قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری، آبی و هسته ای تولید می شود. این مراکز دارای توربین ها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که به وسیله ژنراتورها تولید می شود باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود.
گاهی چندین مرکز تولید به وسیله شبکه ای به هم مرتبط می شوند تا انرژی الکتریکی موردنیاز را به طور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند.
در محل های توزیع برای این اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می شود بدیهی است توزیع انرژی بیت تمام مصرف کننده های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکان پذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود.
لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر(پست های داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر(پست منطقه ای) تقسیم میشود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانس های توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می کنند.
به طور 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 رو به رو هستند. مسلماٌ این به آن معنی نیست که می توان از توجه به حفاظت ها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد.
در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می شود سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می شود.
تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می گیرند. مقره ها یا بوشینگ ها 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 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 می کند.
انواع ترانسفورماتورها
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک بنحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درج بندی آنها ارائه داده اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته اند، مانند ترانس های انتقال قدرت، اتوترانس و یا ترانس های تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ)، ترانس قدرت می نامند و اصطلاحاٌ ترانس قدرت را آنهایی می دانند که درسمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می شود.
این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می گیرند و طرف دیگر شامل ترانس های 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 هسته ای یا جداری طراحی می شوند. در نوع هسته ای در هر یک از سیم پیچ ها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هتند و هر کدام روی یک باروی هسته ای قرار دارند. در نوع جداری، سیم پیچ ها روی یک هسته پیچیده شده اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می شود.
در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک به کار می روند.(به صورت سه فاز یا یک فاز.
ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور، ترانسفورماتورهای قدرت معمولاٌ 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.
ترانس های صنعتی مانند ترانس های جوشکاری، ترانس های راه اندازی و ترانس های مبدل ترانس برای سیستم های کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی به کار می رود.
ترانس های مخصوص آزمایش،اندازه گیری، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره
اندازه گیری های ترانسفرمر جریان
اندازه گیری معتبر UKAS انجام شده توسط NPL ، عمدتاً برای صنعت تأمین الکتریسته و تولید کنندگان ترانسفرمر ، اندازۀ خطای جریان و خطای زاویه فاز ادوات ترانسفرمر های جریان را تبیین می کند ، مطابف با 1999 : 13E EN 60044-1 .
خطای جریان ( خطای نسبی )
خطای جریان خطایی است که ترانسفرمر در اندازه گیری یک جریان بروز می دهد و از این حقیقت ناشی می شود که نسبت تبدیل واقعی با نسبت تبدیل ارزیابی شده برابر نیست . خطای جریان برحسب درصد برابر است با :
CURRENT ERROR (%) =
که نسبت تبدیل ارزیابی شده ، جریان اولیه واقعی و جریان ثانویه واقعی زمانی است که جریان دارد ، تحت شرایط اندازه گیری .
خطای زاویه فاز
خطای زاویه فاز اختلاف فاز بین بردارهای جریان اولیه و ثانویه است ، جهت بردارها به گونه ای انتخاب می شوند که برای یک ترانفرمر ایده آل صفر شود . زاویه فاز زمانی که بردار جریان ثانویه جلوتر از بردار جریان اولیه است مثبت بیان می شود . خطای فاز معمولاً بر حسب سانتی رادیان یا دقیقه بیان می شود .
نکته
این تعریف فقط برای جریانهای سینوسی صحیح است .
مدار کالیبراسیون اساسی
تئوری کالیبراسیون اساسی
ترانسفرمر جریان سری بسته شده را تست می کند . سیم پیچ جبران کننده ، که تعداد دور مشابه سیم پیچ ثانویه دارد ، دارای جریانی است که اختلاف بین جریان ثانویه مقایسه کننده و جریان ثانویه ترانسفرمر تست است . اگر i جریان نرمال ثانویه ، b , a به ترتیب خطاهای جریانهای ثانویه مقایسه کننده و ترانسفرمر تست شونده باشند ، جریان سیم پیچ مقایسه کننده ( i + a ) - ( i + b ) است که برابر ( a - b ) است . در اتصال با هستۀ آشکار کننده ، آمپر دورهای سیم پیچ جبران کننده که متناسبند با کسری از ( i + a ) متناسب با سیم پیچ ثانویه ، نتیجه ای متناسب i ، که دقیقاً آمپر دورهای را خنثی می کند . بنابراین هستۀ نمایشگر فقط جریان b مغناطیس می شود ، خطای ترانسفرمر جریان تست شونده ، یک جریان برابر و مخالف از مدار کنترل بالانس به سیم پیچی جبران کننده تزریق می شود تا شکست نمایشگر را ارائه دهد ، خطای b که از رابطۀ ( G+jwc ) ir بدست می آید ، باعث می شود که خطای جریان و خطای زاویه فاز ترانسفرمر تست شونده معین شوند .
رنج اندزه گیری
کالیبراسیون ترانسفرمرهای جریان معمولی می تواند در نسبت های جریان اولیه به ثانویه بسیار گسترده صورت گیرد ، عموماً به جریانهای ثانویه مجاز A 1 و A 5 . اندازه گیری ها در فرکانسها و بارها و ضریب توان های معین بر اساس نیازهای مشتری ساخته می شوند .