مقدمه

       انرژی الکتریکی به وسیله نیروگاههای حرارتی که معمولاً در کنار ذخایر بزرگ ایجاد می شوند و نیروگاههای آبی که در نواحی دارای منابع آبی قابل ملاحظه احداث می شوند ، تولید می شود . از این رو به منظور انتقال آن به نواحی صنعتی که ممکن است صدها و هزاران کیلومتر دورتر از نیروگاه باشد ، خطوط انتقال زیادی بین نیروگاهها و مصرف کننده ها لازم است .

       در هنگام جاری شدن جریان در طول یک خط انتقال مقداری از قدرت انتقالی به صورت حرارت در هادیهای خط انتقال تلف می شود . این تلفات با افزایش جریان و مقاومت خط افزایش می یابد .تلاش برای کاهش تلفات تنها از طریق کاهش مقاومت ، به صرفه اقتصادی نیست زیرا لازم است افزایش اساسی در سطح مقطع هادیها داده شود و این مستلزم مصرف مقدار زیادی فلزات غیر آهنی است .

       ترانسفورماتور برای کاهش توان تلف شده و مصرف فلزات غیر آهنی بکار می رود . ترانسفورماتور در حالیکه توان انتقالی را تغییر نمی دهد با افزایش ولتاژ ، جریان و تلفاتی که متناسب با توان دوم جریان است را با شیب زیاد کاهش می دهد .

       در ابتدای خط انتقال قدرت ، ولتاژ توسط ترانسفورماتور افزاینده افزایش می یابد و در انتهای خط انتقال توسط ترانسفورماتور کاهنده به مقادیر مناسب برای مصرف کننده ها پایین آورده می شود و به وسیله ترانسفورماتور های توزیع پخش می شود .

       امروزه ترانسفورماتور های قدرت ، در مهندسی قدرت نقش اول را بازی می کنند . به عبارت دیگر ترانسفورماتور ها در تغذیه شبکه های قدرت که به منظور انتقال توان در فواصل زیاد به کار گرفته می شوند و توان را بین مصرف کننده ها توزیع می کنند ، ولتاژ را افزایش یا کاهش می دهند . به علاوه ترانسفورماتور های قدرت به خاطر ظرفیت و ولتاژ کاری بالایی که دارند مورد توجه قرار می گیرند .

       تامین شبکه های ۲۲۰ کیلو ولت و بالاتر موجب کاربرد وسیع اتو ترانسفورماتور ها شده است که دو سیم پیچ یا بیشتر از نظر هدایت الکتریکی متصلند ، به طوریکه مقداری از سیم پیچ در مدارات اولیه و ثانویه مشترک است .

       در پستهای فشارقوی به دو منظور اساسی اندازه گیری و حفاظت ، به اطلاع از وضعیت کمیت های الکتریکی ولتاژ و جریان احتیاج است . ولی از آنجا که مقادیر کمیت های مذبور در پستها و خطوط فشارقوی بسیار زیاد است و دسترسی مستقیم به آنها نه اقتصادی بوده و نه عملی است  ، لذا از ترانسفورماتور های جریان و ولتاژ استفاده می شود . ثانویه این ترانسفورماتور ها نمونه هایی با مقیاس کم از کمیت های مزبور که تا حد بسیار بالایی تمام ویژگیهای کمیت اصلی را داراست ، در اختیار می گذارد ، و کلیه دستگاههای اندازه گیری ، حفاظت و کنترل مانند ولتمتر ، آمپرمتر ، توان سنج ، رله ها دستگاههای ثبات خطاها و وقایع و غیره که برای ولتاژ و جریان های پایین ساخته می شوند از طریق آنها به کمیت های مورد نظر در پست دست می یابند . بنابراین ترانسفورماتور های جریان و ولتاژ از یک طرف یک وسیله فشار قوی بوده و بنابراین می بایستی هماهنگ با سایر تجهیزات فشار قوی انتخاب شوند  و از طرف دیگر به تجهیزات فشار ضعیف پست ارتباط دارند ، لذا لازم است مشخصات فنی آنها بطور هماهنگ با تجهیزات حفاظت ، کنترل و اندازه گیری انتخاب شوند .

        ترانسفورماتور جریان حفاظتی جهت بدست آوردن جریان عبوری از خط انتقال یا تجهیزات دیگر در شبکه قدرت در مقیاس پایین تر به کار می روند و سیم پیچی اولیه آن بطور سری در مدار قرار می گیرد . تفاوت آن با ترانسفورماتور اندازه گیری آن است که قابلیت آن را دارد که جریانهای خیلی زیاد را به جریان کم قابل استفاده در رله ها تبدیل کند. از آنجا که در اختیار گذاشتن جریان به طور مستقیم در ولتاژ های بالا میسر نیست ، و از طرفی چنانچه امکان بدست اوردن ان نیز باشد ، ساخت وسایل حفاظتی که در جریان زیاد کارکنند به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست لذا این عمل عمدتاً توسط ترانسفورماتور های جریان انجام می شود . همچنین ترانسفورماتور جریان باید طوری انتخاب شود که هم در حالت عادی شبکه و هم در حالت اتصال کوتاه ئ ایجاد خطا بتواند جریان ثانویه لازم و مجاز برای دستگاههای حفاظتی تامین کند .

       ترانسفورماتور ولتاژ حفاظتی ترانسفورماتور هایی هستند که در آن ولتاژ ثانویه متناسب و هم فاز با اولیه بوده و به منظور افزایش درجه بندی اندازه گیری ولتمتر ها ، واتمترها و نیز به منظور ایزولاسیون این وسایل از ولتاژ فشار قوی بکار برده می شود . همچنین از ثانویه ترانسفورماتور ولتاژ برای رله های حفاظتی که هب ولتاژ نیاز دارند نظیر رلههای دیستانس ، واتمتری و… استفاده می شود . این ترانسفورماتور از نظر ساختمان به دو نوع تقسیم می شود که عبارتند از :

         الف- ترانسفورماتور ولتاژاندکتیوی

         ب- ترانسفورماتور ولتاژ خازنی

    همچنین این نوع ترانسفورماتور ها سد عایقی ایجاد می کنند به طوریکه رله هایی که برای حفاظت تجهیزات فشار قوی استفاده می شود ، فقط نیاز دارند برای یک ولتاژ نامی ۶۰۰ ولت عایق بندی شوند .

    ترانسفورماتور های اندازه گیری : در بیشتر مدارهای قدرت ، ولتاژ و جریانها بسیار زیادتر از آنستکه بشود با دستگاههای اندازه گیری معمولی اندازه گرفت . از این رو ترانسهای اندازه گیری بین این مدارها و وسایل اندازه گیری قرار می گیرند تا ایمنی ایجاد کنند . در ضمن مقدیر اندزه گیری شده در ثانویه ، معمولاً برای سیم پیچ های جریان A 1یا A 5 و برای سیم پیچ های ولتاژ ۱۲۰ ولت است . رفتار ترانسفورماتور های ولتاژ و جریان در طول مدت رخداد خطا و پس از آن در حفاظت الکتریکی ، حساس و مهم است زیرا اگر در اثر رفتار نا مناسب در سیگنال حفاظتی ، خطایی رخ دهد ، ممکن است باعث عملکرد نادرست رله هل شود . یک ترانسفورماتور حفاظتی نیاز است که در یک محدوده ای از جریان که چندین برابر جریان نامی است کار کند و اغلب در معرض شرایطی قرار دارد که بسیار سنگین تر از شرایطی است که ممکن است ترانسفورماتور جریان اندازه گیری با آن مواجهه شود . تحت چنین شرایطی چگالی شار تا وضعیت اشباع پیشرفت می کند که پاسخ، تحت این شرایط و دوره گذرای اندازه گیری اولیه جریان اتصال کوتاه مهم است ، در نتیجه به هنگام گزینش ترانسفورماتور های ولتاژ یا جریان مناسب ، مسائلی مانند دورة گذرا و اشباع نیز باید در نظر گرفته شود .

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                          صفحه

مقدمه…………………………………………………………………………………………………… ۶

۲-۱ مقدمه……………………………………………………………………………………………. ۱۰

۲-۲- معرفی ترانسفورماتورهای اندازه گیری…………………………………………………… ۱۱

۲-۳  ترانسفورماتورهای ولتاژ و انواع آن……………………………………………………….. ۱۲

۲-۳-۱  ترانسفور ماتور ولتاژ القایی……………………………………………………………… ۱۲

۲-۳-۲  ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT )…………………………………………………

2-4 مسایل جنبی ترانسفورماتورهای ولتاژ………………………………………………………. ۱۴

۲-۴-۱ ضریب ولتاژ………………………………………………………………………………… ۱۴

۲-۴-۲ آلودگی……………………………………………………………………………………… ۱۵

۲-۴-۳  ظرفیت پراکندگی………………………………………………………………………… ۱۵

۳-۱ مقدمه……………………………………………………………………………………………. ۱۷

۳-۲ ماهیت نور………………………………………………………………………………………. ۱۸

۳-۳ بررسی نور پلاریز ه شده…………………………………………………………………….. ۱۸

۳-۳-۱  نور پلاریزه شده خطی…………………………………………………………………… ۲۰

۳-۳-۲  نورپلاریزه شده دایره ای………………………………………………………………… ۲۰

۳-۳-۳  نورپلاریزه شده بیضوی…………………………………………………………………. ۲۱

۳-۴ پدیده دو شکستی……………………………………………………………………………… ۲۲

۳-۵  فعالیت نوری………………………………………………………………………………….. ۲۳

۳-۶ اثرهای نوری القائی…………………………………………………………………………… ۲۵

۳-۶-۱ اثر فارادی…………………………………………………………………………………… ۲۵

۳-۶-۲  اثر کر………………………………………………………………………………………. ۲۷

۳-۶-۳  اثر پاکلز……………………………………………………………………………………. ۲۸

۳-۷  معرفی المانهای مهم نوری………………………………………………………………….. ۳۰

۳-۷- ۱ منابع نور…………………………………………………………………………………….. ۳۱

۳-۷-۲ تار نوری…………………………………………………………………………………….. ۳۱

۳-۷-۳  قطبشگر ……………………………………………………………………………………. ۳۲

۳-۷-۴  تیغه ربع موج و نیمه موج………………………………………………………………… ۳۳

۳-۷-۵  آشکار سازی نور…………………………………………………………………………. ۳۳

بررسی ترانسهای ولتاژ نوری………………………………………………………………………. ۳۷

۴-۱ مقدمه……………………………………………………………………………………………. ۳۷

۴-۲  OPT براساس اثر کر………………………………………………………………………. ۳۷

۴-۳ OPT  بر اساس اثر پاکلز………………………………………………………………….. ۴۰

۴-۳- ۱  اصول کار OPT…………………………………………………………………………

4-3-2  سیستم مدولاسیون شدت نور در OPT……………………………………………….

4-3-3  مدار پردازش سیگنال در OPT…………………………………………………………

4-2-4  مواد سازنده سلول پاکلز………………………………………………………………….. ۴۴

۴-۴  مشخصات OPT 45………………………………………………………………………..

4-4-1  مشخصه خروجی OPT………………………………………………………………….

4-4-2 مشخصه حرارتی OPT……………………………………………………………………

4-5  مسئل عملی OPT……………………………………………………………………………

4-6  بررسی مدار پردازش سیگنال در OCT 51……………………………………………..

4-6- 1 مدار پردازش سیگنال بر اساس روش AC/DC…………………………………….

4-6-2  مدار پردازش سیگنال به روش +/-…………………………………………………….. ۵۲

۴-۶-۳  مدار پردازش سیگنال با استفاده از متوسط شدت نور………………………………. ۵۳

فصل پنجم……………………………………………………………………………………………. ۵۶

۵-۱ مقدمه……………………………………………………………………………………………. ۵۶

۵-۲- مزایا…………………………………………………………………………………………….. ۵۷

۵-۳- تحلیل نوع تجاری……………………………………………………………………………. ۶۰

۵-۳-۱ هزینه‌های سرمایه پست و هزینه‌های ساخت………………………………………….. ۶۰

۵-۳-۲  بازده کارآیی عملکرد…………………………………………………………………… ۶۲

۵-۳-۳  صرفه‌جویی‌های نگهداری و تعمیرات………………………………………………… ۶۷

نسبت دور قابل انتخاب خریدار منجر می‌شود به : …………………………………………….  ۶۸

۵-۳-۴  صرفه‌جویی‌های مصرف دوره نهایی…………………………………………………..   ۶۹

۵-۳-۵  مثال عملکرد IPP، MW600 در KV230………………………………………..

5-4  نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………….. ۷۰

فصل ششم…………………………………………………………………………………………….. ۷۱

۶-۱ مقدمه……………………………………………………………………………………………. ۷۱

۶-۲  مشکلات و معایب ترانسفورماتورهای اندازه گیری معمولی………………………….. ۷۲

۶-۲-۱  احتمال انفجار……………………………………………………………………………… ۷۲

۶-۲-۲  اشباع شدن هسته ترانسفورماتور………………………………………………………… ۷۲

۶-۲-۳ اثر فرورزونانس……………………………………………………………………………. ۷۴

۶-۲-۳-۱  ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی…………………………………………………….. ۷۴

۶-۲-۳-۲ ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ القایی……………………………………………. ۷۵

۶-۲-۴  شار پس ماند………………………………………………………………………………. ۷۵

۶-۲-۵  وزن و حجم زیاد…………………………………………………………………………. ۷۶

۶-۲-۶ محدود بودن دقت آنها……………………………………………………………………. ۷۷

۶-۳  مزایای ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری…………………………………………… ۷۷

۶-۳-۱ عدم احتمال انفجار………………………………………………………………………… ۷۸

۶-۳-۲  عدم ایجاد پدیده فرورزونانس در آنها………………………………………………… ۷۸

۶-۳-۳ بدون اثر شار پس ماند……………………………………………………………………. ۷۸

۶-۳-۴  وزن و حجم کم………………………………………………………………………….. ۷۸

۶-۳-۵ داشتن دقت بالا…………………………………………………………………………….. ۷۹

۶-۳-۶  داشتن سرعت پاسخ دهی بالا………………………………………………………….. ۸۰

۶-۴  کاربردهای عملی ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری……………………………… ۸۰

۶-۵ نتیجه گیری…………………………………………………………………………………….. ۸۱

۶-۶ پیشنهادات………………………………………………………………………………………. ۸۳

۷-۱ مبدل ولتاژ نوری KV 230 توسط سنسور نوری پخش میدان الکتریکی…………… ۸۶

۷-۱-۱ مقدمه………………………………………………………………………………………… ۸۶

۷-۱-۲ طرح OVT……………………………………………………………………………….. :

7-1-3  برپایی آزمایش: …………………………………………………………………………..  ۹۰

۷-۲ مبدل‌های ولتاژ نوری بدون   باند پهن ۱۳۸ کیلوولت و ۳۴۵ کیلوولت………………. ۹۵

۷-۲-۱ مقدمه: ……………………………………………………………………………………….  ۹۵

۷-۲-۲  اصول طرح و کارکرد…………………………………………………………………… ۹۶

۷-۲-۳  نتایج تست‌های آزمایشگاهی ولتاژ بالا: ………………………………………………  ۹۸

۷-۲-۳-۱ بازدهی در مورد دقت…………………………………………………………………. ۹۸

B- عایق‌کاری……………………………………………………………………………………….. ۱۰۳

۷-۳ ترانس اندازه‌گیری ولتاژ فشار قوی نوری توسط تداخل نسبی نور سفید…………….. ۱۰۵

۷-۳-۱ مقدمه ۱۰۵

۷-۳-۲  سنسور پاکلز فشار قوی و ترانسفورماتور ولتاژ نوری بر پایه سیستم WLI……..

الف- مدولاتورهای الکترونوری در تنظیمات طولی…………………………………………… ۱۰۶

ب- سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا بر اساس مدولاسیون طولی…………………………………. : ۱۰۸

ج – تکنیک WLI اعمالی برای سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا جهت ساخت یک ترانسفورماتور نوری ولتاژ بالا : ۱۱۰

د- ترانسفورماتور ولتاژ بالا نوری با استفاده از تنظیمات WLI……………………………..

7-4  نتایج تجربی…………………………………………………………………………………… ۱۱۵

۷-۵ نتیجه‌گری………………………………………………………………………………………. ۱۱۷

ضمیمه…………………………………………………………………………………………………. ۱:

تحلیل ماتریس پلاریزاسیون نور…………………………………………………………………… ۱۲۰

۱ـ بردار جونز………………………………………………………………………………………… ۱۲۰

۲ـ پارامترهای استوکس…………………………………………………………………………….. ۱۲۱

۳- ماتریسهای جونز…………………………………………………………………………………. ۱۲۳

۴- ماتریسهای مولر………………………………………………………………………………….. ۱۲۳

۵ـ معرفی ماتریسهای فارادی، کروپاکلز…………………………………………………………. ۱۲۵

ضمیمه ۲: جدول استاندارد ترانسفور ماتور ولتاژ……………………………………………….. ۱۲۶