تحقیق مقاله تازه های صنعت برق

موتور ولتاژ بالا

امروزه ساخت ماشین‌های الکتریکی ولتاژ بالا با استفاده از بکارگیری کابلهای ولتاژ بالا در سیم‌پیچی استاتور امکان پذیر شده است. پس از ساخت ژنراتور ولتاژ بالا اکنون شرکت ABB اکنون برای سطح ولتاژهای 20 کیلوولت تا 66 کیلو ولت با توان خروجی 45-5 مگاوات عملی شده است که با توسعه این طرح انتظار می‌رود سطح ولتاژ آن تا 150 کیلو ولت برسد. فن آوری موتور ولتاژ بالا بر مبنای یک طرح جدید و اثبات نشده نمی‌باشد زیرا این طرح‌ برای ژنراتورهای ولتاژ بالا با موفقیت اجرا گردیده است و اکنون ژنراتور ولتاژ بالا در نیروگاه آبی نصب شده است.

مقادیر نامی موتور نمونه آزمایشی است و ماکزیمم توان قابل تحویل به محور آن MW 5/6 می‌باشد. میزان کابل مصرفی برای این طرح سه حلقه می‌باشد که هر حلقه برای یک فاز است و هر کدام طولی در حدود 1500 متر دارد. این موتور مستقیما به شبکه وصل می‌گردد در نتیجه ترانسفورماتور و سوئیچگر ولتاژ متوسط حذف می‌گردد. با حذف ترانسفورماتور و تجهیزات سوئیچگر سرمایه‌گذاری اولیه و همچنین هزینه‌های سرویس، نگهداری و تعمیرات کاهش می‌یابد. با حذف ترانسفورماتور خطر نشتی روغن و آتش سوزی از بین می‌رود. سادگی این طرح سبب کاهش خطرات ناشی از اغتشاشات شبکه می‌گردد و هزینه‌های ناشی از توقف پائین می‌آید. یکی دیگر از مزایای مهم این طرح این است که موتورهای ولتاژ بالا در مقایسه با موتورهای رایج فضای کمتری اشغال می‌نمایند. سیستم خنک کنندگی این نوع موتورها براساس مقادیر نامی بر دو نوع می‌باشد. برای توانهای پائین از سیستم خنک کنندگی هوا استفاده می‌شود ولی در برای توانهای بالاتر استاتور با آب و روتور با هوا خنک می‌گردد.

منبع: شرکت ABB

آدرس: http://www.abb.com

آزمایش موفقیت آمیز ترانسفورماتورهای ابررسانایی HTS

یک تیم تحقیقاتی صنعتی در آمریکا متشکل از مهندسین و دانشمندان که زیر نظر شرکت Waukesha Electric Systems  فعالیت می‌نمایند، در سال 1999 خبر تحول مهمی را در صنعت برق با انجام آزمایش موفقیت آمیز نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای قدرت اعلام نمودند. ترانسفورماتورهای ابر رسانایی جدید در مقایسه با ترانسفورماتورهای رایج، کوچک و سبک‌تر می‌باشند و دارای طول عمر بیشتری نیز هستند. در این نوع ترانسفورماتورها دیگر نیازی به هزاران گالن روغن جهت عایقی و خنک سازی نمی‌باشد و در نتیجه خطر ایجاد حریق و مسائل زیست محیطی را نخواهد داشت. در ابر رساناها به علت عدم وجود مقاومت اهمی در برابر جریان dc تلفات اهمی برابر با صفر است. لذا با استفاده از ابر رساناها در ترانسفورماتورها تلفات کل ترانسفورماتور کاهش قابل ملاحظه‌ای خواهد یافت. تلاشهایی که جهت توسعه ترانسفورماتورهای ابر رسانا انجام می‌گیرد صرفا به خاطر مسائل اقتصادی و کاهش هزینه نیست. یکی دیگر از دلایل طرح این مبحث این است که در مراکز پر تراکم شهری، رشد مصرف 2 درصدی (سالیانه) به معنی نیاز به ارتقاء ظرفیت سیستم‌های موجود است. از طرفی بسیاری از پستهای توزیع به صورت Indoor بوده و در کنار ساختمانها نصب شده‌اند. در این نوع پست‌ها همانند دیگر پستهای توزیع، از ترانسهای روغنی استفاده می‌شود که استفاده از روغن، مشکلات و خطرات زیست محیطی و ایمنی مربوط به خود را دارد. در حالی که ترانسفورماتورهای ابر رسانا ماده خنک کننده نیتروژن است که خطری برای افراد و موجودات زنده ندارد به علاوه در این ترانسفورماتورها، خطر آتش‌سوزی نیز وجود ندارد. به همین لحاظ خنک کننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهای ابررسانا به هیچ عنوان قابل مقایسه با روغنهای قابل اشتعال و مواد شیمیایی شیمی همچون PCB نیست.

آزمایشات بر یک نوع از این ترانسفورماتور با ظرفیت 1 MVA امکان سنجی فنی و سایر مزایای آن را به اثبات رسانده است. یکی از مزایای آن کاهش وزن ترانسفورماتور می‌باشد به طوری که برای یک ترانسفورماتور 30 MVA وزن آن از 48 تن به 24 تن خواهد رسید.

دو تغییر مهم در طراحی ترانسفورماتور که منجر به طراحی و ساخت این نوع ترانسفورماتورهای جدید شده است عبارتند از استفاده از مواد ابررسانایی دمای بالا به جای سیم پیچ‌های رایج مسی و بکارگیری از یک سیستم کوچک خنک سازی به جای سیستم خنک کننده رایج ترانسفورماتورهای معمولی.

ترانسفورماتور MVA , HTS 30 تقریبا به 200 پوند ابر رسانا نیاز خواهد داشت که هیچ گونه مقاومت الکتریکی ندارد و بنابراین هیچ‌گونه حرارتی تولید نخواهد کرد در حالی که در ترانسفورماتورهای رایج سیم‌پیچهای مسی که هزاران پوند وزن دارند منبع اصلی تولید گرما و ایجاد تلفات می‌باشند. فن‌آوری ترانسفورماتور HTS از نظر استفاده از یک سیستم خنک کننده حلقه بسته جهت خنک سازی سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور یکتا می‌باشد و قادر است که دمای سیم پیچ را تا 382- درجه فارنهایت برساند.

ترانسفورماتور HTS آزمایشی 1 MVA به عنوان یک بستر آزمایشی مناسب برای ارزیابی نوآوریهای تازه ساخته شده است.

منبع: شرکت waukesha Electric

آدرس: http://www.waukeshaelectric.com

ژنراتور ولتاژ بالا

شرکت ABB اخیرا ژنراتوری با ولتاژ بالا ابداع کرده است. این ژنراتور بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده به طور مستقیم به شبکه قدرت متصل می‌گردد. ایده جدید به کار گرفته شده در این طرح استفاده از کابل به عنوان سیم پیچ استاتور می‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا برای هر دو کاربرد نیروگاههای حرارتی و آبی مناسب می‌باشد. راندمان بالا، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، تلفات کمتر، تاثیرات منفی کمتر بر محیط زیست از مزایای این نوع ژنراتور می‌باشد. ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی در ولتاژ بالا و جریان پائین کار می‌کند. ماکزیمم ولتاژ خروجی این ژنراتور با تکنولوژی کابل محدود می‌گردد که در حال حاضر با توجه به تکنولوژی بالای ساخت کابلها می‌توان ولتاژ آن را تا سطح 400 کیلو ولت طراحی نمود. هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا به صورت دوار می‌باشد در حالی که در ژنراتورهای معمولی این هادی به صورت مثلثی می‌باشد درنتیجه میدان الکتریکی در ژنراتورهای ولتاژ بالا یکنواخت‌تر می‌باشد. ابعاد سیم پیچ براساس ولتاژ سیستم ماکزیمم قدرت ژنراتور تعیین می‌گردد. در ژنراتورهای ولتاژ بالا لایه خارجی کابل در تمام طول کابل زمین می‌گردد، این امر موجب می‌شود که میدان الکتریکی در طول کابل محدود گردد و دیگر مانند ژنراتورهای معمولی نیاز به کنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم پیچ نباشد. مزایای زمین کردن کابل سیم پیچ استاتور این است که دیگر خطر کرنا یا تخلیه جزیی (PRTIAL Discharge) در هیچ ناحیه‌ای از سیم‌پیچ وجود ندارد و همچنین ایمنی افراد بهره‌بردار و یا تعمیرکار افزایش می‌یابد. سربندی‌ها و اتصالات معمول در فضای خالی مورد دسترس در محل انجام می‌گیرد، بنابراین محل این اتصالات در یک نیروگاه نسبت به نیروگاه دیگر متفاوت می‌باشد، اما درهر حال این اتصالات در خارج از هسته استاتور می‌باشد، برای مثال اتصالات و سربندی‌ها ممکن است زیر ژنراتور و یا خارج از قاب استاتور انجام می‌گیرد. بدین ترتیب اتصالات و سربندی‌ها، مشکلات ناشی از ارتعاشات و لرزش‌های به وجود آمده در ماشینهای معمولی را نخواهند داشت.

در طرح کنونی ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سیستم خنک کنندگی وجود دارد، روتور و سیم‌پیچ‌های انتهایی توسط هوا خنک می‌گردند در حالی که استاتور توسط آب خنک می‌گردد. سیستم خنک کنندگی آب شامل لوله‌های XLPE قرار گرفته شده و در هسته استاتور می‌باشد که آب از این لوله‌ها جریان می‌یابد و هسته استاتور را خنک نگه می‌دارد.

مقایسه جریان اتصال کوتاه در نیروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نیروگاه مجهز به ژنراتور معمولی نشان می‌دهد که به دلیل این که در نیروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راکتانس ترانسفورماتور حذف می‌گردد جریانهای خطا کوچکتر می‌باشد.

منبع: شرکت ABB

آدرس: http://www.abb.com

میکروتوربینها

استفاده از میکروتوربین‌ها در آمریکا گسترش روزافزونی یافته است. پدیده‌ای که امروز Deregulation Power نامیده می‌شود باعث شده است تا در بسیاری جاها، ژنراتورهای خصوصی جای تغذیه از سوی شرکت‌های برق سراسری یا منطقه‌ای را بگیرند.

در حال حاضر بیش از 66 درصد از حرفه‌ها در ایالات متحده دارای نوعی از تولید برق اضطراری یا پشتیبان هستند. میکروتوبین‌ها هم به صورت مستقل و هم در اتصال با شبکه می‌توانند کار کنند. پراکنده شدن توزیع انرژی باعث شده است که میکروتوربین‌ها قابلیت ایجاد انقلابی را در ساختار صنعت برق هم از نظر تغذیه و هم از نظر تقاضا داشته باشند. عوامل اصلی توسعه میکروتوربین‌ها عبارتند از:

پیشرفت تکنولوژی

نیاز به انرژی با کیفیت بالاتر

قابلیت اطمینان بالا

راندمان بالاتر

سازندگان میکروتوربین‌ها

در حال حاضر دو سازنده میکروتوربین وجود دارند که دارای دستگاههای آماده فروش هستند.

میکروتوربین Allied Signal با سوخت‌های مختلف گاز و مایع کار می‌کند. این میکروتوربین‌ که Parlon 75 نامیده می‌شود برای شرکت‌های متوسط و کوچک طراحی شده است. انتظار می‌رود که اکثر شرکت‌ها به طور متناوب یا در زمان پیک بار از این میکروتوربین استفاده کنند. Parlon 75 تنها یک قسمت متحرک دارد. به این دلیل اصطکاک داخلی بسیار کم است هزینه‌های نگهداری پایین‌تر و قابلیت اطمینان هم بالاتر است.

میکروتوربین Copstone بیش از 6000 ساعت کار مداوم در نوامبر 1999 داشته است و برای مقاصد صنعتی و تجاری هر دو به کار می‌رود. این میکروتوربین‌ها با گاز طبیعی فشار بالا و پایین، پروپان، گازوئیل و گاز H2S تا 7% کار می‌کند. همه اجزای گردشی روی یک شافت نصب شده‌اند و به وسیله یاتاقان‌‌های هوایی نگهداری می‌شوند.

منبع: مجله PEI

آدرس: http://www.power-eng-intl.com

ارتقاء کیفیت توان با استفاده از میکروتوربینها

شرکت Harbec Plastics سازنده قطعات پلاستیکی برای صنایع پزشکی و غذایی دارای تجارب ناخوش آیندی از قطع توان در کارخانجاتش می‌باشد. مجموعه تجهیزات این کارخانه یک پروسه تولید پیچیده شامل 30 ماشین (Computer Numerical–Controlled) و تعدادی ماشین CAD (Computer Aided Design) می‌باشد.

قطع لحظه‌ای قدرت در کارخانه باعث خروج از تنظیم ماشینهای CNC خواهد شد. در بهترین وضعیت خروج یک ماشین نیاز به شش تا هشت ساعت زمان برای بازیابی عملکرد عادی وراه‌اندازی مجدد دارد. در بدترین وضعیت باعث تخریب محصول شده، تولیدات چند روز را ضایع می‌سازد.

مدیریت شرکت خواهان یک راه حل بود که مستقل از شبکه، بتواند یک منبع تغذیه AC مداوم و پیوسته را برای تغذیه بارها و موتورهای الکتریکی کارخانه ایجاد نماید. خصوصیات منبع مورد نیاز در دسترس بودن به صورت مداوم اقتصادی بودن قابلیت تولید ولتاژ سه فاز نیاز کم به تعمیرات اقتصادی بودن سوخت آن، تشعشعات و آلودگی کم بود. پس از مطالعه انواع سیستمها از جمله ژنراتورها، میکروتوربینهای بزرگ، سلولهای سوختنی و فتوولتائیک سرانجام شرکت راه حل میکروتوربینها را برگزید.

فناوری میکروتوربین:

میکروتوربینها ژنراتورهای کوچک الکتریسیته و حرارت می‌باشند که عملکرد آنها مشابه یک توربین جت است با این تفاوت که می‌توانند تنوعی از سوختهای اقتصادی قابل دسترسی نظیر گاز طبیعی، گازوئیل و پروپانول را بپذیرند. این واحدها که از نظر حجم تقریبا به اندازه یک یخچال می‌باشند قابلیت کار در یک شبکه (متصل به شبکه) عملکرد به صورت مستقل و جدا از شبکه و سرانجام مد دوگانه را دارا می‌باشند.

کارکرد در حالت اتصال به شبکه به واحد اجازه کار به صورت موازی با شبکه را می‌دهد به نحوی که آن را برای تامین بار پایه و پیک زدایی مهیا می‌کند. حالت عملکرد مستقل امکان کارکرد واحد را به صورت کاملا مستقل از شبکه فراهم می‌کند. درحال دو گانه واحد می‌تواند بین دو حالت ذکر شده قبلی به صورت اتوماتیک ( یا دستی) سوئیچ شود.

میکروتوربینها شامل یک توربوژنراتور، بخش الکترونیک قدرت دیجیتالی و یک سیستم سوخت می‌باشند. توربوژنراتور شامل یک سیستم احتراق مکانیکی با تنها یک قسمت متحرک ( یک محور با یک روتور توربین در یک انتها و یک ژنراتور مغناطیسی دائم در قسمت دیگر) و همچنین یک کمپرسور هوامی‌باشد. کمپرسور هوا را به داخل کشیده و پس از افزایش فشار آن و گرم کردن اولیه هوا هوای گرم شده با سوخت مخلوط شده، محترق می‌گردد.

انبساط مخلوط هوا و سوخت باعث گردش محور توربین و نهایتا ایجاد الکتریسیته می‌گردد. گرم کردن اولیه هوا راندمان سیستم را با توجه به کاهش سوخت مصرفی افزایش می‌دهد.

سیستم میکروتوربین‌ توسط هوا خنک شده و تنها دارای یک عضو متحرک روی تکیه‌گاههای هوایی است.

این امر فرسودگی و تعمیر قطعات را حداقل کرده روغنکاری، خنک کننده و سیستمهای مرتبط با آنها را حذف می‌کند. همچنین قسمت الکترونیک قدرت که شامل یک اینورتر با کلیدهای نوع IGBT و سیستم کنترل مبتنی بر DSP می‌باشد با هوا خنک می‌گردد.