ترانسفورماتورهای مدرن    

در ترانسفورماتورهای جدید و استفاده از فولادهای بهتر، به عنوان هسته ترانسفورماتور، می‌توان به صورتی مؤثر تلفات بی باری ترانسفورماتور را کاهش دهد که یکی از تلفات اصلی انرژی در ترانسفورماتور‌ها می‌باشد. تلفات بی باری با جایگزینی فولاد با فلزات غیرمتبلور می‌تواند حتی کاهش بیشتری نیز در پی داشته باشد.

 

عکس تزئینی

 مدار الکتریکی قدرت و فرمان راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز آسنگرون روتور قفسه ای توسط کنتاکتور به صورت اتصال دائم ،کنترل از دو نقطه برای کنترل یک موتور از دو نقطه استفاده می شود. یعنی موتور را می توان از دو نقطه روشن کرد.این مدار بسیار شبیه به مدار کنترل از یک نقطه می باشد و می توان آن را به نوعی تعمیم یافته مدار اتصال از یک نقطه دانست. برای اینکه یک وسیله را بتوانیم از چند نقطه کنترل کنیم کافی است شستی های استارت را با هم موازی کنیم به تعدادی که می خواهیم و نکته خاص دیگری ندارد.

باسداکتهای فاز مجزا (IPB)

اتصال ژنراتور به ترانسفورماتورهای اصلی و یونیت نیروگاه با کمک باسداکتهای فاز مجزاIPB

باسداکت فاز مجزا (IPB)

اتصال ژنراتور به ترانسفورماتورهای اصلی و یونیت نیروگاه با کمک باسداکتهای فاز مجزا IPB

برش مقطعی باسداکت فاز مجزا (IPB

🔴 هادی (فاز)
🔵 پوسته (هر سه پوسته به یکدیگر متصل شده و زمین می شوند)
⚫️ مقره اتکائی (برای اجتناب از برخورد فاز و پوسته)
✅ جنس هادی و پوسته اغلب از آلومنیوم (به ندرت مس) و دلیل توخالی بودن و استوانه ای بودن آنها، کاهش اثر پوستی و بالطبع حداقل کردن تلفات است.

نمائی نزدیکتر از باسداکت فاز مجزا IPB

حداقل نمودن میدان الکترومغناطیسی خارج از پوسته باس داکت IPB

✅ میدان مغناطیسی ایجاد شده برروی پوسته درست برخلاف جهت🔁 میدان مغناطیسی هادی بوده و موجب حداقل شدن میدان الکترومغناطیسی در خارج از پوسته باسداکت و کاهش نیروی بین هادیها در زمان اتصال کوتاه می شود.

باسداکت فاز مجزا IPB بین ژنراتور و ترانسفورماتور اصلی نیروگاهی

اتصال ژنراتور به ترانسفورماتور اصلی نیروگاهی از طریق باس داکت فاز مجزا IPB

اتصال ژنراتور به ترانسفورماتور اصلی نیروگاهی  از طریق باسداکت فاز مجزا

در صورتیکه جریان خروجی ژنراتور بیشتر از 25KA باشد، لازم است از سیستم خنک کننده اجباری برای باسداکت فاز مجزا استفاده نمود.

در مناطق سرد و با رطوبت بالا لازم است هوای گرم به داخل باس داکت فاز مجزا تزریق نمود تا از ایجاد شبنم در باسداکت جلوگیر شود.

اتصال خروجی ژنراتور سه فاز به سه ترانسفورماتور تکفاز اصلی نیروگاهی از طریق باسداکت فاز مجزا IPB

       تپ چنجر (tap chenger):

⭕️در بارهاي مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نيز تغيير مي كند و سبب تغيير ولتاژ شبكه مي شود . كنترل ولتاژ شبكه هاي توزيع و انتقال عمدتاً توسط تب چنجر ايجاد مي شود . اساس كار تب چنجر بر تغيير نسبت تبديل ترانس استوار است . بدين ترتيب كه با انشعاباتي كه در سيم پيچ فشار قوي تعبيه مي گردد تعداد دور سيم پيچ را تغيير داده و سبب تغيير ولتاژ خروجي ترانس مي گردد
تپ چنجرها بطور گسترده اي براي كنترل ولتاژ شبكه در سطوح مختلف ولتاژي بكار گرفته مي شوند . معمولاً كنترل ولتاژ در محدودة %15 +_ مقدور است . ولتاژ هر پله تب چنجر عموماً بين 1 تا 5/2 درصد تغيير مي كند انتخاب مقدار كم براي پله ها سبب افزايش تعداد تپ ها مي گردد و انتخاب مقدار بالا براي هر پله باعث عدم امكان تنظيم دقيق ولتاژ مورد نظر مي گردد .

⚡️محل تپ چنجر :

⭕️در داخل تانك اصلي ، قسمتي را براي بخش اصلي تب چنجر ( دايورترسوئيچ ) در نظر گرفته اند اين قسمت كاملاً آب بندي شده است داخل آن نيز با روغن ترانس پر شده است . اين روغن كاملاً از روغن تانك اصلي جداست و باهم مخلوط نمي شود . تپ چنجر را در سمت فشار قوي نصب كرده اند كه داراي مزيت هاي زيرمي باشند :
الف) در طرف فشار قوي جريان كمتر است لذا براي تپ چنجرهايي كه زير بار عمل مي كنند حذف جرقه ساده تر است .
ب) چون تعداد دور سيم پيچها ي فشار قوي بيشتر است ، لذا امكان تغييرات يكنواخت تروپه هاي كوچكتر به راحتي ميسر است . در اتصال ستاره انشعابات تب چنجر را در سمت نقطه صفر قرار مي دهند تا عايق كاري آن نسبت به زمين ساده تر باشد .

⚡️بهره برداري از ترانسفورماتورهاي با تنظيم كننده ولتاژ زير بار :

⭕️اكثر ترانسفورماتورها داراي دستگاهي بنام تب چنجر بوده كه كار آنها عملاً در مدار گذاشتن و خارج كردن تعدادي از حلقه هاي سيم پيچي ترانسفورماتور به منظور تغيير دادن در نسبت تبديل ترانس مي باشد . عموماً اين دستگاه در قسمت فشار قوي قرار مي گيرد .
تب چنجر ترانسفورماتورها عموماً بر 2 نوع مي باشند :

-  تپ چنجرOn load tap changer : ترانسفورماتورهايي كه تب آنها زماني كه تپ ترانسفورماتور زيربار است ، قابل تغيير مي باشد.
- تپ چنجرOff load tap changer : ترانسفورماتورهايي كه تب آنها فقط زماني كه در مدار نباشند ، قابل تغيير مي باشند .
اين تغيير تپ در محل روي بدنة ترانس صورت مي گيرد . به اين ترتيب با توجه به تعداد تپ و اينكه هر تپ چه مقدار تغيير ولتاژ بوجود مي آورد و نياز به چه مقدار تغيير در ولتاژ مي باشد ، تب آنها را بر حسب نياز سيستم تغيير مي دهيم . مكانيزم عمل تپ به طور كلي به اين صورت است كه اهرمي قادر است در جهت گردش عقربه هاي ساعت تعداد حلقه هاي سيم پيچ را كم و در خلاف آن زياد نمايد .
ترانسفورماتورهايي كه مجهز به سيستم اتوماتيك ولتاژ
( Avr = Automatic voltage regulation)
مي باشند به طريق زير تغيير تب صورت مي گيرد :

الف) اتوماتيك
ب) دستي و الكتريكي از اطاق فرمان
ج) دستي الكتريكي از محل د) دستي مكانيكي توسط اهرم مخصوص
هر تغيير Tab در اوليه ترانس قدرت به اندازه kv5 در ولتاژ ورودي ترانس تغيير ايجاد مي كند .

می دانیم که با تغییر تعداد دور سیم پیچ در ترانسفورماتورها می توان ولتاژ خروجی را تنظیم نمود. و این کار را در ترانسفورماتورها ، تپ چنجرها به عهده دارند.

معمولاً تپ چنجرها بروی سیم پیچی که ار نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه باشد قرار می گیرد.بیشتر بروی اتصال ستاره و یا سمت فشار قوی.اصولاً تپ چنجر ها به سه طریق زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

تپ چنجرهای سه فاز که بروی سیم پیچ های با اتصال ستاره قرار می گیرند.

تپ چنجر های سه فاز که بروی سیم پیچ های با اتصال مثلث قرار می گیرند. در این حالت عایق بندی کامل بین فازها مورد نیاز است و به سه دستگاه تپ چنجر احتیاج داریم که با یک مکانیزم حرکتی مشترک کار کنند.

تپ چنجر های تک فاز که بروی ترانسفورماتور های تک فاز یا سه فاز مورد استفاده قرار می گیرند.

تپ چنجرها بر حسب نوع کار به دو دسته قابل تغییر زیر بار ( On Load  ) و غیر قابل تغییر در زیر بار        (Off Load ) تقسیم میشوند.

تپ چنجر های غیر قابل تغییر زیر بار دارای ساختمان ساده ای بوده و جهت تغییر آن حتماً باید ترانس قدرت را از مدار خارج نمود . تغییرات این نوع تپ چنجر ها معمولاً با توجه به نیاز و متناسب با نوسانات بار در فصول مختلف سال انجام می گیرد.

انواع تپ چنجر

1) تپ چنجر بدون بار (off load)

2) تپ چنجر تحت بار (on load)

در اینجا تپ جنجر on load را مورد بررسی قرار میدهیم .

انواع تپ چنجر on load عبارتند از:

الف- تپ چنجر از نوع سلكتور سوئیچ (selector switch) كه در آن دایورتر و تپ سلكتور بصورت كمپاكت در داخل مخزن تپ چنجر قرار دارند . این نوع تپ چنجر برای ولتاژهای تا 145 كیلوولت بصورت اتصال ستاره یا مثلث و جریان 700 آمپر طراحی و مورد استفاده قرارمیگیرند . در ایران این نوع تپ چنجرها برای ترانسفورماتورهای با ولتاژ سمت فشار قوی 63 كیلوولت و در تحت شرایطی در 132 كیلوولت مورد استفاده میباشند .


ب- تپ چنجر از نوع تپ سلكتور- دایورتر (tapselector – diverter) كه در این نوع دایورتر سوئیچ مستقلاً” در داخل مخزن روغن جداگانه ای كه از روغن ترانسفورماتور كاملاً” مجزا است قرار دارد . در این نوع تپ چنجر سلكتور از دایورتر كاملا” جدا و در داخل روغن ترانسفورماتور میباشد . این نوع تپ چنجرها برای ولتاژهای تا 420 كیلوولت و جریانهای تا 4500 آمپر مورد استفاده قرار میگیرد .

نحوه عملكرد تپ چنجر :

برای عملكرد تپ چنجر و تغییر وضعیت تپ ها و به دنبال آن تغییر نسبت تبدیل ترانسفورماتور و افزایش و یا كاهش ولتاژ شبكه ابتدا فرمان لازم بصورت محلی یا از راه دور بنا به تشخیص رگلاتور ولتاژ (AVR) و یا تصمیم اپراتور به موتور درایو داده میشود . این فرمان از طریق محورهای عمودی و افقی و جعبه دنده های مربوطه به تپ سلكتور ( یا سلكتور سوئیچ ) منتقل میگردد . پس از انتخاب تپ مورد نظر توسط تپ سلكتور كه در شرایط بدون بار انجام میشود دایورتر سوئیچ نسبت به انتقال جریان از یك تپ به تپ بعدی عمل مینماید . زمان كل عملكرد تپ چنجر معمولاً” از 3 الی 5/5 ثانیه میباشد كه از این زمان فقط در حدود 40 تا 180 میلی ثانیه آن كه بستگی به نوع تپ چنجر و كارخانه سازنده آن دارد صرف تغییر از یك تپ به تپ بعدی خواهد شد . عملكرد دایورتر سوئیچ توسط فنرهای شارژ شده و به كمك مقاومتهای گذرا و با سرعت بسیار زیاد انجام میپذیرد . باید اضافه نمود كه سرعت عملكرد تپ چنجر در تغییر تپ كاملاً” مستقل از سرعت موتور درایو میباشد و بستگی به سرعت تخلیه انرژی ذخیره شده در فنر دارد . موتور درایو بطور خودكار پس از اتمام تغییر تپ متوقف میگردد كه به این نوع كار عملكرد پله – پله ای میگویند . چنانچه در ضمن عملكرد تپ چنجر برق موتور درایو قطع گردد سیستم متوقف شده و بلافاصله پس از وصل مجدد برق موتور درایو عملكرد خود را تا پایان تغییر تپ ادامه خواهد داد . در حقیقت فرمان تپ چنجر غیر قابل برگشت بوده و حتماً” توقف پس از هر عملكرد وجود خواهد داشت .

نیروی محركه تپ چنجر ( موتور درایو )

عملكرد تپ چنرها توسط فرمانی كه به موتور درایو داده میشود ( از طریق رگولاتور ولتاژ و یا فرمان دستی توسط اپراتور) انجام میپذیرد . گردش موتور محرك موتور درایو باعث چرخش محورهای عمودی و افقی و نهایتاً” گردش درایو شفت و انتقال حركت به تپ سلكتور و دایورتر سوئیچ میگردد .

موتور درایو شامل موتور محرك – چرخ دنده ها – رله های فرمان و كنترل و سایر متعلقات مربوطه بوده و در روی بدنه ترانسفورماتور نصب میگردد و فرمان آن بصورت پله – پله ای و غیر قابل برگشت میباشد و هر عملكرد موتور درایو مستلزم صدور فرمان از طریق رگولاتور ولتاژ و یا فرمان دستی توسط اپراتور خواهد بود .

كلیه موتور درایوها دارای سیستمهای حفاظتی از جمله جریان زیاد و جلوگیری از over run شدن تپ چنجر و ممانعت از فرمان اتوماتیك در حالیكه در حالت عملكرد دستی است میباشد .

حفاظتهای تپ چنجر و چگونگی تنظیم آنها

معمولاً” هر گونه اتصالی در دایورتر سوئیچ انرژی الكتریكی را بصورت بروز جرقه به حرارت تبدیل مینماید كه این حرارت باعث سوختن روغن و ایجاد انفجار در مخزن روغن تپ چنجر میگردد . میزان انرژی آزاد شده بستگی به عوامل مختلف از جمله قدرت اسمی ترانسفورماتور – جریان اسمی دایورتر سوئیچ- سطح اتصال كوتاه در شبكه و غیره دارد . حفاظتهای تپ چنجر طوری طراحی میشود كه به انرژی آزاد شده در اثر اتصالیها از مقادیر كم تا مقادیر زیاد پاسخ دهد . این حفاظتها باید به نحوی باشد كه برای هر اتصالی در داخل دایورتر سوئیچ ترانسفورماتور را توسط دیژنكتورها از شبكه جدا نمایند تا از بروز هر گونه حادثه ای برای ترانسفورماتور جلوگیری گردد .

ترانسفورماتور نباید قبل از بازرسی تپ چنجر و اطلاع از دلیل عملكرد رله مجدداً” در مدار قرار گیرد .

💠 دستگاهی است برای تغییر اتصالات سر های خروجی سیم پیچ در حالتی ترانسفورماتور تحت تانسیون و زیر بار باشد که شامل قطعات و اصطلا حات زیر می باشد:
1. تپ سلکتور
کلیدی که طراحی شده است جهت عبور دادن جریان وانتخاب سر های خروجی سیم پیچ ولی امکان اتصال و یا قطع کردن جریان را ندارد

2.دایورتر سوئیچ
کلیدی که مرتب به تپ سلکتور میباشد و عمل کلید زنی وقطع و وصل جریان توسط ان انجام میگیرد عمل اتصال سر خروجی که قبلا توسط تپ سلکتور نتخاب شده است را انجام می دهد
3.change over selector
کلیدی است که به صورت سری با تپ سلکور متصل می گردد و توسط ان سیم پیچ  coarseوارد مدار یا از مدار خارج میگردد ویا سیم پیچfine  معکوس می گردد و طی حرکت تپ سلکتور از تپ 1 تا اخر فقط یک بار عملکرد دارد.
4. .امپدانس انتقال وضعیتtransition impedance
یک مقا ومت و یا اندوکتانسی است که به طور پل عبوری از یک تپ به تپ دیگر می باشد و در زمانی کوتاه(msec) یک قسمت از سیم پیچ تپ چنجر (یک پله)از مسیر یک امپدانس کوتاه می گردد وباعث محدود شدن جریان اتصال کوتاه می شود .
5. مکانیزم محرکه driving mechanism
مکانیزمی است شامل چرخ دنده های مخصوص و عادی که چرخش محور را به کنتاکت های متحرک تپ سلکتور و دایور تر سوئیچ منتقل می نماید .
6.کنتاکت هاse of contact
یک جفت کنتاکت ثابت و متحرک نصب شده روی دایور تر سوئیچ، سلکتور سوئیچ و change over switch که به صورت ای زیر تعریف می گردد
1-6:کنتاکت های اصلیmain contact
یک سری کنتاکت های ثابت و متحرک میباشد ه امکان قطع و وصل جریان را نداشته ولی بعد از اتمام عملیات وصل حامل اصلی جریان این کنتاکت ها می باشد.
2-6:کنتاکت های اصلی قطع و وصلmain switching contacts
یک سری کنتاکت ثابت و متحرک است که فاقد امپدانس عبوری متصل بوده و وظیفه قطع و وصل جریان را از طریق کنتاکت های عبوری به عهدهدارد و اتصال دائم به صورت پارالل یا کنتاکت های اصلی در عبور دادن جریان شرکت دارد.

3-6:کنتاکت های عبوری
یک سری کنتاکت ثابت و متحرک است که به صورت سری به امپدانس عبوری متصل بوده و عمل قطع و وصل جریان از طریق این کنتاکت ها و امپدانس انجام میگیرد و بعد از عمل انتقال از یک تپ به تپ دیگر از مدار خارج میگردد.(در مدار هایی که امپدانس عبوری اندوکتانسی است این کنتاکتها به صورت پارالل با کنتاکت اصلی در کدار باقی میماند).
7.جریان گردشیcirculation current
در حالت گذر از یک تپ به تپ دیگر دو سر یک پله از سیم پیچ تپ چجر از طریق کنتاکت هاو امپدانس عبوری اتصال کوتاه میگردند و طبعا یک جریان از انها میگذرد که جریان گردشی نامیده می شود.
8.جریان کلید زنیswitched current
جریانی که در موقع قطع شدن از یک تپ از طریق کنتاکت های اصلی و عبوری دایور تر سوئیچ عبور مینماید.
9.ولتاژ استحصالیrecovery voltage
ولتاژی است که بعد از قطع شن جریان در دو سر کنتاکتها ثابت و متحرک اصلی و عبوری دایورتر سوئیچ به دلیل خاصیت سلفی سیم پیچ ظاهر می گردد تعریف بهتر افت ولتاژی که دو سر مقاومت عبوری در حالت انتقال دایورترسوئیچ توسط جریان به وجود امده ایجاد میگردد .
10.تعویض تپ tap-changer operation
مراحل کامل اعمالی که جهت حرکت از یک تپ به تپ دیگر سیم پیچ انجام می پذیرد و یا به وقوع می پیوندد شامل باز و بسته شدن کنتاکت ها و بر قراری یا قطع جریان .
11.سیکل عمل cycle of operation
حرکت سیستم تپ چنجر از پایین ترین وضعیت به بالا ترین وضعیت و برگشت به پایین ترین وضعیت را یک سیکل عمل تپ چنجر گویند.
12.سطح ایزولایسیون insulation level
مقدار عایق لام بین قطعات فعال و زمین و یا قطعات فعال ین دو فاز که تحمل لازم را در برابر ولتاژ ازمایش با فرکنس قدرت و یا ایمپالس را دارا باشد
13.جریان نامی (If)rated through – current
مقدار جریانی که از طریق تپ چنجر به مدارات بیرونی جریان مییابدو قطعات تپ چنجر بایستی برای این جریان دائم طراحی و ساخته شوند.
14.جریان نامی ماکزیمم (IUM)
مقدار جریانی است که با توجه به شرایط ازمایش تپ چنجر و جهش های حرارتی کنتاکت ها تعریف می گردد .
15.ولتاژ پله نامی Rated step voltage
برای هر اندازه جریان نامی (if)بالا ترین ولتاژ مجاز که بین دو سر سیم پیچ یک تپ (دو پله متوالی تپ چنجر) لازم است تا عملیات کلید زنی در محدوده مجاز انجام گیرد را ولتاژ پله نامی گویند (اگر مقدار در ارتباط با جریان نامی ifتعریف گردد ولتاژ نسبی نامی خوانده می گردد)

16.ولتاژ ماکزیمم پله maximum reared step voltage (aim)
 بالاترین مقدار ولتاژی که تپ چنجر بر اساس ان طراحی شده است به این عنوان نامیده می شود.
17.فرکانس نامی
فرکانسی است که تپ چنجر بر اساس ان طراحی و ساخته گردیده است .
1-18:تعداد موقعیت پله های اصلی تپ چنجر  number of inherent tapping position تعدا پله هایی است که مورد استفاده که در تپچنجر در یک نیم سیکل میتواند طی نماید.
2-18:تعداد موقعیت های پل های مورد استفاده number of service tapping position تعداد پله هایی است که در ترانس استفاده شده است ودر این حالت بقیه پله ها از طریق تابلوی موتور درایور قفل الکتریکی و مکانیکی میگردد.
19.ازمایش نمونه ای
ازمایشی است که برای یک طرح واز میزان تولیدات کارخانه و به طور تصادفی هر از چند گاهی یک نمونه انتخاب و روی ان ازمایش می گردد.
20.ازمایش روتین
ازمایشی است که جهت کنترل کیفیت محصولات کارخانه برای تمامی تولیدات انجام می پذیرد.
21.پلاک مشخصات name plate
هر تپ چنجر دارای پلاک مشخصات از جنس پایدار در شرایط گوناگون و اب و هوایی (weather - proof) می باشدکه به طور معمول مشخصات زیر در ان درج میگردد.
   -شماره و تاریخ استاندارد ملی و یا استاندارد بین المللی IECکه تپچنجر بر اساس ان طراحی شده است.
   -نام شرکت و کارخانه سازنده
   -شماره سریال
   -مدل تپ چنجر
   -سال ساخت