ترانسفورماتور وسیله اي است که براي تبدیل انرژي 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 بـراي 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 القاي 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 اجزاي 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 براي تغییر سطح ولتاژ به کار می روند
-هسته آهنی ترانسفورماتور
در برخی از ترانسفورماتورها براي هر فاز دو شاخه آهنی وجود دارد؛ یکی بـراي قسـمت فشـار ضعیف و دیگري فشار قوي.سیم پیچ ها بر روي این دو شاخه آهنی سوار می شوند.اما دسته دیگري از ترانس ها هستند که هر دو سیم پیچ روي یک شاخه آهنی سوار می شوندو فضاي بین آن ها کانال پراکندگی است که با عایق پوشانده می شود.
-رطوبت گیر روغن ترانسفورماتور
به منظور جلوگیري 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 هاي سیلیکاژل (اغلب عنصر کبالت) استفاده می شود. زمـانی که این دانه ها تغییر رنگ دهند ، زمان تعویض رطوبت گیر است.
-بوشینگ ترانسفورماتور
براي اتصال کابل هاي فشار ضعیف و فشار قوي به سیم پیچ هاي ترانس از عایق هایی بـر روي ترانس استفاده می شود.بوشینگ ها، تجهیزات عایقی هستند که یک یا چند هادي می تواند از آن ها عبور کند و با محیط بیرون ایزوله باشد.جنس بوشینگ ها چینی (پرسلین)، شیشه اي 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 بندي 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، دماهاي بسیار بالا را تحمل کرده و مانع از آسـیب بـه تـرانسمی شود.
ترانس هاي روغنی به دو دسته ترانسفورماتور کنسرواتوري و ترانسفورماتور هرمتیک تقسیم می شوند.
-تفاوت ترانسفورماتور کنسرواتوري و هرمتیکی
در ترانس کنسرواتوري هواي 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 هواي محیط ارتباط ندارد.
-ترانسفورماتور خشک یا رزینی
از رزین به عنوان عایق استفاده می شود. مهمترین ویژگی ترانس هاي خشک عدم آتش سوزي آن هاست.اگر اتاق ترانسفورماتور درون ساختمان باشد براساس مقررات ملـی سـاختمان بایـد از تـرانس خشک استفاده کنیم.
-روغن نماي مغناطیسی
این تجهیز در ترانس هاي روغنی به کار می رود و سطح روغن در ترانس را مشـخص مـی کنـد.دو نوع مختلف روغن نما وجود دارد.
-روغن نماي بدون کنتاکت :
در این نوع از روغن نماها فقط سطح روغن ترانس نمایش داده مـیشود.
-روغن نماي 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
براي نمایش دماي درون ترانس از ترمومترهاي روغنی اسـتفاده مـی کنـیم. ایـن تجهیـزات بـرروي سطح ترانس و در بالاترین نقطه نصب می شوند.
-رله بوخهلتس ترانسفورماتور
رله بوخهلتس به انگلیسی Relay Buchholzفقط در ترانس هاي روغنی قرار دارد. یک تجهیـزحفاظتی است که بین منبع روغن و بدنه اصلی ترانس قرار می گیرد.گازهاي 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 بقدري از گاز پـر مـی شـود کـه نیروي لازم براي 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 خطـاي بـزرگ بـه طـور غیـرمترقبه ترانسفورماتوري را تهدید کند, متصاعد شدن گاز بحدي شدید میشود کـه حرکـت گـاز با جریان شدید روغن توأم میشود و ایـن دو باعـث بحرکـت درآوردن شـناور قطـع و در نتیجـه قطع فوري ترانسفورماتور از شبکه برق میگردد.
در ترانسفورماتورهایی کـه بـدون داشـتن نقـص فنـی در ضـمن بـار, تولیـد گـاز مـی کننـد, مثـل ترانسـفورماتورهاي بـا تنظـیم کننـده اتوماتیـک ولتـاژ کـه در موقـع عمـل کـردن, تولیـد جرقـه الکتریکی بین کنتاکتها میکند, نمی توان از رلۀ بـوخ هلـتس دو شـناوري کـه داراي محلـی بـراي 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 ترانسفورماتورهاي خیلی بزرگ کـه داراي محفظـه هـاي متعـدد بـراي روغـن مـی باشـد, ماننـد محفظه سیم پیچی, محفظه تنظیم کننده ولتاژ و محفظـه مقـره ع بـور بایـد هـر محفظـه اي 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)
بارگیري 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 نحوي به محیط خارج انتقال داده شـود تـا از گـرم شـدن بـیش از حـد قسمتهاي داخل ترانسفورماتور و آسیب دیدن آن جلوگیري شود.
مطابق استاندارد 76IEC ,سیستمهاي 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 هواي محیط خنک میشود.
ب:Oil Natural Air Forced) ONAF
در این حالـت روغـن بـه صـورت طبیعـی داخـل رادیـاتور بـه گـردش درآمـده و توسـط فـن هـاي 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 فنهاي الکتریکی حـرارت خود را به محیط مجاور منتقل مینماید.
-ترانسفورماتورها کوتاه اتصال امپدانس(Short Circuit Impedance)
ولتاژي که لازم است به ترمینالهاي 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 درصـدي 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 داراي اثرات مثبت و منفی میباشد. لذا در انتخـاب بهینـه ایـن امپدانس علاوه بر اینکه سطح ولتاژ و ظرفیت و هزینههـاي مـس و آهـن مطـرح اسـت توجـه بـه اثرات جنبی آن نیز ضرورت دارد. استاندارد 75IEC-6 مقدار امپدانس اتصال کوتاه را بـراي ظرفیتهاي 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 بیشتري افت در شبکه را ترمیم کرد و همینطور در مواردي 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 بالاتري 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 باري: (loss load No)
تلفات بی باري 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 باري خـود از تلفات هیسترزیس در هسته, تلفـات ناشـی از جریـان گردابـی در هسـته (فوکـو), تلفـات مسـی ناشی از جریان بی باري تشکیل میشود.
تلفات مسی ناشی از جریان بی باري بسیار ناچیز بوده و در حقیقت تلفات هیسـترزیس و فوکـو, تلفات بی باري را میسازد. تلفات بی باري مادامیکه ترانس برقدار باشد با ولتاژ فرکانس ثابت,مستقل از اینکه چه باري از آن گرفته شود به طور ثابت وجود دارد.
تلفات مسی یا تلفات بارداري: (loss load)
تلفات بارداري عبارتست از قدرت اکتیو جذب شده در فرکانس نامی توسط تـرانس در حالیکـه یک سیم پیچ داراي جریان و سیم پیچ دیگر اتصال کوتاه شده باشد.
تلفات بارداري خود از تلفات مسی ناشی از جریان بار, تلفات مسی ناشی از جریان تـامین کننـده تلفات, تلفات مسی ناشی از جریان گردابی در هادي سیم پیچها در اثر فلـوي هـدر رفتـه, تلفـات ایجاد شده در درپوش و دیوارههاي تانک در اثر فلوي هدر رفته, تشکیل میشود.
مقدار تلفات بارداري در درجه حرارت مبنـایی کـه در اسـتاندارد 76IEC-1 بـر حسـب کـلاس عایقی تقسیم بندي 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 اي 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 هاي قدرت در کارخانه سازنده تست اساسی شده و با ولتاژ هاي در حد نامی و بیشتر و جریانهاي 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 بـرداري ، تسـتهایی بـروي آن در محـل (پست )با وسایل اندازه گیري 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 گیري می کنند.در ترانسهاي 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 مترهاي 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 زمانهاي 15 ثانیه و60 ثانیه و5 دقیقـه و 10 دقیقه اندازه گیري میکنند.در این تست سرهاي اولیه اتصال کوتاه میشود و همینطور در ثانویه.
4 -تست جریان بی باري :(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 گیري می کنیم . براي ثانویـه هـم بـه همـین منـوال اسـت . در اتصـال سـتاره نسبت آمپر هاي 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 هاي هر فاز و نول (در اتصال ستاره ) جریان هر فـاز را اندازه گیري و ولتاژ سیم پیچ طرف مقابل را می خوانیم.
6 -تست گروه برداري :(GROUP VECTOR)
در این تست سرهاي مشابه ،در یک فاز را اتصـال کوتـاه کـرده (مـثلا u-U ) و ولتـاژ سـه فـاز راتزریق میکنیم و ولتاژ را براي تماي 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 دي سی (مثلا 12 ولت ) را به سرهاي هر فاز با سر نول در اتصـال سـتاره وهر دو فاز در اتصال مثلث تزریق کرده و جریان عبوري را اندازه گیري میکنیم.(این تست بهتراست در آخرین مرحله انجام گیرد)
9 -تست تانژانت دلتا :(DELTA- TAN)
در این تست با دستگاه مخصوص این تست حالتهاي مختلف در ترانس را میشود بررسـی نمـود و ظرفیت خازنی بین هر نقطه از ترانس را اندازه گیري کرد.