فصل اول : آشنايي با مراحل كلي طراحي ترانسفورماتور            1

1-1-مقدمه                                       2

1-2-طراحي                                       4

1-3-آزمايش ها                                   5

1-4- محاسبات هسته                            9

1-5-ساختمان هسته                                13

فصل دوم : انواع سيم پيچي هاي ترانسفورماتور و ساختمان آنها     14

2-1-مقدمه                                       15

2-2-تعاريف                                      15

2-2-1 سيم پيچي                                  15

2-2-2 فاز ترانسفورماتور                             16

2-2-3 جزء سيم پيچ                               16

2-2-4-هادي موازي                                16

2-2-5 انواع هادي ها                                 18

2-2-6 سيم پيچ با هادي هاي درهم شده                  19

2-4-ساختمان سيم پيچ هاي لايه اي                  31

فصل سوم : ساختار هاديهاي CTC                       39

3-1-مقدمه                                       40

3-2-معرفي هادي CTC                               41

3-3- ساختمان هادي     CTC                           43

3-4- توصيفي از جابجايي Transposition                    46

3-5-بوبين ساخته شده از هادي CTC                      47

3-6-ابعاد هادي هاي CTC با عايق كاغذي                    47

3-7-بررسي اثر موقعيت خطا در بوبين                    51

3-7-1 بررسي اثر موقعيت خطا در بوبين با هادي دو قلو            52

3-8-مدل مداري هادي CTC                              58

3-8-1- چگونگي بدست آوردن مقادير اندوكتانس هاي هادي CTC  58
 

3-8-2-روش حل مدار در مدلسازي هادي CTC               65

3-8-3-بررسي علت عدم تعادل جريان در رشته هاي موازي        68

3-9-نرم افزار CTCFMS                           70

فصل چهارم : نتايج عددي و تحليل چند ترانسفورماتور نمونه     74

تحليل خطا در چند ترانسفورماتور نمونه                  75

فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات                    81

5-1-نتايج كلي بدست آمده از پروژه                    82

5-2-پيشنهادات                                   83

مراجع                                           84


-مقدمه

طراحي ترانسفورماتور يعني آماده سازي نقشه‌هاي اجرايي ترانسفورماتور اولین گام در ساخت آن است.

 براي شروع كار محاسبه و طراحی حداقل مشخصات زير بايد ارائه شود:

-         قدرت نامي ترانسفورماتور

-         ولتاژهاي فشار قوي و ضعيف و گروه برداري

-         امپدانس اتصال كوتاه، تلفات بي باري و بارداري

-         ارتفاع،  دما، درصد رطوبت نسبي و آلودگي محيط نصب

-         استانداردها

در بعضي مواقع پاره‌اي مشخصات ويژه نيز اعمال مي‌نمايند به عنوان مثال محدوديت در چگالي شار يا چگالي جريان و يا محدوديت در ابعاد فيزيكي ترانسفورماتور. پس از دريافت اطلاعت و بر اساس مدارك موجود قسمت فعال ترانسفورماتور شامل سيم پيچيها، هسته و مواد عايقي محاسبه مي‌وند.

مدارك و استانداردهاي مورد استفاده ديگر عبارتند از VDE و DIN و IEC.

ترانسفورماتور طراحي شده را مي‌توان به دو گروه نرمال و ويژه تقسيم كرد:

-    منظور از ترانسفورماتور نرمال ترانسفورماتور هايي مي‌باشند كه به طور گسترده در شبكه توزيع مصرف دارند و بدين جهت به طور گسترده توليد مي‌شوند . ترانسفورماتورهای 200kVA و 100 50 و 25 ، گروه برداري Yzn5 و نسبت ولتاژي 20kV4%/0.4kV

-         ترانسهاي ويژه داراي شرايط خاصي هستند كه توسط مشتري ارائه مي‌شوند و توليدي محدود دارند.

ترانسفورماتور هاي توزيع عموماً داراي سيستم خنك كنندگي ONAN و Tap changer به صورت Off Load مي‌باشند كه براي رديف‌ 20 كيلوولت، سه پله و براي رديف 30 كيلو ولت، پنج پله مي‌باشند.

1-2-طراحي

طراحي ترانسفورماتور یعنی اجراي محاسبات مكانيكي جهت دفع حرارت ناشي از تلفات و هم چنين آماده سازي نقشه‌هاي مكانيكي ترانسفورماتور. مراحل مختلف این كار عبارتند از:

-         طراحي هسته

-         طراحي ابعاد برد شامل انتخاب نبشي‌ها يا تسمه‌هاي مناسب

-         طراحي ساختمان جمعي سيم پيچيها

-    سيم بنديهاي فشار قوي و فشار ضعيف (در فشار ضعيف انتخاب شينه‌هاي انعطاف پذير در توانهاي بالا، خمكاري تسمه‌هاي خروجي از بوبين جهت تعيين ارتفاع، مهار تسمه‌ها با استفاده از بستهاي چوبي، تعيين حداقل فاصله تا مركز بوشينگها و در فشار قوي با توجه به گروه برداري تعيين قطر و طول سيمهاي اتصال دهنده فازها جهت ايجاد گروه برداري مناسب، انتخاب كليد تنظيم ولتاژ)

-         طراحي در پوش با توجه به ابعاد و سوراخكاري برد

-         طراحي مخزن شامل محاسبات مكانيكي جهت محاسبه تعداد، عمق، گام و ارتفاع و رله‌ها
1-3-آزمايش ها

يكي از مباحث مهم ترانسفورماتور آزمايش و تست ترانسفورماتور براي حصول اطمينان از كيفيت الكتريكي و حرارتي ترانسفورماتور مي‌باشد. اين آزمايشات طبق استاندارد IEC-60076  انجام مي‌شود و به طور كلي به سه بخش تقسيم مي‌شوند:

تستهاي روتين – تستهاي نوعي – تستهاي ويژه

1-3-1-تستهاي روتين

اينگونه تستها، تستهاي غير مخرب مي‌باشند و مي بايست طبق استاندارد بر روي تمامي ترانسفورماتورها انجام گيرند. براي ترانسفورماتورهای توزيع اين تستها عبارتند از :

-    اندازه گيري نسبت تبديل : اين اندازه گيري در بي باري يعني در حالتيكه ثانويه ترانسفورماتور مدار باز مي باشد انجام مي پذيرد در اين حالت از افت ولتاژ ناشي از جريان بي باري مي‌توان صرفنظر كرد.

-    گروه برداري: اين تست با تست نسبت تبديل تلفيق شده است چون در صورتيكه نسبت تبديل درست باشد مي‌توان اطمينان پيدا كرد كه گروه برداري هم مشكل نخواهد داشت.

-    اندازه گيري مقاومت سيم پيچها: مقدار مقاومت سيم پيچ جزء مقادير گارانتي شده از طرف سازنده نيست اما داشتن آن براي محاسبه تلفات بار در دماي 75 درجه (مطابق استاندارد) و نيز براي تعيين ميزان جهش حرارتي سيم پيچ در آزمايش لازم است. اين اندازه‌گيري در دماي محيط انجام مي‌پذيرد و با توجه به آنكه مقاومت سيم پيچ تابعي از دماست مي بايست نتيجه اندازه‌گيري را به دماي 75 درجه انتقال  داد. لازم به ذكر است براي ثبت مقاومت اندازه گيري شده مقدار دما نيز بايد ثبت شود.

-    اندازه گيري شدت جريان و تلفات بي باري: هرگاه ترانسفورماتور تحت ولتاژ و فركانس نامي قرار گيرد و طرف ديگر آن بي بار باشد تلفات حاصل در ترانسفورماتور را تلفات بي باري و جرياني كه در اينحالت ترانسفورماتور مي‌كشد را جريان بي باري مي‌نامند. اين تلفات و جريان براي هر ترانسفورماتور متصل به شبكه حتي در زماني كه از آن بارگيري نمي‌شود وجود دارد بنابراين با توجه به پيوسته بودن آن مقدار آن بايد پايين و در محدوده گارانتي باشد. اين تلفات شامل تلفات فوكو، هيسترزيس، ژولي و دي الكتريك مي‌باشد كه از بين اين موارد دو مورد آخر با توجه به كوچكي قابل صرفنظر كردن مي‌ باشند. اين تست از سمت فشار ضعيف انجام مي‌شود و تلورانس تلفات بي باري 15درصد و جريان بي باري 30 درصد مي‌باشد. موارد زير در ميزان جريان و تلفات بي باري موثر است: كيفيت ورقها، نحوه برش، هسته چيني و فاصله هوايي.

-    اندازه‌گيري تلفات اتصال كوتاه: در اين تست فشار ضعيف را اتصال كوتاه مي‌كنند و ولتاژ فشار قوي را آنقدر افزايش مي‌دهيم تا جريان نامي از آن عبور كند، در اينحالت مي‌توان گفت كه در سمت فشار ضعيف نيز جريان نامي عبور مي كند . در اين آزمايش نيز با توجه به اينكه دماي محيط در مقدار مقاومت و در نتيجه تلفات بار تاثير دارد دماي محيط مي بايست ثبت شود و همچنين تلفات در دماي 75 درجه محاسبه گردد. مقدار درصد ولتاژ اتصال كوتاه نيز با انتقال مقادير بدست آمده به دماي 75 درجه محاسبه مي‌گردد. درصد امپدانس اتصال كوتاه براي ترانسفورماتورهاي تا 250kVA به منظور كاهش تلفات بار در شبكه 4 درصد و براي تستهاي بزرگتر جهت كاهش مقدار جريان اتصال كوتاه 6 درصد مي‌باشد.

-    تستهاي عايقي: تستهايي كه تاكنون گفته شد جهت اندازه‌گيري پارامترهاي ترانس و كنترل مقادير شده آن بود اما تستهاي ديگري نيز وجود دارد كه جهت كسب اطمينان از كيفيت عايقي ترانسفورماتور انجام مي‌پذيرد اين تستها براي ترانسفورماتورهای توزيع عبارتند از :

الف- تست عايقي فشار ضعيف:در اين تست فشار ضعيف را به ولتاژ 3kv متصل مي‌كنند و فشار قوي و بدنه را به زمين متصل مي‌كنند. مدت زمان تست 60 ثانيه مي‌باشد. در صورت نامناسب بودن عايقها و شكست آنها آرك خواهيم داشت. هدف از انجام اين تست بررسي عايق بين بوبين فشار ضعيف از يك سو و هسته، بدنه و بوبين فشار قوي از سوي ديگر مي‌باشد.

ب- تست عايقي فشار قوي: اين تست مشابه تست عايقي فشار ضعيف مي‌باشد و تنها ولتاژ اعمالي به فشار قوي 50kV بوده و بدنه و فشار ضعيف داراي پتانسيل زمين ميش‌وند . هدف از انجام اين تست بررسي عايق بين بوبين فشار قوي از يك سو هسته ، بدنه و بوبين فشار قوي از سوي ديگر مي‌باشد.

پ- تست ولتاژ القايي: در اين تست بطرف فشار ضعيف دو برابر ولتاژ نامي اعمال مي‌كنند و در نتيجه در طرف فشار قوي كه بي بار است دو برابر ولتاژ نامي القا مي‌شود. براي جلوگيري از به اشباع رفتن هسته فركانس آزمايش را بالا مي‌برند. در آزمايشگاه فركانس تست 150Hz مي‌باشد بنابراين طبق رابطه t=120*fn/ft زمان تست 40 ثانيه مي‌باشد. اين تست براي بررسي كيفيت عايق بين لايه‌هاي بوبينها و عايق بين فازها انجام مي‌ود.

در تستهاي عايقي آرك نزدن بستگي به عواملي همچون كيفيت روغن، فاصله عايقي و ايزوله‌ها دارد. جرقه گيرها را براي پرهيز از عملشان در هنگام تست بر مي‌دارند.

1-3-2-تستهاي نوعي

 اين آزمايشات به صورت مدل و نمونه اي انجام مي‌شوند، بدين ترتيب كه معمولاً اولین واحد از يك نوع ترانسفورماتورتحت آزمايش قرار مي گيرد. از جمله اين تستها مي‌توان به تست حرارتي و تست ضربه اشاره كرد.

1-3-3--تستهاي ويژه: اين تستها بر طبق خواست و با دريافت هزينه انجام مي‌گيرد. از جمله اين تستها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

اندازه گيري سطح صدا – تحمل اتصال كوتاه واقعي -  اندازه‌گيري‌ هارمونيك جريان بي باري تست بار – تعيين ظرفيت خازني و تانژانت دلتا- اندازه‌گيري تخليه جزيي – اندازه‌گيري امپدانس توالي صفر