همه چیز در مورد مقره ها

مقدمه

یکی از اجزاء مهم شبکه های فشار قوی ، مقره ها می باشد که بر حسب ولتاژ مورد استفاده و شرایط محیطی از نظر آلودگی و رطوبت ، شکل خاصی به خود می گیرند. وظایف مقره ها در شبکه ها را می توان به صورت زیر بیان نمود : 1. تحمل وزن هادی های خطوط انتقال و توزیع برای نگهداری سیم های هوایی روی پایه ها و دکل ها در بدترین شرایط (یعنی موقعی که ضخامت یخ و برف تشکیل شده روی سیم ها در حداکثر مقدار باشد) را داشته باشد و اصولاً باید بتوانند بیشترین نیروهای مکانیکی وارد شده بر ان ها را تحمل کنند. 2. عایق بندی هادی ها و زمین و بین هادی ها با یکدیگر به عهده مقره است. یعنی مقره ها باید از استقامت الکتریکی کافی برخوردار باشند تا بتوانند بین فازهای شبکه و دکل ها که متصل به زمین هستند ایزولاسیون کافی برای تحمل ولتاژ فازها را داشته باشند. استقامت الکتریکی آن ها باید در حدی باشد کهدر بدترین شرایط (یعنی در حضور رطوبت ، باران ، آلودگی و بروز صاعقه با ولتاژ بالا) دچار شکست کامی الکتریکی نشوند. بنابراین مقره ها باید دارای خصوصیات زیر باشند : 1. استقامت الکتریکی بالا. 2. استقامت مکانیکی بالا. 3. عاری از ناخالصی و حفره های داخلی. 4. استقامت در برابر تغییرات درجه حرارت و عدم تغییر شکل در اثر تغییر دما (با توجه به ضریب انبساط حرارتی که بایستی کم باشد). 5. ضریب اطمینان بالا. 6. ضریب تلفات عایقی کم. 7. در برابر نفوذ آب و آلودگی ها مقاوم باشد. جنس مقره ها جنس مقره ها معمولاً از چینی یا شیشه است. مقره های چینی از سه ماده مختلف تشکیل شده است : 1. کائولین یا خاک چینی AL2O3-2SIO2-2H2O به مقدار 40 تا 50 درصد. 2. سیلیکات آلومینیوم (فلداسپات) K2O-AL2O3-6SIO2 به مقدار 25 تا 30 درصد. 3. خاک کوارتز SIO2 به مقدار حداکثر 25 درصد. این سه نوع با ترتیب برای بالا بردن استقامت حرارتی ، الکتریکی و مکانیکی به کار می روند. به عبارت دیگر خواص الکتریکی ، مکانیکی و حرارتی چینی بستگی به درصد فراوانی این سه جزء دارد. هر چه فلداسپات بیشتر باشد استقامت الکتریکی آن زیادتر می شود و هر چه مقدار کوارتز بیشتر شود ، استقامت مکانیکی آن بیشتر شده و با افزایش کائولین ، استقامت حرارتی آن بیشتر می شود. برای تهیه چینی ، مواد فوق را با کمی آب خالص مخلوط می کنند تا به صورت گل و خمیر در آید. سپس این گل را در قالب های معینی شکل داده و در کوره حرارت می دهند تا پخته شود و رطوبت آن نیز گرفته شود. البته قبل از قالب گیری ، درصد رطوبت گل را پایین می آورند و تحت خلاء ان را پرس می کنند ، پس از ریخته شدن آن را سرد می کنند. ولی سرد کردن آن به طور ناگهانی انجام نمی شود و با ملایم این کار صورت می گیرد. تا ترکی در آن ایجاد نشود. پس از این مرحله یک لایه لعاب شیشه ای بر روی آن می ریزند تا سطح آن کاملاً خالی از وجود حباب ها و ترک های مویین گردد. لعاب شیشه ای علاوه بر افزایش استقامت مکانیکی مقره قدرت چسبندگی گرد و غبار و نفوذ گرد و غبار و رطوبت را کاهش می دهد. همچنین باعث ایجاد یک سطح کاملاً صاف می شود که باعث افزایش مقاومت سطحی عایق می شود. درجه حرارت پختن در کوره نیز در تعیین استقامت الکتریکی و مکانیکی مقره چینی مؤثر است که هر چه در درجه حرارت بالاتری قرار داده شود ، حبابهای هوا در آن کمتر به وجود می آیند و استقامت الکتریکی آن زیاد می شود اما در عوض عایق خیلی ترد و شکننده می شود و هرچه درجه حرارت پختن در کوره کمتر شود استقامت مکانیکی آن بیشتر می شود و هر چه درجه حرارت پختن در کوره کمتر می شود ، استقامت مکانیکی آن بیشتر می شود ، ولی حفره های بیشتری در آن باقی می ماند و استقامت الکتریکی آن بیشتر می شود ولی حفره های بیشتری در آن باقی می ماند و استقامت الکتریکی آن کاهش می یابد. معمولاً درجه حرارت پخت در کوره را بین 1200 تا 1500 درجه نگه م دارند. در نتیجه ، استقامت الکتریکی چینی بین 120 (kv/cm) تا 280 (kv/cm) می باشد. همچنین استقامت مکانیکی چینی در برابر نیروی فشاری 690 (MNt/m2) (در مقاطع بزرگتر 275 (MNt/m2) ) و در برابر نیروی کششی 48 (MNt/m2) (در مقاطع بزرگتر 20 (MNt/m2)) و در برابر نیروی خمشی 95 (MNt/m2) می باشد. از خواص بسیار مهم چینی می توان آسان شکل گرفتن آن ها و استقامت در برابر مواد شیمیایی و تغییرات جوی را نام برد. شیشه معمولاً شیشه را در درجه حرارت هی بالا با مخلوطی از مواد مختلف از جمله آهک و پودر کوارتز ذوب می نمایند و سپس به طور ناگهانی آن را سرد نموده و قالب ریزی می کنند. این عمل ((Toughening) باعث سفت شدن شیشه می شود). بدین ترتیب مقره شیشه ای با استقامت مکانیکی خیلی زیاد بدست می آید که در مقابل لب پریدگی از چینی مقاوم تر است و استقامت مکانیکیفشاری آن 5/1 برابر چینی است و استقامت مکانیکی آن در برابر نیروهای خمشی اندک ، کمتر از چینی است. همچنین استقامت الکتریکی آن هم خیلی بیشتر از عایق های چینی است (بین 500 تا 1000 کیلو ولت بر سانتی متر). مزیت دیگر شیشه این است که ضریب انبساط حرارتی آن کوچک است و در نتیجه تغییر شکل نسبی آن در اثر تغییر درجه حرارت ، خیلی کم است. همچنین در مقره های شیشه ای ، قبل از بروز ترک ، کاملاً خرد می شوند و لذا از روی زمین به راحتی می توان مقره معیوب را تشخیص داد. بر خلاف مقره های چینی ، در واقع ساخت مقره های شیشه ای ، معمولاً حفره در آن به وجود نمی آید و اگر ترک یا حفره ای هم باشد به راحتی قابل مشاهده است. به علاوه به علت عبور نور خورشید از آن در اثر شاف بودن ، مقاومت آن در برابر نور خورشید بیشتر است . اما معایب شیشه آن است که : 1. اولاً رطوبت به راحتی در سطح آن تقطیر می شود. 2. به علت تغییر شکل نسبی داخلی پس از سرد شدن ، نمی توان مقره های بزرگی از آن ها ساخت. 3. گرد و خاک را بیشتر به خود جذب می کند. شکست الکتریکی در مقره ها دو نوع شکست در مقره ها ممکن است رخ دهد : 1. سوراخ شدن مقره ( شکست الکتریکی داخل بدنه مقره) : این شکست بستگی به جنس مقره ، ضخامت بدنه مقره و ناخالصی های آن دارد که غالباً اتفاق نمی افتد ؛ مگر در هنگام صاعقه های بسیار خطرناک و امواج سیار روی خط چین رخ می دهد. ضخامت بدنه مقره را طوری طراحی می کنند که برای ولتاژهای ضربه صاعقه ای و امواج سیار ناشی از سویچینگ سوراخ نشود. 2. جرقه سطحی مقره : به علت اینکه سح مقره ها با هوا در ارتباط است و با توجه به اینکه استقامت الکتریکی هوا خیلی کمتر از مقره ها است لذا قبل از سوراخ شدن ، در روی سطح مقره ها جرقه زده می شود. معمولاً اگر بر روی سطح مقره ها گرد و غبار و رطوبت و آلودگی بنشیند به سطح آن رسانا می شود و یک جریان نشتی روی سطح مقره بین هادی و پایه فلزی آن بر قرار می گردد و باعث پایین آمدن ارزش عایقی سطح مقره می شود. لذا اولاً سطح عایق ها را طویل می سازندتا مسیر جریان نشتی طولانی تر شود و ارزش عایقی سطحی زیاد از دست نرود. دیگر آن که سسطح عایق را به صورت چتری می سازند تا باران از آن ریخته شده و ابعاد مقره نیز بزرگ نشود و بالاخره جای خشک هم داشته باشد. شیب چترها باید طوری باشد که روی سطوح هم پتانسیل یعنی عمود بر خطوط میدان بین هادی و میله قرار گیرند. زیرا اگر بین دو نقطه ای که دارای اختلاف پتانسیل باشند ، سطح رسانای ناشی از گرد و غبار تشکیل می شود ، جریان زیادتری جاری شده و جرقه سطحی زودتر زده می شود. انواع مقره ها بر حسب کاربرد این نوع وسیله ، مقره ها را به سه دسته تقسیم می کنند : 1. مقره های خطوط هوایی : برای عایق کردن هادی ها نسبت به پایه (دکل) و نسبت به یکدیگر و نگهداری هادی ها بر روی پایه ها از این نوع مقره استفاده می شود. 2. مقره های اتکایی : برای عایق کاری باس بارها در پست ها و تابلوها نسبت به زمین و نگهداری آن ها از این نوع مقره ها استفاده می شود. 3. مقره های عبوری یا بوشینگ ها : از این نوع مقره ها برای عبور باس بارها از دیواره ها یا ورود به تجهیزات استفاده می شود. همچنین برای ایزوله کردن خطوط یا باس بارها نسبت دیوارها یا بدنه تجهیزات هم به کار می رود. اکنون به توضیح تک تک این نوع مقره ها خواهیم پرداخت . البته درصد بسیار زیادی از مقره های مورد استفاده از نوع مقره های خطوط هوایی می باشد. انواع مقره های خطوط هوایی الف) مقره های سوزنی (میخی) : از این مقره ها برای نگهداری خطوط توزیع 11 و 20 و 33 کیلو ولت استفاده می شود که بیشتر به صورت یکپارچه ساخته می شوند و معمولاً به شکل ناقوس کلیسا هستند و هادی خط روی شیار بالایی مقره قرار می گیرد و توسط یک سیستم به مقره محکم می شود. مقره توسط یک پیچ فولادی که در داخل مقره محکم شده است به بازوی دکل بسته می شود. اطراف پیچ فولادی را با فلز نرم مانند سرب یا سیمان پر می کنند تا چینی مقره با فولاد سخت در تماس نباشد و در اثر گشتاور خمشی شکسته نشود. چترهای روی مقره هم به خاطر ایجاد مسیر طولانی و همچنین ایجاد نقاط خشک در هنگام بارندگی و هم لغزان بودن سطح مقره برای باقی نماندن باران بر روی سطح مقره ایجاد می شود. به عبارت دیگر در حالت مرطوب بودن مقره ، فاصله جرقه برابر مجموع کوتاهترین فاصله از لبه یک چتر به نزدیکترین نقطه روی چتر پایینی به اضافه فاصله از لبه چتر پایینی تا پایه فلزی مقره می باشد. همچنین در حالت خشک بودن مقره کوتاهترین فاصله از هادی تا پایه فلزی مقره است. به این منظور ، ضریب اطمینان مقره را به صورت زیر تعریف می کنند. ولتاژ لازم برای جرقه سطحی = ضریب اطمینان مقره ولتاژ نامی مقره در شبکه های 20 کیلو ولت ، ضریب اطمینان هوای خشک مقره های میخی برابر 6 و برای هوای مرطوب به مقدار 4 است. همچنین در شبکه های 11 KV این ضریب در هوای خشک برابر 2/8 و برای هوای مرطوب به مقدار 5 است. ب) مقره های آویزان (در مقره های خطوط هوایی) : در ولتاژهای بالاتر از 50 کیلو ولت که در سیستم های انتقال و فوق توزیع استفاده می شود ، استفاده از مقره های سوزنی به علت نیاز به ضخامت زیادتر و پیچیده تر شدن ساختمان مقره ها و گرانتر شدن و غیر اقتصادی بودن آن ها امکان پذیر نیست. لذا در ولتاژهای بالا از مقره های آویزان می شود و هادی خط به وسیله کلمپ فلزی به پایین ترین مقره بشقابی زنجیره متصل می گردد. هر مقره بشقابی از یک دیک بشقاب از جنس چینی یا شیشه تشکیل شده است که در قسمت بالایی آن ،یک کلاهک چدنی گالوانیزه توسط سیمان مخصوصی به نام Alumina (که مقاومت الکتریکی بالا و از استقامت مکانیکی و چسبندگی بالایی برخوردار است) به شیشه یا چینی متصل شده است و در قیمت پایین مقره نیز یک پین (pin) فولادی گالوانیزه که آن هم به وسیله سیمان مخصوص Alumina به مقره متصل شده است. همچنین مسیر زیر بشقاب ها به صورت چین دار است تا طول مسیر جریان نشتی افزایش یابد. پین فولادی هر مقره در داخل حفره کلاهک مقره پایینی قرار گرفته و با زدن گیره اطمینان ( اشپیل Split-Pin ). حفره : کلاهک از سوراخ ریز مقابل آن اتصال پین و کلاهک محکم می شود. دو مقره ضمن اتصال محکم به مقره در محل اتصال به صورت لولایی حرکت آزادانه هم دارند. قطر بشقاب های این نوع مقره ها معمولاً بین 150 تا 360 میلیمتر و یا بیشتر می باشد . استقامت مکانیکی آن ها هم معمولاً بین 40 تا 300 کیلو نیوتن می باشد. مزایای استفاده از مقره های بشقابی را می توان به صورت زیر بیان نمود : 1. چون هر واحد مقره بشقابی برای یک ولتاژ نامی پایینی (در حدود 11 کیلو ولت) طراحی می شود. متناسب با ولتاژ خط می توان به تعداد دلخواه از این بشقاب ها را به هم متصل نمود تا یک زنجیره آن بتواند ولتاژ خط را تحمل کند (قابلیت انتخاب تعداد بشقاب ها). 2. اگر هر کدام از بشقاب های یک زنجیره مقره آویزان ، معیوب یا صدمه ببیند فقط لازم است همان یک بشقاب عوض شود و نیازی به تعویض کل زنجیره نیست (اقتصادی بودن مقره). 3. چون زنجیره مقره به کراس آرم خط آویزان است و می تواند به صورت آزادانه حرکت نماید ، حداقل فشار مکانیکی بر مقره های آویزان وارد می شود (تنش های مکانیکی کمتری به مقره وارد می شود). 4. اگر به دلیلی بخواهند ولتاژ نامی خط را افزایش دهند به راحتی می توان با اضافه نمودن چند تا بشقاب ، قدرت عایقی مناسب را به دست آورد و نیازی به تعویض زنجیره مقره نیست (قابلیت انعطاف در افزایش ولتاژ خط). 5. چونهادی خط به زنجیره آویزان می گردد و پایین تر از بازوی کراس آرم (صلیبی) دکل خط انتقال قرار می گیرد در نتیجه هنگام برخورد صاعقه به خط ، صاعقه ابتدا به بازوی کراس آرم خط برخورد می نماید تا حدود زیادی از خط حفاظت می شود (حفاظت خط در برابر صاعقه به وسیله بازوی کراس آرم دکل انجام می شود). 6. اگر بار مکانیکی خط زیاد باشد مثلاً : در اسپن های بلند ، هنگام عبور خطوط انتقال از روی رودخانه ها ، دره ها ، اتوبان ها می توان از زنجیره های دوبل یا بیشتر استفاده نمود (قابلیت استفاده از زنجیره های دوبل یا بیشتر). پ) مقره های سنتی : مقره های کششی در جاهایی که نیروی کشش افقی زیادی به مقره وارد می شود استفاده می گردد. از این مقره ها در پایه های ابتدا و انتهایی خطوط انتقال ، توزیع و در پایه هایی که در مسیر خط از حالت مستقیم خارج شده و یا نسبت به افق ، زاویه پیدا می کنند ، استفاده می شوند. مقره های مذکور همان مقره های بشقابی هستند که به صورت افقی نسب می شوند و باید بیوری کششی خط را در پایه ها تحمل نمایند و چون نیروی زیادتری را باید تحمل کنند فقط استقامت مکانیکی آن ها نسبت به مقره های آویزان بیشتر است. د) مقره های مهار : در خطوط توزیع برای پایه هایی که در ابتدا و انتهای خط قرار می گیرند و یا برای پایه هایی قرار گرفته در زاویه برای خنثی کردن نیروی کششی که از یک طرف به پایه وارد می شود از سیم مهار استفاده می شود. این سیم مهار از یک طرف به رأس تیر محکم می شود و از طرف دیگر به وسیله مهار و صفحه مهار در داخل زمین محکم می شود. برای ایمنی و حفاظت بیشتر که احتمالاً سیم مهار در بالا از طریق میلگرد تیر برق دار گردید ، سیم مهار در نزدیکی زمین برقدار نشود ، در وسط سیم مهار از مقره مهار استفاده می شود و سیم های مهار از دو طرف به مقره مهار متصل می شود. این مقره به گونه ای است که اگر شکسته شود ، سیم مهار رها نمی شود و البته بایستی تحمل نیروی کششی سیم مهار را داشته باشند. ﻫ )مقره های استوانه ای : این مقره ها به صورت یک زنجیره استوانه ای و به صورت یکپارچه از جنس چینی یا اخیراً از مواد ترکیبی (که استقامت مکانیکی بسیار بالایی داشته و آب بر روی سطح آن ها پخش نمی شود و برای مناطق صحرایی مناسب هستند) ساخته می شوند و به دو طرف انتهایی آن ها دو کلاهک فلزی با سیمان مخصوص اتصال داده شده است. قطر استوانه عایق متناسب با قطر مکانیکی نیاز انتخاب می شود. از این مقره بعضاً در خطوط انتقال استفاده می شود. این مقره ها در مقایسه مقره های آویزان بشقابی از وزن بسیار کمتری برخوردارند (وزن مقره های اویزان دریک زنجیره بیشتر به خاطر وزن کلاهک های فلزی آن است) و لذا از نظر اقتصادی ارزان تر هستند. ولی نقطه ضعف اصلی آن ها امکان خراب شدن کامل مقره در اثر یک قوس الکتریکی یا ضربه مکانیکی بیرونی بر آن است. در صورتی که در مقره های بشقابی تمام زنجیره از بین نمی رود. در زنجیره های بشقابی اگر یک مقره دچار ترک شود تا مدت زیادی بقیه آن ها می توانند ولتاژ خط را تحمل کنند و همچنین بار مکانیکی خط را تحمل نمایند. در ولتاژهای بالا می توان دو یا سه مقره استوانه ای را به هم متصل نمود. نوع ساخته شده از مواد ترکیبی (Composite Material) این نوع مقره ها دارای خاصیت آب گریزی بوده و آب و آلودگی بر روی سطح مقره پخش نمی شود ، بلکه این آلودگی و رطوبت در یک نقطه روی سطح باقی می ماند و چون تمام سطح مرطوب نمی شود ، می توان مسیر خزشی آن را کوتاه نمود. جریان نشتی این نوع مقره ها خیلی کم است و در مناطق با آلودگی زیاد روی سطح آن ها جرقه زده نمی شود و نیازی به تمیز کردن هم ندارند. این مقره ها ضمن داشتن استقامت مکانیکی بالا از وزن بسیار کمی نیز برخوردارند. مقره های مخصوص برای مناطق با شرایط آب و هوایی بسیار بد مانند مناطقی که آلودگی صنعتی یا آلودگی آب و هوایی بیش از حد معمول وجود دارد یا مناطقی که مه زیاد وجود دارد یا مناطقی که صاعقه های خطرناک با شیب زیاد وجود دارد ، از مقره های استاندارد معمولی نمی توان استفاده نمود و باید از مقره های با طراحی خاص برای آن مناطق استفاده نمود و باید از مقره های با طراحی خاص برای ان مناطق استفاده نمود. در این نوع مقره ها معمولاً از بشقاب های گودتر استفاده می کنند و داخل بشقاب گود ، چترهای بلندتری به آن داده می شود. در نتیجه فاصله خزش مقره افزایش می یابد و جریان نشتی آن به دلیل طولانی تر شدن مسیر و بزرگ شدن مقاومت سطحی کاهش یافته و دیرتر جرقه سطحی زده می شود (به خاطر آلودگی و رطوبت). همچنین سطح مقره را پر شیب می سازند تا در اثر باران سطح آن به راحتی تمیزتر شود. ز) مقره چرخی : از این مقره ها در خطوط فشار ضعیف 400 ولت استفاده می شود. این مقره ها توسط تسمه فلزی U شکل به نام اتریه و پین واشپیل به پایه های خطوط توزیع هوایی بسته می شوند و سیم هوایی شبکه بر روی شیار چرخی مانند مقره قرار می گیرد و از آن به عنوان مقره کششی نیز استفاده می شود و در دو نوع یک شیاری و دو شیاری استفاده می شود. مقره های اتکایی این مقره ها برای نگهداشتن شین های فشار قوی و دیگر تجهیزات به کار برده می شوند. این مقره ها به شکل استوانه ای چینی توپر یا توخالی ساخته می شوند که برای تأسیساتی که مقره باید نیروی مکانیکی بیشتری را تحمل کند از نوع توخالی آن استفاده می شود. زیرا نوع توپر آن فقط با یک قطر معین و محدودی قابل ساخت است ولی برای افزایش استقامت الکتریکی نوع توخالی آن سوراخ داخل مقره ها به صورت افقی یا عمودی نصب می شوند. مقره های عبوری (بوشینگ ها) برای سرهای خروجی و ورودی دستگاه های فشار قوی ، برای جلوگیری از ایجاد جرقه بین ولتاژ آن خط عبوری و بدنه دستگاه به کار می روند (مثل بوشینگ ترانس ها). این مقره ها به صورت لایه های استوانه ای به کار می روند و نسبت به محیط مورد استفاده ، شکل مقره های عبوری متفاوت است. ساده ترین آن ها استوانه های درهم است. فضای داخل این استوانه های مابقی ، معمولاً توسطگازها یا مایع های عایق پر می شود. در ترانسفورماتورها ، بوشینگ ها حاوی روغن هستند. ارتفاع آن ها برحسب میزان ولتاژ و ارتفاع از زمین متفاوت است. به منظور جلوگیری از ازدیاد حرارت در بوشینگ ها از فیبرهای عایقی در سر بوشینگ ها استفاده می شود زیرا فیبر هدایت حرارتی بهتری نسبت به چنین دارد. آزمایش مقره های خطوط هوایی به طور کلی سه دسته آزمایش بر روی مقره ها انجام می گیرد : 1. Type Test : که فقط روی سه عدد مقره انجام می گیرد و صرفاً به خاطر بررسی مشخصات الکتریکی یک مقره است که اساساً بستگی به شکل مقره و جنس و ابعاد آن به طور کلی به طراحی مقره بستگی دارد. این آزمایش ها را فقط یک بار برای تأیید صحت طراحی مقره ها و مقایسه نتایج حاصل با مقادیر تعیین شده توسط استانداردها انجام می دهند. به این آزمایش ها ، آزمایش های تخلیه یا آزمایش های جرقه نیز می گویند (Flashover Test). 2. Sample Test (آزمایش های نمونه) : این آزمایش ها بر روی تعدادی از مقره ها که به صورت کاملاً اتفاقی انتخاب می شوند ، انجام می گیرد و به منظور بررسی مشخصات مقره و کیفیت موارد مورد استفاده در آن ها است و در حقیقت معیاری برای پذیرش کیفیت مقره های تولیدی یک تولید کننده است. 3. Routine Test (آزمایش های سری) : این آزمایش ها بر روی تک تک تمام مقره های تولید شده در خط تولید شده در خط انجام می گیرد و به منظور خارج شدن مقره هایی که احتمالاً در جریان ساختن آن اشکالی به وجود آمده می باشد. بدین طریق مقره های کاملاً معیوب از خط تولید خارج می شوند. Type Test بر طبق استاندارد بین المللی IEC گروه اول آزمایش ها شامل آزمایش های زیر است : 1. آزمایش استقامت در برابر ولتاژ ضربه ای ، صاعقه در هوای خشک : این آزمایش در دو حالت انجام می شود : الف) با موج ضربه ای مقاوم : برای هر مقره ای حداکثر دامنه موج ضربه ای استاندارد (که برای امواج صاعقه مدل می شود) باعث ایجاد جرقه بر روی سطح مقره نمی شود را استاندارد مشخص کرده است. البته مقادیر برای شرایط جوی استاندارد داده می شود. حالا اگر شرایط آزمایش از نظر فشار و درجه حرارت و میزان رطوبت متفاوت با شرایط استاندارد باشد ، باید مقادیر فوق را تصحیح نمود. در این آزمایش 15 بار موج ضربه ای استاندارد 1.2/50 μsec به مقره به دفعات متوالی اعمال می شود. فاصله زمانی بین هر بار باید به اندازه کافی باشد تا اثر قبلی از بین رود. دامنه موج ضربه ای همان مقدار مشخص شده در استانداردها با ضریب تصحیح مربوطه است. اگر این آزمایش در هیچ دفعه ای جرقه سطحی روی مقره زده نشود یا تعداد دفعات جرقه سطحی کمتر از 2 بار باشد و سطح مقره ها آسیب کلی نبیند. این آزمایش جواب مثبت داده است. البته اثر جزئی جرقه روی سطح مقره (مثل خش انداختن) مجاز است. ب) با موج ضربه ای با احتمال 50 % جرقه سطحی : دامنه موج ضربه ای استاندارد که با احتمال 50% بر روی سطح مقره جرقه زده می شود در استانداردها مشخص شده است. حالا برای یک مقره مورد آزمایش ، یک موج ضربه ای استاندارد با دامنه Vk نزدیک به سطح تقریبی دامنه ولتاژ جرقه 50% انتخاب می شود. همچنین یک دامنه متغیر ولتاژ ΔV که تقریباً 3% از ولتاژ V است ، انتخاب می گردد. حالا یک موج ضربه ای استاندارد با دامنه VK به مقره اعمال می شود. اگر این موج سبب بروز جرقه سطحی روی مقره نگردید ، دامنه موج ضربه ای بعدی باید Vk + ΔV انتخاب شود که اگر حدود 30 بار و چون ممکن است Vk اولیه خیلی کوچک یا خیلی بزرگ انتخاب شده باشد ، 1 تا 9 آزمایش اول را 30 بار محسوب نمی کنند. اگر هر ولتاژ UV در این آزمایش nV بار تکرار شده باشد ، ولتاژ جرقه سطحی 50% از رابطه زیر بدست می آید : ∑nVUV مقره به شرطی این قسمت را جواب می دهد که 50%U بدست آمده از رابطه بالا برای آن از 04/1 برابر ولتاژ جرقه مقاوم آن کمتر نباشد و مقره ها در اثر جرقه ای سطحی روی آن ها آسیب کلی نبیند. 2. آزمایش استقامت در برابر ولتاژ ضربه ای سوئچینگ در هوای مرطوب : موج ضربه ای برای مدل کردن سوئچینگ ، یک موج ضربه ای 250/2500μsec است که با موج ضربه ای صاعقه متفاوت است و زمان رسیدن به یک مقدار یک و نیم موج پشت آن خیلی بیشتر از موج ضربه ای صاعقه می باشد. در این حالت مقره تحت آزمایش ، زیر بارش یک باران مصنوعی قرار می گیرد. شدت بارش باران باید حداقل بین 1 میلیمتر بر دقیقه تا 2 میلیمتر بر دقیقه باشد و به صورت مورب با زاویه °45 بارش نماید. درجه حرارت محیط هم بین c°15- تا c°15 باشد و مقاومت مخصوص آن در c°20 باید – m Ω 15±100 باشد. مقره باید به مدت 15 دقیقه قبل از شروع تست تحت بارش این باران قرار گیرد ، البته این زمان می تواند کمتر هم باشد ، مخصوصاً زمانی که تست های متوالی انجام می گیرد. در این جا نیز این آزمایش در دو حالت مختلف می تواند انجام بگیرد : الف) با موج ضربه ای با احتمال 50% جرقه سطحی : طریقه آزمایش مانند حالت هوای خشک است (با موج ضربه ای صاعقه) ولی دامنه موج ضربه ای 50% بدست آمده از رابطه نباید کمتر از 085/1 برابر دامنه موج ضربه ای مقاوم تعیین شده در استاندارد برای موج ضربه ای مقاوم تعیین شده در استاندارد مربوط به شرایط جوی استاندارد است که برای شرایط آزمایشگاهی باید در ضرایب تصحیحی ، اصلاح شود. ب) با موج ضربه ای مقاوم : این آزمایش نیز با دامنه موج ضربه ای مقاوم تعیین شده در استاندارد برای 15 بار تکرار می شود و اگر تعداد دفعاتی که جرقه سطحی روی مقره زده می شود بیشتر از 2 بار نباشد این ازمایش جواب مثبت داده است. در این آزمایش نیز نباید سطح مقره ها آسیب کلی ببیند (اثرهای جزئی روی سطح مقره قابل پذیش است). 3. آزمایش استقامت در برابر ولتاژ با فرکانس صنعتی در هوای مرطوب Wet Power – Freuency Test دراین لحظه مقره نیز تحت آزمایش در یک شرایط باران مصنوعیمانند حالت قبل قرار می گیرد. متناسب با شرایط جوی زمان آزمایش از نظر فشار و درجه حرارت ، مقدار ولتاژ قابل استفاده مقره را بر اساس مقدار تعیین شده آن در استانداردها بدست می آوریم (با استفاده از ضرایب تصحیح). سپس یک ولتاژ در حدود 75% ولتاژ فوق را به مقره اعمال می کنیم و سپس به تدریج و به آرامی با یک شیب در حدود 2% ولتاژ فوق بر ثانیه ، ولتاژ را افزایش می دهیم تا به مقدار 100% فوق برسد. سپس این ولتاژ را در حدو یک دقیقه بر روی مقره نگه می داریم. طی این آزمایش هیچ گونه جرقه سطحی یا سوراخ شدن مقره نباید اتفاق بیفتد. دراین آزمایش می توان افزایش ولتاژ را هنوز ادامه دهیم تا جرقه سطحی حاصل شود. این آزمایش را 5 بار تکرار می کنیم و مقدار متوسط ولتاژهای جرقه سطحی را به عنوان ولتاژ جرقه هوای مرطوب در ولتاژ سینوسی با فرکانس های صنعتی تعیین کنیم. فرکانس موج سینوسی باید بین 15kv تا 100kv باشد. هر واحد مقره ، نام تولید کننده و سال تولید آن نوشته می شود. همچنین حداکثر قدرت مکانیکی مقره نیز بر روی آن نوشته می شود. مثلاً U300 مقره 300 کیلونیوتنی است. شرایط استاندارد به صورت T = 20°c وP = 760mmHy رطوبت 119 water/m3 = است. قبل از پرداختن به آزمایش هایی که بر روی مقره های نمونه انجام می گیرد ، ساختمان مقره ها را بیان می کنیم ، که به دو دسته تقسیم می شوند : 1. نوع A : مقره هایی که طول یا ضخامت کوتاهترین مسیر موجود در داخل آن ها برای سوراخ شدن داخل بدنه مقره حداقل برابر با نصف طول کوتاهترین مسیر جرقه در هوای روی سطح مقره است. 2. نوع B : مقره هایی که ضخامت داخل آن ها برای مسیر سوراخ شدن مقره کمتر از نصف طول کوتاهترین مسیر جرقه بر روی سطح مقره در هوا است. آزمایش های روی مقره های نمونه طبق استاندارد (Sample Test IEC ) برای یک محموله ای از مقره های یک نوع با مشخصات یکسان از همه نظر که به وسیله خریدار از تولید کننده مقره خریداری می شود. تعدادی مقره به صورت کاملاً اتفاقی و تصادفی از بین محموله آماده انتخاب می شود و تعدادی آزمایش روی نمونه های انتخابی انجام می شود. در صورتی که نتایج آزمایش ها مثبت باشند ، کیفیت محصول آن ها از طرف خریدار تأیید می شود. تعداد نمونه های انتخابی بر اساس استاندارد IEC به صورت زیر است: با فرضP تعداد مقره های انتخابی به عنوان نمونه و N تعداد کل مقره ها باشد ، آنگاه : 1) اگر N < 500 باشد ، P با توافق طرفین تعیین می شود. 2) اگر 500 < N < 2000 باشد (P = 4 + (1/5N ÷ 1000 است. 3) اگر N > 20000 باشد ، P = 14 + ( 0/75N ÷ 1000) است. آزمایش هایی که بر روی مقره های نمونه انتخاب شده انجام می گیرند ، عبارتند از : 1- بررسی سیستم قفل و بست. 2- کنترل مقدار وزن مقره ها و ابعاد قسمت های مختلف آن ها. 3- آزمایش سیکل حرارتی. 4- آزمایش حداکثر تحمل بار الکترومکانیکی (فقط روی مقره های شیشه ای). 5- آزمایش حداکثر تحمل بار مکانیکی. 6- آزمایش شوک حرارتی (فقط برای مقره های شیشه ای). 7- آزمایش تحمل ولتاژ در برابر سوراخ شدن (فقط برای مقره های نوع B). 8- آزمایش تخلخل (وجود حفره) (فقط برای مقره های چینی). 9- آزمایش میزان گالوانیزه بودن قسمت های فلزی مقره. مقره های نمونه انتخاب شده را طبق استاندارد IEC به دو گروه تقسیم می کنند : گره اول شامل دو سوم تعداد مقره های انتخاب شده و گروه دوم شامل یک سوم تعداد مقره های انتخاب شده است. بر اساس نوع A یا B مقره ها و نوع بشقابی یا اتکایی ، آزمایش های نمونه فوق تعدادی بر روی گروه اول و تعدادی بر روی هر دو گروه انجام می شود. مقره هایی که بر روی آن ها آزمایش های نمونه صورت می گیرد نباید در سرویس از آن ها استفاده شود. شرح آزمایش 1- بررسی سیستم قفل و بست : در این جا چند آزمایش مختلف برای اطمینان از مکانیزم قفل و بست انجام می گیرد : الف) با اتصال بشقاب ها به همدیگر و تشکیل یک یا چند زنجیره ، خرکت های افقی شبیه به حرکت هایی که در حالت سرویس ممکن است پیدا شود به آن ها داده می شود که اتصال زنجیره ها باید باز شود. ب) اشپیل (Split – Pin) تمام بشقاب ها در موقعیت قفل قرار داده می شود و به وسیله یک دستگاه که نیروی کششی وارد می کنند بار کششی برای حرکت کردن اشپیل هر بشقاب اعمال می شود. برای هر بشقاب این عمل 3 بار تکرار می شود. مقدار این نیرو طبق استاندارد ، بین 50 تا 500 نیوتن بایستی اعمال شود. ج) هشپیل هر مقره یا نیروی کششی حداکثر یعنی 500N کشیده می شود (به وسیله دستگاه کشنده). اشپیل ها در اثر این نیرو نباید از محل قفل به طور کامل خارج شوند. 2- کنترل ابعاد مقره (Verification Of Dimensions) : این کنترل ابعاد عبارتند از : الف) اندازه گیری وزن مقره های نمونه و متوسط گیری به عنوان وزن مقره. ب) اندازه گیری قطر خارجی مقره از بالاترین تا پایین ترین نقطه. ج) اندازه گیری ارتفاع مقره از بالاترین تا پایین ترین نقطه. د) اندازه گیری فاصله خزشی مقره ( Creep Age Distance ). ﻫ) کنترل قطر حفره کلاهک و قطر پین فلزی مقره با اشل های استاندارد (اشل هایی که باید داخل حفره بروند یا از قطر پین بگذرند و اشل هایی که نباید بگذرند). 3- آزمایش سیکل حرارتی ( Temperature Cycle Test ) در این آزمایش یک مخزن آب سرد و یک مخزن آب گرم تهیه می شود. درجه حرارت مخزن آب گرم باید 70°c بیشتر از درجه حرارت مخزن آب سرد باشد و به وسیله یک سیستم اتوماتیک ، درجه حرارت مخزن ها ثابت نگه داشته شوند. مقره های نمونه به مدت T دقیقه در مخزن آب گرم قرار داده می شوند. Aمقره نوع T = 15 + 0/7 m , m = kgجرم مقره بر حسب Bمقره نوع T = 15 min بعد از طی زمان فوق ، سریعاً بدون هیچ تأخیری (حداکثر تأخیر 30 ثانیه) و برای مدت زمان T دقیقه نیز در مخزن آب سرد غوطه ور می شوند. این سیکل گرما و سرما 3 بار تکرار می شود. برای مقره های اتکایی به جاب مخزن آب سرد ، باید آن را بعد از خارج کردن از مخزن آب گرم (برای مدت 15 دقیقه در مخزن آب گرم قرار گرفته است) به مدت 15 دقیقه در معرض باران مصنوعی با شدت 3 میلیمتر بر دقیقه قرار می دهیم و این سیکل را 3 بار تکرار می کنیم. شرط پذیرش این آزمایش این است که در پایان هیچ یک از مقره های نمونه ترک خوردگی پیدا نکرده باشند. 4- آزمایش تحمل بار الکترومکانیکی ( Electromechanical Failing Load Test) در این آزمایش همزمان با اعمال ولتاژ با فرکانس صنعتی به مقره یک بار مکانیکی کششی نیز به مقره اعمال می شود تا اگر تخلیه الکتریکی داخلی در اثر تخلیه های داخل مقره اتفاق می افتد ، در اثر نیروی کششی اعمال شده به صورت عیب مکانیکی (مثلاً ترک خوردن مقره) مشخص می شود. ولتاژ اعمالی به مقره همان ولتاژ مقاوم با فرکانس صنعتی در هوای مرطوب است. چون در مقره های شیشه ای تخلیه های موضعی داخل مقره کاملاً پیدا است ، لذا این آزمایش برای مقره های شیشه ای انجام نمی شود. 5- آزمایش تحمل حداکثر بار مکانیکی ( Mechanical Failing Load Test ) در این آزمایش مقره نمونه ، تک تک و به نوبت در داخل دستگاه مخصوص اعمال نیروی کششی قرارگرفته و نیروی کششی اعمالی به آن ها از صفر به طور سریع به مقدار 75% حداکثر تحمل بار مکانیکی نامی مقره افزایش داده می شود. سپس به آرامی در یک مدت زمان معین بین 15 تا 45 ثانیه بار کششی اعمالی را به 100% حداکثر بار مکانیکی می رسانیم. شدت این افزایش به مقدار 35% حداکثر بار مکانیکی نامی در هر دقیقه می باشد. در این آزمایش مقره باید بتواند بار مکانیکی کششی اعمال شده را تحمل کند و دچار شکست مکانیکی لازم برای شکست مقره دست یابیم. لازم به ذکر است که برای مقره های اتکایی (سوزنی) بار مکانیکی خمشی به جای کشش اعمال می شود. 6- آزمایش شوک حرارتی (فقط برای مقره های شیشه ای) در این آزمایش یک مخزن آب که درجه حرارت کمتر از c°50 را دارد ، مهیا می شود. سپس مقره های نمونه را در داخل یک کوره هوای گرم که درجه حرارت آن حداقل °c100 بالاتر از درجه حرارت مخزن آب است ، 20 دقیقه قرار می دهند. سپس مقره ها را به طور ناگهانی وارد مخزن آب می نمایند و حداقل 2 دقیقه در مخزن با آب نگه می دارند. مقره ها نباید دچار ترک یا شکستگی شوند. 7- آزمایش تحمل ولتاژ در برابر سوراخ شدن مقره ( Pun Chore Tesr ) این آزمایش می تواند با یک موج ولتاژ سینوسی با فرکانس صنعتی و یا با یک موج ضربه ای انجام گیرد. البته معمولاً با فرکانس صنعتی انجام می شود. مقره های نمونه در این آزمایش کاملاً خشک و تمیز می شوند و در داخل یک محفظه روغن شناور می شوند. که روغن باید عاری از رطوبت و ناخالصی باشد و استقامت الکتریکی بالایی داشته باشد. اگر محفظه روغن فلزی باشد باید ابعاد آن خیلی بزرگ باشد که جرقه بین قسمت فلزی مقره و بدنه محفظه روغن زده نشود. ولتاژ با فرکانس صنعتی بین قسمت های فلزی مقره اعمال می شود. همچنین روغن برای این استفاده می شود که استقامت الکتریکی خیلی بالاتری نسبت به هوا دارد و از بروز جرقه سطحی روی مقره در اثر اعمال ولتاژ بالا جلوگیری می کند. برای آزمایش ، ولتاژ اعمالی را سریعاً به مقدار حداکثر ولتاژ نامی قابل تحمل مقره می رسانیم که در استانداردها مشخص شده است که بر اثر این ولتاژ نباید در مقره شکست الکتریکی و سوراخ شدن به وجود آید. اگر میزان استقامت مقره مورد نظر باشد بایستی ولتاژ را آنقدر افزایش داد تا مقره سوراخ شود. 8- آزمایش تخلخل (فقط برای مقره های چینی) Poorsity Test در این آزمایش قطعات شکسته شده یک مقره چینی در یک محلول الکل یک درصد که مقداری جوهر قرمز نیز به آن اضافه شده (یک گرم جوهر قرمز درصد گرم الکل) و تحت فشار 15 مگانیوتن بر متر مربع برای چندین ساعت (حدود 24 ساعت) قرار داده می شود. سپس قطعات بیرون آورده شده و تمیز و خشک می شوند و دوباره شکسته شده و به قطعات کوچکتری تبدیل می شوند. در سطوح شکسته شده نباید هیچ اثری از نفوذ الکل مشاهده شود. این آزمایش برای لعاب (glaze) مقره است (برای اطمینان از عدم وجود ترک های مویین در لعاب مقره) لذا می توان مقره را پس از آزمایش وزن کرد و سپس برای 24 ساعت در آب تحت فشار قرار داده و سپس مجدداً وزن نمود. اگر افزایش وزن داشته باشیم نشان دهنده نفوذ آب در خلل و فرج مقره است. 9- آزمایش میزان گالوانیزاسیون قسمت های فلزی (Galvanizing Test) در این آزمایش اولاً وضعیت ظاهری پوشش سطحی روی قسمت های فلزی مقره های نمونه از نظر یکنواختی و هموار بودن بررسی می گردد. همچنین به وسیله یک دستگاه مخصوص جرم فلز (روی) بر روی سطوح فلزی در واحد تعیین می گردد. دستگاه مخصوص فوق ، ضخامت فلز روی را می تواند در یک نقطه هم اندازه گیری کند. برای این منظور 10 نقطه به طور تصادفی بر روی کلاهک و 10 نقطه بر روی پین انتخاب می شوند. سپس با داشتن جرم حجمی روی ، مقدار جرم فلز روی در واحد سطح مشخص می شود. در هر مقره نمونه ، جرم روی در واحد سطح نباید کمتر از 500 گرم بر متر مربع باشد و برای تمام نمونه ها به طور متوسط از مقدار 600 گرم برکتر مربع نباید کمتر باشد. تست های معمول مقره ها (Routine Test) این آزمایش ها به تک تک مقره ها در خط تولید اعمال می شود که شامل آزمایش های زیر هستند : 1- بررسی وضعیت ضاهری مقره ها از نظر شکل و ابعاد و رنگ ظاهری آن ها. 2- آزمایش های مکانیکی : برای مقره های نوع A: یک زنجیره از مقره ها به مدت یک دقیقه تحت یک بار کششی معادل 60% حداکثر تحمل بار مکانیکی قرار می گیرند. برای مقره های نوع B: یک زنجیره از مقره ها برای مدت 10 ثانیه تحت یک بار کششی معادل 40% حداکثر تحمل بار مکانیکی قرار می گیرند. مقره هایی که در این آزمایش دچار شکست و ترک خوردگی شوند از خط تولید خارج می شوند. 3- آزمایش الکتریکی : مقره های بشقابی یا مقره های اتکایی (سوزنی) در این آزمایش به آنها یک ولتاژ سینوسی با فرکانس صنعتی اعمال می شود. دامنه ولتاژ باید به حدی باشد که هر چند ثانیه یک بار جرقه سطحی روی مقره زده می شود. زمان اعمال ولتاژ باید حداقل 5 دقیقه باشد. اگر مقره ها دچار سوراخ شدگی شوند از خط تولید خارج می شوند.  

مشخصات ترانسفورماتورها

- مشخصات ترانسفورماتورها :

1-1- انواع سیم بندی :

سیم بندی ترانسفورماتورها در طرف اولیه و ثانویه عبارتند از:

مثلث یا دلتا با علامت( D )

ستاره با علامت ( Y (

زیگزاگ با علامت (Z  )

طرف فشارقوی از حروف بزرگ استفاده می شود

طرف فشار ضعیف از حروف کوچک استفاده می شود

در ترانسفورماتورهای کاهنده اولین حرف بزرگ و دومین حرف کوچک است (مانند Dy )،

در ترانسفورماتورهای افزاینده اولین حرف کوچک و دومین حرف بزرگ است ( مانندdY ).

 

الف) مدل Dd و  :dD

این نوع ترانسفورماتور در هر دو طرف دارای سیم بندی مثلث یا دلتا می باشد و به همین دلیل نقطه نوترال صفر در دسترس نیست این نوع ترانسفورماتور در نیروگاهها و یا ایستگاه های بین خطوط که هدف فقط تغییر سطح ولتاژ است و به شکل مصرف وصل نمی شود بکار می رود.

 

ب) مدل Yy و     yY

این مدل  ترانسفورماتور در هر دو طرف دارای سیم بندی ستاره است و در جایی بکار می رود که در هر دو طرف نقطه نوترال در دسترس و مورد نیاز باشد این ترانسفورماتور معمولا در قدرت های کوچک و در شبکه مصرف بکار می رود.

 

ج) مدل Dy :

این مدل ترانسفورماتور  از نوع کاهنده است; در طرف فشار قوی دارای سیم بندی مثلث و در طرف فشار ضعیف دارای سیم بندی ستاره می باشد کاربرد این نوع ترانسفورماتور در پست های داخلی روی ولتاژ های 400V / 20KV و به صورت ایستگاهی در مسیر انتقال جهت تغذیه مصرف های کوچک (مانند روستا ها) می باشد. زیرا در طرف دوم،نقطه نوترال در دسترس است.

 

د) مدل yD   :

این مدل ترانسفورماتور از نوع افزاینده است و در طرف اول به عنوان فشار ضعیف دارای سیم بندی ستاره و در طرف دوم به عنوان فشار قوی دارای سیم بندی مثلث می باشد کاربرد این ترانسفورماتور در نیروگاهها و جهت افزایش ولتاژ و ارسال قدرت روی خطوط می باشد.

 

ه)مدل زیگزاگ

همانگونه كه از اسمش پیداست این اتصال در ترانس زیگزاگ استفاده شده است :
مزایای این اتصال : 1- از ثانویه ترانس قدرت در مقابل اتصال زمین حفاظت می كند .
2- نامتعادلی بار را شدیداً كاهش می دهد .
3- مانند اتصال مثلث هارمونی سوم ولتاژ را حذف می كند .
اتصال ترانس مصرف داخلی پست بصورت مثلث – ستاره می باشد : 33KV/380Vاین اتصال در سیستمهای توزیعی ( چهار سمبه ) بكار می رود كه همزمان می تواند هم مصرف كننده های سه فاز را تغذیه نماید و هم بصورت تكفاز در مصارف خانگی و روشنایی استفاده شود .

 

 

دیاگرام ساعت یا گروه برداری

عدد دیاگرام ساعت،به صورت یک عدد اندیس در سمت راست نوع سیم بندی ها قرار می گیرد چنانچه آن را در عدد 30 درجه ضرب کنیم مشخص کننده زاویه بین بردار ولتاژ در طرف فشار ضعیف و بردار ولتاژ در طرف فشار قوی می باشد این زاویه که به صورت پس فاز بوده می تواند بین صفر تا 360 درجه تغییر کند.

 

بنابراین آن را می توان روی عقربه های یک ساعت قرارداد بطوریکه بردار ولتاژ در طرف فشار قوی روی عدد 12 و بردار ولتاژ فشار ضعیف به اندازه زاویه پس فاز خود روی سایر اعداد صفحه ساعت قرارگیرد .

مثال

ترانسفورماتورDy 5   یعنی بردار ولتاژ فشار ضعیف به انداره150 درجه از بردار فشار قوی عقب تراست این زاویه برای مثال مدل Dy7 مقدار210 درجه  است.

 

 

نکته:

 

در ترانسفورماتورهایی که در پست  های داخلی توزیع بکار می روند معمولا از گروه های برداری 5 و 7 استفاده می شود.

 

توان ظاهری ترانسفورماتور

قدرت ترانسفورماتور بر حسب توان ظاهری و بر اساس KVA بیان می شود و معمولا از 100 KVA تا 50/000KVA  توسط کارخانجات بزرگ الکتریکی دنیا مانند زیمنس، آ ا گ، وستینگهاوس، جنرال الکتریک، آلستوم  ساخته می شود

 

در پست های داخلی شبکه های توزیع معمولا از اندازه های 500KVA  تا 2500KVA  به صورت انفرادی و یا موازی استفاده می شود.

 

4- تنظیم کننده ولتاژ (Tap Changer) :

 

در ترانسفورماتورهای توزیع که طرف فشار ضعیف آنها به شبکه بار و مصرف وصل می گردد،ثابت ماندن ولتاژ خروجی یعنی طرف بار بسیار مهم است.در این حالت جهت پایداری این ولتاژ باید نوسانات پیش آمده درولتاژ خروجی را با تغییرات روی ولتاژ ورودی ترانسفورماتور جبران کنیم،برای این منظور یک قسمت سیم بندی به صورت انشعابی مثلا در طرف 20KV قرار می گیرد که قابلیت تغییر ولتاژ اولیه را تا 5 ℅ ± می دهد یعنی به کمک این سیم بندهای انشعابی می توان ولتاژ اولیه را از 20KV به 21KV افزایش و یا به 19KV کاهش داد. به صورت فیزیکی این عمل توسط یک مکانیزم به نام تنظیم کننده ولتاژ که در بالای ترانسفورماتور تعبیه شده است انجام می گیرد.

 

یادآوری می گردد که می توان ترانسفورماتور را بخصوص در اندازه های بالاتر به سیستم رگولاتور ولتاژ مجهز کرد که به صورت اتوماتیک پایداری ولتاژ را در خروجی انجام دهد ولی به لحاظ گرانی آن ممکن است استفاده از آن اقتصادی نباشد.

 

5- ولتاژنسبی اتصال کوتاهu_k :

ولتاژ نسبی اتصال کوتاه یا ولتاژ امپدانسی،ولتاژی است که باید در فرکانس نامی به اولیه ترانسفورماتور اعمال

شود تا در حالت اتصال کوتاه بودن ثانویه جریان نامی I_N  را در اولیه برقرار سازد.

 

در آزمایش اتصال کوتاه در ترانسفورماتور ، پارامتر ℅  U K  نسبت ولتاژ اتصال کوتاه در جریان نامی به ولتاژ نامی تعریف

می شود .

 

6- ولتاژ نسبی امپدانس نامی u_KN  :

این کمیت افت ولتاژ روی امپدانس ترانسفوماتور در ازای جریان نامی است که معمولا بر حسب درصد بیان می شود بنابراین برای این منظور بر ولتاژ نامیU_N  تقسیم می گردد:

 

7- افت ولتاژ مقاومتی u_R:

 

این کمیت مولفه حقیقی u_KN است.

8- افت ولتاژ  را کتیو u_X  :

این کمیت مولفه موهومی   u_KN است .

 

 

9- افت ولتاژ امپدانسی به ازای جریان بار u_kn :

 

این کمیت افت ولتاژ امپدانس است که متناسب با جریان بار روی ترانسفورماتور تغییر می کند  .

 

 

10- درصد افت ولتاژ یا افزایش ولتاژ u_φ

 

هنگامی که ترانسفورماتور تحت بار قرار می گیرد به دلیل افت ولتاژ روی امپدانس های داخلی ترانسفوماتور، ولتاژ خروجی  U a از ولتاژ نامی U N  کمتر می شود.

 

که UN  ولتاژ بی باری و Ua  ولتاژ در بار کامل است.

 

 

2-3 موازی کردن ترانسفورماتورها:

در توزیع قدرت در پست های داخلی بخصوص زمانی که میزان آن از حدود دو یا سه هزار کیلو ولت آمپر تجاوز می کند،استفاده از یک ترانسفورماتور واحد معقول نیست. به عنوان مثال،اگر قدرت محاسبه شده

در یک پست داخلی در یک واحد صنعتی 10000 KVA باشد آن را روی یک واحد ترانسفورماتور قرار نمی دهیم . از یک دیدگاه،این کار اقتصادی تر و نصب آن سهل تر و تعداد کلیدها و تجهیزات مورد نیاز آن کمتر از حالتی است که به جای یک دستگاه ترانسفورماتور

10000KVA    از پنج دستگاه ترانسفورماتور  2000KVA موازی شده استفاده کنیم. ولی در عمل مشکلات و ضرایب ایمنی مورد نیاز شبکه،ما را وادار می سازد که از ترانسفورماتورهای موازی استفاده کنیم. مهمترین نکات این امر در توزیع قدرت روی ترانسفورماتورهای موازی به شرح ذیل است:

 

الف) بالا بردن ضریب ایمنی شبکه و تغذیه بارها هنگامی که یک ترانسفورماتور از مدار در صورت بروز خطا خارج می شود.

ب) پایین آوردن قدرت قطع شبکه در هنگام بروز اتصال کوتاه

( یادآوری می گردد این امر با قرار دادن کلیدهای کوپلینگ در طرف فشار ضعیف ترنسفوماتورها انجام می گردد.)

ج) امکان برنامه ریزی بهتر جهت سرویس و نگهداری ترانسفورماتورها بدون آنکه در شبکه بار اختلالی پیش آید.

د) پایین آوردن تلفات.

1-2-3 شرایط موازی کردن ترانسفورماتورها:

ترانسفورماتورها طوری موازی می شوند که طرف ولتاژ  بالا و طرف ولتاژ پایین آنها به شبکه های مشابه وصل گردد. گاهی اوقات ترانسفورماتورها را روی باس بار موازی می کنند که البته کمی متفاوت از موازی کردن روی شبکه است.

شرایط موازی کردن ترانسفورماتورها را به اختصار در زیر توضیح می دهیم:

الف: گروه ترانسفورماتورها مشابه باشد،ترمینالهای با پلاکهای یکسان را به وصل می کنیم .

 

ب) نسبت تبدیل باید در ترانسفورماتورها یکسان باشد.

ج) ولتاژ امپدانسی نامی اتصال کوتاه ( u KN   ) ترانسفورماتورها با ید یکسان باشد( البته تغییرات تا 10% قابل قبول است.) در صورت امکان ترانسفورماتور با توان نامی کمتر را با u KN  بالاتر انتخاب می کنیم.

د: نسبت توان نامی ترانسفورماتورهایی که به صورت موازی کار می کنند نباید

از 1: 3 بیشتر باشد.

باید توجه داشت که اختلافهای ما بیشتر بین نسبت تبدیل ترانسفورماتور،ولتاژ امپدانس نسبی و نسبت توانهای نامی مجاز است زیرا امپدانسهای سیستم این اختلافها را جبران می کنند.

در حقییقت شرایط مساوی بودن امپدانس یا ولتاژ نسبی اتصال کوتاه شرایط بهینه ای را برای کار ترانسفورماتورها در حالت بارداری در اتصال موازی فراهم می سازد.

ه) پس از در نظرگرفتن شرایط موازی کردن ترانسفورماتورها برای انجام این کار باید از صحت اتصال فازها اطمینان حاصل کنیم.بدین ترتیب ابتدا سرهای اولیه ترانسفورماتور دوم را مانند شکل 4-3 وصل می کنیم و سپس قبل از وصل سرهای ثانویه ترانسفورماتور دوم،با ولتمتر اتصال فازها را بررسی می نماییم. در صورتیکه اتصال فازها درست و صحیح باشد  ولتمترها عدد صفر را نشان می دهند و در غیر اینصورت ولتمترها ممکن است تا دو برابر ولتاژ فاز را نشان دهند.

 

2-2-3 محاسبه قدرت ظاهری ترانسفورماتورها پس از اتصال موازی:

اگر چند دستگاه تراسفورماتور با حفظ شرایط لازم با یکدیگر موازی شوند که قدرت های ظاهری آنها قبل از اتصال موازی S1,S2,S3,…..و امپدانس های نسبی اتصال کوتاه آنها به ترتیب uK1,uk2,uk3,…. باشد،چنانچه قدرت اخذ شده

از هر ترانسفورماتور پس از موازی شدن S 1,S 2 ,S 3,….  و بار قرار داده شده روی کل ترانسفورماتورهای موازی شده S

 

اگر کل بار اعمال شده به ترانسفورماتورها800 KVA باشد میزان قدرت های اخذ شده از هر ترانسفورماتور  به شکل ذیل خواهد بود:

ملاحظه می شود که ترانسفورماتور اول در Over Loand  و ترانسفورماتور دوم در Under Loand و ترانسفورماتور سوم در قدرت اسمی خود قرار گرفته اند که مسلما شرایط برای ترانسفورماتور اول و دوم مطلوب نیست.
3-3 تلفات کلی ترانسفورماتور از رابطه زیر بدست می آید:

 

( 11-3 )                        P v = PO + a2PK

که در آن  P o  تلفات بی باری، k Pتلفات مسی در بار کامل،         ضریب بار که  نسبت جریان بار به جریان اسمی و یا  نسبت بار بر حسب KVA به قدرت ظاهری نامی بر حسب KVA می باشد تلفات بی باری ترکبیی است از تلفات آهنی و تلفات فوکو( گردابی) و تلفات هیسترزیس در هسته و تلفات پراکندگی در عایق ها

 

5-3 نصب ترانسفورماتور و طراحی اتاق ترانسفورماتور:

اتاق ترانسفورماتور باید ترانسفورماتور را لز باران،برف،و گرد و غبار محافظت کند امکان انتقال ترانسفورماتور،تعمیر و نگهداری ،و اطفاء حریق در آن به راحتی انجام گیرد. همچنین دارای هواکش (سیستم تهویه) باشد و حتما مجهز به رطوبت زدا باشد تا تجهیزات نصب شده در اتاق از اثرات شیمیایی و رطوبتی شدید جو در امان باشند.

ابعاد اتاق متناسب با ابعاد ترانسفورماتور می باشد البته معمولا اتاق به گونه ای است که امکان افزایش تعداد ترانسفورماتور در هنگام در هنگام توسعه قدرت پست را دارا باشد مثلا برای ترانسفوماتورهای800-1600KVA     حداقل ابعاد اتاق را متناسب با اندازه های

ترانسفورماتور 1600 KVA در نظر می گیرند.

 

استاندارد DIN 42520 ماکزیمم ابعاد،ابعاد چرخها،فاصله میان بوشینگ و تجهیزات

اضافی برای ترانسفورماتورهای توزیع با سیستم خنک سازی تا توان 1600 KVA و نرخ

عایق تا 30 N را ارائه می دهد این اطلاعات بطور کامل در جدول 3-3 آمده است.

ارتفاع اتاق ترانسفورماتور  به ارتفاع ترانسفورماتور،نوع تهویه موقعیت کابلها و

اتصالات و فلز زمین بستگی دارد. ارتفاع اتاق ترانسفورماتور را حداقل 500 mm بیشتر از ارتفاع ترانسفورماتور در نظر می گیرند معمولا علاوه بر عرض ترانسفورماتور،عرض راهروی سرویس و تعمیرات نیز باید در ابعاد اتاق در نظر گرفته شود. این عرض برای

ترانسفورماتورهای 630 KVA حداقل 70cm و برای ترانسفورماتورهای800-1600 KVA     حداقل 75cm است.

برای نصب بهتر و دسترسی راحت تر به اولیه و ثانویه ترانسفورماتور در پست های داخلی بهتر است ارتفاع کف اتاق ترانسفورماتور در +120 cm از کف ترانسفورماتور بالاتر باشد و عملا زیر ترانسفورماتورها پس از ریل گذاری و نصب ترانسفورماتور روی آن خالی باشد این عمل غیر از کمک در ارتباط کابل ها بهترانسفورماتور هم می گردد.

 

برای دفع حرارت ایجاد شده در ترانسفورماتور و جلوگیری از گرم شدن و رسیدن به درجه حرارت مجاز،از سیستم تهویه هوا و سیستم خنک کن کردن توسط تشعشع حرارت در پرده های حاوی روغن که اطراف ترانسفورماتور قرار میگیرد استفاده میشود. ضمن آنکه در ترانسفورماتورهای بالاتر از 50/000 KVA برای خنک کردن از سیستم های تحت فشار گاز استفاده می کنند.

در سیستم تهویه طبیعی دو دریچه یکی نزدیک کف و دیگری نزدیک سقف در اتاق ترانسفورماتور قرار می دهند تا هوای تازه از دریچه پایین وارد، و پس از جذب گرمای ترانسفورماتور از دریچه بالا خارج گردد.

3-6 حفاظت ترانسفورماتور:

ترانسفورماتور در حقیقت حساس ترین و مهمترین عنصر در یک سیستم توزیع انرژی الکتریکی و در عین حال پر مساله ترین عنصر در این سیستم به حساب می آید حساسیت این دستگاه در آن است که تقریبا کل قدرت تولید شده در نیروگاهها در سرتا سر دنیا باید از شروع خط انتقال تا رسیدن به ولتاژ مصرف و توزیع،چندین مرحله جهت تغییر سطح ولتاژ چه در جهت افزایش و چه برای کاهش به ترانسفورماتورها اعمال گردد.

به عنوان مثالی ساده اگر قدرت تولید شده در ایران که حدود 34000 مگاوات است و کلیه آن باید در چندین مرحله وارد ترانسفورماتورهای مربوطه گردد را در نظر بگیریم چنانچه راندمان این ترانسفورماتورها به جای 8/98 % به 7/98 % کاهش یابد ،میان اختلاف تلف شده حاصل 24 مگاوات یا 24000 کیلووات خواهد شد که به صورت حرارت مصرف می شود حال اگر موضوع را درسطح کشورهای صنعتی که تولید آنها بالای 000/250 مگاوات است تعمیم بدهیم خواهیم دید که چقدر این دستگاه برای شبکه های توزیع حساس و در عین حال به خاطر گرمای حرارتی که به خاطر تلفات در آن ظاهر می گردد مشکل زا می باشد.

معمولا حفاظت ترانسفورماتور باید در مقابل اتصال کوتاه اضافه بار،و نیز گرمای اجتناب ناپذیر حاصل از تلفات باشد.

 

1-6-3 حفاظت در مقابل اضافه بار:

اضافه بار در ترانسفورماتور معمولا موجب ایجاد گرما در سیم بندی هسته می شود که این گرما بعلاوه گرمای ناشی از تلفات می تواند میزان  قابل توجهی گرما ایجاد کند که باید تحت کنترل باشد.

همانطور که در بخش های قبل ذکر شد هسته ترانسفورماتور توسط روغن و نیز سیستم های هوا دهی و یا گازهای فشرده مرتب خنک می گردد و درجه حرارت ترانسفورماتور توسط ترمومتر نصب شده بر روی ترنسفورماتور مشاهده می گردد.

معمولا عمل حفاظت در مقابل گرمای خارج از حد مجاز،توسط دو عنصر،کنترل و حفاظت می شوند.این دو عنصر عبارتند از: ترمومتر و رله بوخهلتز.

الف) ترمومتر:

ترمومتر که در بالای ترانسفورماتور نصب می شود دارای یک عقربه، یک شاخص و یک صفحه مدرج است. شاخص ترمومتر قابل تنظیم می باشد و آن را روی ماکزیمم درجه حرارت مجاز که معمولا 70 درجه سانتیگراد است تنظیم می کنیم و عقربه ترمومتر بر حسب میزان حرارت روغن هسته ترانسفورماتور روی صفحه مدرج حرکت می کند( شکل 8-3 ).اگر ترمومتر را به صورت یک کنتاکت الکتریکی حالت باز N.O در نظر بگیریم و یک جریان یا سیگنال به ترمینال ورودی آن بدهیم،در زمانیکه عقربه با افزایش درجه حرارت حرکت و به درجه حرارت تنظیم شده شاخص برسد، این کنتاکت بسته می شود و در خروجی ترمومتر یک سیگنال خواهیم داشت که نشان دهنده گرمای خارج از حد مجاز ترانسفورماتور است. این سیگنال را می توان به دستگاههای لازم و یا هر عنصر هشدار دهنده منتقل کرد تا ترانسفورماتور از مدار خارج گردد.همچنین می توان سیگنال دریافت شده از ترمومتر را به کلید اصلی فشار ضعیف منتقل ساخت تا با قطع آن ترانسفورماتور بی بار گردد.

ب)رله بوخهلتز:

این رله که شامل دو شناور مرحله 1 و مرحله 2 است،در حقیقت سطح روغن ترانسفورماتور را کنترل می کند. شناورهای بوخهلتز نیز مانند کنتاکت های حالت باز N.O عمل می کنند و وظیفه این شناورها ایجاد سیگنال در خروجی خود و بستن کنتاکت N.O است. روغن ترانسفورماتور تحت خطاهای پیش آمده زیر تغییر می کند:

الف) گرمای شدید ناشی از اضافه بار

ب)ایجاد گاز در روغن ترانسفورماتور به علت اتصال کوتاه و یا         تغییرات در شکستگی عایق روغن.

ج)نشتی روغن هسته و کم شدن میزان آن.

توسط شناورهای مرحله 1 و مرحله 2 بوخهلتز هر سه مورد فوق که همگی می توانند ترانسفورماتور را دچار مشکل نماید قابل تشخیص هستند.

شناور مرحله 1 جهت تشخیص تغییرات جزیی در سطح روغن ترانسفورماتور،شناور مرحله 2 جهت تشخیص سطح بحرانی در روغن است.جهت حفاظت می توان سیگنال دریافت شده از شناور مرحله 1 را به رله F کلید اصلی فشار ضعیف داد تا با قطع آن،ترانسفورماتور بی بار و سرد گردد.

همچنین شناور مرحله 2 که حالت بحرانی ترانسفورماتور را نشان می دهد را می توان به کلید فشار قوی در اولیه ترانسفورماتور داد تا ترانسفورماتور به طور کلی از مدار خارج شود و اقدامات تعمیرات روی آن صورت گیرد.

کلید های اتوماتیک فشار ضعیف

بمنظور حفاظت تأسیسات روشنائی، برق صنعتی، سیم و کابل و ماشین آلات در برابر اضافه بار و جریان اتصال کوتاه از فیوز، کلید- فیوز و کلیدهای اتوماتیک استفاده میگردد. لیکن به لحاظ اینکه اولا فیوزها همیشه نمی توانند عمل حفاظت موضعی و سلکتیو را در انواع مختلف شبکه ها بطور کامل و بدون خطا انجام دهند و در ثانی بعلت اینکه در شبکه سه فاز در موقع ازدیاد جریان اغلب قطع سه فاز بطور همزمان لازم و ضروری است لذا نمی توان همیشه از فیوز و کلید- فیوز استفاده کرد. در ضمن در بعضی از شبکه های توزیع می بایست به محض برگشت جریان (ولتاژ) یا افت بیش از حد مجاز ولتاژ، مدار بطور خودکار قطع و آلارمهای لازم ایجاد گردد. همچنین در بعضی موارد ورود اتوماتیک یا دستی ژنراتور اضطراری یا ترانسفورماتور در شبکه توزیع جهت تداوم کار شبکه یا انجام تعمیرات دوره ای شبکه اجتناب ناپذیر می باشد. در چنین حالاتی فقط از کلید اتوماتیک می توان استفاده کرد.

کلیدهای اتوماتیک علاوه بر موارد فوق نسبت به فیوزها و کلید- فیوزها دارای مزایای زیر می باشند :

کلید خودکار پس از قطع مدار در اثر جریان زیاد و یا هر عامل دیگری بلافاصله مجددا آماده بهره برداری می باشد.

با کمک کنتاکتهای فرعی که در آن تعبیه شده می توان وضعیت کلید را در هر حالت (قطع، وصل یا وقوع خطا) توسط سیگنال تعیین و در اطاق فرمان منعکس کرد.

ساختمان این کلیدها بگونه ای است که اگر کلید را بر روی یک مدار اتصال کوتاه شده ببندیم، در ضمن عمل بسته شدن، رله اضافه جریان کلید بسرعت وارد عمل شده و مدار را قطع می کند.

- کلیدهای فشار ضعیف :

از انواع کلیدهای فشار ضعیف می توان به کلیدهای زیراشاره کرد:

- کلیدهای اتوماتیک کمپکت(Moulded case circuit breaker:M.C.C.B)

- کلیدهای اتوماتیک هوایی(Air circuit breaker:A.C.B)

- کلیدهای مینیاتوری(Miniature circuit breaker:MCB)

- کلیدهای حافظ موتور(Motor protection circuit breaker:M.P.C.B)

- کلیدهای محافظ جان(Residual current circuit breaker:R.C.C.B )


-کلید اتوماتیک و کلید غیر اتوماتیک:ابتدا لازم است بدانیم کلیدهای اتوماتیک با کلیدهای غیر اتوماتیک چه فرقی دارند،کلیدهای اتوماتیک به کلیدهایی گفته میشود که دارای رله هستند و هر کدام برای کاربردهای مخصوصی مورد استفاده قرار میگیرد بطور مثال کلیدهای اتوماتیک هوایی دارای رله های بسیار هوشمندی هستند واین رله ها از نوع رله های الکترونیکی هستند،اما کلیدهای غیر اتوماتیک کلیدهایی هستند که صرفا"برای قطع و وصل مورد استفاده قرار میگیرد و فاقدرله میباشند بطور مثال کنتاکتور یک تجهیز غیر اتوماتیک است که برای قطع و وصل های گوناگون با کاربردهای مختلف یک مشخصه ای دارد مثلا"کنتاکتور AC3 برای بارهای القایی است.

*بیشترین توسعه ای که روی کلیدهای فشار ضعیف انجام میدهند رویcurrent limiting است که هر چه این خاصیت بیشتر شود کلید گرانتر میشود.این خاصیت مستقیما"به زمان قطع کلید بستگی دارد.

*معمولأ در کاتالوگ کلیدهای فشار ضعیف دو مشخصه فنی به نامهای Icu و Ics مشخص شده اند که دانستن مفهوم آنها در انتخاب کلید مهم است.

: Icu جریان اتصال کوتاهی که کلید تنها یکبار بدون انکه آسیبی ببیند قادر به قطع آن می باشد و برای دفعات بعدی نیاز به تعمیر و سرویس و یا تعویض دارد.

: Ics جریان اتصال کوتاهی که کلید به دفعات قادر به قطع آن می باشد بدون اینکه آسیبی ببیند و یا نیاز به تعمیر و یا تعویض پیدا کند.

بحث اتصال کوتاه در استاندارد IEC60974-2 دارای دو Category میباشد:

Category 1 :در این نوع، کلیدها بدون رنج اتصال کوتاه هستند و به ازای اتصال کوتاه لازم است مورد بازبینی قرار گیرند.

Category2:در این نوع، کلیدها یک مدت زمان کوتاه برای تحمل جریان اتصال کوتاه دارند و این قضیه به Current Limiting وسیله بستگی دارد.

در نوع دوم حفاظت و سلامت تجهیزات بهتر از نوع اول است.


- کلیدهای اتوماتیک کمپکت(( Molded Case Circuit Breaker (MCCB) :

Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از160A تا 1600A است اما این کلیدها حداکثر تا 3200A ساخته می شوند. فریم این کلیدها با افزایش جریان نامی آنها بزرگ می شود. بطور مثال کلیدهای کمپکت ساخت شرکتABB،تیپ Isomax ان از 125A تا 3200A ساخته میشود.


- کلیدهای هوایی : ((Air Circuit Breaker(ACB):

این کلیدها از انواع دیگری از کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف هستند که در آن آمپراژ بالا مورد استفاده قرارمی گیرند. حد بالای جریانی این کلیدها تا 6300A می باشد.Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از630A تا 16300A است مورد مصرف این کلیدها عمدتأ در ورودی تابلوها

می باشد که هم جریان بالایی دارد و هم برقراری Selectivity کامل بین کلیدهای ورودی و کلیدهای خروجی که معمولأ از نوع کمپکت می باشند ضروری است.

کلیدهای هوایی دارای رله هایی که در داخل خود کلید جاسازی شده اند(Built-in) می باشد. ویژگی این رله ها خاصیت تاخیری یا Time Delay آنهاست که عنصر اصلی در تامین Selectivity از طریق صدور فرمان قطع با تاخیر می باشند. (Selectivity همان پدیده تقدم قطع در خروجیها نسبت به ورودی هاست. به این معنی که اگر خطایی در یک فیدر خروجی رخ داد، ابتدا کلید خروجی قطع شود و تنها در صورت تداوم خطا روی مدار و عمل نکردن کلید خروجی، کلید ورودی با تاخیر کل تابلو را بی برق می کند. اهمیت این موضوع در این است که در صورت وقوع خطا در یکی از خروجیها کل تابلو بی برق نشود.)

یادآوری : استفاده از کلیدهای کمپکت در هر دو مدار خروجی و ورودی در تابلو حتی اگر کلید ورودی دو سایژ بالاتر از بالاترین سایز کلید در خروجیها انتخاب شود، تنها در محدوده کوچکی از جریان اتصال کوتاه، Selectivity را تامین می کند و به هر حال Selectivity کامل بدست نمی دهد.

- کلیدهای مینیاتوری((Miniature Circuit Breaker (MCB) :

از انواع کلیدهای فشار ضعیف که معمولأ در جریانهای پایین و در تابلوهای روشنایی وتاابلوهای توزیع با توان کم و یا جهت حفاظت مدارات کنترل و فرمان تجهیزات و تاسیسات برقی مورد استفاده قرار می گیرد. جریان قطع اتصال کوتاه این کلیدها معمولأ چندان بالا نیست.حداکثر جریان مورد استفاده با کلید مینیاتوری 100A است و همینطور جریان قطع اتصال کوتاه این کلیدها بصورت نرم 10KA و حداکثر 25KA است.این کلیدها دارای دو نوع کاربرد صنعتیIEC60947 وکاربرد مسکونیIEC60898 هستند.


- کلیدهای حافظ موتور((Motor Protection Circuit Breaker (MPCB) :

همانگونه که از اسم این کلیدها معلوم است این کلیدها برای حفاظت موتورها بسیار کاربرد دارند،این کلیدها معمولا" تا100A و 100KA ساخته میشوند و برای موتورهای تا 55KW مناسب هستند.این کلیدها حفاظت به دو نوع تقسیم میشوند.

کلیدهای حافظ جان((Residual current Circuit Breaker(RCCB):

یکی از عوامل اصلی در بروز خسارات مالی ، صدمات و تلفات جانی به ویژه در منازل مسکونی ، مراکز اداری ، تجاری و مجتمع های صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق میباشد . بمنظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشتی از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( محافظ جان ) استفاده می شود . این کلیدها که براساس حساسیت خود به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می شوند ، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق ، با جلوگیری از نشتی جریان در حفاظت دستگاه ها و تجهیزات صنعتی نیز موثر می باشند . براین اساس در صورتی که حساسیت کلیدها تا 30 میلی آمپر باشد این کلید به عنوان حفاظت از جان و در صورتی که حساسیت آن بیشتر از 30 میلی آمپر باشد به عنوان حفاظت از تجهیزات صنعتی بکار می رود .

اساس کار کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، مقایسه جریان ورودی با جریان خروجی کلید می باشد به طوری که اگر جریان نشتی در مداری که کلید در آن واقع شده است بیشتر از حساسیت کلید باشد کلید عمل کرده و جریان ورودی و در نتیجه مدار را قطع می نماید .

از مزایای دیگر استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی جلوگیری از بروز آتش سوزی در اثر وجود جریان نشتی می باشد . باتوجه به اینکه یم جریان 5/0 آمپری می توان باعث بروز آتش سوزی شود ، کلید حفاظت از خط برق گرفتگی با تشخیص جریان نشتی و قطع جریان ورودی ، مانع از بروز آتش سوزی می شود . همچنین از آنجا که در صورت وجود جریان نشتی در بدنه وسائل برقی و یا سیستم سیم کشی ساختمان ، این جریان به مرور زمان یاد می شود و احتمال سوختن وسایل برقی و سیستم سیم کشی ساختمان را به وجود می آورد لذا استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، با توجه به کاهش میزان هدر رفتن انرژی الکتریکی و برق مصرفی . صرفه جوئی اقتصادی و حفظ ثروتهای ملی را نیز در بر خواهد داشت .

- مشخصات کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( جریان نشتی ) :

- دمای کاری کلیدها جهت قطع جریان نشتی متناوب از 25- تا 40- درجه سیلسیوس و با قدرت اتصال کوتاه 6 تا 25 کیلو آمپر می باشد .

- جهت حفاظت کـلـیـدهـا و مـدار مصرفی در مـقـابـل اتصال کوتاه و اضافه بار بایستی فیوز پشتیبان (Back-Up Fuse) با توجه به جریان نامی کلید و مشخصات ارائه شده در کاتالوگ نصب گردد .

-کلیدها با جریان نامی 125-16 آمپر تولید می شوند .

-کلیدها جهت استفاده مشترکین تکفاز ( خـانـگی ) بـه صورت دو پـل ( فـاز + نـول ) و مشترکین سه فـاز ( صنعتی ) به صورت چهار پل ، که می تواند همراه با نول و یا بدون نول ( در سیستم های سه سیمه ) بکار رود .

-میزان جریان قطع خودکار کلیدها ( حساسیت ) از 10 میلی آمپر تا 5/1 آمپر ، و مدت زمان قطع حداکثر 200 میلی ثانیه است .

-باتوجه به موقعیت نصب ، سیم های ورودی و خروجی می توانند از بالا و یا پائین به کلید متصل شوند که این امر در کارکرد کلید اثری نخواهد داشت .

- درجه حفاظت کلیدها برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی برابر با IP 40 می باشد.

- کلید عملیات نصب و رفع نقص بایستی توسط فرد متخصص انجام شود .

-ترمینال های ورودی و خروجی کلیدها باتوجه به آمپر کلید برای بالاترین قطر کابل یا سیم در نظر گرفته شده و از این نظر مشکلی وجود نخواهد داشت .

- همراه با کلید امکان استفاده از کنتاکت کمکی نیز وجود دارد . 

منبع:http://power-system.mihanblog.com/

سیستم تحریک ژنراتور

سیستم تحریک ژنراتور:

سیستم تحریک ژنراتور کارون 1 از نوع استاتیکی می باشد. تحریک ژنراتور مستقیماً توسط مبدلهای تریستوری کنترل می شود که به تنظیم کننده ولتاژ الکترونیکی مجهز می باشند. توان لازم برای تحریک به طور معمول توسط سه ترانسفورماتر تکفاز تحریک تامین می شود و در وضعیت تست یا عملکرد ترمز الکتریکی، این توان توسط سیستم تغذیه ولتاژ AC نیروگاه تامین می گردد.

تمامی اجزاء سیستم تحریک (بجز ترانسفورماتور تحریک) درون 6 سلول (کیوبیکل) مستقر شده است. به منظور تبادل سیگنال ورودی/خروجی یک سری ترمینال تعبیه گردیده است.

تمامی تجهیزات الکترونیکی کنترل در سلول MKCO1 قرار گرفته اند.

سیستم تحریک قابلیت ایجاد پایداری مناسب و شرایط گذاری بار را دارا می باشد.

بخش هالی اصلی سیستم تحریک :

بخش های اصلی زیر در سیستم تحریک ژنراتور پیش بینی شده است:

-ترانسفورماتور تحریک

-ترانسفورماتور ترمز

-تریستورها

-سیستم خنک کننده هوا

-تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک (AVR)

-تجهیزات ضد تحریک

-حفاظت اضافه ولتاژ

-تجهیزات تحریک اولیه میدان

1-ترانسفورماتور تحریک :

ترانسفورماتور تحریک از نوع بانک سه فاز (مشتمل بر سه ترانس تکفاز، می باشد که دارای گروه برداری Yd5 و با کلاس عایقی F می باشد. بار نامی (3*450=1350KVA) . ولتاژ اولیه 1575KV(2HZ) و ولتاژ ثانویه 427 ولت می باشد. خنک کنندگی این ترانسفورماتور با جریان طبیعی هوا می باشد.

سمت HV ترانسفورماتور تحریک به طور ثابت به باس داکت ژنراتور (IPB) متصل شده است. سمت LV در زمان کارکرد عادی از طریق کلید فشار ضعیف مستقر در سلول MKCO2 به شینه AC تریستورها متصل می شود. به این شینه سه عدد پل تریستوری متصل می باشد که هر یک درون یک سلول (+MKCO5,+MKCO4,+MKCO3) جای گرفته است.

2-ترانسفورماتور ترمز الکتریکی

به منظور تغذیه میدان الکتریکی ژنراتور در حین ترمز الکتریکی، یک ترانسفورماتور سه فاز از نوع خشک تدارک دیده شده است. بار نامی این ترانس KVA163(بار دائمی)، ولتاژ اولیه 400 ولت (50 هرتز) و ولتاژ ثانویه آن 110 ولت می باشد. خنک کنندگی این ترانسفورماتور با جریان طبیعی هوا می باشد.

3-تریستورها :

پل های سه فاز AC از طریق کابل به ترانس تحریک متصل شده اند. خروجی DC نیز از طریق کابل به حلقه های لغزان (slip rings) متصل گردیده است. سلول های +MKCO3 تا +MKCO5 حاوی سه پل تریستوری می باشند ک به طور موازی به یکدیگر متصل شده اند، هر کدام از این پل ها دارای 6 عدد تریستور نوع BSt R65110 می باشد. دستگاه های نظارت بر جریان و سنسورهای نظارت بر جریان هوا نیز در سلول های یکسوسازها نصب شده اند.

پل های تریستوری به نحوی انتخاب گردیده اند که در صورت از کار افتادن یکی از آنها، دو پل دیگر قادر به عملکرد در شرایط بار کامل باشند.

در صورتی که دو واحد از پل ها از کار بیفتد سیستم تحریک از مدار خارج می شود.

4-سیستم خنک کننده هوا :

هر سلول +MKCO3 الی +MKCO5 مجهز به دو دستگاه فن می باشد که یکی از آنها رزرو است. این فن ها از دو منبع مستقل تغذیه می شوند. پس از هر بار فعال شد سیستم تحریک، یکی از فن ها وارد مدار می شود و در استارت بعدی جای خود را به فن دوم می دهد. در صورتیکه یکی از فن های فعال دچار اشکال شود، فن  دوم سلول وارد مدار می شود.

تامین هوای ورودی به سلولها از طریق شکاف های روی درب آنها انجام می گیرد. به منظور اجتناب از جریان هوا از طریق فن خاموش ، هر دو دستگاه فن داراری دریچه می باشند که دریچه فن خاموش بسته خواهد بود.

5-رگولاتورها :

تنظیم کننده و کنترل الکترونیکی از کارت های کشویی سیستم SIMADYN-D تشکیل شده است که درون یک رک فرعی در سلول +MKCO1 قرار دارد.

سلول +MKCO1 تمامی تجهیزات الکترونیکی را در خود جای داده است. این تجهیزات شامل ترانسدیوسرهای جریان و ولتاژ، تنظیم کننده های مقادیر مرجع AVR و کانال دستی، مدارات آتش تریستورها، کنترل کننده های محدود کننده جریان و تجهیزات کنترلی اضافی می شود. تمامی عملکردهای حلقه باز و حلقه بسته در نرم افزار سیستم دیده شده است. این سلول همچنین تمامی منابع تغذیه مورد نیاز برای مدارات آتش و کنترل گفته شده را در خود جای داده است.

6-تجهیزات ضد تحریک :

با توجه به اینکه سیستم تحریک بخشی از حفاظت ژنراتور می باشد، باید قطع تحریک ژنراتور سنکرون را به گونه ای مستقل از سایر بخش های تحریک تضمین نماید. بنابراین قطع ارتباط بین پل های تریستوری و روتور بصورت مطمئن لازم است. بدین منظور سیستم تحریک دارای یک کلید قطع کننده میدان (S101) می باشد که یکسوساز و میدان ژنراتور را از یکدیگر جدا می کند. تجهیزات ضد تحریک درون سلول +MKCO6 قرار گرفته اند.

برای سیستم ضد تحریک دو حالت عملکرد پیش بینی شده است:

-قطع تحریک به روش یکسوساز برعکس

-قطع تحریک به روش سیگنال تریپ

برای از مدار خارج کردن واحد در شرایط عادی، قطع تحریک ژنراتور از طریق یکسوسازی بر عکس انجام می پذیرد.

در صورتیکه قطع تحریک ژنراتور توسط سیگنال تریپ خارجی فعال گردد، کلید قطع کننده S101(با دو مدار تریپ مستقل و دو عدد بوبین) یکسوساز را قطع می نماید.

7-حفاظت اضافه ولتاژ

روتور هم مانند تریستورها باید در مقابل اضافه ولتاژ حفاظت شود. این اضافه ولتاژ ممکن است ناشی از کلیدزنی، لغزش روتور و یا اختلالات جوی باشد.

حفاظت اضافه ولتاژ، مرسوم به سیستم crow bar شامل دو تریستور موازی ولی متقابل می باشد که روتور را در برابر اضافه ولتاژهای مثبت و منفی حفاظت می کند.

8-تجهیزات تحریک اولیه میدان :

دستگاه تحریک اولیه میدان از شبکه 400 ولت سه فاز AC و یا باطری  220ولت DC واحد تغذیه می شود. تجهیزات مربوط به تحریک اولیه در سلول های +MKCO6,+MKCO2 مستقر شده اند. فیدر ورودی برای تغذیه 400 ولت AC توسط کلید Q122 مستقر در سلول +MKCO2 حفاظت می شود. ورودی از باتریهای 220 ولت DC نیز توسط فیوزهای F24,F23 حفاظت می شود. پس از فرمان شروع تحریک، مراحل تحریک اولیه میدان آغاز میشود. در صورتیکه ولتاژ یکسوساز اصلی از ولتاژ تحریک اولیه بیشتر شد، یکسوساز اصلی تغذیه جریان تحریک به روتور را بر عهده می گیرد. کنتاکتورهایDC تحریک اولیه پس از رساندن ولتاژ به 10% ولتاژ ژنراتور، قطع می شوند. در صورتیکه تحریک اولیه از طریق شبکه سه فاز 400 ولت AC دچار اشکال شود، پس از 10 ثانیه تحریک از طریق سیستم باطری 220 ولت DC دوباره وارد مدار می شود.

کلید ژنراتور

کلید قطع کننده مدار ژنراتور:

کلید قطع کننده مدار ژنراتور (GCB) از نوع HEC-3 می باشد و بین ژنراتور و ترانسفورماتور قدرت در گالری باس داکت های ایزوله شده در ارتفاع 2/362 از سطح دریا نصب گردیده است. کل مجموعه کلید روی یک قاب (Frame) نگهدارنده قرار دارد و تجهیزات تشکیل دهنده آن به شرح زیر می باشد:

-قطع کننده مدار (Q0)

-کلید ترمز الکتریکی(Q6)

-کلید اتصال زمین (Q81)

-کلید جدا کننده (Q9)

-کلید اتصال زمین (Q82)

-ترانسفورمرهای ولتاژ (VT52,VT53,VT55)

-خازن های دو طرف کلید قطع کننده

-برق گیر

-ترانسفورمرهای جریان (CT42,CT43,CT3)

-تابلوی کنترل

-تمامی مکانیزم های مورد نیاز بهره برداری و نیروی محرکه موتوری مربوطه برای تجهیزات ذکر شده بالا.

جانمائی ، ابعاد و اندازه ها، مونتاژ قطعات مختلف، دیاگرام میمیک، دیاگرام سیم کشی و غیره، کلاً در دستورالعمل و نقشه های شرکت سازنده (ABB) بشماره های 1HC0005542,AG226095E,1HC0005506 ارائه شده است.

سیستم کلید قطع کننده مدار ژنراتور بدو طریق قابل کنترل می باشد:

-از طریق تابلوی کنترل واحد (UCB)

-از طریق تابلوی کنترل محلی (LCB)

نحوه کنترل رامی توان با کلید انتخابی S2 تعیین کرد.

1-قطع کننده مدار

قطع کننده مدار یک کلید سه فاز با قابلیت نصب داخلی (Indoor) همراه با مکانیزم عمل کننده و کنترل می باشد که در داخل یک محفظه فلزی بسته روی یک قاب نگهدارنده مشترک قرار گرفته است.محفظه قطع کننده مدار با گاز بعنوان ماده خاموش کننده جرقه بر شده است. کنتاکتهای اصلی جدا از کنتاکتهای جرقه گیر ساخته شده اند حرکت کنتاکت ها بوسیله یک مکانیزم عمل کننده هیدرولیکی و انرژی ذخیره شده فنری انجام می گردد سه کلید قطع کننده (فازها) یکی به دیگری بصورت مکانیکی متصل شده اند.هر سه محفظه محتوی گاز قطب های (فازهای) قطع کننده مدار و نشان دهنده غلظت گاز از طریق خط لوله گاز SF6 که به مهره ماسور DILO مجهز شده است اتصال داده شده اند.

کلید قطع کننده مدار رامی توان از طریق تابلوی کنترل محلی و یا از تابلوی کنترل واحد (UCB)بصورت کنترل از دور باز و یا بسته کرد.

2-کلید ترمز الکتریکی:

از کلید اتصال کوتاه برای ترمز الکتریکی ژنراتور و حفاظت تجهیزات در دوران و حفاظت آزمایش استفاده می گردد. در صورت بسته بودن کلید اتصال کوتاه، یک اتصال عایق شده (در سمت بریکر) بین سه کلید قطع کننده بوجود می آید. کلید اتصال کوتاه با یک محرک موتوری و یا بصورت دستی می تواند عمل کند.

3-کلیدهای اتصال زمین :

کلیدهای اتصال زمین (در طرف قطع کننده و طرف جداکننده مدار) بطور اتوماتیک توسط موتورهای الکتریکی و یا بصورت دستی عمل می نمایند، این کلیدها در داخل سیستم قطع کننده مدار نصب شده اند. در شرایط بسته بودن، کلیدهای اتصال زمین تشکیل یک مدار مقاوم اتصال کوتاه بین هادیهای داخلی و محفظه خواهند داد.

4-کلید جدا کننده:

کلید جدا کننده بطور سری یا کلید قطع کننده مدار نصب شده است و می توان آن را بوسیله موتور و یا بصورت دستی باز و بسته کرد.

5-ترانسفورماتورهای ولتاژ :

ترانسفورماتورهای ولتاژ برای آشکارسازی و هشدار (حفاظت تجهیزات سنکرون کردن و تنظیم ولتاژ )و هم چنین اندازه گیری، در دو طرف سیستم کلید قطع کننده مدار نصب شده اند.

6-خازن ها :

خازن ها در دو طرف سیستم کلید قطع کننده مدار ژنراتور نصب و برای محدود کردن مقادیر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرند.

7-برق گیرها :

ضربه گیرها فقط در طرف ترانسفورماتور قدرت نصب می شوند و برای حفاظت تجهیزات در قبال مقادیر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرند.

8-ترانسفورماتورهای جریان :

ترانسفورماتورهای جریان برای آشکارسازی و هشدار (حفاظت) و اندازه گیری، در دو طرف کلید قطع کننده جریان نصب میشوند.

9-تابلوی کنترل :

کلیه وسایل و تجهیزات لازم برای کنترل و عملکرد سیستم کلیدهای قطع کننده در داخل تابلوی کنترل محلی وجود دارند.

ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ ژنراتور :

ترانسفورماتور افزایند ولتاژ ژنراتور بخش مهمی از یک نیروگاه آبی است. وظیفه این ترانس افزایش سطح ولتاژ ژنراتور به منظور اتصال به شبکه و انتقال اقتصادی توان می باشد.

ترانس های نیروگاه کارون 1 که در تراز 511 نصب شده اند. از نوع افزاینده تک فاز دو سیم پیچی ، با سیستم خنک کننده OFWF، پر شده از روغن، مناسب برای نصب در فضای آزاد می باشند. واحدهای تکفاز به صورت گروه های سه فاز به یکدیگر متصل می گردند که در طرف فشار متوسط (MV) به صورت مثلث و در طرف فشار قوی (HV) به صورت ستاره زمین شده بدون مقاومت به هم وصل گردیده اند. به منظور جلوگیری از گسترش حریق، ترانسها توسط دیوارهای بتنی ضد آتش احاطه گردیده اند.

ترانسفورماتور افزاینده شامل بخش های زیر می باشد:

-هسته آهنی

-سیم پیچ

-تانک

-منبع انبساط

-سیستم خنک کننده

-بوشینگ ها

-ترانس های جریان بوشینگی

-کلید تنظیم ولتاژ خروجی ترانس (در حالت بی برق)

-دستگاه های حفاظت و مانیتورینگ

-تابلوی کنترل

1-هسته آهنی:

هسته آهنی برای هدایت شار مغناطیسی از میان سیم پیچ ها بوده که از صفحات فولادی ورقه شده با نورد سرد و دانه بندی مغناطیسی منظم تشکیل شده است. هر دو طرف این صفحات توسط لایه نازکی از مواد عایق مقاوم در برابر حرارت پوشانده بوده است.

2-سیم پیچ :

این بخش شامل سیم پیچ های فشار متوسط و قوی از جنس مسی بوده که به شکل هم مرکز بر روی هسته پیچیده شده اند.

سیم پیچ ها به منظور آلفای ولتاژ از سمت فشارمتوسط (MV) به سمت فشار قوی (HV) می باشد. ضخامت هادی و عایق سیم پیچ ها بر مبنای ظرفیت ترانس، سطوح ولتاژ تست و ولتاژ بهره برداری تعیین می گردد.

3-مخزن :

مخزن از صفحات فولادی جوش کاری شده ساخته شده است. ضخامت صفحات و تعداد تسمه های محکم کننده برای تحمل خلاء 100% طراحی شده اند. مخزن به صفحه فونداسیون جوش می شود تا از صدمات ناشی از زلزله و اتصال کوتاه اجتناب گردد.

 4-منبع انبساط:

منبع انبساط مخزنی است که روغن منبسط شده ترانس به آن وارد می شود. این منبع در برابر خلاء مقاوم نیست. بر سر راه  لوله ارتباطی مخزن و منبع انبساط یک رله بوخهلتس قرار میگیرد. به منظور اجتناب از تماس مستقیم روغن با هوا یک کیسه هوایی درون منبع انبساط تدارک دیده شده است که حدود 90% فضای آن را اشغال کرده است. این کار باعث حفظ خواص دی الکتریک روغن می شود.

5-سیستم خنک کننده :

به منظور خنک کردن سیسم پیچ ترانس دو مبدل حرارتی روغن به آب از نوع دو لوله ای بر روی ترانس نصب می گردد. ظرفیت مبدل ها به گونه ای انتخاب شده که با هر یک از آنها ترانس قادر به تحمل 100% قدرت نامی خود بوده بدون آنکه دچار افزایش حرارت در حد غیر مجاز گردد. همچنین از پمپ های روغن نیز برای پمپ کردن روغن به مبدل های استفاده می شود. هنگامی که ترانس برقدار می باشد آب خنک کننده درون یک مبدل جریان دارد و در صورت خرابی یک مبدل جریان آب از این مبدل به مبدل دیگر منتقل می شود.

6-بوشینگ :

به منظور هدایت یک هادی با یک سطح ولتاژ از میان هادی دیگر با سطح ولتاژ متفاوت از بوشینگ استفاده می شود. اتصال طرف های فشار قوی (HV) و فشار متوسط(MV) توسط بوشینگ های روغن/ هوا بر قرار شده است. اتصال باس داکت IPB به بوشینگ های ترانسفورماتور از نوع قابل انعطاف میباشند. باس داکت ها به نحوی مهار شده اند که هیچ نیرویی به بوشینگ ها اعمال نشود. در هر بانک سه فاز تمامی بوشینگ های نوترال سمت فشار قوی (HV) به هادی واسطه ای (از جنس مس یا ACSR) متصل می شوند که به دیوارهای آتش ساپورت شده است. این هادی نیز به ترمینال سیستم زمین نیروگاه متصل شده است . بوشینگ شامل عایق های کاغذی آغشته به رزین و هادی مسی می باشد. به کمک فویل های آلومینیمی فشار الکتریکی کنترل و توزیع میدان یکنواخت می شود.بخش فوقانی بوشینگ که در معرض هوا قرار دارد توسط یک پوشش چینی محافظت می گردد. برای بوشینگ های فشار قوی (HV) نمایشگر سطح روغن مغناطیسی تدارک دیده شده است. فاصله بین بدنه عایق و پوشش چنینی توسط یک ماده عایق پر می گردد.

7-ترانس جریان بوشینگ :

برای حفاظت و اندازه گیری، ترانس های جریان نوع بوشینگی در داخل بوشینگ ها نصب می گردند. این ترانس ها جریان هادی در بوشینگ ترانس را اندازه گیری می کنند.

8-کلید تنظیم ولتاژ خروجی ترانس(در حالت بی برقی):

تنظیم نسبت تبدیل مستلزم وجود تپ هایی بر روی یکی از سیم پیچ هاست. در حالت تنظیم بی برقی بار، تغییر ولتاژ از سطح به سطح دیگر (تغییر تپ توسط کلیدی انجام میشود که مطابق طراحی برای عملکرد آن بایستی، قبلاً ترانس از سیستم جدا شده باشد. از این رو یک کلید 5 مرحله ای بر روی سیم پیچ فشار قوی نصب می شود.

9-وسایل حفاظت و نمایش:

به منظور حفاظت ترانس در برابر خطاهای داخلی و نمایش وضعیت ترانس دستگاه های مختلف زیر سر روی آن نصب می گردند:

رله بوخهلتس، وسایل آزادسازی فشار، نمایشگرهای دمای آب روغن، نمایشگر سطح روغن ، نمایشگر پاره شد کیسه هوایی، دماسنج مقاومتی برای اندازه گیری، دمای سیم پیچی ، نمایشگر جریان روغن، نمایشگر جریان آب، دستگاه آشکارساز نشت مدل حرارتی ، دماسنج آب و روغن ، شیر یک طرفه روغن.

10-تابلوی کنترل :

تابلوی کنترل ترانس جهت کنترل پمپ های گردش روغن در سیستم خنک کننده می باشد. همچنین این تابلو به عنوان مرکز جمع آوری و ارسال سیگنال های ترانس به بخش های مختلف از جمله مرکز کنترل می باشد.

11-پمپ های روغن :

این پمپ ها برای گردش روغن بین مخزن ترانس و مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن روغن ترانس استفاده می شود.در حالت کنترل اتوماتیک با رسیدن دمای سیم پیچ ترانس به 80 درجه سانتیگراد پمپ روغن انتخاب شده به طور خودکار روشن و با افت دمای روغن ترانس به 65 درجه سانتی گراد خاموش می گردد.

12-لوله کشی:

لوله کشی های ترانسفورماتور شامل سیستم گردش روغن و آب می باشد.

در سیستم آب خنک کننده، یک هدر ورودی مشترک و همچنین یک هدر خروجی مشترک به ازاء هر بانک سه فاز در نظر گرفته شده است. یک شیر سه راهه موتوری ورود آب به سیستم خنک کننده هر ترانس را کنترل می نماید و در صورت لزوم جریان آب را از یک مبدل حرارتی به مبدل دیگر انتقال میدهد.شیرهای تنظیم مربوطه نیز می توانند جریان آب به هر مبدل حرارتی را کنترل نمایند.

طرز کار توربین

طرز کار توربین 

مقدمه :

لازمه کار توربین وجود یک سیال کار مناسب، یک منبع انرژی سطح بالا و یک منبع برای انرژی سطح پایین می باشد. هنگامی که سیال از درون توربین گذر می کند قسمتی از انرژی آن به طور مداوم بیرون کشیده شده و به کار مفید مکانیکی تبدیل می شود.

توربین های بخار و گاز از انرژی حرراتی استفاده می کنند در حالی که توربین های آبی از انرژی فشار استفاده می کنند . اهداف اولیه یک طراح توربین حصول اطمینان از انجام این پروسه با حداکثر بازده و داشتن نیرو گاهی با حداکثر اعتماد در کمترین هرینه است . اهداف ثانویه این است که نیروگاه به کمترین نظارت و کمترین زمان برای راه اندازی نیاز داشته باشد که این اهداف با یکدیگر مغایرت دارند نتیجه نهایی سازش قابل قبول بین آنها خواهد بود .

انواع توربین :

الف) از نظر جهت جریان سیال داخل توربین

توربین جریان محوری : توربین که در آن مسیر جریان سیال به هنگام تبادل انرژی در داخل توربین موازی و در امتداد محور تو می باشد . (شکل1)در این توربین ها بخاری که از یک طرف وارد مراحل مختلف توربین می شود به صورت محوری از طریق نیغه های که شعاعی نصب شده اند جریان پیدا می کند.

توربین جریان شعاعی : توربین که در آن مسیر جریان سیال در داخل توربین حین تبادل انرژی در صحنه عمود بر محور تور باشد . (شکل2) در این توربینها بخار وارد مرکز توربین شده و از طریق 2 رتور که بر خلاف هم می چرخند منبسط شده و نهایتاً از طریق لوله خروجی به طرف بیرون رانده می شود . این نوع توربین برای طراحی با ظرفیت زیاد بخاطر جرم تیغه هایی که باید بروی حاشیه خارجی قرار گیرد قابل قبول نیست بزرگترین ظرفیت توربین با جریان شعاعی واحد 460 مگاوات باراکتورهای آب جوش در سوتد می باشد.

می باشد . توربین های بزرگ بخار امروزی از نوع محوری هستند که از نظر تیغه گذاری جهت جریان به 3 دسته تقسیم می شوند . ساده ترین شکل تیغه گذاری بصورت تک جریانی است . در جریان دو بل یا 2 راها صفحات تیغه داخل محفظه توربین به صورتی قرار یم گیرند که بخار در 2 جهت مخالف به صورت محوری جریان یابد . بخار از وسط سیلندر توربین وارد شده و به 2 شاخه تقسیم می شود که در خلاف جهت هم به سوی انتها رتور جریان می یابند مزایای آن جلوگیری از بکار بردن تیغه های بسیار بلند و کاهش نیروی رانش محوری توسط بخار بر وری تیغه ها است . کاهش ضربه هدف اصلی برای توربین با جریان معکوس است در آن بخار ا زطریق یکدسته تیغه وارد شده و آنگاه از طریق کانالهایی بطور داخلی و یا خارجی به سمت دسته دوم صفحات یا تغیه در خلاف جهت جریان قبل و در امتداد محور هدایت می شود . برای دبی بیشتر عبور می توان از چندین قسمت موازی استفاده کرد.

اگر سیال در خروجی توربین فشار پایین شعاعی داشته باشد . لازم است بخار به صورت زاویه قائمه چرخانده شود تا سیال به تیغه هایی با جریان محوری وارد و از آن خارج و در همان زمان در اطراف لوله توزیع شود . مساحت ورودی و خروجی باید فضای کافی برای ایجاد یکنواخت بدون افت فشار ناخاسته و یا جدایی جریان داشته باشد ممکن است که در خروجی توربین فشار پایین لوازم نصب شوند که جهت جریان را هدایت کنند . مانند اگزوز بومان که روی توربین جایکه آخرین مرحله تیغه های توربین قرار گرفته اند استفاده می شود در این طرح مرحله ما قبل توربین جدا می شود . جریان بخار از طریق حلقوی خارجی این مرحله مستقیماً به سوی کندانسور هدایت می شود و این هنگامی است که سیال از طریق قسمت داخلی در مسیری به سوی کندانسور جریان پیدا می کند زیرا 2 قسمت ما قبل تیغه های متحرک وظایف متعددی دارند.

 

ب) از نظر تغییرات فشار :

توربین ضربه ای : در این توربینها بخشی از حرارت بخار در تیغه های ثابت تبدیل به سرعت می شود . هیچگونه تلفات گرمایی و در نتیجه هیچگونه افت فشاری در عرض تیغه های متحرک وجود ندارد بنابر این کار مکانیکی انجام شده در تیغه های متحرک تنها در اثر تلف شدن قسمتی از سرعت کسب شده در تیغه های ثابت حاصل می شود . مقدار سرعت بهینه در پره ضربه ای یک ردیف تقریباً نصف سرعت مطلق بخار ورودی است . چنین سرعتی بسیار بیشتر از ماکزیموم سرعت مجازی که مقدار آن با توجه به تنشهای گریز از مرکز در محور تعیین می شود  علاوه بر آن سرعتهای زیاد بخار منجر به تلسفات اصطکاک زیاد نیز می شود در نتیجه بازده توربین کاهش می یابد.

توربین شربه ای مرکب سرعتی : مانند توربین یک ردیفه است که از یک مرحله نازل تشیکل می شود و با دنبال آن به جای یک ردیف پره متحرک چند ردیف پره قرار یم گیرند این ردیفها به وسیله ردیفهای پره های ثابت که به وسیله متصل هستند از هم جدا می شوند وظیفه پره های ثابت تنها هدایت بار خروجی از ردیف اول پره های متحرک به ردیف دوم این پره ها می باشد (شکل   ).

توربین ضربه ای مرکب فشاری : در این توربین ها افت آنتالپی بصورت مسلوی بین نازل های چندین ردیف ضربه ای که به طور متوالی قرار می گیرند تقسیم می کنند از این رو سرعتهای بخار ورودی به هر ردیف اساساً با هم مساوی و مقدار آن متناسب با һ∆ کاهنده می باشد . با وجود اینکه افت آنتالین در ردیفها یکسان است افت فشار در آنها چنین نیست . این توربینها نیاز به آب بندی دیافراگم برای جلوگیری از در توربینهای بزرگ که بازده نسبت به هزینه سرمایه گذاری اهمیت دارد استفاده می شود.

توربین های عکس العملی : در این توربین ها فقط نیمی از افت انرژی حرارتی در تیغه های ثابت روی می دهد و نیم دیگر در تیغه های متحرک این عمل باعث افزایش سرعت بخار در تیغه های متحرک شده که متقاباً باعث ایجاد یک ضربه یا عکس العمل در جهت مخالف حرکت سیال خروجی از تیغه های می گردد . همچنین مقداری ضربه در تیغه های متحرک اتفاق می افتد که از تغییر مسیر سیال ناشی می شود ولی برای ایجاد یک افت سرعت خالص کافی نمی باشد تیغه های ثابت نیز افت گرما را به سرعت تبدیل می کنند .

ج) آرایش و پیکربندی توربینها :

توربین های تک سیلندر : محدوده تولید برق برای این توربینها در حدود100 مگا وات می باشد که بستگی به اصول طراحی و شرایط اولیه بخار استفاده کردن یا نکردن از سیکل باز گرم ، شرایط خروجی بخار و همچنین سرعت چرخش دارد . از نظر چگونگی پذیرش بخار به 4 دسته 1- جریان مستقیم یکراه 2- توربین با مرحله باز گرمایش 3- توربین بازیرکش بخار به منظور گرمایش آب تغذیه و یا به عنوان تولید همزمان از توربین زیر کش می شود 4- توربین القایی که در آن بخار فشار پایین در یک طبقه فشار پایین به توربین تزریق می شود . شکل (             )

توربین های چند سیلندر : تعداد مراحل بستگی به شرایط ورود و خروج و ملاحظات طراحی و سازندگان دارد . توربینهای I P و LP معمولاً 2 جریانه هستند . تعداد مراحل فشار پایین در این توربین ها موجب کاهش ارتفاع پره ردیف آخر می شود . تعداد سیلندر توربین LP را اگر شافت توربین LP با سرعت دورنی 1800 دو بر دقیقه و شناخت توربین فشار بالا با سرعت 3600 دور بر دقیقه بچرخد می توان کاهش داد . به عنوان مثال یک توربین با توان خروجی 900-500 مگاوات در نیروگاهی که با سوخت فسیلی کار می کند و یا نیروگاه هسته ای خنک شونده با گاز شامل یک توربین فشار متوسط و 2 توربین فشار پایین می باشد .

توربین تاندوم یاردیخی : توربینی که تمام سیلندرهای آن روی یک محور قرار می گیرند و به یک ژنراتور وصل می شود .

توربین متقاطع : توربینی که سیلندرهای آن بر روی 2 شافت موازی و مجزا که ژنراتور جدا از هم را می چرخانند نصب می شود . که برای جلوگیری کردن از طولانی شدن شافت در توربینهای چند سیلندر از ترکیب متقاطع استفاده می کنند ( شکل   ).

د) نحوه قرار گرفتن لوله خروجی توربین و اتصال به کندانسور :

نحوه قرار گرفتن توربین LP و اتصالش با کندانسور به طور محسوسی به محل کندانسور و جهت قرار گرفتن لوله های آن نسبت به محور توربین بستگی دارد . از لحاظ نصب کندانسورها به 2 دسته تقسیم می شوند 1- زیر توربین نصب می شوند که لوله ها یا در جهت محور یا عمود بر آن هستند 2- پهلوی توربین نصب می شوند انواع مختلفی مانند انتگرالی و صندوق دارند ( شکل      ).

در این کندانسورها بخاطر آنکه لوله ها به صورت محوری قرار گرفته اند فضای بخار کندانسور می تواند بخش بخش شود و لذا موجب کاهش فشار کندانسور در قسمت سرد انتهایی باشد و این بازده کمی را حاصل می کند . اشمل اصلی آن است که کندانسور به لحاظ ترکیب سازه ای بارگذاری و فونداسیون یک قسمت مهم از اجزای توربین می شود این باعث می شود که طراحی کندانستور بستگی به تعداد و اندازه توربین های LP پیدا کند ه مانع دستیابی به طراحی دسته جمعی توبینها و پیچیدگی مسائل طراحی بین یک سازنده توربین و کندانسور می گردد . این طراحی موجب سخت شدن دسترسی ه توربین جهت تعمیرالت به عنوان مثال تعمیر پایه یا تاقانها می گردد و نیروگاههای جدید با استفاده از یک کانال اتصال بین فلنج هروجی توربین و فلنج ورودی کندانسور استفاده گردید . چون لوله های کندانسور به طور معمول بسیار بلندتر از پهنای پوست توربین هستند این کانالها به صورت ذوذنقه ای شکل ساخته می شوند.

n = 120 f/p

هـ) سرعت چرخش توربین :

در موارد معمول چون باید توربین بدون گیر برکس به ژنراتور کویل شود باید توربین با ژنراتور سنکرون باشد.

که f فرکانس سیلستم برق ، p تعداد جفت قطبهای ژنراتور و n سرعت چرخش عملاً فقط 2 فرکانس شبکه در جهان وجود دارد 50 و 60 هرتز و ژنراتورها معمولاً به صورت 2 قطبی یا چهار قطبی طراحی می شوند پس ژنراتورهای 60هرتز با 2 سرعت 2 قطبی 3600 دور بر دقیقه و چهار قطبی 1800 دور بر دقیقه و ژنراتورهای 50 هرتز نیز با 2 سرعت 2 قطبی 3000 دور بر دقیقه و 4 قطبی 1500 دور بر دقیقه تبعیت می کنند.

در توربین های کوچک که به منظور راندمان پمپ تغذیه بویلر برای واحدهای بزرگ از سرعت 1500 دقیقه استفاده می کنند . همچنین توربین های با سرعت متغییر برای سیرکوله کردن گاز در راکتورهای خنک شونده با گاز استفاده شده است و توربینهای تک مرحله ای کوچک هم بعضی اوقات برای چرخش پمپهای تغذیه اظطرای در نیروگاه هسته ای استفاده می گردند.

عوامل انتخاب سرعت چرخش توربین و ژنراتور : 1- اندازه واحد و شرایط بخار اولیه و طرح های موجود 2- استانداردهای مربوط به تعویض قطعات یدکی 3- رابطه اندازه با وزن و قیمت و حمل نقل 4- محدوده مورد نظر برای قابلیت اعتماد، عملکرد انعطاف پذیر و راحتی نگهداری و تعمیرات 5- نسبت بازده گرمایی و مطابقت اقتصادی 6- انتخاب مناسب از توربین های LP به منظور خروجی مناسب برای تعمیرات بخار مافوق گرم ترجیحاً از توربین با جداکثر سرعت استفاده می شود . ولی در خروجی بزرگت نتیجتاً توربین  LP باید متحمل فشارهای خیلی بالا یا بار خروجی خیلی زیاد شود به همین منظور سیستم را با یک توربین نیم سرعت همراه می کنند.

توربینهای با ترکیب متقاطع با یک خطHP/I P تمام سرعت و یک خط LP نیم سرعت عملاً در سیستمهای 60 هرتز جایکه بار خروجی تشدید شده است استفاده می شود.

برای تجهیزات بخار اشباع بالانس خیلی یکنواخت تر می باشد و بخار با نسبت دبی حجمی بالاتر برای یک خروجی معین بار خروجی بحرانی تر را می سازد بنابر این سرعت دورانی عموماً 1800 دور بر دقیقه می باشد.

در بعضی موارد آنیم توربین اما با حداکثر دور انتخاب می شدند تا راندمان یک توربین LP را داشته باشند و خروجی بالا رفته و سیستم برای سوپر هیت با سرعت بالا آماده شود.

ماشینهای 1500 دور بر دقیقه ممکن است برای کمترین فشار خروجی از لحاظ اقتصادی بهینه تر باشد. در مقابل ماشین های 3600 دور بر دقیقه ای جایی که فشار خروجی بهینه بالای .mbar9 است می توانند راندمان بهتری داشته باشند.

محدودیت های خروجی :

 1- افت شیر بخار 2- کم شدن ظرفیت هنگامی که بخار از یک نازل عبور می کند ا زطریق تبدیل گرما انرژی جنبشی کسب می کند . انبساط بخار بعد از نازل باعث می شود که مقداری ازانرژی جنبشی از طریق فشار و افزایش انتروپی همراه است.

افت شیر بخار :

در شیر گاوارنر جائیک بخار بعد از شیر به سرعت منبسط می شود و همه انرژی جنبشی تولید شده از طریق اصطکاک به حرارت تبدیل می گردد .  این عمل باعث یم شود که آنتالین سیال به اندازه آنتالین آن در مدخل ورودی باقی بماند اما به قیمت افزایش زیاد انتروپی و کاهش فشار تمام می شود این عمل به عنوان خفقان معروف بوده و برای پایین آوردن بار از آن استفاده یم شود کاهش بیشتر بار از طریق کم کردن دهانه شیر انجام می گیرد .

کم شدن ظرفیت :

افت فشار ایجاد شده در نازلهای مدخل ورودی توربین و تمامی پره های ثابت که در پی می آیند باعث می شود که دبی جرمی توربین و در نتیجه قدرت خروجی کاهش یابد بین دبی جرمی و افت فشار در توربین رابطه ای وجود دارد که به قانون بیضی معروف است.

 شدت دبی جرمی ،  فشار ورودی و خروجی و K ثابت است . اگر اثر دمای ورودی نیز در نظر بگیریم.

آنالیز جامع تری نشان داد که V حجم مخصوص و n  ضریب پلی تروپیک نیز در این رابطه دخیلند .                  

قانون بیضی وسیله مفیدی برای مدل کردن اثرات بار جزئی روی یک توربین می باشد . عدد K قانون بیضی را می توان از طریق طراحی یا به صورت اطلاعات اندازه گیری شدی بدست آورد و با دانشتن میزان دبی مورد نیاز می توان متعاقباً فشار را برای هر مرحله توربین از طرف دهانه خروجی ، جائیکه شرایط همان شرایط ورودی کندانسور می باشد بدست آورد.

افت توربین :

1- اصطکاک : در سراسر توربین  از جمله در شیپوره ها و پره های متحرک وجود دارد .

2-  اتلاف پروانه ای : دوران رتور و پره نیروی گریز از مرکزی بر بخار اعمال می کند که موجب می شود بخشی از آن به صورت شعاعی جریان یابد و در طول پره های متحرک کشیده شود . هنگامی که پذیرش بخار به پره های متحرک کمتر از بار کامل است وضعیتی چرخش در پره متحرک پدید می آید که موجب اتلاف انرژی می شود .

3- نشست : در داخل بخار می توان از فاصله بین نوک پره متحرک و پوسته در صورت افت فشار در پره نشست کند در خارج در محل یاتاقانهای مختلف محور صورت می گیرد .

4- رطوبت بخار : ذرات ذرات مایع که دارای سرعت کمی هستند روی پره های متحرک ریخته می شوند و تحت زوایایی غیر از زاویه طراحی شده با پره برخورد می کنند و موجب کاهش کار مکانیکی رتور یم شوند سرعت ذرات دیگر نیز به وسیله بخار افزایش یم یابد و در اثر تبادل اندازه حرکت مقداری از انرژی بخار گرفت یم شود .

5- خروج بخار چون بخار خروجی از آخرین طبقه توربین به علت پایین بودن فشار بالا بودن حجم مخصوص با توجه به انرژی جنبشی بخار نوعی افت است.

6-  اتلاف پر انتقال گرما : به 3 صورت رسانش ،همرفت و تابش صورت می گیرد . رسانش در داخل توربین و بین طبقات آن انجام می گیرد و به وسیله همرفت که عمدتاً ناشی از سرعتهای بالای بخاراست تقویت می شود . رسانش همچنین بین پوسته توربین و پایه آن صورت می گیرد اتلاف ناشی از همرفت و تابش از طریق پوسته به سالن می رسد . در مورد توربینهای فشار بالا محسوس تر است چون دما در آنها بالا است .

7- اتلاف مکانیکی و الکتریکی : توربین کار تولیدی را به یک مواد برق تحویل می دهد در جریان ایین کار با اتلافهای اصطکاکی دریاتاقانها ، مکانیزم کنترل کننده ها و جعبه دنده کاهنده در صورت وجود مواجه می شویم . تلفات مکانیکی عمدتاً ثابت و مستقل از بار است . و از این رو درصد آن با کاهش بار افزایش می یابد که در توربین های بزرگ کمتر است .

تیغه های متحرک : تیغه های متحرک یک توربین بخاری را که قبلاً در نازل ، تا تعدادی تیغه ثابت شتاب گرفته است دریافت کرده و انرژی جنبشی آن را به صورت کار مکانیکی روی شافت توربین  تبدیل می کنند . بر خورد بخار با تیغه ها باعث تغییر مسیر حرکت بخار می شود که نتیجتاً تغییر ممنتوم سیال را در برداشته و لذا تولید نیرو می کند به طور ایداه آل زاویه تغییر جهت بخار هر چه به 180 درجه نزدیکتر باشد بهتر است . ( شکل     )

 نحوه انتقال انرژی که در تیغه های متحرک صورت می گیرد بستگی دارد به ضربه ای و عکس العملی بودن توربین .

پره های متحرک توربین عکس العملی چون مثل شیپوره عمل می کنند شکلی همانند پره های ثابت دارند هر چند که انحنای آنها در جهت مخالف است شکل (  ) دیاگرام سرعت برای یک توربین عکس العملی نشان می دهد که سرعت نسبی بخار جدا شده از تیغه های متحرک از سرعت نسبی بخار ورودی به تیغه های متحرک بزرگتر است علت این امر افزایش سرعت روی تیغه های متحرک است که ناشی از وجود افت گرما در آنجا می باشد . پره های متحرک توربین ضربه ای معمولاً متقارنند و اندازه زوایای ورودی و خروجی  و  در آنها در حدود 20 درجه است پره های ضربه ای کوتاهند و مسافت سطح مقطع عبور جریان در آنها ثابت است . شکل (     ) دیاگرام سرعت یک توربین ضربه ای نشان می دهد که نسبی بخار جدا شده  از تیغه متحرک کمتر از سرعت نسبی بخار ورودی به تیغه متحرک است به دلیل تبدیل انرژی جنبشی به مکانیکی در تیغه های متحرک است.

تاثیر بر طراحی توربین :

تفاوتهای مهمی در طراحی توربینهای ضربه ای و عکس العملی وجود دارد . تیغه های متحرک در توربین ضربه ای روی دیسکهایی قرار می گیرند که خود جزئی از یک شافت با قطر کوچک هستند یا به آن وصل می شوند نیروی محوری روی رتور کوچک است زیر افت فشار در عرض تیغه ها وجود ندارد . وجود افت فشار در عرض تیغه های متحرک در توربینهای عکس العملی عمر دیسکها را کم می کند در عوض دیسکها را با شافتهای بزرگ تو خالی که به رتور استوانه ای معروف هستند،جایگزین می کنند.

بازده تیغه :

بازده که با آن انتقال انرژی به تیغه های متحرک صورت می گیرد عمدتاً بستگی به نسبت سرعت تیغه متحرک به سرعت مطلق بخار دارد . نسبت سرعت روی بازده در توربین ضربه ای به گونه ای با آنچه که در یک مرحله عکس العملی روی می دهد متفاوت است.

کار انجام شده توسط تیغه متحرک

همان گونه که در شکل (          ) نشان داده شده فرض می کنیم  است و =B Ө برای کار انجام شده داریم:

انرژی در دسترس تیغه های نتحرک مقدار انرژی است که به تیغه های ثابت داده می شود.

انرژی در دسترس

این امر نشان دهنده آن است که نمودار بازده به صورت سهمی است مقدار بازده ماکزیموم را می توان با مشتق گرفتن از رابطه فوق نسبت به U و مساوی صفر قرار دادن آن به دست آورد.

که نتیجه می دهد.( برای توربین ضربه ای )

بازده ایده آل در مرحله عکس العملی : از آنجا که تیغه های متحرک و ثابت شکل یکسانی دارند با توجه به شکل لذا

بنابر این داریم :

در یک مرحله عکس العملی همانوگنه که یک کاهش آنتالپی در عرض تیغه های متحرک وجود دارد در عرض تیغه های ثابت نیز کاهش آنتالپی داریم .

انرژی در دسترس شکل     دیاگرام بازده یک مرحله عکس العملی را در مقایسه با یک مرحله ضربه ای نشان می دهد.

برای رسیدن به بازده ماکزیموم برای هر 2 نوع طراحی ، تعداد مرحله ها در توربین عکس العملی باید 2 برابر تعداد آنها در توربین ضربه ای باشد این بعلت آن است که نسبت سرعت زیاد ( ) در توربین عکس العملی به معنی آن است که تنها افت حرارت کمی می تواند در هر مرحله انجام دهد. برای یک افت آنتالپی معلوم در هر طبقه برای به دست آوردن ماکزیموم بازده لازم است سرعت تیغه طبقه عکس العملی از طبقه شربه ای بیشتر باشد . برای یک سرعت تیغه معلوم سرعت سیال در طبقه عکس العملی از سرعت سیال در طبقه ضربه ای کمتر است.

طراحی تیغه های مدرن :

توربینهای مدرن ترکیبی از ضربه ای و عکس العملی هستند . توربینهای ضربه ای برای جبران ضعف بازده که ناشی از عکس العمل صفر یا جتی منفی است تا 20% از عکس العمل را در بیخ ریشه تیغه های متحرک بکار می گیرند . از طرف دیگر عکس العمل در بیخ توربینهای عکس العملی پایین آمده و تا حد 30 تا 40 درصد می رسد که باعث می شود تعداد مراحل مورد نیاز کاهش یافت و 50% عکس العمل را در نقطه میانی متحمل گردد . امروزه به طور دقیق 2 نوع طراحی به صورت زیر است.

1- توربین دیسک و دیافراگم با استفاده از تیغه هایی با عکس العمل کم

2- توربین درام – روتور با استفاده از تیغه های با عکس العمل زیاد

تیغه های تاب دار توربین فشار پایین :

بره های عکس العملی به ویژه در طبقات نهایی بلند هستند و در آنها مقدار سرعت تیغه از پایه تا نوک با افزایش شعاع پره افزایش می یابد که این امر موجب تغییر شکل نمودار سرعت در طول پره می شود . از پایه تا نوک پره زوایه ورودی پره افزایش و زوایه خروجی پره کاهش می یابد و درجه عکس العمل از پایه تا نوک تغییر می کند . به طوری که شکل پره در پایه تا حدی مانند پره ضربه ای است و در نوک پره درجه عکس العمل به حداکثر می رسد که به چنین پره هایی پره تابدار گویند.

بخار در مرحله های یک توربین LP بسرعت منبسط گشته و به سمت سرعت زیاد، اغلب سرعت مافوق صوت ، شتاب پیدا می کند . بخار در خروجی توربین می تواند تا حدود 10 درصد رطوبت داشته باشد . جریان بخار سپس شکل پیچده ای پیدا می کند و نحوه طراحی تیغه های توربین LP این موضوع را نشان می دهد . تیغه ها بلند هستند و پیچش زیادی دارند بطوریکه زوایای ورودی و خروجی در تمامی طول تیغه از خصوصیات یک جریان سه بعدی تبعیت می کنند.

هنگامی که در اواخر دهه 1950 و اویل دهه 1960 واحدهای بزرگ طراحی شدند هیچگونه ابزار تحلیلی در دسترس نبود تا بطور مطمئنی طبیعت جریان بعدی را در سیلندرهای توربین LP پیش بینی کند . امروزه تست های عرضی روی این ماشین ها نشان دهنده وجود اجزاء شعاعی سرعت قابل ملاحظه ای در یک جریان به شدت واگرا می باشد . روش هایث آنالیز تمامی جریان که امروزه به خدمت گرفته شده اند محاسبه جزئیات حرکت سیال در اطراف هر تیغه را ممکن می سازند . این کار با روشهای محاسباتی مدرن صورت می گیرد و آنالیز حوزه جریان را در سیلندرهای توربین های مدل در کارخانجات سازنده و همچنین روی دستگاههای واقعی در حال سرویس بدست آمده پالایش و سپس ارزیابی می گردند . دقت پیش بینی جریان امروزه خیلی بالاست و طراحی تیغه ها به منظور دستیابی به شکل جریان سه بعدی مورد نظر ممکن شده است . تیغه های مدرن آخرین مرحله بطور قابل ملاحظه ای پیچش داده می شوند زیرا جریان در پیچیده ترین حالت خود در صفحه خروجی است . سطح مقطع تیغه در نوک آن تنها حدود 15 درصد سطح مقطع آن در بیخ آن است ( شکل 12-1) .

برای نشان دادن این مطلب در حال حاضر فرض می کنیم که آخرین مرحله بگونه ای طراحی شده که درجه عکس العمل کمی در قطر مبنا که نزدیک به دیسک روتر قرار دارد داشته باشد.

اکنون اجازه دهید تا به طرف منطقه وسط تیغه متحرک یعنی به قطر متوسط مرحله به سمت بالا حرکت کنیم.

بطور نمونه ، در تیغه های مدرن قطر نوک تقریباً دو برابر قطر مبناست به گونه ای که بطور متوسط فاصله تیغه ( یعنی فاصله محیطی بین دو تیغه مجاور ) تقریباً به اندازه 5/1 برابر فاصله تیغه در قطر مبناست . سرعت محیطی تیغه نیز 5/1 برابر بزرگتر از سرعت تیغه در قطر مبنا است . اگر مقطع تیغه متحرکی که در قطر متوسط استفاده می شود همانند آنچه که در قطر مبنا مورد استفاده قرار می گیرد انتخاب می شد عبور سیال از بین تیغه های متحرک ، بخاطر فاصله تیغه که افزایش یافته ، بطور غلطی انجام میب شد و در حالیکه اثر افزایش سرعت تیغه موجب تغییر جهت سرعت بخار نسبت به تیغه متحرک می گرید ، زوایه ورودی تیغه موجب تغییر جهت با جریان بخار ورودی نمی شد.

علاوه بر آن ، بردار سرعت بخار هنگام ترک تیغه و در نتیجه کاهش بازده می گردید . با تغییر دادن شکل سطح مقطع تیغه متحرک می توان بر این مشکل غلبه کرد . زوایه خروجی را کاهش می دهند تا سطح مقطع عبور جریان را محدود کنند بطوریکه یک افت فشار در عرض تیغه های متحرک بوجود آید ، بخار از تیغه های متحرک با سرعتی بیشتر جدا شود ، سرعت زیاد محیطی را جبران نموده و با سرعتی محوری خارج گردد . این باعث می شود که افت فشار در عرض تیغه های ثابت کاهش یابد تا همین افت فشار در کل مرحله نگه داشته شود.

سیستم تحریک ژنراتور

سیستم تحریک ژنراتور: 

سیستم تحریک ژنراتور کارون 1 از نوع استاتیکی می باشد. تحریک ژنراتور مستقیماً توسط مبدلهای تریستوری کنترل می شود که به تنظیم کننده ولتاژ الکترونیکی مجهز می باشند. توان لازم برای تحریک به طور معمول توسط سه ترانسفورماتر تکفاز تحریک تامین می شود و در وضعیت تست یا عملکرد ترمز الکتریکی، این توان توسط سیستم تغذیه ولتاژ AC نیروگاه تامین می گردد. 

تمامی اجزاء سیستم تحریک (بجز ترانسفورماتور تحریک) درون 6 سلول (کیوبیکل) مستقر شده است. به منظور تبادل سیگنال ورودی/خروجی یک سری ترمینال تعبیه گردیده است. 

تمامی تجهیزات الکترونیکی کنترل در سلول MKCO1 قرار گرفته اند. 

سیستم تحریک قابلیت ایجاد پایداری مناسب و شرایط گذاری بار را دارا می باشد. 

بخش هالی اصلی سیستم تحریک : 

بخش های اصلی زیر در سیستم تحریک ژنراتور پیش بینی شده است: 

-ترانسفورماتور تحریک 

-ترانسفورماتور ترمز 

-تریستورها 

-سیستم خنک کننده هوا 

-تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک (AVR) 

-تجهیزات ضد تحریک 

-حفاظت اضافه ولتاژ 

-تجهیزات تحریک اولیه میدان 

1-ترانسفورماتور تحریک : 

ترانسفورماتور تحریک از نوع بانک سه فاز (مشتمل بر سه ترانس تکفاز، می باشد که دارای گروه برداری Yd5 و با کلاس عایقی F می باشد. بار نامی (3*450=1350KVA) . ولتاژ اولیه 1575KV(2HZ) و ولتاژ ثانویه 427 ولت می باشد. خنک کنندگی این ترانسفورماتور با جریان طبیعی هوا می باشد. 

سمت HV ترانسفورماتور تحریک به طور ثابت به باس داکت ژنراتور (IPB) متصل شده است. سمت LV در زمان کارکرد عادی از طریق کلید فشار ضعیف مستقر در سلول MKCO2 به شینه AC تریستورها متصل می شود. به این شینه سه عدد پل تریستوری متصل می باشد که هر یک درون یک سلول (+MKCO5,+MKCO4,+MKCO3) جای گرفته است. 

2-ترانسفورماتور ترمز الکتریکی 

به منظور تغذیه میدان الکتریکی ژنراتور در حین ترمز الکتریکی، یک ترانسفورماتور سه فاز از نوع خشک تدارک دیده شده است. بار نامی این ترانس KVA163(بار دائمی)، ولتاژ اولیه 400 ولت (50 هرتز) و ولتاژ ثانویه آن 110 ولت می باشد. خنک کنندگی این ترانسفورماتور با جریان طبیعی هوا می باشد. 

3-تریستورها : 

پل های سه فاز AC از طریق کابل به ترانس تحریک متصل شده اند. خروجی DC نیز از طریق کابل به حلقه های لغزان (slip rings) متصل گردیده است. سلول های +MKCO3 تا +MKCO5 حاوی سه پل تریستوری می باشند ک به طور موازی به یکدیگر متصل شده اند، هر کدام از این پل ها دارای 6 عدد تریستور نوع BSt R65110 می باشد. دستگاه های نظارت بر جریان و سنسورهای نظارت بر جریان هوا نیز در سلول های یکسوسازها نصب شده اند. 

پل های تریستوری به نحوی انتخاب گردیده اند که در صورت از کار افتادن یکی از آنها، دو پل دیگر قادر به عملکرد در شرایط بار کامل باشند. 

در صورتی که دو واحد از پل ها از کار بیفتد سیستم تحریک از مدار خارج می شود. 

4-سیستم خنک کننده هوا : 

هر سلول +MKCO3 الی +MKCO5 مجهز به دو دستگاه فن می باشد که یکی از آنها رزرو است. این فن ها از دو منبع مستقل تغذیه می شوند. پس از هر بار فعال شد سیستم تحریک، یکی از فن ها وارد مدار می شود و در استارت بعدی جای خود را به فن دوم می دهد. در صورتیکه یکی از فن های فعال دچار اشکال شود، فن  دوم سلول وارد مدار می شود. 

تامین هوای ورودی به سلولها از طریق شکاف های روی درب آنها انجام می گیرد. به منظور اجتناب از جریان هوا از طریق فن خاموش ، هر دو دستگاه فن داراری دریچه می باشند که دریچه فن خاموش بسته خواهد بود. 

5-رگولاتورها : 

تنظیم کننده و کنترل الکترونیکی از کارت های کشویی سیستم SIMADYN-D تشکیل شده است که درون یک رک فرعی در سلول +MKCO1 قرار دارد. 

سلول +MKCO1 تمامی تجهیزات الکترونیکی را در خود جای داده است. این تجهیزات شامل ترانسدیوسرهای جریان و ولتاژ، تنظیم کننده های مقادیر مرجع AVR و کانال دستی، مدارات آتش تریستورها، کنترل کننده های محدود کننده جریان و تجهیزات کنترلی اضافی می شود. تمامی عملکردهای حلقه باز و حلقه بسته در نرم افزار سیستم دیده شده است. این سلول همچنین تمامی منابع تغذیه مورد نیاز برای مدارات آتش و کنترل گفته شده را در خود جای داده است. 

6-تجهیزات ضد تحریک : 

با توجه به اینکه سیستم تحریک بخشی از حفاظت ژنراتور می باشد، باید قطع تحریک ژنراتور سنکرون را به گونه ای مستقل از سایر بخش های تحریک تضمین نماید. بنابراین قطع ارتباط بین پل های تریستوری و روتور بصورت مطمئن لازم است. بدین منظور سیستم تحریک دارای یک کلید قطع کننده میدان (S101) می باشد که یکسوساز و میدان ژنراتور را از یکدیگر جدا می کند. تجهیزات ضد تحریک درون سلول +MKCO6 قرار گرفته اند. 

برای سیستم ضد تحریک دو حالت عملکرد پیش بینی شده است: 

-قطع تحریک به روش یکسوساز برعکس 

-قطع تحریک به روش سیگنال تریپ 

برای از مدار خارج کردن واحد در شرایط عادی، قطع تحریک ژنراتور از طریق یکسوسازی بر عکس انجام می پذیرد. 

در صورتیکه قطع تحریک ژنراتور توسط سیگنال تریپ خارجی فعال گردد، کلید قطع کننده S101(با دو مدار تریپ مستقل و دو عدد بوبین) یکسوساز را قطع می نماید. 

7-حفاظت اضافه ولتاژ 

روتور هم مانند تریستورها باید در مقابل اضافه ولتاژ حفاظت شود. این اضافه ولتاژ ممکن است ناشی از کلیدزنی، لغزش روتور و یا اختلالات جوی باشد. 

حفاظت اضافه ولتاژ، مرسوم به سیستم crow bar شامل دو تریستور موازی ولی متقابل می باشد که روتور را در برابر اضافه ولتاژهای مثبت و منفی حفاظت می کند. 

8-تجهیزات تحریک اولیه میدان : 

دستگاه تحریک اولیه میدان از شبکه 400 ولت سه فاز AC و یا باطری  220ولت DC واحد تغذیه می شود. تجهیزات مربوط به تحریک اولیه در سلول های +MKCO6,+MKCO2 مستقر شده اند. فیدر ورودی برای تغذیه 400 ولت AC توسط کلید Q122 مستقر در سلول +MKCO2 حفاظت می شود. ورودی از باتریهای 220 ولت DC نیز توسط فیوزهای F24,F23 حفاظت می شود. پس از فرمان شروع تحریک، مراحل تحریک اولیه میدان آغاز میشود. در صورتیکه ولتاژ یکسوساز اصلی از ولتاژ تحریک اولیه بیشتر شد، یکسوساز اصلی تغذیه جریان تحریک به روتور را بر عهده می گیرد. کنتاکتورهایDC تحریک اولیه پس از رساندن ولتاژ به 10% ولتاژ ژنراتور، قطع می شوند. در صورتیکه تحریک اولیه از طریق شبکه سه فاز 400 ولت AC دچار اشکال شود، پس از 10 ثانیه تحریک از طریق سیستم باطری 220 ولت DC دوباره وارد مدار می شود. 

کلید ژنراتور 

کلید قطع کننده مدار ژنراتور: 

کلید قطع کننده مدار ژنراتور (GCB) از نوع HEC-3 می باشد و بین ژنراتور و ترانسفورماتور قدرت در گالری باس داکت های ایزوله شده در ارتفاع 2/362 از سطح دریا نصب گردیده است. کل مجموعه کلید روی یک قاب (Frame) نگهدارنده قرار دارد و تجهیزات تشکیل دهنده آن به شرح زیر می باشد: 

-قطع کننده مدار (Q0) 

-کلید ترمز الکتریکی(Q6) 

-کلید اتصال زمین (Q81) 

-کلید جدا کننده (Q9) 

-کلید اتصال زمین (Q82) 

-ترانسفورمرهای ولتاژ (VT52,VT53,VT55) 

-خازن های دو طرف کلید قطع کننده 

-برق گیر 

-ترانسفورمرهای جریان (CT42,CT43,CT3) 

-تابلوی کنترل 

-تمامی مکانیزم های مورد نیاز بهره برداری و نیروی محرکه موتوری مربوطه برای تجهیزات ذکر شده بالا                   

جانمائی ، ابعاد و اندازه ها، مونتاژ قطعات مختلف، دیاگرام میمیک، دیاگرام سیم کشی و غیره، کلاً در دستورالعمل و نقشه های شرکت سازنده (ABB) بشماره های 1HC0005542,AG226095E,1HC0005506 ارائه شده است. 

سیستم کلید قطع کننده مدار ژنراتور بدو طریق قابل کنترل می باشد: 

-از طریق تابلوی کنترل واحد (UCB) 

-از طریق تابلوی کنترل محلی (LCB) 

نحوه کنترل رامی توان با کلید انتخابی S2 تعیین کرد. 

1-قطع کننده مدار 

قطع کننده مدار یک کلید سه فاز با قابلیت نصب داخلی (Indoor) همراه با مکانیزم عمل کننده و کنترل می باشد که در داخل یک محفظه فلزی بسته روی یک قاب نگهدارنده مشترک قرار گرفته است.محفظه قطع کننده مدار با گاز بعنوان ماده خاموش کننده جرقه بر شده است. کنتاکتهای اصلی جدا از کنتاکتهای جرقه گیر ساخته شده اند حرکت کنتاکت ها بوسیله یک مکانیزم عمل کننده هیدرولیکی و انرژی ذخیره شده فنری انجام می گردد سه کلید قطع کننده (فازها) یکی به دیگری بصورت مکانیکی متصل شده اند.هر سه محفظه محتوی گاز قطب های (فازهای) قطع کننده مدار و نشان دهنده غلظت گاز از طریق خط لوله گاز SF6 که به مهره ماسور DILO مجهز شده است اتصال داده شده اند. 

کلید قطع کننده مدار رامی توان از طریق تابلوی کنترل محلی و یا از تابلوی کنترل واحد (UCB)بصورت کنترل از دور باز و یا بسته کرد. 

2-کلید ترمز الکتریکی: 

از کلید اتصال کوتاه برای ترمز الکتریکی ژنراتور و حفاظت تجهیزات در دوران و حفاظت آزمایش استفاده می گردد. در صورت بسته بودن کلید اتصال کوتاه، یک اتصال عایق شده (در سمت بریکر) بین سه کلید قطع کننده بوجود می آید. کلید اتصال کوتاه با یک محرک موتوری و یا بصورت دستی می تواند عمل کند. 

3-کلیدهای اتصال زمین : 

کلیدهای اتصال زمین (در طرف قطع کننده و طرف جداکننده مدار) بطور اتوماتیک توسط موتورهای الکتریکی و یا بصورت دستی عمل می نمایند، این کلیدها در داخل سیستم قطع کننده مدار نصب شده اند. در شرایط بسته بودن، کلیدهای اتصال زمین تشکیل یک مدار مقاوم اتصال کوتاه بین هادیهای داخلی و محفظه خواهند داد. 

4-کلید جدا کننده: 

کلید جدا کننده بطور سری یا کلید قطع کننده مدار نصب شده است و می توان آن را بوسیله موتور و یا بصورت دستی باز و بسته کرد. 

5-ترانسفورماتورهای ولتاژ : 

ترانسفورماتورهای ولتاژ برای آشکارسازی و هشدار (حفاظت تجهیزات سنکرون کردن و تنظیم ولتاژ )و هم چنین اندازه گیری، در دو طرف سیستم کلید قطع کننده مدار نصب شده اند. 

6-خازن ها : 

خازن ها در دو طرف سیستم کلید قطع کننده مدار ژنراتور نصب و برای محدود کردن مقادیر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرند. 

7-برق گیرها : 

ضربه گیرها فقط در طرف ترانسفورماتور قدرت نصب می شوند و برای حفاظت تجهیزات در قبال مقادیر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرند. 

8-ترانسفورماتورهای جریان : 

ترانسفورماتورهای جریان برای آشکارسازی و هشدار (حفاظت) و اندازه گیری، در دو طرف کلید قطع کننده جریان نصب میشوند. 

9-تابلوی کنترل : 

کلیه وسایل و تجهیزات لازم برای کنترل و عملکرد سیستم کلیدهای قطع کننده در داخل تابلوی کنترل محلی وجود دارند. 

ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ ژنراتور : 

ترانسفورماتور افزایند ولتاژ ژنراتور بخش مهمی از یک نیروگاه آبی است. وظیفه این ترانس افزایش سطح ولتاژ ژنراتور به منظور اتصال به شبکه و انتقال اقتصادی توان می باشد. 

ترانس های نیروگاه کارون 1 که در تراز 511 نصب شده اند. از نوع افزاینده تک فاز دو سیم پیچی ، با سیستم خنک کننده OFWF، پر شده از روغن، مناسب برای نصب در فضای آزاد می باشند. واحدهای تکفاز به صورت گروه های سه فاز به یکدیگر متصل می گردند که در طرف فشار متوسط (MV) به صورت مثلث و در طرف فشار قوی (HV) به صورت ستاره زمین شده بدون مقاومت به هم وصل گردیده اند. به منظور جلوگیری از گسترش حریق، ترانسها توسط دیوارهای بتنی ضد آتش احاطه گردیده اند. 

ترانسفورماتور افزاینده شامل بخش های زیر می باشد: 

-هسته آهنی 

-سیم پیچ 

-تانک 

-منبع انبساط 

-سیستم خنک کننده 

-بوشینگ ها 

-ترانس های جریان بوشینگی 

-کلید تنظیم ولتاژ خروجی ترانس (در حالت بی برق) 

-دستگاه های حفاظت و مانیتورینگ 

-تابلوی کنترل 

1-هسته آهنی: 

هسته آهنی برای هدایت شار مغناطیسی از میان سیم پیچ ها بوده که از صفحات فولادی ورقه شده با نورد سرد و دانه بندی مغناطیسی منظم تشکیل شده است. هر دو طرف این صفحات توسط لایه نازکی از مواد عایق مقاوم در برابر حرارت پوشانده بوده است. 

2-سیم پیچ : 

این بخش شامل سیم پیچ های فشار متوسط و قوی از جنس مسی بوده که به شکل هم مرکز بر روی هسته پیچیده شده اند. 

سیم پیچ ها به منظور آلفای ولتاژ از سمت فشارمتوسط (MV) به سمت فشار قوی (HV) می باشد. ضخامت هادی و عایق سیم پیچ ها بر مبنای ظرفیت ترانس، سطوح ولتاژ تست و ولتاژ بهره برداری تعیین می گردد. 

3-مخزن : 

مخزن از صفحات فولادی جوش کاری شده ساخته شده است. ضخامت صفحات و تعداد تسمه های محکم کننده برای تحمل خلاء 100% طراحی شده اند. مخزن به صفحه فونداسیون جوش می شود تا از صدمات ناشی از زلزله و اتصال کوتاه اجتناب گردد. 

4-منبع انبساط: 

منبع انبساط مخزنی است که روغن منبسط شده ترانس به آن وارد می شود. این منبع در برابر خلاء مقاوم نیست. بر سر راه  لوله ارتباطی مخزن و منبع انبساط یک رله بوخهلتس قرار میگیرد. به منظور اجتناب از تماس مستقیم روغن با هوا یک کیسه هوایی درون منبع انبساط تدارک دیده شده است که حدود 90% فضای آن را اشغال کرده است. این کار باعث حفظ خواص دی الکتریک روغن می شود. 

5-سیستم خنک کننده : 

به منظور خنک کردن سیسم پیچ ترانس دو مبدل حرارتی روغن به آب از نوع دو لوله ای بر روی ترانس نصب می گردد. ظرفیت مبدل ها به گونه ای انتخاب شده که با هر یک از آنها ترانس قادر به تحمل 100% قدرت نامی خود بوده بدون آنکه دچار افزایش حرارت در حد غیر مجاز گردد. همچنین از پمپ های روغن نیز برای پمپ کردن روغن به مبدل های استفاده می شود. هنگامی که ترانس برقدار می باشد آب خنک کننده درون یک مبدل جریان دارد و در صورت خرابی یک مبدل جریان آب از این مبدل به مبدل دیگر منتقل می شود. 

6-بوشینگ : 

به منظور هدایت یک هادی با یک سطح ولتاژ از میان هادی دیگر با سطح ولتاژ متفاوت از بوشینگ استفاده می شود. اتصال طرف های فشار قوی (HV) و فشار متوسط(MV) توسط بوشینگ های روغن/ هوا بر قرار شده است. اتصال باس داکت IPB به بوشینگ های ترانسفورماتور از نوع قابل انعطاف میباشند. باس داکت ها به نحوی مهار شده اند که هیچ نیرویی به بوشینگ ها اعمال نشود. در هر بانک سه فاز تمامی بوشینگ های نوترال سمت فشار قوی (HV) به هادی واسطه ای (از جنس مس یا ACSR) متصل می شوند که به دیوارهای آتش ساپورت شده است. این هادی نیز به ترمینال سیستم زمین نیروگاه متصل شده است . بوشینگ شامل عایق های کاغذی آغشته به رزین و هادی مسی می باشد. به کمک فویل های آلومینیمی فشار الکتریکی کنترل و توزیع میدان یکنواخت می شود.بخش فوقانی بوشینگ که در معرض هوا قرار دارد توسط یک پوشش چینی محافظت می گردد. برای بوشینگ های فشار قوی (HV) نمایشگر سطح روغن مغناطیسی تدارک دیده شده است. فاصله بین بدنه عایق و پوشش چنینی توسط یک ماده عایق پر می گردد. 

7-ترانس جریان بوشینگ : 

برای حفاظت و اندازه گیری، ترانس های جریان نوع بوشینگی در داخل بوشینگ ها نصب می گردند. این ترانس ها جریان هادی در بوشینگ ترانس را اندازه گیری می کنند. 

8-کلید تنظیم ولتاژ خروجی ترانس(در حالت بی برقی): 

تنظیم نسبت تبدیل مستلزم وجود تپ هایی بر روی یکی از سیم پیچ هاست. در حالت تنظیم بی برقی بار، تغییر ولتاژ از سطح به سطح دیگر (تغییر تپ توسط کلیدی انجام میشود که مطابق طراحی برای عملکرد آن بایستی، قبلاً ترانس از سیستم جدا شده باشد. از این رو یک کلید 5 مرحله ای بر روی سیم پیچ فشار قوی نصب می شود.  

9-وسایل حفاظت و نمایش 

به منظور حفاظت ترانس در برابر خطاهای داخلی و نمایش وضعیت ترانس دستگاه های مختلف زیر سر روی آن نصب می گردند: 

رله بوخهلتس، وسایل آزادسازی فشار، نمایشگرهای دمای آب روغن، نمایشگر سطح روغن ، نمایشگر پاره شد کیسه هوایی، دماسنج مقاومتی برای اندازه گیری، دمای سیم پیچی ، نمایشگر جریان روغن، نمایشگر جریان آب، دستگاه آشکارساز نشت مدل حرارتی ، دماسنج آب و روغن ، شیر یک طرفه روغن. 

10-تابلوی کنترل : 

تابلوی کنترل ترانس جهت کنترل پمپ های گردش روغن در سیستم خنک کننده می باشد. همچنین این تابلو به عنوان مرکز جمع آوری و ارسال سیگنال های ترانس به بخش های مختلف از جمله مرکز کنترل می باشد. 

11-پمپ های روغن : 

این پمپ ها برای گردش روغن بین مخزن ترانس و مبدل های حرارتی به منظور خنک کردن روغن ترانس استفاده می شود.در حالت کنترل اتوماتیک با رسیدن دمای سیم پیچ ترانس به 80 درجه سانتیگراد پمپ روغن انتخاب شده به طور خودکار روشن و با افت دمای روغن ترانس به 65 درجه سانتی گراد خاموش می گردد 

12-لوله کشی: 

لوله کشی های ترانسفورماتور شامل سیستم گردش روغن و آب می باشد. 

در سیستم آب خنک کننده، یک هدر ورودی مشترک و همچنین یک هدر خروجی مشترک به ازاء هر بانک سه فاز در نظر گرفته شده است. یک شیر سه راهه موتوری ورود آب به سیستم خنک کننده هر ترانس را کنترل می نماید و در صورت لزوم جریان آب را از یک مبدل حرارتی به مبدل دیگر انتقال میدهد.شیرهای تنظیم مربوطه نیز می توانند جریان آب به هر مبدل حرارتی را کنترل نمایند.

رودخانه كارون

رودخانه كارون پر آب ترين و طويل ترين رود ايران است. طول رودخانه كارون حدود 950 كيلومتر و وسعت حوزه آبريز آن حدود 60000 كيلومتر مربع است و تنها رود ايران است كه در بخشي از آن مي توان كشتيراني كرد. آغاز مطالعات بهره برداري از پتانسيل برق آبي حوزه رودخانه كارون در دهه 1340 بوده است. مطالعات فاز دوم در سال 1357 آغاز و تا سال 1368 پيگيري شد. در سال 1368، ادامه مطالعات فاز دوم طرح عمراني كارون 3 به يك شركت ايراني – كانادايي (شركت مهندسي مشاور مهاب قدس – ايكرز) واگذار شد و اين كا رتا اوايل تيرماه 1374 پايان يافت. از اوايل تيرماه 1374 نيز، فاز سوم (عمليات اجرايي) طرح با مشاركت شركت مهندسي مشاور مهاب قدس و شركت بين المللي ايكرز آغاز شد. ساختگاه سد و نيروگاه كارون 3 در 28 كيلومتري شرق شهرستان ايذه و در شمال شرقي استان خوزستان است. اين طرح در حدود 120 كيلومتري بالادست سد شهيد عباسپور (كارون 1) قرار دارد. فاصله هوايي طرح كارون 3 از اهواز، تقريباً 140 کيلومتر است. اهداف طرح هدف از احداث سد و نيروگاه كارون 3، تامين بخشي از برق مورد نياز كشور و نيز كنترل سيلابهاي مخرب است. نيروگاه كارون 3، برق مورد نياز كشور را در زمان اوج مصرف تامين مي نمايد. با بهره برداري از اين نيروگاه با ظرفيت 2000 مگاوات و توليد متوسط انرژي سالانه 4172 ميليون كيلووات ساعت، بخش مهمي از كمبود انرژي مورد نياز كشور رفع خواهد شد. احجام كلي جاده هاي دسترسي: حدود 33 كيلومتر تونلهاي زيرزميني: حدود 22 كيلومتر كل حفاري و سنگ برداري : 15 ميليون متر مكعب حفاري زيرزميني : 9/1 ميليون متر مكعب كل بتن ريزي: 7/2 ميليون متر مكعب گمانه هاي تزريق و تحكيم: بيش از 1000 كيلومتر گمانه هاي تزريق پرده آب بند: حدود 500 هزار متر طول پيچ سنگ (انكر): 1330 كيلومتر 16 شافت عمودي با مجموع طول : 1360 متر مخزن سد حجم مخزن در حداكثر تراز بهره برداري (تراز 845) : حدود 3 ميليارد متر مكعب حجم مخزن در حداقل تراز بهره برداري (تراز 800): حدود 25/1 ميليارد متر مكعب حجم مفيد مخزن : حدود 75/1 ميليارد متر مكعب تراز آب مخزن هنگام وقوع سيل حداكثر(PMF): 5/851 متر از سطح دريا مساحت درياچه در حداكثر تراز بهره برداري: حدود 48 كيلومتر مربع طول درياچه در حداكثر تراز بهره برداري: حدود 60 كيلومتري مشخصات سد : نوع : بتني دو قوسي نازك بتن ريزي بدنه و سد و سرريز: 3/1 ميليون متر مكعب ارتفاع سد از پي و كف رودخانه : 205 و 185 متر تراز تاج سد : 850 متر از سطح دريا طول تاج سد: 462 متر عرض سد در پي : 5/29 متر عرض تاج سد: 5/5 متر سيستم استهلاك انرژي (حوضچه آرامش) تراز كف : 657 متر از سطح دريا حجم بتن ريزي: حدود 350000 متر مكعب طول حوضچه : 400 متر عمق آب در حالت عادي: 15 متر عمق آب در حالت سيلاب: 53 متر پيچ سنگ (انكر) هاي 5/63 ميلي متري : حدود 56000 متر پيچ سنگ (انكر)هاي 36 ميلي متري : حدود 50000 متر طول بلندترين پيچ سنگ استفاده شده : 36 متر سرريز سرريزهاي پيش بيني شده در طرح كارون 3 عبارتند از : سرريز اصلي (سرويس) نوع : تند آب دريچه دار تعداد دريچه : 2 دريچه قطاعي موقعيت : تكيه گاه راست طول آبگذر اوجي شكل: 2 دهانه 15 متري ظرفيت تخليه : حدود 8700 متر مكعب در ثانيه سرريز اضطراري (روزنه اي) نوع : روزنه اي تعداد: 2 موقعيت : در حدود نيمه ارتفاع سد تعداد دريچه : 2 دريچه قطاعي نوع پوشش: فلزي ظرفيت تخليه : حدود 2900 متر مكعب سرريز كمكي نوع : سرريز آزاد موقعيت : در محل تاج سد طول آبگذر: 54 متر طول آبگذر اوجي شكل: 3 دهانه مجموعاً 54 متر ظرفيت تخليه : حدود 1540 متر مكعب در ثانيه تخليه كننده جبراني تعداد: 2 طول تقريبي: 32 متر قطر: 20/2 متر نوع پوشش : فلزي نوع دريچه و شيرها: دريچه راس، دريچه اضطراري، شير با مخروط ثابت ظرفيت تخليه : 250 متر مكعب در ثانيه حداكثر ظرفيت مجموع سرريزها : حدود 13300 متر مكعب در ثانيه سد پايين دست نوع : تني ارتفاع: 6 متر تراز تاج: 96 متر از سطح دريا طول تاج: 7 متر حجم بتن ريزي : 174000 متر مكعب سيستم انحراف آب فراز بند نوع : سنگريزه اي با پوشش بتني ارتفاع: 35 متر نشيب بند نوع : خاكي ارتفاع: 21 متر تونلهاي انحراف تونل انحراف اول تونل انحراف دوم طول 613 متر 536 متر قطر نهايي 13 متر 13 متر شكل مقطع شش ضلعي نعل اسبي ظرفيت تخليه 1830 متر مكعب بر ثانيه 1400 متر مكعب بر ثانيه حجم كل حفاري 310 هزار متر مكعب 302 هزار متر مكعب حجم بتن ريزي 56 هزار متر مكعب 43 هزار متر مكعب مجاري انتقال آب آب پس از عبور از سازه آبگير وارد دو رشته تونل آبگير و از آنجا به چهار تونل آب بر فوقاني و سپس از طريق شفتهاي نيرو به تونلهاي آب بر تحتاني منتقل مي شود و سرانجام پس از عبور از هشت پنستاك وارد واحدهاي هشت گانه مي گردد. نهايتاً آب خروجي از طريق درفت تيوب و منيفولدها وارد تونلهاي پاياب مي شود. سازه آبگير و تونلهاي آب بر نيروگاه تعداد دهانه آبگير: 3 دهانه (يكي از آنها براي طرح توسعه) ابعاد سازه آبگير: 90 متر عرض و 5/86 متر ارتفاع تراز كف آبگير: 765 متر از سطح دريا تراز كف تونلها در محل آبگير: 8/773 متر از سطح دريا حجم حفاري آبگير: حدود 737000 متر مكعب حجم بتن ريز آبگير: حدود 127000 متر مكعب قطر تونلهاي عبور آب: به ترتيب 6/12، 5/9، 5/5 متر نوع پوشش: به ترتيب بتني، بتني، فلزي ارتفاع و قطر شفتهاي دريچه : 25/89 متر و (70/5 40/6) متر ارتفاع و طول شفتهاي نيرو : 2/117 متر و 2/158 متر تونلهاي پاياب نيروگاه تعداد: 2 طول : به طور متوسط 165 متر قطر تونلهاي پاياب: 14 متر ارتفاع و قطر شفتهاي تعادل: به ترتيب 87/41 متر و 10 متر نوع مخزن ضربه گير: شفت تعادل (سرچ شفت) تراز كف دهانه ورودي به پاياب: 75/639 متر از سطح دريا تراز كف دهانه خروجي در محل استاپ لاگها: 645 متر از سطح دريا تراز كف دهانه خروجي پاياب به رودخانه: 30/655 متر از سطح دريا ساختمان نيروگاه سد از تكيه گاه راست رودخانه نوع : زيرزميني طول : 250 متر عرض : 5/25 متر ارتفاع: 48 متر مشخصات و تجهيزات الكترومكانيك نيروگاه ظرفيت كل نيروگاه: 2000 مگا وات تعداد و ظرفيت واحدها: 8 واحد، هريك 250 مگا وات متوسط انرژي سالانه : 4172 ميليون كيلو وات ساعت شير ورودي نوع: پروانه اي قطر: 2/5 متر فشار طراحي : 32/2 مگا پاسكال توربين ها نوع: فرانسيس با محور عمودي ارتفاع خالص نامي: 161 متر ارتفاع عملكرد توربين: (179-5/131) متر قدرت خروجي نامي : 255 مگا ولت آمپر قدرت خروجي حداكثر : 295 مگا ولت آمپر سرعت: 5/187 دور در دقيقه دبي طراحي نامي هر واحد: 172 متر مكعب بر ثانيه تراز نصب توربين : 653 متر از سطح دريا تراز پاياب : (670-659) متر از سطح دريا تعداد پره هاي ويكت گيت : 20 عدد تعداد پره هاي رانر : 14 عدد قطر رانر : 54/4 متر زمان بسته شدن ويكت گيتها : 11 دقيقه ژنراتور ولتاژ نامي : 75/15 كيلووات قدرت خروجي نامي : 263 مگا ولت آمپر قدرت خروجي حداكثر : 300 مگا ولت آمپر فركانس نامي : 50 هرتز تعداد قطبها: 32 قطب ترانسفورماتور اصلي تعداد: 27 دستگاه (24 دستگاه تكفاز + 3 دستگاه ذخيره) قدرت نامي : 100 مگا ولت آمپر (تكفاز) ولتاژ نامي: 100 مگا آمپر (تكفاز) ولتاژ نامي اوليه : 75/15 كيلو ولت ولتاژ نامي ثانويه: 23 كيلو ولت سيستم خنك كننده : روغن خنك شده با آب كليد خانه نوع : معمولي روباز ولتاژ: 400 كيلو ولت نحوه آرايش مدارها: شين دوبل – شماي يك و نيم كليدي خطوط انتقال نوع : 400 كيلو ولت يك و دو مداره خطوط خروجي از كليدخانه : 5 خط مقصد خطوط : كليدخانه شهيد عباسپور كليدخانه مسجد سليمان پست 400 كيلو ولت اميديه پست 400 كيلو ولت جنوب اصفهان پست 400 كيلو ولت تيران راه جايگزين ايذه – شهركرد عرض راه: 11 متر تعداد پلهاي كوچكتر از 10 متر : 20 دستگاه تعداد پلهاي بزرگ : 2 دستگاه تعداد تونلها: 3 تونل با طولهاي 153، 114 و 139 متر و عرض 10 متر و 139 متر و عرض 10 متر حجم خاكبرداري : 2260000 متر مكعب حجم خاكريزي : 300000 متر مكعب پل بزرگ قوسي اول وزن : 2450 تن طول عرشه : 336 متر عرض عرشه: 8/11 متر طول دهانه قوس: 264 متر پل بزرگ قوسي دوم وزن: 1350 تن طول عرشه : 214 متر عرض عرشه: 8/11 متر طول دهانه قوس: 162 متر

توربیـــــن

 توربیـــــن یک سیستم مکـــانیکی اســـت که انــرژی پتانســــیل آب را به انـــرژی مکــانیکی تبدیـــل می کند. مقــــدار انـــرژی تولیـــد شـــده به پارامترهایی از قبیل هـــد، دبی و مقدار تلفــات نشتی بستگی دارد. 

تجهيزات مكانيكي نيروگاه 

توربين آبي (Hydraulic Turbine)

توربيـــــن يك سيستم مكـــانيكي اســـت كه انــرژي پتانســــيل آب را به انـــرژي مكــانيكي تبديـــل مي كند. مقــــدار انـــرژي توليـــد شـــده به پارامترهايي از قبيل هـــد، دبي و مقدار تلفــات نشتي بستگي دارد.

توربينهاي آبي، معمولا" به 3 دسته كلي پلتون، فرانسيس و كاپلان تقسيم مي‌گردند كه در هر نيروگاه متناسب با هد و دبي آب، توربين متناسب با آن، انتخاب مي‌گردد.در بسياري از نيروگاههاي بزرگ و متوسط ايران از توربين نوع فرانسيس عمودي استفاده شده است.

بطور مثال، تــــــوربين‎هاي نيروگاه كـــارون يك،دز،كارون 3 و كرخه،از نوع فرانســـــيس، عكس‎العملي و با محــــور عمــودي مي‎باشـــــند كـــه كامــلاً در آب غـــوطه‎ور هستند. آب باعــــــث ايجــــاد كوپل چرخشي در توربـــــين مي‎شــــــود. هر توربــــين شامل اجـــزاء زير است : محفظــــه حلزونــــــي(Spiral Case) ، حلقــــه ثابت(Stay ring) ، پره‎هــــــاي تنظــــيم‎كننده جريان آب(Wicket gate) ، رانـــر (Runner)و درافت تيوب(Draft tube).

آب وارد محفظــه حلزوني شــــده و پس از عبور از پره‎هاي ثــابت و پره‎هـــــاي ويكت گيت، با برخورد به رانـــــر، آن را به چرخش درآورده و سپس از طــريق درافــت تيوب و تونـــل پايـــاب (Tail race)خارج مي‎شـــود. بمنظـــور جدا كردن درافت تيـــوب از آب پايـــاب، در مواقــــع لازم (براي تخلــــيه آب درافت تيوب)،در بعضي از طرحها، از استاپ لاگ (دريچه) (Stop-Log) در انتهاي درفت تيوپ استفاده مي‌شود. دبي آب توربين توسط باز و بستــه شدن پره‎هاي ويكت گيت‎ كنترل مي‎شود. گاورنــــر(Governor) از اين طـــريق(با تغيير باز شدگي دريچه‌هاي ويكت گيت)، قــــدرت خروجي و ســـرعت توربيـن را كنترل مي‎كنـــد. در بالا دست محفظه حلزوني، شيرپروانه‎اي(Butterfly Valve) قـــرار دارد كــــه در مــواقع عادي و اضطـراري براي توقـف جــريان آب از آن اســتفاده مي‎گــردد.بايد توجه كرد كه شيرپروانه‌اي براي كنترل دبي آب استفاده نمي‌شود و همواره يا كاملا" باز است و يا كاملا" بسته.

بطور مثال نيروگاه كارون يــك، داراي چــــهار واحـــد با محـــور عمــودي است. هــــر دو توربيـــن داراي يــك ورودي و پنســتاك هستــند كه هر پنستاك به دو قســــمت تقســيم شـده و هر قســمت آن به يك محفظـــه حلــــــزوني متصل شـــده است. با هــد خالص 160.4 m و دبـــي 171 m3/sce ، قــــــــدرت واحد ، حدود 254 MW و راندمان آن حـــدود 94.5% مي‌باشد. 

شير پروانه‌اي (Butterfly Valve)

شـــير پروانـــه‎اي معمولا" در بالادســت محفظـه حلزونــــي (spiral case) قـــــرار دارد و بـــراي جـــداسازي تــــوربين از مسير بالادســـت به‌كار مي‌رود. در ضمن به منظـــور قطــــع جريــــان آب در مواقع اضطــراري نيز از شيرپروانه‌اي استفاده مي‌شود.

 شير پروانه‎اي شامل قسمتهاي زير مي‌باشد : 

-          بدنه شير (Valve Body)

-          مكانيزم هيدروليكي (Hydraulic operating mechanism)

-          آب‌‎بند(Water sealing)

-          سيستم كنترل

-          مجموعه باي‌پس (By pass valves)

-          اتصال پائين‎دست (Downstream transition) 

شـــير پروانــــه‌اي معمولا" توســــط وزنــه بسته مي‌شود ولي با عملكرد دو ســــرووموتور هيدروليكي باز مـي‎شود. يك سيســـتم هيدروليكي كه شـــامل مخزن تخليـه روغـن(sump)، دو دستــگاه پمـــــپ روغــــن و مخـزن هــوا –روغــــن است براي شيرپروانه‌اي در نظــرگرفته مي‌شود تا روغــــن با فشار مورد نياز (مثلا"  فشار bar 40) را براي سروومـــــوتورها فراهم كند. شير‌پروانه‎اي توسط يك قطعه واسطه (expansion joint) به محفظــــه حلزونـــي (Spiral-case) متصل شده و توسط نگهدارنــــده‎هايي كه در مــواقع بسته شدن به آن اجــــازه جابجــــايي طولي مي‎دهنـــد مهـــار شده است.

شــــير پروانــــه‎اي داراي يك مســـير كنـارگذر (باي‌پاس) است. قبل از بازشـــــدن شــــير پروانه‎اي، اين شـــير باي پـــاس محفظه حلزوني را پرآب مي‎كند.

براي راه‎اندازي شير پروانه‎اي مراحل زير به‌صورت متوالي پيش‎بيني شده‌اند:

-          باز شدن مسير باي پاس

-          باز شدن شير پروانه‎اي

-          بسته شدن مسير باي پاس

شــــير پروانه‎اي توسط ســـــروموتورها باز مـــي‎شود. يك پمــپ روغــــن حداقل فشـــار لازم در مخزن هــوا-روغــــن را تأمين مي‎نمايد. اگر پمـــپ اصلي دچــــار اشكـــال شده و متوقف شود، پمپ دوم بصورت خودكار روشـــن مي‎شود.

توجه داشته باشيد كه شيرهاي پروانه‌اي يا كاملا" باز و يا كاملا" بسته هستند و حالت ميانه ندارند؛ به عبارت ديگر از شيرهاي پروانه‌اي براي كنترل جريان آب استفاده نمي‌شود.   

گاورنر هيدروليكي(Hydraulic governor)  

هر واحد نيروگاهي براي كنترل سرعت و قدرت توربين به يك دستگاه گاورنر (Governor) براي تنظيم جريان آب ورودي به توربين، مجهز مي‌گردد. 

گاورنرها به 3 دسته تقسيم مي‌شوند:

-          گاورنر مكانيكي

-          گاورنر الكترومكانيكي

-          گاورنر الكترونيكي

در حال حاضر فقط از گاورنر الكترونيكي در نيروگاههاي جديد استفاده مي‌شود و گاورنرهاي مكانيكي و الكترومكانيكي را فقط در نيروگاههاي قديمي مي‌توان پيدا كرد. 

گاورنرهاي جديد داراي دو قسمت الكترونيكي و هيدروليكي مي‎باشند. 

1- قسمت الكترونيكي گاورنر

يك كنترل‎كننده الكترونيكي حلقه بسته (close loop) ، مجهز به PLC ، به‌صورت كاملا” دوتايي (Full redundant)، كنترل سيستم را بر عهده مي‌گيرد.

سيگنال‎هاي ورودي اين كنترل‎كننده معمولا" عبارتند از:

-   سيگنال آنالوگ سرعت توربين، از خروجي سنسورهاي سرعت توربين (mA20-4)

-   سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعيت ويكت گيت‌هاي توربين(mA20-4)

-   سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجي ژنراتور (-4mA20)

بر اســــاس سيگنـــــال‎هاي ورودي فــوق و پــردازش آن‌ها در كنتـرل‌كننده PLC، سيگنال خروجــي گـــاورنر الكتـــرونيكي (mA20-4) به شـــير راهنمـــا(Pilot valve)  اعمـــال شـــده و با عمــلكرد اين شيـر، فشـــار و دبــي لازم روغـــن براي حركــــت سـرووموتور و دريچه‎هـــاي هـــادي توربيـــن(wicket gates) از طريـق شيـــر كنتـــرل اصـــلي(main valve) گاورنر فراهم مي‎گردد.

كنتـــرل‎كننده فــوق معمولا" به صـورت دوتــايي بـــه عنــوان گاورنــر اصلي و گاورنر پشتيبان در تابلوي كنترل گاورنر قرار مي‌گيرند.

در صـــورت بروز اشكال در گاورنر اصلي(main) ، كنترل سيستم به صورت خودكار، به گاورنر پشتيبان (backup)  منتقل مي‎شود. 

سيستم كنترل گاورنر داراي سه حالت عملكرد به شرح زير است:

-      حـــالت كنتــــرل ســـرعت با كنترل‎كننده PID (speed control)

-     حالت كنترل مقدار بازشدگي دريچه‎هاي هادي(wicket gate)  توربين با كنترل‎كننده تناسبي (‍P)(opening control)

-      حالت كنترل توان خروجي ژنراتور با كنترل‎كننده PID (Power control) 

2- قسمت هيدروليكي گاورنر

قســـمت هيدروليكي گاورنر شامل تجهيزات زير مي‎باشد:

-    عمــل‎كننده‎هـــاي الكتروهـــيدروليكي براي تبديل سيگنال‎هاي الكتريكي به مقـــادير مكــانيكي متناظر

-     تقويت‎كننده هيدروليكي

-     واحد تأمين فشار روغن

از اين واحـــد به منظـــور تأميـــن فشـــار روغــــن بـــراي عمــــلكرد سرومــــوتورهاي تـــوربين و نهايتا” باز و بسته شدن ويكت گيت‌هاي توربين استفاده مي‎شود.

سيستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانك فشار روغن/هوا(Air Oil Vessel) ، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شيرهاي سولونوئيدي، شير هيدروليكي، سيستم خنك‎كن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، كولر و فيلتر دوتايي مربوطه)، تجهيزات كنترل و اندازه‎گيري، لوله‎كشي و غيره مي‎باشد.

برق سيســـتم كنتــــرل گـــاورنر از دو فيـــدر مجــزا،از سيستم DC نيروگاه تأمين مي‎شود.

توربین

واژهٔ توربین برای اولین بار به وسیله ( Claude Burdin )۱۷۹۰-۱۸۷۳ در سال ۱۸۲۸ به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سر گردان مشتق شده‌است. توربین موتوری چرخنده‌است که می‌تواند از یک سیال انرژی به‌دست آورد.

ساده‌ترین توربین‌ها یک بخش چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شده‌است سیال به پره‌ها برخورد می‌کند و بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن آن استفاده می‌کند به عنوان اولین توربین‌ها می‌توان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد.

توربین‌های گاز، بخار و آب معمولاً پوشش محافظی در اطراف پره‌هایشان دارند که سیال را کنترل می‌کنند پوشش‌ها و پره‌ها می‌توانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هر کدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است.

کمپرسور یا پمپ دستگاهی مشابه توربین است ولی با عملکرد بر عکس به طوری که این دستگاه انرژی را می‌گیرد و باعث حرکت یک سیال می‌شود. 

انواع توربین 

توربین‌های بخار:

برای تولید برق در نیروگاه‌های حرارتی که از ذغال سنگ، نفت و انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند به کار برده می‌شوند روزی از آنها برای هدایت وسایل نقلیه مانند کشتی استفاده می‌شد. 

توربین‌های گازی:

این توربین‌ها معمولاً دارای یک ورودی، فن، کمپرسور، محفظه متراکم کننده و یک نازل است. 

توربین‌های ترانسونیک:

جریان گاز در اکثر توربین‌ها همواره سرعتی زیر صفر دارد در این نوع توربین‌ها سرعت گاز هنگام خروج بالاتر از صفر است. این توربین‌ها در فشار بالاتری کار می‌کند ولی معمولاً بازده کمی دارند و خیلی هم مرسوم نیستند. 

توربین‌های کنترا رتاتینگ:

دو توربین که یکی بالا دیگری پایین در جهت مخالف هم می‌چرخند این سیستم پیچیدگی‌هایی دارد که تولید آن را کاهش می‌دهد. 

توربین‌های سرامیک:

توربین‌های با فشار بالا که از آلیاژ نیکل و فولاد ساخته شده‌اند معمولا دارای سیستم‌های خنک کننده پیچیده هستند اخیرا پره‌های سرامیکی روی توربین‌های گازی امتحان شده‌است.

ما در این مقاله به تفصیل توربین بخار و توربین گازی را توضیح می دهیم  . 

توربین های بخار

توربين بخار يك دستگاه مكانيكي است كه انرژي گرمائي از بخار تحت فشار دريافت و آنرا به كار مكانيكي مفيد تبديل مي‌كند. توربين بخار تقريباً جانشين موتور بخار پيستوني، كه توسط توماس نيوكامن Thomas New Comen اختراع شد و توسط جيمز وات James watt توسعه يافت، شد. توربين بخار براي به حركت درآوردن ژنراتور برق بسيار مناسب است و 86 درصد برق در جهان از طريق استفاده از اين توربين توليد مي‌شود. اين توربين نوعي موتور حرارتي است كه بيشتر راندمان ترموديناميكي را از استفاده چند مرحله‌اي انبساط بخار آب دريافت مي‌كند.

یکی از بهترین گزینه ها برای ساخت نیروگاههای حرارتی استفاده از توربین های بخار است چون این توربین ها عمر طولانی دارند و با توجه به اینکه در حرارت و فشار کمتری در مقایسه با توربین های گازی کار می کنند عمر طولانی تری هم دارند و نیز کمتر به تعمیرات اساسی نیاز دارند . از این رو می توان از آنها بعنوان توربین های برای تولید برق پایه کمک گرفت .

اما عیب عمده آنها این است که اولا دستگاههای پر حجم و بزرگی هستند جای زیادی را اشغال می کنند و ثانیا دیر وارد مدار می شوند و مدتی برای پیش گرم کردن =WARM UP آنها باید زمان صرف شود . از همه اینها گذشته توربین های بخاز نیاز به نصب دیگ های بخار =BOILER دارند که این نیز خودش نیاز به تاسیسات و فضای فراوان دارد . ونیز تاسیساتی برای تصفیه آب مورد نیاز برای تغذیه دیگ بخار که همه آنها مستلزم صرف هزینه و فضای لازم است . اما با این حال استفاده از توربین های بخار یک سرمایه گذاری دائمی و با ارزش است

 

تاريخچه

اولين دستگاهي را كه ممكن است آنرا به عنوان توربين بخار به حساب آورد چيزي كه بهتر از يك اسباب به نظر مي‌رسيد بود كه توسط قهرمان اسكندريه در مصر رومي ساخته شد. اولين توربين بخار واقعي در سال 1551 در مصر عثماني توسط تقي‌الدين اختراع شد. در سال 1629 توربين ديگري به وسيله يك فرد ايتاليايي بنام Giovanni Branca ساخته شد. بهرحال اين توربين‌هاي بخار اوليه با مدل جديد بسيار متفاوت بودند. مدل جديد توربين در سال 1884 توسط يك مهندس انگليسي به نام چارلز پارلز Charles Parsons اختراع شد. اولين مدل توربين او به يك دينام وصل شد كه 5/7 كيلووات برق توليد كرد. اختراع وي به ثبت رسيد و سپس توربين وي توسط يك فرد آمريكايي بنام جرج وستينگهاس توسعه يافت.

تعدادي توربين متفاوت ساخته شدند و به خوبي با بخار عمل كردند. توربين de laval turbine كه توسط Gustaf de laval اختراع شد راندمان بخار را افزايش داد. اين توربين ساده‌تر، ارزان‌تر بود و مي‌توانست با هرگونه فشار بخار عمل كند. 

انواع توربين

توربين‌هاي بخار با ظرفيت‌هاي مختلف ساخته مي‌شدند. از توربين‌هاي باظرفيت يك اسب بخار (75/0 كيلووات) كه براي پمپ‌ها و كمپرسورها و غيره تا توربين‌هاي دو ميليون اسب بخار (000/500/1 كيلووات) كه براي توليد برق مورد استفاده قرار مي‌گيرند. توربين‌هاي بخار از نظر عملكرد طبقه‌بندي مي‌شوند. 

توربين‌هاي ايمپالس (Impulse)

يك توربين ايمپالس چند نازل ثابت دارد كه بخار را به ژيگلورهاي با سرعت بالا هدايت مي‌كنند. اين ژيگلورها حاوي انرژي جنبشي قابل توجه هستند كه از طريق تيغه‌هاي رتور كه شبيه بيلچه‌ مي‌باشند اين انرژي را به شفت انتقال مي‌دهند، در توربين‌هاي ايمپالس انبساط بخار فقط در نازل‌ها اتفاق مي‌افتد.

انواع توربين‌هاي ايمپالس به قرار زير هستند:

توربين بانكي - Banki Turbine

توربين كرارد - Girard Turbine

توربين پلتون - pelton Turbine

توربين تورگو - Turgo Turbine

توربين‌هاي ري اكشن (Reaction)

در توربين ري‌اكشن تيغه‌هاي رتور به حالتي قرار مي‌گيرند كه باعث همگرائي نازل‌ها مي‌شوند. در اين نوع توربين از نيروي ري‌اكشن (عكس‌العمل) استفاده مي‌شود.

انواع توربين‌هاي ري‌اكشن به قرار زير هستند:

توربين فورنيرون - Fourneyron Turbine

توربين فرانسيس - Francis Turbine

توربين تامسون - Thompson Turbine

توربين كاپلان - Kaplan Turbine

توربين پروپيلر - Propeller Turbine

انواع توربين‌هاي بخار شامل: توربين هاي متراكم كننده،‌ غير متراكم كننده، با حرارت مجدد، كششي و القائي است. توربين‌هاي غير متراكم اغلب براي كاربردهاي بخار فرآيند استفاده مي‌شوند. فشار تخليه گاز به وسيله شير تنظيم كننده متناسب با نياز فشار بخار كنترل مي‌شود. اين توربين‌ها معمولاً در پالايشگاهها واحدهاي حرارتي، كارخانه‌هاي كاغذسازي و دستگاههاي آب شيرين كن و در مكان‌هائي كه مقادير زيادي بخار كم فشار بايستي در دسترس وجود داشته باشد يافت مي‌شود.

- توربين‌هاي متراكم كننده اغلب در نيروگاهها مخصوصاً نيروگاههاي هسته‌اي وجود دارند. اين توربين‌ها بخار را در حالت بسيار متراكم تخليه مي‌كنند. اين نوع توربين‌ها آب در حال تراكم در آخرين توربين به مواد گران‌تر احتياج دارد، در غير اينصورت خوردگي تيغه‌هاي توربين‌ها مسائل بزرگي به وجود مي‌آورد. اين مواد بهرحال به دلائل مختلف در نيروگاههاي هسته‌اي بسيار معمول است.

- توربين‌هاي با حرارت مجدد نيز تقريباً به طور انحصار در نيروگاهها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در اين نوع توربين جريان بخار از بخش فشار زياد در داخل توربين خارج مي‌شود و براي افزايش حرارت آن به بويلر (ديگ بخار) برمي‌گردد. اين بخار سپس به بخش فشار متوسط توربين برمي‌گردد و در آنجا منبسط مي‌شود.

- توربيـن‌هـاي اكستركتينگ (Extracting Turbines) در بسيـــاري از مــوارد مخصوصــاً در بخش‌هاي توليدي مانند صنعت كاغذسازي كه به بخار با فشار و حرارت معين نياز دارند بسيار معمول است. در اين نوع توربين، بخار از يك نقطه توربين با درجه حرارت و فشار مطلوب دريافت مي‌شود و يا به سيستم گرم‌كننده آب تغذيه بويلر ارسال مي‌شود. افزايش گرماي سيستم گرم كننده آب تغذيه بويلر باعث بهبود راندمان توربين خواهد شد.

- توربين‌هاي كروزينگ (Cruising Turbines)

اين توربين‌ها در دهه‌هاي 1950 و 1960 در نيروي دريائي آمريكا استفاده شد. توربين‌هاي كروزينگ براي سرعت‌هاي كم و متوسط طراحي شد.

- توربين‌هاي معكوس (Reversing Turbines) داراي يك يا چند سري تيغه هستند كه در جهت عكس محور اصلي قرار مي‌گيرند. ترتيب دريچه‌ها به صورتي است كه باعث مي‌شود خط اصلي بخار به طرف تيغه‌هاي جلو بسته مي‌شود و به طرف تيغه‌هاي معكوس باز مي‌گردد. تيغه‌هاي معكوس روي همان شفت تيغه‌هاي جلوئي نصب شده‌اند. توربين‌هاي بخار معكوس زماني در صنعت دريائي مورد استفاده قرار مي‌گرفت. 

توربين هاي گازي

از زمان تولد توربينهاي گازي امروزي در مقايسه با ساير تجهيزات توليد قدرت , زمان زيادي نمي گذرد . با اين وجود امروزه اين تجهيزات به عنوان سامانه هاي مهمي در امر توليد قدرت مكانيكي مطرح مي باشند . از توليد انرژي برق گرفته تا پرواز هواپيماهاي مافوق صوت همگي مرهون استفاده از اين وسيله سودمند مي باشند . ظهور توربينهاي گازي باعث پيشرفت زيادي در رشته هاي مهندسي مكانيك , متالورژي و ساير علوم مربوطه گشته است . توربين هاي گازي داراي شرايط کاري سخت مي باشند و قطعاتي نظير پره هاي توربين بايد در درجه حرارت هاي بالا استحکام مناسبي داشته باشند.همچنين به دليل اتمسفرشديدا اکسيدکننده و خورنده توربين ها، قطعات مختلف توربين بويژه پره ها بايد مقاومت بالايي در برابر خوردگي داغ و اکسيداسيون داشته باشند. تاکنون آلياژهاي پايه نيکل و پايه کبالت بهترين آلياژها براي ساخت قطعات توربين بوده اند اما حتي با بهينه کردن ترکيب شيميايي سوپر آلياژها امکان دستيابي به کليه خواص مطلوب فوق وجود ندارد لذا براي مقاوم سازي اين آلياژها در برابر خوردگي داغ، اکسيداسيون و سايش، پوشش هايي در سطح آنها صورت مي گيرد . يک نوع از پوشش هاي کار آمد براي اين منظور پوشش هاي سد حرارتي (Thermal Barrier Coatings) هستند که به اختصار پوشش هاي TBC ناميده مي شوند.

اغلب پوشش هاي TBC بر پايه زيرکونيا ( Zro2 ) مي باشند که با افزودن ترکيباتي مثل ايتر يا (Y2o3 ) پايدار مي گردند. Zro2 داراي هدايت حرارتي کم و ضريب انبساط حرارتي بالا مي باشد و افزودن Y2o3 به آن موجب ايجاد مقاومت بيشتر در برابر شرايط سيکل حرارتي مي گردد. با بکارگيري اين پوشش ها و با استفاده از خاصيت هدايت حرارتي کم آنها راندمان توربين هاي گازي افزايش مي يابد زيرا با حضور اين پوششها دماي فلز پايه تا 170˚C کاهش پيدا ميکند ودرنتيجه امکان افزايش دماي کاري توربين فراهم ميشود.

در حال حاضر تحقيقات براي توسعه اينگونه پوشش ها و همچنين بکارگيري نوع ديگري از پوشش هاي فلزي که بعنوان لايه bond coat بين فلز پايه و پوشش سراميکي قرار مي گيرند، درحال گسترش مي باشد.

لايه bond coat معمولا يک پوشش فلزي است که چسبندگي پوشش سراميکي را به فلز پايه افزايش مي دهد. درحال حاضر برروي سوپر آلياژها ابتدا يک لايه از پوشش فلزي bond coat به ضخامت 80-150μm داده شده است و بر روي آن پوشش سد حرارتي با ضخامتي در حدود 300μm تا 2 mmبکار گرفته مي شود.

برنامه (Industrrial Power Generation) IPG يک همکاري مشترک از سازندگان توربين گاز، دانشگاهها، شرکتهاي گاز طبيعي، توليد کنندگان انرژي الکتريکي، آزمايشگاههاي ملي و استفاده کنندگان صنعتي مي باشد. همکاري فوق که شامل طيف وسيعي از مشارکت کنندگان مختلف است منابع و امکانات فني- اقتصادي- تحقيقاتي مناسبي را براي ايجاد يک تحول اساسي در فن آوري توربين گاز فراهم مي آورد. يکي از قدمهاي اوليه اين برنامه توليد پوشش سد حرارتي TBC براي توربينهاي گاز بوده است.

به همين خاطر امروزه به تكنولوژي توربينهاي گازي تكنولوژي مادر گفته مي شود و كشوري كه بتواند توربينهاي گازي را طراحي كند و بسازد هر چيز ديگري را هم مي تواند توليد كند. 

اجزاي توربينهاي گازي

به طور كلي كليه توربينهاي گازي از سه قسمت تشكيل مي شوند:

.1.كمپرسور 2.محفظه احتراق 3.توربين

كه بنا به كاربرد قسمتهاي ديگري نيز براي افزايش راندمان و كارايي به آنها اضافه مي شود . به عنوان مثال در برخي از موتورهاي هواپيماها قبل از كمپرسور از ديفيوزر و بعد از توربين از نازل استفاده مي شود . كه دراين رابطه بعدها مفصلاً بحث خواهد گرديد  

سيكل توربينهاي گازي:

سيكل ترموديناميكي توربينهاي گازي سيكل استاندارد هوايي يا برايتون مي باشد كه در حالت ايده ال مطابق شكل زير شامل دو فرايند ايزنتروپيك در كمپرسور و توربين و دو فرايند ايزو بار در محفظه احتراق و دفع گازها مي باشد. 

سيكلهاي توربينهاي گازي در دونوع باز و بسته مي باشند . در سيكل باز ( شكل فوق) گازهاي خروجي از توربين به درون اتمسفر تخليه مي شوند كه اين سيكل بيشتر در موتورهاي هواپيما مورد استفاده قرار مي گيرد . در نوع بسته كه عمدتاً در نيرو گاههاي برق مورد استفاده قرار مي گيرد گازهاي خروجي از توربين ( مرحله 4) از درون بخش دفع گرما (cooler ) عبور كرده و بعد از خنك شدن مجددا وارد كمپرسور گرديده و سيكل تكرار مي شود.

همانطوركه قبلا بيان گرديد توربينهاي گازي از نظر كاربردي به دو گروه صنعتي و هوايي تقسيم مي شوند كه نوع اول در صنعت و نوع دوم در هوانوردي مورد استفاده قرار مي گيريند . كه ذيلا در ارتباط با هركدام از آنها بحث خواهيم نمود. 

توربينهاي گازي صنعتي:

منظور از توربينهاي گازي صنعتي اشاره به كاربرد آنها غير از بخش هوانوردي مي باشد . در شكل زير شمايي از يك واحد توليد نيروي برق توسط توربين گاز , نشان داده شده است. 

توربينهاي گازي كه در صنعت برق مورد استفاده قرار مي گيرند داراي ظرفيتهاي متفاوتي مي باشند كه شكل قبل نوعي از اين توربينها با ظرفيت 400 مگاوات را نشان مي دهد. 

توربينهاي گازي هوايي يا موتورهاي جت:

همانطور كه گفته شد سيكل توربينهاي گازي موتورهاي هواپيما شبيه به توربينهاي گازي صنعتي مي باشد بجز اينكه قبل از ورود هوا به كمپرسور از يك ديفيوزر و بعداز توربين از يك نازي براي بالا بردن سرعت گازهاي خروجي و حركت هواپيما به سمت جلو استفاده مي كنند . اين گازهاي پرسرعت بر هواي خارج از موتور نيرويي وارد مي كنند كه طبق قانون سوم نيوتن نيروي عكس العمل آن سبب حركت هواپيما به سمت جلو مي شود . شايان ذكر است كه نازل در هواپيماهاي جت از نوع متغير

مي باشد. يعني دهانه آن با توجه به دبي گذرجرمي گازهاي خروجي قابل تغييرو تنظيم است.

موتورهاي هواپيما انواع مختلفي دارند كه به دو سته كلي تقسيم مي شوند: 

1) موتورهاي پيستوني:

كه از نظر كاري شبيه به موتور خودروها مي باشند. 

2 )موتورهاي توربيني:

اين موتورها به سه دسته كلي توربوجت, توربوفن و توربوپراپ تقسيم بندي مي شوند

توربوجتها اولين موتورهاي جت مي باشند كه امروزه به دليل مسائلي مثل صداي زياد و آلودگي محيط زيست بجز در موارد خاص استفاده اي از انها نمي شود . توربوفنها نوع پيشرفته موتورهاي توربوجت هستند . به اين صورت كه رديف اول كمپرسور در اين موتورها به عنوان فن عمل كرده و مقداري از هواي ورودي به موتور را از اطراف موتور by pass كرده كه اين عمل علاوه بر افزايش نيروي جلوبرندگي باعث كاهش صدا,آلودگي محيطي و ... مي شود .

در موتورهاي توربوفن با اتصال يك ملخ به گيربكس و سپس به كمپرسور , نيروي جلوبرندگي ايجاد مي شود . در اين حالت سعي مي شود كه بيشترين انرژي جنبشي گازها صرف چرخاندن توربين و از آنجا كمپرسور و در نتيجه ملخ شود . وجود گيربكس به اين خاطر است كه سرعت دوراني ملخ از حد معيني تجاوز نكند . يعني بايد سرعت انتهاي ملخ از عدد ماخ كوچكتر باشد . زيرا سرعتي بيش از اين سبب ايجاد ارتعاشات شديد و در نتيجه شكستگي ملخ مي شود.

موتورهاي توربوشفت نيز نوعي موتور توربوپراپ مي باشند كه از آنها جهت به حركت درآوردن هليكوپترها استفاده مي شود .بطور كلي موتورهاي توربوپراپ بدليل اينكه در ارتفاع پروازي كم از قدرت زيادي برخوردار هستند از آنها در هواپيماهاي ترابري استفاده مي شود مثل (سی 130) 

توربین های گازی پیشرفته امروزی

توربین های گازی جدید ی که برای موارد تولید انرژی الکتریکی طراحی شده و بکار می روند ، در حالت کلی از نظر اندازه ، مواد به کاررفته در اجزای مختلف و فناوری ، تغییرات اساسی یافته اند . مشخصات کلی به قرار زیر است :

1) توان تولید برق درحدود 150 مگاوات در 60 هرتز یا 200 مگاوات در 50 هرتز

2) دمای گاز ورودی توربین در حدود Cº1260 و نسبت فشار کمپرسور 1: 16؛

3) کارایی کل واحد با گاز طبیعی حدود 35 درصد و در صورت استفاده از سیکل ترکیبی ،47 درصد.

مشخصات کلی توربین گازی سری قبلی این مدل ، 100 مگاوات ، Cº 1100و

33 درصد است .چند نمونه از توربین های گازی پیشرفته ای که سازندگان توربین گازی در کشورهای مختلف ارائه داده اند به قرارزیر است :

مدل GT13E2 ساخت شرکت ABB درسال 1995 در هلند به بهره برداری رسید . توان خالص تولید ی این توربین در 50 هرتز با سوخت گاز طبیعی برابر 164 مگاوات در کارایی 7/35 درصد و با سوخت مایع برابر 161 مگاوات در کارایی 4/35 درصد است . نسبت فشار کمپرسور این واحد برابر 15:1 است . در این نمونه 72 مشعل در محیط محفظه ی احتراق قرار گرفته است که این نوع مشعل ، ظرفیت تولید گاز NOx بسیار کمتری دارد . مقدار NOx تولید شده با سوخت گاز ، کمتر از PPm 25 و با سوخت مایع و تزریق آب ، کمتراز PPm 42 است . دمای ورودی گاز به توربین ºC 1100 و خروجی ºC 525 است .

این توبین 5 مرحله پره دارد که در دو ردیف اول روتور ، و سه ردیف ثابت ، که در آنها سیستم خنک کننده نیز تعبیه شده است . سیستم خنک کننده ، در ریشه پره های دو ردیف آخرنیز نصب شده است. جنرال الکتریک و شرکت اروپایی توربین گازی به طور مشترک ، مدل F 9001 MS را با فرکانس 50 هرتز ارائه داده اند که در نیرو گاه جنویلرس فرانسه ازآن استفاده می شود .

توان تولید ی این واحد 215 مگاوات در کارایی 35 درصد است . توان تولید ی مدل جدید تری ازاین سری به 226 مگاوات افزایش یافته است . کمپرسور این توربین گازی دارای 18 مرحله با نسبت فشار 20:1 و محفظه ی احتراق مجهز به 18 مشعل با سیستم کنترل NOx است .

توربین ، از نوع سه مرحله ای است که در دوردیف اول ، خنک کاری انجام می شود . دمای ورودی توربین ºC 1288 است . از مدل 60 هرتز که FA 7001 MS نامیده

می شود ، در نیروگاه نیو مارتین فلوریدا بهره برداری می شود . توان تولیدی این توربین 149 مگاوات با NOx کمتر از PPm 25 با سوخت گاز طبیعی است . کارایی این واحد با سیکل ترکیبی 47 درصد است . این واحد ها ی بزرگ با کارایی بالا که برای زمانهای حداکثر بار طراحی شده است ، قابلیت مانور بالایی دارند .

توربین گازی جنویلوس از لحظه آغاز راه اندازی تا رسیدن به شرایط تولید با ظرفیت کافی فقط به 12 دقیقه زمان نیاز دارد و چون هزینه تولید این واحد پایین است ، انتظار

می رود که از آن در سیکل های ترکیبی استفاده شود. در این صورت ، تولید الکتریسیته برای بار پایه صورت می گیرد و تعداد دفعات راه اندازی و از کاراندازی آن کاهش خواهد یافت . با تغییر روش استفاده و با بهره برداری بهینه ، ویژگیهای تعمیراتی نیز تغییر خواهد کرد که در این صورت باید به این موارد نیز در طراحی توجه شود .

لازم است ذکر شود که در صورت استفاده در بار پایه ، خروج واحد از شبکه بدون برنامه ریزی قبلی ، ضررمالی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت .

ترموستات ها

ترموستات ها از نظر محل نصب، نوع عملكرد، فصل سالي، نوع سنسور، رنج كاري، تعداد مراحل كار و از نظر حرارت به انواع مختلفي تقسيم مي شوند. از نظرمحل نصب: به انواع اتاقي، كانالي، مستغرق و جداري تقسيم مي شوند. از نظر نوع عملكرد: به انواع قطع و وصلي و تدريجي تقسيم مي شوند. از نظر حرارت: به انواع حرارتي و برودتي تقسيم مي گردند. از نظر رنج: به زير صفر و بالاي صفر تقسيم مي شوند. از نظر تعداد مراحل كار: به يك مرحله اي، دو مرحله اي و پله ای(استپ کنترل) تقسيسم مي گردند. از نظر نوع سنسور: به بيمتالي، فانوسه اي، رئوستا و ديافراگمي تقسيم مي شوند. از نظر فصلي: به سه نوع تابستاني، زمستاني و دو فصلي تقسيم مي شوند. پس از معرفي انواع آن، حال به معرفي چند نوع ترموستات مي پردازيم. بيمتالي، فانوسه اي، رئوستا و ديافراگمي

ترانسفور ماتورهاي برق

ترانسفور ماتورهاي برق

اهميت ترانسفورماتورها در صنعت برق و شبكه‌هيا صنعتي، بركسي پوشيده نيست. امروزه يكي از ملزومات اساسي در انتقال و توزيع الكتريكي در جهان ترانسفورماتورها، مي‌باشند.
ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌هاي مختلفي جهت تغيير سطح ولتاژ الكتريكي به‌منظور كاهش تلفات ولتاژ در فرآيند انتقال و توزيع انرژي الكتريكي به‌كار مي‌روند.
در صنعت سيمان، به‌عنوان يكي از مصرف كننده‌هاي بزرگ برق و استفاده از سطوح ولتاژ مختلف در آن، استفاده از ترانسفور ماتورها يكي از اركان اجتناب‌ناپذير مي‌باشد.
در اين مقاله به اختصار ترانسفورماتورها، ساختمان آنها، تعميرات و نگهداري آنها مورد بررسي قرار گرفته است.

● ساختمان ترانسفور ماتور
ترانسفورماتورها را با توجه به كاربرد و خصوصيات آنها مي‌توان به سه دسته كوچك، متوسط و بزرگ دسته‌بندي كرد. ساختمان ترانسفورماتورهاي بزرگ و متوسط به‌دليل مسائل فاظتي و عايق‌بندي و امكانات موجود، نسبت به انواع كوچك آن پيچيده‌تر است. اجزاء تشكيل دهنده يك ترانسفورماتور به شرح زير است:

● هسته‌ ترانسفورماتور
هسته ترانسفورماتور متشكل از ورقه‌هاي نازكي است كه سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفور ماتورها محاسبه مي‌شود. براي كم كردن تلفات آهني هسته‌ ترانسفور ماتور را نمي‌توان به‌طور يكپارچه ساخت. بلكه معمولاً آنها را از ورقه‌هاي نازك فلزي كه نسبت به يكديگر عايق هستند، مي‌سازند اين ورقه‌ها از آهن بدون پسماند با آلياژي از سيليسيم (حداكثر ۴.۵ درصد) كه داراي قابليت هدايت الكتريكي و قابليت هدايت مغناطيسي زيادي است ساخته مي‌شوند . زياد بودن مقدار سيليسيم، باعث شكننده شدن ورق‌ها مي‌شود. براي عايق كردن ورق‌هاي ترانسفورماتور، در گذشته از يك كاغذ نازك مخصوص كه در يك سمت اين ورقه چسبانده مي‌شد، استفاده مي‌كردند، اما امروز در هنگام ساختن و نورد اين ورقه‌ ها يك لايه نازك اكسيد فسفات يا سيليكات به ضخامت ۲ تا ۲۰ ميكرون به‌عنوان عايق بر روي آنها ماليده مي‌شود، كه باعث پوشاندن روي ورقه‌ها مي‌گردد. علاوه بر اين، از لاك مخصوصي نيز براي عايق كردن يك طرف ورقه‌ها استفاده مي‌شود. تمامي ورقه‌هاي ترانسفور ماتور داراي يك لايه عايق هستند. در هنگام محاسبه سطح مقطع هسته بايد سطح آهن خالص را منظور كرد. ورقه‌هاي ترانسفور ماتورها را به ضخامت‌هاي ۰.۳۵ و ۰.۵ ميليمتر و در اندازه‌هاي استاندارد مي‌سازند. بايد دقت كرد كه سطح عايق شده‌ٔ ورقه‌هاي ترانسفور ماتور همگي در يك جهت باشند (مثلاً همه به طرف بالا) علاوه بر اين تا حد امكان نبايد در داخل قرقره فضاي خالي باقي بماند. لازم به ذكر است ورقه‌ها با فشار داخل قرقره جاي بگيرند تا از ارتعاش و صدا كردن آنها نيز جلوگيري شود.

● سيم پيچ‌ ترانسفور ماتور
معمولاً براي سيم‌پيچ اوليه و ثانويه ترانسفور ماتور از هادي‌هاي مسي با عايق (روپوش) لاكي استفاده مي‌كنند، كه با سطح مقطع گرد و اندازه‌هاي استاندارد وجود دارند و با قطر آنها مشخص مي‌شوند. در ترانسفور ماتورهاي پرقدرت از هادي‌هاي مسي كه به‌صورت تسمه هستند استفاده مي‌شوند و ابعاد اين گونه هادي‌ها نيز استاندارد است.
سيم پيچي ترانسفور ماتور به اين ترتيب است كه سر سيم‌پيچ‌ها را به‌وسيله روكش عايق‌ها از سوراخ‌هاي قرقره خارج مي‌كنند، تا بدين ترتيب سيم‌ها، قطع (خصوصاً در سيم‌هاي نازك و لايه‌هاي اول) يا زخمي نشوند، علاوه بر اين بهتر است رنگ روكش‌ها نيز متفاوت باشد تا در ترانسفور ماتورهاي داراي چندين سيم پيچ، به‌راحت بتوان سر هم سيم‌پيچ را مشخص كرد. بعد از اتمام سيم‌پيچي يا تعمير سيم‌پيچ‌ها ترانسفور ماتور بايد آنها را با ولتاژهاي نامي خودشان براي كنترل و كسب اطمينان از سالم بودن عايق بدنه و سيم‌پيچ‌هاي اوليه و ثانويه آزمايش كرد.

● قرقره‌ ترانسفور ماتور
براي حفاظت و نگهداري از سيم پيچ‌هاي ترانسفورماتور خصوصاً در ترانسفورماتورهاي كوچك بايد از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره بايد از مواد عايق باشد. قرقره معمولاً از كاغذ عايق سخت، فيبرهاي استخواني يا مواد ترموپلاستيك مي‌سازند. قر‌قره‌هائي كه از جنس ترموپلاستيك هستند، معمولاً يك تكه ساخته مي‌شوند ولي براي ساختن قرقره‌هاي ديگر آنها را در چند قطعه تهيه و سپس بر روي همديگر سوار مي‌كنند. بر روي ديواره‌هاي قرقره بايد سوراخ يا شكافي ايجاد كرد تا سر سيم‌پيچ از آنها خارج شود.
اندازه قرقره بايد با اندازهٔ ورقه‌هاي ترانسفورماتور متناسب باشد و سيم‌پيچ نيز طوري بر روي آن پيچيده شود، كه از لبه‌هاي قرقره مقداري پائين‌تر قرار گيرد تا هنگام جا زدن ورقه‌هاي ترانسفور ماتور، لايه‌ٔ روئي سيم پيچ صدمه نبيند. اندازه قرقره‌هاي ترانسفور ماتورها نيز استاندارد هستند، اما در تمام موارد، با توجه به نياز، قرقره مناسب را مي‌توان طراحي كرد.

● نكات قابل توجه قبل از حمل ترانس‌هاي قدرت
پس از پايان مراحل ساخت و انجام موفقيت‌آميز آزمايشات كارخانه‌اي، قبل از جابه‌جائي ترانسفورماتور، از محلي به محل ديگر و قبل از بارگيري بايد اقدامات زير به روي ترانسفور ماتور انجام گيرد، به‌منظور كاهش ابعاد و وزن ترانسفورماتور و نيز از نظر فني و محدوديّت‌هاي ترافيكي، بايد تجهيزات جنبي ترانسفورماتور ”كنسرواتور (منبع انبساط)، بوشينگ‌ها و...“ باز و به‌طور جداگانه بسته‌بندي و آماده حمل گردند. اما خود ترانسفورماتور به طريق زير حمل مي‌گردد.
الف ـ حمل با روغن: ترانسفورماتورهاي كوچك و ترانسفورماتورهائي كه وزن و ابعاد آنها مشكلاتي را از نظر حمل ايجاد نمي‌نمايند، معمولاً با روغن حمل مي‌گردند. در اين حال سطح روغن بايد حدوداً ۱۵ سانتيمتر پايين‌تر از درپوش اصلي (سقف) ترانسفورماتور قرار داشته باشد.

▪ توجه:
فاصله ۱۵ سانتيمتري فوق‌الذكر در مورد كليه ترانسفورماتورها يكسان نبوده و توصيه مي‌شود و به دستورالعمل كارخانه سازنده مراجعه شود.
لازم به ذكر است كه در هنگام حمل روغن، قسمت فعال (Active Part) ترانسفورماتور بايد كاملاً در داخل روغن قرار گيرد.
به‌منظور جلوگيري از نفوذ رطوبت و هوا به داخل ترانسفورماتور، فضاي بين روغن و سقف ترانسفورماتور را با هواي خشك و يا گاز نيتروژن با فشار حدود ۲/۰ بار در هواي ۲۰ درجه پر مي‌كنند. لازم به ذكراست كه گاز نيتروژن بايد كاملاً خشك باشد، در اين حالت با نصب يك محفظه سيليكاژل بسته (آب‌بندي شده) بر روي ترانسفورماتور عمل جذب رطوبت انجام مي‌شود. ضمناً جهت جلوگيري از پاشيدن روغن به داخل سيليكاژل در طول حمل از يك وسيله حفاظتي استفاده مي‌شود.
حمل بدون روغن: ترانسفورماتورهاي بزرگ بدون روغن حمل مي‌گردند. در اين موارد پس از تخليه روغن، ترانسفورماتور را با هواي خشك (داراي رطوبت كمتر از ppmv ۲۵ و نقطه ميعان كمتر از ۶۰ ـ درجه سانتيگراد) يا با نيتروژن (با درجه خلوص ۹.۹۹%) پر مي‌كنند. لازم به ذكر است كه در اين حالت نيز در طول حمل بايد فشار هوا يا نيتروژن به‌طور مرتب كنترل گردد.

▪ نكات قابل توجه و مهم در نصب و قبل از راه‌اندازي:
۱) كنترل ضربه‌نگار
۲) كنترل فشار هوا
۳) كنترل نقطه شبنم و اكسيژن
۴) كنترل استقرار ترانسفورماتور بر روي فوندانسيون
۵) كنترل تجهيزات جنبي ترانسفورماتور شامل بوشينگ، سيستم خنك كننده، رادياتور، فن، پمپ، كنسرواتور و ملحقات آن
۶) سيستم تنفسي
۷) شير اطمينان
۸) ترمومترها شامل ترمومتر روغن (كاليبره كردن ترمومتر) و ترمومتر سيم پيچ
۹) تپ چنجر
۱0) رله‌بو خهلتس

• روغن ترانسفور ماتور
روغن‌هاي ترانسفور ماتور عمدتاً تركيبات پيچيده‌اي از هيدروكربن‌هاي مشتق از نفت خام مي‌باشند و به جهت دارا بودن خواص مورد نياز، اين نوع روغن‌ها جهت ترانسفورماتورها مناسب‌تر تشخيص داده شده‌اند.
خواص مورد نياز براي روغن‌هاي ترانسفور ماتور به‌طور خلاصه عبارتند از:
▪ عايق كاري الكتريكي
▪ انتقال حرارت
▪ قابليت خاموش كردن قوس‌الكتريكي
▪ پايداري شيميائي
▪ سيل كردن ترانسفورماتور
▪ جلوگيري از خوردگي
▪ در مورد سفارش خريد روغن براي ترانسفورماتورها دو مورد مهم را مدنظر قرار مي‌دهيم.

▪ انتخاب نوع روغن ترانسفورماتور
نوع روغن و كيفيت آن، براساس طراحي ترانسفورماتورها مي‌باشد. به‌عنوان مثال در يكي از بررسي‌ها نوعي چسب كه در داخل ترانسفورماتور به‌كار برده شده بود توسط روغن ترانس حل گرديد و باعث شد كه ذرات چسب داخل روغن پراكنده شود و منجر به كاهش دي‌الكتريك روغن گردد. مورد ديگري كه مورد آزمايش قرار گرفت، اين بود كه كاتاليزور مس و آهن باعث از بين بردن روغن تشخيص داده شده است. بنابراين نوع ترانسفورماتور و مواد به كار رفته در آن درتعيين نوع و كيفيت روغن آن تأثير زيادي دارد.

● آلودگي روغن ترانفسورماتورها:
به‌طور كلي دو نوع آلودگي اصلي در روغن ترانسفور ماتورها عبارتند از:
۱) مواد معلق در روغن
۲) آب
۳) اكسيداسيون روغن
پس از شناسائي مؤلفه‌هاي روغن با آزمايش‌هاي مختلف، تصميم به تصفيه يت تعويض روغن اتخاذ مي‌گردد.
به‌طور كلي ۳ نوع آزمايش كلي بر روي روغن ترانسفورماتور انجام مي‌گيرد كه عبارتند از:
۱) آزمون‌هاي فيزيكي
۲) آزمون‌هاي شيميائي
۳) آزمون‌هاي قسمت‌هاي الكتريكي
برخي از آزمايش‌هائي كه بايد روي روغن ترانسفورماتورها، انجام گيرد در زير آمده است.
۱) تست اسيديته
۲) تست گازهاي حل شده در روغن
۳) تست كشش سطحي
۴) تست بي‌فنيل پلي كلريد (pcb)

● تست ولتاژ شكست:
روغن ترانسفورماتورها معمولاً بايد داراي ضريب شكست بيشتر از ۵۰ كيلو ولت باشند، كه با انجام آزمايش ولتاژ شكست، نسبت به اندازه‌گيري آن اقدام مي‌گردد. اگر اين شاخص تا حد مشخصي كمتر از ۵۰ كيلو ولت باشد مي‌توان با تصفيه روغن موجود آن را اصلاح كرد، در غير اين صورت بايد نسبت به تعويض روغن اقدام نمود.

● آناليز گاز كروماتورگرافي:
با توجه به اينكه مولكول‌هاي روغن از تركيبات هيدروكربن ساخته شده‌اند، حرارت يا شكست الكتريكي مي‌تواند باعث شكست مولكول‌هاي روغن و توليد گازهاي قابل اشتعالي مثل متان، اتيلن، اتان و ساير گازها شود، كه در دراز مدت انفجار ترانسفورماتور را در پي خواهد داشت. تحليل گاز كروماتوگرافي به اندازه‌گيري ميزان گازهاي توليد شده در روغن ترانسفورماتور و آناليز آنها مي‌پردازد.

● تكنولوژي ساخت
ساخت ترانسفورماتورهاي فشار قوي فاقد روغن، در طول عمر يكصد ساله ترانسفور ماتورها، يك انقلاب محسوب مي‌شود. ايده استفاده از كابل با عايق پليمر پلي‌اتيلن، به‌جاي هادي‌هاي مسي داراي عايق كاغذي از ذهن يك محقق سوئدي به نام پرفسور ”Mats lijon“ تراوش كرده است.
تكنولوژي استفاده از كابل به‌جاي هادي‌هادي مسي داراي عايق كاغذي، نخستين بار در سال ۱۹۹۸ در يك ژنراتور فشار قوي به‌نام ”Power Former“ به‌كار گرفته شد. در اين ژنراتور بر خلاف سابق كه از هادي‌هاي شمشي (مستطيلي) در سيم‌پيچي استاتور استفاده مي‌شد، از هادي‌هاي گرد استفاده شده است. همان‌طور كه از معادلات ماكسول استنباط مي‌شود، هادي‌هاي سيلندري، توزيع ميدان‌الكتريكي متقارني دارند. بر اين اساس ژنراتوري مي‌توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه توليد كند به‌طوري كه نياز به ترانسفورماتور افزاينده نباشد. در نتيجه اين كار، تلفات الكتريكي به ميزان ۳۰ درصد كاهش مي‌يابد.
در يك كابل پليمري فشار قوي، ميدان الكتريكي در داخل كابل باقي مي‌ماند و سطح كابل داراي پتانسيل زمين مي‌باشد. در عين حال ميدان مغناطيسي لازم براي كار ترانسفورماتور تحت تأثير عايق كابل قرار نمي‌گيرد. در يك ترانسفورماتور خشك، با استفاده از تكنولوژي كابل، امكانات تازه‌اي براي بهينه كردن طراحي ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش‌هاي گرمائي فراهم كرده است.
در فرآيند تحقيقات و ساخت ترانسفورماتور خشك، در مرحله نخست يك ترانسفورماتور آزمايشي تك فاز با ظرفيت ۱۰ مگا ولت‌آمپر (Dry former)، طراحي، ساخته و آزمايش گرديد.
”Dry former“ اكنون در سطح ولتاژهاي از ۳۶ تا ۱۴۵ كيلوولت و ظرفيت تا ۱۵۰ مگاولت آمپر وجود دارد.

● ويژگي‌هاي ترانسفورماتورهاي خشك
با پيشرفت تكنولوژي امكان ساخت ترانسفورماتورهاي خشك با بازدهي بالا فراهم شده است.
ترانسفورماتور خشك داراي ويژگي‌هاي منحصر به فردي است از جمله:
۱) به روغن براي خنك شدن، يا به‌عنوان عايق الكتريكي نياز ندارد. سازگاري اين نوع ترانسفورماتور با طبيعت و محيط زيست يكي از مهمترين ويژگي‌هاي مهم آن است. به‌دليل عدم وجود روغن، خطر آلودگي خاك و منابع آب زيرزميني و همچنين احتراق و خطر آتش‌سوزي كم مي‌شود.
با حذف روغن و كنترل ميدان‌هاي الكتريكي كه در نتيجه آن خطر ترانسفورماتور از نظر ايمني افراد و محيط زيست كاهش يافته است. امكانات تازه‌اي را از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم كرده است. به اين ترتيب امكان نصب ترانسفورماتور خشك در نقاط شهري و جاهائي كه از نظر زيست محيطي حساس هستند، وجود دارد.
۲) در ترانسفورماتور خشك به‌جاي بوشينگ چيني در قسمت‌هاي انتهائي از عايق سيليكن را بر (Silicon rubber) استفاده مي‌شود. به اين ترتيب خطر ترك خوردن چيني بوشينگ و نشت بخار روغن از بين مي‌رود.
۳) كاهش مواد قابل اشتعال، نياز به تجهيزات گسترده آتش‌نشاني را كاهش مي‌دهد. بنابراين از اين دستگاه‌ها در محيط‌هاي سرپوشيده و نواحي سرپوشيده شهري نيز مي‌توان استفاده كرد.
۴) با حذف روغن در ترانسفورماتور خشك، نياز به تانك‌هاي روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن كاملاً از بين مي‌رود. بنابراين كار نصب آسان‌تر شده و تنها شامل اتصال كابل‌ها و نصب تجهيزات خنك كننده خواهد بود.
۵) از ديگر ويژگي‌هاي ترانسفورماتور خشك، كاهش تلفات الكتريكي است. يكي از راه‌هاي كاهش تلفات و بهينه كردن طراحي ترانسفورماتور، نزديك كردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژي تا حد ممكن است تا از مزاياي انتقال نيرو به قدر كافي بهره‌برداري شود. با به‌كارگيري ترانسفورماتور خشك اين امر امكان‌پذير است.
۶) اگر در پست، مشكل برق پيش آيد، خطري متوجه عايق ترانسفور ماتور نمي‌شود. زيرا منبع اصلي گرما يعني تلفات در آن توليد نمي‌شود. به‌علاوه چون هوا واسطه خنك شدن است و هوا هم مرتب تعويض و جابه‌جا مي‌شود، مشكلي از بابت خنك شدن ترانسفورماتور بروز نمي‌كند.

 
سيستم نمايش و مديريت ترانسفورماتورها (TMMS)
سيستم TMMS فارادي يك سيستم نمايش و مديريت ترانسفورماتور است.
سيستم TMMS براساس جمع‌آوري اطلاعات بحراني بهره‌برداري ترانسفورماتور و تجزيه و تحليل آنها عمل مي‌نمايد.
سيستم TMMS با تجزيه و تحليل اطلاعات قادر خواهد بود كه ضمن تفسير عملكرد ترانسفورماتور عيب‌هاي آن را تشخيص داده و اطلاعات لازم براي تصميم‌گيري را در اختيار بهره‌بردار قرار دهد.
  اطلاعات بهره‌برداري كه براي فرآيند نمايش و مديريت ترانسفورماتورها مورد نياز بوده و توسط سنسورهاي مخصوص جمع‌آوري مي‌گردند به شرح زير مي‌باشند.

● گازهاي موجود در روغن‌ ترانسفورماتورهمراه با ئيدران
▪ آب موجود در روغن ترانسفورماتور همراه با Acquaoil ۳۰۰
▪ جريان بار ترانسفورماتور
▪ دماي نقاط مختلف ترانسفورماتور
▪ وضعيت تپ جنچر ترانسفورماتور
▪ سيستم خنك كنندگي ترانسفورماتور
اطلاعات بهره‌برداري فوق جمع‌آوري شده و به‌همراه ساير اطلاعات موجود به‌طور مستمر تجزيه و تحليل شده تا بتوانند اطلاعات زير را درباره وضعيت بهره‌برداري ترانسفورماتور تهيه نمايند.
▪ شرايط عمومي و كلي ترانسفورماتور
▪ ظرفيت بارگيري ترانسفورماتور
▪ ميل و شدت توليد گاز و جباب در داخل روغن ترانسفورماتور
▪ ملزومات نگهداري ترانسفورماتور
سيستم TMMS فارادي را مي‌توان براي ترانسفورماتورهاي موجود به‌كار برد و همچنين مي‌توان آن را در ساختمان ترانسفورماتورهاي جديد طراحي و نصب نمود.
ارتقاء سيستم TMMS فارادي با افزودن سنسورهاي اضافي مي‌توانيد باعث ارتقاء عملكرد آن براي مواد زير گرديد.
▪ حداكثر نمودن ظرفيت بارگذاري ترانسفورماتور براي بهره‌برداري اقتصادي و بهينه
▪ تشخيص عيب و توصيه راه حل در ترانسفورماتورها
▪ مديريت عمر ترانسفورماتور و افزايش آن
▪ تكميل و توسعه فرايند و عملياتي مديريت ترانسفورماتورها با كمك اطلاعات اضافي تهيه شده در زمان حقيقي
▪ كاهش و حذف خروجي ترانسفورماتورها به‌صورت برنامه‌ريزي شده و يا ناشي از خطا
▪ آشكارسازي علائم اوليه پيدايش خطا در ترانسفورماتورها
▪ نمايش مراحل تكامل و شكل‌گيري شرايط پيدايش خطا

● ترانسفورماتورها سازگار با هارمونيك ترانسفورماتورهاي عامل K
هارمونيك‌هاي توليد شده توسط بارهاي غير خطي مي‌توانند مشكلات حرارتي و گرمائي خطرناكي را در ترانسفورماتورهاي توزيع استاندارد ايجاد نمايند. حتي اگر توان بار خيلي كمتر از مقدار نامي آن باشد، هارمونيك‌ها مي‌توانند باعث گرماي بيش از حد و صدمه ديدن ترانسفورماتورها شوند. جريان‌هاي هارمونيكي تلفات فوكو را به شدت افزايش مي‌دهند. به‌همين دليل سازنده‌ها، ترانسفورماتورهاي تنومندي را ساخته‌اند تا اينكه بتوانند تلفات اضافي ناشي از هارمونيك‌ها را تحمل كنند. سازنده‌ها براي رعايت استاندارد يك روش سنجش ظرفيت، به‌نام عامل K را ابداع كرده‌اند. عامل K نشان دهنده مقدار افزايش در تلفات فوكو است. بنابراين ترانسفورماتور عامل K مي‌تواند باري به اندازه ظرفيت نامي ترانسفورماتور را تغذيه نمايد مشروط بر اينكه عامل K بار غير خطي تغذيه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد. مقادير استاندارد عامل K برابر با ۴، ۹، ۱۳، ۲۰، ۳۰، ۴۰، ۵۰ مي‌باشند. اين نوع ترانسفورماتورها عملاً هارمونيك را از بين نبرده تنها نسبت به آن مقاوم مي‌باشند.
ترانسفورماتور (HMT (Harmonic Mitigating Transformer نوع ديگري از ترانسفورماتورهاي سازگار با هارمونيك ترانسفورماتورهاي HMT هستند كه از صاف شدن بالاي موج ولتاژ بهواسطه بريده شدن آن جلوگيري مي‌كند HMT، طوري ساخته شده است كه اعو جاج ولتاژ سيستم و اثرات حرارتي ناشي از جريان‌هاي هارمونيك را كاهش مي‌دهد. HMT اين كار از طريق حذف فلوها و جريان‌هاي هارمونيكي ايجاد شده توسط بار در سيم پيچي‌هاي ترانسفورماتور انجام مي‌دهد.
چنانچه شبكه‌هاي توزيع نيروي برق مجهز به ترانسفورماتورهاي HMT گردند مي‌توانند همه نوع بارهاي غير خطي (با هر درجه از غير خطي بودن) را بدون اينكه پيامدهاي منفي داشته باشند، تغذيه نمايند. به همين دليل در اماكني كه بارهاي غير خطي زياد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT به صورت گسترده استفاده مي‌شود.

● مزاياي ترانسفورماتور HMT
▪ مي‌توان از عبور جريان مؤلفه صفر هارمونيك‌ها (شامل هارمونيك‌هاي سوم، نهم و پانزدهم) در سيم پيچ‌ اوليه، از طريق حذف فلوي آنها در سيم پيچي‌هاي ثانويه جلوگيري كرد.
ترانسفورماتورهاي HMT با يك خروجي در دو مدل با شيفت فازي متفاوت ساخته مي‌شوند. وقتي كه هر دو مدل با هم به‌كار مي‌روند، مي‌توانند جريان‌هاي هارمونيك پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را در قسمت‌ جلوئي شبكه حذف كنند.
▪ ترانسفورماتورهاي HMT با دو خروجي مي‌توانند مؤلفه متعادل جريان‌هاي هارمونيك پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را در داخل سيم پيچي‌هاي ثانويه حذف كنند.
▪ ترانسفورماتورهاي HMT با سه خروجي مي‌توانند مؤلفه‌ متعادل جريان‌هاي هارمونيك پنجم، هفتم، يازدهم و سيزدهم را در داخل سيم پيچي ثانويه حذف كنند.
▪ كاهش جريان‌هاي هارمونيكي در سيم‌پيچي‌هاي اوليه HMT باعث كاهش افت ولتاژهاي هارمونيكي و اعو جاج مربوطه مي‌شود.
كاهش تلفات توان به‌علت كاهش جريان‌هاي هارمونيكي به‌عبارت ديگر ترانسفورماتور HMT باعث ايجاد اعو جاج ولتاژ خيلي كمتري در مقايسه با ترانسفورماتورهاي معمولي يا ترانسفورماتور عامل K مي‌شود

آیا توان مصرف کننده در ستاره با مثلث برابر است؟

آیا توان مصرف کننده در ستاره با مثلث برابر است؟

چند نکته اساسی و ساده در مورد توان بار سه فاز

توان در بار های سه فاز اگر به صورت مثلث باشد سه برابر در ستاره است چرا ؟
میدانیم:
p∆=pY=3.Vph.Iph.cosф
حال آنکه ولتاژ و جریان فاز در مثلث 3 √ برابر در ستاره است.پس در مجموع توان مثلث سه برابر در ستاره است.
سوال : اگر بخواهیم توان در هر دو یکسان باشد :
Z∆=3.ZY
سوال: چرا در راه اندازی موتور های سه فاز موتور را به صورت ستاره و سپس به صورت مثلث میبندند ؟
همانطور که اشاره شد در ستاره جریان کمتری از شبکه کشیده می شود. پس در شبکه هایی که توان بالایی ندارد از این روش استفاده می شود. به عنوان مثال در کشور روسیه در لحظه راه اندازی نیز از روش مثلث استفاده می شود.
سوال : مگر میشود یک موتور وقتی به صورت مثلث یا ستاره بسته می شود توان های متفاوتی از شبکه بکشد؟
جواب : خیر روی هر موتور دو ولتاژ هک شده است یکی مربوط به حالت ستاره و دیگری مربوط به مثلث است در زمانیکه به صورت ستاره بسته می شود ولتاژ خط باید 3 √ برابر در مثلث باشد.

مثال:
Z= 3 √+j , Vl=380
حل : در ستاره
Vl= 380 , Vph=220 , Iph=110 12<' type="#_x0000_t75"> -3 0 ̊→S=3.220. 110≈72200
در مثلث
Vl= 380 , Vph=380 , Iph=190 12<' type="#_x0000_t75"> -3 0 ̊→S=3.380. 190≈216600
حال اگر ولتاژ در ستاره 3 √ برابر شود
Vl= 658.17 , Vph=380 , Iph=190 12<' type="#_x0000_t75"> -3 0 ̊→S=3.380. 190≈216600
مشاهده میشود توان توان ها برابر میشود
حال اگر :
Z∆=3.ZY
→ Z∆=5.2+3j , Vph=380 , Iph=63.29 12<' type="#_x0000_t75"> -3 0 ̊→S=3.380. (63.29) ≈72200

آشنایی با سیستمهای آنتن مرکزی

آشنایی با سیستمهای آنتن مرکزی

 

در ساختمان هایی که تعداد زیادی گیرنده تلویزیونی وجود دارد (مانند هتل ها و برج های مسکونی) در صورتی که بخواهیم برای هر گیرنده یک آنتن مجزا نصب نماییم مشکلاتی مانند موارد ذکر شده در زیر بروز خواهند کرد

آشنایی با سیستمهای آنتن مرکزی
  در ساختمان هایی که تعداد زیادی گیرنده تلویزیونی وجود دارد (مانند هتل ها و برج های مسکونی) در صورتی که بخواهیم برای هر گیرنده یک آنتن مجزا نصب نماییم مشکلاتی مانند موارد ذکر شده در زیر بروز خواهند کرد: 
محدودیت فضایی پشت بام برای نصب تعداد زیادی آنتن
اثر انعکاسی و القا یی آنتن ها بر یکدیگر
هزینه بالای نصب آنتن برای تک تک گیرنده ها و سیم کشی آنتن تا گیرنده
از بین رفتن زیبایی ظاهر ساختمان و به وجود آمدن جنگلی از آنتن ها
  حجم بالای سیم کشی آنتن ها تا گیرنده نیز مشکلاتی به وجود خواهد آورد
با توجه به موارد ذکر شده راه کار پیشنهادی این است که از یک آنتن برای تمام گیرنده ها استفاده گردد و چون سیگنال در یافت شده توسط این آنتن برای تمام گیرنده ها کافی نخواهد بود لذا از تجهیزاتی برای افزایش مقدار سیگنال و توزیع آن بین گیرنده ها استفاده می کنیم.عملی کردن این راه کار با استفاده از تجهیزات سیستم ها ی آنتن مرکزی (MATV) (MASTER ANTENNA TV) انجام می پذیرد. از این سیستم ها به عنوان (CATV) (COMMUNITY ANTENNA TV) نیز نامبرده می شود. یک سیستمMATV مجموعه ای از تجهیزات اولیه سیگنال تلویزیونی و تجهیزات پردازش و تقویت سیگنال و توزیع آن از طریق کابل های کواکسیال بین گیرنده های تلویزیونی است و هدف از برقراری آن مهیا کردن سطح سیگنال مناسب را برای هر گیرنده جهت دریافت تصویری با کیفیت قابل قبول می باشد. تجهیزات سیستم MATV به دو دسته اصلی صفحه بعد تقسیم می گردد: 
1- تجهیزات ابتدایی تهیه سیگنال ( HEADEND equipment) 
  این تجهیزات شامل آنتن و تقویت کننده فیلترها ، مبدل های فرکانسی ، تله موج ها و مچینگ ها می باشد که برای پردازش سیگنال تلویزیونی و رساندن آن به اندازه و کیفیت مطلوب برای گیرنده ها به کار می روند . 
2- تجهیزات توزیع سیگنال ( DISTRIBUTION equipment) 
شامل قطعاتی چون تقسیم کننده های انشعابی يا مقسم انتهایی (SPLITTER) و تقسیم کننده عبوری يا میانی (TAP OFF) و مقاومت های انتهایی (TEMINATOR) و غيره برای تحویل سیگنال به گیرنده ها و جدا سازی ( ISOLOTION ) هر گیرنده از سیستم می باشد

دسی بل ( db ) : 
مقدار سيگنال تلويزيونی را عموماً با واحد ميكرو ولت اندازه می گيرند و برای سادگی محاسبات وكم شدن اعشار از دسی بل ( db ) استفاده می گردد كه مقدار آن از رابطهdb = 20 log( E1/E2) محاسبه می گردد. 
در حقيقت دسی بل چند مرتبه بزرگ يا كوچك بودن سيگنال را نسبت به يك سطح مبنا نشان می دهد . در سيستم های MATV اين سطح مبنا (E2 ) را برابر1000 ميكرو ولت ميگيرند لذا براي خروجي 1000 ميكرو ولت بهره برابر صفر دسي بل ميشود. تمام مقادير ضريب تقويت آمپلی فاير ها و افت های سيستم و مقادير ايزولاسيون به db بيان می شود . در محاسبات بر حسب دسی بل به راحتی می توان مقادير را جمع يا تفريق كرد. در ادامه بحث ما مبناي بالا را در نظر ميگيريم.لازم به ذكر است در بعضي سيستمها ولتاژ مبنا(E2 ) را برابر يك ميكرو ولت ميگيرند و از رابطه db = 20 log E1 مقدار بهره را به دست مي آورند و بر حسب دبي ميكرو ولت بيان ميكنندكه براي ولتاژ خروجي (E1) يك ميكرو ولت مقدار بهره برابر صفر دبي ميكرو ولت بدست مي آيد. در اين صورت براي مقدار مبناي 1000 ميكرو ولت كه در حالت قبلي صفر دسي بل به دست مي آمد 60 دبي ميكرو ولت بيان ميشود.

كابل های مورد استفاده در MATV
در كابل كشی سيستم های MATV از كابل كواكسيال 75 اهمی استفاده می گردد . اين كابل ها كه به آن ها كابل هم محور هم اطلاق می شود دارای يك هادی مركزی از جنس مس می باشند كه وظيفه حمل سيگنال را به عهده دارد و يك شيلد به صورت بافته مسی كه دور كابل را گرفته واز اثر القا و تداخل روی سيگنال توسط عوامل خارجی جلوگيری می كند و امكان جذب مستقيم سيگنال توسط هادی مركزی را از بين می برد . برای اتصال كابل های كواكسيال به تجهيزات MATV از كانكتور های نوع F استفاده می گردد كه بسته به نوع كابل سايز آن انتخاب می گردد . كابل های مورد استفاده در سيستم MATV برای خطوط اصلی RG6 – RG11 – RG59 می باشد كه تفاوت آن ها در مقدار افت كابل به ازای طول مشخص می باشد . برای فواصل طولانی ( بين چندين ساختمان ) و يا برای مواردی كه نياز به خاك كردن كابل باشد كابل RG11/U استفاده می گردد . در داخل ساختمان نيز معمولاً برای تمام مسيرها به طور يكسان كابل RG59 به كار می رود . برای اتصال پريزها به سيستم بين تپ آف و پريز و يا بين اسپليتر و پريز بسته به فاصله و تعداد پريزها ی مسير از كابل های 3C-2V و 4/5C-2V و 5C-2V استفاده می گردد هرچه ضريب حرف C بالاتر باشد افت كابل كمتر است. در شكلهاي صفحه بعد سه نوع كابل

طراحی سيستم MATV
  الف : طراحی سيستم توزيع 
از آنجا كه افت سيستم توزيع آنتن مركزی در انتخاب تجهيزات اوليه ( HEAD END ) موثر است لذا بايد ابتدا سيستم توزيع را طراحی و محاسبه نمود . قدم اول تهيه نقشه ساختمان و علامت گذاری محل پريزها و محل آمپلی فاير است . نحوه توزيع كابل ها نيز از نظر عمودی يا افقی بودن نسبت به شكل ساختمان بايد تعيين شود وسپس كابل های لازم تعيين شود . از كابل كشی طولانی و كابل كشی زيگزاگ و حلقوی بايد اجتناب كرد و كابل ها را حدالامكان به طور مستقيم كشيد . بعد محل تپ آف ها واسپليتر ها را تعيين می كنيم . طولانی ترين كابل يا كابل با بيشترين تعداد تپ آف ها و اسپليتر ها را بايد برای محاسبه افت سيستم درنظر گرفت . در صورت عدم اطمينان در مورد شاخه با بيشترين افت بايد در چندين شاخه افت را محاسبه كرد وشاخه با بيشترين افت را انتخاب نمود .

افت های سيستم توزيع
  1- افت كابل ها : مقداری از سيگنال در حين عبور از كابل كواكسيال افت خواهد كرد مقدار اين افت به نوع كابل مورد استفاده وفركانس سيگنال عبوری بستگی دارد در فركانس های بالاتر افت بيشتری وجود خواهد داشت . بهتر است افت كابل را برای بالاترين فركانس موجود يا فركانسی كه ممكن است در آينده دريافت شود محاسبه نمود . 
2- افت اسپليتر ها (INSERTION LOSS) : مقدار افت در اسپليتر عبارت است از مقدار ورودی بر حسب db منهای مقدار خروجی. به عنوان مثال اين مقدار برای اسپليتر دو راه حدود 5/3 db وبرای اسپليتر 4 راه حدود 5/6 الی 2/7 دسی بل خواهد بود . معمولاً كارخانجات سازنده مقدار اين افت را برای فركانس های مختلف در جدولی ارائه می كنند .
3- افت جداسازی ( ISOLATION LOSS ) (TAP LOSS) : هر تپ آف برای ايزولاسيون گيرنده ها از يكديگر سيگنال ورودی را مقداری كاهش می دهد وآن را به خروجی فرعی می دهد اين افت را افت جداسازی (ايزولاسيون ) می نامند مثلاً اگر يك سيگنال 25db به يك تپ اآف با افت ايزولاسيون 23db اعمال شود در خروجی فرعی مقدار 2db سيگنال قابل دسترس خواهد بود . 
4- افت عبوری (Trough loss) INSERTION LOSS)) : هنگام عبور سيگنال از داخل تپ آف از ورودی اصلی به خروجی اصلی مقداری افت ايجاد می شود كه بايد مقدار آن را در محاسبات مد نظر قرار داد . مقدار اين افت برای فركانس های مختلف فرق می كند وتوسط كارخانه سازنده جدولی ارائه می گردد ولی معمولاً تپ آف های با مقدار ايزولاسيون بالا افت عبور ی كمتری دارند . 
نحوه انتخاب تپ آف : بايد در يك سيستم MATV تپ آف هایی انتخاب شود كه حداقل 1000 میکرو ولت را برای هر گيرنده تامين كند وايزولاسيون كافی بين گيرنده و سيستم جهت جلوگيری از تداخل ايجاد كند دريافت سيگنال بيش از 1000 ميكرو ولت ( صفر دسی بل ) به گيرنده آسيبی نمی رساند و بسياری از طراحان سيستم های MATV سطح خروجی های فرعی را تا 10 db نيز در نظر می گيرند . در طراحی سيستم افت ايزولاسيون آخرين تپ آف قبل از آمپلی فاير را در نظر می گيرند ودر صورت طولانی بودن مسير بين تپ آف و دستگاه تلويزيون بايد افت كابل آن را نيز در نظر گرفت . در صورت استفاده از تپ آف های ديواری ( wall tap ) به علت كم بودن فاصله بين تپ آف و تلويزيون می توان از اين افت صرف نظر كرد .

انتخاب آنتن : 
  سه فاكتور اساسی بايد در انتخاب آنتن در نظر گرفته شود : 
  1- نوع آنتن 2- بهره آنتن 3- جهت آنتن 
نوع آنتن با توجه به تعداد و فركانس كانال های مورد در يافت تعيين می گردد. جهت آنتن نيز نسبت به فرستنده تلويزيونی‌تنظيم می شود. اگر تمام فرستنده ها يا تعدادی از آن ها در يك جهت باشند از آنتن پهن باند (‌BROAD BAND ) استفاده می شود و اگر در جهت های متفاوت باشند از آنتن تك كانال استفاده می گردد . انواع معمول آنتن ها عبارتند از : 
VHF/UHF/FM , VHF/UHF , UHF , VHF 
البته برای دريافت سيگنال FM بهتر است از آنتن جداگانه FM استفاده می گردد .بهره آنتن يك مساله مهم است بايد آنتن حداقل سيگنال 0 db رابرای ورودی آمپلی فاير مهيا نمايد . در محل های با سيگنال ضعيف بايد از آنتن با بهره و اندازه بزرگتر استفاده كرد . در صورتی كه باز هم سيگنال مناسب به دست نيامد مجبوريم از پری آمپلی فاير استفاده كنيم . جهت آنتن نيز بايد به دقت تنظيم شود . اگر آنتن خوب تنظيم شده باشد نسبت سيگنال هايی كه با قسمت جلو آنتن دريافت می گردد به سيگنال هايی كه با عقب آنتن دريافت می گردد بيشتر خواهد بود .

بر آورد سطح سيگنال : 
تعيين دقيق سطح سيگنال برای طراحی صحيح سيستم مهم و اساسی است . لذا با استفاده از يك آنتن با بهره مشخص ( در صورت امكان همان آنتنی كه نصب خواهد شد ) و يك تلويزيون رنگی قابل حمل و نقل و يك ميدان سنج میتوان مقدار سيگنال را در محل نصب آنتن تعيين كرد . در محل هايی كه سيگنال ضعيف است محل آنتن بسيار حساس است . ممكن است در يك محدوده 15 متری تفاوت های فاحشی در مقدار سيگنال وجود داشته باشد . ارتفاع آنتن نيز در مقدار سيگنال موثر است . ولی اين مطلب را بايد در نظر داشت كه هميشه ارتفاع بالاتر باعث ايجاد سيگنال بيشتر نمی شود بلكه بايد مناسب ترين ارتفاع را با آزمايش به دست آورد . ميدان سنج نيز برای اندازه گيری سيگنال دريافت شده برای هر كانال به كار می رود.اين تست بايد در چند جای سايت انجام گيرد و بهترين محل برای آنتن انتخاب گردد . در صورتی كه آنتن به دقت انتخاب شود حتی می تواند بعضی تداخل ها را از بين ببرد . با استفاده از تلويزيون رنگی می توان كيفت سيگنال را در هر كانال مشخص كرد ودر صورت وجود تداخل امواج اثر آن را روی تصوير مشاهده نمود .

انتخاب پيش تقويت كننده ( PRE AMPLIFIRE )  : 
  در محل هايی كه سيگنال ضعيف است ممكن است تقويت اوليه سيگنال لازم شود . در انتخاب پری آمپلی فاير بايد چهار نكته را در نظر گرفت : 
1- پوشش باند فركانسی 2- بهره  (GAIN)  – 3  مقدار نويز 4- توان خروجی 
پری آمپلی فاير ها به صورت UHF يا VHF يا VHF/UHF ساخته شده اند بعضی از آن ها دارای مسدود كننده های موج FM هستند تا اگر دريافت FM باعث ايجاد نويز شود آن را بلوكه كنند . پری آمپلی فاير بايد سطح سيگنال كافی برای آمپلی فاير توزيع را فراهم كند . هنگام استفاده از آمپلی فايرهای تك كانال هم ممكن است يك پری آمپلی فاير لازم شود . تا سيگنال كافی برای عمل كرد صحيحAGC فراهم گردد . مقدار نويز توليد شده توسط پری آمپلی فاير يا همان عدد نويز(noise figure ) نيز بايد پايين باشد تا كيفيت سيگنال حفظ شود . تغذيه پری آمپلی فاير كه در نزديكترين فاصله از آنتن نصب شده است از طريق يك منبع تغذيه در داخل ساختمان نيز ممكن است و پس از كاهش دادن ولتاژ به مقدار لازم توسط خطوط سيگنال به پری آمپلی فاير اعمال می شود . توجه كنيد بين منبع تغذيه و پری آمپلی فاير يك اسپليتر معمولی قرار ندهيد چون باعث اتصال كوتاه منبع تغذيه می گردد . از مبدل تطبيق امپدانس نيز نبايد استفاده نماييد .

پردازش و تركيب سيگنال : 
عمل پردازش سيگنال توسط فيلترها – مسدود كننده ها – تركيب كننده ها و تضعيف كننده ها انجام می گيرد . در صورت لزوم از مبدل فركانس UHF به VHF نيز می توان استفاده كرد .
انتخاب آمپلی فاير : 
  در انتخاب آمپلی فاير بايد 4 مورد را در نظر گرفت : 
  1- فركانس و تعداد كانال های مورد دريافت 
  2- افت كل سيستم 
  3- نوع سيگنال ورودی 
  4- قابليت خروجی ( مقدار خروجی ) 
اگر كانال های هم جوار زيادی در يافت شود هر كانال برای جلوگيری از تداخل بايد فيلتر شود و برای اين منظور معمولاً از آمپلی فايرهای تك كانال ( STRIP ) استفاده می گردد . مقدار ورودی به علاوه بهره تقويت كننده بايد از افت كل سيستم بيشتر شود ومعمولاً 6 db نيز به اين مقدار اضافه می كنند . آمپلی فايرهای تك كانال بعد از فيلتر كردن و بلوكه كردن تمام كانال های ديگر به كار می روند و دارای 2 نوع كنترل بهره اتوماتيك ( AGC ) و دستی هستند . كه نوع AGC در شرايط آب و هوايی و محيطی مختلف سطح سيگنال را ثابت نگه می دارند . آمپلی فايرها با ورودیUHF/VHF , VHF ساخته شده اند . در ضمن مقدار سيگنال ورودی به علاوه بهره تقويت كننده نبايد از توان خروجی آمپلی فاير بيشتر شود . قابليت يا مقدار خروجی آمپلی فاير مقداريست كه تقويت كننده بدون برش و يا مدولاسيون عرضی می تواند تحويل دهد . بعضی از آمپلی فايرها دارای كنترل بهره و اعوجاج و نوسان وتضعيف كننده قابل تنظيم می باشند تا سطح سيگنال يكسانی را برای تمام كانال ها ايجاد كنند .