عنوان مقاله: آزمایش و ارایه مدل های ریاضی جدید برای پیش بینی مشخصات عایقی روغن ترانسفورماتور تحت تاثیر تنش فشار محیط

نویسندگان: میرزایی محمد, غلامی احمد, طیبی حمیدرضا

چکیده:

روغن معدنی به عنوان یک مایع واسط جهت ایجاد خاصیت عایقی و انتقال حرارت به محیط خارج در ترانسفورماتورها به کار گرفته می شود. روغن داخل تانک ترانسفورماتورها، به علت ارتباط با محیط خارج، از طریق لوله رابط به محفظه سیلیکاژل و در نتیجه تنفس آن، تحت تاثیر تغییرات فشار هوا قرار می گیرد. از طرفی فشار هوا نیز به ارتفاع از سطح دریای آزاد بستگی دارد. بنابراین تغییر فشار هوا و در نتیجه تغییر فشار بالای روغن می تواند باعث تغییر ویسکوزیته روغن شده و خاصیت عایقی آن را تحت تاثیر قرار دهد. لذا فشار هوا به عنوان یک تنش محیطی می تواند بر پارامترهای عایق، موثر و باعث تضعیف و زوال سریع تر و در نتیجه پیری آن گردد.
در این مقاله با انجام تست های آزمایشگاهی تجربه ای در مورد تاثیر فشار هوای محیطی / ارتفاع محل نصب ترانسفورماتور بر روی برخی از خواص روغن و زوال آن ارایه شده است. بدین منظور فشار هوا را در سلول روغن (صرفا جهت بررسی تغییرات در شاخص های عایقی) به وسیله پمپ از 40 میلی متر جیوه تا 1250 میلی متر جیوه تغییر داده و قابلیت هدایت/جریان نشتی روغن در ولتاژهای مختلف و همچنین میزان ولتاژ شکست آن اندازه گیری و آنالیزهای مختلف انجام شده است. سپس به کمک روش های ریاضی و آنالیز حداقل مربعات خطا، مدل های ریاضی تخمین برخی از شاخص های عایقی فوق، ارایه و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. در نهایت یک مدل جدید و ساده که دقت مناسب داشته و در قیاس با نتایج آزمایشگاهی صحت خوبی را از خود نشان داده، پیشنهاد گردیده است.

* نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران تابستان 1386; 5(2):96-102.

==> برای دانلود کل مقاله اینجا را کلیک کنید.

* مولدی یک بار را تغذیه می‌کند اگر بار مولد را زیاد کنیم چه روی می‌دهد؟

افزایش بار به معنی افزایش توان حقیقی و یا واکنشی است که از مولد کشیده می‌شود. این افزایش بار باعث زیاد شدن جریان بار کشیده شده از مولد می‌شود. چون مقاومت میدان تغییر نکرده‌است، جریان میدان ثابت است و بنابراین شار نیز ثابت است. چون گردانندهٔ اولیه نیز سرعت w را ثابت نگه می‌دارد اندازهٔ E_A ثابت می‌ماند .

* اگر E_A ثابت بماند، با تغییر بار چه چیزی تغییر می‌کند؟
برای پاسخ دادن به این پرسش میتوان از نمودار فازوری و نشان دادن تغییر بار، همراه با در نظر گرفتن محدودیت‌های مولد استفاده کرد.

نخست مولدی را در نظر می‌گیریم که با ضریب قدر پس‌فاز کار می‌کند، اگر با همین ضریب توان بار افزایش یابد، اندازهٔ I_A اما نسبت به همین زاویهٔ قبلی را خواهد داشت، بنابراین ولتاژ عکس‌العمل آرمیچر jX_sI_A بزرگ‌تر از قبل می‌شود اما زاویه‌اش تغییری نمی‌کند. چون بردار باید انتهای را که به عنوان مرجع است به انتهای E_A که به رغم تغییرات بار اندازه‌اش تغییر نمی‌کند وصل کند با در نظر گرفتن موارد بالا تنها یک نقطه وجود دارد که در آن ولتاژ عکس‌العمل آرمیچر با موقعیت قبلی‌اش موازی است و اندازه‌اش افزایش یافته‌است و مشاهده می‌کنیم که با افزایش بار ولتاژ ، کاهش نسبتاً شدیدی یافته‌است .

اینک فرض کنید که بار دارای ضریب توان واحد است. با افزایش بار مشاهده خواهیم کرد که در این بار اندکی کاهش یافته‌است.

سرانجام فرض کنید که مولد بار پیش‌فاز داشته باشد با زیاد شدن بار افت ولتاژ آرمیچر در بیرون مقدار قبلی‌اش قرار می‌گیرد و V_varphi افزایش می‌یابد.

در ژوئیه 1999، شركت ABB، یك ترانسفور ماتور فشار قوی خشك به نام “Dryformer “ ساخته است كه نیازی به روغن جهت خنك شدن بار به عنوان دی الكتریك ندارد.در این ترانسفورماتور به جای استفاده از هادیهای مسی با عایق كاغذی از كابل پلیمری خشك با هادی سیلندری استفاده می شود.
تكنولوژی كابل  استفاده شده در این ترانسفورماتور قبلاً در ساخت یك ژنراتور فشار قوی به نام "Power Former" در شركت ABB به كار گرفته شده است.
نخستین نمونه از این ترانسفورماتور اكنون در نیروگاه هیدروالكترولیك “Lotte fors” واقع در مركز سوئد نصب شده كه انتظار می رود به دلیل نیاز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هایی كه از ایمنی بیشتری برخوردار باشند و با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری داشته باشند، با استقبال فراوانی روبرو گردد.

ایده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه 90 مطرح شد.
بررسی، طراحی و ساخت این ترانسفورماتور از بهار سال 1996 در شركت ABB شروع شد. ABB در این پروژه از همكاری چند شركت خدماتی برق از جمله  Birka Kraft و Stora Enso نیز بر خوردار بوده است.

  تكنولوژی

ساخت ترانسفورماتور فشار قوی فاقد روغن در طول عمر یكصد ساله ترانسفورماتورها، یك انقلاب محسوب می شود. ایده استفاده از كابل با عایق پلیمر پلی اتیلن (XLPE) به جای هادیهای مسی دارای عایق كاغذی از ذهن یك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور  “Mats lijon” تراوش كرده است.

تكنولوژی استفاده از كابل به جای هادیهای مسی دارای عایق كاغذی، نخستین بار در سال 1998 در یك ژنراتور فشار قوی به نام  “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در این ژنراتور بر خلاف سابق كه از هادیهای شمشی ( مستطیلی ) در سیم پیچی استاتور استفاده می شد، از هادیهای گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط می شود، هادیهای سیلندری ، توزیع میدان الكتریكی متقارنی دارند. بر این اساس ژنراتوری می توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه تولید كند بطوریكه نیاز به ترانسفورماتور افزاینده نباشد. در نتیجه این كار، تلفات الكتریكی به میزان 30 در صد كاهش می یابد.

<--- بقیه را در ادامه مطلب بخوانید! --->

موتورهای القایی AC عمومی‌ترین موتورهایی هستند که در سامانه‌های کنترل حرکت صنعتی و همچنین خانگی استفاده می‌شوند. طراحی ساده و مستحکم، قیمت ارزان، هزینه نگه داری پایین و اتصال آسان و کامل به یک منبع نیروی AC امتیازات اصلی موتورهای القایی AC هستند. انواع متنوعی از موتورهای القایی AC در بازار موجود است. موتورهای مختلف برای کارهای مختلفی مناسب اند. با اینکه طراحی موتورهای القایی AC آسانتر از موتورهای DC است، ولی کنترل سرعت و گشتاور در انواع مختلف موتورهای القایی AC نیازمند درکی عمیقتر در طراحی و مشخصات در این نوع موتورهاست.

این نکته در اساس انواع مختلف، مشخصات آنها، انتخاب شرایط برای کاربریهای مختلف و روشهای کنترل مرکزی یک موتورهای القایی AC را مورد بحث قرار می‌دهد.

اصل ساخت اولیه و کاربری

مانند بیشتر موتورها، یک موتورهای القایی AC یک قسمت ثابت بیرونی به نام استاتور و یک روتور که در درون آن می‌چرخد دارند، که میان آن دو یک فاصله دقیق کارشناسی شده وجود دارد. به طور مجازی همه موتورهای الکتریکی از میدان مغناطیسی دوار برای گرداندن روتورشان استفاده می‌کنند. یک موتور سه فاز القایی AC تنها نوعی است که در آن میدان مغناطیسی دوار به طور طبیعی بوسیله استاتور به خاطر طبیعت تغذیه گر آن تولید می‌شود. در حالی که موتورهای DC به وسیله‌ای الکتریکی یا مکانیکی برای تولید این میدان دوار نیاز دارند. یک موتور القایی AC تک فاز نیازمند یک وسیله الکتریکی خارجی برای تولید این میدان مغناطیسی چرخشی است.

در درون هر موتور دو سری آهنربای مغناطیسی تعبیه شده‌است. در یک موتور القایی AC یک سری از مغناطیس شونده‌ها به خاطراینکه تغذیه AC به پیچه‌های استاتور متصل است در استاتور تعبیه شده‌اند.  بخاطر طبیعت متناوب تغذیه ولتاژ AC بر اساس قانون لنز نیرویی الکترومغناطیسی به روتور وارد می‌شود (درست شبیه ولتاژی که در ثانویه ترانسفورماتور القا می‌شود). بنابر این سری دیگر از مغناطیس شونده‌ها خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. تعامل میان این مگنت‌ها انرژی چرخیدن یا تورک (گشتاور) را فراهم می‌آورد. در نتیجه موتور در جهت گشتاور بوجود آمده چرخش می‌کند.

(معرفی مفصل در ادامه مطلب)