ترانسفورماتور وسیله ای است که برای تبدیل انرژی استفاده می شود و از دو یـا چنـد سـیم پیچ تشکیل شده که توسط یک هسته مغناطیسی، شار آن ها با یکدیگر در ارتباط اسـت و بـرای ایجاد یک ولتاژ دلخواه استفاده می شود.
– اساس کار ترانسفورماتور
زمانی کـه جریـان الکتریکـی از یـک سـیم پـیچ عبـور مـی کنـد یـک میـدان مغناطیسـی یـا شـارمغناطیسی در اطراف آن ایجاد می شود و اگر میدان مغناطیسی در اطراف یک سیم نوسان کند،در سیم پیچ جریان الکتریکی ایجاد می شود که بـه آن القای الکترومغناطیسی گفتـه مـی شـود .
بنابراین اگر سیم پیچ دوم (سیم پیچ ثانویه) در کنار یک سیم پیچ اول (سیم پیچ اولیـه) قـراردهیم و یک جریان نوسانی (متناوبAC ( در سیم پیچ اول بفرستیم، در سیم پیچ دوم جریـان الکتریکی ایجاد می شود.
متناسب با تعداد دور سیم پیچ ها می توان سطح ولتاژ را تعیین کرد، هرچقدر تعداد دور سیم پیچ دوم بیشتر باشد، سطح ولتاژ ثانویه نیز بیشتر و متناسب با آن جریان کمتر خواهد بود.ترانس هایی که در شبکه توزیع برق استفاده می شوند عموما از اجزای زیر تشکیل می شوند:
1 .هسته آهنی
2 .سیم پیچ ها
3 .تپ چنجر
4 .بوشینگ ها
5 .رادیاتور
6 .درپوش تانک
7 .چرخ ها
8 .منبع انبساط
9 .رله بوخهلتس
تپ چنجرها به عنوان یک کلید در ترانس هستند که برای تغییر سطح ولتاژ به کار می روند
-هسته آهنی ترانسفورماتور
در برخی از ترانسفورماتورها برای هر فاز دو شاخه آهنی وجود دارد؛ یکی بـرای قسـمت فشـار ضعیف و دیگری فشار قوی.سیم پیچ ها بر روی این دو شاخه آهنی سوار می شوند.اما دسته دیگری از ترانس ها هستند که هر دو سیم پیچ روی یک شاخه آهنی سوار می شوندو فضای بین آن ها کانال پراکندگی است که با عایق پوشانده می شود.
-رطوبت گیر روغن ترانسفورماتور
به منظور جلوگیری از ورود رطوبت و گرد و غبار به داخل تـرانس بایسـتی هرگونـه تبـادل هـوا بین ترانس و محیط بیرونی ، از مسیر محفظه رطوبت گیر انجام گیرد این کار باعث می شود کـه رطوبت هوا گرفته شود و در نتیجه باعث افزایش عمر روغن ترانس شود.
درون شیشه رطوبت گیر از دانه های سیلیکاژل (اغلب عنصر کبالت) استفاده می شود. زمـانی که این دانه ها تغییر رنگ دهند ، زمان تعویض رطوبت گیر است.
-بوشینگ ترانسفورماتور
برای اتصال کابل های فشار ضعیف و فشار قوی به سیم پیچ های ترانس از عایق هایی بـر روی ترانس استفاده می شود.بوشینگ ها، تجهیزات عایقی هستند که یک یا چند هادی می تواند از آن ها عبور کند و با محیط بیرون ایزوله باشد.جنس بوشینگ ها چینی (پرسلین)، شیشه ای یا رزینی است.
-انواع ترانس براساس نوع عایق
ترانسفورماتورهایی که در شبکه توزیع برق استفاده می شوند در دو دسته اصلی از لحاظ ماده عایقی تقسیم بندی می شوند:
-ترانسفورماتور روغنی
در این ترانس ها از روغن به عنوان عایق در بین سیم پیچ ها استفاده می شود.روغن به دلیل خاصیت عایقی بالا، دماهای بسیار بالا را تحمل کرده و مانع از آسـیب بـه تـرانسمی شود.
ترانس های روغنی به دو دسته ترانسفورماتور کنسرواتوری و ترانسفورماتور هرمتیک تقسیم می شوند.
-تفاوت ترانسفورماتور کنسرواتوری و هرمتیکی
در ترانس کنسرواتوری هوای محیط از طریق رطوبت گیر با روغن در تماس بـوده و تغییـر حجـم روغن مخزن در منبع انبساط جبران می شود.اما در ترانس هرمتیکی روغن با هوای محیط ارتباط ندارد.
-ترانسفورماتور خشک یا رزینی
از رزین به عنوان عایق استفاده می شود. مهمترین ویژگی ترانس های خشک عدم آتش سوزی آن هاست.اگر اتاق ترانسفورماتور درون ساختمان باشد براساس مقررات ملـی سـاختمان بایـد از تـرانس خشک استفاده کنیم.
-روغن نمای مغناطیسی
این تجهیز در ترانس های روغنی به کار می رود و سطح روغن در ترانس را مشـخص مـی کنـد.دو نوع مختلف روغن نما وجود دارد.
-روغن نمای بدون کنتاکت :
در این نوع از روغن نماها فقط سطح روغن ترانس نمایش داده مـیشود.
-روغن نمای کنتاکت دار :
علاوه بر مشخص شدن سطح روغن، کنتاکـت هـایی نیـز در روغـن وجود دارد. در صورتی که سطح روغن از مقدار مشخصی پایین تر بیاید یک کنتاکت فعـال شـده و آلارم درسیستم به صدا در می آید.
-ترمومتر روغن
برای نمایش دمای درون ترانس از ترمومترهای روغنی اسـتفاده مـی کنـیم. ایـن تجهیـزات بـرروی سطح ترانس و در بالاترین نقطه نصب می شوند.
-رله بوخهلتس ترانسفورماتور
رله بوخهلتس به انگلیسی Relay Buchholzفقط در ترانس های روغنی قرار دارد. یک تجهیـزحفاظتی است که بین منبع روغن و بدنه اصلی ترانس قرار می گیرد.گازهای ایجاد شده ناشی از تجزیه روغن یا مواد عایقی جامد در این محفظه جمع می شود.
در صورت نشت روغن از ترانس و تجزیه روغن یا کاغذ عایقی، رله متوجه شـده و یـک کنتاکـت بسته شده و آژیر خطر به صدا درمی آید.در صورتی که مقدار گاز ذخیره شده در رله بوخهلتس از حد معین تجاوز نکند, اولین شناور آن(شناور آژیر) بحرکت درآمده و با وصل کردن کلید مخصوص, آژیر خطر را به صدا درمـی آورد.
اگر ترانسفورماتور را با وجود به صدا در آمدن آژیر خطر شخصاً قطع نکنیم و عـاملی کـه سـبب متصاعد شدن گاز از ترانسفورماتور شده نیز برطرف نگردد, رله بقدری از گاز پـر مـی شـود کـه نیروی لازم برای بکار افتادن دومین شناور (شناور قطع) را نیز پیدا میکند و در نتیجـه شـناور قطع بطور خودکار ترانسفورماتور مزبور را از شبکه قطع میکند. اگر خطـای بـزرگ بـه طـور غیـرمترقبه ترانسفورماتوری را تهدید کند, متصاعد شدن گاز بحدی شدید میشود کـه حرکـت گـاز با جریان شدید روغن توأم میشود و ایـن دو باعـث بحرکـت درآوردن شـناور قطـع و در نتیجـه قطع فوری ترانسفورماتور از شبکه برق میگردد.
در ترانسفورماتورهایی کـه بـدون داشـتن نقـص فنـی در ضـمن بـار, تولیـد گـاز مـی کننـد, مثـل ترانسـفورماتورهای بـا تنظـیم کننـده اتوماتیـک ولتـاژ کـه در موقـع عمـل کـردن, تولیـد جرقـه الکتریکی بین کنتاکتها میکند, نمی توان از رلۀ بـوخ هلـتس دو شـناوری کـه دارای محلـی بـرای ذخیــره گــاز مــی باشــد اســتفاده کــرد, بلکــه بــه علــت ایجــاد گــاز کــه علامــت وقــوع عیبــی در ترانسفورماتور نیست میتوان فقط از حرکت روغن جهت حفاظت ترانسفورماتور استفاده نمـود و به این جهت در این گونه ترانسفورماتورها از رله بوخ هلتس با شـناور قطـع کننـده اسـتفاده میشود. محل نصب رله بوخ هلـتس در لولـه رابـط بـین ترانسـفورماتور و ظـرف انبسـاط روغـن میباشد.
در ترانسفورماتورهای خیلی بزرگ کـه دارای محفظـه هـای متعـدد بـرای روغـن مـی باشـد, ماننـد محفظه سیم پیچی, محفظه تنظیم کننده ولتاژ و محفظـه مقـره ع بـور بایـد هـر محفظـه ای بـه طـورجداگانه رلۀ بوخ هلتس را بکار اندازد.پس از قطع شدن ترانسفورماتور در اثر رلۀ بوخ هلتس, بایـد گازهـایی کـه در محفظـۀ گـاز رلـه جمع شده است خارج نمود تا شناور آژیر مجدداً به محل اولیه خود باز گردد.
-سیستم خنک کنندگی ترانسفورماتور: (System Cooling)
بارگیری از ترانسفورماتور و رسیدن بـه ظرفیـت نـامی تـرانس, بـا تلفـات و در نتیجـه افـزایش درجه حرارت داخلی ترانس همراه است. این افزایش به علت تلفات که در هسته سـیم پیچهـا بوجود میآید به گرما تبدیل میشود و تا جایی مجاز است که به عایقها آسیبی نرساند. بنـابراین حرارت حاصله بایستی به نحوی به محیط خارج انتقال داده شـود تـا از گـرم شـدن بـیش از حـد قسمتهای داخل ترانسفورماتور و آسیب دیدن آن جلوگیری شود.
مطابق استاندارد 76IEC ,سیستمهای خنک کننده متداولی تعریف شده که عبارت خواهنـد بـود از:
الف:Oil Natural Air Natural) ONAN
یعنی اینکه روغن ترانسفورماتور به طور طبیعی داخل سیستم رادیاتور گـردش کـرده و توسـط هوای محیط خنک میشود.
ب:Oil Natural Air Forced) ONAF
در این حالـت روغـن بـه صـورت طبیعـی داخـل رادیـاتور بـه گـردش درآمـده و توسـط فـن هـای الکتریکی حرارت خود را به محیط مجاور منتقل مینماید.
ج:Oil Forcd Air Forced) OFAF
در این حالت روغن توسط پمپ در رادیاتور به گردش درآمده و توسط فنهای الکتریکی حـرارت خود را به محیط مجاور منتقل مینماید.
-ترانسفورماتورها کوتاه اتصال امپدانس(Short Circuit Impedance)
ولتاژی که لازم است به ترمینالهای یک سیم پیچ اعمال گـردد تـا باعـث عبـور جریـان نـامی در سیم پـیچ دیگـر کـه اتصـال کوتـاه شـده, گـردد را امپـدانس اتصـال کوتـاه گوینـد. مقـدار ایـن امپدانس اتصال کوتاه که به امپدانس درصد ترانس نیز معروف است, بـه صـورت درصـدی از ولتاژ نامی بیان میشود.
تلفات آهن ترانس در اثر کاهش امپدانس اتصال کوتاه افزایش یافتـه و باعـث بزرگتـر شـدن هسته ترانس میشود راکتانس ترانسفورماتور احتیاج بـه قـدرت راکتیـو دارد کـه بایسـتی بـه وسیله ژنراتور و یا وسایل جبران کننده تأمین شود. همانطوریکه ملاحظه مـی شـود کـاهش و یـا افزایش امپدانس اتصال کوتاه دارای اثرات مثبت و منفی میباشد. لذا در انتخـاب بهینـه ایـن امپدانس علاوه بر اینکه سطح ولتاژ و ظرفیت و هزینههـای مـس و آهـن مطـرح اسـت توجـه بـه اثرات جنبی آن نیز ضرورت دارد. استاندارد 75IEC-6 مقدار امپدانس اتصال کوتاه را بـرای ظرفیتهای مختلف مشخص نموده که به عنوان اعداد تیپ معرفی شده اند که به شـرح جـدول میباشد
تپ چنجر (Tap changer)
تپ چنجر مکانیزمی است که با آن میتـوان نسـبت تبـدیل ولتـاژ ترانسـفورماتور را تغییـر داد.مثلاً اگر توسط ترانسفورماتور قدرت, خروجی ژنراتور به شبکه داده شود, در مواقعی که شـبکه افت ولتاژ دارد میتوان با انتخاب ولتاژ ثانویه بیشتری افت در شبکه را ترمیم کرد و همینطور در مواردی که شبکه افزایش ولتاژ دارد, میتوان با کاهش ولتاژ, ثانویه, افزایش, ولتـاژ شـبکه را جبران نمود. این عمل معمولاً به وسیله دست یا موتور قابـل انجـام اسـت. در هـر بـار تغییـرTap ترکیب خاصی از سر سیمها را به هم متصل میکند, لذا تعداد دور سیم هائی که در مدارقرار میگیرند. بنابراین با یک ولتاژ ثابت در اولیه ولتاژ ثانویه عوض میشود.
تپ چنجرها را به دو دسته میتوان تقسیم کرد.
الف-Tap changer ON loadبار زیر
ب – Tap changer Off loadبار بی
منظور از تپ چنجر بی بار آن است که ابتدا باید ترانسفورماتور را بی بار کـرد و سـپس تـپ را عوض نمود ولی در نوع زیر بار میتوان تپ را زیر بار عوض نمود که البته ایـن نـوع بـه تکنیـک بالاتری نیاز دارد.
-جریان نامی تپ چنجر :
برای پیدا کردن جریان نـامی تـپ چنجـر , جریـ ان نـامی تـرانس را بدسـت آورده و 15 %بـه آن اضافه میکنند و عدد بدست آمده را هـم 20 %افـزایش مـی دهنـد تـا جریـان نـامی تـپ چنجـر حاصل شود.
-تلفات ترانسفورماتور :
به طور کلی تلفات ترانسفورماتور عبارتند از:
-تلفات آهن یا تلفات بی باری: (loss load No)
تلفات بی باری عبارتست از قدرت راکتیو جذب شده توسط ترانس در حالیکه بـه یـک طـرف آن ولتاژ نامی با فرکانس نامی اعمال شود و طرف دیگر باز و بدون بار باشد تلفات بی باری خـود از تلفات هیسترزیس در هسته, تلفـات ناشـی از جریـان گردابـی در هسـته (فوکـو), تلفـات مسـی ناشی از جریان بی باری تشکیل میشود.
تلفات مسی ناشی از جریان بی باری بسیار ناچیز بوده و در حقیقت تلفات هیسـترزیس و فوکـو, تلفات بی باری را میسازد. تلفات بی باری مادامیکه ترانس برقدار باشد با ولتاژ فرکانس ثابت,مستقل از اینکه چه باری از آن گرفته شود به طور ثابت وجود دارد.
تلفات مسی یا تلفات بارداری: (loss load)
تلفات بارداری عبارتست از قدرت اکتیو جذب شده در فرکانس نامی توسط تـرانس در حالیکـه یک سیم پیچ دارای جریان و سیم پیچ دیگر اتصال کوتاه شده باشد.
تلفات بارداری خود از تلفات مسی ناشی از جریان بار, تلفات مسی ناشی از جریان تـامین کننـده تلفات, تلفات مسی ناشی از جریان گردابی در هادی سیم پیچها در اثر فلـوی هـدر رفتـه, تلفـات ایجاد شده در درپوش و دیوارههای تانک در اثر فلوی هدر رفته, تشکیل میشود.
مقدار تلفات بارداری در درجه حرارت مبنـایی کـه در اسـتاندارد 76IEC-1 بـر حسـب کـلاس عایقی تقسیم بندی شده تعریف میشود.
میزان افزایش درجه حرارت مجاز سیم پیچها و روغن ترانسفورماتور:
حداکثر درجه حرارت مجاز سیم پیچی, عاملی تعیین کننده در عمر مفید ترانس میباشد و درجه حرارت مجاز روغن نیز اگر بعنوان خنک کننده در ترانسها مورد استفاده قـرار گیـرد از اهمیـت ویژه ای برخوردار میباشد. لذا میزان افزایش مجاز درجه حرارت سیم پیچی و روغـن ترانسـها طبق استاندارد 76IEC-2 بشرح جدول زیر تعیین شده است.
رله بوخ هلتس
انواع تست ترانس قدرت
ترانس های قدرت در کارخانه سازنده تست اساسی شده و با ولتاژ های در حد نامی و بیشتر و جریانهای بزرگ، تست میشوند اما پس از حمل ترانس به مقصـد جهـت بررسـی و تائیـد صـحت عملکرد ترانس و نداشتن هـر نـوع عیـب در زمـان بهـره بـرداری ، تسـتهایی بـروی آن در محـل (پست )با وسایل اندازه گیری دقیق اما قابل حمل ونقل انجـام میشـود کـه بـه اختصـار در زیـر آمده است:
1-تست نسبت تبدیل :(RATIO)
در این تست با دادن ولتاژ به اولیه یا ثانویه تـرانس ، ولتـاژ طـرف مقابـل را بـه دقـت انـدازه گیری می کنند.در ترانسهای قدرت کاهنده معمولا طرف اولیه را ولتاژ 380 ولت می دهند
2 -تست پیوستگی تپ چنجر(CONTINUE TAP)
در این تست به اولیه ولتاژ 380 داده و در طرف ثانویه ولت مترهای آنالوگ دقیق قرار داده و در زمان تغییر تپ ها انحراف عقربه در هر سه فاز را بررسی کرده تا بقول معروف عقربـه پـس نزند . در زمان تغییر تپ میبایست به ترتیب زیر عمل نمود.
3-تست مقاومت عایقی(MEGGER: )
این تست را به کمک دستگاه میگر انجام می دهند و در زمانهای 15 ثانیه و60 ثانیه و5 دقیقـه و 10 دقیقه اندازه گیری میکنند.در این تست سرهای اولیه اتصال کوتاه میشود و همینطور در ثانویه.
4 -تست جریان بی باری :(LOAD_NO)
در این تست با دادن ولتاژ به اولیه و در صورتی که ثانویه مدار باز است جریان آنـرا بـا آمپـر متر دقیق اندازه گیری می کنیم . برای ثانویـه هـم بـه همـین منـوال اسـت . در اتصـال سـتاره نسبت آمپر های سه فاز 1-8.0-1 و در اتصال مثلث 1-1-3.1 است.
5 -تست شار مغناطیسی : (flow)
در این تست با دادن ولتاژ تک فاز به سر های هر فاز و نول (در اتصال ستاره ) جریان هر فـاز را اندازه گیری و ولتاژ سیم پیچ طرف مقابل را می خوانیم.
6 -تست گروه برداری :(GROUP VECTOR)
در این تست سرهای مشابه ،در یک فاز را اتصـال کوتـاه کـرده (مـثلا u-U ) و ولتـاژ سـه فـاز راتزریق میکنیم و ولتاژ را برای تمای سرها نسبت به هم میخوانیم.
7 -تست اتصال کوتاه :(CIRCUIT SHORT)
این تست را با اتصال کوتاه کردن در ثانویه انجام میدهیم و جریان در اولیه و ثانویه را پس از وصل ولتاژ 380 به اولیه قرائت و ثبت میکنیم.
8 -تست مقاومت اهمی :(RESISTANCE)
در این تست ولتاژ دی سی (مثلا 12 ولت ) را به سرهای هر فاز با سر نول در اتصـال سـتاره وهر دو فاز در اتصال مثلث تزریق کرده و جریان عبوری را اندازه گیری میکنیم.(این تست بهتراست در آخرین مرحله انجام گیرد)
9 -تست تانژانت دلتا :(DELTA- TAN)
در این تست با دستگاه مخصوص این تست حالتهای مختلف در ترانس را میشود بررسـی نمـود و ظرفیت خازنی بین هر نقطه از ترانس را اندازه گیری کرد.