در هوای خارج واقع می شود.ترمینالهای هر دو سر دارای بستهای مناسبی برای اتصال به سر هادی های داخل ترانس و نیز هادی های شبکه می باشند. شکل و اندازه بوشینگها به کلاس ولتاژ، نوع محل و جریان نامی آن بستگی دارد. بوشینگهای داخل ساختمانی نسبتاً کوچک بوده و سطح آن صاف است، اما بوشینگهای هوای آزاد کاملاً در معرض شرایط مختلف جوی نظیر برف و باران و آلودگی قرار می گیرند، بنابراین از نظر شکل کاملاً متفاوتند و از سپر هایی به شکل چتر تشکیل می شوند، تا سطح زیرین آنها در مقابل باران خشک نگه داشته شوند. در این صورت سطح خارجی آنها زیاد شده و فاصله خزش جرقه روی سطح چینی عایق زیادتر می گردد و در نتیجه استقامت الکتریکی بوشینگ افزایش می یابد در حال حاضر تمام ترانس های با قدرت زیاد، برای کار در هوای آزاد ساخته می شوند.
کنسرواتور یا منبع انبساط روغن
کنسرواتور تانکی است که در بالاترین قسمت ترانس نصب می شود و در حین تغییرات باد روزانه روغن ترانس انبساط و انقباض می یابد و در حین انبساط وارد منبع ذخیره می شود. اندازه و حجم منبع ذخیره به اندازه ترانس و تغییرات دمای آن در هنگام بهره برداری بستگی دارد. در ترانس هایی که دارای تپ چنجر قابل قطع زیر باران هستند، منبع انبساط به دو بخش تقسیم می شوند که قسمت کوچکتر برای تپ چنجر و قسمت بزرگتر برای تانک اصلی در نظر گرفته می شود. از بالای هر قسمت منبع ذخیره لوله ای به فضای آزاد آورده می شود که به آن مجرای تنفسی می گویند در ورودی این مجرا ظرف شیشه ای قرار دارد که داخل آن از ماده ای رطوبت گیر بنام سیلیکاژل پر می شود. به این ترتیب هوای ورودی به ترانس، رطوبت خود را از دست داده و کاملاً خشک خواهد بود.
در هر قسمت منبع ذخیره، یک نشان دهنده سطح روغن نصب می شود تا سطح روغن را در حین کار ترانس بتوان نظارت کرد و همچنین دو سطح منبع دیگر که مجهز به کنتاکت آلارم می باشند نیز بر روی آنها نصب می گردند سطح خارجی منبع ذخیره نیز با رنگ مناسب پوشیده می شود تا زنگ نزند .
تپ چنجر (Tap chenger)
در بارهای مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نیز تغییر می کند و سبب تغییر ولتاژ شبکه می شود. کنترل ولتاژ شبکه های توزیع و انتقال عمدتاً توسط تپ چنجر ایجاد می شود. اساس کار تپ چنجر بر تغییر نسبت تبدیل ترانس استوار است بدین ترتیب که با انشعاباتی که در سیم پیچ فشار قوی تعبیه می گردد، تعداد دور سیم پیچ را تغییر داده و سبب تغییر ولتاژ خروجی ترانس می شود. تپ چنجرها به طور گسترده ای برای کنترل ولتاژ شبکه در سطوح مختلف ولتاژی بکار گرفته می شوند. معمولاً کنترل ولتاژ در محدوده 15% مقدور است. ولتاژ هر پله تپ چنجر معمولاً بین 1 تا 5/2 درصد تغییر می کند انتخاب مقدار کم برای پله ها سبب افزایش تعداد تپ ها می گردد، مقدار بالا برای هر پله باعث عدم امکان تنظیم دقیق ولتاژ مورد نظر می گردد. تپ چنجر را در سمت فشار قوی ترانس نصب می کنند به دلایل زیر:
1- در طرف فشار قوی جریان کمتر است لذا برای تپ چنجرهایی که زیر بار عمل می کنند حذف جرقه ساده تر است.
2- چون تعداد دور سیم پیچی های فشار قوی بیشتر است لذا امکان تغییرات یکنواخت تر و پله های کوچکتر به راحتی میسر است .
تپ چنجرها عموماً بر دو/2 نوع می باشند:
1- on load Tap chenger : ترانسهایی که تپ آنها زمانی که ترانس زیر بار است، تغییر می کند
2- off load Tap chenger : ترانسهایی که تپ انها زمانی که ترانس زیر بار نیست، تغییر می کند.
این تغییر تپ در محل روی بدنه ی ترانس صورت می گیرد. به این ترتیب با توجه به تعداد تپ و اینکه هر تپ چه مقدار تغییر ولتاژ به وجود می آورد و نیاز به چه مقدار تغییر در ولتاژ می باشد، تپ آنها را بر حسب نیاز سیستم تغییر می دهیم. مکانیزم عمل تپ به طور کلی به این صورت است که اهرمی قادر است در جهت گردش عقربه های ساعت تعداد حلقه های سیم پیچ را کم و در خلاف آن زیاذ نماید.
"ترمومترها"
این نشان دهنده ها، از نوع عقربه ای بوده و برای تشخیص درجه حرارت گرمترین نقطه سیم پیچی ترانس بکار می رود. معمولاً به ازای هر گروه سیم یک نشان دهنده بکار می گیرند که روی یکی از فازها نصب می شود. این روش اندازه گیری به صورت غیر مستقیم است به این معنی که غلاف ترمومتر داخل روغن بوده و دمای روغن را حس می کند، سپس توسط یک زف جریانی متناوب با جریان عبوری از سیم پیچ از کویل حرارتی عبور می کند، لذا گرمایی متناسب با سیم پیچ ها در ترمومتر ایجاد می شود.
نشان دهنده سطح روغن
اگر چه رلۀ بوخهلتس می تواند کاهش سطح روغن را نشان دهد ولی برای داشتن ضریب اطمینان بالاتر، نشان دهنده سطح روغن نیز بر روی منبع ذخیره پیش بینی می شود. ممکن است نشان دهنده به صورت دریچه شیشه ای برای دیدن سطح روغن باشد. علاوه بر آن نشان دهنده نوع عقربه ای که از طریق مغناطیس، با شناور داخل منبع کنسرواتور در ارتباط است نیز تعبیه می گردد و باید طوری نصب شود که از سطح زمین قابل رؤیت باشد. عقربه نشان دهنده باید نمایانگر سطوح حداکثر، حداقل و نرمال بوده و کنتاکتهایی برای آلارم نیز باید پیش بینی شده باشد .
رلۀ بوخهلتس:
تجهیزات الکتریکی که داخل آنها پر از روغن است نظیر ترانسفورماتورها، بوشینگهای آنها و ترمینال باکس مربوط به کابلها را می توان جهت محافظت از عیوب داخلی و از دست رفتن روغن آنها، با رلۀ بوخهلتس محافظت کرد. این رله که در لوله رابط بین تانک و منبع ذخیره نصب می شود از دو گوی شناور که در داخل محفظه رله نصب شده اند و می توانند همراه با سطح روغن جابجا شوند، تشکیل شده است. دو عدد کلید جیوه ای نیز با شناور همراه هستند و می توانند کنتاکتهایی را قطع یا وصل کنند، رلۀ بوخهلتس بسیار دقیق است و از آنجا که در مراحل اولیه آغاز شدن بسیاری از مشکلات آلارم می دهد. این شانس را به پرسنل بهره برداری می دهد که شرایط خطرناک را خیلی زود شناسایی کنند و از آسیبهای جدی به تجهیزات جلوگیری نمایند. تنظیم درجه حساسیت رلۀ بوخهلتس کاملاً تجربی بوده و بستگی به ترانس و رله دارد. در هر حال باید دقت داشته که رله خیلی حساس نباشد زیرا اضافه بار کم و جریانهای اتصال کوتاه شدید خارجی و حتی تغییرات درجه حرارت موسمی، سبب جریان پیدا کردن روغن می شود که نباید رلۀ بوخهلتس را بکار اندازد. پس از هر تریپ ترانس در اثر عملکرد رلۀ بوخهلتس باید گازهایی که در محفظه رله جمع شده است را خارج نمود تا شناور آن به حالت اولیه خود بازگردد. در ضمن باید گازهایی را که به محفظه گاز رله خارج می کنیم، از نظر قابلیت اشتعال مورد آزمایش قرار دهیم زیرا در صورتیکه ترانسفوماتور خوب تحت جلأ قرار نگرفته باشد هوای موجود در داخل روغن کم کم خارج شده و در رله جمع می گردد و می تواند سبب ظاهر شدن آلارم گردد. همچنین ممکن است به طریقی هوا به داخل ترانسفوماتور نفوذ کرده باشد. این عمل در ترانسهایی که روغن آن را جدیداً عوض کرده اند بیشتر پیش می آید. با وجود اینکه رله بوخهلتس یک رله بسیار خوبی است و می تواند از آغاز پیدایش نقص آن را تشخیص دهد و لیکن دارای محدودیت هایی نیز هست که در ادامه ذکر می کنیم.
محدودیت های رلۀ بوخهلتس:
1) فقط خطاهایی را تشخیص می دهد که در سطح روغن پائین تر از رله اتفاق می افتد.
2) تنظیم کلید جیوه ای را نمی توان زیاد حساس گرفت، زیرا در این صورت لرزشهای ناشی از بهره برداری، زلزله، شوکهای مکانیکی در خط و حتی نشستن پرنده ها، ممکن است اشتباهاً آنرا بکار اندازد.
3) مینیمم زمان عمل کردن آن 1/0 ثانیه است و متوسط آن 2/0 ثانیه. چنین رله ای خیلی کند به حساب می آید و لیکن با وجود آن ارزش این رله بسیار بالاست
4) از نظر اقتصادی رلۀ بوخهلتس برای ترانسهای کمتر از 500KVA بکار نمی رود.
سوپاپ اطمینان یا لولۀ انفجاری (شیر فشار شکن)
در اثر اتصال کوتاه ناگهانی و یا هر حادثۀ دیگر در هسته و سیم پیچها که منجر به ایجاد گاز شدید شود. فشار داخل تانک می تواند به میزان خطرناکی افزایش یابد، برای جلوگیری از خطر انفجار تانک در بالای درپوش آن شیر فشار شکن نصب می گردد. این شیر در عرض چند میلی ثانیه عمل خواهد کرد و سبب تخلیه فشار خواهد شد. در همین موقع، میکروسوئیچی که همراه آن است سبب بسته شدن مدار تریپ می گردد. پس از کاهش فشار در اثر نیروی فنر، شیر خود به خود بسته خواهد شد.
رادیاتور یا مبدل حرارتی
نظر به اینکه روغن دارای خاصیت عایقی خوب و همچنین تبادل حرارتی زیاد می باشد. در ترانسها به عنوان خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد. جهت تبادل حرارتی بهتر با محیط اطراف، اصولاً روغن از طریق رادیاتور و پمپ های روغن یک سیکل بسته را طی می نماید و حین عبور از رادیاتورها توسط فن ها با محیط اطراف تبادل حرارتی انجام می دهد . لازم به توضیح است در بعضی از ترانسفوماتورهای واحد آبی روغن توسط کولرهای آبی خنک می شود .
پمپ ها و فن ها
جهت تبادل حرارتی بهتر با محیط اطراف، اصولاً روغن از طریق رادیاتور و پمپ های روغن یک سیکل بسته را طی می نماید و حین عبور از رادیاتورها توسط فن ها با محیط اطراف تبادل حرارتی انجام می دهد. معمولاً در ترانس های قدرت که مجهز به پمپ روغن می باشند، یک نشان دهنده فولی روغن در مسیر بای پاس و به موازات مسیر پمپ های روغن نصب می شود که در شرایط روشن بودن پمپ ها و جاری بودن روغن، صفحه معلق آن به صورت مایل قرار می گیرد اما به خاموش شدن پمپ و یا قطع جریان روغن(به هر دلیل) صفحه بر اثر نیروی وزن پائین آمده و به صورت قائم واقع می شود. در این حالت، اغلب سبب بسته شدن کنتاکتی خواهد شد که موقعیت این صفحه را در اتاق فرمان گزارش می نماید. همچنین از طریق دریچه شیشه ای، موقعیت آن قابل رویت است.
مجرای تنفسی و سیلیکاژل مربوط به تانک اصلی و تپ چنجر
منبع ذخیره روغن توسط یک یا دو مجرای تنفسی به هوای آزاد مربوط می گردد و در ورودی آن یک ظرف شیشه ای کار گذاشته می شود که بسته به بزرگی منبع می تواند از یک یا چند قسمت تشکیل شده باشد. درون این ظرفها را با سیلیکاژل پر می کنند. هنگامیکه بار ترانس زیاد باشد و روغن گرم شود بر اثر انبساط روغن مقداری از هوای داخل منبع ذخیره از طرق مجرای تنفسی خارج می شود. در انتهای ظرف سیلیکاژل یک مجرا دارد که در بالای آن یک پیاله زنگی شکل به صورت معکوس قرار دارد و در ته ظرف مقداری روغن ترانس ریخته می شود به این مجموعه تله هوا گفته می شود. هوا برای خارج شدن از منبع ذخیره باید از این تله بگذرد هنگامیکه روغن منقبض می شود، فشار داخل منبع ذخیره کاهش می یابد و فشار هوای بیرون بر طح روغن داخل تله، سبب می گردد که سطح روغن داخل زنگ تا آنجا پائین آید که هوا بتواند از آن عبور کند و پس از گذشته از سیلیکاژل به منبع ذخیره برسد. به این ترتیب روغن، ذرات معلق در هوا را می گیرد و سیلیکاژل به صورت دانه های گرد کوچکی است که در شرایط خشک، رنگ آن آبی است و با جذب رطوبت به رنگ صورتی در خواهد آمد. وقتی حدود %75 از سیلیکاژل داخل ظرف تغییر رنگ داد باید آن را تعویض نمود. سیلیکاژل ورتی شده را برای بازیافت به آزمایشگاه می فرستند. سیلیکاژل از پائین ظرف شروع به تغییر رنگ می کند. اگر در مواردی مشاهده شود این تغییر رنگ از بالای ظرف شروع شده است به این معنی است که نشتی هوا وجود دارد و باید آنرا برطرف نمود.