ترانسفورماتورهای قدرت

ترانسفورماتورهای قدرت

 مقدمه

همانگونه که می دانیم افزایش ظرفیت انتقال توان نیروگاه و کاهش موثر تلفات انتقال ، مستلزم افزایش ولتاژ انتقال شبکه های قدرت می باشد . در عمل ، ساخت ژنراتورهای با ولتاژ خروجی بسیار بالا امکان پذیر نمی باشد و عموماً به خاطر مشکلات عایق بندی ژنراتورها ، این ولتاژ به مقدار 25 تا 30 کیلو ولت محدود  می شود . این مشکل باعث می شود که جریان خروجی ژنراتورها ( بسته به مقدار تولیدی آنها ) بسیار زیاد شود ، در نتیجه برای رسیدن به قابلیت انتقال مورد نیاز و کاهش سطح مقطع خطوط انتقال ، باید از ولتاژهای انتقال بالا استفاده نمود . در اینجاست که اهمیت ترانسفورماتورهای قدرت آشکار می شود . بدین معنی که این وسائل با افزایش ولتاژ نیروگاه ها ، جریان خطوط انتقال کاهش پیدا می کند . علاوه بر آن ، ترانسفورماتور های قدرت نیروگاه همچون حائلی ، ژنراتورهای گران قیمت را از خطوط هوایی ( که همواره در معرض اضافه ولتاژ و خطرات جانبی    می باشد . ) جدا می سازند . همچنین با توجه به اینکه عایق بندی سیم پیچهای ترانسفورماتور در مقابل امواج سیار ، ارزانتر و ساده تر از عایق بندی سیم پیچهای ژنراتور است ، در نتیجه با استفاده از این ترانسفورماتورها می توان صدمات احتمالی وارد شده از امواج سیار خطوط انتقال را بر روی ژنراتور ها به حداقل خود کاهش داد . ترانسفورماتورهای قدرت از نظر توان نامی ، محدوده وسیعی را در نظر می گیرند . که از ترانسفورماتورهای توزیع با قدرت نامی چند کیلو ولت آمپر شروع می شود و تا ترانسفورماتورهای بزرگ ، با قدرت نامی بیش از MVA 1000 ختم می گردد .

 دسته بندی های مختلف ترانسفورماتور ها

ترانسفورماتورهای بکار رفته در صنعت برق را از جنبه های مختلف می توان دسته بندی نمود :

1) انواع ترانسفورماتورهای قدرت از نظر تعداد فاز

ترانسفورماتورهای قدرت از نظر تعداد فازها به دو نوع یک فاز و سه فاز تقسیم بندی می شود . که کاربرد ترانسفورماتورهای تکفاز در قدرتهای پایین ( تا حدود KVA 70 ) و ترانسفورماتور سه فاز در قدرتهای بالا ( از حدود KVA 75 به بالا ) می باشد .

2 ) انواع ترانسفورماتورها از نظر نوع استفاده

ترانسفورماتوره به سه صورت ترانسفورماتور جریان ، ولتاژ ، و ترانسفورماتورهای قدرت مورد استفاده قرار می گیرند . ترانسفورماتورهای جریان ( ولتاژ ) برای پایین آوردن جریان ( ولتاژ ) و به منظور اندازه گیری جریان ( ولتاژ ) و استفاده در سیستم های حفاظت تجهیزات بکار می رود .

البته ترانسفورماتورهای قدرت نیز به سه دسته تقسیم بندی می شوند . نوع اول ، ترانسفورماتورهای قدرت با توان کم هستند . که برای اتنقال و توزیع انرژی الکتریسیته در سطح ولتاژهای پایین مورد استتفاده هستند . این ترانسفورماتورها از نوع افزاینده یا کاهنده ولتاژ و ترانسفورماتورهای سوئیچینگ می باشند . نوع دوم ، ترانسفورماتورهای قدرتی است که برای مقاصد خاصی بکار می روند . مثل ترانسفورماتورهای مورد استفاده در کوره های قوس الکتریکی ، یکسو کننده ها ، واحدهای جوشکاری بزرگ و …  .

نوع سوم ، ترانسفورماتورهای قدرت در سیستم های انتقال می باشند  که در سه نوع ترانسفورماتورهای افزاینده ، کاهنده و کوپلاژ به کار می روند . ترانسفورماتورهای قدرت افزاینده به منظور افزایش ولتاژ شبکه ( برای انتقال انرژی الکتریکی به فواصل دور ) به کار می روند و عموما در پستهای نیروگاه بکار       می روند . ترانسفورماتورهای کاهنده برای پایین آوردن سطح ولتاژ به سطح قابل قبول برای مصرف کننده ها به کار می روند . این نوع ترانسفورماتورها در پستهای توزیع استفاده می شود . در اتصال دو شبکه فشار قوی به یکدیگر از ترانسفورماتورهای قدرت کوپلاژی استفاده می شود .

3 ) ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته به دو نوع هسته ای و پوسته ای تقسیم   می شوند که البته این نوع تقسیم بندی عموماً برای ترانسفورماتورهای تکفاز عنوان می شود . در نوع هسته ای ، سیم پیچهای اولیه و ثانویه روی دو بازوی مختلف یک هسته با دو بازو ن پیچیده می شوند . در صورتی که در نوع پوسته ای ، سیم پیچهای اولیه و ثانویه روی بازوی میانی یک هسته با سه بازو پیچیده می شود . البته در ترانسفورماتورهای سه فاز نیز به نوعی این تقسیم بندی مطرح می شود . مثلا در ترانسفورماتورهای قدرت KV  20 / 230 / 400 پست نیروگاه نکا ( که از سه ترانسفورماتور تکفاز تشکیل شده است ) ترانسفورماتورها از نوع پوسته ای هستند . در ترانسفورماتورهای سه فاز ، سیم پیچهای اولیه و ثانویه هر فاز با هم ، بر روی یک بازو پیچیده می شوند که البته به نوع هسته ای می باشند .

 اتصالات مختلف ترانسفورماتورهای قدرت

با توجه به نوع اتصالات سیم پیچها ، اتصالات ترانسفورماتورهای قدرت را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود :

اتصال ستاره ـ ستاره ، ستاره ـ مثلث ، مثلث ـ ستاره ، ستاره ـ زیگزاگ ، مثلث ـ مثلث ، مثلث ـ زیگزاگ  . 

هرکدام از این اتصالات در مقعیتهای خاصی مورد استفاده می باشند .

الف ) اتصال ستاره ـ مثلث :  با توجه به مطالب بالاکه در اتصال ستاره ، ولتاژ روی هر سیم پیچ به مقدار 3 √ / 1 برابر ولتاژ خط است ، و در اتصال مثلث ، ولتاژ هر سیم پیچ با ولتاژ خط برابر است ، و در اتصال مثلث ، و در نتیجه سطح ولتاژ عایقی در اتصال ستاره ، 3 √ / 1 برابر سطح ولتاژ عایقی مثلث است ، به عبارت دیگر مقدار عایق استفاده شده در اتصال ستاره ، به مراتب کمتر از اتصال مثلث است . پس اتصال ستاره برای ولتاژهای بالا مناسب می باشد . از این رو اتصال ستاره ـ ستاره در مرتبط کردن دو شبکه فشار قوی ( با و لتاژهای خیلی زیاد ) استفاده می شود . ترانسفورماتورهای کوپلاژ از این نوع اتصال می باشند .

ب ) اتصال ستاره ـ مثلث : با توجه به مطالب بالا و در نظر گرفتن این مطلب که جریان در هر سیم پیچ مثلث ،  3 √ برابر کمتر از جریان خط ، و در اتصال ستاره جریان هر سیم پیچ مساوی جریان خط است ، لذا می توان گفت که   ( همان طوری که اتصال ستاره برای ولتاژهای بالا مناسب است )  ، اتصال مثلث برای جریانهای بالا مناسب می باشد . از این رو این اتصال برای مرتبط ساختن یک شبکه فشار قوی ( مثلا KV 230 یا KV 400 ) به یک شبکه با ولتاژ پایین   ( مثلا شبکه KV 63 ) به کار می رود . به عبارت دیگر این ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهای کاهنده هستند که در پستهای فوق توزیع مورد استفاده قرار می گیرند .

ج ) اتصال مثلث ـ ستاره : با توجه به مطالب قسمت ( الف ) و ( ب) در        می یابیم که اتصال مثلث ـ ستاره نیز برای مرتبط کردن دو شبکه با ولتاژهای مختلف ( یکی با و لتاژ بالا و جریان کم و دیگری با ولتاژ کم و جریان بالا ) به کار می روند . معمولا ترانسفورماتورهای واقع در خروجی ژنراتورهای نیروگاه از این نوع اتصال می باشند .

د ) اتصال ستاره ـ زیگزاگ  : از اتصال ستاره ـ زیگزاگ ( به همراه اتصال مثلث ـ ستاره ) در ترانسفورماتور های محلی و توزیع استفاده می شود ، زیرا در این نوع استفاده می شود . زیرا در این نوع استفاده ها به سیم زمین نیاز می باشد و بارگیری از یک فاز و سیم صفر برای شبکه توزیع اهمیت زیادی دارد .

ه ) اتصال مثلث ـ مثلث و مثلث ـ زیگزاگ :  این نوع اتصالات ، کاربرد عملی در صنعت و انتقال انرژی ندارند .

 تجهیزات اساسی ترانسفورماتور های قدرت

 مقدمه

همانگونه که می دانیم ، ترانسفورماتور های قدرت با جریان ها و ولتاژهای بسیار زیاد سرو کار دارند و باید حفاظت هایی برای آنها صورت گیرد . به عنوان مثال برای حفاظت ولتاژ زیاد ترانسفورماتورها ، باید سطح عایقی ترانسفورماتور مناسب باشد . همچنین با توجه به عبور جریان زیاد از سیم پیچ های ترانسفورماتور و ازدیاد درجه حرارت سیم پیچ ها ، باید حفاظت های برای کنترل درجه حرارت آن صورت گیرد . بدین منظور و برای شناخت بیشتر ترانسفورماتورهای قدرت ، تجهیزات اساسی را بیان می نماییم . این تجهیزات عبارتند از :

1- هسته

2- سیم پیچ ها

3- تپ چنجر

4- بوشینگ ها

5- روغن ترانسفورماتور

6- تانک روغن

7- چرخ های ترانسفورماتور

8- باک روغن

9- رطوبت گیر

10- رله بوخهلتس

11- لوله انفجار

12- درجه نمای روغن ( ارتفاع سنج روغن )

13- جعبه کنترل ترانسفورماتور

14- تجهیزات خنک کننده

15- شیرهای ترانسفورماتور

16- ترمومتر برای سنجش درجه حرارت روغن ؛

17- ترمومتر برای سنجش درجه حرارت سیم پیچ

18- برقگیر

19- پلاک مشخصات ترانسفورماتور

حال به بیات توضیحات مختصری در مورد تجهیزات می پردازیم .

هسته

هسته ترانسفورماتور ، وظیفه ارتباط مغناطیسی بین سیم پیچهای اولیه و ثانویه را بر عهده دارد . به منظور کاهش تلفات گردابی لازم است تا هسته از ورقه های فولادی نورد شده به ضخامت 3/0 تا 5/0 میلیمتر ساخته شود . این ورقه ها با ماده ای عایقی به نام کارلیت که توانایی عبور فوران مغناطیسی را دارد ولی عایق جریان الکتریکی است ، پوشانده می شوند . این عایقها دارای استقامت حرارتی بالایی هستند و در دماهای بالا نیز تحت تاثیر روغن ترانسفورماتور قرار نمی گیرند. جنس این ورقه ها از آلیاژ فولادی می باشد که مقداری سیلیس به آنها اضافه می گردد . اضافه کردن ماده سیلیسیم ، باعث افزایش طول عمر ورقه های فولادی، کاهش تلفات پس ماند و افزایش مقاومت مخصوص هسته می شود و در نتیجه تلفات جریان گردابی کاهش می یابد . البته درصد ماده سیلیسیوم باید به مقدار مشخصی باشد ، زیرا زیاد بودن درصد آن باعث ترد شدن آلیاژ حاصله     می گردد و طبعاً عمل سوراخ کردن هسته با مشکل مواجه می شود . همچنین تلفات ضریب نفوذ پذیری هم افزایش می یابد . البته لازم به ذکر است که برای افزایش قدرت نامی و کاهش تلفات هسته ، سازندگان در ساخت هسته های ترانسفورماتور ، از نوعی ماده مغناطیسی به نام CRGOS که کمترین تلفات را در مقابل عبور شار مغناطیسی دارد ، استفاده می کنند . همچنین برای خنک کردن هسته  ، کانال هایی درون آن طراحی شده تا با گردش روغن در داخل آن ، عمل خنک کنندگی هسته انجام شود .

ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته ، به دو نوع هسته ای ، و نوع پوسته ای تقسیم می شوند که البته این نوع تقسیم بندی عموماً برای ترانسفورماتورهای تک فاز عنوان می شوند . در ترانسفورماتورهای تک فاز نوع هسته ای سیم پیچ های اولیه و ثانویه روی دو بازوی مختلف یک هسته با دو یا چهار بازو پیچیده می شوند . این در حالتی است که در نوع هسته ای ، سیم پیچ های اولیه و ثانویه روی بازو های میانی یک هسته با سه یا پنج بازو ، بر روی یکدیگر پیچیده می شوند . 

هسته ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز معمولاً دارای دو حالت سه بازویی و پنج بازویی است . در حالت سه بازویی ، سیم پیچ های هر فاز بر روی هر بازو پیچیده می شوند؛ ولی در حالت پنج بازویی ، سه بازوی وسطی برای سیم پیچ های هر فاز  و دو بازی کناری برای برقرار مسیر فوران ایجاد می شود .

سیم پیچ ها

سیم پیچ های اولیه و ثانویه ، اصلی ترین جزء از ترانسفورماتورها می باشند که فوران ایجاد شده توسط آنها از طریق هسته ترانسفورماتور با یکدیگر تزویج      می شوند  . معمولاً سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف ترانسفورماتورهای قدرت بر روی هسته بصورت متحد المرکز پیچیده می شوند . ابتدا سیم پیچ فشار ضعیف بر روی هسته قرار می گیرد ، و سپس سیم پیچ های فشار قوی بر روی آن پیچیده می شود . علت این نوع ترتیب قرار گرفتن سیم پیچ ها ، آن است که سیم فشار ضعیف به خاطر ولتاژ کم آن ، به عایق کمتری نیاز دارد و در نتیجه هزینه عایق کاری سیم پیچ ها از هسته ، بسیار کتر خواهد شد .

هادی های سیم پیچ ها ، شامل سیم های مسی با مقطع دایره ای هستند تا تمرکز ولتاژ در لبه ها به کمترین مقدار خود کاهش یابد . البته در ترانسفورماتور های با قدرت بالا از هادی مستطیلی نیز استفاده می شود که گوشه های آن را پخ می زنند تا عایق کاری به نحو مناسبی انجام شود  . عایق هادی ها بسته به قدرت عایق مورد نظر ، روکشی از نوار عایقی می باشد . پیچک هادی ها به دور استوانه صلیبی که اندازه های آن به دقت محاسبه می گردد ، پیچیده می شوند . همچنین فواصلی برای گردش روغن درون پیچک ها به شکل محوری در بین لایه های سیم پیچ در نظر گرفته می شود تا سیم پیچ ها در برابر نیروی مکانیکی استقامت نمایند . عایق های مورد استفاده به خاطر این که اندکی رطوبت دارند ، به همراه سیم پیچ ها در کوره قرار داده می شوند تا با انتقال حرارت ( با دمای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد ) به مدت 24 ساعت ، رطوبت عایق ها بکلی جذب شود . سپس هسته و سیم پیچ ها در روغن تانک ترانسفورماتور غوطه ور  می گردند .

 تپ چنجر ( تنظیم کننده ولتاژ ) 

تپ چنجر مکانیزمی است که با آن می توان نسبت تبدیل ولتاژ ترانسفورماتور را تغییر داد . مثلاً اگر توسط یک ترانسفورماتور قدرت ، قدرت خروجی یک ژنراتور به شبکه داده شود ، در مواقعی که شبکه با افت ولتاژ مواجه است ، می توان با اتنخاب ولتاژ ثانویه بیشتری ، افت ولتاژ در شبکه را جبران کرد . همچنین مواقعی که شبکه ، افزایش ولتاژ دارد ، می توان با کاهش ولتاژ ثانویه این افزایش ولتاژ را ترمیم نمود . معمولاً این عمل به صورت دستی یا اتوماتیک قابل انجام است . کاری که در داخل ترانسفورماتور انجام می شود ، این است که در هر بار تغییر تپ ترکیب خاصی از سر سیمها که از قسمتهای مختلف سیم پیچی ثانویه ترانسفورماتور به تپ چنجر برده شده اند ، به هم وصل می شوند . لذا تعداد دور سیم های ثانویه که در مدار قرار می گیرند ، عوض می شود و طبعاً نسبت تبدیل هم عوض می شود . بر روی پلاک مشخصات ترانسفورماتورها ، ترتیب تعویض تپ ها و شماره پایانه هایی که در هر انتخاب ولتاژ جدید ، باید به هم وصل شوند ، و شماره وضعیت تپ چنجر داده می شود . در ترانسفورماتورهای قدرت معمولی ، تپ چنجر روی طرف ولتاژ بالا عمل می کند . به علت آنکه در طرف ولتاژ بالا ، ولتاژ در هر دور سیم پیچی ، کمتر از طرف ولتاژ پایین است و جریان نیز از طرف ولتاژ پایین کمتر می باشد . لذا مسئله تعویض تپ ، آسانتر و با مشکل کمتر می باشد .

تپ چنجرها به دو دسته کلی تقسیم می کنند :

الف ) تپ چنجر بی بار

ب ) تپ چنجر زیر بار

منظور از تپ چنجر بی بار آن است که برای تغییر تپ ، باید ابتدا تراتسفورماتور را بی بار کرد و سپس تپ را عوض نمود ؛ ولی در نوع ریر بار ، می توان تپ را زیر بار عوض نمود که البته این نوع به تکنیک بالاتری نیاز دارد . به عنوان نمونه   ، ترانسفورماتور پست نکا دارای تپ چنجر زیر بار است . از این نوع تپ چنجر زمانی استفاده می شود که مصرف کننده هایی که از طریق ترانسفورماتور استفاده     می شوند ، حساس باشند و قطع برق برای آنها ، آسیب هایی را به دنبال داشته باشد . مثلا ترانسفورماتور پست KV 63 / KV 230 نیروگاه ری که پالایشگاه تهران را تغذیه می کند ، به خاطر حساس بودن پالایشگاه طوری انتخاب شده است که بتواند زیر بار ، تپ را عوض کند . در سایر موارد از نوع تپ چنجر بی بار استفاده می شود ؛ زیرا به علت بکار بردن تکنولوژی های پایین تر ، طبعاً هزینه ترانسفورماتورها کمتر خواهد شد .

یکی از مشکلات اساسی در ترانسفورماتورهای با تپ چنجر زیر بار ، ایجاد قوس الکتریکی بین کنتاکت های تپ چنجر در هنگام تغییر وضعیت است . برای رفع این مشکل ، ساختمان تپ چنجر باید طوری طراحی شود تا ضمن تغییر نسبت تبدیل ( برای ثابت نگه داشتن ولتاژ فشار ضعیف ) در اثر تغییر حلقه های سیم پیچ تپ چنجر ( قطع شدن از یک اتصال و وصل شدن به اتصال دیگر ) هیچ گونه قطع شدگی یا اتصال کوتاه در سیم پیچ ها ایجاد نشود . وجود قوس های الکتریکی و حرارت حاصل از آن در فرمان تغییر وضعیت تپ چنجر ، خود دلیلی بر مجزا نمودن تپ سلکتور و کنتاکتها از یکدیگر می باشد . بدین منظور کنتاکت ها در تانک روغن جداگانه ای قرار می گیرند تا بدین ترتیب ، بدون اینکه کنتاکتی صدمه ببیند ، قوس الکتریکی نیز از بین می رود . ضمناً بدون باز کردن ترانسفورماتور ، می توان کنتاکت ها را بازرسی نمود و روغن فاسد شده ( در اثر ایجاد قوس الکتریکی ) را به آسانی تعویض کرد . همچنین سوئیچ و کنتاکت ها توسط چرخ دنده با موتور الکتریکی عمل می کنند ، به گونه ای که موتور الکتریکی ، قابل فرمان از راه دور نزدیک است .

عموماً تپ چنجر قابل قطع زیر بار از قسمت های اصلی زیر تشکیل شده اند :

1 ) یک کلید سلکتور برای انتخاب سر سیم مورد نظر ؛

2 ) یک کلید جهت انتقال بار از یک سر سیم به سر دیگر ( کلید دایورتر )

3 ) یک امپدانس محدود کننده جریان ؛

4 ) یک سیستم جهت عمل تپ چنجر که می تواند به صورت دستی یا به وسیله موتور انجام شود .

بوشینگ ها

به منظور اتصال سرهای خروجی سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف به کابل های ورودی و خروجی ترانسفورماتور از تجهیزاتی به نام بوشینگ استفاده می شود  بوشینگ ها بر مبنای جریان و ولتاژ عبوری در اندازه  های مختلفی ساخته      می شوند . ساختمان بوشینگ ها به گونه ای است که هادی از میان جداره ای در تانک عبور می کند . هادی ، نسبت به این جداره عایق می باشد . عموماً بوشینگ ها به دو نوع چینی و کندانسور ساخته می شود . در ساده ترین آن یعنی بوشینگ چینی ، شامل یک هادی حامل جریان است که از میان یک عیق کننده چینی تو خالی عبور می کند . فاصله بین هادی و عایق کننده با یک عایق میانی نظیر روغن ، هوا یا گاز پر می شود . معمولا استفاده از این نوع بوشینگ ها چینی محدود به سیستم با ولتاژ های پایین می باشد .

برای اتصال سیم پیچ فشار قوی به کابل ها از بوشینگ های نوع کندانسور استفاده می شود . معمولا عایق هسته این نوع بوشینگ ها شامل قسمتهای زیر می باشد :

ـ کاغذ چسبیده شده با رزین مصنوعی ؛

ـ کاغذ آغشته شده به روغن مصنوعی ؛  

ـ کاغذ آغشته شده با رزین ؛

فلانج قسمت های بالا و پایین آنها از آلیاژ آلومینیوم است و گلمیخ پایانه خروجی از آلومینیوم یا مس می باشد . همچنین هادی داخل بوشینگ ، بسته به جریان عبوری از آن ممکن است سرب قابل انعطاف یا مفتول مسی باشد .

 تانک روغن

تانک روغن ، یک مخزن حاوی روغن است که هسته و سیم پیچ ترانسفورماتور در آن جای می گیرند . این تانک از ورقه های فولادی ( که به هم جوش داده می شوند ) ، ساخته می شود که در مقابل اکسید شدن مقاوم است . ابعاد این تانک با توجه به هسته و سیم پیج ها طراحی و ساخته می شود . یک تانک ،شامل دیواره و درپوش آن است . ورقه های فولادی تشکیل دهنده دیواره تانک ، ابتدا در ابعاد طراحی شده ، بریده و خم می شوند و سپس به یکدیگر و به کف آن جوش داده می شوند . بدنه طوری ساخته می شود که مانع از تجمع آب ، روی سطح خارجی آن گردد و همچنین حباب های گاز و هوای درون آن را به سمت رله تشخیص دهنده گاز ( بوخ هلتس ) هدایت کند .

در بالای قاب ترانسفورماتور ، یک دیواره فولادی وجود دارد که به قاب جوش داده می شود . این دیواره ، شامل یک نوار فولادی است و حاوی سوراخ هایی به فواصل مساوی است تا درپوش تانک به این قاب ، پیچ شود . ضمناً در روی تانک محل هایی برای حمل و نصب ترانسفورماتور در نظر گرفته می شود .

 چرخ های ترانسفورماتور

برای سهولت در حمل نقل ترانسفورماتور ، چرخ هایی در زیر تانک روغن نصب   می شود . تعداد این چرخ ها بستگی به وزن ترانسفورماتور و سفارش دریافت شده دارد . عموماً سعی می شود که چرخ ها ، هم در جهت طولی عرضی ترانسفورماتور قرار گیرند تا توزیع وزن ترانسفورماتور به شکل مطلوبی انجام شود.

 روغن ترانسفورماتور

وظیفه روغن ترانسفورماتور ، ایجاد عایق کاری و خنک کردن سیم پیچ ها است . از انجا که دو مسئله فوق برای ترانسفورماتور از حساسیت خاصی برخوردار است ، روغن ترانسفورماتور باید خصوصیات خاصی برخوردار باشد . تا بتواند وظایف خود را به نحو احسن انجام دهد . این خصوصیات عبارتند از :

الف ) مقدار ولتاژ شکست بالا ؛

ب ) قابلیت انتقال حرارتی خوب ؛

ج ) ویسکوزیته کم ؛

پ ) نقطه جاری شدن ( سیلان ) پایین ؛

ت ) نقطه اشتعال بالا ؛

ث ) جلوگیری از خوردگی مواد عایقی و قسمت های فلزی ترانسفورماتور ؛

ح ) تضمین پایداری شیمیایی و طول عمر زیاد برای ترانسفورماتور ؛

خ ) ضریب تلفات ( tan Q  ) پایین ؛

همچنین عواملی که باعث خراب شدن روغن ترانسفورماتور ، و در نتیجه عدول از خصوصیات استاندارد می شود ن عبارتند از :

الف ) وجود رطوبت ؛

ب ) اکسیداسیون ؛

ج ) درجه حرارت بالا ؛

در ترانسفورماتور ، به وسیله رطوبت گیر و تجهیزات عایق بندی و استفاده از گاز نیتروژن سعی می شود تا از فساد روغن جلوگیری شود . با توجه به این که فساد روغن و ایجاد رسوب درآن برای تانسفورماتور بسیار خطرناک است ، لذا باید در فواصل زمانی معین ( که نباید از 6 ماه تجاوز نماید ) بازرسی های لازم به عمل آید . این بازرسی ها شامل بازرسی سطح روغن ، اندازه گیری ولتاژ شکست ، برسی وجود یا عدم وجود ناخالصی و رسوب می باشد . در این گونه موارد باید روغن فاسد شده را اصلاح نموده که این کار ، توسط فیلتر کردن آن صورت می گیرد .

در صورتی که اصلاح روغن از طریق فیلتر کردن لازم باشد و ظرف اضافی برای ذخیره کردن روغن موجود نباشد . مستقیماً والو زیرین تانک را به ورودی فیلتر ، و والو بالایی تانک را به خروجی فیلتر وصل می کنند و به طور منظم روغن از داخل فیلتر عبور داده می شود  تا اینکه به خاصیت استاندارد خود برسد . در صورتی که ظرف اضافی برای ذخیره روغن موجود باشد ، روغن را از فیلتر عبور می دهند و در ظرف مورد نظر ذخیره می کنند . سپس آزمایش ولتاژ شکست روی آن انجام می دهند .اگر روغن ، مناسب بود ، از طریق ایجاد خلاء در داخل ترانسفورماتور روغن از ظرف ذخیره به داخل ترانسفورماتور کشیده می شود .  در موقع تعویض روغن نیز از همین روش استفاده می شود . منتها به جای روغن فیلتر شده ، روغن تازه توسط توسط خلاء به داخل به داخل ترانسفورماتور کشیده می شود . تعویض روغن ترانسفورماتور در موقعی صورت می گیرد که تشخیص داده شود . که فیلتراسیون روغن قادر نیست تا روغن را به خصوصیات استاندارد برساند .

 باک روغن

باک روغن ، یک مخزن استوانه ای شکل است که وظیفه آن ، ذخیره کردن روغن می باشد . این باک به صورت افقی روی تانک نصب می شود و به وسیله لوله رابط به آن متصل می گردد . رله بوخ هلتس بر سر راه این لوله قرار دارد . در واقع این باک ، تغییرات حجم روغن را در بر می گیرد و به عنوان مخزن ذخیره کننده روغن مورد استفاده می شود . این مخزن به گونه ای است که بتوان کف آنرا جهت تمیز نمودن و رنگ زدن جدا نمود .

 رطوبت گیر

رطوبت گیر وظیفه دارد تا هوایی را که مخزن ذخیره روغن از بیرون می کشد . از گرد غبار و رطوبت پاک کند . در واقع ، به علت تغییرات بار ترانسفورماتور و درجه حرارت محیط ( و در نتیجه تغییرات روغن ترانسفورماتور ) سطح روعن در داخل مخزن ذخیره نوسان هایی دارد . با توجه به اینکه این نوسانات در یک مخزن کاملا بسته نمی تواند صورت گیرد ، بالای مخزن ذخیره را در ارتباط با هوای خارج قرار می دهند تا مخزن از طریق چیزی شبیه دم یا باز دم را انجام دهد . چون روغن به منظور عایق کاری سیم پیچ از بدنه و نیز به منظور خنک کردن ترانسفورماتور به کار می رود و با توجه به اینکه با ورود رطوبت و گرد غبار به داخل آن ، خصوصیات استاندارد روغن از دست می رود ، لذا حفاظت آن در مقابل این دو عمل جوی لازم و ضروری است .

رطوبت گیر شامل محفظه ای است که از دانه های رطوبت گیر ( سیلیکاژول تزریق شده و به وسیله کلرات کبالت ) پر شده است . این دانه ها در حالت خشک به رنگ آبی می باشند ؛ ولی زمانی که در سر راه ورود هوا به محفظه های دانه های رطوبت گیر ، ظرفی از روغن و فیلتری از جنس اسفنج و نیل قرار دارد . در کف آلومینیوم فعال شده قرار دارد که وظیفه بالا بردن چسبندگی روغن ( برای جذب بهتر ذرات گرد و غبار ) است . نحوه عملکرد این رطوبت گیر به این صورت است که هوا به داخل ترانسفورماتور کشیده می شود ، ابتدا از داخل روغن و فیلتر عبور می کند و به این وسیله ، ذرات گرد غبار و کثافات آن جذب می شود . در نتیجه هوای تمیز و خشک وارد مخزن روغن  بالای ترانسفورماتور می گردد . این ظرف روغن ، علاوه بر جذب ذرات گرد غبار ، این حسن را هم دارد که محفظه دانه های رطوبت گیر را از هوای خارج ایزوله می کند تا تنها رطوبت گیر را از هوای خارج ایزوله می کند تا تنها رطوبت آن قسمت از هوا که به درون مخزن ذخیره روغن کشیده شود که این موضوع ن عمر سیلکاژول را زیاد می کند .

رله بوخهلتس

رله بوخهلتس ، رله ای است که برای حفاظت در دستگاه های که توسط روغن خنک می شوند به کار می رود . این رله در اثر تولید گاز یا هوا در داخل منبع روغن ، پایین رفتن روغن از سطح مجاز و یا شدید و بیش از حد مجاز روغن به کار می افتد . این رله ، ابتدا زنگ خطر را بکار می اندازد و در صورت عدم رفع اشکال ، ترانسفورماتور را قطع می کند . بزرگترین مزیت رله بوخهلتس ، عملکرد سریع و مطمئن آن می باشد .

نحوه عملکرد رله بوخهلتس بر اساس نوع خطای اتفاق افتاده است . در حالتی که خطاهای جزئی اتفاق می افتد ، هوای گاز متصاعد شده از روغن ، وارد لوله رابط بین تانک و روغن و باک می شود و بداخل رله بوخهلتس ( که در قسمتی از این لوله قرار دارد ) نفوذ می کند . سپس این گاز به طرف قسمت بالای رله ( که بصورت یک مخزن گاز گاز است ) صعود می کنند و در آنجا جمع می شوند . این گازها به سطح فوقاتی روغن ، فشار وارد می کند وباعث پایین آمدن سطح روغن در رله می شود . این فشار به شناور بالایی رله منتقل می شود . و آنرا به طرف پایین می راند . حرکت شناور باعث بستن یا باز نمودن کنتاکت می گردد تا فرمان های لازم ارسال شود .

در حالتی که خطا به موجب اتصالی شدید باشد ، گازهای متصاعد شده در اثر قوس الکتریکی ، موجب راندن موج روغن به داخل باک می شود . اگر سرعت موج از حد تنظیم شده بیشتر باشد ، قبل از راه یافتن گازها به مخزن بالایی رله ( برای فرمان آلارم و تریپ ) شناور پایین می آید و دستور تریپ داده می شود . در تنیجه ترانسفورماتور از شبکه قطع می شود .

اشکلاتی که در اثر بروز آنها ، شناور پایین می آید و دستور آلارم صادر می شود ، عبارتند از :

ـ نقایص عایق کاری ؛

ـ خراب شدن عایق ورقه های هسته و پیچ اتصال ورقه ها به یکدیگر ؛

ـ کامل نبودن کنتاکت در اتصالات الکتریکی ؛

ـ گرم شدن بیش از حد قسمتی از سیم پیچ ؛

ـ خراب شدن عایق به علت عبور بیش از حد جریان فوکو و غیره ؛

ـ تخلیه الکتریکی در قسمت های فلزی عایق شده از زمین ؛

همچنین اشکالاتی که شناور را به پایین می راند و باعث قطع ترانسفورماتور می شود عبارتند از :

ـ شکستن بوشینگ ها ؛

ـ اتصال کوتاه فاز به فاز ؛

ـ اتصال زمین ؛

ـ اتصال داخلی سیم پیچ ؛

ـاتصال تپ ها به یکدیگر ؛

همچنین اشکالات مکانیکی از قبیل کاهش سطح روغن ترانسفورماتور و ورود هوای زیاد به داخل ترانسفورماتور می تواند باعث عملکرد رله بوخهلتس شود .

 لوله انفجار

گاهی امکان دارد که در حالت وقوع خطاهای شدید ، رله بوخهلتس عمل ننماید . در این حالت امکان این وجود دارد که گازهای ایجاد شده در تانک ، باعث انفجار آن شود و آتش سوزی به همراه آورد . برای جلوگیری از این اتفاقات ، پوشش ترانسفورماتور به یک لوله که در مجاورت باک روغن قرار دارد ، مجهز می شود . این لوله با یک صفحه نازک شیشه ای بسته می شود و در صورت ایجاد گازهای زیاد ، فشار گاز باعث ترکیدن شیشه می گردد . گازها از این لوله به فضای آزاد منتقل می شوند تا از ترکیدن تانک جلوگیری به عمل آید . این لوله در ترانسفورماتور های با قدرت بیش از MVA  1 تعبیه می شوند .

 درجه نمای روغن ( ارتفاع سنج روغن )

در عملکرد رله هایی بوخهلتس ، امکان آن وجود دارد که به عللی کم شدن روغن را نشان ندهند . از این رو ، روی تانک روغن ، درجه نمایی نصب می شود تا کاهش روغن داخل تانک را نشان دهد . این درجه دارای شناوری است که در اثر کم شدن روغن ، کنتاکتی را وصل می کند و زنگ خطری در اطاق کنترل به صدا در می آید تا حفاظت ترانسفورماتور در اثر کم شدن روغن مهیا گردد .

جعبه کنترل ترانسفورماتور

جعبه کنترل از ورقه های فولادی ساخته می شود که دارای دریچه هوا می باشد و بر روی بدنه ترانسفورماتور نصب می گردد . در این جعبه یا تابلوی کنترل ، معمولا ارتباط بین تجهیزات از قبیل ترانسفورماتورهای جریان ، ترمومترها ، رله بوخهلتس ، فرمان راه اندازی و خاموش کردن پمپ و فن سیستم خنک کنندگی برقرار می گردد . همچنین از این تابلو ، برای کلیه اطلاعات مورد نیاز اطاق فرمان ارسال می گردد .

 تجهیزات خنک کننده

در ترانسفورماتورهای قدرت برای خنک نمودن روغن موجود در تانک آن ، باید تمهیداتی را در نظر گرفت . این خنک کنندگی بدان علت است که حرارتی که در هسته و سیم پیچ های ترانسفورماتور تولید می شود ، باید به گونه ای دفع گردد ؛ زیرادر غیر این صورت ، علاوه بر محدود شدن ظرفیت ترانسفورماتور ، با افزایش درجه حرارت سیم پیچ ها و هسته ترانسفورماتور ، افزایش حجم روغن ترانسفورماتور را خواهیم داشت . در صورتی که افزایش درجه حرارت از حد مجاز بیشتر شود ، انبساط بیش از حد روغن رخ خواهد داد ، و همچنین آماده شعله ور شدن روغن در چنین درجه حرارتی ( در صورت عمل نکردن لوله انفجار ) موجب انفجار و آتش سوزی در ترانسفورماتور می شود .

در ترانسفورماتورهای کوچک ، عمل خنک کنندگی توسط هوای اطراف سیم پیچ صورت می گیرد ( که به این نوع ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهای خشک       می گویند ) ، ولی در ترانسفورماتورهای قدرت ، از روغن برای کاهش دمای سیم پیچ ها استفاده می شود . ( که به این ترانسفورماتورها ، ترانسفورماتورهای روغنی می گویند ) . علت استفاده نکردن از هوا در ترانسفورماتور های قدرت ، آن است که قدرت دی الکتریک هوا نسبت به روغن بسیار کم است و اگر بخواهیم از آن به عنوان سیال خنک کننده استفاده کنیم ، ابعاد ترانسفورماتور بسیار زیاد می شود .

در ترانسفورماتورهای قدرت به خاطر جلوگیری از افزایش دمای روغن ، ( ناشی از دریافت حرارت سیم پیچ و هسته ) از وسیله خنک کننده دیگر به نام رادیاتور استفاده می شود . در این رادیاتور ، روغن به طور طبیعی یا به وسیله پمپ ها جریان پیدا می کند که با تماس روغن ترانسفورماتور با هوا یا آب ، خنک  می شود.

شیرهای ترانسفورماتور

برای ایجاد بین رادیاتور و بدنه ، نمونه برداری و روغن از طبقات بالا ، پایین و وسط ترانسفورماتور ، ارتباط تانک با رله بوخهلتس و باک روغن ، و همچنین برای تخلیه و پر کردن روغن از شیرهای متنوعی استفاده می شود .

ترمومترهای ترانسفورماتور

الف ) ترمومتر برای سنجش درجه حرارت روغن : در روی ترانسفورماتور از ترمومترهایی جهت تعیین حداکثر درجه حرارت روغن استفاده می شود تا در صورت ازدیاد درجه حرارت روغن ، پمپ روغن و فن های رادیاتور بکار افتد . همچنین در صورت افزایش بیش از حد این درجه حرارت ، ترانسفورماتور از شبکه قطع می گردد .

ب ) ترمومتر برای سنجش درجه حرارت سیم پیچ :  این ترمومتر علاوه بر آشکار سازی و نشان دادن حداکثر درجه حرارت سیم پیچ در هر لحظه ، به عنوان رله حرارتی نیز در سیستم حفاظت ترانسفورماتور عمل می کند . به این ترتیب که کنترل فن ها ، دادن آلارم افزایش غیر مجاز درجه حرارت سیم پیچ و صدور فرمان تریپ ، برعهده این ترمومتر گذاشته شده است .

برقگیر

 یکی از اساسی ترین حفاظت های ترانسفورماتور ، حفاظت آن در مقابل ولتاژهای ضربه ای ناشی از صاعقه یا ولتاژ سویچینگ ( ناشی از قطع و وصل دژنگتورها ) می باشد . برای این کار در طرف فشار قوی ترانسفورماتور ، روی هر خط یک برق گیر نصب می شود . برقگیر دارای این خصوصیات است وه در اثر اعمال ولتاژهای بالا ، مقاومت آن به شدت کوچک می شود . و ولتاژهای ضربه ای را به زمین تخلیه می کند . این موضوع باعث می شود که ولتاژهای ضربه ای به خود ترانسفورماتور صدمه ای وارد نسازد . در ضمن ، هر برقگیر دارای یک شمارنده است تا تعداد دفعات عمل کردن برقگیر ( تخلیه ولتاژهای ضربه ای به زمین ) را نشان دهد . با توجه به اینکه عمر برقگیرها وابسته به تعداد دفعات عملکرد آن   می باشد ، لذا با بررسی شمارنده برقگیر می توان دریافت که آیا هنوز قابل اعتماد است یا نه ؛ و یا اینکه حدوداً تا چه موقعی می توان به کار صحیح برقگیر مطمئن بود .

 پلاک مشخصات ترانسفورماتور

 این پلاک بر روی بدنه ترانسفورماتور نصب می شود و حاوی مشخصات ترانسفورماتور می باشد . با توجه به موارد متعدد مشخص شده بر روی پلاک ، مشخصات آن را در بخش بعدی به طور مفصل بیان می کنیم .

 مشخصات پلاک ترانسفورماتور

به منظور ارائه مشخصات و خصوصیات ترانسفورماتورها ، از یک پلاک مشخصه    ( که بر روی بدنه ترانسفورماتور نصب می شود ) ، استفاده می گردد . در این قسمت به بیان مشخصات بر روی پلاک های ترانسفورماتورها می پردازیم .

1) توان ظاهری نامی :  این مشخصه بیان گر قدرت سه فاز ترانسفورماتور  می باشد که بر حسب kVA    یا MVA  بیان می شود  . البته در بعضی از ترانسفورماتورها دو عدد برای بیان توان ظاهری بیان می شود که یکی ، توان ظاهری با عملکرد فن های ترانسفورماتور ، و دیگری بدون عملکرد آنها می باشد . راجع خنک کنندگی و فن ها در ادامه صحبت خواهیم کرد .

2 ) استاندارد :  این مشخصه بیانگر آن است که ترانسفورماتور مذکور بر اساس چه نوع استانداردی ساخته شده است . با توجه به استاندارد I E C  ، مطلوب است تا ترانسفورماتورهای فشار قوی بر اساس استاندارد 76 - I  E C طراحی و ساخته شود .

3 ) نوع : در این قسمت ، نام و نوع مدل ترانسفورماتور آورده می شود .

4 ) فرکانس کار : در این قسمت از پلاک ، فرکانسی را که ترانسفورماتور برای آن طراحی شده است ، بیان می شود .

5 ) نوع ترانسفورماتور بر اساس تقسیم بندی هسته ای یا پوسته ای ( زرهی ): این مشخصه بیانگر نوع ترانسفورماتور بر اساس تقسیم بندی هسته ای یا پوسته ای است .

6 ) تعداد فاز ترانسفورماتور : بیانگر یک فاز یا سه فاز بودن ترانسفورماتور است .

7 ) نوع ترانسفورماتور از نظر قابلیت بهره برداری مداوم یا فاصله دار : در این قسمت مشخص می شود که آیا ترانسفورماتور می تواند دائماً زیر بار باشد ، یا باید بین هر دو بهره برداری از آن ، برای مدتی بی بار شود . اکثر ترانسفورماتورهای قدرت از نوع قابل بهره برداری به طور مداوم است .

8 ) نوع ترانسفورماتور از نظر تپ چنجر : با توجه به اینکه تپ ترانسفورماتورهای قدرت به دو نوع قابل قطع زیر بار و بدون بار تقسیم بندی می شود ، در نتیجه بر روی پلاک ترانسفورماتورها ، نوع تپ چنجر بکار رفته بیان می شود ، در نتیجه بر روی پلاک ترانسفورماتورها ، نوع تپ چنجر بکار رفته بیان می شود . همچنین مقدار تپ ها با مقدار ولتاژ ایجاد شده در ثانویه یا اولیه ترانسفورماتور با هر تپ ارائه می شود . بعلاوه در ترانسفورماتورهای با قدرت بالا ، نحوه اتصالات سیم پیچ های اولیه و ثانویه و تپ نشان داده می شود .

9 ) وزن قسمتهای مختلف : بر روی پلاک مشخصات ، وزن اجزاء مختلف ترانسفورماتور از قبیل هسته و سیم پیچ ها ، تانک و ضمائم آن ، روغن ( حجم روغن ) و جمع کل وزن ترانسفورماتور ( با مخزن تانک و بدون آن ) ارائه  می گردد.

10 ) نوع سیستم خنک کنندگی در نظر گرفته شده در ترانسفورماتور: در این قسمت مشخص می شود که ترانسفورماتور دارای چه امکاناتی برای انتقال هرچه بهتر حرارت سیم پیچ ها و هسته به خارج است . همانگونه که در بحث تجهیزات خنک کنندگی ترانسفورماتور قدرت هم بیان نمودیم ، غوطه ور شدن هسته و سیم پیچ ها در یک مایع دی الکتریک مثل روغن معدنی ، نه تنها یک امتیاز عایق شدگی بهتر را نشان می دهد ، بلکه عمل خنک کردن را آسان می سازد . البته با افزایش دمای روغن ، خنک کردن آن هم توسط هوا یا آب صورت می گیرد مبادله و رد بدل کردن حرارت بین سیم پیچ ها با روغن ، و روغن با هوا یا آب ، می تواند به طور طبیعی یا اجباری ( استفاده از پمپ یا فن ) صورت گیرد . در نتیجه برای ترانسفورماتور های قدرت ، سیستم های خنک کنندگی متنوعی به وجود آید . لازم به ذکر است که برای نمایش نوع سیستم خنک کنندگی از حروف اختصاری استفاده می شود که این حروف تشکیل دهنده عبارتند از : A  معرف هوا ، O  معرف روغن ، W  معرف آب ، N  معرف چرخش طبیعی ، F  معرف چرخش تحت نیرو توسط پمپ با فشار غیر مستقیم ، D  معرف چرخش تحت نیرو توسط پمپ با فشار مستقیم . منظور از فشار مستقیم آن است که روغن با فشار ، به داخل هسته و بین سیم پیچ ها حرکت داده می شود . همچنین فشار غیر مستقیم به این معنی است که تنها روغن در داخل تانک ترانسفورماتور با فشار پمپ حرکت می کند . اکنون به بیان انواع سیستم های خنک کنندگی ترانسفورماتور می پردازیم .

الف ) سیستم ONAN  ( روغن طبیعی ـ هوا طبیعی ) : در این سیستم ، هوا به طور طبیعی با سطح خارجی رادیاتور روغن در تماس است و رادیاتور ها به طور طبیعی با  هوا خنک می شوند . همچنین گردش روغن در ترانسفورماتورها نیز به طور طبیعی با هوا خنک می شوند . همچنین گردش روغن در ترانسفورماتور نیز به طور طبیعی صورت می گیرد ؛ یعنی روغن گرم بالا می رود و روغن سرد ، جای آن را می گیرد . این نوع سیستم خنک کنندگی مختص ترانسفورماتورهای با قدرت کم است ؛ زیرا با فزایش قدرت ترانسفورماتور ، حرارت سیم پیچ ها زیاد    می شود . و روغن باید با سرعت بیشتری از روی آنها عبور کند تا روغن گرم شده در اثر عبور از سیم پیچ ها ، با سرعت بیشتر یدر تماس با هوای بیرون قرار گیرد و عمل خنک کنندگی با سرعت بیشتری در تماس با هوای بیرون قرار گیرد و عمل خنک کنندگی با سرعت بیشتری انجام شود . از این نوع سیستم برای ترانسفورماتورهای قدرت تا MVA  30 مورد استفاده می گیرد .

 ب ) سیستم ONAF  ( روغن طبیعی ـ هوا اجباری ) : در این سیستم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به طور طبیعی صورت می گیرد ؛ ولی فن های نصب شده روی بدنه رادیاتورها ، سرعت سرعت تماس هوای خارج با بدنه رادیاتور را را افزایش می دهد . لذا روغن سریعتر خنک می شود و طبعاً می توان از توان ترانسفورماتور را بالا برد .

دمیدن هوا توسط فن ها می تواند به طور مداوم یا با فاصله تناوبی انجام شود ؛ بدین صورت که عملکرد فن می تواند تابعی از درجه حرارت روغن داخل ترانسفورماتور باشد و هنگامی که دمای روغن از حد معینی افزایش یافت ، فن به طور خودکار وارد مدار می شوند . البته هنگامی که درجه حرارت محیط خیلی بالا باشد ، ترانسفورماتور می تواند بدون سیستم فن و با خنک شدن طبیعی ، تقریباً تا 75/0  توان نامی خود کار کند و در صورتی که بخواهیم با توان نامی کار کند ، باید فن ها شروع به کار کنند .

این نوع سیستم خنک کنندگی به طور وسیعی در ترانسفورماتورهای قدرت با توان بین 30 تا 60 مگا ولت آمپر مورد استفاده قرار می گیرد .

ج ) سیستم OFAF   ( روغن اجباری ـ هوا اجباری ) : در این سیستم گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به کمک فن ، سرعت داده می شود تا انتقال حرارت با سرعت بیشتری انجام گردد . فن ها هوا نیز بدنه رادیاتورها را در تماس بیشتری با هوا قرار می دهند تا روغن را سریعتر خنک کنند . در این سیستم با توجه به سرعت بسیار بالای خنک کنندگی سیم پیچ ها ، می توان قدرت نامی ترانسفورماتور را می توان به سرعت قابل ملاحظه ای افزایش داد . مثلاً در ترانسفورماتور  KV 20/230/400 پست نکا ، قدرت نامی در سیستم های مختلف خنک کنندگی نوشته شده است .لازم به ذکر است عموماً از این نوع سیستم خنک کنندگی در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA 60 استفاده می شود .

د) سیستم OFWF  ( روغن اجباری ـ آب اجباری ) : در این سیستم ، ابتدا روغن توسط پمپ از بالای ترانسفورماتور وارد رادیاتور می شود تا پس از عبور از آن ، از پایین رادیاتور وارد ترانسفورماتور گردد . در رادیاتور ، آب خنک کنندگی هم توسط پمپ در خلاف مسیر روغن در رادیاتور عبور می کند که باعث کاهش دمای روغن می شود . از این نوع سیستم در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA60 مورد استفاده قرار می گیرد .

ر )  سیستم ODWF   ( روغن اجباری در سیم پیچ و هسته ـ آب اجباری ) :در ترانسفورماتورهای با قدرت بسیار بالا ، به منظور کاهش هرچه بیشتر دمای سیم پیچ ها و هسته باید روغن را توسط پمپ ها ، با فشار و جهت مناسب از قسمت تحتانی ترانسفورماتور به داخل سیم پیچ ها و هسته هدایت نمود . همچنین مشابه روش قبل ، با استفاده از رادیاتور و چرخش روغن در داخل آن و به واسطه تماس غیر مستقیم با آب خنک کنندگی ، دمای روغن به مقدار مورد نظر کاهش  می یابد .   

11 ) ولتاژ نامی ترانسفورماتور : در این قسمت ولتاژ نامی در اولیه و ثانویه ترانسفورماتور بیان می شود . همچنین اگر ولتاژ بالا به همراه تپ چنجر باشد ، مقدار این مشخصه هم بیان می شود . مثلاً در پست محلی نیروگاه ری مشخصات KV  % 5/2 × 2 + 245 : HV  ،   KV 11 : LV  بیانگر آن است که ولتاژ فشار ضعیف به مقدار  KV 11 و ولتاژ فشار قوی به مقدار KV 245 است که دارای دو پله تپ چنجر در جهت افزایش و دو پله تپ در جهت کاهش است . به عبارت دیگر ، ولتاژهای طرف ثانویه از تپ های پایین به بالا به ترتیب برابر  KV  25/257  ، KV 125/251 ، KV 245 ، KV 875/238 ، KV 75/232  می باشد. این تغییرات توسط وسیله ای به نام تپ چنجر صورت می گیرد .

12 ) جریان نامی : معمولا در پلاک مشخصات ترانسفورماتور ، جریان نامی در اولیه و ثانویه را در کنار ولتاژ نامی ذکر می کنند . البته در صورتی که ترانسفورماتور قادر به عملکرد در حالت های مختلف سیستم خنک کنندگی (   O F AF ، ONAN  ، ONAN  ) باشد ، جریان نامی برای همه حالتها ارائه می گردد ؛ زیرا در هر حالت ، قدرت ترانسفورماتور تغییر می کند .

13 )  گروه برداری  اتصالات : اصولاً در ترانسفورماتورها بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، اختلاف فازی حاصل می شود که مقدار آن بستگی به طریقه اتصال بین سیم پیچ های مختلف فازی حاصل می شود که مقدار آن ، بستگی به طریقه اتصال بین سیم پیچ های مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا باید نحوه اتصالات سیم پیچ های اولیه و ثانویه را مشخص نمود . برای مشخص نمودن اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور از حروف اختصاری استفاده می شود . به این ترتیب که اتصال ستاره با Y  ، اتصال مثلث با D  و اتصال زیگزاگ را با Z  نشان می دهند . در ضمن اگر اتصال مورد نظر در طرف فشار قوی باشد ، با حروف بزرگ و اگر در طرف فشار ضعیف باشد ، با حروف کوچک نمایش می دهند ؛ مثلا اتصال ستاره ـ ستاره با Yy  و یا اتصال مثلث ـ زیگزاگ با Dz  مشخص می شود . حال اگر در طرف ستاره یا زیگزاگ ، مرکز ستاره یا زیگزاگ ، زمین شده باشد ، متناسب با این که اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا یا پایین باشد ، به ترتیب از حروف N   یا n  استفاده می شود ؛

بعلاوه در ترانسفورماتور ها ، هر فاز اولیه با فاز مشابه ای درثانویه ، اختلاف فاز مشخصی دارد که جزء خصوصیات آن ترانسفورماتور به شمار می آید ؛ مثلا ممکن است این زاویه 0 ، 30 ، 150 ، 180 ،  … باشد . برای آنکه زاویه مذکور ، اختلاف فاز را برای هر ترانسفورماتور مشخص نماید به صورت مضربی از عدد 30 تبدیل می کنند و مضرب مشخص شده را در جلوی حروف معرف اتصالات طرفین ترانسفورماتور می آورند . مثلا مشخصه 11 Ynd بیانگر اولیه ستاره با مرکز ستاره زمین شده و ثانویه ، مثلث است که اختلاف زاویه بین اولیه و ثانویه برابر 330=30*11 می باشد . به این عدد ، گروه ترانسفورماتور می گویند .

اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دسته مجزا تقسیم می شوند که عبارتند از:

الف ) دسته یک : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 0 ، 4 یا 8 هستند .

ب ) دسته دو : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 2،6 یا 10 هستند .

ج ) دسته سه : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 1 یا 5 هستند.

د ) دسته چهار : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 7 یا 11 هستند .

اما دو مضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتور ها ، تعیین گروه آنها با توجه به نوع اتصال ، و یا یافتن اتصال سیم پیچ با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتور      می باشد .

14 ) سطح عایقی بوشینگ ها : ( BIL  ) این مشخصه نشان می دهد که بوشینگ ها ، هر یک تا چه ولتاژی می تواند خاصیت عایقی خود را حفظ کنند . در واقع ، عددی که بعنوان BIL معرفی می شود ، بینانگر ولتاژ شکست عایق بوشینگ ها است . در پلاک مشخصات ، سطح عایقی بوشینگ های ولتاژ بالا ، ولتاژ و اتصال زمین ذکر می گردد .

15 ) امپدانس ولتاژ یا اختلاف سطح اتصال کوتاه ( %UK ) :  این دو مشخصه که یکی از آنها در پلاک مشخصات ترانسفورماتور ذکر می شود ، اطلاعات لازم را برای محاسبات اتصال کوتاه و طراحی مدارهای حفاظت در اختیار می گذارد .

امپدانس ولتاژ ، در صدی از افت ولتاژ نامی است که اگر به یک طرف ترانسفورماتور داده شود و طرف دیگر اتصال کوتاه شده باشد ، باید جریان نامی از سیم پیچ اتصال کوتاه شده بگذرد . کوچک بودن  %UK بیانگر تلفات کم ترانسفورماتور است ؛ ولی در عوض ، باعث افزایش جریان اتصال کوتاه می شود و در نتیجه به کلیدهای با قدرت بالاتری نیاز خواهیم داشت . پس بالا بردن امپدانس از نظر تلفات ، اثر منفی دارد ؛ ولی از نظر جریان اتصال کوتاه و قدرت قطع کلیدها یک نکته مثبت است . 

16 ) جریان تحریک یا بی باری : جریان بی باری ، جریانی است که اگر یک طرف ترانسفورماتور به ولتاژ نامی وصل شود . طرف دیگر آن مدار باز باشد ، از منبع تغذیه دریافت شود . این جریان بیانگر تلفات حرارتی و ترانسفورماتور است . این تلفات که به نام تلفات بی باری است ، شامل تلفات فوکو و هیسترزیس ( که توسط مولفه حقیقی جریان بی باری مشخص می شود ) ، تلفات هسته ( که توسط مولفه موهومی جریان بی باری تعیین می گردد ) و تلفات عایقی است .

17 ) افزایش مجاز دما : این مشخصه ، میزان دما و روغن و سیم پیچی ترانسفورماتور را نشان می دهد . به عنوان مثال ، در پست محلی نیروگاه ری ، افزایش دما تا 65 درجه سانتیگراد مجاز دانسته شده است . البته این دمای حداکثر با توجه به ارتفاع 1000 متر از سطح دریا و درجه حرارت حداکثر محیط 40 درجه سانتیگراد است . در این صورت اگر دما از 65 درجه سانتیکراد بیشتر شود ، فن ها شروع بکار می کنند و اگر دما به 115 درجه سانتیگراد برسد ، آلارم داده می شود و در صورت رسیدن دما به 120 درجه سانتیگراد فرمان قطع ترانسفورماتور صادر می شود .

 خصوصیات ترانسفورماتور قدرت نیروگاه

همانگونه که در مصرف داخلی نیروگاه بیان نمودیم ، در نیروگاه ، ترانسفورماتورهای متعددی وجود دارند که هر یک از آنها دارای وظایف مخصوص به خود هستند . در اینجا خصوصیات این ترانسفورماتور را مورد ارزیابی قرار می دهیم .

ترانسفورماتور ژنراتور

 این ترانسفورماتور به عنان بزرگترین ترانسفورماتور نیروگاه می باشد که وظیفه آن ، انتقال انرژی از ژنراتور به شین اصلی می باشد . بنابراین ، ترانسفورماتور مذکور از یک طرف به ولتاژ فشار ضعیف ترانسفورماتور و از طرف دیگر به ولتاژ فشار قوی شبکه متصل می گردد . قدرت این ترانسفورماتورها بستگی به ظرفیت تولیدی ژنراتور دارد و به گونه ای تعیین می شود که قدرت نامی خروجی               ( برحسب MW  ) خود را در ضریب قدرت 7/0 پیش فاز داشته باشد .

معیارهای مهم و موثری که باید در طراحی این ترانسفورماتورها در نظر گرفته شوند عبارتند از :

1 ) ولتاژ سیم پیچ فشار قوی بسیار بالا  است ( معمولا  kv 132 ، kv 230 ، kv 400 )

2 ) جریان سیم پیچ فشار ضعیف بسیار بالا است . ( به عنوان مثال برای یک ترانسفورماتور MVA 800 برابر KV 20 می باشد )

3 ) درصد امپدانس این  ترانسفورماتور باید کمتر از مقدار بدست آمده در ساده ترین طراحی برای این مقدار باشد ؛ که مقداری در حدود 16 % مشخص می شود. همچنین تغییرات درصد امپدانس با موقعیت تپ ترانسفورماتور ، باید در یک میزان حداقلی نگه داشته شود .

4 ) به منظور کنترل ولتاژ فشار قوی و ضریب قدرت ژنراتور ، ترانسفورماتور باید مجهز به تپ چنجر زیر بار باشد . در این حالت ، ولتاژ فشار ضعیف باید در محدوده %5 از ولتاژ خود ، ثابت باقی می ماند .

5 ) به خاطر تحمل وزن زیاد این ترانسفورماتورها ، باید پی ریزی مناسبی صورت پذیرد . همچنین برای حمل آنها نیاز به وسایل انتقال مناسبی می باشد .

6 ) قابلیت اطمینان و در دسترس بودن این ترانسفورماتورها باید تا حد امکان بالا باشد ؛ زیرا بدون وجود این ترانسفورماتور ، امکان انتقال قدرت به شبکه وجود ندارد و همچنین هزینه تعویض آنها هم بسیار زیاد است . البته معیارهای دیگری نیز وجود دارند که از اهمیت کمتری برخوردار هستند . این معیارها عبارتند از :

الف ) به خاطر اینکه این ترانسفورماتورها در ضریب بار بالایی کار می کنند ، باید تلفات بی باری و بارداری آنها تا حد امکان پایین باشد .

ب ) در طرح اتصال مستقیم  ترانسفورماتور به سیستم KV  400 ، استحکام نیروی بالایی مورد نیاز می باشد .

ج ) میزان درصد ترانسفورماتور باید از حد مجاز کمتر باشد .

د ) در این ترانسفورماتور ظرفیت اضافه بار خیلی کمی مورد نیاز می باشد . در طراحی این ترانسفورماتورها ، به طور عادی مقدار 4 % اضافه بار برای سه دوره یک ساعته برای هر روز باید در نظر گرفته شود .

نکته بسیار مهم در مورد این ترانسفورماتورها آن است که در نیروگاه های با قدرت تولیدی زیاد ، وزن ترانسفورماتورهای سه فاز ژنراتورها بسیار زیاد می باشد . . ابعاد آن هم بزرگ می شود . در نتیجه حمل و نقل و نصب آنها با مشکل روبرو خواهد شد . بدین منظور در این نیروگاه ها از سه ترانسفورماتور تک فاز استفاده می شود تا هزینه حمل نقل و نصب کاهش یابد .

  ترانسفورماتور نیروگاه

این ترانسفورماتور ، وظیفه تامین انرژی مصرف داخلی نیروگاه را برای مواقع راه اندازی سیکل ترمودینامیکی بر عهده دارد . همچنین بارهایی را که در  ارتباط با واحد تولیدی ژنراتورها نمی باشد . می توان از این ترانسفورماتور تغذیه نمود . به عنوان مثال ، از این نوع بارها می توان به مصارف روشنایی ، جرثقیل ها ، کارگاه ها و دیگر موارد اشاره نمود . این ترانسفورماتورها از طریق شبکه ، انرژی های مورد نیاز را تامین می کنند . عواملی که در طراحی این نوع ترانسفورماتورها موثر است عبارتند از :

الف ) طرف فشار قوی این ترانسفورماتور به ولتاژ شبکه نیروگاه متصل می شود .

ب ) با توجه به این نکته که این ترانسفورماتور برای تغذیه داخلی است ، در نتیجه، ولتاژ فشار ضعیف این ترانسفورماتور ها باید متناسب با ولتاژ مصرفی داخلی باشد .

ج ) امپدانس این ترانسفورماتورها باید به گونه ای باشد که به خاطر موازی بودن با ترانسفورماتور واحد نیروگاه ، قدرت اتصال کوتاه را از حد مجاز خود افزایش ندهد؛ که عموماً در حدود 15 % انتخاب می شود .

د ) با توجه به اینکه با تغییر بار مصرف داخلی و تغییرات ولتاژ شبکه نباید ولتاژ مصرف داخلی تغییر کند ، لذا باید این ترانسفورماتور ، مجهر به تپ چنجر زیر بار باشد .

ه ) با توجه به اینکه ترانسفورماتورهای نیروگاه در نصف بار نامی یا کمتر از آن کار می کنند ، لذا ضریب بار آنها کم می باشد ؛ در نتیجه تلفات بار این نوع ترانسفورماتورها زیاد است ، ولی باید تلفات ثابت ثابت آن تا حد امکان باشد .

ترانسفورماتور واحد

این ترانسفورماتورها ، وظیفه تامین مصرف داخلی نیروگاه را در شرایط عادی از پایانه های ژنراتور به عهده دارند . به عبارت دیگر ، انرژی مورد نیاز مصرف داخلی از طریق این ترانسفورماتور و از انرژی تولیدی ژنراتور تامین می شود . از عوامل موثر در طراحی ترانسفورماتورهای واحد ، می توان به موارد زیر اشاره نمود :

الف ) ولتاژ فشار قوی این ترانسفورماتورها برابر ولتاژ نامی ژنراتور می باشد .

ب ) ولتاژ فشار ضعیف این ترانسفورماتورها متناسب با ولتاژ مصرف داخلی نیروگاه می باشد .

ج ) امپدانس این ترانسفورماتور باید به گونه ای باشد که در حالت عملکرد موازی با ترانسفورماتور  نیروگاه ، سطح قدرت اتصال کوتاه را از حد مجاز  بالاتر نبرد و معمولا این مقدار در حدود 15 % انتخاب می شود .

د ) با توجه به اینکه ولتاژ فشار قوی این ترانسفورماتورها برابر ولتاژ ژنراتور است و حلقه کنترل ولتاژ (  AVR ) هم وظیفه نگهداری ولتاژ پایانه ژنراتور را در حدود %5 ولتاژ نامی ان بر عهده دارد ، لذا استقامت از تپ چنجر زیر بار برای این ترانسفورماتور ها لزومی ندارند .

ه ) در شرایط عادی ، مصرف داخلی نیروگاه ها از طریق این ترانسفورماتور تامین می شود ؛ لذا ضریب بار عملکرد آنها زیاد می شود . در نتیجه این   ترانسفورماتورها دارای تلفات بی باری و بارداری زیادی هستند .

و ) در زمان تغییر وضعیت تغذیه مصرف داخلی از ترانسفورماتور نیروگاه به ترانسفورماتورمصرف داخلی ، برای مدت کوتاهی این دو ترانسفورماتوربا هم موازی می شوند . در نتیجه یک جریان گردشی زیادی بین این دو ترانسفورماتور برقرار می شود که در شکل مشاهده می شود ، در نتیجه این ترانسفورماتور باید تحمل اضافه جریان مذکور را برای زمان کوتاهی داشته باشد .

 

شکل  نحوه ایجاد جریان گردشی در تغذیه مصرف داخلی نیروگاه

  ترانسفورماتورهای کمکی

همانگونه که در بحث مصرف داخلی نیروگاه ها بیان نمودیم ، به منظور تغذیه پمپ ها ، فن ها ، موتورهای کوچک و بزرگ ، سیستم های روشنایی و اضطراری و … سطح ولتاژهای مختلفی در مصرف داخلی نیاز می باشد . عموماً در نیروگاه ها با توجه به مقدار توان تولیدی ، دو ، سه یا چهار سطح ولتاژ مورد نیاز است . در نتیجه به منظور این سطح ولتاژها ، نیاز به ترانسفورماتورهای کمکی می باشد تا از ولتاژ اصلی نیروگاه ( ولتاژ ژنراتور ) ، ولتاژهای سطح فشار قوی و فشار ضعیف مصرف داخلی نیروگاه مهیا شود . عموماً این ترانسفورماتورها با توجه به نحوه استفاده از آنها در مناطق سرپوشیده نیروگاه مورد استفاده قرار می گیرند . ترانسفورماتورهایی که ولتاژهای فشار قوی مصرف داخلی نیروگاه را تولید   می کنند ، از نوع ترانسفورماتورهای روغنی با سیستم خنک کنندگی ONAN        ( روغن طبیعی ـ هوا طبیعی ) می باشند ؛ ولی ترانسفورماتورهای تولید کننده ولتاژ فشار ضعیف مصرف داخلی ، از نوع ترانسفورماتورهای خشک با سیستم خنک کنندگی هوا می باشند . البته لازم است تا در ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک ، از بهترین نوع عایقی استفاده شود تا درجه حرارت زیادی بتواند تحمل کند . معمولاً عایق مورد استفاده از عایق کلاس C  می باشد که حداکثر درجه حرارت قابل تحمل آن ، بیش از 180 درجه سانتیگراد است .