دانلود گزارش کارآموزی برق - سازمان فنی و حرفه ایی شهرستان ایذه

چکیده :

سازمان آموزش فنی و حرفه‌ای کشور وابسته به وزارت کار و امور اجتماعی که از ادغام سه نهاد آموزشی در سال 1359 و به منظور ارائه آموزش های فنی و حرفه‌ای تشکیل گردیده و بر اساس بیش از 10 قانون موضوعه و ماده 151 قانون برنامه سوم و تنفیذ آن در برنامه چهارم، متولی آموزشهای فنی و حرفه‌ای کوتاه مدت بوده و مسئول کمیته تخصصی آموزش های فنی و حرفه ای غیررسمی با عضویت 16 وزارتخانه و سازمان و در نهاد کارگری و کارفرمایی است فعالیتهای آموزشی خود را در دو بخش دولتی و غیر دولتی اجرا نماید.

این سازمان علاوه بر ستاد مرکزی، دارای 31 اداره کل در سطح کشور و یک مرکز تربیت مربی می‌باشد و به منظور دستیابی به تازه‌های علوم و فن آوری روز و همگامی با استانداردهای بین المللی، همواره سعی بر گسترش روابط بین المللی از جمله با سازمان بین المللی کار (ILO) و سازمان بین المللی آموزش حرفه‌ای و کشورهای مختلف دنیا نموده است.

قدرت الکتریکی در نیروگاههای مختلف آبی، حرارتی، اتمی و غیره تولید می شود که این منابع تولید معمولاً در مجاورت مصرف کننده ها نیستند. مثلاً سدها که نیروگاههای آبی محسوب می شوند معمولاً در نقاط کوهستانی دور از شهرها و مناطق صنعتی واقع می باشند از این رو قدرت الکتریکی لازم است توسط خطوط انتقال که معمولاً هوایی هستند از منابع تولید به نزدیکی مصرف کننده ها برده شود.

از آنجا که ساختن مولدهای برق با ولتاژ تولیدی زیاد ( بیش از 15 کیلوولت) از نظر فنی دشوار و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست برای انتقال با ولتاژ زیاد در ابتدا خط یک ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ قرار می دهند. البته زیاد کردن بیش از حد ولتاژ نیز معایبی دارد که عبارتند از:

افزایش  قیمت ترانسفورماتور های ابتدا و انتها خط لرزم ازدیاد فاصله بین سیمها در نتیجه بزرگتر شدن دکلها ، بزرگتر کردن مقره ها و در نتیجه افزایش قیمت دکلها و مقره ها  به طور کلی تجهزات انتقال.

ولتاژ خطوط بستگی به قدرت انتقال و نیز مسافت دارد ، با ازیاد قدرت انتقالی ولتاژ های بالاتری را باید انتخاب نمود ولتاژ های استاندارد برای خطوط انتقال در ایران عبارتند از  380،230،132،63 کیلو ولت .

پس از انتقال قدرت توسط خطوط هوایی چون از نظر ایمنی نمی توان خطوط فشار قوی (ولتاژ بالا) را به نقاط مختلف  شهر برد معمولاً در یک یا چند محل در نزدیکی  شهر بنام    (( پست فشار قوی )) ولتاژرا توسط ترانسفورماتورها  پایین آورده سپس توسط کابلهای  زیر زمینی و با خط هوایی  با ولتاژ کمتر به پستهای فشار قوی دیگر در نقاط مختلف شهری می برند . که این امر سبب لزرم ترانسفورماتور توزیع در شبکه های قدرت می شود .

ترانسفورماتور توزیع یکی از اجزاءاساسی شبکه توریع بوده که در پستهای 20KV/400KV مورد استفاده قرار می گیرند . ترانسفورماتور توزیع تا قدرت 1600KV/A از نظر طرح به سه نوع تراسنفر ماتور های روغنی ، خشک و رزینی تقسیم می شوند. به دلیل موجود بودن   تکنولوژی ساخت ترانسفورماتورهای روغنی در داخل کشور این ترانسفورماتورهای در        شبکه های توزیع کاربرد وسعی دارند . از ترانسفورماتورهای رزینی نیز به دلیل غیر قابل احتراق بودن در مناطق مواجه با خطرات آتش سوزی و یا در ساختمانهای عمومی و مسکونی استفاده می شوند.

فصل اول : سیستمهای توزیع

1-1- کلیاتی در مورد شبکه های توزیع :

در شبکه های توزیع  نیز مثل خطوط انتقال چون مصرف کننده های مختلف ( خانه ها ،    مغازه ها ، خیابان ها ، کارگاه ها و غیره ) واقع در یک شهر پراکنده و فاصله اکثر آنها از منابع قدرت ( نیروگاه های داخل شهر و یا خطوط توزیع فشار قوی مجاور شهر ) زیاد است ، لذا برق را با ولتاژ نسبتاً زیادی توسط خطوط توزیع فشار قوی که معمولاً کابلهای زیر زمینی هستند به ایستگاه های بنام (( پست توزیع)) برده و در آنجا پس از پایین آوردن ولناژ توسط ترانسفورماتور برق را به مصرف کننده های اطراف پست توزیع پخش می کند، در شهرهای بزرگ با قدرت مصرفی زیاد دو نوع پست توزیع یکی اصلی و دیگری فرعی وجود دارد.

پستهای توزیع اصلی ، برق را از نیروگاههای واقع در شهر و با خطوط انتقال اطراف شهر در یافت کرده و سپس خطوط توزیع اصلی با ولتاژ نسبتاً زیاد ( مثلاً63KV) برق را به پستهای فرعی می برند. این پستهای فرعی ممکن است فقط بصورت واحد های ترانسفورماتورها 20KV/280V  بوده و در نقاط مختلف یک منطقه قرار داشته باشند. از این ترانسفورماتورها

برای تغذیه خانه ها ، مغازه ها و روشنایی معابر استفاده می شود .

 یک شبکه خوب باید طوری طرح شده باشد که در زمانهای حداکثر مصرف ،افت ولتاژ در هیچ یک از مصرف کننده ها از درصد معین تجاوز نکند ( افت ولتاژ مجاز بین %3 تا %5     می باشند.)

لازم به تذکر است که در شهر ها و یا مناطق کوچکتر که فاصله مصرف کننده ها از منابع زیاد نیست و نیز قدرت مصرفی زیاد نیست خطوط فوق توزیع 63KV نه اقتصادی است ونه از نظر فنی لازم می باشد . لذا توزیع معمولاً با ولناژ های کمتر مانند  380V و20KV  انجام میشود .

باید توجه داشت که ولتاژ تحویلی  به مصرف کننده های مختلف همیشه سه فاز نیست ،بلکه متناسب با قدرت مورد نیاز ، ولتاژ تحویلی تفاوت می کند مثلاً در خانه ها با مصرف کم (حداکثر 3KW ) برق یک فاز 220 ولت کافی است برای مصرف کننده هایی با قدرت بالا برق سه فاز 380 ولت داده می شود.

1-2- طرح ریزی سیستم توزیع :

طرح ریزی سیستم اساساً برای اطمینان از آن است که بتوان افزایش تقاضای برق را با توسعه سیستم توزیعی پاسخ گفت که از نظر فنی مناسب و از نظر اقتصادی خردمندانه باشد. گر چه در گذشته زمان کوششهای فراوانی در بکارگیری نوعی روش اصولی در طرح ریزی تولید و انتقال صورت گرفته است، اما متأسفانه کاربرد آن را در طرح ریزی سیستم های توزیع تا حدی نا دیده گرفته اند. در آینده سیستم برق رسانی، بیش از گذشته ، به یک ابزار برای طرح ریزی سریع و اقتصادی نیاز داردتا نتایج شقوق پشنهادی مختلف و اثر آنها را بر بقیه سیستم ارزیابی کند وانرژی الکتریکی لازم و اطمینان بخش ، اقتصادی و ایمن را برای مشترکان فراهم کند .

هدف طرح ریزی سیستم توزیع، کسب اطمینان از پاسخ گویی بهینه به افزایش تقاضای برق است که به صورت آهنگ رشد فزاینده و چگالی بر زیاد نمود دارد . این کار از طریق ایجاد سیستمهای توزیع دیگری بین هادیهای دومین و پستهای قدرت اصلی است بطوری که هم از دیدگاه فنی مناسب وهم از نظر اقتصادی معقول باشد همه این عوامل وعوامل دیگر مانند کمبود زمینهای موجود در حوزه های شهری و ملاحظات بوم شناسانه، حل و مسئله طرح ریزی سیستم توزیع اقتصادی را ورای قدرت ذهنی صرف انسان قرار می دهد.

طرح ریزان سیستم توزیع باید مقدار بار و موقعیت جغرافیایی آن را معین کنند. سپس اندازه و مکان پستهای توزیع را چنان برگزینند که خدمت رسانی به بار از طریق کمینه کردن اتلافهای خوراننده ها( فیدرها) و هزینه های ساخت، و با توجه به محدودیتهای اطمینان بخشی کار، در با صرفه ترین بها صورت گیرد.

پیش از این طرح ریزی بخشهای مختلف سیستم منبع قدرت برق و سیستم توزیع را عموماً مقامات شرکتهای برق رسانی، بدون باز نگری یا هم آهنگی با طرح های دراز مدت صحه می گذاشتند. افزایش بهای انرژی، تجهیزات و نیروی کار، بهبود طرح ریزی سیستم را به کمک تکنیکها و روشهای مؤثر طرح ریزی ناگزیر و الزامی می کند. سیستم توزیع به دلیل:

نزدیکی کاملش به مشترکان

هزینه سرمایه گذاری بالایش اهمیت ویژه ای در برق رسانی دارد.

چون در هر سیستم منبع قدرت، سیستم توزیع به مشترک نزدیکتر است، بنابراین خرابیهای آن تأثیر مستقیم تری بر خدمت رسانی به مشترک دارد تا مثلاً خرابیهای سیستمهای انتقال و تولید که معمولاً موجب قطع خدمت رسانی به مشترک نمی شود.

بنابراین طرح ریزی سیستم توزیع از سطح مشترک شروع می شود. تقاضا، نوع، ضریب بار و دیگر مشخصه های بار مشترک، نوع سیستم توزیع لازم را معین می کنند. وقتی بارهای مصرفی تعیین شد آنها را برای خدمت رسانی از خطوط دومین متصل به ترانسفورماتورهای توزیع کاهنده ولتاژ گروه بندی می کنند. سپس بارهای ترانسفورماتورهای توزیع را ترکیب می کنند تا تقاضای بار سیستم توزیع یکمین بدست آید. آنگاه بارهای سیستم های توزیع یکمین به پستهای کاهنده ولتاژ زیر انتقال ( فوق توزیع) تخصیص می یابد. بارهای سیستم توزیع به نوبه خود، اندازه و مکان سیستمها نیز مسیر و ظرفیت خطوط زیر انتقال مربوط را تعیین می کنند به عبارت دیگر هر مرحله از این روند، ورودی مرحله بعدش را فراهم می آورد.

1-3- انواع  شبکه های توزیع:

بر حسب اینکه چگونه و از چه طریق به مصرف کننده موجود در یک شبکه برق رسانی گردد، شبکه های مختلفی وجود دارد که در زیر سه نوع اصلی که مورد استفاده بیشتری دارند ذکر می شود:

1-3-1-  شبکه شعاعی یا درختی:

مشخصه اصلی شبکه های شعاعی آن است که هر مصرف کننده فقط از طریق یک مسیر به پست توزیع و یا منبع متصل شده است. یک نمونه شبکه شعاعی در شکل نشان داده شده است چنانچه در شکل زیر ملاحظه می شود در خطوط با ولتاژ زیاد از کلیدهای خودکار فشار قوی ( کلید K ) و در مسیرهای با ولتاژ کم از فیوز (F علامت فیوز است) استفاده شده است.

شکل1-1

مزایای شبکه های شعاعی عبارتند از:

آسانی محاسبات مربوط به افت و انتخاب سطح مقطع، تعداد کم فیوزها و کلیدهای خودکار مورد لزوم و آسانی بهره برداری به جهت سادگی تعیین محل عیب.

معایب این شبکه ها عبارتند از:

کم بودن قابلیت اطمینان کار شبکه در صورت بروز عیب( چه مثلاً اگر عیبی در نقطه X رخ دهد کلیه مصرف کننده های بعد از X قرار دارند بدون برق می مانند) عبور تمام جریان مصرف کننده های بعد از هر خط از خط نامبرده که باعث افت ولتاژ بیشتر در شبکه شعاعی می شود. موارد استفاده از این نوع شبکه ها در محل توزیع فشار ضعیف و تراکم کم بار مانند روستاها و شهرکها می باشد.

1-3-2- شبکه توزیع حلقوی:

مشخصه اصلی این نوع شبکه آن است که هر مصرف کننده از دو مسیر با پست ترانسفورماتور و یا منبع دیگر تغذیه ارتباط دارد.

یک نمونه از شبکه حلقوی در شکل زیر نشان داده شده است. معمولاً در ابتدا و انتهای تمام خطوط کلیدهای قطع و وصل وجود دارد بدین ترتیب اگر به عللی عیبی در یکی از نقاط شبکه رخ دهد می توان آن قسمت را جدا نموده به سایر قسمتها برق رساند.

شکل 1-2

به عنوان مثال اگر اتصال کوتاه و یا قطع کابلی در نقطه X صورت گیرد می توان توسط کلیدهای و این قسمت را از شبکه خارج نموده به رفع عیب پرداخت در این صورت فقط مصرف کننده برای مدتی بی برق می ماند. به این ترتیب اطمینان برق رسانی این نوع شبکه بیش از شبکه های شعاعی است. امتیاز دیگر شبکه حلقوی آن است که چون در حال عادی هر مصرف کننده از دو طریق جریان می گیرد، جریان عبوری در سیمها نسبت به شبکه های مشابه شعاعی کمتر و در نتیجه برای سطح مقطع سیم معین افت ولتاژ و تلفات نیز کمتر خواهد بود. ولی به علت وجود تجهیزات پیشرفته و بیشتر قیمت اولیه شبکه های حلقوی بیش از شبکه های شعاعی است.

موارد استفاده این نوع شبکه بیشتر در توزیع فشار قوی KV20 و KV63 و نیز شبکه های فشار ضعیف V380 با تراکم بار زیاد می باشد.

1-3-3- شبکه های توزیع غربالی:

شکل 1-3

مشخصه این نوع شبکه آن است که مانند شبکه های حلقوی هر مصرف کننده از دو سو تغذیه می شود و علاوه بر آن هر مصرف کننده با تمام پستها توزیع مربوط می شود این طرز اتصال باعث می شود که شبکه قابلیت اطمینان بسیار زیادی داشته باشد و تلفات حداقل گردد. قسمتی از یک شبکه غربالی در شکل صفحه بالا نشان داده شده است. تمام خطوط در دو انتها دارای فیوز و یا کلید می باشند در صورت بروز عیب در یک قسمت می توان آن قسمت را از بقیه شبکه جدا نمود و چون تمام شبکه به هم متصل است در صورت برداشتن قسمتی از بار (به علت عیب و یا هر علت دیگر) از روی یکی از پستهای ترانسفورماتور این پست بدون استفاده نخواهد شد زیرا که قدرت خود را صرف کمک به پستهای دیگر می نماید.

یکی از مزایای این شبکه آسانی توسعه آن است که چه می توان بسادگی با اضافه نمودن پستهای ترانسفورماتور جدید در داخل شبکه و اتصال این ترانسفورماتور به شبکه غربالی بارهای تازه را تغذیه نمود. همچنین در مواقع یا ساعاتی که بار کم است می توان یک یا چند ترانسفورماتور را از خط خارج نمود و بار را بین سایر پستها تقسیم کرد و به این ترتیب تلفات ترانسفورماتور را کاهش داد.

مخارج اینگونه شبکه ها خیلی بیشتر از شبکه های شعاعی است ولی در حدود و یا کمی بیشتر از شبکه های حلقوی است. تعیین محل عیب در آنها کمی دشوار است زیرا به فرض آنکه خطی قطع شد ولی تمام مصرف کننده های خط نامبرده از سایر مسیرها تغذیه می شود.

موارد استفاده این نوع شبکه توزیع در تراکم بار زیاد و ولتاژ کم و در مواقعی است که قابلیت اطمینان کار شبکه باید زیاد باشد. در ساختمانهای بزرگ و قسمتهایی از کارگاههای صنعتی که قطع برق سبب خسارت زیاد می شود استفاده از این شبکه معقول می باشد.

1-4- پستهای توزیع:

بر مبنای تجربه پیشین، طرح پست توزیع تا حدی استاندارد شده است هر چند که استاندارد سازی روندی همیشگی است.

شکل 1-4 یک نوع زیر انتقال توزیع

شکل 1-5 یک نوع پست توزیع کوچک

تصاویر شکل 1-4 و شکل 1-5 نمونه ای از پستهای توزیع را نشان می دهد. بکارگیری کابلهای زیر زمینی در داخل و خارج پستها و نیز بین دومین ترانسفورماتور و ساختار شینة ولتاژ ضعیف بر زیبایی ظاهری آن می افزاید. برای تقسیم بندی بعضی از پستها و انتقال خودکار توان اضطراری در بعضی دیگر، از کلید زنی خودکار استفاده می شود.

شکل 1-6 نمای کلی یک پست جدید

شکل 1-6 نمای کلی یک پست جدید را نشان می دهد و در آن دو مدار شکن نوع عمودی 115KV و 1200A دو ترانسفورماتور تغذیه گر یک کارخانه لاستیک سازی بزرگ را کلید زنی و حفاظت می کند.

شکل 1-7 یک نمونه ترانسفورماتور پست توزیع

شکل 1-7 نمای یک نمونه از ترانسفورماتور پست توزیع جدید را نشان می دهد یک پست نوعی شامل این تجهیزات است:

ترانسفورماتور قدرت

مدار شکن

کلید قطع

شینه ها و مقره های پست

راکتانسهای محدود کننده جریان

راکتانسهای موازی

ترانسفورماتور جریان

ترانسفورماتور ولتاژ

ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی

10- خازنهای تزویج

11- خازنهای متوالی

12- خازنهای موازی

13- سیستم زمین کردن

14- برقگیرها

15- تلة خط

16- رله های حفاظت

17- باتری خانه

18- دستگاههای دیگر

1-5- کمیتهای مشخص کننده شبکه های توزیع:

کمیتهای مشخص کننده وضع یک شبکه توزیع اکثراً بر اساس منحنی بار در شبانه روز تعریف می شوند که عبارتند از:

ساعت و قدرت حداکثر یا پیک

قدرت متوسط

ضریب بهره برداری

تعداد ساعات مؤثر سالیانه

رشد سالیانه مصرف

تراکم بار

با توجه به خلاصه نویسی و پیگیری مطالب مهمتر از توضیح سایر قسمتها خودداری کرده فقط تراکم بار را تعریف می کنیم.

1-5-1- تراکم بار:

یکی دیگر از پارامترهای مشخص کننده یک شبکه توزیع تراکم بار در یک منطقه است تراکم بار عبارت است از قدرت مصرفی یک منطقه مورد نظر به مساحت آن و واحد آن KVA/ha ( کیلومتر آمپر به هکتار) می باشد. در یک شهر پر جمعیت تراکم بار زیاد و در یک منطقه روستایی معمولاً تراکم بار کم است.

1-6- انتخاب تعداد و قدرت پستهای توزیع:

همانطور که می دانید هر شبکه توزیع دارای تعدادی پست توزیع می باشد که هر یک قدرت معینی را برای شبکه تعیین می کند.بطور کلی در یک منطقه با تراکم بار( )و مساحت A(ha) قدرت مورد نیاز می باشد. این قدرت را می توان توسط یک پست با قدرت کلی و یا دو پست که قدرت هر یک و یا بطور کلی n پست که قدرت هر یک می باشد تأمین نمود.

شکل 1-8

در شکل 1-8 قسمت1 منطقه مورد نظر با یک پست ترانسفورماتور به قدرت و در شکل 1-8 قسمت2 همان منطقه با سه پست ترانسفورماتور تغذیه می شود. بطور کلی هر قدر تعداد پستهای ترانسفورماتور کمتر گردد، مخارج ترانسفورماتور و ساختمان پست و نیز تجهیزات مجموع پستها ( مانند کلیدهای فشار قوی و غیره کمتر می گردد). بطوریکه مثلاً قیمت یک ترانسفورماتور به قدرت KVA315 کمتر از قیمت سه ترانسفورماتور به قدرت هر یک KVA100 می باشد. به همین ترتیب مخارج ساختمان برای یک پست بزرگ کمتر از مجموعه چند پست کوچکتر با قدرت واحدهای ترانسفورماتور مساوی با پست بزرگ تمام می شود. از طرفی اگر تعداد پستها کم باشد فاصله تعدادی از مصرف کننده ها از پست بیشتر در نتیجه افت ولتاژ بیش از حد مجاز ممکن است بشود و برای کم کردن افت ولتاژ لازم است که کابلها با مقطع بزرگ انتخاب شوند و در نتیجه مخارج کابلها زیاد می گردد.

از بحث بالا نتیجه می شود که برای یک قدرت معین برای یک منطقه معین هر قدر تعداد ترانسفورماتورها کمتر گردد. مجموع هزینه پستهای ترانسفورماتور کمتر می گردد ولی در عوض مخارج کابلهای توزیع بیشتر می شود. در نتیجه برای قدرت و منطقه معین تعداد اپتیم برای پستها ترانسفورماتور موجود است.

برای تعیین تعداد پستهای ترانسفورماتورها و قدرت هر یک، اعداد جدول صفحه بعد را بکار برد. از این جدول می توان برای یک تراکم مشخص، قدرت لازم برای هر ترانسفورماتور 2063 و یا 38020 را تعیین نمود. به این ترتیب که اگر مساحت منطقه مورد نظر A هکتار و قدرت لازم کل برای منطقه کیلو ولت آمپر باشد در این صورت تراکم بار عبارت است از:

به کمک عدد فوق و از روی جدول بعد قدرت هر ترانسفورماتور که برای تراکم فوق مناسب است بدست می آید و قدرت ترانسفورماتورها عملاً استاندارد هستند.

« جدول تعیین قدرت ترانسفورماتور بر حسب »

اگر قدرت این ترانسفورماتور باشد در این صورت تعداد پستهای ترانسفورماتور مورد نیاز نزدیکترین عدد صحیح نزدیک به خواهد بود مساحت ناحیه ای که هر ترانسفورماتور تغذیه می نماید بر حسب هکتار برابر است با ( n تعداد پستها است) و شعاع تغذیه هر ترانسفورماتور بر حسب متر عبارت است از:

منظور از شعاع تغذیه آن است اگر ترانسفورماتور را در مرکز دایره ای به شعاع R قرار دهیم این ترانسفورماتور می تواند تمام مصرف کننده های داخل دایره را به خوبی با توجه به افت ولتاژ و تلفات قدرت تغذیه کند.

ضمناً دوایر تغذیه نبایستی با هم تداخل زیادی داشته باشند و تمام منطقه بوسیله این دوایر بایستی پوشانده شود. محل دقیق پست ترانسفورماتور باید با توجه به سایر عوامل مانند دسترسی آسان به پست تعیین شود.

فصل دوم: ترانسفورماتورهای سه فاز و ساختمان آنها

2-1- تعریف ترانسفورماتور:

ترانسفورماتور یکی از وسایل بسیار مهم تبدیل کمیات جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است که بر خلاف ماشینهای الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را به هم تبدیل می کند، ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد.

بلکه ولتاژ جریان را با همان فرکانس ولی متناوب از نظر مقدار تبدیل می کند و یا به بیان دیگر ترانسفورماتور یک وسیله الکترو مغناطیسی ساکن است که می تواند انرژی جریان متناوبی را از یک مداری به مدار دیگر فقط با حفظ اندازه فرکانس جریان متناوب انتقال دهد بطوری که انرژی با ولتاژ پایین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ بالا تر نماید و همچنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به جریانی به اندازه ای متفاوت در مدار دیگر تبدیل کند.

امروزه ترانسفورماتور وسیله ای لازم و ضروری در دستگاههای انتقال انرژی الکتریکی و پخش توزیع انرژی الکتریکی متناوب است. ترانسفورماتورها بطور بسیار وسیعی در مدارهای وسائل الکترونیکی و مدارهای دستگاههای خودکار یا اتوماتیک و راه اندازی موتورهای الکتریکی و تطبیق ولتاژ مورد نیاز جهت تغذیه مصرف کننده هایی از قبیل یکسوسازها و مبدلهای جریان دائم به متناوب شارژ کننده های بی باطری و ایجاد دستگاههای چندین فازه از دستگاههای دو فازه و سه فازه و در ارتباطات به منظور تطبیق امپدانس و همچنین در سیستمهای قدرت به منظور بالا بردن ولتاژ برای انتقال اقتصادی قدرت برق یعنی پایین آوردن جریان جهت کاهش افت ولتاژ و کم کردن مقطع سیم انتقال و همچنین در انتهای خطوط انتقال به منظور پایین آوردن ولتاژ به مقادیر مورد نیاز بکار می رود .

ترانسفورماتور یک وسیله بسیار ضروری در مدارهای اندازه گیری و مدارهای جوشکاری و کوره های قوس الکتریکی است همچنین یک مجزا کننده مدارهای با ولتاژ زیاد از مدارهای با ولتاژ پایین است است . ترانسفورماتر حذف کننده مولفه های مستقیم جریان در یک دستگاه انرژی می باشد .

2-2- اساس کار ترانسفورماتورها :

اساس کار ترانسفورماتورها بر اساس القاء متقابل بین دو سیم پیچ که بر روی یک مدار مغناطیسی قرار دارند می باشد بطور ساده می توان مطابق شکل آن را مشاهده کرد :

شکل 2-1

دو بوبین که از لحاظ الکتریکی جدا از هم ولی از لحاظ مغناطیسی بوسیله مسیر که دارای رلوکتانس کوچکی است بهم مرتبط می باشند .

البته در اتوترانس دو بوبین از لحاظ الکتریکی بهم مرتبط هستند که در جای خود از آن صحبت خواهد شد .

اگر یکی از بوبینها به منبع ولتاژ متناوب وصل شود یک فوران متناوب در هسته مورق برقرار می شود که بیشتر خطوط فوران از طریق هسته از درون حلقه های بوبین ها گذشته و خود را می بندند و این عمل مبتی به قانون فاراده تولید نیروی الکتروموتوری القایی متقابل می کند . اگر مدار بوبین دوم از طریق مثلاً مصرف کننده ای بسته شود جریانی در آن جاری شده انرژی الکتریکی ( کاملاً مغناطیسی ) از بوبین اول به بوبین دوم انتقال می یابد بوبین یا سیم پیچ که به منبع انرژی یا شبکه برق جریان متناوب وصل است آنرا سیم بندی اولیه و بوبین یا سیم پیچی که انرژی از آن گرفته می شود یعنی دو سری از آنکه به طرف مصرف کننده رفته است سیم بندی ثانویه می نامند . همچنین سیم پیچ یا بوبینی که به مدار با ولتاژ زیاد وصل شده باشد آنرا سیم پیچ طرف فشار قوی (H.V ) و سیم پیچ دیگر را که به مدار با ولتاژ پایین وصل شده باشد طرف ولتاژ ضعیف ( L.V ) می گویند . ترانسفورماتورهایی که سیم پیچی ثانویه آنها از ولتاژ سیم پیچی اولیه آنها کمتر باشد افزاینده نامیده می شوند .

مطالب فوق را در مورد ترانسفورماتو چنین خلاصه می کنیم که ترانسفورماتور دستگاهی است:

قدرت الکتریکی متناوب را از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد .

انتقال قدرت بدون تغییر فرکانس صورت می پذیرد .

این عمل بوسیله القاء مغناطیسی انجام می شود .

در حالیکه دو مدار دارای اثر القائی متقابل روی یکدیگر می باشند .

مدار های سیم پیچی اولیه و ثانویه ممکن است یکفاز یا چند فاز باشند در این صورت ترانسفورماتور را یک فازه یا چند فازه گویند . که از همه مهمتر ترانسفورماتور یک فازه یا ترانسفورماتور سه فازه می باشند .

2-3- ساختمان اصلی ترانسفورماتور :

تانک یا ظرف مناسبی که هسته و سیم بندی ها در آن جمع و برآن سوار می شوند .

مدار مغناطیسی یا هسته ای

سیم پیچ ( بوبین ) اولیه و ثانویه

ایزولاتور یا چینی های عایق که بوسیله آنها سرهای سیم پیچ ها بخارج از ظرف ترانسفورماتور هدایت می شوند .

روغن

لوله تخلیه فشار شکن

پمپ

فن

رادیاتور

10-کنسرواتور

11- رله بوخهلز

12- لوله جانسون

13- تپ چنجر

14- نشان دهده ها

15- دیگر متعلقات

حال توضیع مختصری در مورد بعضی از اجزاء اصلی ترانسفورماتورها می دهیم

2-3-1- تانک اصلی ترانسفورماتور ها :

از آلیاژ فولادی ساخته شده است و بدنه آن در قدرتهای کم به صورت مستطیل شکل ساخته می شود ولی هرچه قدرت ترانسفورماتور بالاتر رود شکل بدنه آن را تغییر می دهند یعنی موجی شکل ساخته می شود تا درجه حرارت روغن بهتر به بیرون منتقل شود.

2-3-2- هسته ترانسفورماتور :

اصولاً به دو نوع است به صورت هسته ای و یا صورت زرهی ( جداری ) .

در نوع هسته ای سیم پیچ های اولیه و ثانویه هر کدام جداگانه روی بازوی هسته آهنی پیچیده شده اند.

که نوع جداری برای ترانسفورماتور فشار ضعیف و نوع هسته ای برای فشار قوی با صرفه تر می باشد. در ضمن در دو نوع جداری که سیم پیچها روی هم پیچیده می شوند ابتدا سیم پیچ فشار ضعیف و سپس سیم پیچ فشار قوی روی آن پیچیده می شوند.

2-3-3- سیم پیچ های اولیه وثانویه :

روی هسته آهنی دو سیم پیچ مجزا قرار گرفته است به یکی از آنها که انرژی الکتریکی از منبع تغذیه داده می شود سیم پیچ اولیه ( primery ) و دیگری که از آن انرژی الکتریکی گرفته می شود سیم پیچ ثانویه ( secondary ) گویند . جهت خروجی و ورودی یک ترانسفورماتور نسبی است و بستگی به عبور جریان از سیم پیچهای ترانسفورماتور دارد بدین ترتیب از ترانسفورماتور در دو جهت می توان استفاده کرد که سیم پیچ ها ترانسفورماتور به دو صورت استوانه ای و دیسکی بسته می شوند .

که مزیا و معایب این دو سیم بندی به شرح زیر می باشند :

از نظر تحمل نیرو های مکانیکی سیم بندی استوانه ای بهتر از دیسکی است .

از نظر خنک شوندگی و مس مصرفی نوع استوانه ای مقرون بصرفه تر و بهتر است .

از نظر تعمیرات سیم بندی استوانه ای از دیسکی بهتر است .

از نظر عایق بندی استوانه ای راحتر می باشد .

تلفات سیم بندی دیسکس بیشتر از استوانه ای است .

مجموع نوع استوانه ای بهتر از دیسکی می باشد .

2-3-4- ایزولاتور ( بوشینگها):

به علت بالا بودن پتانسیل های خط ورودی و خروجی به ترانسفورماتور و زمین بودن بدنه( صفر بودن پتانسیل ) بین این دو نقطه آرک زده می شود که باید برای جلو گیری این آرک از وسیله ای به نام بوشینگ استفاده شود که جنس آن چینی لعابدار می باشد و داخل آن روغن با کاغذ های آغشته به روغن می باشد و ارتفاع آن برحسب ولتاژ ساخته می شود و از بالا به پایین ضخیمتر می باشد که علت آن به شرح زیر می باشد :

صرفه جویی در ساخت چینی

وزن آن سبکتر می باشد .

ارزانتر در می آید

فاصله نقطه بالای بوشینگ نسبت به زمین زیاد تر از فاصله نقطه پایین بوشینگ به سمت زمین می باشد .

2-3-5- روغن در ترانسفورماتور:

جهت عایق بندی و خنک کردن ترانسفورماتور و خاموش کردن جرقه استفاده می شود روغنهای مورد استفاده در ترانسفورماتورها عبارتند از: اسکارل، روغنهای معدنی، پارافینی و نفتالینی.

روغن پارافینی روغنی است که در کلیه وسایل الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد و تنها نقطه ضعف آن در مشخصه منفی 10 درجه است که برای جاهای سرد مناسب نمی باشد و روغنهای نفتالینی علاوه بر خصوصیات روغن پارافینی نقطه ضعیف آنرا هم می پوشاند و دارای منفی 40 درجه می باشد روغن آسکارل یا نسوز روغن دیگری است که جهت مصرف ترانسفورماتورها به کار میروند اما این نوع روغن مواد عایق جامد که در ترانسفورماتور های معمولی بکار می رود مثل چوب و کاغذ را در خود حل می کند و نمی توان در ترانسفورماتورهایی که روغن پارافینی یا نفتالینی بکار می رود از روغن آسکارل استفاده نموده این نوع روغن در ترانسفورماتوهایی استفاده می شود که احتمال آتش سوزی وجود داشته باشد . مثل نیرو گاهها .

روغن آسکارل هم سمی است و هم سرطان زا می باشد اما در مقابل حرارت بسیار ضد آتش سوزی است و در برابر آرک تجزیه نمی شود و ایجاد لجن نمی کند .

2-3-6- تخلیه فشار شکن و صفحه پاره شونده:

برای اینکه ترانسفورماتور در مقابل افزایش فشار داخلی ناشی از انبساط روغن به علت افزایش دما حفاظت شود در بالای تانک ترانسفورماتور لوله خمیده ای با قطر نسبتاً زیاد قرار داده شده که انتهای آن در سطحی بالا تر از مخزن ذخیره ترانسفورماتور قرار دارد . در مسیر این لوله صفحه ای نازک با ضخامت دقیقاً کنترل شده است طراحی این صفحه به گونه ای است که هرگاه فشار روغن ترانسفورماتور به حد خاصی رسید، پاره می شود و افزایش فشار از دبی قابل ملاحظه ای عبور داده و سریعاً فشار را بشکند تا به بدنه ترانسفورماتور در اثر فشار داخلی صدمه وارد نشود لوله خمیده را RELIEFRENT و صفحه نازک پاره شونده را BLRTING می گویند این لوله در برخی از ترانسفورماتورها در بدنه ترانسفورماتور روی آن و برخی دیگر روی تانک ذخیره نصب می شود .

مشخصات روغن ترانسفورماتور:

الف ) نقطه جرقه : درجه حرارتی که با نزدیک شدن جرقه آتش گرفته می شود که 130 درجه سانتیگراد می باشد .

ب ) نقطه اشتغال : درجه حرارتی که در آن روغن خود به خود آتش می گیرد که 150 درجه سانتیگراد می باشد.

ج) روغن داخل ترانسفورماتور هر سانتی متر آن KV 200 مقاومت دارد .

2-4-کلیات در مورد ترانسفورماتور سه فاز:

امروزه تولید انرژی الکتریکی در مقیاس وسیعی بصورت سیستمهای سه فازه و در ولتاژهای 13.2KV و 21KV در قدرتهای 150MVA و 250MVA و 600MVA انجام می شود و انتقال آن عموماً در ولتاژهای بالای 110 و 132 و275 و 400 و 570 و 750 کیلوولت صورت می گیرد و برای این منظور ترانسفورماتورهای سه فازه افزاینده مورد استفاده قرار می گیرند و آنگاه در مراکز مصرف و پست های ولتاژ انتقال یافته برای توزیع تا حدود 6600 و 4600 و2300 ولت کاهش می دهد سپس جهت داشتن ولتاژهای شهری آنرا تا حدود ولتاژ مصرف 440 و 380 و 220 و 110 ولت پایین می آورند.

سالهای قبل برای این منظور سه ترانسفورماتور تک فاز مشابه را به هم متصل می کردند و بجای یک ترانسفورماتور سه فازه بکار می بردند .که مزایا و معایب ترانسفورماتور سه فاز با مدار مغناطیسی پیوسته نسبت به سه ترانسفورماتور تک فاز که به صورت مجزا درست شده اند به شرح زیر می باشد:

2-4-1- مزایا:

1) ترانسفورماتور سه فازه با مدار مغناطیسی پیوسته مواد اولیه کمتری برای هسته مغناطیسی نیاز دارد.