تحقیق مقاله افزایش کیفیت توان توسط ترانسفورماتور ها

کنسورسیوم آنالیزسیستم های انرژی (ESAC) متشکل ازدانشگاه های پوردو، میسوری، ویسکانسین،  ناوی و شرکت ABB باریاست دانشگاه پوردو ودانشگاه میسوری تصمیم دارند یک گام اساسی درجهت جانشین نمودن فناوری که درطی یکصدسال گذشته برترانسفورماتورهای غوطه وردر روغن حاکم بوده است بردارند.

این ترانسفورماتورهای جدید بر اساس فناوری نیمه هادیها طراحی می شوند . بدین معنا که عناصر نیمه هادی نظیر ترانزیستورهاو مدارات مجتمع ( آی سی ها ) جانشین سیم پیچ های مسی وهسته های آهن سنگین وزن در ترانسفورماتورهای معمولی می شوند. پروژه فوق تحت نظر اداره مرکزی شرکت ABB  واقع در شهر زوریخ  درسوئیس انجام میگیرد. اخیرا"پروفسور اسکات سادهاف (Scott Sudhoff ) از دانشگاه پوردو مقاله ای در زمینه احتمال جانشین شدن ترانسفورماتورهای نیمه هادی بجای ترانسفورماتورهای معمولی طی دهه آینده، انتشار داده است .

ترانسفورماتور های توزیع عنصر اساسی شبکه های قدرت هستند ، آنها ولتاژ خطوط فشار قوی را به ولتاژ  220V مصرف کننده تبدیل میکنند، که خروجی یک ترانسفورماتور چندین منزل مسکونی را تغذیه میکند .

مزیت اصلی ترانسفورماتورهای نیمه هادی ، افزایش کیفیت انرژی الکتریکی خروجی آنهاست . این مزیت خصوصا" در نواحی که کیفیت انرژی الکتریکی بشدت مورد نظر مصرف کنندگان است اهمیت می یابد .

بارهای مجاور میتوانند مستقیما" روی کیفیت انرژی الکتریکی همدیگر تأ ثیر بگذارند. یک بار سنگین در آپارتمان همسایه (نظیر سوئیچ کردن آسانسور) سبب افت ولتاژخط تغذیه کننده آسانسورمیشود لذا کلیه مصرف کنندگانی که به این خط متصل میشوند دچار افت ولتاژ میشوند و بنابراین نور لامپ ها ، سرعت و گشتاور موتورها (نظیر موتورهای یخچال و….) کاهش میابد و سبب سوختن برخی از این وسائل گردد .

ترانسفورماتورهای نیمه هادی می تواند تمامی مسائل مربوط به کاهش کیفیت انرژی الکتریکی را براحتی حل نمایند . آنها همچنین جریان موثر مورد نیاز برای تغذیه وسائلی نظیر ماشینهای الکتریکی را کاهش داده در نتیجه تلفات خطوط شبکه کاهش می یابد. همچنین ، در این نوع ترانسفورماتورها تلفات ثابت هسته ترانسفورماتورهای معمولی که بصورت شبانه روزی مصرف می شوند بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد که این امر سبب افزایش راندمان آنها می گردد. ضمن اینکه آلودگی زیست محیطی ناشی از نشت روغن ترانسفورماتورهای معمولی را نیز ندارند

نکته دیگربرای مقایسه دوترانسفورماتوراینست که هزینه موادمصرفی نظیرمس وآهن هسته درترانسفورماتور معمولی تقریبا"ثابت است لیکن قیمت قطعات نیمه هادی بسرعت درحال کاهش است .

در این بخش دستگاه ها و ادواتی را تشریح می کنیم که در جهت حفاظت و ایمنی دستگاه ها و اشخاص ، از آنها کمک گرفته شده است .

برقگیر ها و محل نصب آنها :

کارخانه جاتی همچون کارخانه سیمان باید دارای تاسیساتی برای حفاظت در مقابل برخورد مستقیم صاعقه باشند . برای جلوگیری از برخورد مسقیم صاعقه با تاسیسات ، از سیم زمین استفاده می شود که در بلند ترین نقاط دکل ها کشیده می شود . نوع برقگیر سیمی اغلب در اثر برخورد با صاعقه قطع می شود و با اتصال به قطعات زیر ولتاژ باعث اتصال کوتاه لحظه ای یک فاز می شوند ، که چون سیم می سوزد و خود به خود این اتصال هم برطرف می شود . برای سیم های برقگیر یا به عبارت دیگر صاعقه گیر اغلب از « آلو فولاد » استفاده می شود که در روی دکل های بلند استفاده می شوند . این برقگیر ها معمولاً از لوله آهن سفید است .

محل نصب برقگیر ها :

برقگیر ها متناسب با ماکزیمم اختلاف سطحی که با فرکانس نامی شبکه در محل نصب ممکن است پیدا کنند ، انتخاب می شوند .

مشخصات انواع برقگیر ها با فنتیل برای نصب تا ارتفاع 1000  متر از سطح دریا صدق می کند و جهت نصب آنها در ارتفاعات بیشتر باید برقگیر مجدداً متناسب با ارتفاع با ارتفاع نصب ، تنظیم گردد . برقگیر ها همانطور که گفته شد با دو جریان ضربه ای نامی ka  5  و ka  10  ساخته می شود که معمولاً  ka  5  آن در بیشتر مواقع کافی است و فق در مناطق با رعد و برق و صاعقه هایی پی در پی و شدید که برقگیر متوالیاً تحت فشار قرار می گیرد ، برقگیر هایی با جریان ضربه ای نامی ka  10 مناسبتر می باشند .

نظر به اینکه محدوده ایی که در کنترل و محدودیت برقگیر قرار  می گیرد کوچک است ( تا kv  30  تقریباً 30 متر و از kv  30 به بالا در محدود 60  متر ) لذا که همیشه برقگیر در نزدیکی وسیله ای که در تاسیسات با ارزشتر است نصب شود . مثلاً در تاسیسات فشار قوی وسیع گسترده باید برقگیر در کنار ترانسفور ماتور نصب شود و شین ها و خطوط هوایی نیز هر کدام برای خود ، برقگیر مخصوص داشته باشند .

  فیوز :

جریان خروج از کلید فیوز ها و شرکت بریکر ها ( در قسمت بعد تشریح می شود ) به فیوز های منیاتوری سه فاز وارد می شوند . جریان فیوز بستگی به قدرت موتور مورد استفاده دارد . خروجی این فیوز ها به سوی کنتاکت ، کنتاکتور های قدرت هدایت می شوند .

کنتاکت باز و بسته کمکی مربوط به فیوز ها :

در کنار فیوز ها از کنتاکت های کمکی استفاده شده این کنتاکت ها به گونه ای هستند که کنتاکت های باز آن با باز شدن فیوز بسته و کنتاکت های بسته آن با باز شدن فیوز باز می شوند .

سیرکت بریکر (  circuit  breaker  ) :

این کلید در مدار قدرت موتور های با قدرت پایین ( زیر kw  45  ) استفاده شده که به وسیله آن می توان مدار قدرت و مدار فرمان موتور را  قطع یا وصل کرد این کلید دارای رله قابل تنظیم می باشد که بوسیله  آن می توان جریان عبوری از کلید  را تنظیم کرد . به طوری که اگر جریانی بیشتر از مقدار تنظیم شده از کلید عبور کند به طور اتوماتیک قطع می شود . این کلید به صورت سه فاز می باشد که در صورت قطع شدن هر سه تیغه آن با هم قطع می شود . قطع کننده اتوماتیک این کلید به صورت یک سیم پیچ می باشد که در صورت عبور جریان زیاد باعث جذب شدن هسته متحرک قطع مدار می شود .

حفاظت ، با استفاده از اتصال زمین :

در تمام تاسیسات الکتریکی به خصوص تاسیسات فشار قوی ، اتصال ادوات الکتریکی به زمین ، یکی از مهمترین و اساسی ترین اقداماتی است که برای رفاه و سلامتی و اصولاً ادامه زندگی اشخاصی که به نحوی با این تاسیسات در تماس هستند وقتی در خارج از تاسیسات در رفت و آمد می باشند باید با دقت هر چه تمام تر و با توجه به قواعد و قوانینی خاص انجام گیرد که نمونه های آن را در زیر شرح می دهیم .

زمین کردن :

زمین کردن عبارت است از رابطه برقرار کردن بین یک هادی و میل زمین . این هادی ممکن است جزئی از مدار الکتریکی باشد ( زمین کردن الکتریکی ) و یا ممکن است در حالت عادی هیچ گونه ارتباطی با مدار الکتریکی نداشته باشد ( زمین کردن حفاظتی )‌ . در زیر به شرح هر کدام از زمین کردن ها می پردازیم.

الف : زمین کردن الکتریکی :

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاه های الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می باشند . مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفور ماتور و یا ژنراتور و یا زمین کردن سیم وسط یا سیم مشترک دو ژنراتور جریان دائم . زمین کردن الکتریکی سه نوع می باشد :

1-       زمین کردن مستقیم

2-       زمین کردن غیر مستقیم

3-       زمین کردن بار

زمین کردن مستقیم :

مثل وصل کردن مستقیم نقطه صفر ترانسفور ماتور با نقطه ای از سیم رابط بین دو ژنراتور جریان دائم به زمین .

زمین کردن غیر مستقیم :

مانند اتصال نقطه صفر ژنراتور توسط یک مقاومت بزرگ به زمین یا اتصال نقطه صفر ستاره ترانسفور ماتور توسط سلف بزرگ به زمین .

زمین کردن بار :

در این نوع زمین کردن ، نقطه صفر یا اصولاً هر نقطه ای از شبکه الکتریکی که دارای پتانسیل نسب به زمین است توسط یک فیوز فشار قوی ( الکترود جرقه گیر ) به زمین وصل می شود ، تا موقعی که مدار فیوز باز است ، یعنی در حالت کار عادی شبکه ، ارتباط شبکه با زمین باز باشد . ولی در موقع که ولتاژ زیادی شبکه را تهدید می کند ، مدار فیوز به کمک جرقه بسته شود و شبکه مستقیماً با زمین ارتباط برقرار نماید .

ب: زمین کردن حفاظتی :

زمین کردن حفاظتی عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تاسیسات الکتریکی در ارتباط مستقیم ( فلز به فلز ) با مدار الکتریکی قرار ندارد . این زمین کردن به خصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماسی زیاد به کار برده می شود . بدین منظور در تاسیسات فشار قوی باید تمام قسمت های فلزی که در نزدیکی و همسایگی با فشار قوی قرار گرفته اند و امکان تماس عمدی یا سهوی با آنها موجود است ، به تاسیسات زمینی که برای این منظور احداث شده است ( زمین حفاظتی ) متصل و مرتبط گردند . این قسمت ها عبارتند از ستون ها و پایه های فلزی که برای کار کردن با دستگاه باید آنها را لمس کرد و در دست گرفت . مثل انواع تنظیم کننده ها ، رگولاتور ها ، دسته کلید ها و غیره ، زیرا در این قسمت ها در اثر عبور جریان خیلی کم نیز عضلات دست به طوری منقبض می شود که باز کردن و رهایی پیدا کردن از آن   غیر ممکن و محال به نظر می رسد وعاقبتی و خیم برای تماس گیرنده در پی خواهد داشت .

انواع میل های زمین :

میل ها را می توان کلاً به دو دسته تقسیم کرد که عبارتند از :

1- میل عمقی                            

 2- میل سطحی

میل عمقی در اعماق زمین چال می شود و در دو نوع مختلف به کار گرفته می شود که عبارتند از :

الف : میل عمقی میله ای .                      

 ب: میل عمقی صفحه ای