امتیاز : 7

چكيده : 

 

در اين  (پژوهش) به مطالعه ارتباط بين منحني مغناطيس شوندگي هسته ترانسفور ماتور و ناپايداريهاي هارمونيکي ناشي از آن مي پردازيم .سپس انواع هارمونيک هاي ولتاژ و جريان و اثرات آنها را بر روي سيستم هاي قدرت ، در حالات مختلف مورد بررسي قرار   مي دهيم0 در قسمت بعد به بررسي چگونگي حذف هارمونيک ها در ترانسفور ماتور هاي قدرت با استفاده از اتصالات ستاره ومثلث سيم پيچي ها مي پردازيم .و در نها يت نيز جبرانکننده ها ي استاتيک و فيلتر ها را به منظور حذف  هارمونيک هاي سيستم قدرت مورد مطالعه قرار مي دهيم.

 

کلمات کليدي :

ناپايداري هارمونيکي ، منحني مغناطيس شوندگي ، فيلترها ، سيستم قدرت ، هارمونيک ولتاژ و جريان ، جبرانساز استا تيک 

اين پروژه شامل پنج فصل است كه : 

فصل اول :در موردشناخت ترانسفورماتور و آشنايي كلي با اصول اوليه ترانسفورماتور اصول كار و مشخصات اسمي ترانسفورماتور و چگونگي تعيين تلفات در ترانسفورماتور و ساختمان ووسايل حفاظتي بكار رفته در ترانسفورماتور بحث مي كند . 

فصل دوم :در مورد رابطه بين B – H و منحني مغناطيس شوندگي تلفات پس ماند هسته جريان تحريكي در ترانسفورماتورها و ناپايداري هارمونيكي مرتبط با هسته و چگونگي ايجاد ناپايداري كنترل ناپايداري و آناليز هارمونيكي جريان مغناطيس كننده و عناصر اشباع را مورد بررسي قرار مي دهد . 

فصل سوم :در اين فصل با هارمونيكهاي جريان ولتاژ اثرات آنها و هارمونيكهاي جريان در يك سيستم  خازن و يك سيستم  پس از نصب خازن و عيوب هارمونيكهاي جريان و هارمونيكهاي ولتاژ و چگونگي تعيين آنها را مورد بررسي قرار مي دهد . 

فصل چهارم : دراين فصل به بررسي عملكرد هارمونيك در ترانسفورماتور مي پردازيم و انواع آن در اتصالات ترانس را مورد بررسي قرار مي دهيم و هارمونيك سوم در ترانسفورماتور و ايجاد سيم پيچ ثالثيه يا پايداركننده براي حذف هارمونيك و همچنين تلفات هارمونيكها در ترانسفورماتور مي پردازيم . 

فصل پنجم:در اين فصل به منظورحذف هارمونيکهاواثرات آنها در سيستمهاي قدرت،به مطالعه جبرانکننده هاي استاتيک مي پردازيم. امروزه در سيستم هاي قدرت مدرت جبران كننده هاي استاتيك بعنوان كامل ترين جبران كننده ها مطرح هستند. 

 

 

فهرست مطالب

 

عنوان صفحه

مقدمه 1

فصل اول: شناخت ترانسفورماتور 6

1-1 مقدمه 7

2-1 تعريف ترانسفورماتور 7

3-1 اصول اوليه 7

4-1 القاء متقابل 7

5-1 اصول کار ترانسفورماتور 9

6-1 مشخصات اسمي ترانسفورماتور 12

1-6-1 قدرت اسمي 12

2-6-1 ولتاژ اسمي اوليه 12

3-6-1 جريان اسمي 12

4-6-1 فرکانس اسمي 12

5-6-1 نسبت تبديل اسمي 13

7-1 تعيين تلفات در ترانسفورماتورها 13

1-7-1 تلفات آهني 13

2-7-1 تلفات فوکو در هسته 13

3-7-1 تلفات هيسترزيس 14

4-7-1 مقدار تلفات هيسترزيس 16

5-7-1 تلفات مس 16

8-1 ساختمان ترانسفورماتور 17

1-8-1 مدار مغناطيسي (هسته) 17

2-8-1 مدار الكتريكي (سيم پيچها) 17

1-2-8-1 تپ چنجر 18

2-2-8-1 انواع تپ چنجر 18

3-8-1 مخزن روغن 19

مخزن انبساط 19

4-8-1 مواد عايق 19

الف - كاغذهاي عايق 20

ب - روغن عايق 20

ج - بوشينكهاي عايق 20

5-8-1 وسايل حفاظتي 21

الف – رله بوخهلتس 21

ب – رله كنترل درجه حرارت سيم پيچ 22

ج – ظرفيت سيلي گاژل 23

9-1 جرقه گير 24

1-10 پيچ ارت 24

فصل دوم: بررسي بين منحني B-H و آناليز هارمونيكي جريان مغناطيس كننده 26

1-2 مقدمه 27

2-2 منحني مغناطيس شوندگي 27

3-2 پس ماند (هيسترزيس) 30

4-2 تلفات پس ماند (تلفات هيسترزيس) 32

5-2 تلفات هسته 32

6-2 جريان تحريك 33

7-2 پديده تحريك در ترانسفورماتورها 33

8-2 تعريف و مفهوم هارمونيك ها 36

1-8-2 هارمونيك ها 36

2-8-2 هارمونيك هاي مياني 37

9-2 ناپايداري هارمونيكي مرتبط با هسته ترانس در سيستمهاي AC-DC 37

10-2 واكنشهاي فركانسي AC-DC 37

11-2 چگونگي ايجاد ناپايداري 39

12-2 تحليل ناپايداري 40

13-2 كنترل ناپايداري 41

14-2 جريان مغناطيس كننده ترانسفورماتور 42

1-14-2 عناصر قابل اشباع 42

2-14-2 وسايل فرومغناطيسي 43

فصل سوم : تأثير هارمونيكهاي جريان ولتاژ روي ترانسفورماتورهاي قدرت 46

1-3 مقدمه 47

2-3 مروري بر تعاريف اساسي 47

3-3 اعوجاج هارمونيكها در نمونه هايي از شبكه 49

4-3 اثرات هارمونيك ها 51

5-3 نقش ترميم در سيستمهاي قدرت با استفاده از اثر خازنها 52

1-5-3 توزيع هارمونيكهاي جريان در يك سيستم قدرت بدون خازن 52

2-5-3 توزيع هارمونيكهاي جريان در يك سيستم پس از نصب خازن 52

6-3 رفتار ترانسفورماتور در اثر هارمونيكهاي جريان 54

7-3 عيوب هارمونيكها در ترانسفورماتور 54

1-7-3 هارمونيكهاي جريان 54

1) اثر بر تلفات اهمي 54

2) تداخل الكترومغناطيسي با مدارهاي مخابراتي 54

3) تأثير بر روي تلفات هسته 55

2-7-3 هارمونيك هاي ولتاژ 55

1) تنش ولتاژ روي عايق 55

2) تداخل الكترواستاتيكي در مدارهاي مخابراتي 55

3) ولتاژ تشديد بزرگ 56

8-3 حذف هارمونيكها 56

1) چگالي شار كمتر 56

2) نوع اتصال 57

3) اتصال مثلث سيم پيچي اوليه يا ثانويه 57

4) استفاده از سيم پيچ سومين 57

5) ترانسفورماتور ستاره – مثلث زمين 57

9-3 طراحي ترانسفورماتور براي سازگاري با هارمونيك ها 58

10-3 چگونگي تعيين هارمونيكها 59

11-3 اثرات هارمونيكهاي جريان مرتبه بالا روي ترانسفورماتور 59

12-3 مفاهيم تئوري 60

1-12-3 مدل سازي 60

13- 3 نتايج عمل 61

14-3 راه حل ها 62

15-3 نتيجه گيري نهايي 62

فصل چهارم: بررسي عملكرد هارمونيك ها در ترانسفورماتورهاي قدرت 63

1-4 مقدمه 64

2-4- پديده هارمونيك در ترانسفورماتور سه فاز 64

3-4 اتصال ستاره 68

1-3-4 ترانسفورماتورهاي با مدار مغناطيسي مجزا و مستقل 68

2-3-4 ترانسفورماتورها با مدار مغناطيسي پيوسته يا تزويج شده 71

4-4 اتصال Yy ستاره با نقطه خنثي 72

5-4 اتصال Dy 72

6-4 اتصال yd 73

7-4 اتصال Dd 74

8-4 هارمونيك هاي سوم در عمل ترانسفورماتور سه فاز 74

9-4 سيم پيچ ثالثيه يا پايداركننده 76

10-4 تلفات هارمونيك در ترانسفورماتور 77

1-10-4 تلفات جريان گردابي در هادي هاي ترانسفورماتور 77

2-10-4 تلفات هيسترزيس هسته 77

3-10-4 تلفات جريان گردابي در هسته 78

4-10-4 كاهش ظرفيت ترانسفورماتور 79

فصل پنجم: جبران كننده هاي استاتيك 80

1-5 مقدمه 81

2-5 راكتور كنترل شده با تريستور TCR 81

1-2-5 تركيب TCR و خازنهاي ثابت موازي 87

3-5 راكتور اشباع شدهSCR 88

1-3-5 شيب مشخصه ولتاژ 89

نتيجه گيري 91

منابع و مآخذ 92

چكيده به زبان انگليسي 94

 

فهرست تصاوير

 

عنوان صفحه

فصل اول 6

شكل1-1: نمايش خطوط شار 8

شكل2-1: شماي كلي ترانسفورماتور 9

شكل3-1: رابطه فوران و نيروي محركه مغناطيسي 11

شكل4-1: نمايش منحني هاي هيستر زيس 15

شكل5-1: نمايش بوشيگ هاي عايق 20

شكل6-1: يك نمونه رله 22

شكل7-1: رله كنترل درجه حرارت سيم پيچ ها 23

شكل8-1: ظرف سيلي كاژل 23

شكل9-1: شماي كلي يك ترانسفورماتور با مخزن روغن و سيستم جرقه گير 24

شكل10-1: نمايش پيچ ارت 25

فصل دوم 26

شكل1-2: نمايش شدت جريان در هسته چنبره شكل 28

شكل2-2: منحني مغناطيس شوندگي 29

شكل3-2: منحني مغناطيس شوندگي 29

شكل4-2: منحني هاي هيستر زيس 31

شكل5-2: حلقه هاي ايستا و پويا 32

شكل6-2: شكل موج جريان مغناطيس كننده 34

شكل7-2: شكل موج جريان تحريك با پسماند 35

شكل8-2: شكل موج شار  براي جريان مغناطيس كننده سينوسي 36

شكل9-2: نمايش هارمونيك هاي توالي مثبت و منفي 38

شكل10-2: تركيبdc توالي منفي توليد شده توسط مبدلHVDC 39

شكل11-2: نمايش امپدانس هايAC,DC در روش سيستم حوزه فركانس 40

شكل12-2: مقايسه حالات مختلف اشباع 41

شكل13-2: مشخصه مغناطيسي ترانسفورماتور 42

شكل14-2: جريان مغناطيس كننده ترانس و محتواي هارمونيكي آن 43

شكل15-2: مدار معادلT براي يك ترانسفورماتور 44

شكل16-2: منحني شار مغناطيسي برحسب جريان ترانسفورماتور 44

شكل17-2: نمونه شكل موج جريان مغناطيسي براي يك ترانسفورماتور 44

فصل سوم 46

شكل1-3: مولدهاي هارموني جريان 47

شكل2-3: هارمونيك پنجم با ضريب35% 48

شكل3-3: طيف هارمونيك ها 50

شكل4-3: جريان تحميل شده روي جريان اصلي 50

شكل5-3: طيف هارمونيك ها 50

شكل6-3: جريان تحميل شده روي جريان اصلي 50

شكل7-3: مسير هارمونيكي جريان در سيستم بدون خازن 52

شكل8-3: مسير هارموني هاي جريان در سيستم پس از نصب خازن 53

شكل9-3: تداخل الكترو استاتيكي با مدارهاي مغناطيسي 55

شكل10-3: ولتاژ تشديد بزرگ در اثر هارمونيك سوم 56

شكل11-3: ترانسفورماتور ستاره مثلث زمين، براي حذف هارمونيك هاي مضرب3 58

شكل12-3: طراحي ترانسفورماتور براي سازگاري با هارمونيك ها 58

شكل13-3: مدار معادل ساده شده سيم پيچ ترانسفورماتور 60

شكل14-3: توزيع ولتاژ در طول يك سيم پيچ 61

فصل چهارم 63

شكل1-4: نمودار برداري ولتاژهاي مؤلفه اصلي، سوم، پنجم و هفتم 65

شكل2-4: نمودار برداري ولتاژهاي اصلي، هارمونيك پنجم وهفتم 66

شكل3-4: نمايش نيروي محركه الكتريكيemf اتصال ستاره در هر لحظه 66

شكل4-4:نمايش هارمونيك هاي سوم در اتصال مثلث 66

شكل5-4: مربوط به نوسان نقطه خنثي 70

شكل6-4: مسير پارهاي هارمونيك سوم (مضرب سه) در ترانسفورماتورهاي سه فاز 

نوع هسته اي 71

شكل7-4: ترانسفورماتور با اتصالY-yبدون بار 75

شكل8-4: سيم پيچ سومين (ثالثيه) 77

فصل پنجم 80

شكل1-5: ساختمان شماتيكTCR 81

شكل2-5: منحني تغييرات  بر حسب زاويه هدايت  و زاويه آتش 83

شكل3-5: مشخصه ولتاژ- جريانTCR 84

شكل4-5: يك نمونه صافي با استفاده ازL.C 85

شكل5-5: حذف هارمونيك سوم با استفاده از مدارTCR با اتصال ستاره 86

شكل6-5: حدف هارمونيك هاي پنجم وهفتم با استفاده از مدار TCR با اتصال ستاره 86

شكل7-5: بررسي اختلال در شبكه قدرت قبل و بعد از استفاده از جبران كننده با خازن 87

شكل8-5: منحني مشخصه ولتاژ- جريانSR 88

شكل9-5: حذف هارمونيك هاي شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شدهSR 88

شكل10-5: منحني مشخصه ولتاژ- جريانSR با خازن اصلاح شيب 89

شكل 11-5 : حذف هارمونيكهاي شبكه قدرت با استفاده از راكتور اشباع شده SR 89

شكل 12-5: منحني مشخصه ولتاژ – جريان SR  با خازن اصلاح شيب 90

 

فهرست جداول

 

عنوان صفحه

فصل دوم

جدول1-2: مقادير هارمونيك ها در جريان مغناطيسي يك ترانسفورماتور 45

 

مقدمه : 

در سيستم  هاي قدرت پيشرفته انرژي الكتريكي توسط ژنراتورهاي سه فاز توليد مي شود كه پس از انتقال به صورت سه فاز توزيع مي شود . به دلايل اقتصادي از ايستگاه تا مصرف ولتاژ چندين بار افزايش و كاهش مي يابد .در هر باز افزايش و كاهش ولتاژ ت سه فاز موردنياز است . بدين جهت در سيستم  هاي قدرت سه فاز از تعداد زيادي ترانسفورماتور سه فاز استفاده مي شود . براي هر تبديل ولتاژ از مقداري به مقدار ديگر ممكن است از سه واحد ترانسفورماتور تك فاز يا يك واحد ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود . در ترانسفورماتورهاي قدرت و توزيع جريان تحريك تنها درصد كوچكي ( 2 تا 6%) از جريان نامي است . پديده هارمونيك در ترانسفورماتورهاي قدرت بسيار مهم است . زيرا تحت شرايط معيني هارمونيك هاي جريان تحريك باعث عمل عمدي تجهزات حفاظتي مي گردند ممكن است باعث تداخل در مدارهاي مخابراتي شوند . نظر به اين مسئله مهندسين مخابرات و سيستم  انرژي بايد قادر به بررسي و حذف چنين شرايط باشند . از اين رو هارمونيك در ترانسفورماتور از اهميت ويژه اي برخوردار است . 

اولين مورد از مشكلات اعوجاجات هارمونيكي در سال 1893 در شهر هارتفورد امريكا پيش آمد،به اين صورت كه يك موتور الكتريكي با گرم شدن زياد باعث خرابي عايقبندي خود شد. پس از آزمايشات معلوم شد كه علت اين امر تشديد ايجاد شده در خط انتقال ، ناشي از وجود هارمونيكها بوده است.

مشكل بعدي ،يك ژنراتور سه فاز 125 هرتز با ولتاژ 8/3  كيلوولت ساخت شركت جنرال الكتريك امريكا بود. در اين موردهمه محاسبات با تقريبهاي خوبي انجام شده بودولي بازهم تشديد در خط انتقال بود . با محاسبه اندوكتانس و ظرفيت خازني خط انتقال و احتمالاً اندوكتانس بار،مشاهده شد كه در فركانس حدود 1600 هرتز ( هارمونيك سيزدهم‌ ) در خط تشديد ايجاد مي شود.شكل موجهاي ولتاژ ژنراتور نيروگاه و موتور سنكرون داراي مؤلفه هاي هارمونيكي قابل توجه بودند.

اين فرايند محاسبات واندازه گيري توسط يك موج نماي ساده در آن سال انجام شد كه شكل موج را به صورت نقطه به نقطه از طريق قطع و وصل مرتب يك زبانه ،نمونه گيري مي كرد. امروزه با استفاده از هارمونيك سنجهاي ديجيتال و با بكارگيري الگوريتم هاي سريع " تبديل فوريه گسسته " مي توان بصورت بدون وقفه اعوجاجات هارمونيكي را اندازه گيري كرد.

دو سال بعداز اولين مورد مشاهده مشكلات هارمونيكي ، شركتهاي وستينگهاوس و جنرال الكتريك، طرحهاي جديدي را براي ژنراتورها معرفي نمودند كه در اين طرح ها، از سيم پيچهاي غير متمركز در آرميچر استفاده كردند و به تبع آن شكل موج را بهبود بخشيده و به اصطلاح سينوسي تر كردند.

مشكل ديگر هارمونيكها در شكل موج ژنراتورها ، مربوط به جريان بسيار زياد نول ژنراتورهايي بود كه به صورت موازي نصب و مستقيماً زمين مي شدند. امروزه اين مساله كاملاً شناخته شده است و مربوط به هارمونيك سوم ولتاژ و صفر بودن توالي اين هارمونيك در ماشينهايي مي باشد كه به صورت ستاره بسته شده اند. 

مشكل ديگر ، " هماهنگي هارمونيكي " يا همان " ضريب تداخل تلفني TIF " مي باشد.

 

 ـ  فيلتر كردن هارمونيكها :

از اولين سالهائي كه مشكلات اعوجاجات هارمونيكي شناخته شدند ،‌از خازن شانت shunt براي بهبود ضريب توان در سيستم هاي الكتريكي استفاده مي شد.امروزه بسياري از اين خازنها به يك سلف سري مجهز و تبديل به يك فيلتر هارمونيكي تك تنظيمه شده اند .

 ـ هارمونيكها در شبكه قدرت :

اكثر اعوجاجات ايجاد شده در شكل موجهاي ولتاژ و جريان شبكه قدرت ناشي از بارهايي هستند كه داراي مشخصه غير خطي بوده ويا درآنها از عناصر الكترونيك قدرت استفاده مي شود. پيشرفت سريع نيمه هاديها انقلابي در كنترل فرآيندهاي صنعتي و تبديل انرژي بوجود آورده است .

از آن جهت كه نيمه هاديها ي قدرت در هر نقطه از شكل موج ولتاژ به ناگهان روشن يا خاموش مي شوند ، حالتهاي گذرائي با فركانس نوسان بالا ودامنه ميرا شونده پديد مي آورند . اگر در هر پريود عمل كليد زني  در نقطه مشابهي انجام شود ،‌حالت گذرا شكلي متناوب به خود مي گيرد .همچنين سيگنالهاي غير سينوسي را مي توان با استفاده از بسط سري فوريه بصورت مجموعي از امواج سينوسي بيان نمود كه به " هارمونيكهاي شبكه قدرت " موسومند و فركانس آنها مضربي صحيح از فركانس قدرت مي باشد. هنگامي كه اثر سلفها و خازنهاي شبكه نيز مد نظر قرار گيرد ، اهميت اعوجاجات هارمونيكي دو چندان مي شود . در حقيقت چون سيگنال اعوجاج يافته داراي مؤلفه هايي با فركانس هاي متفاوت مي باشد ، دريكي از اين فركانسها امكان ايجاد تشديد بين يكي از خازنها و سلف معادل شبكه وجود دارد كه به تبع آن ، دامنه هارمونيك مربوط به فركانس تشديد افزايش نيز مي يابد.

 

ـ منابع توليد هارمونيكها :

منابع توليد هارمونيكها به دو گروه « غير وابسته»‌ و « وابسته » به عناصر نيمه هادي تقسيم مي شوند . منابع غير وابسته به عناصر نيمه هادي عبارتند از :

ـ اعوجاجات مو جود در شكل موج ولتاژ ماشينهاي الكتريكي كه معمولاً ناشي از عدم توزيع يكنواخت سيم پيچ هاي اين ماشينها و وجود شيارها مي باشد .

ـ يكنواخت نبودن رلوكتانس فاصله هوائي بين دو قطب در ماشين سنكرون .

 ـ اعوجاج شار مغناطيسي ناشي از تغييرات نا گهاني بار در ماشين سنكرون .

ـ توزيع غير سينوسي شار مغناطيسي در فاصله هوائي ماشين سنكرون .

ـ جريان مغناطيس كنندگي ترانسفور ماتورها .

ـ ‌وجود بارهاي غير خطي نظير دستگاههاي جوش كاري ،‌كوره هاي الكتريكي و غيره .

منابع وابسته به عناصر نيمه هادي عبارتند از :

ـ تجهيزات كنترلي موتورها مانند كنترل كننده هاي سرعت براي سيستم هاي حمل ونقل برقي .

ـ سيستم انتقال انرژي جريان مستقيم ( HVDC ) .

ـ برقراري ارتباط بين دو نيروگاه بادي و خورشيدي و سيستم توزيع .

ـ كنترل كننده هاي ولتاژ ساكن ( SVC ) كه بطور گسترده به عنوان منبع توان راكتيو جايگزين كندانسورهاي سنكرون شده اند.

ـ وسايل نقليه الكتريكي كه با استفاده گسترده از آنها مقدار قابل توجهي انرژي براي شارژ كردن باطريها لازم مي باشد.

ـ مبدلهاي فركانسي كه در ماشين هايي كه سرعت كم وگشتاور بالا دارند كاربرد فراوان دارند.

ـ عناصر حرارتي كوره هاي بزرگ كه به روش PBM  كنترل مي شوند .

 

ـ آثـار  هارمونيكهـا :

برخي از آثار سوء هارمونيكها در شبكه قدرت كه ناكنون گزارش شده اند به قرار زير مي باشند :

ـ خرابي بانك خازني بدليل شكست عايقي يا افزايش بيش از حد توان راكتيو .

ـ‌ تداخل با سيستم هاي كنترل اعوجاج و PLC  و در نتيجه عدم كاركرد صحيح اين سيستم ها كه وظيفه انجام اعمالي چون كليد زني از راه دور ، كنترل بار واندازه گيري را بر عهده دارند.

ـ تلفات اضافي و ايجاد حرارت زياد در ماشينهاي سنكرون و القائي .

ـ اضافه ولتاژها و جريانهاي اضافي در سيستم كه ناشي از تشديد ولتاژها و جريانهاي هارمونيكي در شبكه هستند .

ـ شكست عايقي در كابل ها به خاطر اضافه ولتاژهاي هارمونيكي در سيستم .

ـ تداخل با سيستم هاي مخابراتي . 

ـ خطا در دستگاههاي اندازه گيري الكتريكي كه به روش القا كار مي كنند.

ـ عملكرد اشتباه رله ها ، بخصوص در سيستم هاي استاتيكي و ميكرو پروسسوري .

ـ تداخل در سيستم هاي كنترل موتوري بزرگ و سيستم هاي تحريك در نيروگاهها .

ـ نوسانات مكانيكي در ماشينهاي سنكرون و القائي .

ـ عملكرد نا پايدار مدارهاي آتش بخصوص مدارهائي كه بر اساس تشخيص نقطه صفر ولتاژ عمل مي كنند.

وسايل حفاظتي 

الف – رله بوخهلتس 

رله بوخهلتس وسيله اي است كه جهت حفاظت دستگاههايي كه توسط روغن خنك مي شوند به كار مي رود از رله بوخهلتس جهت حفاظت ترانسفورماتور استفاده  مي شود اين رله بين مخزن اصلي و ترانس و مخزن ذخيره روغن نصب مي شود رله بوخهلتس بسيار دقيق بوده و به محض اتفاق كوچكترين خطائي عمل مي نمايدو از وارد آمدن خسارت به ترانسفورماتور جلوگيري مي كند . عواملي كه سبب به كار انداختن اين رله مي شود عبارت است از : 

جرقه بين هسته و قسمتهاي مختلف ترانس 

اتصال زمين 

اتصال بين حلقهاي كلاف 

قطع شدن يك فاز 

سوختن آهن و چكه كردن روغن از تانك 

گازهاي توليد شده در اثر جرقه در داخل رله بوخهلتس جمع شده و سبب مي شود شناور رله عمل كند كه در اين حالت فرمان الارم صادر مي گردداما اگر اتصالي شديد باشد و يا سطح روغن از حد مجاز پايين تر رود سبب مي شود كه شناور دوم رله بوخهلتس عمل نموده كه در اين حالت ترانسفورماتور كلا از مدار تغذيه و بار قطع مي شود پس از قطع شدن ترانسفورماتور در اثر عملكرد رله بوخهلتس بايد گاز هايي كه در محفظه گاز رله جمع شده است خارج نمود تاشناور مجددا به محل اوليه خود باز گردند . 

معمولا رله بوخهلتس را بر روي كليه ترانسفورماتور هاي روغني كه قدرت آنها از KVA 315 بالا تر است جهت حفاظت داخلي نصب مي نمايند . 

ب- رله كنترل درجه حرارت سيم پيچ 

رله كنترل حرارت يكي از مهمترين وسايل حفاظت ترانسفورماتور در مقابل بار زياد است زيرا در آن درجه حرارت ترانسفورماتور پيش از بارگيري نيز موثر است و يا به عبارت ديگر توسط اين دستگاه حرارت سيم پيچ و روغن هر دو كنترل مي شود . 

رله كنترل درجه حرارت تشكيل شده است از يك لوله كه در داخل ظرف ترانسفورماتور در محل مخصوصي نصب مي شود در داخل اين لوله يك سيم پيچ گرم كن يك مقاومت سنجشي و يك اتوترانسفورمر استفاده مي شود . 

3 هارمونيكهاي جريان 

1) اثر بر تلفات اهمي 

وجود هارمونيكهاي جريان گردشي در سيم پيچهاي ترانسفورماتور افزايش تلفات ، افزايش درجه حرارت و نتيجتا كاهش راندمان را به همراه خواهد داشت . 

2) تداخل الكترومغناطيسي با مدارهاي مخابراتي 

هارمونيك هاي جريان در اطراف هادي هاي خطوط انتقال ، هامورنيك هاي شار با فركانس هاي متناظر ايجاد مي كنند . اين هارمونيك هاي شار مغناطيسي نيروهاي محركه الكتريكي در مدارهاي مخابراتي كه به موازات خطوط انتقال كشيده شده اند القاء مي كنند و در نتيجه تداخل ايجاد مي شود براي مثال در يك ترانسفورماتور   با چهار سيم تغذيه ( يا با اوليه و ثانويه داراي خنثي زمين شده ) هارمونيك هاي مضرب سه جريان مي توانند در خطوط جاري شوند و بنابراين اين تداخل در مدارهاي مخابراتي مجاور ايجاد مي كنند . اين تداخل القائي در حالتي كه از سيم هاي كمكي استفاده مي شود و ممكن است باعث عملكرد غلط وسائل حفاظتي گردد . 

3) تاثير بر روي تلفات هسته 

موقعي كه موج نيروي محركه الكتريكي قله دار باشد موج شار به صورت سر پهن مي گردد . بنابراين تلفات پس ماند كه تقريبا متناسب با مجذور شار است كاهش مي يابد . اما تلفات فوكو كه متناسب با مجذور نيروي محركه الكتريكي است افزايش مي يابد . از آنجا كه تلفات پس ماند بخش عمده اي از تلفات هسته را تشكيل مي دهد در مجموع تلفات هسته كاهش مي يابد . اما اگر موج نيروي محركه الكتريكي سر پهن شود تلفات هسته افزايش مي يابد . توجه كنيد كه هنگامي كه هارمونيك هاي سوم جريان در سيم پيچي ترانسفورماتور جاري نمي شوند موج شار سر پهن مي گردد . 

2-7-3 هارمونيك هاي ولتاژ 

1) تنش ولتاژ روي عايق 

در برخي اوقات ولتاژ سيم پيچي ها از مقادير نامي شان تجاوز مي كند . اگر اين حالت اتفاق بيفتد عايق ترانسفورماتور متحمل تنش ولتاژ بالا شده كه در نتيجه افزايش  تلفات عايقي را به همراه دارد و عمر عايق كوتاه مي شود و راندمان ترانسفورماتور كاهش مي يابد . براي مثال در ترانسفورماتور هاي   ( بدون نقطه خنثي ) ولتاژهاي فاز بيشتر ازولتاژهاي نامي و حوالي هارمونيك سوم مي باشند و بنابرين در ترانسفورماتور هاي   (بدون نقطه خنثي )عمر عايق كوتاه و كارآئي آن كاهش مي يابد.

 

4 تلفات هيستر زيس هسته 

ترانسفورماتور هاي استاندارد با اندوكسيون مغناطيسي نسبتا زياد كار مي كنند كه معمولا بيش از 7/1 تسلا مي باشد اين مقدار در نزديكي نقطه زانوي منحني اشباع كه حدود 2 تسلا است قرار دارد . پيش از اينكه بيان شود كه از صورت وجود هارمونيك  ها جريان r.m.s منتجه بزرگتر مي شود . اين مطلب براي پيك جريان نيز صادق است ودر نتيجه افزايش پيك فلوي مغناطيسي منتجه نيز افزايش مي يابد به بيان ديگر هارمونيك  هاي جريان توليد هارمونيك  هاي فلوي مغناطيسي مي كند  با فلوي ناشي از جريان اصلي جمع شده و سبب افزايش پيك فلوي منتجه مي شود . اين بنوبه خود سطح منحني هيستر زيس را افزايش مي هد . نهايتا منجر به اشباع هسته و اعوجاج بيشتر در جريان الكتريكي مي شود ميزان تاثير هارمونيك  بر تلفات هسته بستگي به نقطه اشباع هسته ترانس دارد . به بيان ديگر تلفات درلايه هاي هسته ترانس بستگي به مقدار و شكل موج چگالي شار مغناطيسي دارد ازطرفي ميزان اندوكسيون بستگي به ولتاژ خواهد داشت . اكنون به منظور بررسي دقيق تر موضوع يك موج ولتاژ غير سينوسي را در نظر مي گيريم . 

  

با فرض0  ) =  V(0) = V (موج سينوسي پايه موج فوق بصورت زير در مي آيد :                                                                

                                                                             

در صورتيكه تلفات هيستر زيس ترانسفورماتور ناشي از يك سينوسي فوق ارتباط P R بناميم آنگاه نسبت بين تلفات در حضور هارمونيك  به تلفات در خصوص موج سينوسي برابر خواهد بود :   

 

كه در اين معادله : 

oh : زاويه فاز هارمونيك  ولتاژ 

s : ضريب اشتيمنس و برابر (6/1 تا 8/1 ) است . 

قابل توجه است كه اغتشاش ولتاژ تاثير بسيار كمي برتلفات هيستر زيس در لايه هاي هسته ترانسفورماتور ايجاد مي كند . 

3-10-4 تلفات جريان گردابي در هسته 

به دليل ارتباط غير خطي مشخصه B –H مواد مغناطيسي مورد استفاده در هسته ترانسفورماتور بخصوص در نقطه كار ترانسفورماتور استفاده  از روش جمع آثار به منظور تاثير هارمونيك  هاي موجود در موج ولتاژ بر تلفات گردابي امكان پذير نمي باشد . در بررسيهاي كه در زير به عمل آمده است ميزان تلفات جريان گردابي بصورت زير تخمين شده است . 

 

اگر ترانسفورماتور در ناحيه خطي منحني B –H كار نمايد مي توان از معادله ساده زير به منظور تخمين تلفات جريان گردابي در اثر هارمونيكها استفاده نمود . 

 

ضريب kh<1 مي باشد و تابعي از عمق نفوذ امواج الكترومغناطيس با فركانس hf در هسته مي باشد . 

4-10-4 كاهش ظرفيت ترانسفورماتور 

انتخاب ترانسفورماتور ها از نظر توان نامي با توجه به نياز بار در ولتاژ سينوسي نامي و مشخص تعيين مي گردد و ابعاد و ظرفيت ترانسفورماتور براساس توان اكتيو و راكتيوي كه بايستي تغذيه كند تعيين مي شود . 

در صورتي كه از ترانسفورماتور جريان غير سينوسي عبور كند وبه عبارتي مصرف كننده ها از ترانسفورماتور داراي هارمونيك  باشد در نتيجه توان و جريان موثري كه توسط ترانس بايد تغذيه گردد بيشتر مي گردد . در چنين حالتي احتمال بيش از حد گرم شدن ترانسفورماتور و در نتيجه كاهش عمر آن به دليل افزايش تلفات زياد خواهد بود . به همين دليل در هنگام انتخاب ترانسفورماتور ها براي تغذيه بارهايي با جريان غير سينوسي ميزان كاهش ظرفيت ترانس ناشي از جريان غير سينوسي بايد تخمين زده شود .

فرمول زير براي تعيين ضريب كاهش ظرفيت ترانسفورماتور در اثر وجود هارمونيك  ارائه شده است . 

 

 

  گزارش تخلف  |  افزودن به فایل های من | mjavad25 | تاریخ ارسال : 24 /12 /1393

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.