ترانسفورماتور

توضیحات
دانلود

قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان ، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری ، آبی و هسته‌ای تولید می‌شود. این مراکز دارای توربینها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که بوسیله ژنراتورها تولید می‌شود، باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهی چندین مرکز تولید بوسیله شبکه‌ای به هم مرتبط می‌شوند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز را بطور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند.

استخراج آسان ارز دیجیتال جدید Pi Network بدون نیاز به برق و اینترنت

در محلهای توزیع برای اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می‌شود. بدیهی است توزیع انرژی بین تمام مصرف کننده‌های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکانپذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود. لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر (پستهای داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر (پست منطقه‌ای) تقسیم می‌شود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانسهای توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می‌کنند.

بطور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری روبرو هستند. مسلما‌ این به آن معنی نیست که می‌توان از توجه به حفاظتها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد. در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می‌شود، سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می‌شود.

تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله‌ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه‌هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می‌گیرند. مقره‌ها یا بوشینگها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.

کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ و جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می‌کند.

انواع ترانسفورماتورها

سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ) ، ترانس قدرت می‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می‌دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می‌شود.

این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می‌گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می‌گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه (حد متوسط) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.

ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می‌شوند. در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند. در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می‌شود.

در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می‌روند (بصورت سه فاز یا یک فاز).

ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ، ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می‌رود. ترانسهای مخصوص آزمایش ،‌ اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشك

در ژوئیه 1999، شركت ABB، یك ترانسفور ماتور فشار قوی خشك به نام “Dryformer “ ساخته است كه نیازی به روغن جهت خنك شدن بار به عنوان دی الكتریك ندارد.در این ترانسفورماتور به جای استفاده از هادیهای مسی با عایق كاغذی از كابل پلیمری خشك با هادی سیلندری استفاده می شود.تكنولوژی كابل استفاده شده در این ترانسفورماتور قبلاً در ساخت یك ژنراترو فشار قوی به نام "Power Former" در شركتABB به كار گرفته شده است. نخستین نمونه از این ترانسفورماتور اكنون در نیروگاه هیدروالكترولیك “Lotte fors” واقع در مركز سوئد نصب شده كه انتظار می رود به دلیل نیاز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هایی كه از ایمنی بیشتری برخوردار باشند و با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری داشته باشند، با استقبال فراوانی روبرو گردد.

ایده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه 90 مطرح شد. بررسی، طراحی و ساخت این ترانسفورماتور از بهار سال 1996 در شركت ABB شروع شد. ABB در این پروژه از همكاری چند شركت خدماتی برق از جمله Birka Kraft و Stora Enso نیز بر خوردار بوده است.

تكنولوژی

ساخت ترانسفورماتور فشار قوی فاقد روغن در طول عمر یكصد ساله ترانسفورماتورها، یك انقلاب محسوب می شود. ایده استفاده از كابل با عایق پلیمر پلی اتیلن (XLPE) به جای هادیهای مسی دارای عایق كاغذی از ذهن یك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش كرده است.

تكنولوژی استفاده از كابل به جای هادیهای مسی دارای عایق كاغذی، نخستین بار در سال 1998 در یك ژنراتور فشار قوی به نام “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در این ژنراتور بر خلاف سابق كه از هادیهای شمشی ( مستطیلی ) در سیم پیچی استاتور استفاده می شد، از هادیهای گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط می شود، هادیهای سیلندری ، توزیع میدان الكتریكی متقارنی دارند. بر این اساس ژنراتوری می توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه تولید كند بطوریكه نیاز به ترانسفورماتور افزاینده نباشد. در نتیجه این كار، تلفات الكتریكی به میزان 30 در صد كاهش می یابد.

در یك كابل پلیمری فشار قوی، میدان الكتریكی در داخل كابل باقی می ماند و سطح كابل دارای پتانسیل زمین می باشد.در عین حال میدان مغناطیسی لازم برای كار ترانسفورماتور تحت تاثیر عایق كابل قرار نمی گیرد.در یك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژی كابل، امكانات تازه ای برای بهینه كردن طراحی میدان های الكتریكی و مغناطیسی، نیروهای مكانیكی و تنش های گرمایی فراهم كرده است.

در فرایند تحقیقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست یك ترانسفورماتور آزمایشی تكفاز با ظرفیت 10 مگا ولت آمپر طراحی و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمایش گردید. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ های از 36 تا 145 كیلو ولت و ظرفیت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.

نیروگاه مدرن Lotte fors

ترانسفورماتور خشك نصب شده در Lotte fors كه بصورت یك ترانسفورماتور – ژنراتور افزاینده عمل می كند ، دارای ظرفیت 20 مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ 140 كیلو ولت كار می كند. این واحد در ژانویه سال 2000 راه اندازی گردید. اگر چه نیروگاه Lotte fors نیروگاه كوچكی با قدرت 13 مگا وات بوده و در قلب جنگلی در مركز سوئد قرار دارد اما به دلیل نوسازی مستمر، نیروگاه بسیار مدرنی شده است. در دهه 80 میلادی ، توربین های مدرن قابل كنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال 1996، كل سیستم كنترل آن نوسازی گردید. این نیروگاه اكنون كاملاً اتوماتیك بوده و از طریق ماهواره كنترل می شود.

ویژگیهای ترانسفورماتور خشك

ترانسفورماتور خشك دارای ویژگیهای منحصر بفردی است از جمله:

1- به روغن برای خنك شده با به عنوان عایق الكتریكی نیاز ندارد.

2- سازگاری این نوع ترانسفورماتور با طبیعت و محیط زیست یكی از مهمترین ویژگی های آن است. به دلیل عدم وجود روغن، خطر آلودگی خاك و منابع آب زیر زمینی و همچنین احتراق و خطر آتش سورزی كم میشود.

3- با حذف روغن و كنترل میدانهای الكتریكی كه در نتیجه آن خطر ترانسفور ماتور از نظر ایمنی افراد ومحیط زیست كاهش می یابد، امكانات تازه ای از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم میشود.به این ترتیب امكانات نصب ترانسفورماتور خشك در نقا شهری و جاهایی كه از نظر زیست محیطی حساس هستند، فراهم میشود.

4- در ترانسفورماتور خشك به جای بوشینگ چینی در قسمتهای انتهایی از عایق سیسیكن را بر استفاده میشود. به این ترتیب خطر ترك خوردن چینی بوشینگ و نشت بخار روغن از بین میرود.

5- كاهش مواد قابل اشتعال، نیاز به تجهیزات گسترده آتش نشانی كاهش میدهد. بنابراین از این دستگاهها در محیط های سر پوشیده و نواحی سرپوشیده شهری نیز می توان استفاده كرد.

6- با حذف روغن در ترانسفورماتور خشك، نیاز به تانك های روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن كاملاً از بین میرود.بنابراین كار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال كابلها و نصب تجهیزات خنك كننده خواهد بود.

7- از دیگر ویژگی های ترانسفورماتور خشك، كاهش تلفات الكتریكی است. یكی از راههای كاهش تلفات و بهینه كردن طراحی ترانسفورماتور، نزدیك كردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژی تا حد ممكن است تا از مزایای انتقال نیرو به قدر كافی بهره برداری شود. با بكار گیری ترانسفورماتور خشك این امر امكان پذیر است .

8- اگر در پست، مشكل برق پیش آید، خطری متوجه عایق ترانسفورماتور نمی شود. زیرا منبع اصلی گرما یعنی تلفات در آن تولید نمی شود.بعلاوه چون هوا واسطه خنك شدن است و هوا هم مرتب تعویض و جابجا می شود، مشكلی از بابت خنك شدن ترانسفورماتور بروز نمی كند.

نخستین تجربه نصب ترانسفررماتور خشك

ترانسفورماتورخشك برای اولین بار در اواخر سال 1999 در Lotte fors سوئد به آسانی نصب شده و از آن هنگام تاكنون به خوبی كار كرده است. در آینده ای نزدیك دومین واحد ترانسفورماتور خشك ساخت ABB (Dry former ) در یك نیروگاه هیدروالكتریك در سوئد نصب می شود.

چشم انداز آینده تكنولوژی ترانسفورماتور خشك

شركت ABB در حال توسعه ترانسفورماتور خشك Dryformer است. چند سال اول از آن در مراكز شهری و آن دسته از نواحی كه از نظر محیط زیست حساس هستند، بهره برداری می شود. تحقیقات فنی دیگری نیز در زمینه تپ چنجر خشك، بهبود ترمینال های كابل و سیستم های خنك كن در حال انجام است. در حال حاضر مهمترین كار ABB، توسعه و سازگار كردن Dryformer با نیاز مصرف كنندگان برای كار در شبكه و ایفای نقش مورد انتظار در پست هاست.

منبع :

1 - مجله T&D – - آگوست 1999

2- مجله -PEI - مه 2000

3- http://www.abb.com

فن آوری ترانسفورماتورهای HTSدر جهان

پس از كشف مواد HTS در سال 1986 ، تحقیقات جهت امكان عملی ساخت ترانسفورماتورهای HTS شروع شد. طبق برآورد های اولیه، در صورت استفاده از این ترانسفورماتورها ، بیش از 35% نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی، صرفه جویی می شد. اما با توجه به مشخصات ناشناخته تلفات ac ، این مقدار بطور دقیق قابل محاسبه نبود. در تحقیقی كه در سال 1993 در آمریكا انجام شد، معلوم شد كه هزینه لازم در طول عمر مفید ترانسفورماتور HTS بطور متوسط ، نصف هزینه ترانسفورماتور معمولی است . بدین ترتیب در صورت استفاده از این نوع ترانسفورماتورها در ایالات متحده تا سال 2030 مبلغ 25 میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد. تحقیقات در سال 1994 نشانداد در صورت استفاده از ترانسفورماتورهای HTS در محدوده قدرت تا 500 MVA ، صرفه جوئی در هزینه 70% (نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی ) و كاهش وزن آنها 40% خواهد بود .

در ژاپن بدلیل تراكم بالای جمعیت ، یكی از فواید اساسی ترانسفورماتورهای HTS ، كاهش قابل ملاحظه وزن و حجم آنهاست . همانطوریكه كابلهــــــای HTS قابلیت انتقال بیشتر توان را از طریق كانالهای موجود دارا هستند، ترانسفورماتورهای HTS نیز می توانند در فضای موجود، قدرت بیشتری نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی تامین كنند. بهمین دلیل در ژاپن مزیت كوچك شدن فضای اشغال شده و وزن ترانسفورماتورها بعنوان مهمترین مزیت این نوع ترانسفورماتورها مطرح است . در اروپا ، علاقه به استفاده از ترانسفورماتورهای كوچك HTS در قطارهای سریع السیر ، رشد روز افزونی یافته است . پتانسیل وكشش بازار جهانی برای ترانسفورماتورهای ابررسانا بیش از 1 میلیارد دلار میباشد .

بررسی آمارهای موجود نشان میدهد كه در ایالات متحده بیش از90% ترانسفورماتورها، قدرتی در محدوده 10 تا 100 MVA داشته وقیمت مجموع آنها، برابر با 70% قیمت كل ترانسهای موجود درامریكا میباشد (جدول 1) . درحال حاضرسه پروژه H TS درایالات متحده ، اروپا وژاپن درحال انجام هستند.جدول (2) تركیب تیمهای تحقیقاتی،ظرفیت ترانسفورماتورهای تحت توسعه و مواد HTS مورد استفاده توسط هریك ازگروهها را نشان میدهد.

جدول ( 1 ) - بازار ترانسفورماتورهای جدول ( 2 ) - پروژه های ترانسفورماتور

قدرت در سالهای 1995 و 1996 H TS در جهان

در ایالات متحده این تحقیقات توسط شركت IGC و با همكاری لابراتور ملی Oak Ridge انجام میشود. IGC باحمایتهای مالی Waukesha Electric و Rochester Gas & Electric ، طرح یك ترانسفورماتور HTS 1000KVA ارائه كرده و در حال ساخت آن است . دراین ترانسفورماتورازنوارهای نقره باپوشش HTS استفاده شده است .استفاده ازسیستم BSCCO-2212 عملكرد پایدارسیستم را تا دمای 30K عملی میسازد . درصورت استفاده از هادیهایBSCCO-2223 ، میتوان دمای عملكرد ترانسفورماتور را به 77K رساند . در این وضعیت بالا بودن قیمت BSCCO-2223 و ضعیفتر شدن عملكرد ترانسفورماتور (بعلت بالا رفتن دما) را نیز باید در نظر گرفت . گرچه نمونه اولیه ترانسفورماتور مذكور برای قدرت 1MVA ارائه گردید ، اما هدف نهائی مؤسسه IGC و Waukesha ساخت یك ترانسفورماتور 30MVA ، 60Hz,138/13.8KV و امپدانس 10% با اتصال مثلث – ستاره است .

از طرف دیگر شركت ABB با همكاری Electricite de France ، با استفاده از نوارهای مولتی فیلامان BSCCO-2223 ساخت ASC ، یك ترانسفوماتور 50HZ .13.72/0.42KV , 630KVA و امپدانس 4.6% با اتصال مثلث – ستاره ساخته است .

فن آوری ترانسفورماتورهای HTS در ژاپن

پس از طراحی و ساخت یك ترانسفورماتور 220 KVA , LTS توسط شركت Alsthom و عملكرد موفق آن تحت بار70KW ، در ژاپن ترانسفورماتورهای LTS كوچكتر با قدرتهای10KVA تا 100KVA فراوانی ساخته شد.پس از آن ترانسهای با قدرت بیشتر توسط دانشگاه Nagoya با همكاری Takaoka (100 KVA) وkansai Electric با همكاری Mitsubishi (2000 KVA با استفاده از Nb3Sn) ، دانشگاه Osaka با همكاری Toshiba (40 KVA) و دانشگاه Kyushu با همكاری Toshiba (1000 KVA) ساخته و تحت آزمایش قرار گرفت .

هادیهای H TS در دمای بالاتری ( نسبت به هادی LTS ) كار می كنند و اگرچه تلفات آنها بیشتر است اما با توجه به كاهش هزینه خنك سازی هادی این امر قابل قبول می باشد .

در ایالات متحده و اروپا شركتهای برق سهم بزرگی در توسعه برنامه های ترانسفورماتورهای ابررسانا برعهده دارند اما در ژاپن ، قسمت عمده كار بر عهده مراكز صنعتی و دانشگاهی بوده و حمایت آشكاری از سوی شركت های برق دیده نمی شود. ژاپنیها كه در زمینه ساخت ترانسفورماتورهای LTS فعالیت گسترده ای داشته اند، گزارش چندانی در مورد ترانسفورماتورهای H TS ارائه نكرده اند . در سال 1996 در ژاپن جزئیاتی از برنامه ساخت تـــــرانسفورمـــــاتور HTS 500 KVA تحــــت حمـــایت شـــركتهـــای Fuji Electricو SEC (Sumitomo Electric) ، ارائه گردید . احتمالاً تامین نوارهای HTS بر عهده Sumitomo و طراحی و ساخت ترانسفورماتور به عهده Fuji Electric و دانشگاه Kyushu است. در جدول ( 3 ) مشخصات نوارهای HTS و توالیهای سیم پیچی آمده است .

جدول ( 3 ) - مشخصات نوارهای HTS و توالیهای سیم پیچی در ترانسفورماتور HTS ساخت SEC- Fuji و دانشگاه Kyushu

پارامترهای طراحی این ترانسفورماتور 500 KVA (شكل 1) در جدول (4 ) آمده است . در این جدول برای قطر سیم پیچ دو مقدار داده شده است كه این دو مقدار مربوط به لایه های دوگانه سیم پیچند . علت لایه – لایه سازی سیم پیچها كاهش اثر میدان خودی هادی است .

تلفات با استفاده از روش كالریمتری ، 115 Wتخمین زده شده است و شامل تلفات ac سیم پیچها و حرارت نشتی از Cryostat و هادیهای جریانی می باشد . اهداف بعدی تیم SEC-Fuji و دانشگاه Kyushu تغییر سیستم سرمایش از حمام نیتروژن مایع به سیستم جریان دائم نیتروژن Supercooled است . هدف از این تغییرات ، افزایش ظرفیت انتقال جریان سیم پیچها و استقامت عایقی سیستم عایق است .

شكل ( 1 ) – ترانسفورماتور HTS ساخت جدول (4 ) - پارامترهای طراحی ترانسفورماتور (Fuji)

SEC – Fuji و دانشگاه Kyushu

منبع : مؤسسه Loyola

آدرس : http://itri.loyola.edu

كاربرد الكترونیك قدرت در تپ چنجر ترانسفورماتورهای توزیع

یكی از حوزه های استفاده از الكترونیك قدرت در صنعت برق، تپ چنجر ترانسفورماتورها می باشد . تپ الكترونیكی برخلاف نوع مكانیكی ، كنترل دائم و تنظیم جریان ولتاژ ترانسفورماتور را ممكن میسازد . بدین منظور ، بایستی امكان تغییر تپ در شرایط بار كامل ترانس فراهم گردد . مهمترین مسئله در طراحی مبدل قدرت برای این منظور، اندوكتانس سرگردان تپ های سوئیچ شده می باشد . اگر عمل تغییر تپ بین دو تپ مختلف در فركانس بالا صورت بگیرد ، امكان تنظیم دائمی ولتاژ ثانویه در بار كامل ترانس وجود دارد . كل سیستم در شكل زیر نشان داده شده است :

شكل ( 1 ) - مبدل قدرت ، اتصالی بین شبكه قدرت و ترانس

طراحی مبدل قدرت

به دلایل زیر از لحاظ فنی، امكان استفاده از یك مبدل قدرت معمول تجاری سه فاز حتی در سیستم توزیع وجود ندارد :

1. ولتاژ فاز شبكه توزیع (در محدوده تا 20 كیلوولت) از حد ظرفیت بلوكه كردن نیمه هادیهای قدرت معمول ، بیشتر است .

2. كل سیستم مذكور ، شامل مبدل قدرت ، بایستی در شرایط وقوع اتصال كوتاه ترانس در مدار باقی بمانند ( مثلا برای جریان نامی 22 آمپر اولیه ، جریان اتصال كوتاه تا 550 آمپر را تحمل كند) .

3. با برقدار كردن ترانس، جریانی در حدود چهار برابر جریان نامی برقرار میشود كه در نتیجه ثانویه ترانس، تا لحظاتی قادر نیست برق 400 ولت مورد نیاز دستگاههای كنترلی فوق را تامین كند .

بنابراین ، برای ساختن مبدل قدرتی كه بر مشكلات فوق غلبه كند ، موارد زیر در مرحله تحقیق و بررسی قرار دارند :

1. تحقیق در مورد توپولوژی و مفاهیم كنترلی (مدولاسیون) مبدل .

2. مدل شبیه سازی شده از ترانس قدرت با مبدلهای قدرت برای توپولوژیهای مختلف .

3. توپولوژیهای مختلف ممكن از مبدل قدرت و تكنیكهای مرتبط كنترل از طریق شبیه سازی .

4. انتخاب توپولوژی بهینه از مبدل قدرت با توجه به قابلیت اطمینان سیستم ، پیچیدگی و هارمونیكها و دقت شكل موج ترانس .

5. اثبات توپولوژی در نظر گرفته شده از لحاظ تجربی .

6. انجام آزمون در یك آزمایشگاه ولتاژ بالا و ارزیابی نتایج با توجه هارمونیكهای شكل موج مبدل .

منبع : Its

آدرس : http://ee.its.tudelft.nl/EPP/ReInd_001.htm

ترانسفورماتورها یكی از مهمترین عناصر شبكه های انتقال و توزیع هستند . در ترانسفورماتورها انرژی الكتریكی در مس سیم پیچها ، آهن هسته ، تانك ترانس و سازه های نگهدارنده بصورت حرارت تلف می شود. حتی در زمانیكه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بی باری (NLL) بوجود می آید. در نتیجه مطالعات و بررسیهای انجام شده ، در 50 ساله اخیر محققان موفق شده اند با صرف هزینه ای دو برابر برای هسته ، تلفات بی باری را به یك سوم كاهش دهند. اخیراً با جایگزینی فلزات بیشكل و غیر بلوری (Amorphous) بجای آهن سیلیكونی درهسته ترانسفورماتورهای توزیع با قدرت نامی كوچكتر از 100 KVA ، تلفات بی باری باز هم كاهش یافته است . این كار هنوز در مورد ترانسفورماتورهای بزرگ با قدرت نامی بزرگتر از 500KVA انجام نشده است . اگرچه برای هر ترانسفورماتور ، 1 درصد توان نامی آن بعنــوان توان تلفـاتی در نظر گرفتـه می شود، اما باید توجه داشت كه آزاد سازی بخش كوچكی از این تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئی كلانی به همراه خواهد داشت . در ترانسفورماتورهای قدرت معمول ، تقریباً 80% از كل تلفات ، مربوط به تلفات بارداری ترانسفورماتور (LL) است كه از این 80% ، سهم تلفات اهمی سیم پیچها 80 % بوده و 20 % دیگر مربوط به تلفات ناشی از جریانهای فوكو و شارهای پراكنده است . لذا تلاشهای زیادی جهت كاهش تلفات بارداری صورت می گیرد. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمی در برابر جریان d c تلفات اهمی برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه ای خواهد یافت. در مقابل جریان ac ، در ابر رساناها تلفاتی از نوع تلفات فوكو رخ می دهد. گرمای بوجود آمده از این تلفات باید با استفاده از سیستم های خنك كننده دفع گردد.بررسیهای بعمل آمده حاكی از آن است كه ترانسفورماتورهای ابررسانا با قدرت 10 MVA و بالاتر عملكرد نسبتا بهتری داشته و نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی قیمت پایینتری خواهند داشت .

تلاشهایی كه جهت توسعه ترانسفورماتورهای ابررسانا انجام می گیرد صرفاً بخاطر مسایل اقتصادی و كاهش هزینه كل نیست. یكی دیگر از دلایل طرح این مبحث آنست كه در مراكز پر تراكم شهری، رشد مصرف 2 درصدی (سالیانه ) به معنی نیاز به ارتقاء ظرفیت سیستم های موجود است . از طرفی بسیاری ازپستهای توزیع بصورت سرپوشیده (Indoor) بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند. در این نوع پست ها همانند دیگر پستهای توزیع از ترانسهای روغنی استفاده میشود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زیست محیطی و ایمنی مربوط به خود را دارد. در حالیكه در ترانسفورماتورهای ابررسانا، ماده خنك كننده نیتروژن است كه خطری برای افراد و موجودات زنده نداشته ، بعلاوه ، خطر آتش سوزی نیز وجود ندارد. بهمین لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهای ابررسانا به هیچ عنوان قابل مقایسه با روغنهای قابل اشتعال و مواد شیمیایی همچون PCB نیست .

توجه جدی به ترانسفورماتورهای ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهای دمای پایین LTS ( اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn ) از اوایل دهه 1960 ، آغاز شد. مطالعاتی كه در آن زمان بر روی این ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد كه جهت بهره برداری از این ترانسفورماتورها، باید آنها را در دمای 4 .2K نگه داشت كه انجام چنین كاری اقتصادی نیست . بهمین دلیل گامها بسوی كشف موادی با قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر ، برداشته شد. در اواسط دهه 1970 ، شركت Westing House ، طرح یك ترانسفورماتور نیروگاهی 550/22kv , 1000MVA را مورد مطالعه قرار داد و به این نتیجه رسید كه مشكلاتی از قبیل انتقال جریان ، عملكرد فوق جریان (Overcurrent) و حفاظت همچنان وجود خواهند داشت .

از سال 1980 ، توسعه ترانسفورماتورهای LTS توسط شركت های GEC-Alsthom , ABB ، در اروپا و چند شركت صنعتی و مركز دانشگاهی در ژاپن، مورد پیگیری قرار گرفت . پیشرفت های بعمل آمده در تولید هادیهای طویل Nb-Ti و مواد با مقاومت بالا (Cu-Ni) بر كاهش تلفات ac تاثیر زیادی داشته است . مساله عملی بودن كاهش وزن و افزایش راندمان نیز بر روی ترانسفورماتورهای با قدرتهای كمتر از 100KVA (تكفاز 80KVA Alsthom) ، (Toshiba)30KVA و سه فاز 40KVA (دانشگاه Osaka) مورد بررسی قرار گرفت . هم چنین ترانسفورماتورهای بزرگتری نیز ساخته شده و آزمایشهای مربوطه را با موفقیت پشت سر گذاشتند. در یك ترانسفورماتور تكفاز 330KVA ساخت ABB پیش بینی های لازم برای محدود سازی جریان خطا و حفاظت در برابر یخ زدگی در نظر گرفته شد. شركت برق Kansai Electric نیز گزارشی از ترانسفورماتور LTS با هادی Nb3Sn با قدرت 2000 KVA ارائه نموده است .

منبع : مؤسسه Loyola

آدرس : http://itri.loyola.edu

روشی جدید برای آشكارسازی گازهای ترانسفورماتورها با استفاده از امواج صوتی.

خلاصه

ترانسفورماتورهای قدرت بزرگترین بخش سرمایه گذاری را در پستهای انتقال و توزیع تشكیل می دهند . پیامد سود اقتصادی ناشی از خارج شدن یك ترانسفورماتور از شبكه ، می تواند یك زیان چند میلیون دلاری باشد . بالعكس ، راه اندازی بموقع یك ترانسفورماتور معیوب معمولا می تواند از این زیان عظیم جلوگیری كند . شرایط خطا در یك ترانسفورماتور قدرت می تواند به طرق مختلف آشكارسازی شود . یك روش بر اساس آشكارسازی محصولات ناشی از تنزل كیفیت روغن عایقی ، كه معمولا گازهای محلول در آن هستند ، می باشد . این گازها در نتیجه تلفات غیرعادی در داخل ترانسفورماتور تولید می شوند . انرژی گرمائی آزاد شده بواسطه خطاهایی از قبیل اضافه دما ، تخلیه جزئی و وقوع قوس الكتریكی ، غالبا برای تولید حباب های گاز كافی است . بعلاوه ، شرایط رطوبت بالا و اضافه بارهای ناگهانی می تواند باعث تشكیل حبابهای بخار آب شود كه از عایق های سیم پیچ آزاد می شوند . هنگامی كه بكمك نتایج تحلیل آزمایش گازهای محلول در روغن ( DGA [1][1]) ، مشخص گردید كه یك ترانسفورماتور گاز تولید می كند ، بیشتر شركتهای دارنده ترانسفورماتور ، برای اینكه بفهمند كه درون ترانسفورماتور چه می گذرد تا بدینوسیله از وقوع یك خرابی فاجعه انگیز جلوگیری نمایند ، برنامه ای جهت آزمایشهای مرتب با فاصله زمانی كمتر ، به مورد اجرا می گذارند كه بشكل هفتگی و یا حتی روزانه انجام می شود . كسانی كه تاكنون درصدد تفسیر نتایج عددی حاصل از این آزمون ها برآمده اند، احتمالا با این نكته موافقند كه این كار یكی از مشكلترین تجزیه تحلیل هاست و در اغلب اوقات نیز نتیجه بخش نیست. معمولا اطلاعات اضافی زیادی، در كنار اخذ مشورت از افراد خبره در امر ترانسفورماتور، مورد نیاز است تا بتوان در این مورد تصمیم گیری كرد. در حال حاضر روشی برای انجام این تجزیه تحلیل در دسترس نیست.

v آشكار سازی امواج صوتی حاصله از وقوع تخلیه جزئی در ترانسفورماتور نیز یك روش مشهور است كه تجهیزات مورد نیاز آن در دسترس می باشد. وانگهی این امر روشن شده است كه حتی وقتی در ترانسفورماتور تخلیه جزئی وجود ندارد، باز امواج صوتی از آن منتشر می گردد و نیز مشخص شده است كه انتشار این امواج نتیجه تشكیل حباب های گاز است . لذا تجزیه و تحلیل این علائم برای تعداد قابل ملاحظه ای از ترانسفورماتورها، می تواند به یك روش تشخیص جدید برای آشكارسازی ، جایابی و تعیین مشخصات نقاط مولد گاز منجر شود. برای این منظور باید روشهایی برای آشكارسازی صوت، توسعه داده شود و پایگاه اطلاعاتی لازم برای شناسایی منابع مختلف تولید گاز و میزان جدی بودن آنها ایجاد گردد. هدف نهایی از این كار، ارائه یك روش آزمایش و الگوریتم ارزیابی نتایج آن است تا بتوان معیارهایی را برای این مسئله پیدا نمود .

این پروژه مشتمل بر دو مرحله است . در مرحله اول ، مفاهیم مربوط به این روش ارائه می شود و در مرحله دوم اطلاعات مربوط به تولید گاز در ترانسفورماتورها جمع آوری می گردد .

مرحله اول : میزان مؤثر بودن استفاده از امواج صوتی در آشكارسازی منابع تولید گاز نمایانده می شود . در این رابطه یك كار مقدماتی بر روی تجهیزات سیكل خنك كننده مؤسسه پلی تكنیك رنسلر ( RPI ) انجام خواهد شد . شرایط خطا شبیه سازی خواهد شد تا تغییرات میزان گاز تولید شده بوسیله اضافه دمای هادی، تخلیه جزئی و وقوع قوس الكتریكی را را بازسازی كند . اعضای تیم مؤسسه PAC ، آزمایش اندازه گیری تشعشعات صوتی را با استفاده از جدیدترین لوازم اندازه گیری ، بر روی سیكل خنك كننده انجام خواهند داد . مقدار و نوع گازهای تولیدی ، بوسیله اندازه گیری های ON line و off line ، از طریق اندازه گیری گاز موجود در روغن و نیز گاز ایجاد شده در فضای بالای منبع انبساط سیكل ، مشخص خواهد شد . این آزمایش ها به نحوی انجام می شوند كه هر دو نوع تحولات گذرا و دینامیك موجود در گاز را نشان دهند . نمونه گازهای تولید شده ، در تمامی بازه دمایی و نرخ های مختلف عبور جریان روغن ، گرفته خواهد شد . این اطلاعات بوسیله RPI و PAC مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهند گرفت .

مرحله دوم : پس از تكمیل موفقیت آمیز مرحله یكم ، مرحله دوم پروژه آغاز می شود . در این مرحله ، شش شركت برق توسط EPRI و PAC تعیین می شوند و ترانسفورماتورهایی كه در این شركتها گاز تولید می كنند ، همراه با ترانسفورماتورهای مشابه آنها كه گاز ایجاد نمی نمایند مورد بررسی قرار خواهند گرفت . در این مرحله حداقل 30 ترانسفورماتور مولد گاز جهت ایجاد پایگاه اطلاعاتی لازم مورد مطالعه قرار خواهند گرفت . بر روی هر ترانسفورماتور ، حداقل بمدت 24 ساعت آزمایش خواهد شد. تجهیزات بنحوی تنظیم می شوند كه انرژی صوتی با فركانس قدرت و نیز پمپ ها ، فن ها ، تب و بار در نظر گرفته شوند. این اطلاعات با استفاده از تجزیه تحلیل گرافیك ، تجزیه تحلیل های آماری و شبكه های عصبی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت تا اغتشاشات ناشی از نویزهای موجود در محیط و اعوجاجات علائم ایجاد شده در اثر ساختمان داخلی ترانسفورماتور، شناسایی و حذف شوند. آنگاه با استفاده از افراد خبره انتخاب شده توسط EPRI ، این اطلاعات به طراحی و مشخصات خاص هر ترانسفورماتور مرتبط خواهد شد. هرگاه كه شركت برق ذیربط، تصمیم به باز كردن محفظه ترانسفورماتور بگیرد، اطلاعات فوق الذكر با یافته های فیزیكی حاصله از بازبینی مقایسه خواهند شد. یكی از اهداف كار آنستكه بتوانیم توصیه ای برای اقدامات لازم بنمائیم كه این توصیه در قالب موارد ذیل دسته بندی می شود :

الف – ادامه مشاهده ب – انجام DGA با دفعات بیشتر

ج – مراقبت on line یا روزانه د – اقدام فوری

دستاوردهای این پروژه مشتمل بر موارد زیر هستند :

· یك گزارش به شركت ذینفع در رابطه با منابع تولید گاز در ترانسفورماتورهای ذیربط

· یك گزارش حاوی جزئیات آزمایش و روشهای آن، پایگاه داده های مربوط به نتایج آزمایشهای میدانی و تجزیه و تحلیل داده ها.

· توسعه یك پایگاه اطلاعاتی اولیه برای مرتبط ساختن الگوهای انتشار علائم صوتی به نوع خطا و میزان جدی بودن آن

· تهیه برنامه ای برای غنی كردن نرم افزار محل یابی بر مبنای داده های تجزیه و تحلیل شده و پایگاه داده ها.

· تهیه یك برنامه برای ایجاد یك ابزار تجاری و ایجاد پروسه آزمایش براساس ارزیابی های میدانی

شركت كنندگان در این برنامه، این امتیاز را خواهند داشت كه آزمایش های اضافی برروی ترانسفورماتورهای مولد گاز خود داشته باشند و این آزمایش ها توسط خبرگان ترانسفورماتور مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد و در خریدهای آینده خدمات و لوازم نیز تحقیقات قابل ملاحظه ای خواهند داشت.

منبع :EPRI

آدرس: http://www.epri.com

افزایش كیفیت توان توسط نسل جدید ترانسفورماتورها

كنسورسیوم آنالیزسیستم های انرژی (ESAC[2][1]) متشكل ازدانشگاه های پوردو، میسوری، ویسكانسین، ناوی و شركت ABB باریاست دانشگاه پوردوودانشگاه میسوری تصمیم دارند یك گام اساسی درجهت جانشین نمودن فناوری كه درطی یكصدسال گذشته برترانسفورماتورهای غوطه وردر روغن حاكم بوده است بردارند.

این ترانسفورماتورهای جدید بر اساس فناوری نیمه هادیها طراحی می شوند . بدین معنا كه عناصر نیمه هادی نظیر ترانزیستورهاو مدارات مجتمع ( آی سی ها ) جانشین سیم پیچ های مسی وهسته های آهن سنگین وزن در ترانسفورماتورهای معمولی می شوند. پروژه فوق تحت نظر اداره مركزی شركت ABB واقع در شهر زوریخ درسوئیس انجام میگیرد. اخیرا"پروفسور اسكات سادهاف (Scott Sudhoff ) از دانشگاه پوردو مقاله ای در زمینه احتمال جانشین شدن ترانسفورماتورهای نیمه هادی بجای ترانسفورماتورهای معمولی طی دهه آینده، انتشار داده است .

ترانسفورماتورهای توزیع عنصر اساسی شبكه های قدرت هستند ، آنها ولتاژ خطوط فشار قوی را به ولتاژ 2 2 0V مصرف كننده تبدیل میكنند، كه خروجی یك ترانسفورماتور چندین منزل مسكونی را تغذیه میكند .

مزیت اصلی ترانسفورماتورهای نیمه هادی ، افزایش كیفیت انرژی الكتریكی خروجی آنهاست . این مزیت خصوصا" در نواحی كه كیفیت انرژی الكتریكی بشدت مورد نظر مصرف كنندگان است اهمیت می یابد .

بارهای مجاور میتوانند مستقیما" روی كیفیت انرژی الكتریكی همدیگر تأ ثیر بگذارند. یك بار سنگین در آپارتمان همسایه (نظیر سوئیچ كردن آسانسور) سبب افت ولتاژخط تغذیه كننده آسانسورمیشود لذا كلیه مصرف كنندگانی كه به این خط متصل میشوند دچار افت ولتاژ میشوند و بنابراین نور لامپ ها ، سرعت و گشتاور موتورها (نظیر موتورهای یخچال و….) كاهش میابد و سبب سوختن برخی از این وسائل گردد .

ترانسفورماتورهای نیمه هادی می تواند تمامی مسائل مربوط به كاهش كیفیت انرژی الكتریكی را براحتی حل نمایند . آنها همچنین جریان موثر مورد نیاز برای تغذیه وسائلی نظیر ماشینهای الكتریكی را كاهش داده در نتیجه تلفات خطوط شبكه كاهش می یابد. همچنین ، در این نوع ترانسفورماتورها تلفات ثابت هسته ترانسفورماتورهای معمولی كه بصورت شبانه روزی مصرف می شوند بطور قابل ملاحظه ای كاهش می یابد كه این امر سبب افزایش راندمان آنها می گردد. ضمن اینكه آلودگی زیست محیطی ناشی از نشت روغن ترانسفورماتورهای معمولی را نیز ندارند .

نكته دیگربرای مقایسه دوترانسفورماتوراینست كه هزینه موادمصرفی نظیرمس وآهن هسته درترانسفورماتور معمولی تقریبا"ثابت است لیكن قیمت قطعات نیمه هادی بسرعت درحال كاهش است .

منبع : دانشگاه Purdue

آدرس : http://www.news.uns.purdue.edu

آزمایش موفقیت آمیز ترانسفورماتورهای ابررسانایی HTS

یك تیم تحقیقاتی صنعتی در آمریكا متشكل از مهندسین و دانشمندان كه زیر نظر شركت Waukesha Electric Systems فعالیت می نمایند، در سال 1999 خبرتحول مهمی را در صنعت برق با انجام آزمایش موفقیت آمیز نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای قدرت اعلام نمودند. ترانسفورماتورهای ابررسانایی جدید در مقایسه با ترانسفورماتورهای رایج، كوچك و سبك تر می باشند و دارای طول عمر بیشتری نیز هستند. در این نوع ترانسفورماتورها دیگر نیازی به هزاران گالن روغن جهت عایقی و خنك سازی نمی باشد و در نتیجه خطر ایجاد حریق و مسائل زیست محیطی را نخواهد داشت. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمی در برابر جریان dc ، تلفات اهمی برابر با صفر است. لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه ای خواهد یافت. تلاشهایی كه جهت توسعه ترانسفورماتورهای ابررسانا انجام می گیرد صرفا" بخاطر مسائل اقتصادی و كاهش هزینه نیست. یكی دیگر از دلایل طرح این مبحث این است كه در مراكز پر تراكم شهری، رشد مصرف 2 درصدی (سالیانه ) به معنی نیاز به ارتقاء ظرفیت سیستم های موجود است. از طرفی بسیاری از پستهای توزیع بصورت Indoor بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند. در این نوع پست ها همانند دیگر پستهای توزیع، از ترانسهای روغنی استفاده می شود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زیست محیطی و ایمنی مربوط به خود را دارد. در حالیكه در ترانسفورماتورهای ابررسانا، ماده خنك كننده نیتروژن است كه خطری برای افراد و موجودات زنده ندارد. بعلاوه در این ترانسفورماتورها، خطر آتش سوزی نیز وجود ندارد. بهمین لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهای ابررسانا به هیچ عنوان قابل مقایسه با روغنهای قابل اشتعال و مواد شیمیایی شیمی همچون PCB نیست.

آزمایشات بر یك نوع از این ترانسفورماتور با ظرفیت 1 MVA امكان سنجی فنی و سایر مزایای آنرا به اثبات رسانده است. یكی از مزایای آن كاهش وزن ترانسفورماتور می باشد بطوریكه برای یك ترانسفورماتور 30 MVA وزن آن از 48 تن به 24 تن خواهد رسید.

دو تغییر مهم در طراحی ترانسفورماتور كه منجر به طراحی و ساخت این نوع ترانسفورماتورهای جدید شده است، عبارتند از استفاده از مواد ابررسانایی دمای بالا (HTS) بجای سیم پیچ های رایج مسی و بكارگیری از یك سیستم كوچك خنك سازی بجای سیستم خنك كننده رایج ترانسفورماتورهای معمولی.

ترانسفورماتور HTS ، 30 MVA تقریبا" به 200 پوند (100 كیلوگرم ) ابررسانا نیاز خواهد داشت كه هیچ گونه مقاومت الكتریكی ندارد و بنابراین هیچگونه حرارتی تولید نخواهدكرد،درحالیكه در ترانسفورماتورهای رایج، سیم پیچهای مسی كه هزاران پوند وزن دارند منبع اصلی تولید گرما و ایجاد تلفات میباشند.فن آوری ترانسفورماتور HTS از نظر استفاده از یك سیستم خنك كننده حلقه بسته جهت خنك سازی سیم پیچ های

ترانسفورماتور یكتا می باشد و قادر است كه دمای سیم پیچ را تا 382 - درجه فارنهایت برساند.

ترانسفورماتور HTS آزمایشی 1 MVA به عنوان یك بستر آزمایشی مناسب برای ارزیابی نوآوریهای تازه ساخته شده است.شكل زیر یك نمونه از این نوع ترانسفورماتور را نشان می دهد.

همین تیم تحقیقاتی كه بر روی ساخت و آزمایش ترانسفورماتور 1- MVA , HTS كار كرده اند، قرار است طراحی و آزمایش یك ترانسفورماتور آزمایشی آلفا 5 / 10 MVA را شروع نمایند.

پروژه ترانسفورماتور HTS در ایالت متحده آمریكا توسط چندین شركت و سازمان دنبال می گردد. شركت Waukesha Electric Systems ( WES ) رهبری ساخت اینگونه ترانسفورماتورها را در آمریكا به عهده دارد. این شركت مسئول طراحی و ساخت هسته و تانك ترانسفورماتور HTS – 1MVA بوده و همچنین مونتاژ و آزمایش آنرا نیز به عهده داشته است. شركت Intermagnetics General Corporation ( IGC ) در آمریكا، سازنده هادیها و كابلهای ابررسانا می باشد و در این پروژه مسئول طراحی و ساخت هادیهای ابررسانا، سیم پیچ های ترانسفورماتور و طراحی بخشی از سیستم سرمایشی بوده است.

Oak Ridge National Laboratory ( ORNL ) كه یك مؤسسه تحقیقاتی می باشد مسئول طراحی و ساخت ساپورت سیم پیچها و زیرسیستم های سرمایشی می باشد.

شركت برق Rochester Gas and Electric Corporation ( RG&E ) حمایتهای مالی و اقتصادی این پروژه را به عهده داشته و مشاوره این طرح توسط مشاوران بین المللی Electric Power Engineering Department در RPI انجام شد.

دكتر Christine Platt از دپارتمان انرژی آمریكا بر اهمیت این پدیده اذعان می نماید و می گوید كه در آمریكا تلفات انرژی الكتریكی تولید شده در حدود 8 درصد می باشد كه ترانسفورماتورها نیمی از این تلفات را تولید می كنند و با استفاده از مواد ابررسانا و تولیدات آن این رقم نصف خواهد شد كه در نتیجه منجر به صرفه جویی صدها میلیون دلار درسال خواهد شد.

* High Temperature Supercoductor

منبع : شركت Waukesha Electric

آدرس : http://www.waukeshaelectric.com

افزایش طول عمر تراسفورماتور بوسیله مونیتورینگ صحیح و درك درست نتایج آن

پیش از این اطلاعات مربوط به وضعیت ترانسفورماتورهای MVA 25 و بالاتر محدود به اطلاعات آلارم دمای بالای روغن ، نتایج آنالیزسالیانه گازهای حل شده در روغن (DGA ) و اطلاعات اندك دیگری برای ترانسفورماتورهای بزرگتر میگردد. امروزه فن آوری ، امكانات جدیدی را برای اندازه گیری سریع گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتور و سایر پارامترهای بحرانی تقریبا" بطور همزمان ، فراهم آورده است .

هر یك از انواع خطاهای ترانسفورماتور تركیب متفاوتی از گازها را تولید می كند . تقریبا" تمامی خطاها مقادیر مختلفی گاز هیدروژن تولید می كنند كه چگونگی مونیتورینگ هیدروژن كه اغلب بعنوان علامت اصلی هشدار دهنده است ، اساس انواع روشهای آنالیز گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور می باشد .

سه نوع فن آوری اندازه گیری گاز محلول در روغن مورد استفاده قرارگرفته است :

1) فن آوری سنسور نیمه هادی كه از یك تراشه سیلیكونی استفاده می كند . هنگامی كه این سنسور در معرض گاز هیدروژن قرار می گیرد یك سیگنال الكتریكی تولید می كند .ویژگی پاسخ به هیدروژن در این فن آوری بسیار خوب است .

2) فن آوری پیل سوختی نیز در مونیتورینگ میزان هیدروژن در روغن ترانسفورماتور استفاده شده است . اكسیداسیون الكتروشیمیایی هیدروژن در الكترودهای آشكارساز ، یك جریان الكتریكی متناسب با مقدار هیدروژن تولید می كند . برای مولكولهای كوچكی مانند هیدروژن می توان گفت كه 100 در صد گاز موجود در واكنش شركت كرده و از آنها پاسخ دریافت می شود . سایر مولكولها مانند استیلن ، اتیلن و مونوكسیدكربن نیز می توانند در اكسیداسیون شركت كرده و تولید سیگنال الكتریكی كنند . این سیگنال تولید شده بخشی از كل سیگنال الكتریكی خروجی است كه نمی توان تشخیص داد سهم هر گاز درتولید سیگنال به چه میزان است .

3) طیف نگاری گاز ، سومین فن آوری استفاده شده در اندازه گیری گازهای محلول درروغن است . نمونه های گاز كه یا از فضای بالای تانك روغن ترانسفورماتور گرفته شده و یا از روغن ترانسفورماتور بدست آمده است ، از لوله های بلند و نازكی عبور داده می شوند . اندازه گیری های انجام شده روی قابلیت هدایت گرمایی گازها ، سیگنالهایی تولید می كند كه با تبدیل این سیگنالها می توان نوع گاز موجود در نمونه اصلی را تشخیص داد .

برای ارزیابی این سه فن آوری، دو ترانسفورماتور كه دارای شرایط و نسبت تبدیل كاملا" یكسانی هستند را در نظر می گیریم. ابتدا یكی از آنها را تحت آزمایش تخلیه جزئی قرار می دهیم. در این حالت میزان هیدروژن 600 PPM ، متان 80 PPM و مونوكسید كربن بدون تغییر است. فن آوری پیل سوختی و سنسور نیمه هادی نشان می دهند كه چیزی تغییر كرده اما دقیقا" مشخص نیست كه چه گازی در روغن حاصل شده است. روش طیف نگاری كاملا" میزان انواع گازها را نشان می دهد.

در مرحله بعد ترانسفورماتور دیگر تحت آزمایش خطای قوس قرار می گیرد. در این حالت هیدروژن 800 PPM و استیلن 200 PPM می باشد. در این حالت نیز روش پیل سوختی و سنسور نیمه هادی تنها به میزان گاز تولید شده اشاره دارند اما طیف نگاری به تفكیك میزان هر یك از گازهای تولید شده را ارائه می دهد.

نتایج نشان می دهد كه بعضی از خطاها در یك مدت زمان طولانی ، مقدار كمی گاز تولید می كنند در صورتیكه سایر خطاها مقادیر قابل ملاحظه ای گاز در زمانی كوتاه تولید می كنند .

ارتباط دادن این داده ها با خطاهای ترانسفورماتور عامل مهمی در اتخاذ تصمیمی مناسب برای بهره برداری و نگهداری از ترانسفورماتورها است . برخی از آنها بیانگر این نكته هستند كه قابلیت اطمینان بلندمدت ترانسفورماتور مناسب و یا بسیار نامناسب است و یا اینكه عمر مفید ترانسفورماتور به اتمام رسیده است . سایر مقادیر اندازه گیری شده ، نشان دهنده وقوع خطاهای جدی هستند كه ممكن است نتایج ناگواری را در پی داشته باشد .

منبع : سایت خبری Pennnet

آدرس : http://www.pennnet

اضافه ولتاژهای رزونانس در ترانسفورماتورهای توزیع

نتیجه طبیعی استفاده صنایع از ترانسفورماتورهای توزیع با ظرفیتهای بالاتر، افزایش احتمال بروز اضافه ولتاژها در وضعیتهای مختلف روزانه است . برای تعیین پارامترهای سیستم كه می توانند باعث ایجاد اضافه ولتاژهای فرورزونانس شدید گردند، آزمایشهای كاملی توسط موسسه DSTAR انجام گرفته است . آزمایشات مذكور بر روی تعدادی ترانسفورماتور توزیع و تحت شرایط كار واقعی انجام شده است . در طول این آزمایشات، صدها بار عملیات كلیدزنی بر روی ترانسفورماتورهای توزیع با ولتاژهای متفاوت و با سیم پیچ ستاره زمین شده و اولیه مثلث انجام گردید. این پروژه بطور كلی ثابت كرد كه در ترانسفورماتورهای با ظرفیت بالا كه امروزه توسط صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، احتمال ایجاد اضافه ولتاژ فرورزونانسی بیشتر از ترانسفورماتورهای دهه گذشته می باشد.

بطور نمونه ، در آزمایشات انجام گرفته شده توسط DSTAR بر روی یك ترانسفورماتور معمولی با هسته سیلیكون – فولاد با ظرفیت 225 KVA و ولتاژ 25 KV با اتصال Y –Y ، یك اضافه ولتاژ با پیك 2.35 برابر پیك نامی ترانسفورماتور اندازه گیری شده است .

تحقیقات DSTAR ، برخی نظرات موجود در مورد اثرات پدیده اضافه ولتاژ را رد كرد. برای مثال بجای جریان تحریك هسته تلفات هسته ترانسفورماتور بهترین مشخصه برای شناسایی پدیده اضافه ولتاژ در ترانسفورماتور می باشد. نتایج تحقیقات انجام گرفته توسط این مركز ، اخیرا" بعنوان مبحث جدید و با ارزشی از سوی IEEE منتشر شده است .

پروژه تحقیقاتی دیگری توسط موسسه DSTAR جهت تعیین تأثیر نصب برقگیر اكسید روی بر روی اضافه ولتاژهای فرورزونانس انجام گرفته است. این تحقیقات نشان داد كه وقوع اضافه ولتاژهای فرورزونانس باعث خرابی سریع برقگیر GAPLESS نخواهد شد.

بدلیل وجود امپدانس خیلی بزرگ مدار فرورزونانس گرم شدن برقگیر به آهستگی صورت میگیرد. همچنین این تحقیقات نشان داد كه برقگیرها می توانند بعنوان عامل موثری در كنترل اضافه ولتاژها در شرایط گوناگون باشند. دستورالعملهای مختلفی برای كاربرد برقگیرهای مختلف با توجه به شرایط بهره برداری وجود دارد كه بیان می كند هر برقگیر چند دقیقه می تواند اضافه ولتاژ فرورزونانس را تحمل كند. این اضافه ولتاژ در زمان كلیدزنی ( سوئیچینگ ) ترانسفورماتورها رخ می دهد.

بانكهای ستاره – مثلث

كلیدزنی بانكهای ترانسفورماتور سه فاز هوایی با سیم پیچی Y – ∆ بصورت فاز به فاز می تواند سبب ایجاد مشكلات اضافه ولتاژ و خرابی ترانسفورماتورها یا برقگیرها گردد. این موضوع در تحقیقات DSTAR بررسی گردید و نتایج بدست آمده مطالب مفیدی را در مورد كلیدزنی ، حفاظت اضافه ولتاژها و قابلیت برقگیرها در رفع این اضافه ولتاژها ارائه نمود. نتایج تحقیقات مذكور همچنین گونه دیگری از پدیده اضافه ولتاژ را كه قبلا" گزارش نشده بود، كشف و معرفی نمود. این اضافه ولتاژ كه دامنه زیادی دارد یك علت روشن برای خرابی خیلی از ترانسفورماتورها در این زمینه می باشد. یك نمونه از این نوع اضافه ولتاژ درشكل شماره (1) نشان داده شده است .

امواج طرف ثانویه

ترانسفورماتورهای تك فاز توزیع با سیم پیچی از نوع طراحیnon – interlaced به همان اندازه كه ممكن است بواسطه امواج صاعقه وارد شده از طریق نقطه خنثی در ثانویه صدمه ببینند به همان قدر نیز ممكن است از طریق امواج طرف اولیه در معرض خطر باشند. همانطور كه در شكل ( 2 ) دیده می شود ولتاژ القاء شده در سیم پیچی طرف اولیه در مجموع كم است ولی تنش های لایه به لایه در میان سیم پیچی های ترانسفورماتور زیاد اتفاق می افتد. آزمایشات متعدد DSTAR و بررسی های تحلیلی انجام شده دستورالعمل و راهنمائیهائی را برای حداقل نمودن ریسك خرابی ترانسفورماتور در مواجه با این پدیده، تهیه نموده است.

منبع : مؤسسه DSTAR

آدرس : http://www.dstar.org

ساخت نوعی جدید از ترانسفورماتورها

شركت ABB نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای تقویت جریان موسوم به بوسترفورمر عرضه كرده است كه در سیستم تغذیه راه آهن استفاده می گردد . در این نوع تراسفورماتورها از روغن استفاده نشده و سیستم عایقی ساده‌ای به كار رفته است . استفاده از بوسترفورمر از لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و برای محیط زیست نیز مضرات كمتری دارد.

تكنولوژی به كار رفته در بوسترفورمر، همانند Powerformer ها و Dryformer ها ( ترانسفورماتورهای خشك ) مبتنی بر استفاده از كابلها می باشد. این ترانسفورماتورها از یك كابل فشار قوی تشكیل شده كه به صورت یك سیم پیچ به دور یك هسته آهنی پیچانده شده است.

در بوسترفورمر از روغن استفاده نشده است و به این ترتیب نیاز به بازرسی مداوم روغن ( دمای روغن، اندازه‌گیری و تجزیه گاز متصاعد شده از روغن و … ) از بین رفته و هزینه‌های سرویس ونگهداری پایین آمده است. به علت زمین شدنِ كل ترانسفورماتور، ضریب ایمنی این نوع ترانسفورماتور بسیار بالاست. بوسترفورمر به علت استفاده از تجهیزات اتصال دهنده استاندارد، از ضریب اطمینان بالایی نیز برخوردار است .

ترانسفورماتورهای تقویت جریان با فواصل 5 كیلومتر از یكدیگر، در مسیر خطوط راه آهن و بر روی فیدر نصب می‌گردند. این نوع ترانسفورماتورها را می‌توان هم بر روی تیر و هم بر روی زمین نصب كرد. از بوستر فورمر ممكن است در كشورهای زیادی برای منابع تغذیه مختلف استفاده گردد . اكنون تعدادی از این نوع تراسفورماتورها برای منابع تغذیه راه آهن كشورهای اروپای شمالی در حال ساختند.

منبع : سایت ABB

آدرس : http://www.abb.com

سیستم نمایش و مدیریت ترانسفورماتورها ‍TMMS

سیستم TMMS (Trans former Monitoring Management System) فارادی یك سیستم نمایش و مدیریت ترانسفورماتور است.

سیستم ‍TMMS بر اساس جمع آوری اطلاعات بحرانی بهره برداری ترانسفورماتور و تجزیه و تحلیل آنها عمل می نماید.

سیستم TMMS با تجزیه و تحلیل اطلاعات قادر خواهد بود كه ضمن تفسیر عملكرد ترانسفورماتور عیبهای آن را تشخیص داده و اطلاعات لازم برای تصمیم گیری را در اختیار بهره بردار قرار دهد.

اطلاعات بهره برداری كه برای فرآیند نمایش و مدیریت ترانسفور ماتور ها مورد نیاز بوده و توسط سنسورهای مخصوص جمع آوری میگردند بشرح زیر می باشند.

· - گازهای موجود در روغن ترانسفورماتور همراه با ئیدران

· - آب موجود در روغن ترانسفور ماتور همراه با Acquaoil 300

· - جریان بار ترانسفورماتور

· - دمای نقاط مختلف ترانسفورماتور

· - وضعیت تپ چنچر ترانسفورماتور

· - سیستم خنك كنندگی ترانسفورماتور

اطلاعات بهره بردای فوق جمع آوری شده و بهمراه سایر اطلاعات موجود بطور مستمر تجزیه و تحلیل شده تا بتوانند اطلاعات زیر را درباره وضعیت بهره برداری ترانسفورماتور تهیه نمایند.

· - شرایط عمومی و كلی ترانسفورماتور

· - ظرفیت بارگیری ترانسفورماتور

· - میل و شدت تولید گاز و حباب در داخل روغن ترانسفورماتور

· - ملزومات نگهداری ترانسفورماتور

سیستم TMMS فارادی را میتوان برای ترانسفورماتورهای موجود بكار برد و همچنین میتوان آنرا در ساختمان ترانسفورماتورهای جدید طراحی و نصب نمود.

ارتقاء سیستم TMMS فارادی با افزودن سنسورهای اضافی میتواند باعث ارتقاء عملكرد آن برای موارد زیر گردد.

· - حداكثر نمودن ظرفیت بارگذاری ترانسفورماتور برای بهره برداری اقتصادی و بهینه

· - تشخیص عیب و توصیه راه حل در ترانسفورماتور ها

· - مدیریت عمر ترانسفورماتور و افزایش آن

· - تكمیل و توسعه فرایند و عملیات مدیریت ترانسفورماتور ها با كمك اطلاعات اضافی تهیه شده در زمان حقیقی

· -كاهش و حذف خروجی ترانسفورماتورها بصورت برنامه ریزی شده و یا ناشی از خطا

· - آشكار سازی علائم اولیه پیدایش خطا در ترانسفورماتورها

· - نمایش مراحل تكامل و شكل گیری شرایط پیدایش خطا

مرجع: سایت خبری شركت جنرال الكتریك ((GE

آدرس: www.syprotec.com

ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیك

ترانسفورماتورهای مقاوم عامل K

هارمونیك های تولید شده توسط بارهای غیر خطی می توانند مشكلات حرارتی و گرمائی خطرناكی را در ترانسفورماتورهای توزیع استاندارد ایجاد نمایند . حتی اگر توان بار خیلی كمتر از مقدار نامی آن باشد ، هارمونیك ها می توانند باعث گرمای بیش از حد و صدمه دیدن ترانسفورماتورها شوند . جریان های هارمونیكی تلفات فوكو را بشدت افزایش می دهند . بهمین دلیل سازنده ها ، ترانسفورماتور های تنومندی را ساخته اند تا اینكه بتوانند تلفات اضافی ناشی از هارمونیك ها را تحمل كنند . سازنده ها برای رعایت استاندارد یك روش سنجش ظرفیت، بنام عامل Kرا ابداع كرده اند . در اساس عامل K نشان دهنده مقدار افزایش در تلفات فوكو است . بنابراین ترانسفورماتور عامل Kمی تواند باری به اندازه ظرفیت نامی ترانسفورماتور را تغذیه نماید مشروط براینكه عاملK بار غیر خطی تغذیه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد . مقادیر استاندارد عامل K برابر با 4 ، 9 ، 13 ، 20 ، 30 ، 40 ، 50 می باشند. این نوع ترانسفورماتورها عملا" هارمونیك را از بین نبرده تنها نسبت به آن مقاوم می باشند.

ترانسفورماتور HMT ( Harmonic Mitigating Transformer )

نوع دیگر از ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیك ترانسفورماتورهای HMT هستند كه ازصاف شدن بالای موج ولتاژ بواسطه بریده شدن آن جلوگیری می كند. HMT طوری ساخته شده است كه اعوجاج ولتاژ سیستم واثرات حرارتی ناشی از جریان های هارمونیك را كاهش می دهد. HMT این كار را از طریق حذف فلوها و جریان های هارمونیكی ایجاد شده توسط بار در سیم پیچی های ترانسفورماتور انجام می دهد.

چنانچه شبكه های توزیع نیروی برق مجهز به ترانسفورماتورهایHMT گردند می توانند همه نوع بارهای غیر خطی ( با هر درجه از غیر خطی بودن ) را بدون اینكه پیامدهای منفی داشته باشند، تغذیه نمایند. بهمین دلیل در اماكنی كه بارهای غیر خطی زیاد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT بصورت گسترده استفاده می شود .

مزایای ترانسفورماتورHMT :

می توان از عبور جریان مؤلفه صفر هارمونیك ها ( شامل هارمونیك های سوم ، نهم و پانزدهم ) در سیم پیچی اولیه ، از طریق حذف فلوی آنها در سیم پیچی های ثانویه جلوگیری كرد .

· ترانسفورماتورهای HMT با یك خروجی در دو مدل با شیفت فازی متفاوت ساخته می شوند. وقتی كه هر دو مدل با هم بكار می روند می توانند جریان های هارمونیك پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را درقسمت جلوئی شبكه حذف كنند .

· ترانسفورماتورهای HMT با دو خروجی می توانند مولفه متعادل جریان های هارمونیك پنجم، هفتم ، هفدهم و نوزدهم را در داخل سیم پیچی های ثانویه حذف كنند .

· ترانسفورماتورهای HMT با سه خروجی می توانند مولفه متعادل جریانهای هارمونیك پنجم، هفتم ، یازدهم و سیزدهم را در داخل سیم پیچی ثانویه حذف كنند .

· كاهش جریان های هارمونیكی در سیم پیچی های اولیه HMT باعث كاهش افت ولتاژهای هارمونیكی و اعوجاج مربوطه می شود .

· كاهش تلفات توان بعلت كاهش جریان های هارمونیكی .

بعبارت دیگر ترانسفورماتورHMT باعث ایجاد اعوجاج ولتاژ خیلی كمتری در مقایسه با ترانسفورماتورهای معمولی یا ترانسفورماتور عامل K می شود .

تخمین پارامترهای مدل مشروح ترانسفورماتور با استفاده از الگوریتم ژنتیک

امروزه هزاران ترانسفورماتور در قسمتهای مختلف شبکه تولید، انتقال و توزیع الکتریکی وظیفه رساندن انرژی برق به مصرف کننده را عهده دار هستند، و کیفیت انرژی رسیده به دست مصرف کننده تا حدود زیادی به نحوة کارکرد آنها بستگی دارد. توسعه و انتقال انرژی الکتریکی در مسافتهای طولانی با پیشرفت تکنولوژی ترانسفورماتورهای قدرت امکان پذیر شده است. برای بهینه سازی عملكرد ترانسفورماتورها بررسی و تحلیل آنها ضروری و اجتناب ناپذیرمیباشد، مدلسازی ترانسفورماتور از مهمترین روشهای بررسی و تحقیق روی این تجهیزات است. مدل مشروح بر اساس هندسه و فیزیك داخل ترانسفورماتور ساخته میشود و به همین دلیل این نوع مدل برای مطالعه پدیده های داخل ترانسفورماتور بسیار مناسب است، وحتی مدلهای مشروح كاهش یافته میتوانند در بررسی بر هم کنش ترانسفورماتور و سیستمهای الكتریكی نیز مورد استفاده قرار گیرند. توانائی مدل مشروح در شبیه سازی رفتار ترانسفورماتور به دقت محاسبه پارامترهای مدل بستگی دارد. در حال حاضر برای تعیین پارامترهای مدل مشروح ترانسفورماتور از روابط ریاضی و روشهای عددی استفاده میشود، که با استفاده از داده های هندسی سیم پیچها و مواد عایقی بكار رفته در ساختمان ترانسفورماتور، مقدار عددی پارامترهای مدل را مشخص میکنند. این روشها دارای این معایب هستند كه اولاً همواره اطلاعات دقیقی از ابعاد داخلی ترانسفورماتور در دسترس نمی باشد و ثانیاً با توجه به تقریبهای بكار رفته در روابط، پارامترهای محاسبه شده با خطای محاسباتی همراه هستند.

در این پروژه برای اولین بار روشی مبتنی برالگوریتم ژنتیك برای تخمین پارامترهای مدل مشروح بر اساس اندوكتانسهای خودی و متقابل ترانسفورماتور ارائه میشود. برای انطباق با نیازهای مسئله یک نگرش جدید در پیاده سازی الگوریتم ژنتیك بكار رفته، كه بجای مقادیر باینری بر روی مقادیر حقیقی پارامترها عمل میکند. در اجرای الگوریتم ژنتیک از تمهیدات خاصی استفاده گردیده، که موجب تسریع همگرائی الگوریتم شده است. از روش پیشنهادی برای تخمین پارامترهای مدل مشروح یك سیم پیچ فشارقوی متعلق به یك ترانسفورماتور توزیع MVA 2/1 استفاده شده است. برای ارزیابی دقت روش پیشنهادی، تابع تبدیل جریان خروجی ترانسفورماتور با ورودی ولتاژ ضربه، از طریق اندازه گیری و تحلیل مدل حاصل از الگوریتم ژنتیک، بدست آمده و با هم مقایسه شده است. آزمایش انجام یافته دقت روش پیشنهادی را مورد تأیید قرار میدهد. روش ارائه شده برای تخمین پارامترهای مدل مشروح ترانسفورماتور تنها به اندازه گیریهای پایانه ترانسفورماتور نیاز دارد.