تحقیق مقاله تعمیر و نگهداری ترانس قدرت

پیشگفتار :

ترانسفور ماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را در یک سیستم جریان متناوب از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد و می تواند ولتاژ کم را به ولتاژ زیاد وبالعکس تبدیل نماید .

مقدمه :

برخلاف ماشینهای الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به یکدیگر تبدیل می کند ، در ترانسفور ماتور انرژی به همان شکل الکتریکی باقیمانده و فرکانس آن نیز تغییر نمیکند و فقط مقادیر ولتاژ و جریان در اولیه و ثانویه متفاوت خواهد بود . ترانسفورماتورها نه تنها به عنوان اجزاء اصلی سیستم های انتقال و پخش انرژی مطرح هستند بلکه در تغذیه مدارهای الکترونیک و کنترل ، یکسوسازی ، اندازه گیری و کوره های الکتریکی نیز نقش مهمی بر عهده دارند .  [1]

انواع ترانسفورماتورها را میتوان برحسب وظایف آنها بصورت ذیل بسته بندی کرد :

1 -  ترانسفورماتورهای قدرت در نیروگاهها و پستهای فشار قوی

2 -  ترانسهای توزیع در پستهای توزیع زمینی و هوایی ، برای پخش انرژی در سطح شهرها و کارخانه ها

3 -  ترانسهای قدرت برای مقاصد خاص مانند کوره های ذوب آلومینیم ، یکسوسازها و واحدهای جوشکاری

4 -  اتوترانسها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القایی

5 -  ترانسهای الترونیک

6 -  ترانسهای ولتاژ و جریان جهت مقاصد اندازه گیری و حفاظت

7 -  ترانسهای زمین برای ایجاد نقطه صفر و زمین کردن نقطه صفر

8 - نسهای آزمایشگاه فشار قوی و ...

و از نظر ماده عایقی و ماده خنک کننده نیز ترانسفورماترها را می توان بصورت ذیل بسته بندی کرد :

1 - نسفورماتورهای روغنی Oil immersed power Transformer

2 - نسفورماتورهای خشک Dry type transformer 3-ترانسفورماتورهای با عایق گازی (sf6) Gas insulated transformer

سایر ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهای کوره ، ترانسفورماتورهای تغییر دهنده فاز و..
بعنوان ترانسفورماتورهای خاص قلمداد می گردند .

ترانسفورماتورهای قدرت پست فولاد خراسان که به نام T2 , T1 قلمداد می شوند ، از نوع ترانسفورهای روغنی هستند  [2]

ساختمان ترانسهای قدرت روغنی

قسمتهای اصلی در ساختمان ترانسفورماتورهای قدرت روغنی عبارتند از:

1 -  هسته یک مدار مغناطیسی

2 -  سیم پیچ های اولیه و ثانویه

3 -  تانک اصلی روغن

به جز موارد فوق اجزا دیگری نیز به منظور اندازه گیری وحفاظت به شرح زیر وجوددارند :
1 -  کنسرواتوریا منبع انبساط روغن

2 -  بک چنجر

3 -  ترمومترها

4 -  نشان دهنده های سطح روغن

5 -  رله بوخ هلتز

6 -  سوپاپ اطمینان یا لوله انفجاری / شیر فشار شکن )

7 -  رادیاتور یا مبدلهای حرارتی

8 -  پمپ و فن ها

9 -  شیرهای نمونه برداری از روغن پایین و بالای تانک

10 -  شیرهای مربوط به پرکردن و تخلیه روغن ترانس

11 -  مجرای تنفسی و سیلیکاژل مربوط به تانک اصلی و تب چنجر

12 -  تابلوی کنترل

13 -  تابلوی مکانیزم تب چنجر

14 -  چرخ ها

15 - پلاک مشخصات نامی

1 - هسته :

هسته ترانس یک مدار مغناطیسی خوب با حداقل فاصله هوایی و حداقل مقاومت مغناطیسی است تا فورانهای مغناطیسی براحتی از آن عبور کنند . هسته بصورت ورقه ورقه ساخته شده و ضخامت ورقه ها حدود0.3 میلیمتر و حتی کمتر است . برای کاهش تلفات فوکو ورقه ها تا حد امکان نازک ساخته می شوند و لی ضخامت آنها نباید بحدی برسد که از نظر مکانیکی ضعیف شده و تاب بردارد .

در ترانسهای قدرت ضخامت ورقه ها معمولاً 0.3 یا 0.33 میلیمترانتخاب می شود که این ورقه ها توسط لایه نازکی از وارنیش عایقی با یک سیم نازک عایقی ، نسبت به هم عایق می شوند .  [3]

2 -  سیم پیچی های ترانس

در ساختمان سیم پیچ های ترانس باید موارد متعددی در نظر گرفته شوند که در ذیل به مهمترین آنها اشاره می نمائیم :

1 -  در سیم پیچ هاباید جنبه های اقتصادی که همان مصرف مقدار مس و راندمان ترانس می باشد ، مراعات شود .

2 -  ساختمان سیم پیچ ها برای رژیم حرارتی که باید در آن کار کند محاسبه شود ، زیرا در غیر این صورت عمر ترانس کاسته خواهد شد .

3 -  سیم پیچ ها در مقابل تنش ها و کشش های حاصل از اتصال کوتاه های ناگهانی مقاوم شوند .

4 -  سیم پیچ ها باید در مقابل اضافه ولتاژهای ناگهانی از نقطه نظر عایقی ، مقاومت لازم را داشته باشند .

سیم پیچ ترانس ها نسبت به هم در نوع سیم پیچ ، تعداد حلقه ها درجه و اندازه سیمها و ضخامت عایق بین حلقه ها متفوت خواهند بود . هر چه ولتاژ ترانس بالا برود ، تعداد حلقه های سیم پیچ بیشتر می شود و هر چه ظرفیت ترانس بیشتر شود ، اندازه سیم ها بزرگتر می گردد .

در ترانس با هسته ستونی ، سیم پیچها اعم از فشار قوی ، متوسط و فشار ضعیف و سیم پیچ تنظیم – بصورت استوانه متحدالمرکز روی ستونهای هسته قرار می گیرند . معمولاً سیم پیچ فشار ضعیف در داخل و فشار قوی در خارج واقع می شوند و ترتیب فوق به این دلیل رعایت می شود که عایق کاری فشار ضعیف نسبت به هسته راحت تر است . [4]

3 -  تانک اصلی روغن

تانک ترانس یک ظرف مکعب یا بیضوی شکل است که هسته و سیم پیچ های ترانس در آن قرار می گیرند و نقش یک پوشش حفاظتی را برای آنها ایفا می کند داخل این ظرف از روغن پر می شود بطوریکه هسته و سیم پیچ کاملاً در روغن فرو می روند . سطح خارجی تانک تلفات گرمایی داخل ترانس را به بیرون منتقل می کند از هر مترمربع سطح تانک حدوداً 400 الی 450 رات توان گرمایی به خارج منتقل می شود ، بطوریکه در ترانسهای کوچک ، همین سطح برای خنک کاری کافی است و به تمهیدات دیگری نظیر رادیاتور وفن نیاز نمی باشد . در ترانسهای تا KVA 50 بدنه تانک از ورق ساده فولادی به ضخامت حدوداً MM3 میلیمتر ساخته می شود ، سطح آن صاف بوده و نیازی به میله های تقویتی یا لوله های خنک کن ندارد . هر 4 وجه ترانس از یک ورق یک پارچه درست می شود و فقط در یک گوشه جوشکاری می گردد .  [5]

تانک ترانس بایستی موجب شود که موارد مشروحه ذیل تأمین گردند :

- حفاظتی برای هسته ، سیم پیچ ، روغن و سایر متعلقات داخلی باشد .

- دارای استقامت کافی باشد که در حین حمل و نقل و نیز در زمان اتصال کوتاه داخلی بتواند تنش های مکانیکی ایجاد شده را تحمل نماید .

- ارتعاشات و صدا در آن به حداقل برسد .

- ساختمان آن در برابر نشت روغن و یا نفوذ هوا کاملاً آب بندی باشد .

- سطوح کافی برای دفع گرمای ناشی از تلفات ترانس را تأمین کند .

- محلی برای نصب بوشینگها ، تب چنجر ، مخزن ذخیره روغن و سایر متعلقات باشد.

- از نظر باعاد در حدی باشد که براحتی قابل تحمل و حمل و نقل از طریق جاده یا راه آهن باشد .

- حداقل تلفات ناکو در آن ایجاد شود .

- حداقل میدان مغناطیسی در خارج از آن وجود داشته باشد .

به این ترتیب طراحی تانک ترانس به روش پیش بینی شده برای حمل و نفل آن نیز بستگی دارد .

4 -  مقره ها ( بوشینگ ها )

سرهای خروجی سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف باید نسبت به بدنه فلزی تانک ، عایقکاری شوند . برای این منظور از مقره ها استفاده می شود . مقره یا بوشینگ تشکیل شده است از یک هادی مرکزی که توسط عایق های مناسبی در میان گرفته شده است .

بوشینگها روی در پوش فوقانی ترانس نصب می شوند و در موارد نادری بوشینگها را روی دیواره جانبی تانک هم نصب می کنند . انتهای پایینی مقره در داخل تانک جای می گیرد ، در حالیکه سر دیگر آن در بالای درپوش و در هوای خارج واقع می شود .

ترمینالهای هر دو سر دارای بستهای مناسبی برای اتصال به سر هادی های داخل ترانس و نیز هادی های شبکه می باشند . شکل و اندازه بوشینگها به کلاس ولتاژ ، نوع محل ( داخل ساختمان یا در هوای آزاد ) و جریان نامی آن بستگی دارد . بوشینگهای داخل ساختمانی نسبتاً کوچک بوده و سطح آن صاف است ، اما بوشینگهای هوای آزاد کاملاً در معرض شرایط مختلف جوی نظیر برف و باران و آلودگی و ... قرار می گیرند ، بنابراین از نظر شکل کاملاً متفاوتند و از سپرهایی به شکل چتر تشکیل می شوند ، تا سطح زیرین آنها در مقابل باران خشک نگه داشته شوند . دراین صورت سطح خارجی آنها زیاد شده و فاصله خزش جرقه روی سطح چینی عایق زیادتر می گردد و در نتیجه استقامت الکتریکی بوشینگ افزایش می یابد . [6]

در حال حاضر تمام ترانسهای با قدرت زیاد ، برای کار در هوای آزاد ساخته می شوند و مقره های عایقی ، برای ولتاژهای مختلف زیر موجود می باشند :

0.5و1و3 و6 تا 10 و20 و 35 و110 و220 و320 و500 و750 کیلووات در ترانسهای قدرت از 3 تا 10 کیلووالت ، همان بوشینگ kv10 بکار می رود . برای ترانسهای kv 1 و کمتر از مقره چینی ساده یا مقره اپوکسی زرین ساخته می شود .

[1] Central Electricity Generating Board (1982). Modern Power Station Practice. Pergamon. ISBN 0-08-016436-6

[2] Daniels, A.R. (1985). Introduction to Electrical Machines. Macmillan. ISBN 0-333-19627-9

[3] Flanagan, William (1993). Handbook of Transformer Design and Applications. McGraw-Hill. ISBN 0-0702-1291-0

[4] Gottlieb, Irving (1998). Practical Transformer Handbook. Elsevier. ISBN 0-7506-3992-X

[5] Hammond, John Winthrop. Men and Volts, the Story of General Electric, published 1941 by J.B.Lippincott. Citations: design, early types - 106-107; design, William Stanley, first built - 178; oil-immersed, began use of - 238

[6] Harlow, James (2004). Electric Power Transformer Engineering. CRC Press. ISBN 0-8493-1704-5