ترانسفورماتورهاي ابررسانا

ترانسفورماتورهاي ابررسانا

ترانسفورماتورها يكي از مهمترين عناصر شبكه هاي انتقال و توزيع هستند . در ترانسفورماتورها انرژي الكتريكي در مس سيم پيچها ، آهن هسته ، تانك ترانس و سازه هاي نگهدارنده بصورت حرارت تلف مي شود. حتي در زمانيكه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بي باري (NLL) بوجود مي آيد. در نتيجه مطالعات و بررسيهاي انجام شده ، در 50 ساله اخير محققان موفق شده اند با صرف هزينه اي دو برابر براي هسته ، تلفات بي باري را به يك سوم كاهش دهند. اخيراً با جايگزيني فلزات بيشكل و غير بلوري (Amorphous) بجاي آهن سيليكوني درهسته ترانسفورماتورهاي توزيع با قدرت نامي كوچكتر از 100 KVA ، تلفات بي باري باز هم كاهش يافته است . اين كار هنوز در مورد ترانسفورماتورهاي بزرگ با قدرت نامي بزرگتر از 500KVA انجام نشده است . اگرچه براي هر ترانسفورماتور ، 1 درصد توان نامي آن بعنــوان توان تلفـاتي در نظر گرفتـه مي شود، اما بايد توجه داشت كه آزاد سازي بخش كوچكي از اين تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئي كلاني به همراه خواهد داشت . در ترانسفورماتورهاي قدرت معمول ، تقريباً 80% از كل تلفات ، مربوط به تلفات بارداري ترانسفورماتور (LL) است كه از اين 80% ، سهم تلفات اهمي سيم پيچها 80 % بوده و 20 % ديگر مربوط به تلفات ناشي از جريانهاي فوكو و شارهاي پراكنده است . لذا تلاشهاي زيادي جهت كاهش تلفات بارداري صورت مي گيرد. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمي در برابر جريان d c تلفات اهمي برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه اي خواهد يافت. در مقابل جريان ac ، در ابر رساناها تلفاتي از نوع تلفات فوكو رخ مي دهد. گرماي بوجود آمده از اين تلفات بايد با استفاده از سيستم هاي خنك كننده دفع گردد.بررسيهاي بعمل آمده حاكي از آن است كه ترانسفورماتورهاي ابررسانا با قدرت 10 MVA و بالاتر عملكرد نسبتا بهتري داشته و نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي قيمت پايينتري خواهند داشت .
تلاشهايي كه جهت توسعه ترانسفورماتورهاي ابررسانا انجام مي گيرد صرفاً بخاطر مسايل اقتصادي و كاهش هزينه كل نيست. يكي ديگر از دلايل طرح اين مبحث آنست كه در مراكز پر تراكم شهري، رشد مصرف 2 درصدي (ساليانه ) به معني نياز به ارتقاء ظرفيت سيستم هاي موجود است . از طرفي بسياري ازپستهاي توزيع بصورت سرپوشيده (Indoor) بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند. در اين نوع پست ها همانند ديگر پستهاي توزيع از ترانسهاي روغني استفاده ميشود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زيست محيطي و ايمني مربوط به خود را دارد. در حاليكه در ترانسفورماتورهاي ابررسانا، ماده خنك كننده نيتروژن است كه خطري براي افراد و موجودات زنده نداشته ، بعلاوه ، خطر آتش سوزي نيز وجود ندارد. بهمين لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهاي ابررسانا به هيچ عنوان قابل مقايسه با روغنهاي قابل اشتعال و مواد شيميايي همچون PCB نيست . FPRIVATE "TYPE=PICT;ALT="


توجه جدي به ترانسفورماتورهاي ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهاي دماي پايين LTS ( اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn ) از اوايل دهه 1960 ، آغاز شد. مطالعاتي كه در آن زمان بر روي اين ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد كه جهت بهره برداري از اين ترانسفورماتورها، بايد آنها را در دماي 4 .2K نگه داشت كه انجام چنين كاري اقتصادي نيست . بهمين دليل گامها بسوي كشف موادي با قابليت ابررسانايي در دماهاي بالاتر ، برداشته شد. در اواسط دهه 1970 ، شركت Westing House ، طرح يك ترانسفورماتور نيروگاهي 550/22kv , 1000MVA را مورد مطالعه قرار داد و به اين نتيجه رسيد كه مشكلاتي از قبيل انتقال جريان ، عملكرد فوق جريان (Overcurrent) و حفاظت همچنان وجود خواهند داشت .
از سال 1980 ، توسعه ترانسفورماتورهاي LTS توسط شركت هاي GEC-Alsthom , ABB ، در اروپا و چند شركت صنعتي و مركز دانشگاهي در ژاپن، مورد پيگيري قرار گرفت . پيشرفت هاي بعمل آمده در توليد هاديهاي طويل Nb-Ti و مواد با مقاومت بالا (Cu-Ni) بر كاهش تلفات ac تاثير زيادي داشته است . مساله عملي بودن كاهش وزن و افزايش راندمان نيز بر روي ترانسفورماتورهاي با قدرتهاي كمتر از 100KVA تكفاز 80KVA (Alsthom) ، (Toshiba)30KVA و سه فاز 40KVA (دانشگاه Osaka) مورد بررسي قرار گرفت . هم چنين ترانسفورماتورهاي بزرگتري نيز ساخته شده و آزمايشهاي مربوطه را با موفقيت پشت سر گذاشتند. در يك ترانسفورماتور تكفاز 330KVA ساخت ABB پيش بيني هاي لازم براي محدود سازي جريان خطا و حفاظت در برابر يخ زدگي در نظر گرفته شد. شركت برق Kansai Electric نيز گزارشي از ترانسفورماتور LTS با هادي Nb3Sn با قدرت 2000 KVA ارائه نموده است .