پایان نامه کارشناسی
مهندسی برق قدرت
فصل اول: آشنایی با مراحل کلی طراحی ترانسفورماتور
-1-مقدمه
طراحی ترانسفورماتور یعنی آماده سازی نقشه‌های اجرایی ترانسفورماتور اولین گام در ساخت آن است.
برای شروع کار محاسبه و طراحی حداقل مشخصات زیر باید ارائه شود:
قدرت نامی ترانسفورماتور
ولتاژهای فشار قوی و ضعیف و گروه برداری
امپدانس اتصال کوتاه، تلفات بی باری و بارداری
ارتفاع، دما، درصد رطوبت نسبی و آلودگی محیط نصب
استانداردها
در بعضی مواقع پاره‌ای مشخصات ویژه نیز اعمال می‌نمایند به عنوان مثال محدودیت در چگالی شار یا چگالی جریان و یا محدودیت در ابعاد فیزیکی ترانسفورماتور. پس از دریافت اطلاعت و بر اساس مدارک موجود قسمت فعال ترانسفورماتور شامل سیم پیچیها، هسته و مواد عایقی محاسبه می‌وند.
مدارک و استانداردهای مورد استفاده دیگر عبارتند از VDE و DIN و IEC.
ترانسفورماتور طراحی شده را می‌توان به دو گروه نرمال و ویژه تقسیم کرد:
منظور از ترانسفورماتور نرمال ترانسفورماتور هایی می‌باشند که به طور گسترده در شبکه توزیع مصرف دارند و بدین جهت به طور گسترده تولید میشوند . ترانسفورماتورهای 200kVA و 100 50 و 25 ، گروه برداری Yzn5 و نسبت ولتاژی 20kV4%/0.4kV
ترانسهای ویژه دارای شرایط خاصی هستند که توسط مشتری ارائه میشوند و تولیدی محدود دارند.
ترانسفورماتور های توزیع عموماً دارای سیستم خنک کنندگی ONAN و Tap changer به صورت Off Load می‌باشند که برای ردیف 20 کیلوولت، سه پله و برای ردیف 30 کیلو ولت، پنج پله می‌باشند.
1-2-طراحی
طراحی ترانسفورماتور یعنی اجرای محاسبات مکانیکی جهت دفع حرارت ناشی از تلفات و هم چنین آماده سازی نقشه‌های مکانیکی ترانسفورماتور. مراحل مختلف این کار عبارتند از:
طراحی هسته
طراحی ابعاد برد شامل انتخاب نبشی‌ها یا تسمه‌های مناسب
طراحی ساختمان جمعی سیم پیچیها
سیم بندیهای فشار قوی و فشار ضعیف (در فشار ضعیف انتخاب شینه‌های انعطاف پذیر در توانهای بالا، خمکاری تسمه‌های خروجی از بوبین جهت تعیین ارتفاع، مهار تسمه‌ها با استفاده از بستهای چوبی، تعیین حداقل فاصله تا مرکز بوشینگها و در فشار قوی با توجه به گروه برداری تعیین قطر و طول سیمهای اتصال دهنده فازها جهت ایجاد گروه برداری مناسب، انتخاب کلید تنظیم ولتاژ)
طراحی در پوش با توجه به ابعاد و سوراخکاری برد
طراحی مخزن شامل محاسبات مکانیکی جهت محاسبه تعداد، عمق، گام و ارتفاع و رله‌ها
1-3-آزمایش ها
یکی از مباحث مهم ترانسفورماتور آزمایش و تست ترانسفورماتور برای حصول اطمینان از کیفیت الکتریکی و حرارتی ترانسفورماتور میباشد. این آزمایشات طبق استاندارد IEC-60076 انجام میشود و به طور کلی به سه بخش تقسیم میشوند:
تستهای روتین – تستهای نوعی – تستهای ویژه
1-3-1-تستهای روتین
اینگونه تستها، تستهای غیر مخرب می‌باشند و می بایست طبق استاندارد بر روی تمامی ترانسفورماتورها انجام گیرند. برای ترانسفورماتورهای توزیع این تستها عبارتند از :
اندازه گیری نسبت تبدیل : این اندازه گیری در بی باری یعنی در حالتیکه ثانویه ترانسفورماتور مدار باز می باشد انجام می پذیرد در این حالت از افت ولتاژ ناشی از جریان بی باری می‌توان صرفنظر کرد.
گروه برداری: این تست با تست نسبت تبدیل تلفیق شده است چون در صورتیکه نسبت تبدیل درست باشد می‌توان اطمینان پیدا کرد که گروه برداری هم مشکل نخواهد داشت.
اندازه گیری مقاومت سیم پیچها: مقدار مقاومت سیم پیچ جزء مقادیر گارانتی شده از طرف سازنده نیست اما داشتن آن برای محاسبه تلفات بار در دمای 75 درجه (مطابق استاندارد) و نیز برای تعیین میزان جهش حرارتی سیم پیچ در آزمایش لازم است. این اندازه‌گیری در دمای محیط انجام می‌پذیرد و با توجه به آنکه مقاومت سیم پیچ تابعی از دماست می بایست نتیجه اندازه‌گیری را به دمای 75 درجه انتقال داد. لازم به ذکر است برای ثبت مقاومت اندازه گیری شده مقدار دما نیز باید ثبت شود.
اندازه گیری شدت جریان و تلفات بی باری: هرگاه ترانسفورماتور تحت ولتاژ و فرکانس نامی قرار گیرد و طرف دیگر آن بی بار باشد تلفات حاصل در ترانسفورماتور را تلفات بی باری و جریانی که در اینحالت ترانسفورماتور می‌کشد را جریان بی باری می‌نامند. این تلفات و جریان برای هر ترانسفورماتور متصل به شبکه حتی در زمانی که از آن بارگیری نمی‌شود وجود دارد بنابراین با توجه به پیوسته بودن آن مقدار آن باید پایین و در محدوده گارانتی باشد. این تلفات شامل تلفات فوکو، هیسترزیس، ژولی و دی الکتریک میباشد که از بین این موارد دو مورد آخر با توجه به کوچکی قابل صرفنظر کردن می باشند. این تست از سمت فشار ضعیف انجام میشود و تلورانس تلفات بی باری 15درصد و جریان بی باری 30 درصد میباشد. موارد زیر در میزان جریان و تلفات بی باری موثر است: کیفیت ورقها، نحوه برش، هسته چینی و فاصله هوایی.
اندازه‌گیری تلفات اتصال کوتاه: در این تست فشار ضعیف را اتصال کوتاه می‌کنند و ولتاژ فشار قوی را آنقدر افزایش می‌دهیم تا جریان نامی از آن عبور کند، در اینحالت می‌توان گفت که در سمت فشار ضعیف نیز جریان نامی عبور می کند . در این آزمایش نیز با توجه به اینکه دمای محیط در مقدار مقاومت و در نتیجه تلفات بار تاثیر دارد دمای محیط می بایست ثبت شود و همچنین تلفات در دمای 75 درجه محاسبه گردد. مقدار درصد ولتاژ اتصال کوتاه نیز با انتقال مقادیر بدست آمده به دمای 75 درجه محاسبه می‌گردد. درصد امپدانس اتصال کوتاه برای ترانسفورماتورهای تا 250kVA به منظور کاهش تلفات بار در شبکه 4 درصد و برای تستهای بزرگتر جهت کاهش مقدار جریان اتصال کوتاه 6 درصد میباشد.
تستهای عایقی: تستهایی که تاکنون گفته شد جهت اندازه‌گیری پارامترهای ترانس و کنترل مقادیر شده آن بود اما تستهای دیگری نیز وجود دارد که جهت کسب اطمینان از کیفیت عایقی ترانسفورماتور انجام می‌پذیرد این تستها برای ترانسفورماتورهای توزیع عبارتند از :
الف- تست عایقی فشار ضعیف:در این تست فشار ضعیف را به ولتاژ 3kv متصل می‌کنند و فشار قوی و بدنه را به زمین متصل می‌کنند. مدت زمان تست 60 ثانیه میباشد. در صورت نامناسب بودن عایقها و شکست آنها آرک خواهیم داشت. هدف از انجام این تست بررسی عایق بین بوبین فشار ضعیف از یک سو و هسته، بدنه و بوبین فشار قوی از سوی دیگر میباشد.
ب- تست عایقی فشار قوی: این تست مشابه تست عایقی فشار ضعیف میباشد و تنها ولتاژ اعمالی به فشار قوی 50kV بوده و بدنه و فشار ضعیف دارای پتانسیل زمین میشوند . هدف از انجام این تست بررسی عایق بین بوبین فشار قوی از یک سو هسته ، بدنه و بوبین فشار قوی از سوی دیگر میباشد.