گزارش كارآموزي بررسي انواع ترانسهای توزيع وساختمان آن ها

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
گزارش كارآموزي بررسي انواع ترانسهاي توزيع وساختمان آن ها در 44 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه :

در حالي كه توجه زيادي به واحدهاي توليد توان الكتريكي و خطوط انتقال انرژي مي‌شود سيستم توزيع انرژي الكتريكي مورد توجه كمي قرار گرفته است .اين بي توجهي شايد بدين خاطر باشد كه خطوط توزيع انرژي روي تيرها و در خيابان ها و كوچه ها و در پشت ساختمان ها بدون جلب توجه عبور كرده حتي در بعضي از قسمت ها در زير زمين، خارج از ديد عموم نصب شده اند.

دليل ديگر عبور مقدار زياد توان از يك خط انتقال انرژي در مقايسه بايك خط توزيع انرژي است. قطع يك خط انتقال منطقه ي وسيعي را دچار خاموشي مي كند و بدين جهت مورد توجه قرار مي گيرد. در صورتي كه قطع يك خط توزيع انرژي بخش كوچك را تحت تأثير قرار دهد قابل توجه نيست.

در مقايسه با نيروگاه ها، هزينه براي سيستم توزيع معمولاً به صورت مقادير كم انجام مي‌شود .اگر چه ممكن است هزينه ي كل سيستم توزيع بيشتر باشد با توجه به اين كه جامعه بيش از پيش براي پيشرفت به يك منبع انرژي خوب نياز دارد ارتباط بين منبع انرژي و مصرف كننده يعني سيستم توزيع انرژي نقش بحراني تري پيدا مي كند. در نتيجه نه تنها نياز به توان تحويلي بيشتري است بلكه احتياج به كيفيت بالاتري از انرژي نيز مي باشد.

در روزگار اوليه ي صنعت قدرت الكتريكي توليد و توزيع انرژي با هم آميخته بود و سيستم توزيع وسعت كمي داشت تاخيري مورد سرويس دهي كوچك و تعداد مشتركين نسبتاً كم بود همچنين مقدار مصرف هر مشترك زياد نبود.

سيستم هاي توزيع اوليه جريان مستقيم بودند و در ولتاژ كم توزيع مي كردند. پيدايش ترانسفورماتور و افزايش بار مورد انتقال روي مسافت بيشتر و با فاصله بيشتر از منبع، به زودي سيستم جريان متناوب جايگزين جريان مستقيم شد. هم اكنون با افزايش سطح ولتاژ امكان تغذيه ي بارهاي

بيشتر و در فواصل دورتر وجود دارد كه اين ولتاژ در محل مصرف براي تغذيه ي مصرف كنندگان كاهش داده مي شود.

نياز به سرويس دهي برق به انواع مختلف مصرف كنندگان توسعه يافته است مصرف كنندگان به مصرف كنندگان مناطق شهري، حاشيه اي، محلي و مصرف كنندگان تجاري شامل مغازه ها، مراكز خريد، ساختمان دفاتر و مصرف كنندگان صنعتي شامل توليد كنندگان با ميزان مصرف متفاوت و واحد هاي خدماتي در اندازه هاي مختلف تقسيم مي‌شوند. به موازات توسعه ي مدارهاي توزيع انرژي، مواد، تجهيزات و ابزار مناسبتر هم توسعه يافتند كه امكان ساخت، تعمير و بهره برداري با بازده ي بالاتر را فراهم مي ساخت روندي كه تا به امروز ادامه داشته است تيرهاي چوبي از جنس چوب خام كم كم جاي خود را به تيرهاي با جنس سخت تر و ظاهر بهتر دادند. سپس تيرهاي سيماني تقويت شده و تيرهاي فلزي مورد استفاده قرار گرفتند. هم اكنون مطالعات براي استفاده از تيرهاي پلاستيكي انجام مي شود.

هادي ها ابتدا از مس ساخته مي شدند. امروز آلمنيوم و آلياژ هاي مس و فولاد نيز به كار مي روند مطالعات بر روي استفاده از هادي هاي ساخته شده از آلياژ هاي مختلف در جريان است. مقره هاي پرسلين قبلاً به صورت تك حلقه اي ساخته مي شدند. امروزه اين عايق ها به صورت قطعه قطعه ساخته مي شوند و قابل اتصال به هم هستند و تشكيل رشته اي از مقره ها را مي دهند كه براي هر سطح ولتاژي قابل استفاده مي باشند. مقره هاي شيشه اي و پيركس نيز به طور وسيعي به كار مي روند و اكنون تحقيقات براي استفاده از مقره ها با تركيبات پلاستيكي انجام مي شود. عايق هاي لاستيكي براي كابل ها كه قبلاً براي اكثر كابل ها مورد استفاده قرار مي گرفت و قابليت تحمل ولتاژ آن ها كم بود، جاي خود را به عايق هاي ديگر نظير عايق هاي كاغذ آغشته و عايق هاي پلاستيكي دادند مطالعات براي استفاده از عايق هاي با تركيبات پلاستيك براي ولتاژ هاي بالاتر ادامه دارد.

ترانسفورماتورها هم كوچكتر و هم با بازده ي بيشتر و ارزان تر شده اند. شكل هاي جديد هسته هاي فولادي ترانسفورماتورها با تركيبات جديد باعث كاهش تلفات مغناطيسي مي شود و عمر ترانسفورماتور را نيز افزايش مي دهد همچنين باعث افزايش ظرفيت ترانسفورماتور به ازاي يك اندازه ي ثابت مي گردد. به علاوه تجهيزات حفاظتي مربوط داخل همان محفظه ي ترانسفورماتور قرار مي گيرند و شكل ظاهري آن را بهتر و حمل آن را ساده تر مي كند. تحقيقات روي جنس هسته ي مورد استفاده و عايق ترانسفورماتورها ادامه دارد.

خازن هاي موازي به منظور تنظيم ولتاژ و كاهش تلفات به كار مي روند. كه با اين كار به تنظيم كننده هاي ولتاژ در شبكه كمك مي كنند و در ضمن بازده ي بهره برداري از سيستم را نيز بالا مي برند. هم اكنون به جاي غلاف سربي از روكش تركيبات پلاستيك براي مقاوم كردن كابل هاي زير زميني در برابر آب استفاده مي شود.

مسأله ي تلفات در سيستم توزيع انرژي با توجه به هزينه ي سوخت، اهميت بيشتري پيدا مي كند و ديگر يك فاكتور جانبي در تغذيه ي انرژي الكتريكي نيست. اندازه گيري تلفات انرژي حقيقي در چنين سيستمي مشكل است زيرا فاكتورهاي ديگري در محاسبه تفاوت بين انرژي مصرف شده توسط مشتركين و انرژي توليد شده دخالت دارند. با اين حال اين تلفات 10 تا 20 درصد انرژي توليد شده توسط نيروگاه ها است. از آن جايي كه تلفات متناسب با مربع جريان عبوري از هادي است چه در خط و چه در تجهيزات الكتريكي پايين نگه داشتن جريان باعث كاهش تلفات مي شود. سياست هاي مختلفي براي انجام اين كار اتخاذ مي گردد. اصول اوليه ي اين سياست، بالابردن ولتاژ مدارها و كاهش جريان آن ها به ازاي يك بار مشخص مي باشد.

افزايش سطح مقطع هادي ها و كاهش طول فيدرها به منظور كاهش مقاومت مدار نيز براي كاهش تلفات به كار مي رود. در سيستم هاي جريان متناوب نصب خازن ها در نقاط مهم باعث بهبود ضريب توان و در نتيجه كاهش جريان عبوري به ازاي يك بار ثابت مي شود. نظر به اين كه جريان عبوري، معياري از مصرف انرژي الكتريكي توسط مصرف كننده مي باشد، سعي در جهت كاهش تقاضاي مصرف و يكنواخت كردن مقدار مصرف انرژي در ساعات مختلف طول روز است به اين كار مديريت انرژي گفته مي شود. بدين منظور تجهيزات با كنترل الكترونيكي، عمل قطع و وصل قسمتي از بار مشتركين را به نحوي انجام مي دهند كه ضمن جلب رضايت مشتركين و عدم وقفه در سرويس دهي مقادير حداكثر و حداقل مصرف روزانه تغيير كند و منحني بار به سمت يك مصرف پيوسته و يكنواخت ميل نمايد.

از طريق رله هاي الكترونيكي مي توان كليد ها را از راه دور باز و بسته و تجهيزات اضافي از قبيل خازن ها را وارد و خارج كرد. بار فيدرها را با تغييرات مصرف كنترل و در حالت هاي اضطراري قسمتي ازمدار را بي برق و قسمت هاي سالم را به طور اتوماتيك ( بدون نياز به اپراتور) برقدار نمود.

خواندن كنتور مشتركين و تهيه ي صورت حساب آن ها، در بسياري از كشورها از راه دور انجام مي شود و هزينه ي قابل توجهي را براي اداره ي برق صرفه جويي مي كند.

عامل هاي ديگري هستند كه روي طراحي، نصب و بهره برداري سيستم هاي توزيع اثر مي گذارند.اقتصاد مهم ترين آن ها است. اما با توجه به ملاحظات فوق، عامل هاي ديگر مانند بودجه، نرخ تورم، نرخ بهره، ارزش هزينه هاي كنوني در آينده، همچنين ارزش كنوني هزينه هاي آينده، ماليات ها، الگوي رشد مصرف، روابط مصرف كنندگان، وضعيت استخدام، در دسترس بودن پرسنل ماهر و برنامه ريزي آموزشي و موارد ديگر حتي وضعيت آب و هوا نيز تأثير دارند.

در اين جا لازم به يادآوري است كه گاهي اوقات ممكن است لازم باشد بعضي فاكتورهاي غير فني در نظر گرفته شوند. در اين بحث جزئيات مداري تجهيزات، نظير ساختمان ترانسفورماتورها يا خازن هاي مورد مطالعه قرار نمي گيرد و بيشتر بهره برداري از آنها مورد توجه است در مواقعي كه توضيح بيشتر در مورد تجهيزات خاصي ضرورت داشته باشد قدري به آن پرداخته مي شود يا به طور كلي فرض مي شود كه خواننده با تئوري هاي مربوط آشنا است و رياضيات به كار رفته در سطح دانشگاهي است .

لازم به يادآوري است كه طراحي سيستم توزيع گاهي از فاكتورهاي ديگري متأثر مي شود كه از نظر فني يا اقتصادي توجيه ندارد. براي مثال، مدرن كردن شبكه و يا گاهي اوقات تعريض جاده ها باعث تغيير مسير خطوط مي گردد كه هزينه هاي زيادي براي صنعت برق دارد اگر چه از نظر اقتصادي قابل توجيه نيست.

نظر به اين كه مهندس توزيع باسيستمي سروكار دارد كه وضعيت آن در حال تغيير است بايد وضعيت كنوني و تغييرات سيستم در گذشته را مد نظر قرار دهد. همچنين بايد با توجه به رشد مصرف تدابيري براي توسعه شبكه در آينده اتخاذ نمايد.

بحث سيستم قدرت بدون توجه به آينده كامل نيست. اقتصاد تغذيه انرژي اثر زيادي روي انواع مختلف منابع انرژي نه تنها در اين كشور بلكه در جهان صنعت دارد. اثر اين سياست ها روي سيستم قدرت به خصوص سيستم توزيع قابل توجه است .از طرفي ممكن است تمايل زيادي به تأمين انرژي مصرف کنندگان از طريق يک منبع مرکزي باشد.از طرف ديگر استفاده از انرژي هاي ديگر قابل مطالعه است به نظر مي رسد كه منابع نفت و گاز طبيعي ارزان جايگزين منابع ديگر انرژي شده اند. در آينده سوخت هاي اتمي و در بلند مدت انواع ديگر انرژي شايد سلول هاي ذخيره اي شيميايي جديد، الكل يا سوخت هاي ديگر حاصل از محصولات كشاورزي، انرژي خورشيدي ، انرژي باد و يا تركيب آن ها حرف اول را بزنند.

شايد در نهايت از قدرت هسته اي با طول عمر چند دهه يا بيشتر در محل مشتركين با حذف نيروگاه و سيستم انتقال و توزيع استفاده شود.

حالت هاي ديگر توليد و تغذيه انرژي نيز ممكن است. به نظر مي رسد كاهش دادن مصرف پيك مشتركين و ضريب همزماني منطقي باشد در اين حالت با اعمال سياست مديريت باربا نرخ هاي متغير مشتركين را مجبور به اجراي آن مي نماييم. كاهش پيك مشتركين باعث كاهش اندازه ي تجهيزات و هزينه خواهد شد. شايد وابستگي بيشتر به الكتريسته در مقايسه با ديگر انواع انرژي بدين جهت باشد كه مصرف كنندگان خواستار انرژي با قابليت اطمينان زياد هستند. براي تحقق اين خواسته، در عين حالي كه بايد هزينه پايين نگه داشته شود نياز به مهندس توزيع ورزيده و با تجربه است. همان طور كه ملاحظه شد مهندسي تركيبي از علم و هنر است. دانشمندان و محققين اصول و قوانين براي كشف يا خلق مواد جديد و روش هاي مدرن را تدوين مي كنند كه داراي تعبير و توصيف مشخص است در طرف ديگر هنرمندان هستند كه موقعيت ها و شرايط را خلق مي كنند و به تصوير مي



كشند بدون اين كه آگاهي از واقعيت عملي بودن و امكان پذيري آن داشته باشند. در اين جا مهندسين هستند كه بايد هنر را به كار گيرند. در حالي كه دانشمندان و هنرمندان بدون توجه به هزينه عمل مي كنند مهندسين هميشه به شدت به اقتصاد وابسته هستند و در واقع اغلب ملاحظه شده است كه كاري را كه ديگران با ده دلار و يا بيشتر انجام مي دهند يك مهندس با يك دلار انجام مي دهد.

مهندس توزيع با مشكلاتي رو به رو است كه به ندرت مشابه و يا حتي تقريباً مشابه هستند و جواب آن ها كاملاً مشخص نيست ولي مي توان بهترين جواب ممكن را به دست آورد. اغلب بهبود در روش ها بايد به كار گرفته شود زيرا هيچ كاري در اين رابطه كامل نيست و به تمام پرسش ها پاسخ نمي دهد و اين كار مهندس سيستم است كه بايد دنبال نتايج قابل قبول با هزينه حداقل بگردد اگر چه هيچ روشي تمام مشكلات را با هم حل نمي كند و به تمام پرسش ها پاسخ نمي دهد.






-12-5) ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي

اين ترانسفورماتورها به طور كلي بر دو نوع بوده و در هر رنج قدرتي قابل ساخت مي باشند. محفظه ي گاز در اين ترانسفورماتورها علاوه بر جلوگيري از ارتباط روغن با هواي محيط، نقش حجم الاستيك را نيز ايفا مي كند. از گازي بايد در اين محفظه استفاده نمود كه تأثير تخريبي برروي روغن و ساير مواد عايقي و قسمت هاي داخلي ترانسفورماتور نداشته و يا حداقل ممكن باشد. گازي كه معمولاً براي اين منظور به كار
مي رود گاز ازت (نيتروژن N2) و در برخي موارد هواي خشك مي باشد. اين ترانسفورماتورها عمدتاً داراي مخزني كاملاً صعب بوده و به 2 نوع به شرح ذيل تقسيم مي گردند.

1-2-12-5) نوع اول ( جرم گاز ثابت است)

در اين نوع ميزان گاز نيتروژن داخل ترانسفورماتور ثابت و برابر مقدار اوليه اي است كه وارد آن نموده ايم. در اين ترانسفورماتورها براي كاهش دامنه تغييرات فشار، حجم محفظه گاز به قدر كافي بزرگ در نظر گرفته مي شود ميزان گاز حل شده در روغن تابع خطي از فشار بوده و دما تأثير ناچيزي در حلاليت گاز دارد. طرح شماتيك اين نوع ترانسفورماتورها در شكل 5 نشان داده شده است. قشر گاز نيتروژن داراي حجمي معال %20 الي %50 حجم ترانسفورماتور مي باشد. به دليل بزرگ بودن حجم محفظه گاز در مواردي كه از لحاظ ارتفاع ترانسفورماتور و يا نصب بوشينگ ها محدوديت وجود داشته باشد مي توان بخشي از محفظه گاز را به مخازني در جنب ديوارهاي ترانسفورماتور انتقال داده و توسط لوله اي ارتباط آن ها را با محفظه گاز بالاي روغن برقرار نمود.

10-15-5) نتيجه گيري

مهم ترين عامل استفاده از ترانسفورماتورهاي هرمتيك كاهش ميزان فرسودگي روغن و ساير مواد عايقي ترانسفورماتور مي باشد. اين عامل كاربرد اين ترانسفورماتور را در مكان هايي كه فاقد امكانات سرويس و نگه داري هستند الزامي ساخته است .

اين نكته را نبايد از نظر دور داشت كه به دليل ازدياد مصرف ورق آهن و نيز بالارفتن جوش ها، استحكام مكانيكي بيشتر مخزن و افزايش زمان براي ساخت ,قيمت اين نوع ترانسفورماتور نسبت به نمونه هاي مشابه منبع انبساط حدود 10 الي 15 درصد بالاتر است. اگر اين افزايش قيمت با هزينه هاي ناشي از بازديد هاي دوره اي، هزينه هاي ناشي از تعويض قطعات و تجهيزات و خسارات اقتصادي و اجتماعي ناشي از قطع برق در اثر خارج شدن ترانسفورماتور از مدار مقايسه گردد ترانسفورماتورهاي هرمتيك به عنوان گزينه اي كاملاً اقتصادي و قابل رقابت شناخته خواهند شد.

يكي از راه هاي ديگر طبقه بندي ترانسفورماتورهاي توزيع، شيوه ي خنك كردن و محيط عايقي به كار رفته مي باشد. در حالت كلي ترانسفورماتورهاي توزيع از نوع خشك يا روغني هستد. ترانسفورماتورهاي نوع خشك به كمك هوا خنك و عايق بندي مي شوند. اين ترانسفورماتورها در مكان هايي كه روغني بودن ترانسفورماتور از نظر ايمني خطرناك مي باشد همانند صنايع و مؤسسات تجاري كاربرد گسترده اي دارند. اين ترانسفورماتورها براي مقادير توان نامي تا حدود KVA1000 و سطح ولتاژ هاي نامي تا KV15 ساخته مي شوند.

ترانسفورماتورهاي روغني 2 نوع مي باشند : انواع روغني معمول و انواع روغني مخصوص كه در نوع اخير، محلول خنك كننده يك اسكرل نسوز مي باشد انواع روغني معمولاً براي نصب روي تيرهاي برق، در پست هاي توزيع و پست هاي زير توزيع به كار مي روند. ترانسفورماتورهاي روغني مخصوص در جاهايي كه ريسك آتش سوزي زياد است استفاده مي شوند. تقريباً تمامي ترانسفورماتورهاي معرفي شده خود خنك كن مي باشند و خنك سازي اجباري با هوا و اجباري با روغن در ترانسفورماتورهاي كلاس توزيع استفاده نمي شود. در سال هاي اخير ترانسفورماتورهايي با محيط هاي خنك كننده ي ديگر ساخته شده است از جمله ترانسفورماتورهاي با ايزولاسيون گازي كه با بخار خنك مي شوند. با اين وجود، در حال حاضر اين محيط هاي خنك كننده جديد در ترانسفورماتورهاي توزيع كاربرد چنداني ندارند.

16-5) تقسيم بندي ترانسفورماتورهاي توزيع از نظر ساختمان و قدرت

ترانس هاي توزيع شامل ترانسفورماتورهاي توزيع هوايي و زميني هستند ترانسفورماتورهاي هوايي حجم و قدرت كمتري نسبت به ترانسفورماتورهاي زميني دارند.

1-16-5) ترانس هاي سيستم توزيع هوايي

ترانس هاي سيستم توزيع هوايي( در مقابل سيستم توزيع زير زميني) به سه نوع كلي ترانسفورماتورهاي معمولي، خود محافظ كامل (CSP) و خود محافظ كامل براي بانك ثانويه (CSPB) تقسيم مي شوند.

2-16-5) ترانس هاي خود محافظ كامل ( CSP)

ترانس هاي خود محافظ كامل، داراي حفاظت خودي در مقابل صاعقه يا امواج ضربه ي خط، اضافه بارها و اتصال كوتاه ها مي باشند حفاظت سيم پيچي اوليه در برابر صاعقه، به وسيله ي برق گيرهاي نصب شده روي تانك ترانسفورماتور انجام مي گيرد. هر كدام از بوشينگ هاي اوليه خارجي كه به طور كامل زمين نشده اند برق گير مخصوص به خود دارند. حفاظت صاعقه سيم پيچي ثانويه فشار ضعيف به وسيله ي شكاف هاي هوايي تعبيه شده براي هر يك از بوشينگ هاي ثانويه انجام مي شود. نيازي به برقگير در ثانويه نيست زيرا ولتاژ نامي ثانويه در حدي نيست كه موجب جرقه زدن يا تخليه الكتريكي در شكاف هوايي گردد. برق گيرهاي اوليه معمولاً از نوع دفع كننده هستند.