معرفیترانسفورماتور (Transformer)

ترانسفورماتورها یکی از مهمترین تجهیزات در صنعت تولید و انتقال انرژی برق محسوب می گردند و نقش بسزایی در تولید این انرژی پاک و گران قیمت ایفا می کنند.
معرفی ترانسفورماتور

ترانسفورماتور چیست ؟

ترانسفورماتور دستگاهی است که بر‌اساس قانون القای فارادی کار می‌کند و برای انتقال انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. درواقع ترانسفورماتور می‌تواند تغییراتی را در قدرت، شبکه انتقال و فرکانس جریان (کاهش جریان‌ فشار قوی به یک مقدار پایین‌تر) ایجاد کند. این دستگاه انواع مختلفی دارد و مي تواند برای ولتاژهای {فزاینده} و یا {کاهنده} مورداستفاده قرار گیرد.
اساسي ترين كاربرد ترانسفورماتورها کاهش جریان پیش از خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی‌های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند، این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطه مستقیم دارد و بنابراین با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد.
با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های انتقال انرژی نیز کاهش می‌یابد، از طرف ديگر با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف، برای بالا بردن ایمنی، ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیله ترانسفورماتور‌ها کاهش می‌یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانسفورماتور‌ها امکان استفاده از منابع دوردست انرژی فراهم نمی‌آمد.
در ادامه به بررسي انواع ترانسفورماتورها و كاربرد هر يك خواهيم پرداخت.

انواع ترانسفورماتور برق

ترانسفورماتورهاي توزيع

ترانسفورماتورهای توزیع یکی از تجهيزات مورد نياز در مسیر توزیع برق مي باشند که به صورت خاص به مصرف‌کنندگان نزدیک بوده و به همین دلیل در اکثر مواقع وظیفه آن‌ها کاهش سطح ولتاژ به میزان مناسب جهت تامین مصارف مشترکین است. ترانسفورماتورهای توزیع جزء عناصر حیاتی شبکه می‌باشند که در صورت ایجاد خرابی، کار توزیع برق با مشکل مواجه می‌شود.
ترانسفورماتورهای توزیع به ‌طور معمول دارای توان‌های 10 کیلو ولت‌آمپر تا 2500 کیلو ولت‌آمپر مي باشند، اگر چه در برخی از استانداردها، ترانسفورماتورهای تا توان ۵۰۰۰ کیلو ولت‌آمپر را نیز به عنوان ترانسفورماتور توزیع طبقه ‌بندی می‌کنند. به دلیل اینکه ترانسفورماتورهای توزیع در ۲۴ ساعت شبانه روز (حتی زمانیکه باری را تغذیه نمی‌کنند) فعال هستند، کاهش تلفات آنها از اهمیت بالایی  برخوردار است. همچنین به دليل اینكه ترانسفورماتورها معمولاً در حالت بار کامل کار نمی‌کنند (۸۰ درصد توان نامی)، لذا طوری طراحی می‌شوند که حداکثر راندمان را در بارهایی کمتر از مقدار ماکزیمم داشته باشند.
این ترانسفورماتورها معمولاً در مناطقی با تراکم جمعیت بالا نصب می‌شوند. خطوط سه فاز فشار متوسط (۲۰کیلوولت یا ۱۱کیلوولت یا ۳۳کیلوولت) به اولیه این ترانس‌ها وصل می‌شوند و خطوط برق شهری با ولتاژ ۲۳۰ ولت تکفاز و ۴۰۰ ولت سه فاز از ثانویه آن‌ها دریافت و به صورت هوایی یا زمینی تحویل مشترکان می‌شود. توان ترانس مورد استفاده بر اساس تعداد و توان درخواستی مشترکانی که به آن وصل می‌شوند، تعیین می‌گردد. ترانسفورماتورهاي توزیع توسط مدارشکن‌ها و فیوزها، در مقابل اضافه بار محافظت می‌شوند.


انواع ترانسفورماتورهای توزیع

1- ترانسفورماتورهای روغنی
این نوع از ترانسفورماتورها از لحاظ طراحی مخزن و چگونگی ارتباط با هوای محیط اطراف به دو دسته تقسیم می شوند:
ترانسفورماتورهای روغنی با منبع انبساط (کنسرواتوری)
طراحی این نوع از ترانسفورماتورهای توزیع به گونه ای است که سیستم روغن با هوای بیرون، از طریق محفظه رطوبتگیر بوده و انبساط و انقباض روغن مخزن در منبع انبساط یا کنسرواتور جبران می شود.

گروه صنعتی ایران ترانسفو
 
ساختمان این نوع از ترانسفورماتورها به نحوی است که روغن با هوای بیرون هیچگونه ارتباطی نداشته و تغییر در حجم روغن در اثر تغییرات دما به دو روش جبران می گردد:
- جبران افزایش حجم روغن بواسطه قابلیت ارتجاعی مخزن با دیواره کنگره ای (وله ای)
- استفاده از مخزن رادیاتوری با دیواره های صلب که بخشی از فضای بالای مخزن آن با گازی بی اثر مانند نیتروژن پر شده و تغییر حجم و فشار این گاز سبب جبران تغییر حجم روغن ترانسفورماتور می شود.
 
گروه صنعتی ایران ترانسفو
 
 
2- ترانسفورماتورهای خشک رزینی
این نوع ترانسفورماتورها فاقد روغن بوده و سیم پیچها رزین اندود شده و با ریخته گری و تزریق رزین محسور می شوند. مهمترین مزیت این ترانسفورماتورها حذف خطر آتش سوزی در اثر روغن میباشد.
 
گروه صنعتی ایران ترانسفو
ترانسفورماتور توزيع

ترانسفورماتورهاي خشك

ترانسفورماتور خشک نوعی از ترانسفورماتور است که هرگز از مایع عایق کاری که سیم‌ پیچ یا هسته آن در مایعات غوطه ور باشد استفاده‌ نمی‌کند. در عوض ، سیم ‌پیچ ها و هسته در یک مخزن بسته شده قرار می گیرند که با هوا تحت فشار هستند.

انواع ترانسفورماتور خشک
  1. ترانسفورماتور رزین ریخته گری رزینی (CRT)
  2. ترانسفورماتور آغشته به فشار خلا  (VPI)

 1-ترانسفورماتور رزینی (Cast)
ترانسفورماتور خشک رزین (CRT) در مناطق مستعد با رطوبت بالا استفاده‌می‌شود. به دلیل اینکه سیم‌پیچ‌هایاولیه و ثانویه آن با رزین اپوکسی پوشانده شده‌است. این محفظه کمک می‌کند تا از نفوذ رطوبت جلوگیری شود تا مواد سیم‌پیچ را تحت تأثیر قرار دهد. محافظت كامل توسط اين كپسوله كردن رزين ريخته شده بدست مي آيد تا ترانسفورماتور بتواند بدون اختلال در منطقه مستعد رطوبت كار كند. بنابراین این ترانس رطوبت نمی گیرد.

این مدل دارای برخی از مزایای برجسته است که آنها عبارتند از
:
  • توانایی و قابلیت بهتر در شرایط اضافه باری.
  • تخلیه میدان الکتریکی جزئی و تلفات کم. از این رو راندمان بسیار خوبی دارد.
  • به دلیل این که عایق سیم‌پیچ غیر قابل اشتعال‌است ، خطر آتش سوزی را صفر می‌کند. بنابراین برای نصب در تاسیسات داخلی مناسب‌است.
  • در محفظه IP 45 در فضای باز قابل نصب‌است. (در این مقاله بخوانید: آشنایی با انواع IP محفظه ترانسفورماتور)
و داخل این نوع ترانسفورماتور رطوبت نفوذ نمی‌کند


2-ترانسفورماتور آغشته شده با فشار خلا (VPI)

این نوع ترانسفورماتور با حداقل مواد قابل اشتعال برای عایق کاری سیم‌پیچ ساخته می‌شود. سیم‌پیچ‌های این ترانسفورماتور به صورت فویل یا نوار در یک لایه مداوم ساخته می‌شوند. اما برای ولتاژهای بالاتر ، سیم‌پیچ از دیسک هایی ساخته شده‌است که با توجه به سطح ولتاژ ، به صورت سری یا موازی وصل می‌شوند.

عایق سیم‌پیچ در خلا کامل و بدون هیچ گونه هوا و منفذ که با رزین پلی استر کلاس H ساخته شده‌است پوشیده می‌شود. سیم‌پیچ اولیه و ثانویه با هسته با خیال راحت درون یک جعبه محافظ خلاء قرارمی‌گیرد. محافظت در برابر رطوبت بسیار زیاداست و هرگز تحت تأثیر رطوبت قرار نمی‌گیرد.

رنج توان این  ترانسفورماتور ها از 5KVA تا 30MVA با درجه عایق F(155oC) و H(180oC)در دسترس است. دارای حفاظت تا IP56‌است.

مزیتهای این نوع :

  • مقاومت مکانیکی بالا.
  • عایق کاری بسیار خوب و بدون هوا و منفذ در عایق.
  • بدون نوسان دما.
  • نگهداری آسان.
  • خطرات کمتر آتشسوزی.

برای آشنایی بیشتر با ترانسفورماتورهای خشک رزینی و شناخت کامل مزیت های این نوع از ترانس ها مقاله زیر را بخوانید:

مزایای ترانسفورماتورهای خشک رزینی

Image
Image

ترانسفورماتورهاي قدرت

همانگونه كه مي دانيم افزايش ظرفيت انتقال توان نيروگاه و كاهش موثر تلفات انتقال ، مستلزم افزايش ولتاژ انتقال شبكه هاي قدرت مي باشد . در عمل ، ساخت ژنراتورهاي با ولتاژ خروجي بسيار بالا امكان پذير نمي باشد و عموماً به خاطر مشكلات عايق بندي ژنراتورها ، اين ولتاژ به مقدار ۲۵ تا ۳۰ كيلو ولت محدود مي شود . اين مشكل باعث مي شود كه جريان خروجي ژنراتورها ( بسته به مقدار توليدي آنها ) بسيار زياد شود ، در نتيجه براي رسيدن به قابليت انتقال مورد نياز و كاهش سطح مقطع خطوط انتقال ، بايد از ولتاژهاي انتقال بالا استفاده نمود . در اينجاست كه اهميت ترانسفورماتورهاي قدرت آشكار مي شود . بدين معني كه اين تجهیزات با افزايش ولتاژ نيروگاه ها ، جريان خطوط انتقال را كاهش می دهند. علاوه بر آن ، ترانسفورماتور هاي قدرت در نيروگاهها، همچون حائلي، ژنراتورهاي گران قيمت را از خطوط هوايي كه همواره در معرض اضافه ولتاژ و خطرات جانبي مي باشد، جدا مي سازند . همچنين با توجه به اينكه عايق بندي سيم پيچهاي ترانسفورماتور در مقابل امواج سيار ، ارزانتر و ساده تر از عايق بندي سيم پيچهاي ژنراتور است، در نتيجه با استفاده از اين ترانسفورماتورها مي توان صدمات احتمالي وارد شده از امواج سيار خطوط انتقال را بر روي ژنراتور ها به حداقل رساند. ترانسفورماتورهاي قدرت از نظر توان نامي ، محدوده وسيعي را پوشش می دهند كه از ترانسفورماتورهاي با قدرت نامي چند كيلو ولت آمپر شروع و تا ترانسفورماتورهاي بزرگ ، با قدرت نامي بيش از MVA 1000 می رسند .