دانلود 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.

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.

فصل اول) ترانسفورماتورهاي توزيع

دو نوع اصلي ترانسفورماتورهاي توزيع عبارتند از:

1- ترانسفورماتورهاي توزيع خشك رزيني

ترانسفورماتورهاي توزيع روغني

1-5) ترانسفورماتورهاي خشك رزيني

ترانسفورماتورهاي خشك رزيني بهترين گزينه براي توزيع انرژي الكتريكي با درجه ي بالاي ايمني مي باشند

. علاوه بر اين كه خودشان آتشگير نيستند سبب انتشار آتش نيز نبوده و در صورت آسيب ديدن آن خطر نشت مواد آتش زا يا آلوده كننده اي مانند روغن وجود ندارد

.علاوه بر اين نياز به نگهداري موارد فوق باعث مي شود كه ترانسفورماتورهاي خشك، ايمن ترين و قابل اطمينان ترين در بازار باشند.

1-L.V. TERMINAL

2-H.V. TERMINAL

3-L.V. WINDIING

4-H.V. WINDING

5-OFF - CIRCUIT TAPCHANGING LINKS

6-MAGNETIC CORE

7-CORE FRAME

8-UNDERCARRIAGE WITH BIDIRECTIONAL ROLLERS

9-EARTHING TERMINAL 10-LIFTING EYES

11-NAME PLATE

2-5) چرا ترانسفورماتورهاي خشك؟

ترانسفورماتورهاي خشك رزيني توليد شده با توجه به دانش فني جديد و تكنولوژي روز آن مزاياي ذيل را در بر دارند:

عملكرد بدون تخليه ي جزئي.

بدون نياز به نگه داري.

مناسب براي فضاهاي محدود.

تلفات پايين.

استقامت بالا در برابر اتصال كوتاه.

امكان نصب در نزديك ترين موقعيت به مراكز بار و مصرف.

بدون آلودگي زيست محيطي ناشي از وجود روغن.

عاري از مواد سمي.

سطح صداي پايين.

مقاوم در برابر رطوبت.

نصب آسان.

بدون خطر آتش سوزي.

قابل اشتعال نبودن خود دستگاه.

از جمله كاربردهاي اين ترانسفورماتورها عبارتند از:

ساختمان هاي بلند و برج هاي مسكوني تجاري.

صنايع مختلف نفتي.

كارخانجات سيمان.

معادن.

كاربردهاي مختلف صنعتي.

راه آهن.

فرودگاه ها.

نيروگاه ها.

پست هاي موبايل توزيع.

كشتي ها.

صنايع پتروشيمي.

3-5) تجهيزات استاندارد

پلاك مشخصات و دياگرام اتصالات

ترمينال زمين

چرخ هاي دو جهته

ترمينال هاي اوليه

ترمينال ثانويه

قلاب هاي حمل

اتصالات تنظيم ولتاژ

نشان گر دما

سنسورهاي PTC يا PT 100

4-5) تجهيزات اختياري

گردش هواي اجباري به وسيله فن

حفاظ

بوشينگ هاي از نوع Plug –in

5-5) ترانسفورماتورهاي توزيع روغني

ترانسفورماتورهاي توزيع روغني را از نقطه نظر ارتباط روغن با بيرون ( تنفس ترانسفورماتور) به 2 دسته ذيل مي توان تقسيم كرد:

ترانسفورماتورهاي توزيع روغني نوع هرمتيك

ترانسفورماتورهاي توزيع روغني داراي منبع انبساط (كنسرواتو

6-5) تجهيزات استاندارد اين نوع ترانسفورماتورها عبارتند از :

كليد تنظيم ولتاژ در حالت بي باري

رطوبت گير

ترمومتر عقربه اي روغن

روغن نما

قلاب هاي حمل، چرخ ها، محل هاي تخليه و نمونه گيري روغن

7-5) تجهيزات اختياري :

رله ي بوخهلس

ترمومتر سيم پيچ

ترانسفورماتورهاي جريان (CT)

جعبه ترمينال

جعبه كابل سمت فشار قوي و يا ضعيف

باسداكت فشار ضعيف

پايه از نوع Skid

8-5) ترانسفورماتورهاي توزيع هرمتيك :

اين نوع ترانسفورماتورها داراي سيستم نگه داري روغني هستند كه از تماس روغن عايق با اكسيژن و رطوبت كه عوامل اصلي فساد روغن آن مي باشد جلوگيري مي كند.

اين كار سبب مي شود شرايط بهره برداري بهبود يابد در نتيجه نيازي به عمليات نگه داري در طول عمر ترانسفورماتور نخواهد بود. ترانسفورماتورهاي هرمتيك براي نصب در محيط هاي مرطوب مواردي كه محدوديت عمليات نگه داري وجود دارد .

ترانسفورماتورهاي با نصب هوايي و فضاهاي محدود مثل پست هاي كمپكت و پكيج بر انواع معمولي برتري دارند. ترانسفورماتورهاي هرمتيك سه فاز روغني توزيع، بخش عمده ي محصولات كارخانجات را تشكيل مي دهد كه محدوده ي معمول آن ها 25 تا 5000 كيلو ولت آمپر و حداكثر ولتاژ سيستم تا 36 كيلو ولت مي باشد.

1-9-5) هرمتيك بدون بالشتك گازي

داراي ساختار بسته، بدون بالشتك گاز، به طور كامل پراز روغن وله اي ارتجاعي است.

2-9-5) هرمتيك با بالشتك گازي

داراي ساختار بسته بدون منبع انبساط، با بالشتك گازي (گاز نيتروژن) ديواره هاي مخزن صلب و رادياتورهاي خنك كننده ي آن كه مي تواند به صورت جدا شدني يا جوش شده روي مخزن باشد.

در ترانسفورماتورهاي هرمتيك كاملاً پر از روغن انبساط و انقباض روغن توسط مخزن فولادي و ارتجاعي آن ( طرح مخزن با حجم متغير) صورت مي گيرد. كه در حداكثر فشار حالت كاري تنها كسري از فشار طراحي شده قابل تحمل ايجاد مي شود. اين ترانسفورماتورها هميشه به صورت كامل پر از روغن تحويل و حمل شده و براي طول دوره عمرشان آب بندي شده اند.

در ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي انبساط و انقباض روغن به وسيله ي بالشتك گازي نيتروژن واقع در بالاي سطح روغن صورت مي گيرد. اين ترانسفورماتورها عموماً داراي مخزن صلب رادياتوري ( جوش شده يا قابل باز شدن ) بوده و بوشينگ هاي HVو LVآن ها درسمت طولي مخزن قرار دارند. ترانسفورماتورهاي هرمتيك بدون بالشتك گازي داراي لوله ي مخصوص پركردن روغن با ارتفاع كافي بوده كه از پرشدن كامل روغن خصوصاً در بوشينگ هاي روغني اطمينان حاصل شود.

10-5) تجيهيزات ويژه ي هرمتيك :

روغن نما

رله ي حفاظت هرمتيك

فشار شكن

نشان گر ميزان فشار و خلأ

رله ي فشار ناگهاني

دريچه تزريق گاز

رله هاي چند كاره DMCR ,DGPT2

در صفحات بعدي به طور اختصاصي به بررسي ترانسفورماتورهاي هرمتيك پرداخته مي شود.

11-5) ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي

HermeticallySealed transformer SWITH Gas cushion

كاركرد صحيح و بي وقفه ترانسفورماتورها به عنوان يكي از تجهيزات مهم در شبكه هاي برق رساني و انتقال انرژي از اهداف اصلي سازندگان و بهره برداران آن ها مي باشد. اكسيژن و رطوبت هوا به عنوان يكي از عوامل مضر و مخرب در عملكرد ترانسفورماتورها شناخته شده و تا حد امكان مي بايست از تماس روغن ترانسفورماتور با هواي آزاد جلوگيري نمود. در اين راستا استفاده از ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي با داشتن قابليت جداسازي كامل روغن و هواي محيط مورد توجه قرار گرفته است . ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي از اولين نوع ترانسفورماتورهاي هرمتيك بوده و به خاطر سادگي طراحي و ساخت و داشتن مزاياي نسبي هنوز هم مورد توجه اكثر صنايع به خصوص صنايع نفت و پتروشيمي مي باشد. يكي از عوامل مهم تضمين عملكرد مطمئن ترانسفورماتور در طي عمر مفيد آن، خفظ كيفيت خواص الكتريكي و مكانيكي مواد عايق به كار رفته در ترانسفورماتور به خصوص روغن ترانسفورماتور و مواد عايق سلولزي در سطحي مطلوب مي باشد. مي توان از رطوبت، گازهاي مخرب و اكسيژن موجود در هوا به عنوان عوامل اصلي فرسودگي و تسريع كننده ي فرآيند پير شدن مواد عايق نام برد.

مخزن ترانسفورماتورهاي هرمتيك به منظور جلوگيري از نفوذ عوامل مخرب به داخل ترانسفورماتور كاملاً بسته بوده و هيچ گونه تبادلي با محيط اطراف حتي از طريق واسطه ي رطوبت گير ندارد. ترانسفورماتورهاي هرمتيك در چند نوع اصلي مي با شند كه در ادامه به طور مختصر به آن ها اشاره خواهد شد. از ويژيگي هاي مهم ترانسفورماتورهاي هرمتيك، عدم نياز به تصفيه ي روغن و كاهش هزينه هاي سرويس و نگه داري آن ها مي باشد .استفاده از اين ترانسفورماتورها براي مناطق ساحلي و مكان هاي دور افتاده كه رطوبت هوا زياد بوده و امكان سرويس هاي دوره اي به سهولت ميسر نمي باشد توصيه مي گردد.

عدم نياز به منبع انبساط، رطوبت گير و تجهيزات حفاظتي مثل رله ي بوخهلس از ديگر ويژيگي هاي ترانسفورماتورهاي هرمتيك بوده و در نتيجه براي مكان هايي كه محدوديت ارتفاعي جهت نصب ترانسفورماتور وجود دارد، استفاده از ترانسفورماتورهاي هرمتيك مناسب خواهد بود.

12-5) تقسيم بندي انواع ترانسفورماتورهاي هرمتيك

با وجود هدف مشتركي که در طراحي و ساخت انواع مختلف ترانسفورماتورهاي هرمتيك در نظر گرفته مي شود از نقطه نظر شكل ظاهري و نحوه ي عملكرد طرح هاي مختلفي از اين نوع ترانسفورماتورها تاكنون ارائه شده است.

1-12-5) ترانسفورماتورهاي هرمتيك با محفظه ي گاز و ياديافراگم لاستيكي در منبع انبساط

شماي كلي اين نوع ترانسفورماتورها در شكل 1و2 نشان داده شده است در اين نوع از ترانسفورماتورهاي هرمتيك افزايش و كاهش حجم روغن توسط خاصيت ارتجاعي لاستيك جبران مي شود كه ممكن است از ديافراگم لاستيكي (Rubber diaphragm) كه مستقيماً با روغن در تماس است ( شكل 1) و يا محفظه ي لاستيكي (Rubber bag) با گاز بي اثر ازت ( نيتروژن N2) كه به عنوان واسطه عمل مي كند استفاده شود ( شكل2) اين نوع ترانسفورماتورها به دليل كمي طول عمر محفظه و يا ديافراگم لاستيكي و نيز نفوذ پذيري نسبي لاستيك در مقابل گازها از قابليت اطمينان كمتري برخوردار بوده و به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته اند. با افزايش كيفيت كيسه هاي لاستيكي انواع مرغوبتري از اين كيسه ها توليد شده و در ترانسفورماتورهاي قدرت مورد استفاده قرار مي گيرد .كيسه هوادر داخل منبع انبساط قرار گرفته و از طريق رطوبت گير با هواي آزاد در تماس است.البته همچنان نگراني ناشي از نفوذ گاز و هوا به داخل ترانسفورماتور و پارگي و يا سوراخ شدن كيسه هوايي برطرف نشده است. در اين سيستم ها از رله هاي مخصوصي جهت تشخيص پارگي كيسه هوايي استفاده مي شود.

2-12-5) 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.

2-2-12-5) نوع دوم ( فشار گاز ثابت است)

در اين نوع با استفاده از مخازن تحت فشار كمكي گاز ازت فشار محفظه ي گاز تقريباً ثابت نگه داشته مي شود.

براي اجتناب از ورود هوا به داخل مخزن فشار گاز همواره بيشتر از فشار جو انتخاب مي شود( حدود 5% اتمسفر) طرح شماتيك اين سيستم در شكل 6 نشان داده شده و اساس كار آن به اين ترتيب است كه گاز نيتروژن از مخزن تحت فشار پس از عبور از چند شير كاهش فشار به محفظه ي گاز انتقال داده مي شود. شيرهاي تقليل فشار به طور اتوماتيك وقتي كه فشار محيط به حدود 5% اتمسفر برسد ارتباط محفظه گاز و سيلندر ازت را قطع مي كند.

زماني كه در اثر افزايش دماي ناشي از محيط و يا بارگيري فشار محفظه بالا رود از طريق يك شير فشار شكن فشار كاهش يافته و با خروج گاز به محيط اطراف فشار به حدود 05/0 اتمسفر مي رسد. برعكس هنگامي كه فشار محفظه كمتر از 05/0 باشد شيرهاي اتوماتيك عمل نموده و گاز نيتروژن از سيلندر تحت فشار به محفظه انتقال مي يابد. اين سيكل تا زماني كه سيلندر گاز نيتروژن تخليه شده و فشار آن به حدود 10 اتمسفر برسد ادامه مي يابد.اين سيستم به دليل هزينه بالاي آن در ترانسفورماتورهاي كوچك مقرون به صرفه نبوده ولي در ترانسفورماتورهاي قدرت براي ولتاژ هاي كمتر از 115 كيلو ولت و توان كمتر از ده مگاولت آمپر استفاده مي شود.

13-5) ترانسفورماتورهاي هرمتيك با مخزن الاستيك

در اين نوع از ترانسفورماتورهاي هرمتيك از خاصيت ارتجاعي پره هاي خنك كنندگي براي جبران تغييرات حجم روغن استفاده شده است. طوري كه در اثر افزايش حجم روغن پره ها( يا رله ها) بازو در اثر كاهش حجم روغن پره ها فشرده مي شوند. نوسانات بار و فشار در طي عمر ترانسفورماتورهاي مذكور پره ها را در معرض پديده ي خستگي قرار مي دهد. لذا طراحي اين ترانسفورماتورها بايد به گونه اي باشد كه تنش هاي حاصله از حد تنش خستگي پره ها تجاوز ننمايد.

اتخاذ سيستم هاي پيشرفته جوشكاري و روش هاي مناسب توليد از جمله شات بلاست ( Shot blast) نمودن مخازن تأثير مهمي در افزايش عمر مخازن ترانسفورماتورهاي مذكور دارد. اين نوع از ترانسفورماتورها كاملاً پر از روغن بوده و در محدوده ي قدرت ترانس هاس توزيع ساخته مي شوند.

14-5) بررسي ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي ( نوع اول)

همان طور كه گفته شد اين ترانسفورماتورها در هر رنجي قابل ساخت مي باشند. لكن ممكن است به دليل بزرگ شدن حجم و ابعاد مخزن در قدرت هاي بالا از اين نوع استفاده نگردد .هر قدر كه نسبت حجم محفظه ي گاز به حجم روغن بزرگتر باشد دامنه ي تغييرات فشار كمتر خواهد بود.

اين نسبت معمولاً بين 20 درصد الي 50 درصد انتخاب مي شود و در نتيجه ماكزيمم فشار در اين ترانسفورماتورها به حدود يك اتمسفر خواهد رسيد. سيستم خنك كننده در اين نوع ترانسفورماتورها عمدتاً به صورت رادياتوري ( با قابليت تحمل خلأ) بوده ولي ساخت ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي با مخازن رله اي ( ياكنگره اي ) نيز مقدور مي باشد. در اين صورت مخزن تحمل خلأ را نداشته والاستيك مي باشد.

براي بررسي تأثير فشار اين ترانسفورماتورها بايد تأثير سه عامل حجم، دما و حلاليت گاز در روغن را در نظر گرفت. اثر گازهاي حاصله از وجود سيستم عايقي روغن- كاغذ ( گازهايي نظير H2 ، CO2 و CO) نيز در يك بررسي دقيق مي بايست مد نظر قرار گيرد.

مدت زمان رسيدن به دماي تعادل بين روغن و گاز ظرف چند ساعت حاصل مي شود. ( حدود 2 الي 3 ساعت) در حالي كه فشار حالت تعادل ناشي از حلاليت گاز در روغن با فرض عدم تلاطم روغن ظرف روزها و هفته ها به دست مي آيد.

شكل 8 تغييرات درجه حرارت و فشار گاز را در طي بارگيري از يك ترانسفورماتور هرمتيك با بالشتك گازي را نشان مي دهد. با شروع بارگيري دماي روغن و حجم آن افزايش پيدا كرده و در نتيجه سبب افزايش دماي گاز و كاهش حجم محفظه ي گاز خواهد شد. اين دو عامل يعني بالارفتن دماي محفظه ي گاز و كم شدن حجم آن سبب افزايش فشار محفظه ي گاز شده و در نتيجه ميزان حلاليت گاز در روغن افزايش پيدا مي كند. لذا پس از مدتي حتي با افزايش بيشتر دما شاهد افت فشار محفظه خواهيم بود.

همچنين اگر كاهش باري را در نظر بگيريم سبب كاهش دما و افزايش حجم محفظه ي گاز مي گردد. در نتيجه از فشار محفظه كاسته شده و اين كاهش فشار و دما سبب افزايش ميزان آزاد شدن گاز از روغن مي گردد. لذا پس از مدتي حتي با كاهش بيشتر دما، شاهد مينيممي در منحني P(t) خواهيم بود. با توجه به توضيحات فوق بديهي است كه پس از رسيدن به تعادل اشباع، فشاز گاز در ترانسفورماتور بي بار كمتر از فشار آن در موقع پركردن مخزن باشد. ايجاد تعادل بين گازهاي آزاد شده وحل شده بستگي به درجه حرارت، سطح تماس و مهمتر از همه نرخ گردش روغن داشته و ممكن است ساعت ها و يا روزها طول بكشد.

1-14-5) معيارهاي طراحي مكانيكي و روش هاي ساخت ترانسفورماتورهاي هرمتيك با بالشتك گازي

به طور كلي ترانسفورماتورهاي هرمتيك از نظر محاسبات الكتريكي اكتيو پارت با ساير انواع ترانسفورماتورهاي منبع انبساط دار مشابه بوده و اختلاف عمده در طراحي مكانيكي و روش هاي ساخت مي باشد .اصول فيزيكي حاكم بر گازها با در نظر گرفتن حلاليت گاز نيتروژن در روغن همچنين شرط عدم تشكيل حباب هاي گاز در روغن، ملاك محاسبه ي فشار و طراحي مكانيكي اين ترانسفورماتورها محسوب مي گردد. ميزان حلاليت گاز نيتروژن در روغن از رابطه ي زير محاسبه مي شود:

S= F1 (a+b).p

A=0/081 1/bar, فشارگاز= p bar

B=0/00029 1/bar. , دماي روغن=

بلافاصله پس از پركردن و يا ترزيق گاز در ترانس مي توان گفت كه هيچ مقدار گازي در روغن نفوذ نكرده و F1=o پس از گذشت زمان و با حل شدن گاز در روغن و ايجاد حالت تعادل فرض بر اين است كه 25% ازحلاليت كامل حاصل شده است.

يعني 25% = F1 با حل شدن كامل گاز و رسيدن به حد اشباع F1=1 خواهد شد. نسبت فشار گاز به فشار ترزيق از رابطه ي بالا قابل محاسبه است.

1/k ضريب انبساط حجمي روغن =

Co افزايش دماي روغن =

در رابطه ي اخير پارامتر v نسبت حجم گاز به حجم روغن در دماي 20 درجه ي سانتي گراد بوده و همان طوري كه قبلاً نيز گفته شد اين نسبت معمولاً بين 2/0 الي 5/0 در نظر گرفته مي شود.

همچنين ضريب F2 بيان كننده ي وضعيت دماي محفظه ي گاز بوده بدين معني كه:

F2=. /8 براي

F2=1 براي

افزايش دماي گاز=

بر اساس نتايج و تجربيات و آزمايشات سازندگان ترانسفورماتور توصيه مي شود جهت عدم تشكيل حباب هاي گاز در روغن، اختلاف فشار در حداكثر و حداقل دماي روغن از bar5/0 تجاوز ننمايد.

در محاسبه اختلاف فشار بايستي حالت اشباع نشده با 25/0 حلاليت را در نظر بگيريم.

(25/0 = F1)

همچنين در طراحي اين نوع ترانسفورماتورها بايستي از افت فشار خيلي زياد در محفظه گاز جلوگيري گردد. بر اين اساس ماكزيمم افت فشار ممکن در روغن اشباع شده حداكثر برابر نصف بيشترين فشار مثبت در حالت روغن اشباع نشده در نظر گرفته مي شود.

1bar –pmin

( در رابطه ي اخير Pmin در حالت F1=1 و Pmax در حالت 5/02 =F1 محاسبه مي گردد).

با انتخاب يك مقدار مناسب براي V در رابطه ي اخير و همچنين با در نظر گرفتن محدوديت هاي ناشي از روابط اخير فشار ترزيق گاز يا Po قابل محاسبه مي باشد. تعيين حجم محفظه ي گاز از اهميت به سزايي برخوردار بوده چرا كه با كم بودن مقدار v فشار بالا رفته و بايستي تحمل مخزن نيز بالا باشد. همچنين بزرگ بودن حجم نيز سبب مصرف هزينه ي اضافي بي مورد شده و ابعاد و ارتفاع ترانسفورماتور هاي هرمتيك را افزايش می دهد.همان طور که قبلانيز گفته شد مخزن اين نوع ترانسفورماتورهاعمدتاً به صورت ديواره هاي صاف با سطوح خنك كنندگي رادياتوري و با قابليت تحمل خلأ ساخته مي شود. بنابراين در اين حالت مخزن تقريباً صلب بوده و افزايش حجم آن در اثر فشارهاي اعمالي ناچيز مي باشد.

استفاده از مخازن الاستيك براي اين نوع از ترانسفورماتورها در رنج توان هاي پايين مقدور بوده در اين حالت مي بايست ضمن انجام محاسبات دقيق فشار، افزايش حجم مخزن را نيز در نظر گرفت. وجود محفظه ي گاز و اصل رعايت فواصل عايقي مجاز شرايط خاصي را براي طراحي اين ترانسفورماتورها ايجاد مي نمايد از جمله مي توان به نكات زير اشاره كرد:

محدوديت در انتخاب رادياتورهايي با طول بلند به علت در نظر گرفتن گردش روغن و جلوگيري از افزايش بي مورد وزن و ابعاد ترانسفورماتور