درباره ترانسفورماتور

ساختمان ترانسفورماتورترانسفورماتو رها را با توجه به كاربرد و خصوصيات آنها به سه دسته كوچك متوسط و بزرگ دسته بندي كرد. ساختن ترانسفورماتورهاي بزرگ و متوسط به دليل مسايل حفاظتي و عايق بندي و امكانات موجود ، كار ساده اي نيست ولي ترانسفورماتورهاي كوچك را مي توان بررسي و يا ساخت. براي ساختن ترانسفورماتورهاي كوچك ، اجزاي آن مانند ورقه آهن ، سيم و قرقره را به سادگي مي توان تهيه نمود.
اجزاي تشكيل دهنده يك ترانسفورماتور به شرح زير است؛



هسته ترانسفورماتور
هسته ترانسفورماتور متشكل از ورقه هاي نازك است كه سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي كم كردن تلفات آهني هسته ترانسفورماتور را نمي توان به طور يكپارچه ساخت. بلكه معمولا آنها را از ورقه هاي نازك فلزي كه نسبت به يكديگر عايق‌اند، مي سازند. اين ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلياژي از سيليسيم (حداكثر 4.5 درصد) كه داراي قابليت هدايت الكتريكي و قابليت هدايت مغناطيسي زياد است ساخته مي شوند. در اثر زياد شدن مقدار سيليسيم ، ورقه‌هاي دينام شكننده مي شود. براي عايق كردن ورقهاي ترانسفورماتور ، قبلا از يك كاغذ نازك مخصوص كه در يك سمت اين ورقه چسبانده مي شود، استفاده مي كردند اما امروزه بدين منظور در هنگام ساختن و نورد اين ورقه ها يك لايه نازك اكسيد فسفات يا سيليكات به ضخامت 2 تا 20 ميكرون به عنوان عايق در روي آنها مي مالند و با آنها روي ورقه ها را مي پوشانند. علاوه بر اين ، از لاك مخصوص نيز براي عايق كردن يك طرف ورقه ها استفاده مي شود. ورقه هاي ترانسفورماتور داراي يك لايه عايق هستند.
بنابراين ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته بايد سطح آهن خالص را منظور كرد. ورقه‌هاي ترانسفورماتورها را به ضخامت هاي 0.35 و 0.5 ميلي متر و در اندازه هاي استاندارد مي سازند. بايد دقت كرد كه سطح عايق شده ى ورقه هاي ترانسفورماتور همگي در يك جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر اين تا حد امكان نبايد در داخل قرقره فضاي خالي باقي بماند. لازم به ذكر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جاي بگيرند تا از ارتعاش و صدا كردن آنها نيز جلوگيري شود.

سيم پيچ ترانسفورماتور
معمولا براي سيم پيچ اوليه و ثانويه ترانسفورماتور از هادي هاي مسي با عايق (روپوش) لاكي استفاده مي‌كنند. اينها با سطح مقطع گرد و اندازه‌هاي استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص مي‌شوند. در ترانسفورماتورهاي پرقدرت از هاديهاي مسي كه به صورت تسمه هستند استفاده مي‌شوند و ابعاد اين گونه هادي‌ها نيز استاندارد است. توضيح سيم پيچي ترانسفورماتور به اين ترتيب است كه سر سيم پيچ‌ها را به وسيله روكش عايقها از سوراخهاي قرقره خارج كرد، تا بدين ترتيب سيم ها قطع (خصوصا در سيمهاي نازك و لايه‌هاي اول) يا زخمي نشوند. علاوه بر اين بهتر است رنگ روكش‌ها نيز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهاي داراي چندين سيم پيچ ، را به راحتي بتوان سر هر سيم پيچ را مشخص كرد. بعد از اتمام سيم پيچي يا تعمير سيم پيچهاي ترانسفورماتور بايد آنها را با ولتاژهاي نامي خودشان براي كنترل و كسب اطمينان از سالم بودن عايق بدنه و سيم پيچ اوليه ، بدنه و سيم پيچ ثانويه و سيم پيچ اوليه آزمايش كرد.
قرقره ترانسفورماتور
براي حفاظ و نگهداري از سيم پيچ‌هاي ترانسفورماتور خصوصا در ترانسفورماتورهاي كوچك بايد از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره بايد از مواد عايق باشد قرقره معمولا از كاغذ عايق سخت ، فيبرهاي استخواني يا مواد ترموپلاستيك مي سازند. قرقره هايي كه از جنس ترموپلاستيك هستند معمولا يك تكه ساخته مي شوند ولي براي ساختن قرقره هاي ديگر آنها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روي همدگر سوار كرد. بر روي ديواره هاي قرقره بايد سوراخ يا شكافي ايجاد كرد تا سر سيم پيچ از آنها خارج شوند. اندازه قرقره بايد با اندازه ى ورقه‌هاي ترانسفورماتور متناسب باشد و سيم پيچ نيز طوري بر روي آن پيچيده شود. كه از لبه هاي قرقره مقداري پايين تر قرار گيرد تا هنگام جا زدن ورقه‌هاي ترانسفورماتور ، لايه ى رويي سيم پيچ صدمه نبيند. اندازه قرقره هاي ترانسفورماتورها نيز استاندارد شده است اما در تمام موارد ، با توجه به نياز ، قرقره مناسب را مي توان طراحي كرد. - نکات قابل توجه قبل از حمل ترانسهای قدرتپس از پایان مراحل ساخت و انجام موفقیت آمیز آزمایشات کارخانه ای یا جابه جائی ترانسفورماتور نصب شده، از محلی به محل دیگر و قبل از بارگیری می بایست اقدامات زیر بروی ترانسفورماتور انجام گیرد. لازم به ذکر است که به منظور کاهش ابعاد و وزن ترانسفور ماتور و نیز از نظر فنی و محدودیّت ترافیکی می بایستی تجهیزات جنبی ترانسفورماتور(کنسرواتور، بوشینگ و...) باز و به طور جداگانه بسته بندی و آماده حمل گردند. اما خود ترانسفورماتور به طریق زیر حمل می گردد.
الف_حمل با روغن: ترانسفورماتورهای کوچک و ترانسفورماتورهایکه وزن و ابعاد آنها مشکلاتی را از نظر حمل ایجاد نمی نمایند، معمولا با روغن حمل می گردند.در این حال سطح روغن بایستی حدودا 15 سانتی متر پایین تر از درپوش اصلی(سقف) ترانسفورماتور قرار دشته باشد.
توجه:
1_فاصله 15 سانتیمتر فوق الذکر در مورد کلیه ترانسفورماتورها یکسان نبود.و توصیه می شود به دستور العمل کارخانه سازنده مراجعه شود.
2_لازم به ذکر است که در هنگام حمل روغن، قسمت آمتیوپارت ترانسفورماتوری بایستی کاملا در داخل روغن قرار گیرد.
3_به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت و هوا به داخل ترانسفورماتورفضای بین روغن و سقف ترانسفورماتور با هوای خشک و یا گاز نیتروژن با فشار حدود 2/0 بار در هوای 20c پر می کنند. لازم به ذکر است که گاز نیتروژن بایستی کاملا خشک باشد
4_در این حالت با نصب یک محفظه سیلیکاژل بسته (آب بندی شده) بر روی ترانسفورماتور به منظور جذب رطوبت استفاده می شود ضمنا جهت جلوگیری از پاشیدن روغن به داخل سیلیکاژل در طول حمل از یک وسیله حفاظتی استفاده می شود.
ب_ حمل بدون روغن : ترانسفورماتور های بزرگ بدون روغن حمل می گردند. در این موارد پس از تخلیه روغن، ترانسفورماتور را با هوای خشک و یا با نیتروژن پر می کنند.لازم به ذکر است که در این حالت نیز در طول حمل بایستی فشار هوا یا نیتروژن به طور مرتب کنترل گردند.
2_نکات قابل توجه و مهم در نصب و قبل از راه اندازی
1کنترل ضربه نگار
2 (کنترل فشار هوا
3( کنترل نقطه شبنم و اکسیژن
4( کنترل استقرار ترانسفورماتور بر روی فوندانسیون
5( کنترل تجهیزات جنبی ترانسفورماتور شامل بوشینگ-سیستم خنک کننده-رادیاتور-فن-پمپ-کنسرواتور-ملحقات کنسرواتور
6(سیستم تنفسی
7 (شیراطمینان
8 (ترمومترها شامل ترمومتر روغن-کالیبوه کردن ترمومتر-ترمومتر سیم پیچ
9 (تپ خپجر
10 ( رله بو خهلتسروغن ترانسفورماتورروغن های ترانسفورماتور عمدتا ترکیبات پیچیده ای از هیدروکربنهای مشتق از نفت خام می باشند و به جهت دارا بودن خواص مناسب، روغنهای پایه نفتینک ترانسفورماتور مناسب تر تشخیص داده شدهاند.
خواص مورد نیاز برای روغن های ترانسفورماتور به طور خلاصه عبارتند از:عایق کاری الکتریکی-انتقال حرارت-قابلیت خاموش کردن قوس الکتریکی-پایداری شیمیایی-سیل کردن ترانسفورماتور و حمل مواد آلوده ناشی از کارکرد به خارج-جلوگیری از خوردگی-مواد عایقرو قسمتهای فلزی ترانسفورماتور.
در مورد سفارش خرید روغن برای ترانسفورماتور ها دو مورد مهم را مد نظر قرار می دهیم
1_کیفیت روغن ترانسفورماتور
2_ انتخاب نوع ترانسفورماتوربا در نظر گرفتن نوع روغن و در نظر گرفتن کیفیت آن، طراحی ترانسفورماتور ها مورد بحث قرار می گیرد به عنوان مثال یک نمونه از آن را یادآور می شویم که باعث زایل شدن روغن ترانسفورماتور گردید.
نمونه مورد اشاره این بود که یک نوع چسبی که در داخل ترانسفورماتور بکار برده شده بود توسط روغن آن چسب حل گردید و باعث این شد که ذرات چسب داخل روغن پراکنده شود و منجر به کاهش دی الکتریک روغن گردید. مورد دیگری که یادآوری نمودند این بود که کاتالیزور مس و آهن باعث از بین بردن روغن دانستند و همینطور اینکه چرا اصولاً کاغذ و روغن را به عنوان عایق در ترانسفورماتورها به کار میبرند. علتی را که برای آن توضیح داده بودند به این شرح بود که یک بار کاغذ عایقی بدون آغشته روغن، مورد تست عایقی قرار دادند، مشاهده شده بود که کاغذ عایقی آغشته به روغن بسیار خاصیّت عایقی آن نسبت به کاغذ عایقی بدون روغن بوده ماده ای به نام nemex که بین عایق ترانسفور ماتورها مورد استفاده قرار میگیرد مورد اشاره قرار گرفت که باعث ذایل شدن و از بین رفتن روغن گردید.
دو نوع آلودگی روغن ترانسفورماتورها :
1) آلودگی فیزیکی
2) آلودگی شیمیائی
200 تست را کلاً بر روی ترانسفورماتورها می توان انجام داد که از میان آنها تستهای زیر دارای اهمّیت بیشتری می باشند.
1-تست اسیدیته
2-گازهای حل شده در روغن
3- کشش سطحی
4-pcb (بی فنیل پلی کلرید).
مهمترین منابع آلودگی روغن عبارتند از:
1- مواد معلق در روغن
2- آب
3- اکسیداسیون روغنبه
طور کلی 3 نوع تست برروی روغن ترانسفورماتور انجام می گیرد که عبارتند از:
1- تستهای فیزیکی
2- تست های شیمیائی
3- قسمت های الکتریکی
تكنولوژيساخت ترانسفورماتور فشار قوي فاقد روغن در طول عمر يكصد ساله ترانسفورماتورها، يك انقلاب محسوب مي شود. ايده استفاده از كابل با عايق پليمر پلي اتيلن (XLPE) به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي از ذهن يك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش كرده است.تكنولوژي استفاده از كابل به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي، نخستين بار در سال 1998 در يك ژنراتور فشار قوي به نام “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در اين ژنراتور بر خلاف سابق كه از هاديهاي شمشي ( مستطيلي ) در سيم پيچي استاتور استفاده مي شد، از هاديهاي گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط مي شود، هاديهاي سيلندري ، توزيع ميدان الكتريكي متقارني دارند. بر اين اساس ژنراتوري مي توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه توليد كند بطوريكه نياز به ترانسفورماتور افزاينده نباشد. در نتيجه اين كار، تلفات الكتريكي به ميزان 30 در صد كاهش مي يابد.در يك كابل پليمري فشار قوي، ميدان الكتريكي در داخل كابل باقي مي ماند و سطح كابل داراي پتانسيل زمين مي باشد.در عين حال ميدان مغناطيسي لازم براي كار ترانسفورماتور تحت تاثير عايق كابل قرار نمي گيرد.در يك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژي كابل، امكانات تازه اي براي بهينه كردن طراحي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش هاي گرمايي فراهم كرده است.در فرايند تحقيقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست يك ترانسفورماتور آزمايشي تكفاز با ظرفيت 10 مگا ولت آمپر طراحي و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمايش گرديد. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ هاي از 36 تا 145 كيلو ولت و ظرفيت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.