اهمیت ترانسفورماتور ها در صنعت برق و شبکه هیا صنعتی، برکسی پوشیده نیست. امروزه یکی از ملزومات اساسی در انتقال و توزیع الکتریکی در جهان ترانسفورماتورها، می‌باشند.
ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی جهت تغییر سطح ولتاژ الکتریکی به‌منظور کاهش تلفات ولتاژ در فرآیند انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به‌کار می‌روند.
در صنعت سیمان، به‌عنوان یکی از مصرف کننده‌های بزرگ برق و استفاده از سطوح ولتاژ مختلف در آن، استفاده از ترانسفور ماتورها یکی از ارکان اجتناب‌ناپذیر می‌باشد.
در این مقاله به اختصار ترانسفورماتورها، ساختمان آنها، تعمیرات و نگهداری آنها مورد بررسی قرار گرفته است.
● ساختمان ترانسفور ماتور
ترانسفورماتورها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها می‌توان به سه دسته کوچک، متوسط و بزرگ دسته‌بندی کرد. ساختمان ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط به‌دلیل مسائل فاظتی و عایق‌بندی و امکانات موجود، نسبت به انواع کوچک آن پیچیده‌تر است. اجزاء تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور به شرح زیر است:
● هسته ترانسفورماتور
هسته ترانسفورماتور متشکل از ورقه‌های نازکی است که سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفور ماتورها محاسبه میشود. برای کم کردن تلفات آهنی هسته ترانسفور ماتور را نمی‌توان به‌طور یکپارچه ساخت. بلکه معمولاً آنها را از ورقه‌های نازک فلزی که نسبت به یکدیگر عایق هستند، می‌سازند این ورقه‌ها از آهن بدون پسماند با آلیاژی از سیلیسیم (حداکثر ۴.۵ درصد) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی و قابلیت هدایت مغناطیسی زیادی است ساخته می‌شوند . زیاد بودن مقدار سیلیسیم، باعث شکننده شدن ورق‌ها میشود. برای عایق کردن ورق‌های ترانسفورماتور، در گذشته از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانده می‌شد، استفاده می‌کردند، اما امروز در هنگام ساختن و نورد این ورقه ها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت ۲ تا ۲۰ میکرون به‌عنوان عایق بر روی آنها مالیده میشود، که باعث پوشاندن روی ورقه‌ها می‌گردد. علاوه بر این، از لاک مخصوصی نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه‌ها استفاده میشود. تمامی ورقه‌های ترانسفور ماتور دارای یک لایه عایق هستند. در هنگام محاسبه سطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد. ورقه‌های ترانسفور ماتورها را به ضخامت‌های ۰.۳۵ و ۰.۵ میلیمتر و در اندازه‌های استاندارد می‌سازند. باید دقت کرد که سطح عایق شده‌ٔ ورقه‌های ترانسفور ماتور همگی در یک جهت باشند (مثلاً همه به طرف بالا) علاوه بر این تا حد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذکر است ورقه‌ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آنها نیز جلوگیری شود.
● سیم پیچ ترانسفور ماتور
معمولاً برای سیم‌پیچ اولیه و ثانویه ترانسفور ماتور از هادی‌های مسی با عایق (روپوش) لاکی استفاده می‌کنند، که با سطح مقطع گرد و اندازه‌های استاندارد وجود دارند و با قطر آنها مشخص می‌شوند. در ترانسفور ماتورهای پرقدرت از هادی‌های مسی که به‌صورت تسمه هستند استفاده می‌شوند و ابعاد این گونه هادی‌ها نیز استاندارد است.
سیم پیچی ترانسفور ماتور به این ترتیب است که سر سیم‌پیچ‌ها را به‌وسیله روکش عایق‌ها از سوراخ‌های قرقره خارج می‌کنند، تا بدین ترتیب سیم‌ها، قطع (خصوصاً در سیم‌های نازک و لایه‌های اول) یا زخمی نشوند، علاوه بر این بهتر است رنگ روکش‌ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفور ماتورهای دارای چندین سیم پیچ، به‌راحت بتوان سر هم سیم‌پیچ را مشخص کرد. بعد از اتمام سیم‌پیچی یا تعمیر سیم‌پیچ‌ها ترانسفور ماتور باید آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بدنه و سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه آزمایش کرد.
● قرقره ترانسفور ماتور
برای حفاظت و نگهداری از سیم پیچ‌های ترانسفورماتور خصوصاً در ترانسفورماتورهای کوچک باید از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره باید از مواد عایق باشد. قرقره معمولاً از کاغذ عایق سخت، فیبرهای استخوانی یا مواد ترموپلاستیک می‌سازند. قر‌قره‌هائی که از جنس ترموپلاستیک هستند، معمولاً یک تکه ساخته می‌شوند ولی برای ساختن قرقره‌های دیگر آنها را در چند قطعه تهیه و سپس بر روی همدیگر سوار می‌کنند. بر روی دیواره‌های قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم‌پیچ از آنها خارج شود.
اندازه قرقره باید با اندازهٔ ورقه‌های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم‌پیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود، که از لبه‌های قرقره مقداری پائین‌تر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقه‌های ترانسفور ماتور، لایه‌ٔ روئی سیم پیچ صدمه نبیند. اندازه قرقره‌های ترانسفور ماتورها نیز استاندارد هستند، اما در تمام موارد، با توجه به نیاز، قرقره مناسب را می‌توان طراحی کرد.
● نکات قابل توجه قبل از حمل ترانس های قدرت
پس از پایان مراحل ساخت و انجام موفقیت‌آمیز آزمایشات کارخانه‌ای، قبل از جابه‌جائی ترانسفورماتور، از محلی به محل دیگر و قبل از بارگیری باید اقدامات زیر به روی ترانسفور ماتور انجام گیرد، به‌منظور کاهش ابعاد و وزن ترانسفورماتور و نیز از نظر فنی و محدودیّت‌های ترافیکی، باید تجهیزات جنبی ترانسفورماتور ”کنسرواتور (منبع انبساط)، بوشینگ‌ها و...“ باز و به‌طور جداگانه بسته‌بندی و آماده حمل گردند. اما خود ترانسفورماتور به طریق زیر حمل می‌گردد.
الف حمل با روغن: ترانسفورماتورهای کوچک و ترانسفورماتورهائی که وزن و ابعاد آنها مشکلاتی را از نظر حمل ایجاد نمی‌نمایند، معمولاً با روغن حمل می‌گردند. در این حال سطح روغن باید حدوداً ۱۵ سانتیمتر پایین‌تر از درپوش اصلی (سقف) ترانسفورماتور قرار داشته باشد.
▪ توجه:
فاصله ۱۵ سانتیمتری فوق‌الذکر در مورد کلیه ترانسفورماتور ها یکسان نبوده و توصیه میشود و به دستورالعمل کارخانه سازنده مراجعه شود.
لازم به ذکر است که در هنگام حمل روغن، قسمت فعال (Active Part) ترانسفورماتور باید کاملاً در داخل روغن قرار گیرد.
به‌منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت و هوا به داخل ترانسفورماتور، فضای بین روغن و سقف ترانسفورماتور را با هوای خشک و یا گاز نیتروژن با فشار حدود ۲/۰ بار در هوای ۲۰ درجه پر می‌کنند. لازم به ذکراست که گاز نیتروژن باید کاملاً خشک باشد، در این حالت با نصب یک محفظه سیلیکاژل بسته (آب‌بندی شده) بر روی ترانسفورماتور عمل جذب رطوبت انجام میشود. ضمناً جهت جلوگیری از پاشیدن روغن به داخل سیلیکاژل در طول حمل از یک وسیله حفاظتی استفاده میشود.
حمل بدون روغن: ترانسفورماتورهای بزرگ بدون روغن حمل می‌گردند. در این موارد پس از تخلیه روغن، ترانسفورماتور را با هوای خشک (دارای رطوبت کمتر از ppmv ۲۵ و نقطه میعان کمتر از ۶۰ درجه سانتیگراد) یا با نیتروژن (با درجه خلوص ۹.۹۹%) پر می‌کنند. لازم به ذکر است که در این حالت نیز در طول حمل باید فشار هوا یا نیتروژن به‌طور مرتب کنترل گردد.
▪ نکات قابل توجه و مهم در نصب و قبل از راه‌اندازی:
۱) کنترل ضربه‌نگار
۲) کنترل فشار هوا
۳) کنترل نقطه شبنم و اکسیژن
۴) کنترل استقرار ترانسفورماتور بر روی فوندانسیون
۵) کنترل تجهیزات جنبی ترانسفورماتور شامل بوشینگ، سیستم خنک کننده، رادیاتور، فن، پمپ، کنسرواتور و ملحقات آن
۶) سیستم تنفسی
۷) شیر اطمینان
۸) ترمومترها شامل ترمومتر روغن (کالیبره کردن ترمومتر) و ترمومتر سیم پیچ
۹) تپ چنجر
• روغن ترانسفور ماتور
روغن‌های ترانسفور ماتور عمدتاً ترکیبات پیچیده‌ای از هیدروکربن‌های مشتق از نفت خام می‌باشند و به جهت دارا بودن خواص مورد نیاز، این نوع روغن‌ها جهت ترانسفورماتورها مناسب‌تر تشخیص داده شده‌اند.
خواص مورد نیاز برای روغن‌های ترانسفور ماتور به‌طور خلاصه عبارتند از:
▪ عایق کاری الکتریکی
▪ انتقال حرارت
▪ قابلیت خاموش کردن قوس‌الکتریکی
▪ پایداری شیمیائی
▪ سیل کردن ترانسفورماتور
▪ جلوگیری از خوردگی
▪ در مورد سفارش خرید روغن برای ترانسفورماتورها دو مورد مهم را مدنظر قرار می‌دهیم.
▪ انتخاب نوع روغن ترانسفورماتور
نوع روغن و کیفیت آن، براساس طراحی ترانسفورماتورها می‌باشد. به‌عنوان مثال در یکی از بررسی‌ها نوعی چسب که در داخل ترانسفورماتور به‌کار برده شده بود توسط روغن ترانس حل گردید و باعث شد که ذرات چسب داخل روغن پراکنده شود و منجر به کاهش دی‌الکتریک روغن گردد. مورد دیگری که مورد آزمایش قرار گرفت، این بود که کاتالیزور مس و آهن باعث از بین بردن روغن تشخیص داده شده است. بنابراین نوع ترانسفورماتور و مواد به کار رفته در آن درتعیین نوع و کیفیت روغن آن تأثیر زیادی دارد.