گزارش کارآموزی ترانسفورماتورهای توزیع

بررسی انواع ترانس های توزیع وساختمان آن ها

مقدمه :

در حالی که توجه زیادی به واحدهای تولید توان الکتریکی و خطوط انتقال انرژی می‌شود سیستم توزیع انرژی الکتریکی مورد توجه کمی قرار گرفته است .این بی توجهی شاید بدین خاطر باشد که خطوط توزیع انرژی روی تیرها و در خیابان ها و کوچه ها و در پشت ساختمان ها بدون جلب توجه عبور کرده حتی در بعضی از قسمت ها در زیر زمین،  خارج از دید عموم نصب شده اند.

     دلیل دیگر عبور مقدار زیاد توان از یک خط انتقال انرژی در مقایسه بایک خط توزیع انرژی است. قطع یک خط انتقال منطقه ی وسیعی را دچار خاموشی می کند و بدین جهت مورد توجه قرار می گیرد. در صورتی که قطع یک خط توزیع انرژی بخش کوچک را تحت تأثیر قرار دهد قابل توجه نیست.

در مقایسه با نیروگاه ها، هزینه برای سیستم توزیع معمولاً به صورت مقادیر کم انجام می‌شود .اگر چه ممکن است هزینه ی کل سیستم توزیع بیشتر باشد با توجه به این که جامعه بیش از پیش برای پیشرفت به یک منبع انرژی خوب نیاز دارد ارتباط بین منبع انرژی و مصرف کننده یعنی سیستم توزیع انرژی نقش بحرانی تری پیدا می کند. در نتیجه نه تنها نیاز به توان تحویلی بیشتری است بلکه احتیاج به کیفیت بالاتری از انرژی نیز می باشد.

    در روزگار اولیه ی صنعت قدرت الکتریکی تولید و توزیع انرژی با هم آمیخته بود و سیستم توزیع وسعت کمی داشت تاخیری مورد سرویس دهی کوچک و تعداد مشترکین نسبتاً کم بود همچنین مقدار مصرف هر مشترک زیاد نبود.

     سیستم های توزیع اولیه جریان مستقیم بودند و در ولتاژ کم توزیع می کردند. پیدایش ترانسفورماتور و افزایش بار مورد انتقال روی مسافت بیشتر و با فاصله بیشتر از منبع، به زودی سیستم جریان متناوب جایگزین جریان مستقیم شد. هم اکنون با افزایش سطح ولتاژ امکان تغذیه ی بارهای

بیشتر و در فواصل دورتر وجود دارد که این ولتاژ در محل مصرف برای تغذیه ی مصرف کنندگان کاهش داده می شود.

نیاز به سرویس دهی برق به انواع مختلف مصرف کنندگان توسعه یافته است مصرف کنندگان به مصرف کنندگان مناطق شهری، حاشیه ای، محلی و مصرف کنندگان تجاری شامل مغازه ها، مراکز خرید، ساختمان دفاتر و مصرف کنندگان صنعتی شامل تولید کنندگان با میزان مصرف متفاوت و واحد های خدماتی در اندازه های مختلف تقسیم می‌شوند. به موازات توسعه ی مدارهای توزیع انرژی، مواد، تجهیزات و ابزار مناسبتر هم توسعه یافتند که امکان ساخت، تعمیر و بهره برداری با بازده ی بالاتر را فراهم می ساخت روندی که تا به امروز ادامه داشته است تیرهای چوبی از جنس چوب خام کم کم جای خود را به تیرهای با جنس سخت تر و ظاهر بهتر دادند. سپس تیرهای سیمانی تقویت شده و تیرهای فلزی مورد استفاده قرار گرفتند. هم اکنون مطالعات برای استفاده از تیرهای پلاستیکی انجام می شود.

    هادی ها ابتدا از مس ساخته می شدند. امروز آلمنیوم و آلیاژ های مس و فولاد نیز به کار می روند مطالعات بر روی استفاده از هادی های ساخته شده از آلیاژ های مختلف در جریان است. مقره های پرسلین قبلاً به صورت تک حلقه ای ساخته می شدند. امروزه این عایق ها به صورت قطعه قطعه ساخته می شوند و قابل اتصال به هم هستند و تشکیل رشته ای از مقره ها را می دهند که برای هر سطح ولتاژی قابل استفاده می باشند. مقره های شیشه ای و پیرکس نیز به طور وسیعی به کار می روند و اکنون تحقیقات برای استفاده از مقره ها با ترکیبات پلاستیکی انجام می شود. عایق های لاستیکی برای کابل ها که قبلاً برای اکثر کابل ها مورد استفاده قرار می گرفت و قابلیت تحمل ولتاژ آن ها کم بود، جای خود را به عایق های دیگر نظیر عایق های کاغذ آغشته و عایق های پلاستیکی دادند مطالعات برای استفاده از عایق های با ترکیبات پلاستیک برای ولتاژ های بالاتر ادامه دارد.

ترانسفورماتورها هم کوچکتر و هم با بازده ی بیشتر و ارزان تر شده اند. شکل های جدید هسته های فولادی ترانسفورماتورها با ترکیبات جدید باعث کاهش تلفات مغناطیسی می شود و عمر ترانسفورماتور را نیز افزایش می دهد همچنین باعث افزایش ظرفیت ترانسفورماتور به ازای یک اندازه ی ثابت می گردد. به علاوه تجهیزات حفاظتی مربوط داخل همان محفظه ی ترانسفورماتور قرار می گیرند و شکل ظاهری آن را بهتر و حمل آن را ساده تر می کند. تحقیقات روی جنس هسته ی مورد استفاده و عایق ترانسفورماتورها ادامه دارد.

خازن های موازی به منظور تنظیم ولتاژ و کاهش تلفات به کار می روند. که با این کار به تنظیم کننده های ولتاژ در شبکه کمک می کنند و در ضمن بازده ی بهره برداری از سیستم را نیز بالا می برند. هم اکنون به جای غلاف سربی از روکش ترکیبات پلاستیک برای مقاوم کردن کابل های زیر زمینی در برابر آب استفاده می شود.

 مسأله ی تلفات در سیستم توزیع انرژی با توجه به هزینه ی سوخت، اهمیت بیشتری پیدا می کند و دیگر یک فاکتور جانبی در تغذیه ی انرژی الکتریکی نیست. اندازه گیری تلفات انرژی حقیقی در چنین سیستمی مشکل است زیرا فاکتورهای دیگری در محاسبه تفاوت بین انرژی مصرف شده توسط مشترکین و انرژی تولید شده دخالت دارند. با این حال این تلفات 10 تا 20 درصد انرژی تولید شده توسط نیروگاه ها است. از آن جایی که تلفات متناسب با مربع جریان عبوری از هادی است چه در خط و چه در تجهیزات الکتریکی پایین نگه داشتن جریان باعث کاهش تلفات می شود. سیاست های مختلفی برای انجام این کار اتخاذ می گردد. اصول اولیه ی این سیاست، بالابردن ولتاژ مدارها و کاهش جریان آن ها به ازای یک بار مشخص می  باشد.

    افزایش سطح مقطع هادی ها و کاهش طول فیدرها به منظور کاهش مقاومت مدار نیز برای کاهش تلفات به کار می رود. در سیستم های جریان متناوب نصب خازن ها در نقاط مهم باعث بهبود ضریب توان و در نتیجه کاهش جریان عبوری به ازای یک بار ثابت می شود. نظر به این که جریان عبوری، معیاری از مصرف انرژی الکتریکی توسط مصرف کننده می باشد، سعی در جهت کاهش تقاضای مصرف و یکنواخت کردن مقدار مصرف انرژی در ساعات مختلف طول روز است به این کار مدیریت انرژی گفته می شود. بدین منظور تجهیزات با کنترل الکترونیکی، عمل قطع و وصل قسمتی از بار مشترکین را به نحوی انجام می دهند که ضمن جلب رضایت مشترکین و عدم وقفه در سرویس دهی مقادیر حداکثر و حداقل مصرف روزانه تغییر کند و منحنی بار به سمت یک مصرف پیوسته و یکنواخت میل نماید.

از طریق رله های الکترونیکی می توان کلید ها را از راه دور باز و بسته و تجهیزات اضافی از قبیل خازن ها را وارد و خارج کرد. بار فیدرها را با تغییرات مصرف کنترل و در حالت های اضطراری قسمتی ازمدار را بی برق و قسمت های سالم را به طور اتوماتیک ( بدون نیاز به اپراتور) برقدار نمود.

      خواندن کنتور مشترکین و تهیه ی صورت حساب آن ها، در بسیاری از کشورها از راه دور انجام می شود و هزینه ی قابل توجهی را برای اداره ی برق صرفه جویی می کند.

    عامل های دیگری هستند که روی طراحی، نصب و بهره برداری سیستم های توزیع اثر می گذارند.اقتصاد مهم ترین آن ها است. اما با توجه به ملاحظات فوق، عامل های دیگر مانند بودجه، نرخ تورم، نرخ بهره، ارزش هزینه های کنونی در آینده، همچنین ارزش کنونی هزینه های آینده، مالیات ها، الگوی رشد مصرف، روابط مصرف کنندگان، وضعیت استخدام، در دسترس بودن پرسنل ماهر و برنامه ریزی آموزشی و موارد دیگر حتی وضعیت آب و هوا نیز تأثیر دارند.

    در این جا لازم به یادآوری است که گاهی اوقات ممکن است لازم باشد بعضی فاکتورهای غیر فنی در نظر گرفته شوند. در این بحث جزئیات مداری تجهیزات، نظیر ساختمان ترانسفورماتورها یا خازن های مورد مطالعه قرار نمی گیرد و بیشتر بهره برداری از آنها مورد توجه است در مواقعی که توضیح بیشتر در مورد تجهیزات خاصی ضرورت داشته باشد قدری به آن پرداخته می شود یا به طور کلی فرض می شود که خواننده با تئوری های مربوط آشنا است و ریاضیات به کار رفته  در سطح دانشگاهی است .

   لازم به یادآوری است که طراحی سیستم توزیع گاهی از فاکتورهای دیگری متأثر می شود که از نظر فنی یا اقتصادی توجیه ندارد. برای مثال، مدرن کردن شبکه و یا گاهی اوقات تعریض جاده ها باعث تغییر مسیر خطوط می گردد که هزینه های زیادی برای صنعت برق دارد اگر چه از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست.

نظر به این که مهندس توزیع باسیستمی سروکار دارد که وضعیت آن در حال تغییر است باید وضعیت کنونی و تغییرات سیستم در گذشته را مد نظر قرار دهد. همچنین باید با توجه به رشد مصرف تدابیری برای توسعه شبکه در آینده اتخاذ نماید.

    بحث سیستم قدرت بدون توجه به آینده کامل نیست. اقتصاد تغذیه انرژی اثر زیادی روی انواع مختلف منابع انرژی نه تنها در این کشور بلکه در جهان صنعت دارد. اثر این سیاست ها روی سیستم قدرت به خصوص سیستم توزیع قابل توجه است .از طرفی ممکن است تمایل زیادی به تأمین انرژی مصرف کنندگان از طریق یک منبع مرکزی باشد.از طرف دیگر استفاده از انرژی های دیگر قابل مطالعه است به نظر می رسد که منابع نفت و گاز طبیعی ارزان جایگزین منابع دیگر انرژی شده اند. در آینده سوخت های اتمی و در بلند مدت انواع دیگر انرژی شاید سلول های ذخیره ای شیمیایی جدید، الکل یا سوخت های دیگر حاصل از محصولات کشاورزی، انرژی خورشیدی ، انرژی باد و یا ترکیب آن ها حرف اول را بزنند.

    شاید در نهایت از قدرت هسته ای با طول عمر چند دهه یا بیشتر در محل مشترکین با حذف نیروگاه و سیستم انتقال و توزیع استفاده شود.

      حالت های دیگر تولید و تغذیه انرژی نیز ممکن است. به نظر می رسد کاهش دادن مصرف پیک مشترکین و ضریب همزمانی منطقی باشد در این حالت با اعمال سیاست مدیریت باربا نرخ های متغیر مشترکین را مجبور به اجرای آن می نماییم. کاهش پیک مشترکین باعث کاهش اندازه ی تجهیزات و هزینه خواهد شد. شاید وابستگی بیشتر به الکتریسته در مقایسه با دیگر انواع انرژی بدین جهت باشد که مصرف کنندگان خواستار انرژی با قابلیت اطمینان زیاد هستند. برای تحقق این خواسته، در عین حالی که باید هزینه پایین نگه داشته شود نیاز به مهندس توزیع ورزیده و با تجربه است. همان طور که ملاحظه شد مهندسی ترکیبی از علم و هنر است. دانشمندان و محققین اصول و قوانین برای کشف یا خلق مواد جدید و روش های مدرن را تدوین می کنند که دارای تعبیر و توصیف مشخص است در طرف دیگر هنرمندان هستند که موقعیت ها و شرایط را خلق می کنند و به تصویر می

کشند بدون این که آگاهی از واقعیت عملی بودن و امکان پذیری آن داشته باشند. در این جا مهندسین هستند که باید هنر را به کار گیرند. در حالی که دانشمندان و هنرمندان بدون توجه به هزینه عمل می کنند مهندسین همیشه به شدت به اقتصاد وابسته هستند و در واقع اغلب ملاحظه شده است که کاری را که دیگران با ده دلار و یا بیشتر انجام می دهند یک مهندس با یک دلار انجام می دهد.

    مهندس توزیع با مشکلاتی رو به رو است که به ندرت مشابه و یا حتی تقریباً مشابه هستند و جواب آن ها کاملاً مشخص نیست ولی می توان بهترین جواب ممکن را به دست آورد. اغلب بهبود در روش ها باید به کار گرفته شود زیرا هیچ کاری در این رابطه کامل نیست و به تمام پرسش ها پاسخ نمی دهد و این کار مهندس سیستم است که باید دنبال نتایج قابل قبول با هزینه حداقل بگردد اگر چه هیچ روشی تمام مشکلات را با هم حل نمی کند و به تمام پرسش ها پاسخ نمی دهد.