تحقیق در موردرله افزایش درجه حرارت روغن در ترانس

رله افزایش درجه حرارت روغن در ترانس

سیستم ONAF (روغن طبیعی – هوا اجباری) :

در این سیتم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به طور طبیعی صورت می گیرد ؛ ولی فن های نصب شده روی بدنه رادیاتورها ، سرعت تماس هوای خارج با بدنه رادیاتور را افزایش می دهد . لذا روغن سریعتر خنک می شود و طبعاً می توان توان ترانسفورماتور را بالا برد .

دمیدن هوا توسط فن ها می تواند به طور مداوم یا با فاصله تناوبی انجام شود ؛ بدین صورت که عملکرد فن می تواند تابعی از درجه حرارت روغن داخل ترانسفورماتور باشد و هنگامی که دمای روغن از حد معینی افزایش یافت ، فن ها به طور خودکار وارد مدار می شوند . البته هنگامی که درجه حرارت محیط خیلی بالا باشد ، ترانسفورماتور می تواند بدون سیستم فن و با خنک شدن طبیعی ، تقریباً تا دو سوم  توان نامی خود کار کند و در صورتی که بخواهیم با توان نامی کار کند ، باید فن ها شروع به کار کنند .

این نوع سیستم خنک کنندگی به طور وسیعی در ترانسفورماتورهای قدرت با توان بین 30 تا 60 مگا ولت آمپر مورد استفاده قرار می گیرد . 

سیستم OFAF (روغن اجباری – هوا اجباری) :

در این سیستم ، گردش روغن در داخل ترانسفورماتور به کمک فن ، سرعت داده می شود تا انتقال حرارت با سرعت بیشتری انجام گیرد . فن های هوا نیز بدنه رادیاتورها را در تماس بیشتری با هوا قرار می دهند تا روغن را سریعتر خنک کنند . در این سیستم با توجه به سرعت بسیار بالای خنک کنندگی سیم پیچ ها ، می توان قدرت نامی ترانسفورماتور را به مقدار قابل توجهی افزایش داد . لازم به ذکر است که عموماً از این نوع سیستم خنک کنندگی در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA 60 استفاده می شود . 

سیستم OFWF  (روغن اجباری – آب اجباری) :

در این سیستم ، ابتدا روغن توسط پمپ از بالای ترانسفورماتور وارد رادیاتور می شود تا پس از عبور از آن ، از پایین رادیاتور وارد ترانسفورماتور گردد . در رادیاتور ، آب خنک کنندگی هم در توسط پمپ در خلاف مسیر روغن در رادیاتور عبور می کند که باعث کاهش دمای روغن می شود . از این نوع سیستم در ترانسفورماتورهای با توان بیش از MVA 60 مورد استفاده قرار می گیرد . 

سیستم ODWF (روغن اجباری در سیم پیچ و هسته – آب اجباری) :

در ترانسفورماتورهای با قدرت های بسیار بالا ، به منظور کاهش هرچه بیشتر دمای سیم   پیچ ها و هسته باید روغن را توسط پمپ ها ، با فشار و جهت مناسب از قسمت تحتانی تانک ترانسفورماتور به داخل سیم پیچ ها و هسته هدایت نمود . همچنین مشابه روش قبل ، با استفاده از رادیاتور و چرخش روغن در داخل آن و به واسطه تماس غیر مستقیم با آب خنک کنندگی ، دمای روغن به مقدار مورد نظر کاهش می یابد 

طراحی و  محاسبه ترانسفورماتور قدرت وترانس جریان

توجه به نقش اساسی ترانسهای قدرت در انتقال نیروی برق و قیمت بالای آن نسبت به سایر تجهیزات پست اهمیت و لزوم دقت زیاد در انتخاب این وسایل را آشکار می‌سازد استانداردههای  IEC 76, IEC 296, 156, 60-6 IEC354,542, IEC 137, IEC 185 در مورد ترانسهای قدرت و متعلقات آنها و تعداد دیگری از استانداردهای IEC در مورد روشها و یا نحوه اندازه گیری کمیتهای مختلف ترانس در حین آزمایش,می تواند جهت انتخاب مناسب ترانسفورماتورهای قدرت مورد استفاده قرار بگیرد.

به منظور سفارش ساخت ترانسفورماتورهای قدرت در ولتاژهای بالا, به کارخانه سازنده بایستی بعضی از مشخصات فنی ترانسفورماتور را مشخص کنیم تا سازنده قادر به طراحی و ساخت ترانسفورماتور متناسب و هماهنگ با پست و شبکه مربوطه باشد.

در این فصل مشخصه‌ها و پارامترهای مهم و اساسی ترانسفورماتور که در طرح و ساخت و مقایسه و انتخاب مناسب آن حائز اهمیت می‌باشد را یکایک بر شمرده و با توجه به موضوع پروژه نتایج را برای ترانسفورماتور مربوطه بدست می‌آوریم.

 2-6) انواع ترانسفورماتور:

در این بخش بدون آنکه به ساختمان و طرز کار ترانسفورماتور پرداخته شود به شرح انواع ترانسفورماتورها خواهیم پرداخت.

 1-2-6) انواع ترانسفورماتور از لحاظ کاربرد:

انواع ترانسفورماتور از این نظر به شرح زیر تقسیم بندی می‌شوند:

- ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال – توزیع انرژی الکتریکی.

- ترانسفورماتورهای قدرت که برای مقاصد خاصی مثل کوره ها, یکسو کننده‌ها و واحدهای جوشکاری بکار می‌رود.

- ترانسفورماتورهایی که برای تنظیم ولتاژ در شبکه بکار می‌روند.

- ترانسفورماتورهای وسایل اندازه گیری.

- اتو ترانسفورماتورها جهت تبدیل ولتاژ با نسبت کم و راه اندازی موتورهای القائی.

 2-2-6) انواع ترانسفورماتور از لحاظ هسته و سیم پیچها:

به طور کلی از دو طرح هسته ای (Core Type) و زرهی (Shell Type) در ساختمان هسته ترانسفورماتورها استفاده می‌شود. در مقایسه این دو طرح می‌توان به توزیع یکنواخت ولتاژ ضربه ای, پائین بودن صدا, ساتحکام مجموعه هسته و سیم پیچی در نوع زرهی و به امکان تغییر ابعاد و شکل ساده‌تر ایزولاسیون و دسترسی به سیم پیچها جهت بازدید یا تعمیرات در نوع هسته ای اشاره نمود.

 3-2-6) انواع ترانسفورماتور از لحاظ کوپلاژ سیم پیچ ها:

معمولاً ترانسفورماتورها از نظر کوپلاژ سیم پیچها به دو دسته تقسیم می‌شوند:

- ترانسفورماتورهای با سیم پیچ جداگانه( transformer (Scrap winding

- اتو ترانسفورماتور (Auto transformer)

این انتخاب بر مبنای ملاحظات فنی و اقتصادی انجام می‌گیرد. در اتو ترانسفورماتورها با توجه به اینکه بخشی از سیم پیچ اولیه و ثانویه مشترک می‌باشند لذا برای یک ظرفیت مشخص, به مس کمتری نسبت به حالت سیم پیچ جدا نیاز می‌باشد و در نتیجه هزینه تمام شده که با ظرفیت رابطه دارد در اتو ترانسفورماتورها نسبت به ترانسفورماتورهای با سیم پیچی جدا کاهش می‌یابد.

به هر حال این دو طرح نسبت به هم دارای مزایا و معایبی هستند که طراح می‌بایستی با توجه به آنها یکی از دو طرح را انتخاب نماید. اگر بخواهیم مقایسه ای بین دو طرح اتو ترانسفورماتور و سیم پیچی جدا داشته باشیم عبارت خواهد بود:

- در نسبت تبدیل‌های  کمتر از 1 طرح اتوترانس اقتصادی‌تر است.

- در نسبت تبدیلهای بزرگتر از 1 طرح سیم پیچی جدا کاربرد دارد.

- در سیم پیچی جدا الزاماً سه سیم پیچ نبوده و تپ چنجر می‌تواند در نوترال قرار گیرد.

- در سیم پیچی جدا از نظر اتصال کوتاه وضعیت بهتری داریم.

- در طرح اتو ترانس نیاز به تپ چنجر با ولتاژ بالا داریم.

- در طرح اتوترانس سطح اتصال کوتاه بعلت راکتانس کم و کوپلاژ الکتریکی بالا می‌باشد.

- در طرح اتو ترانس الزاماً تپ چنجر باید بر روی ولتاژ متوسط قرار گیرد.

- در طرح قدرتهای بالا با استفاده از اتو ترانس می‌توان طرح تکفازی داشته باشیم که از نظر حجم و هزینه از ترانس سیم پیچی جدا تکفاز کمتر است.

- در طرح سیم پیچی جدا و سه فاز مشکل حجم زیاد و مشکلات مربوط به حمل و نقل داریم.

 4-2-6) انواع ترانسفورماتور از لحاظ تعداد فاز (تکفاز یا سه فاز):

ترانسفورماتورها از لحاظ تعداد فاز به دو دسته تکفاز و سه فاز تقسیم می‌شوند.

چنانچه محدودیت در ساخت, به علت مشخصات ترانس در کارخانه و یا امکان حمل و نقل آن تا محل پست به صورت سه فاز وجود نداشته باشد عمدتاً ترانسفورماتورهای سه فاز اقتصادی‌تر می‌باشند و فقط در مواردیکه محدودیت در حمل و نقل ترانسفورماتورهای سه فاز و یا ساخت آن‌ها وجود داشته باشد بایستی در مورد انتخاب ترانسفورماتور دقیق‌تر شد. در چنین صورتی بایستی دو طرح مختلف را در مقایسه با یکدیگر که در ذیل توضیح داده شده است را مورد بررسی قرار داد و گزینه ارجح را انتخاب نمود.

- مجموعه کل ترانس تکفاز فضای نسبتاً بیشتری نسبت به ترانس سه فاز اشغال می‌کند.

- سه ترانس تکفاز بستگی به قدرت و نوع طرح پست از یک ترانس سه فاز در بعضی موارد گرانتر تمام می‌شود.

- ترانس‌های سه فاز از نظر فضا, فونداسیون, تأسیسات جانبی مثل تپ چنجر, تابلوی کنترل و غیره نسبت به ترانس تکفاز بهتر می‌باشند.

- حمل و نقل ترانس تکفاز به علت سبکی نسبت به طرح سه فاز آسانتر است.

- برای داشتن یک رزرو یک ترانس تکفاز کافیست ولی در صورت نیاز به رزرو در طرح سه فاز باید یک ترانس سه فاز داشته باشیم و در نتیجه در قدرتهای برابر دو طرح, طرح سه فاز گرانتر خواهد شد.

- در قدرتهای بالا در ترانس سه فاز مشکل ساخت داریم که در طرح تکفاز این مشکلات کمتر است.

- اتصالات سیم پیچ‌ها در طرح تکفاز باید در خارج از ترانسفورماتور انجام گیرد که خود هزینه ای اضافی جهت احداث سوئیچ آن می‌طلبد.

 3-6) ظرفیت نامی ترانسفورماتور: (Rated Power)

برای تعیین ظرفیت نامی ترانسفورماتور بایستی به موارد زیر توجه نمود:

 الف) ظرفیت پست در حالات مختلف بهره برداری :

ترانس‌های با ظرفیت بالا از راندمان بهتری نسبت به ظرفیت پایین برخوردارند اما از طرف دیگر مسائلی مانند قابلیت اطمینان, میزان تغییر بار, انتخاب ظرفیت‌های بالا را محدود می‌نماید.

اضافه بارهای کوتاه مدت طبق استاندارد IEC 354  می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد. براساس این استاندارد در مورد ترانسهای با ظرفیت کمتر از 100MVA بسته به حداکثر درجه حرارت متوسط سالانه و نیز سیستم خنک کنندگی, بارگیری دائمی از ترانس به میزان 82% تا 116% ظرفیت نامی مجاز شناخته شده است.

 ب) محدودیتهای حمل و نقل:

حمل و نقل ترانسفورماتورهای قدرت به دلیل حجم زیاد آنها همیشه مسئله ساز بوده است. لذا در موقع انتخاب ترانس بایستی به شرایط جغرافیایی منطقه و وجود جاده‌های مناسب و قابل دسترسی, جهت حمل و نقل آنها توجه داشت, تا طراحان مجبور به استفاده از چند ترانس کوچکتر به جای یک ترانس بزرگ که هزینة تمام شده پست را بالا می‌برد, نشوند.

 ج) قدرت ترانسفورماتور:

باید قدرت ترانسفورماتور را با توجه به مسائل اقتصادی طوری در نظر گرفت که از ایجاد تنوع در قدرت آنها در یک شبکه تا حد امکان جلوگیری شود برای این منظور در هر سطح ولتاژی, چند قدرت مشخص, به عنوان فرم در نظر گرفته شده است.

 د) سطوح ولتاژ و نسبت تبدیل:

این پارامتر بستگی به وضعیت پستی که ترانسفورماتورها برای آن انتخاب می‌شوند, دارد. در مورد پستهایی با دو سطح ولتاژ مسئله ای وجود ندارد ولی در مورد پستهایی با سه سطح ولتاژ بایستی بررسیهای مناسب هنگام طرح پست صورت گرفته باشد که آیا از ترانسفورماتورهای سه سیم پیچ استفاده شود یا از دو ترانسفورماتور با نسبت تبدیل‌های مختلف

 ه) هماهنگی و حفظ یکنواختی و قابلیت اطمینان کار ترانس‌های موجود:

برای پست‌های فشار قوی می‌توانیم از چند ترانسفورماتور استفاده نمود که در صورت بروز اشکال در یک ترانس در موقعیتی که پست با ظرفیت نهائی کار می‌کند, ترانس‌های دیگر, با کمی اضافه بار در مدت کوتاه, تغذیه فیدرها را بر عهده بگیرند.

 و) منظور نمودن ظرفیت رزرو:

بعد از انتخاب ظرفیت نهایی پست, براساس ظرفیت‌های استاندارد شده می‌توان یک ظرفیت رزرو که معادل یک دستگاه ترانسفورماتور در مورد طرحهای سه فاز می‌باشد را در نظر گرفت.

لازم است برای انتخاب ظرفیت ترانس‌های پست حتی الامکان از ظرفیت استاندارد شده که براساس توجه به موارد فوق پیشنهاد شده, ترکیب‌های مختلفی را انتخاب نموده و از نقطه نظرات مختلف مطرح شده, مورد مقایسه قرار داد و نهایتاً بهترین طرح را از نظر فنی و اقتصادی انتخاب نمود.

طبق استاندارد IEC در ابتدا حداقل 2 دستگاه ترانسفورماتور و در نهایت 4 دستگاه بایستی در یک پست نصب گردد و سپس ظرفیت را با توجه به عدم تنوع زیاد در شبکه و همچنین محدودیتهای حمل و نقل و سطح ولتاژ به صورت نهائی بدست آورد. در مورد پست‌های نیروگاهی معمولاً ظرفیت ترانسفورماتور متناسب با قدرت ژنراتور و واحدهای مربوطه انتخاب می‌گردد. به عبارت دیگر در پست‌های نیروگاهی ظرفیت ترانسفورماتورها تابع ظرفیت نامی واحدها می‌باشد و با مطالعات لازم در طراحی نیروگاهها ظرفیت بهینه واحدها انتخاب می‌گردد.

 4-6) سطوح عایقی ترانسفورماتور: (Insulation level)

انتخاب سطوح عایقی مناسب جهت اجزاء داخلی و خارجی ترانسفورماتور از لحاظ فنی و اقتصادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اضافه ولتاژهای ناشی از تخلیه جوی (رعد و برق) و سوئیچینگ (کلیدزنی) اضافه ولتاژ با فرکانس شبکه, القاء الکترومغناطیسی و الکترو کاپاسیتیو بین سیم پیچ ها, ترانسفورماتور را در معرض خطر قرار می‌دهند.

به همین دلیل, ضمن اینکه قسمتهای داخلی ترانس می‌بایست از قدرت عایقی کافی برخوردار باشد, پیش بینی وسایل حفاظت کننده از قبیل برقگیرها, شاخکهای هوائی و غیره برای اجزاء خارجی آن و با رعایت هماهنگی عایقی ضرورت می‌یابد. استاندارد IEC, استقامت عایقی تجهیزات ترانسفورماتور را در برابر اضافه ولتاژهای با فرکانس شبکه (PFWL), اضافه ولتاژهای رعد و برق (LIWL) و اضافه ولتاژهای سوئیچینگ (SIWL) برحسب حداکثر ولتاژ سیستم طبقه بندی بیان نموده است.

5-6) سیستم خنک کنندگی ترانسفورماتور: (Cooling System)

بارگیری از ترانسفورماتور و رسیدن به ظرفیت نامی ترانس, با تلفات و در نتیجه افزایش درجه حرارت داخلی ترانس همراه است. این افزایش به علت تلفات که در هسته سیم پیچها بوجود می‌آید به گرما تبدیل می‌شود و تا جایی مجاز است که به عایقها آسیبی نرساند. بنابراین حرارت حاصله بایستی به نحوی به محیط خارج انتقال داده شود تا از گرم شدن بیش از حد قسمتهای داخل ترانسفورماتور و آسیب دیدن آن جلوگیری شود.

مطابق استاندارد IEC 76, سیستمهای خنک کننده متداولی تعریف شده که عبارت خواهند بود از:

 الف) (Oil Natural Air Natural)   ONAN

یعنی اینکه روغن ترانسفورماتور به طور طبیعی داخل سیستم رادیاتور گردش کرده و توسط هوای محیط خنک می‌شود.

 ب) (Oil Natural Air Forced)   ONAF

در این حالت روغن به صورت طبیعی داخل رادیاتور به گردش درآمده و توسط فن‌های الکتریکی حرارت خود را به محیط مجاور منتقل می‌نماید.

 ج) (Oil Forcd Air Forced)   OFAF

در این حالت روغن توسط پمپ در رادیاتور به گردش درآمده و توسط فنهای الکتریکی حرارت خود را به محیط مجاور منتقل می‌نماید.

 د) سیستم خنک کننده با استفاده از آب (Water Cooled)

در این حالت گردش آب سرد, عمل خنک کنندگی را انجام می‌دهد و بیشتر برای ترانسهای با قدرت زیاد توصیه می‌شود. در مورد انتخاب روش خنک کنندگی بایستی به دو نکته مهم توجه داشت؛ نخست اینکه سطح ولتاژ اولیه و ثانویه, تعیین کننده حداقل حجم برای تانک اصلی به لحاظ رعایت فواصل خاص بین بوشینگ‌ها و سایر متعلقات از یکدیگر می‌باشد و دوم, درجه حرارت متوسط محیط نصب می‌باشد که با توجه به ایندو عامل سیستم خنک کنندگی را طوری در نظر می‌گیرند که بتواند تلفات حرارتی ناشی از باردهی را با محیط تبادل کند.

اگر ظرفیت ترانس با توجه به ولتاژ آن کوچک باشد معمولاً نیازی به تأمین سیستم خنک کننده نبوده و ابعاد ترانسفورماتور با توجه به عوامل دیگر به نحوی خواهد بود که به طور طبیعی قادر است حرارت حاصله از تلفات  را دفع نماید.

 6-6) نحوه اتصالات سیم پیچ‌های ترانسفورماتور:

فازهای مختلف در یک سیم پیچ سه فاز را به سه طریق  ستاره, مثلث, زیگزاگ می‌توان به یکدیگر اتصال داد که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند.

اتصال زیگزاگ به علت نیاز به تعداد دور بیشتر, اجرای مشکل سیم بندی و در نتیجه هزینه بالا, در ساخت ترانسفورماتورهای قدرت کاربرد ندارد, بلکه بیشتر در ترانسهای با ولتاژ پایین و قدرت کم و نیز مواردی که احتیاج به بارگیری از نوترال باشد و همچنین در ترانسهای زمین, مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در اتصال ستاره, جریان سیم پیچی هر فاز افزایش یافته ولی ولتاژ بین ترمینال هر سیم پیچ تا نقطه مشترک کاهش می‌یابد بنابراین توضیح واضح است که در ترانسفورماتورهای قدرت بهتر است سیم پیچ فشار قوی که دارای جریان کمتر و ولتاژ بیشتر نسبت به سیم پیچ دیگر است به صورت ستاره انتخاب شود زیرا عایق بندی در ولتاژ بالا گران تمام می‌شود.

در اتصال مثلث برخلاف اتصال ستاره, جریان در سیم پیچی هر فاز کاهش یافته ولی ولتاژ دو سیم پیچی افزایش می‌یابد لذا در مورد سیم پیچی ثانویه ترانسفورماتورهای قدرت, اتصال مثلث پیشنهاد می‌شود زیرا در صورت انتخاب اتصال ستاره گرچه ممکن است قدری اقتصادی‌تر به نظر برسد ولی موضوع ضرورت تعبیه سیم پیچ سوم مطرح می‌شود و از نظر عایقی نیز مشکل خواهد بود.

 7-6) گروه برداری ترانسفورماتورها:

انتخاب رابطه برداری مناسب برای ترانسفورماتور مستقیماً وابسته به رابطه برداری بین شبکه‌های دو طرف ترانسفورماتور می‌باشد زیرا یکی از شرایط اساسی, کارکرد موازی ترانسفورماتوها, هم گروه بودن آنها می‌باشد.

گروه برداری, نشان دهنده نوع اتصال سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه و نیز اختلاف فاز بین آنها می‌باشد در مورد اتصال اولیه از حروف Y  (ستاره) N (نوترال, چنانچه در دسترس باشد) و D (مثلث) استفاده می‌شود. همین حروف و همچنین حرف Z (زیگزاگ) به شکل کوچک و با همان مفاهیم در طرف ثانویه بکار می‌روند.

در جدول (1-6) بعضی از انواع مختلف اتصالات و دیاگرام برداری و علائم اقتصادی آنها نشان داده شده است. در این جدول شماره اندیس علائم که می‌تواند از 0 تا 11 تغییر کند گروه ترانسفورماتور را نشان می‌دهد حاصلضرب این اندیس در زاویه 30 درجه, نشان دهنده زاویه ای است که ثانویه نسبت به اولیه دارد.

8-6) امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتورها : (Short Circuit Impedance)

ولتاژی که لازم است به ترمینال‌های یک سیم پیچ اعمال گردد تا باعث عبور جریان نامی در سیم پیچ دیگر که اتصال کوتاه شده, گردد را امپدانس اتصال کوتاه گویند. مقدار این امپدانس اتصال کوتاه که به امپدانس درصد ترانس نیز معروف است, به صورت درصدی از ولتاژ نامی بیان می‌شود.

انتخاب مقدار امپدانس اتصال کوتاه ترانس با توجه به اثراتی که این مقدار بر روی مشخصات ترانس و یا شبکه دارد صورت می‌گیرد. مهمترین این مشخصات عبارتند از:

1- تعداد ترانسفورماتورهائی که در پست به صورت موازی کار می‌کنند.

2- سطح اتصال کوتاه در طرف ثانویه (شبکه) در صورت بروز اتصال کوتاه.

3- مقادیر اقتصادی و ساخت ترانسفورماتور.

4- افت ولتاژ یا تنظیم ولتاژ در شبکه.

بدیهی است که هر چقدر امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتور کمتر باشد بهتر است زیرا که افزایش آن, باعث عبور جریان اتصال کوتاه بیشتر از ترانس شده و در نتیجه استقامت مکانیکی بالاتری را ایجاب می‌کند. از طرف دیگر, کاهش امپدانس علاوه بر افزایش قیمت ساخت ترانسفورماتور, باعث افت ولتاژ کمتر می‌گردد و در عین حال سطح اتصال کوتاه در ثانویه را بالا می‌رود و از آنجا که این سطح نباید از حد استقامت عایقی تجهیزات در طرف ثانویه تجاوز نماید لازم است که سرمایه گذاریهای دیگری را نیز انجام داد.

تلفات آهن ترانس در اثر کاهش امپدانس اتصال کوتاه افزایش یافته و باعث بزرگتر شدن هسته ترانس می‌شود راکتانس ترانسفورماتور احتیاج به قدرت راکتیو دارد که بایستی به وسیله ژنراتور و یا وسایل جبران کننده تأمین شود. همانطوریکه ملاحظه می‌شود کاهش و یا افزایش امپدانس اتصال کوتاه دارای اثرات مثبت و منفی می‌باشد. لذا در انتخاب بهینه این امپدانس علاوه بر اینکه سطح ولتاژ و ظرفیت و هزینه‌های مس و آهن مطرح است توجه به اثرات جنبی آن نیز ضرورت دارد. استاندارد IEC 75-6 مقدار امپدانس اتصال کوتاه را برای ظرفیت‌های مختلف مشخص نموده که به عنوان اعداد تیپ معرفی شده اند که به شرح جدول (2-6) می‌باشد.

امپدانس درصد ترانس	ظرفیت نامی ترانس بر حسب KVA
40%	631-1250
5%	1251-3150
5.25%	3151-6300
8.35%	6301-12500
10%	12501-25000
12.5%	25001-200000

جدول (2-6)

 9-6) رگولاسیون در ترانسفورماتور:

در ترانسفورماتور رگولاسیون طبق فرمول زیر محاسبه می‌گردد:

که  ولتاژ امپدانس,  ضریب قدرت می‌باشد.

رگولاسیون در واقع میزان افت ولتاژ بصورت درصد نسبت به ولتاژ نامی در بار مشخص و ضریب قدرت معین می‌باشد. بنابراین طبیعی است که تنظیم ولتاژ به منظور جبران این افت‌ها در اثر بارگیری از ترانسفورماتور بایستی صورت پذیرد, این کار توسط تپ چنجر صورت می‌گیرد.

 10-6) تپ چنجر  (Tap changer)

تپ چنجر مکانیزمی است که با آن می‌توان نسبت تبدیل ولتاژ ترانسفورماتور را تغییر داد. مثلاً اگر توسط ترانسفورماتور قدرت, خروجی ژنراتور به شبکه داده شود, در مواقعی که شبکه افت ولتاژ دارد می‌توان با انتخاب ولتاژ ثانویه بیشتری افت در شبکه را ترمیم کرد و همینطور در مواردی که شبکه افزایش ولتاژ دارد, می‌توان با کاهش ولتاژ, ثانویه, افزایش, ولتاژ شبکه را جبران نمود. این عمل معمولاً به وسیله دست یا موتور قابل انجام است. در هر بار تغییر Tap ترکیب خاصی از سر سیم‌ها را به هم متصل می‌کند, لذا تعداد دور سیم هائی که در مدار قرار می‌گیرند. بنابراین با یک ولتاژ ثابت در اولیه ولتاژ ثانویه عوض می‌شود.

در پلاک مشخصات ترانسفورماتورها ترتیب تعویض تپ‌ها و شماره ترمینالهائی که در هر انتخاب ولتاژ باید به هم وصل شوند و شماره وضعیت تپ چنجر داده می‌شود.

در ترانسفورماتورهای قدرت معمولی تپ چنجر روی طرف ولتاژ بالا عمل می‌کند, بخاطر آنکه در طرف ولتاژ بالا ولتاژ در هر دور سیم پیچی volt / turn کمتر از طرف فشار پائین است و جریان نیز نسبت به فشار پایین کمتر است, لذا تعویض تپ از نظر جرقه و قوس آسانتر خواهد بود.

تپ چنجرها را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد.

الف – زیر بارTap changer ON load

ب – بی بارTap changer  Off  load

منظور از تپ چنجر بی بار آن است که ابتدا باید ترانسفورماتور را بی بار کرد و سپس تپ را عوض نمود ولی در نوع زیر بار می‌توان تپ را زیر بار عوض نمود که البته این نوع به تکنیک بالاتری نیاز دارد.

نوع ON load زمانی استفاده می‌شود که مصرف کننده هائی که از طریق ترانسفورماتور تغذیه می‌شوند حساس بوده و قطع برق آنها آسیب هائی را به دنبال داشته باشد, مثلاً ترانسفورماتورهای  63/20  کیلوولت که پست‌های برق متروی تهران را تغذیه می‌کند بخاطر حساس بودن تردد قطار طوری انتخاب شده که بتوان زیر بار تپ را عوض نمود.

پارامترهای مهم این دستگاه به شرح زیر می‌باشد:

 1) درصد کل تغییرات ولتاژ نسبت به ولتاژ نامی.

درصد کل تغییرات ولتاژ نامی براساس وضعیت شبکه تغذیه شونده و با توجه به مشخصات خطوط و بار و غیره می‌تواند تعیین گردد, که می‌توان با توجه به نتایج Load Flow  تعیین گردد.

 2) تعداد مراحل (پله) تغییرات ولتاژ: (تعداد تپ ها)

مقدار تغییرات تپ چنجر بر حسب درصد تغییرات ولتاژ به کل ولتاژ طرف اولیه یا ثانویه که مورد تغییر قرار می‌گیرد بیان می‌شود. چنانچه مقدار درصد افزایش و کاهش آن مساوی باشد و به صورت  نشان میدهند.

اگر a مقدار درصد کل تغییرات ولتاژ نسبت به ولتاژ نامی بوده و e نیز تغییرات هر تپ باشد تعداد تپ‌ها k از فرمول زیر بدست می‌آید.

  3) جریان نامی تپ چنجر :

برای پیدا کردن جریان نامی تپ  چنجر, جریان نامی ترانس را بدست آورده و 15% به آن اضافه می‌کنند و عدد بدست آمده را هم 20% افزایش می‌دهند تا جریان نامی تپ چنجر حاصل شود.

=جریان نامی تپ چنجر

 4) نوع تپ چنجر :

نوع تپ چنجر معمولاً برای ترانسهای بزرگ از نوع ON load است.

 5) موقعیت تپ چنجر نسبت به سیم پیچی:

تپ چنجر از نوع ON load را معمولاً روی سیم پیچی‌های فشار قوی نصب می‌کنند زیرا از سیم پیچی‌های فشار قوی جریان کمتری نسبت به سیم پیچ فشار ضعیف عبور می‌کند. ضمناً در صورتیکه سیم پیچی به صورت ستاره باشد تپ چنجر را در نوترال سیم پیچها قرار می‌دهند.

در زیر مشخصات تپ چنجر MR آلمان مربوط به ترانسفورماتور 30 مگا ولت آمپر پست برق متروی تهران آورده شده است:

نوع تپ چنجر                                        ON Load

ولتاژ نامی پله                                                   1052V

جریان نامی                                                   380A

مقاومت انتقال(عبور)                                               

و نیز مشخصات موتوری که مکانیزم تپ چنجر را به حرکت در می‌آورد عبارتند از:

ولتاژ AC موتور                                               400V

ولتاژ DC کنترل                                               110 V

تعداد فازها                                                    3

فرکانس                                                    50Hz

 11-6) تلفات ترانسفورماتور :

به طور کلی تلفات ترانسفورماتور عبارتند از:

 1-11-6) تلفات آهن یا تلفات بی باری: (No load loss)

تلفات بی باری عبارتست از قدرت راکتیو جذب شده توسط ترانس در حالیکه به یک طرف آن ولتاژ نامی با فرکانس نامی اعمال شود و طرف دیگر باز و بدون بار باشد تلفات بی باری خود از تلفات هیسترزیس در هسته, تلفات ناشی از جریان گردابی در هسته (فوکو), تلفات مسی ناشی از جریان بی باری تشکیل می‌شود.

تلفات مسی ناشی از جریان بی باری بسیار ناچیز بوده و در حقیقت تلفات هیسترزیس و فوکو, تلفات بی باری را می‌سازد. تلفات بی باری مادامیکه ترانس برقدار باشد با ولتاژ فرکانس ثابت, مستقل از اینکه چه باری از آن گرفته شود به طور ثابت وجود دارد.

 2-11-6) تلفات مسی یا تلفات بارداری: (load loss)

تلفات بارداری عبارتست از قدرت اکتیو جذب شده در فرکانس نامی توسط ترانس در حالیکه یک سیم پیچ دارای جریان و سیم پیچ دیگر اتصال کوتاه شده باشد.

تلفات بارداری خود از تلفات مسی ناشی از جریان بار, تلفات مسی ناشی از جریان تامین کننده تلفات, تلفات مسی ناشی از جریان گردابی در هادی سیم پیچها در اثر فلوی هدر رفته, تلفات ایجاد شده در درپوش و دیواره‌های تانک در اثر فلوی هدر رفته, تشکیل می‌شود.

مقدار تلفات بارداری در درجه حرارت مبنایی که در استاندارد IEC 76-1  بر حسب کلاس عایقی تقسیم بندی شده تعریف می‌شود.

 3-11-6) تلفات سیستم خنک کننده ترانسفورماتور:

سیستم خنک کننده ترانس چنانچه شامل فن و پمپ باشد دارای تلفاتی می‌باشد که در مقایسه با تلفات فوق ناچیز بوده و ضمناً در استاندارد IEC جزء تلفات کل ترانس به حساب نیامده است. معمولاً برای کاهش تلفات بایستی سرمایه گذاری بیشتری در ساخت ترانسفورماتور انجام داد. در ارزیابی اقتصادی ترانس, هزینه تلفات بی باری و بارداری در طول عمر مفید ترانس با در نظر گرفتن قیمت هر کیلو وات ساعت این تلفات, که قبلاً تعیین شده است و محاسبه با قیمت اولیه ترانسفورماتور جمع می‌شود و این مجموع مبنای مقایسة قیمت‌ها قرار می‌گیرد تا سازنده با توجه به آن و با توجه به وضعیت قیمت مواد اولیه بهترین طرح را انتخاب نماید.

 12-6) میزان افزایش درجه حرارت مجاز سیم پیچها و روغن ترانسفورماتور:

حداکثر درجه حرارت مجاز سیم پیچی, عاملی تعیین کننده در عمر مفید ترانس می‌باشد و درجه حرارت مجاز روغن نیز اگر بعنوان خنک کننده در ترانسها مورد استفاده قرار گیرد از اهمیت ویژه ای برخوردار می‌باشد. لذا میزان افزایش مجاز درجه حرارت سیم پیچی و روغن ترانسها طبق استاندارد IEC 76-2 بشرح جدول (3-7) تعیین شده است.

حداکثر مجاز افزایش درجه حرارت بر حسب درجه سانتی گراد	قسمت
65 درجه برای سیستمهای خنک کنندگی غیر از ONAF 75 درجه برای سیستمهای خنک کنندگی ONAF	سیم پیچها
60 درجه برای حالتیکه ترانسفورماتور دارای کنسرواتور نباشد 55 درجه برای حالتیکه ترانسفورماتور دارای کنسرواتور باشد.	روغن
درجه حرارتی که باعث أسیب دیدگی خود هسته و سایر قسمتها نشود	هسته, قسمتهای فلزی و سایر قسمتها

جدو ( 3-6 )

13-6) میزان مجاز صدا در ترانسفورماتور:

ارتعاشات هسته در محل اتصال ستون به قسمتهای بالایی و پائینی, تغییر طول ورقه‌های هسته, سیم پیچهای حاوی جریان و نیز فن‌ها و پمپ‌ها از عوامل مختلف ایجاد صدا در ترانس‌ها می‌باشد.

استاندارد NEMA – TRI 1976  برای صدا, حدود مجازی را تعیین نموده که مثلاً برای ترانس های30 MVA, 15 MVA   به ترتیب برابر 72 و 76 دسیبل می‌باشد.

 14-6) وسایل و نکات ایمنی در ترانسفورماتورها:

الف) دریچه‌های روغن

هر ترانسفورماتور باید دارای دریچه‌هایی برای پر کردن و خالی کردن و نمونه گیری از روغن جهت اطلاع از طرز عمل روغن می‌باشد.

 ب) مخازن انفجار

ترانس‌ها باید به مخازن انفجاری برای محافظت از فشارهای داخلی ناگهانی, مجهز شوند.

 ج) خنک کننده‌های روغن

در ترانسفورماتورها باید از رادیاتورهایی که مستقیماً روی ترانس نصب می‌شود استفاده شود این نوع خنک کننده‌ها قابل برداشتن از روی ترانس می‌باشند به این ترتیب در حمل و نقل نیز تسهیل خواهد شد.

 د) رله‌های بوخهلتس

ترانس‌ها باید دارای این رله باشند همچنین قسمت روغن تپ چنجر باید دارای این رله باشد. رله‌های بوخهلتس روی ترانس‌ها باید آلارم و کنتاکهای قطع داشته باشند و روی لوله بین رله‌های بوخهلتس کنسرواتورها نیز شیر گذاشته شود.

ه) ترمومتر

یک ترمومتر نشان دهنده, کالیبره شده و مجهز به آلارم قطع و وصل برای نشان دادن درجه حرارت روغن در ترانسها بایستی در نظر گرفته شود.

 و) لوله‌ها و لوازم و سیم کشی اتصالات

لوله‌های ارتباطی بین کنسرواتور و تپ چنجر و بوشینگها و تانک ترانس و رله‌های در نظر گرفته شده در ترانسها بایستی خوب آب بندی شود و احتیاط‌های لازم برای جلوگیری از نفوذ آب, گرد و غبار و غیره به داخل اتصالات و تجهیزات کنترل به عمل آید

 15-6) حفاظت ترانسفورماتور

خطاهایی که ترانسفورماتور را تهدید می‌کنند را می‌توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:

1- خطاهای داخلی

2- خطاهای خارجی

3- خطاهای غیر الکتریکی

 1-15-6) خطاهای داخلی

خطاهای داخلی دو نوع است:

1- اتصال کوتاه

2- اتصال زمین

 1-1 اتصال کوتاه

برای شناسایی و حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اتصال کوتاه و اتصال زمین دوبل سه روش مهم به کار برده می‌شود که عبارتست از :

 الف) دستگاه حفاظت و مراقبت روغن

این دستگاه اتصالی در داخل ترانسفورماتور را نشان می‌دهد ولی اتصالی در سیمهای رابطه ترانسفورماتور و شبکه را نمی تواند نشان دهد.

 ب) دستگاه حفاظت در مقابل جریان زیاد مانند:

فیوز

رله جریان زیاد زمانی

 ج) رلة دیفرانسیل

بر حسب بزرگی و اهمیت ترانسفورماتور ممکن است ترکیبی از این دستگاهها برای حفاظت ترانسفورماتور بکار برده می‌شود.

 دستگاه حفاظت و مراقبت روغن

دستگاههایی که جهت مراقبت روغن برای تعیین و تشخیص اتصال کوتاه در ترانسفورماتورهای روغنی بکار برده می‌شود عبارتند از رله بوخ هلتس و رله توی بر.

رله توی بر در درجه اول برای حفاظت ترانسفورماتور در مقابل بار و در درجه دوم برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه بکار می‌رود, لذا برای شناسایی اتصالی در داخل ترانسفورماتور بیشتر از رله بوخ هلتس استفاده می‌شود.

 رله بوخ هلتس

در صورتی که مقدار گاز ذخیره شده در رله بوخ هلتس از حد معین تجاوز نکند, اولین شناور آن (شناور آژیر) بحرکت درآمده و با وصل کردن کلید مخصوص, آژیر خطر را به صدا درمی آورد. اگر ترانسفورماتور را با وجود به صدا در آمدن آژیر خطر شخصاً قطع نکنیم و عاملی که سبب متصاعد شدن گاز از ترانسفورماتور شده نیز برطرف نگردد, رله بقدری از گاز پر می‌شود که نیروی لازم برای بکار افتادن دومین شناور (شناور قطع) را نیز پیدا می‌کند و در نتیجه شناور قطع بطور خودکار ترانسفورماتور مزبور را از شبکه قطع می‌کند. اگر خطای بزرگ به طور غیر مترقبه ترانسفورماتوری را تهدید کند, متصاعد شدن گاز بحدی شدید می‌شود که حرکت گاز با جریان شدید روغن توأم می‌شود و این دو باعث بحرکت درآوردن شناور قطع و در نتیجه قطع فوری ترانسفورماتور از شبکه برق می‌گردد.

در ترانسفورماتورهایی که بدون داشتن نقص فنی در ضمن بار, تولید گاز می‌کنند, مثل ترانسفورماتورهای با تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ که در موقع عمل کردن, تولید جرقه الکتریکی بین کنتاکتها می‌کند, نمی توان از رلة بوخ هلتس دو شناوری که دارای محلی برای ذخیره گاز می‌باشد استفاده کرد, بلکه به علت ایجاد گاز که علامت وقوع عیبی در ترانسفورماتور نیست می‌توان فقط از حرکت روغن جهت حفاظت ترانسفورماتور استفاده نمود و به این جهت در این گونه ترانسفورماتورها از رله بوخ هلتس با شناور قطع کننده استفاده می‌شود. محل نصب رله بوخ هلتس در لوله رابط بین ترانسفورماتور و ظرف انبساط روغن می‌باشد.

در ترانسفورماتورهای خیلی بزرگ که دارای محفظه‌های متعدد برای روغن می‌باشد, مانند محفظه سیم پیچی, محفظه تنظیم کننده ولتاژ و محفظه مقره عبور باید هر محفظه ای به طور جداگانه رلة بوخ هلتس را بکار اندازد.

پس از قطع شدن ترانسفورماتور در اثر رلة بوخ هلتس, باید گازهایی که در محفظة گاز رله جمع شده است خارج نمود تا شناور آژیر مجدداً به محل اولیه خود باز گردد.

 رله جریان زیاد زمانی (over current)

از رله جریان زیاد زمانی جهت حفاظت ترانسفورماتور استفاده شود, جریان کار رله معمولاً معادل 1.4 جریان نامی ترانسفورماتور تنظیم می‌شود و چون ممکن است ترانسفورماتور در موقع وصل کردن به شبکه جریان شروع کاری برابر 4.1 جریان نامی خودش بکشد و سبب تحریک کردن رله شود, لذا باید زمان فرمان را آنقدر بزرگ انتخاب کرد که جزیان شروع کاری مهلت کافی برای قطع کلید نداشته باشد.

در صورتی که جریان کاری رله را عملاً بالاتر از جریان راه اندازی ترانسفورماتور تنظیم کرده باشیم زمان فرمان قطع, فقط تابع زمان قطع دستگاه حفاظت بعدی شبکه می‌باشد. اگر ترانسفورماتور فقط از طرف فشار قوی تغذیه می‌شود, رله جریان زیاد زمانی نیز در طرف فشار قوی ترانسفورماتور نصب می‌شود و در صورتی که ترانسفورماتور فقط از طرف فشار ضعیف نیرو می‌گیرد, رله جریان زیاد در طرف فشار ضعیف از ترانسفورماتور حفاظت می‌کند و اگر امکان تغذیه شدن محل اتصال کوتاه در ترانسفورماتور از هر دو طرف موجود باشد بهتر است در هر دو طرف رله جریان زیاد نصب شود و البته می‌توان از یک رله نیز صرفه جویی کرد و فرمان قطع هر دو کلید در دو طرف ترانسفورماتور را به توسط یک رله کمکی از همان یک رله صادر کرد. هیچگاه از رله جریان زیاد زمانی جهت حفاظت داخلی ترانسفورماتور استفاده نمی شود زیرا با در نظر گرفتن زمان قطع رله‌های شبکه, ترانسفورماتور مدت زیادی روی اتصال کوتاه می‌ماند. رله جریان زیاد زمانی به عنوان رله پریمر یا زکوندر نصب می‌گردد.

 رله دیفرانسیل:

رله دیفرانسیل با جریانهای دو طرف ترانسفورماتور را با در نظر گرفتن نسبت تبدیل و نوع اتصال می‌سنجند و مقایسه می‌کند.

همان طور که می‌دانیم مجموع جریانهای ورودی و خروجی ترانسفورماتور بدون عیب با در نظر گرفتن نسبت تبدیل آن باید برابر صفر باشد, ولی به علت جریان مغناطیس کننده و متفاوت بودن منحنی مشخصات ترانسفورماتورهای جریان و غیره, منتجه جریانها در دو طرف قدری بزرگتر از صفر خواهد بود.

اثر این جریان باقیمانده را اول مرتبه بدون اهمیت تلقی می‌کنیم و فرض می‌کنیم که حقیقتاً مجموع جریانهای دو طرف ترانسفورماتور در حالت عادی و بدون عیب صفر باشد. با این فرض, صفر نشدن مجموع جریانهای دو طرف ترانسفورماتور نشانه ای از اتصال داخلی ترانسفورماتور می‌باشد که این اتصالی ممکن است دو قطبه و یا سه قطبه باشد. در ضمن اتصال حلقه نسبت تبدیل ترانسفورماتور را تغییر داده و ممکن است تعادل جریانها را در دو طرف ترانسفورماتور به هم بزند. در اتصال زمین دوبل در صورتی که یک اتصالی در داخل و دیگری خارج ترانسفورماتور باشد عمل کردن و جواب دادن رله بستگی به طرز اتصال رله دیفرانسیل دارد.

از آنجا که جریانهای دو طرف ترانسفورماتور توسط رله دیفرانسیل با هم مقایسه می‌شوند باید ترانسفورماتورهای جریانی که در دو طرف فشار قوی و ضغیف ترانسفورماتور بسته می‌شوند, به طریقی انتخاب شوند که جریانهای زکوندر ترانسفورماتورهای جریان دو طرف ترانسفورماتور از نظر قدر مطلق و فاز با هم کاملاً برابر باشد. جریانها از نظر قدر مطلق موقعی با هم برابر می‌شوند که نسبت ضریب تبدیل ترانسفورماتورهای جریان دو طرف فشار قوی و فشار ضعیف با هم برابر با عکس ضریب تبدیل ترانسفورماتور قدرت باشد. ترانسفورماتورها دارای اتصالهای مختلف و نرم شده ای هستند. انواع متداول آنها طبق نرم IEC  نشان داده شده است و چنانچه دیده می‌شود جریان پریم و زکوندر همه ترانسفورماتورها با هم هم فاز نیستند بلکه فقط در صورتی که ترانسفورماتورها از دستة A باشند جریانهای دو طرف آنها با هم هم فاز می‌شود. از این جهت برای حفاظت بقیه ترانسفورماتورها (دسته B و G وD ) بوسیله رله دیفرانسیل باید به کمک یک ترانسفورماتور کمکی این اختلاف فاز را نیز برطرف کرد.

رله دیفرانسیلی که برای حفاظت ترانسفورماتور بکار برده می‌شود نباید دارای حساسیت زیاد باشد زیرا در ترانسفورماتورهای سالم نیز اغلب تفاوت جریانی در دو طرف سیم پیچی زکوند ترانسفورماتور جریان ظاهر می‌شود.

این تفاوت جریان اولاً توسط جریان مغناطیسی (جریان بدون بار) و در ثانی توسط برابر نبودن منحنی مغناطیسی ترانسفورماتورهای جریانی که در دو طرف ترانسفورماتور نصب شده است مخصوصاً در جریان خیلی زیاد ایجاد می‌شود.

 1-2- اتصال زمین ترانسفورماتور و طریقه حفاظت آن

اتصال زمین یا اتصال بدنه در ترانسفورماتورهای روغنی, ابتدا در اثر تخلیه الکتریکی و سرانجام در اثر جرقه و قوس الکتریکی بوجود می‌آید. جرقه و تخلیه الکتریکی, اولاً باعث تجزیه روغن می‌شود و در ثانی تولید گاز در داخل روغن می‌کند.

از نظر الکتریکی, اتصال زمین ترانسفورماتور مثل هر اتصال زمین دیگری سبب تغییر پیدا کردن ولتاژ فازها و در نتیجه جا به جا شدن نقطه صفر ستاره در سیستم سه فازه می‌شود و شدت آن اولاً بستگی به ولتاژ سیم پیچی که اتصال زمین پیدا کرده است و در ثانی بستگی به محل اتصالی شده دارد.

تغییر مکان بردارهای ولتاژ در موقع بروز اتصال زمین برای تشخیص اتصال زمین و حفاظت آن کافی نیست, زیرا در صورتی که شبکه نیز اتصال زمین شود ولتاژها تغییر خواهند کرد. در موقع اتصال زمین شدن سیم پیچی ترانسفورماتور علاوه بر تغییر مکان پیدا کردن ولتاژها جریان اتصال زمین نیز از محل اتصالی عبور می‌کند. این جریان حتی در شبکه کمپانزه شده نیز بنام جریان زمین باقیمانده از محل اتصالی عبور خواهد کرد. جریان اتصال زمین موقعی که سیم پیچی ترانسفورماتور اتصال بدنه پیدا کرده است باید از بدنه خارجی ترانسفورماتور به زمین عبور کند, در صورتی که اگر شبکه یا سیم رابط ترانسفورماتور اتصال زمین پیدا کند, جریان اتصال زمین از بدنه ترانسفورماتور عبور نمی کند, بلکه یک مسیر نامشخصی را می‌پیماید.

 حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اتصال زمین

برای تشخیص اتصال زمین ترانسفورماتور و حفاظت آن در مقابل خطاهایی که اتصال زمین بوجود می‌آورد سه روش موجود است که عبارتند از:

الف) مراقبت توسط رله بوخ هلتس

ب) رله دیفرانسیل

ج) سنجش جریان زمین

در دو طریقه الف و ب, سیمهای رابط خروجی ترانسفورماتور در مقابل اتصال زمین حفاظت و مراقبت نمی شود و در ثانی طرز کار و عمل آنها در صفحات قبل به تفصیل ذکر شده است. از این جهت ذیلاً فقط به شرح روش سنجش جریان زمین می‌پردازیم.

سنجش جریان زمین جهت کنترل و حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اتصال زمین جهت کنترل زمین, بدنه ترانسفورماتور را به یک ترانسفورماتور جریانی که یک طرف آن زمین شده است وصل می‌کنیم.

از آنجا که در موقع اتصال زمین, باید تمامی جریان از این محل به زمین برود لذا ترانسفورماتور را نسبت به زمین عایق می‌کنند.

 2-15-6) خطاهای خارجی

عواملی که از خارج ترانسفورماتور را تهدید می‌کنند عبارتست از :

1- اتصال در شبکه (بخصوص اتصال شین)

2- اضافه بار

3- ازدیاد ولتاژ در اثر موج سیار

 اتصالی در شبکه

فقط در موقعی جریان اتصال کوتاه شبکه برای ترانسفورماتور خطرناک می‌شود که مسیر جریان اتصال کوتاه از ترانسفورماتور بگذرد.

اتصال کوتاه در شبکه بسته به محل و نوع آن سبب افت ولتاژ و عبور جریان اتصال کوتاه می‌شود. در اتصال کوتاه سه قطبة شبکه, مجموع جریانهایی که به ترانسفورماتور وارد و از آن خارج می‌شود, با در نظر گرفتن نسبت تبدیل آن برابر صفر است, در صورتی که اگر اتصال کوتاه سه قطبه در داخل ترانسفورماتور اتفاق افتد مجموع جریانهای دو طرف ترانسفورماتور صفر نخواهد شد.

برای سنجش دقیق جریانهای اتصال کوتاه شبکه و حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اثرات آن می‌توان امروزه از دستگاههای زیر استفاده نمود:

     فیوز

   رله جریان زیاد با رله زمانی

    رله دیستانس

در موقع استفاده از این وسایل باید در نظر گرفت که این دستگاه حفاظتی دو وظیفه به عهده دارد: اول این که ترانسفورماتور را در مقابل اثرات مکانیکی و حرارتی جریان اتصال کوتاه حفاظت کند, دوم این که در صورت عمل نکردن دستگاههای حفاظتی شبکه, پیش از آن که این جریان زیاد موجب زیان فراوان و غیر قابل جبران به ترانسفورماتور شود, آنرا از شبکه قطع کند.

 فیوز:

ترانسفورماتورهای با قدرت کم بخصوص ترانسفورماتورهای توزیع و محلی را می‌توان در مقابل جریان زیاد خارجی توسط فیوز که در طرف فشار ضعیف نصب می‌شود, حفاظت نمود.

 رله جریان زیاد و رله زمانی:

در صورتی که از رله جریان زیاد به عنوان حفاظت ترانسفورماتور در مقابل خطاهای خارجی (اتصال کوتاه و غیره) استفاده شود, باید آن را در طرف جریان خروجی ترانسفورماتور نصب کرد و فرمان قطع آن نیز فقط به کلید که انرژی ترانسفورماتور, را به شبکه می‌رساند, داده می‌شود.

اگر برای حفاظت ترانسفورماتور, در طرف ورودی, رله جریان زیاد نصب شده باشد, می‌توان از آن به عنوان حفاظت ترانسفورماتور در مقابل خطر خارجی نیز استفاده کرد.

در این حالت رله جریان زیاد, کلید دو طرف ترانسفورماتور را یک جا و با هم قطع می‌کند.

 رله دیستانس:

رله دیستانس برای حفاظت ترانسفورماتور در موقع اتصال خارجی, بخصوص در موقع اتصال شین به کار برده شده و در طرفی از ترانسفورماتور که به شین وصل است نصب می‌شود.

 اضافه بار:

ازدیاد حرارت ترانسفورماتور ممکن است در اثر تجاوز جریان بار از حد نامی آن و یا در اثر پدید آمدن نقص فنی در دستگاه خنک کننده ترانسفورماتور بوجود آید. البته هر ترانسفورماتور بسته به قطر سیم پیچی و ضخامت عایق بندی آن, می‌تواند تا مدت معینی, تا حدودی جریان اضافه بار را تحمل کند, بدون آن که این جریان اثرات نامطلوبی برای ترانسفورماتور باقی گذارد. به این جهت باید دستگاههای حفاظتی که برای این منظور بکار برده می‌شود در درجه حرارت ترانسفورماتور را کاملاً تحت نظر داشته باشند.

در بار نامی ترانسفورماتور درجه حرارت روغن در بالاترین سطح روغن در حدود 50 تا 60 درجه سانتی گراد است. در این موقع درجه حرارت سیم پیچی  در حدود 70 تا 80 سانتی گراد می‌باشد. وسایل حفاظتی ترانسفورماتور در مقابل اضافه بار عبارتند از:

الف) ترمومتر

ب) رله جریان زیاد تأخیری

ج) رله توی بر

د) رله منعکس کننده حرارتی

 ترمومتر:

جهت کنترل حرارت روغن ترانسفورماتور بکار برده می‌شود.

 رله جریان زیاد تأخیری:

برای حفاظت ترانسفورماتور در مقابل اضافه بار نیز می‌توان از رله جریان زیاد تأخیری استفاده کرد. در این صورت رله جریان زیاد, بارهای قدری زیادتر از جریان نامی را که نمی توانند بلافاصله زیان بخش باشد پس از مدت زیادی و جریانهای خیلی زیادتر از جریان نامی را در مدت کوتاهتری قطع می‌کند.

 رله توی بر:

مزایای رله توی بر نسبت به رله حرارتی در این است که چون توسط این رله فشار روغن در لوله رابط ترانسفورماتور و ظرف انبساط سنجیده می‌شود, علاوه بر درجه حرارت روغن, تغییرات آن نیز مورد کنترل قرار می‌گیرد و این عمل خیلی با ارزش است.

 رله منعکس کننده حرارتی:

یکی از بهترین وسایل حفاظت ترانسفورماتور در مقابل بار زیاد است. زیرا در آن درجه حرارت ترانسفورماتور پیش از بارگیری نیز موثر است و یا به عبارت دیگر توسط این دستگاه هم حرارت سیم پیچی و هم روغن کنترل می‌شود.

 3-15-6) خطاهای غیر الکتریکی:

خطاهای غیر الکتریکی یک ترانسفورماتور عبارتند از:

1- کمبود روغن

2- نقص فنی در دستگاه خنک کننده روغن

3- نقص فنی در تنظیم کننده ولتاژ ترانسفورماتور

 کمبود روغن:

معمولاً قبل از این که سطح روغن ترانسفورماتور بقدری پایین برود که برای ترانسفورماتور خطرناک باشد, رله بوخ هلتس عمل کرده و این نقص را اعلان می‌کند. البته ممکن است از وسیله سنجش سطح روغن که در ظرف انبساط نصب می‌شود نیز استفاده کرد. معمولاً ظرف انبساط مجهز به یک روغن نما می‌باشد و با کنترل کردن گاه و بیگاه آن احتیاج به دستگاه مخصوص سنجش سطح روغن نمی باشد.

 قطع دستگاه خنک کن:

ترانسفورماتورها یا به توسط آب و یا هوا خنک می‌شوند و در هر صورت باید عمل خنک کردن دائمی انجام گیرد. از این جهت اگر از فنیتلاتور (بادبزن) جهت خنک کردن استفاده می‌شود, باید گردش پروانه فنیتلاتور بوسیله ای کنترل شود و اگر از آب جهت قطع جریان روغن استفاده می‌شود, دریچه بسته شود و آژیر خطر به صدا درآید.

 نقص فنی در تنظیم کننده ولتاژ ترانسفورماتور:

کار صحیح تنظیم ولتاژ توسط یک لامپ خبر و یا وسیله دیگری کنترل و مراقبت می‌شود و چون این وسایل مربوط به تنظیم کننده ولتاژ ترانسفورماتور است بحث در آن از موضوع این کتاب خارج می‌باشد.

 16-6) انتخاب نوع و مشخصات ترانسفورماتورهای پست متروی تهران

این پست دو ترانس قدرت با نسبت تبدیل 63/20KV و ظرفیت 30 (MVA) به نامهای T.B, T.A  می‌باشد که توسط کارخانه الکتریکی شانگهای تحت لیسانس ABB ساخته شده است.

مشخصات این دو ترانس قدرت با نام‌های T.A, T.B به شرح زیر می‌باشد:

- قدرت نامی :                           30 MVA

- ردیف ولتاژ :                          63/20(KV)

- نوع ترانسفورماتور از لحاظ کوپلاژ سیم پیچها: ترانسفورماتور با سیم پیچی جداگانه

- سیستم خنک کنندگی:           ONAN – ONAF (70/100%)

- گروه برداری                            Ynd 11

- امپدانس اتصال کوتاه            Z%              13.5%

- نوع تپ چنجر:                          on load

- محل قرار گرفتن تپ چنجر:   روی سیم پیچی فشار قوی

.- تعداد تپ ها:                                   19 پله

- درصد کل تغییرات ولتاژ نسبت به ولتاژ نامی :         

- درجه حرارت ماکزیمم برای روغن ترانس:            

- درجه حرارت ماکزیمم برای سیم پیچهای ترانس:          

- نوع نصب ترانسفورماتورها:                     out door

- نوع نصب سیستم نوترال ترانسفورماتورها: از ترانس زمین استفاده شده و غیر موثر زمین شده است.

قدرت اتصال کوتاه:

- جریان اتصال کوتاه:

الف – در ردیف 63KV

ب – در ردیف 20 KV

 17-6) ترانسفورماتور زمین: (GROUNDING TRANSFORMER)

در سیستم‌های الکتریکی که اتصال آن به صورت مثلث می‌باشد و همچنین به منظور ایجاد یک اتصال زمین در سیستم فوق و تغذیه رله جریانی و ولتاژی از ترانسفورماتور زمین استفاده می‌گردد, تا شبکه را در مقابل اتصال کوتاه حفاظت نماید. لازم به توضیح است در بعضی مواقع, از ترانسفورماتور زمین جهت تأمین مصرف داخلی پست نیز استفاده می‌گردد.

ترانسفورماتور زمین اساساً مشابه ترانسفورماتور معمولی نوع هسته ای می‌باشد.

ترانسفورماتورهای زمین نوع زیگزاگ معمولی‌ترین نوع ترانسفورماتورهای زمین می‌باشند. در این ترانسفورماتورها هر بازوی هسته دارای دو سیم پیچ با دور مساوی می‌باشد. جریان هر فاز ترانسفورماتور زیگزاک  جریان اتصالی زمین می‌باشد.

همانطوریکه مشاهده می‌شود جریان‌ نهایی دو فاز در هر بازوی هسته در جهت مخالف یکدیگر بوده و در نتیجه شار مغناطیسی ایجاد شده بوسیله دو جریان از نظر تئوری همدیگر را خنثی می‌کنند. لذا در شرایط عادی عملاً جریان مغناطیس کننده ترانسفورماتور کوچک می‌باشد.

در هنگام اتصال زمین مولفة صفر جریانها که برای هر سه فاز مقدار مساوی دارد از طریق اتصال زمین ترانسفورماتور در آن جریان می‌یابد و امپدانس کمی در برابر خود می‌بیند و این دلیل عمده استفاده از ترانسفورماتورهای نوع زیگزاگ می‌باشد.

در مواردیکه ترانسفورماتور نوع زیگزاگ وجود ندارد می‌توان از ترانسفورماتور ستاره – مثلث نیز بعنوان ترانسفورماتور زمین استفاده کرد. شکل (2-6)

 18-6) انتخاب نوع و مشخصات ترانسفورماتورهای زمین پست‌های متروی تهران :

ترانسفورماتورهای زمین پست‌های متروی تهران با نام‌های ETB, ETA  ساخت کارخانه ترانسفورماتو شانگهای چین می‌باشد.

مشخصات ترانس زمین ETA, ETB  عبارتست از:

استاندارد                           IEC  289 - 1968

ردیف ولتاژ                                 20(KV)

گروه برداری                                  ZN

سیستم خنک کنندگی                             ONAN

تلفات بی باری                                   1160  W

امپدانس توالی صفر                       

جریان تحمل اتصال کوتاه                           800A (3S)

فرکانس نامی                                    50 Hz

 19-6) ترانسفورماتور مصرف داخلی :

(STATION SERVICE TRANSFORMER)

همانطور که می‌دانید تغذیه تجهیزات داخلی یک پست نظیر روشنایی محوطه, سیستم‌های تهویه شارژر باطری‌ها و غیره یکی از موارد خیلی مهمی است که می‌بایست برای آن تدابیری اندیشید چرا که بی برق شدن یکی از تجهیزات پست باعث مختل شدن روال کار عادی آن می‌گردد. برای جلوگیری از این امر می‌بایست ترانسفورماتورهای مصرف داخلی در جایی قرار داده شوند که از ضریب اطمینان بالایی برخوردار باشند.

برخی از ترانسفورماتورهای قدرتی که وظیفه تغذیه تجهیزات پست‌ها را بعهده می‌گیرند دارای اتصال مثلث – مثلث می‌باشند. علت استفاده از این نوع اتصال این است که اولاً ولتاژ طرف فشار قوی دارای رنج پائینی است و ثانیاً چون در اتصال مثلث سیم صفر وجود ندارد بنابراین ولتاژ خطی شبکه عیناً به دو سر هر کلاف وارد می‌شود و جریان هر کلاف  مرتبه کمتر از جریان خط می‌شود و همچنین مزیت اتصال مثلث – مثلث آنستکه در مواقع اضطراری که یکی از ترانسفورماتورهای تکفاز به تعمیر نیاز دارد می‌توان یکی از ترانسفورماتورهای تکفاز را برای تعمیرات از مدار خارج کرد و دو ترانسفورماتور باقی مانده هنوز می‌توانند مصرف کننده‌های سه فاز را تغذیه کنند. در صورت خارج شدن یک ترانسفورماتور تکفاز اتصال حاصل را اتصال مثلث باز یا V-V می‌نامند که این اتصال می‌تواند 58 درصد توان را تحویل مصرف کننده دهد بدون آنکه سیم پیچ‌ها در این اتصال اضافه بار پیدا نمایند. بنابراین می‌بینیم که با این اتصال هنوز قابلیت اطمینان برای مصرف کننده‌های پست وجود خواهد داشت.

ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن با توجه به حجم وبزرگی ترانسفورماتور ها مقدار زیادی  روغن در تانک آنها وجود دارد که برای ترانسهای  با قدرت بالا  بیش از ۵۰۰ بشکه روغن مصرف میگردد ، به دلایل مختلف روغن ترانسفورماتور احتیاج به تصفیه فیزیکی دارد که در بخش های قبلی توضیحات آن آورده شده بنا بر این در اینجا  فقط نحوه فیلتر اسیون ورعایت استانداردها  گفته شده است.

دستورالعمل عملیات فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور:

۱- ابتدا برای تخلیه روغن در مخزن جداگانه از تمیز بودن و عاری از هر گونه روغن قبلی و سیلد بودن مخزن اطمینان کامل حاصل گردد.

۲- همزمان با تخلیه روغن از ترانس گاز نیتروژن یا هوای کاملاً خشک به اندازه لازم به ترانس تزریق گردد.

۳- پس از تخلیه روغن، فشارگاز نیتروژن را به مقدار  bar0.3 بالا برده و با کف صابون درزهای ترانس را چک کنید.

۴- پس از تخلیه کامل روغن در مخزن جداگانه، فیلترپرس را بازرسی نموده، واز فیلترهای جدید استفاده گردد همچنین مخزن خلاء نیز تخلیه شده باشد وپس از رساندن دمای روغن به دمای۷۵ الی ۸۰ درجه سانتی گراد،روغن در سه گردش کامل توسط دستگاه فیلتر پرس در مخزن سیرکوله گردد.

۵- دستگاه وکیوم پس از تخلیه کامل روغن به ترانس وصل شده و زمانی که عدد وکیوم  به مقدار کمتر از mbar 1  رسید وثابت شد با توجه به ماکزیمم  ولتاژ ترانس طبق استاندارد زیر عمل می کنیم .

زمان لازم برای اعمال خلاء	حداکثر ولتاژترانس
۱۲ ساعت	kv 72.5 >=um ولتاژترانس
۲۴ ساعت	۲۴۵>=Um >=72.5
36 ساعت	۲۴۵>=Um

۶- ترانسهایی که تپ چنجر on load  دارند مخزن تپ چنجر وتانک ترانس را هم فشار نمایند.

۷-   تزریق به تانک ترانس :

۱-۷ – نمونه گیری از روغن و قبل از تزریق به ترانس صورت گیرد وآزمایشات زیر صورت گرفته ومقادیر با توجه به دستورالعمل شرکت توانیردرخصوص آزمایشات زیر رعایت گردد.

مقدار توصیه شده	نام آزمایش
kv 50  ≤	ولتاژ شکست روغن تزریق
cº۴۰  ≤	دمای  روغن تزریق
PPM10 >	میزان آب در روغن
مقدار توصیه شده	آزمایش گاز کروماتوگرافی و نام گاز
PPM5 >	H2
PPM50 >	CO
PPM250 >	CO2
PPM1 >	CH4
PPM0 =	C2H4
PPM0  =	C2H6
PPM0  =	C2H2
PPM5 >	C3H6
PPM5 >	C3H8
PPM1000 >	O2
PPM10000  >	N2

  ۲-۷ – نرخ پر شدن روغن به گونه ای تنظیم کنید که فشار مخزن تغییری نکند

دستورالعمل عملیات فیلتراسیون روغن ترانسفورماتور

  6 – در ترانسفورماتورهایی که آب در روغن بالا دارند بعد از سه بار سیرکوله کامل روغن با دمای ۷۵ الی ۸۰ درجه      

       سانتی گراد، میزان آب در روغن اندازه گیری گردد.

  7- خلاء را بوسیله گاز نیتروژن یا هوای خشک بشکنید.

زمان انتظار بین شکستن  خلاء پس از پر کردن روغن و راه اندازی ترانسفورماتور طبق استاندارد

زمان انتظار( بین شکستن  خلاء و راه اندازی ترانس)	حداکثر ولتاژترانس
۱۶ =<ساعت	kv 72.5 >=um ولتاژترانس
۳۶ =<ساعت	۱۴۵>=Um >=72.5
48 =<ساعت	۱۴۵<=Um

8- ظرف سلیکاژل را در جای خود بسته واز سلیکاژل نو استفاده گردد.

 9- ترانسفورماتور را هواگیری نمایید( کلیه نقاط که دارای پیچ هواگیری می باشند را هوا گیری نمایند)                                                                                                                                                 

 10-  ترانسفورماتور آماده بهره برداری می باشد.

اصولاً در ترانسفورماتورها بین ولتاژ اولیه و ثانویه ، اختلاف فازی حاصل می شود که مقدار آن ، بستگی به طریقه اتصال بین سیم پیچ های مختلف داخل ترانسفورماتور دارد . پس ابتدا باید نحوه اتصالات سیم پیچ های اولیه و ثانویه را مشخص نمود .

برای مشخص نمودن اتصالات سیم پیچ های ترانسفورماتور از حروف اختصاری استفاده می شود . به این ترتیب که اتصال ستاره با Y ، اتصال مثلث با D و اتصال زیگزاگ را با Z نشان می دهند . در ضمن اگر اتصال مورد نظر در طرف فشار قوی باشد ، با حروف بزرگ  و اگر در طرف فشار ضعیف باشد ، با حروف کوچک نمایش می دهند ؛ مثلاً اتصال ستاره – ستاره با Yy و یا اتصال مثلث – زیگزاگ با Dz مشخص می شود ( لازم به ذکر است که حروف معرف اتصال طرف ولتاژ بالا یا فشار قوی ، در ابتدا ، و حروف معرف اتصال طرف ولتاژ پایین ، بعد از آن قرار می گیرد ) . حال اگر در طرف ستاره یا زیگزاگ ، مرکز ستاره یا زیگزاگ ، زمین شده باشد ، متناسب با اینکه اتصال مربوطه در طرف ولتاژ بالا یا پایین باشد ، به ترتیب از حروف N یا n استفاده می شود ؛ مثلاً Yzn یعنی اتصال ستاره – زیگزاگ که مرکز زیگزاگ ، زمین شده است و اتصال ستاره در طرف ولتاژ بالا ، و زیگزاگ در طرف ولتاژ پایین است . 

بعلاوه در ترانسفورماتورها ، هر فاز اولیه با فاز مشابه اش در ثانویه ، اختلاف فاز مشخصی دارد که جزء خصوصیات آن ترانسفورماتور به شمار می آید ؛ مثلاً ممکن است این زاویه 0، 30 ، 150 ، 180 و ... باشد . برای آنکه زاویۀ مذکور ، اختلاف فاز را برای هر ترانسفورماتور مشخص نمایند به صورت مضربی از عدد 30 تبدیل می کنند و مضرب مشخص شده را در جلوی حروف معرف اتصالات طرفین ترانسفورماتور می آورند . مثلاً مشخصه YNd11بیانگر اتصال اولیه ستاره با مرکز ستاره زمین شده و ثانویه ، مثلث است که اختلاف زاویه بین اولیه و ثانویه برابر 330 می باشد . به این عدد گروه ترانسفورماتور می گویند .

به طور کلی مطابق استاندارد IEC76-4 ، نوع اتصالات ترانسفورماتورها می تواند مطابق یکی از اعداد 11،10،8،7،6،5،4،2،1،0 باشد .   

اصولاً اتصالات ترانسفورماتورها به چهار دستۀ مجزا تقسیم می شوند که عبارتند از :

1.     دستۀ یک : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 0،4 یا 8 هستند .

2.     دستۀ دوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 2،6 یا 10 هستند .

3.     دستۀ سوم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 1 یا 5 هستند .

4.     دستۀ چهارم : به ترانسفورماتورهایی گفته می شود که دارای گروه 7 یا 11 هستند .

اما دو موضوع مهم در گروه و اتصال ترانسفورماتورها ، تعیین گروه آنها با توجه به نوع اتصال ، و یا یافتن نوع اتصال سیم پیچ ها با توجه به دانستن گروه ترانسفورماتور می باشد .