عنوان :

پایان نامه بررسی اثر خطای اتصالی در هادی های CTC

تعداد صفحات :۸۹

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

مقاله حاضر به بررسی  اثر خطای اتصالی در هادی های CTC می پردازد. مقاله شامل ۵ فصل :آشنایی با مراحل کلی طراحی ترانسفورماتور، انواع سیم پیچی های ترانسفورماتور و ساختمان آنها، ساختار هادیهای CTC، نتایج عددی و تحلیل چند ترانسفورماتور نمونه و نتیجه گیری می باشد.

هادی‌‌های CTC  بطور گسترده‌ در ترانسفورماتورهای جریان بالا استفاده می‌شود. بدین منظور سیم‌پیچ ‌های زیادی (عمدتاً جریان بالا) از هادیهای CTC ساخته می‌شوند. از طرفی با توجه به بوجود آمدن مشکلاتی در این نوع بوبین‌ها از قبیل بروز اتصالی بین تک‌رشته‌ها، کیفیت و اساساً صلاحیت استفاده از این نوع بوبین‌های معیوب مورد شک و تردید کارشناسان قرار گرفته است. از سوی دیگر ساخت این نوع بوبین‌ها مستلزم صرف هزینه‌های سنگین می‌باشد. بطوریکه عدم بکارگیری آن‌ها با بوجود آمدن مشکلاتی از قبیل وجود اتصالی بین تک‌رشته‌ها، برای سازنده بسادگی امکان‌پذیر نیست و توجیه اقتصادی ندارد. از اینرو مدلسازی شرایط خطا در سیم‌پیچ با هادی CTC ضروری بنظر میرسد تا بتوان به تحلیل هر چه دقیقتر مسئله و اخذ تصمیمات صحیح و موثر در این زمینه پرداخت.

نتایج نشان می‌دهد، جریان‌ رشته‌ها در حالت سالم کاملاً متعادل است. با ایجاد خطا در هادیهای CTC این تعادل جریانی از دست می‌رود بطوریکه جریان در برخی از رشته‌ها نسبت به حالت متعادل افزایش، و در برخی از رشته‌ها کاهش می‌یابد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت، جریان ورودی کل تغییر چشمگیری ندارد. ازین رو بحث افزایش تلفات کل سیم مطرح نبوده و افزایش تلفات موضعی مطرح می‌گردد که بدنبال آن مسائلی از قبیل بوجودآمدن نقطه داغ و خرابی عایق مطرح می‌شود. از نتایج مهم بدست‌آمده از این پروژه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱-       شدت عدم تعادل جریان‌ها با تعداد رشته‌های هادی CTC رابطه دارد، بطوریکه با افزایش تعداد رشته‌ها اثر خطا کاهش می‌یابد. به عنوان مثال بروز یک اتصالی در یک هادی CTC 11 رشته به مراتب شرایط عدم تعادل بدتری را نسبت به بروز یک اتصالی در یک هادی CTC 53 رشته نشان می‌دهد.

۲-                با افزایش تعداد دورهای بوبین شدت عدم تعادل جریانی افزایش می‌یابد.

۳-                شدت افزایش جریان در رشته‌های معیوب به دو موقعیت زیر بستگی دارد:

الف) موقعیت خطا در طول سیم‌پیچ

ب) محل خطا در دور

۴- با مطالعات انجام‌شده به کمک نرم‌افزار CTCFMS بدترین موقعیت خطا در فلدهای وسط دور اول و آخر می‌باشد.

۵- با توجه به اینکه تعیین موقعیت خطا در بوبین براحتی ممکن نیست مطالعات با پیش‌فرض وقوع خطا در بدترین نقطه انجام شده است.

۶- در حالت بروز خطا، رشته‌های سالم نسبت به حالت بدون خطا تغییر جریانی زیادی ندارند.

واژه های کلیدی: هادی های CTC ، طراحی ترانسفورماتور، سیم پیچ ها

فهرست مطالب

فصل اول : آشنایی با مراحل کلی طراحی ترانسفورماتور         ۱
۱-۱-مقدمه       ۲
۱-۲-طراحی       ۴
۱-۳-آزمایش ها              ۵
۱-۴- محاسبات هسته           ۹
۱-۵-ساختمان هسته              ۱۳
فصل دوم : انواع سیم پیچی های ترانسفورماتور و ساختمان آنها      ۱۴
۲-۱-مقدمه       ۱۵
۲-۲-تعاریف       ۱۵
۲-۲-۱ سیم پیچی              ۱۵
۲-۲-۲ فاز ترانسفورماتور           ۱۶
۲-۲-۳ جزء سیم پیچ              ۱۶
۲-۲-۴-هادی موازی              ۱۶
۲-۲-۵ انواع هادی ها              ۱۸
۲-۲-۶ سیم پیچ با هادی های درهم شده     ۱۹
۲-۴-ساختمان سیم پیچ های لایه ای     ۳۱
فصل سوم : ساختار هادیهای CTC        ۳۹
۳-۱-مقدمه       ۴۰
۳-۲-معرفی هادی CTC           ۴۱
۳-۳- ساختمان هادی    CTC           ۴۳
۳-۴- توصیفی از جابجایی Transposition     ۴۶
۳-۵-بوبین ساخته شده از هادی CTC     ۴۷
۳-۶-ابعاد هادی های CTC با عایق کاغذی     ۴۷
۳-۷-بررسی اثر موقعیت خطا در بوبین     ۵۱
۳-۷-۱ بررسی اثر موقعیت خطا در بوبین با هادی دو قلو         ۵۲
۳-۸-مدل مداری هادی CTC           ۵۸
۳-۸-۱- چگونگی بدست آوردن مقادیر اندوکتانس های هادی CTC   ۵۸
۳-۸-۲-روش حل مدار در مدلسازی هادی CTC            ۶۵
۳-۸-۳-بررسی علت عدم تعادل جریان در رشته های موازی      ۶۸
۳-۹-نرم افزار CTCFMS           ۷۰
فصل چهارم : نتایج عددی و تحلیل چند ترانسفورماتور نمونه      ۷۴
تحلیل خطا در چند ترانسفورماتور نمونه     ۷۵
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات     ۸۱
۵-۱-نتایج کلی بدست آمده از پروژه     ۸۲
۵-۲-پیشنهادات              ۸۳
مراجع          ۸۴

مراجع:

[۱] S.V. Kulvarni, S.A. Kaparde, “Transformer Engineering Design and Practice” Marcel Deker, New York, 2004

 [۲] S.Rao, “Power Transformers and Specials Transformers – Principles and Practice” 3rd edition, Khanna Publisher, Dehli, 2004

[۳]محمدرضا مشکوه الدینی “ترانسفورماتورهای قدرت” انتشارات دانشگاه صنعت آب و برق  ۱۳۸۵

[۴] Girgis, R.S, Ed G.te Nyenhuis ” Experimental Invstigation on effect of Core

Production Attributies” IEEE transaction on Power Delivery, Vol. 13, No. 2, Apr 1998

 [۵] E. Rahimpour, “ Modeling of Transformer Winding in order to Detect of Mechanical Deformation, Ph.D. Desertion, ECE Department, University of Tehran, Iran, April 2002

[۶] S.E. Zochol et al, “ Transformer modeling as applied to differential protection “ Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. , 2004

[۷] خلیل ولی پور “مدلسازی و شبیه سازی مشروح حالت گذرای ترانسفورماتور خشک” رساله دکتری، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، ۱۳۸۶

۱-۱-مقدمه

طراحی ترانسفورماتور یعنی آماده سازی نقشه‌های اجرایی ترانسفورماتور اولین گام در ساخت آن است.

 برای شروع کار محاسبه و طراحی حداقل مشخصات زیر باید ارائه شود:

–         قدرت نامی ترانسفورماتور

–         ولتاژهای فشار قوی و ضعیف و گروه برداری

–         امپدانس اتصال کوتاه، تلفات بی باری و بارداری

–         ارتفاع،  دما، درصد رطوبت نسبی و آلودگی محیط نصب

–         استانداردها

در بعضی مواقع پاره‌ای مشخصات ویژه نیز اعمال می‌نمایند به عنوان مثال محدودیت در چگالی شار یا چگالی جریان و یا محدودیت در ابعاد فیزیکی ترانسفورماتور. پس از دریافت اطلاعت و بر اساس مدارک موجود قسمت فعال ترانسفورماتور شامل سیم پیچیها، هسته و مواد عایقی محاسبه می‌وند.

مدارک و استانداردهای مورد استفاده دیگر عبارتند از VDE و DIN و IEC.

ترانسفورماتور طراحی شده را می‌توان به دو گروه نرمال و ویژه تقسیم کرد:

–    منظور از ترانسفورماتور نرمال ترانسفورماتور هایی می‌باشند که به طور گسترده در شبکه توزیع مصرف دارند و بدین جهت به طور گسترده تولید می‌شوند . ترانسفورماتورهای ۲۰۰kVA و ۱۰۰ ۵۰ و ۲۵ ، گروه برداری Yzn5 و نسبت ولتاژی ۲۰kV4%/0.4kV

–         ترانسهای ویژه دارای شرایط خاصی هستند که توسط مشتری ارائه می‌شوند و تولیدی محدود دارند.

ترانسفورماتور های توزیع عموماً دارای سیستم خنک کنندگی ONAN و Tap changer به صورت Off Load می‌باشند که برای ردیف‌ ۲۰ کیلوولت، سه پله و برای ردیف ۳۰ کیلو ولت، پنج پله می‌باشند.

۱-۲-طراحی

طراحی ترانسفورماتور یعنی اجرای محاسبات مکانیکی جهت دفع حرارت ناشی از تلفات و هم چنین آماده سازی نقشه‌های مکانیکی ترانسفورماتور. مراحل مختلف این کار عبارتند از:

–         طراحی هسته

–         طراحی ابعاد برد شامل انتخاب نبشی‌ها یا تسمه‌های مناسب

–         طراحی ساختمان جمعی سیم پیچیها

–    سیم بندیهای فشار قوی و فشار ضعیف (در فشار ضعیف انتخاب شینه‌های انعطاف پذیر در توانهای بالا، خمکاری تسمه‌های خروجی از بوبین جهت تعیین ارتفاع، مهار تسمه‌ها با استفاده از بستهای چوبی، تعیین حداقل فاصله تا مرکز بوشینگها و در فشار قوی با توجه به گروه برداری تعیین قطر و طول سیمهای اتصال دهنده فازها جهت ایجاد گروه برداری مناسب، انتخاب کلید تنظیم ولتاژ)

–         طراحی در پوش با توجه به ابعاد و سوراخکاری برد

–         طراحی مخزن شامل محاسبات مکانیکی جهت محاسبه تعداد، عمق، گام و ارتفاع و رله‌ها

۱-۳-آزمایش ها

یکی از مباحث مهم ترانسفورماتور آزمایش و تست ترانسفورماتور برای حصول اطمینان از کیفیت الکتریکی و حرارتی ترانسفورماتور می‌باشد. این آزمایشات طبق استاندارد IEC-60076  انجام می‌شود و به طور کلی به سه بخش تقسیم می‌شوند:

تستهای روتین – تستهای نوعی – تستهای ویژه

۱-۳-۱-تستهای روتین

اینگونه تستها، تستهای غیر مخرب می‌باشند و می بایست طبق استاندارد بر روی تمامی ترانسفورماتورها انجام گیرند. برای ترانسفورماتورهای توزیع این تستها عبارتند از :

–    اندازه گیری نسبت تبدیل : این اندازه گیری در بی باری یعنی در حالتیکه ثانویه ترانسفورماتور مدار باز می باشد انجام می پذیرد در این حالت از افت ولتاژ ناشی از جریان بی باری می‌توان صرفنظر کرد.

–    گروه برداری: این تست با تست نسبت تبدیل تلفیق شده است چون در صورتیکه نسبت تبدیل درست باشد می‌توان اطمینان پیدا کرد که گروه برداری هم مشکل نخواهد داشت.

–    اندازه گیری مقاومت سیم پیچها: مقدار مقاومت سیم پیچ جزء مقادیر گارانتی شده از طرف سازنده نیست اما داشتن آن برای محاسبه تلفات بار در دمای ۷۵ درجه (مطابق استاندارد) و نیز برای تعیین میزان جهش حرارتی سیم پیچ در آزمایش لازم است. این اندازه‌گیری در دمای محیط انجام می‌پذیرد و با توجه به آنکه مقاومت سیم پیچ تابعی از دماست می بایست نتیجه اندازه‌گیری را به دمای ۷۵ درجه انتقال  داد. لازم به ذکر است برای ثبت مقاومت اندازه گیری شده مقدار دما نیز باید ثبت شود.

–    اندازه گیری شدت جریان و تلفات بی باری: هرگاه ترانسفورماتور تحت ولتاژ و فرکانس نامی قرار گیرد و طرف دیگر آن بی بار باشد تلفات حاصل در ترانسفورماتور را تلفات بی باری و جریانی که در اینحالت ترانسفورماتور می‌کشد را جریان بی باری می‌نامند. این تلفات و جریان برای هر ترانسفورماتور متصل به شبکه حتی در زمانی که از آن بارگیری نمی‌شود وجود دارد بنابراین با توجه به پیوسته بودن آن مقدار آن باید پایین و در محدوده گارانتی باشد. این تلفات شامل تلفات فوکو، هیسترزیس، ژولی و دی الکتریک می‌باشد که از بین این موارد دو مورد آخر با توجه به کوچکی قابل صرفنظر کردن می‌ باشند. این تست از سمت فشار ضعیف انجام می‌شود و تلورانس تلفات بی باری ۱۵درصد و جریان بی باری ۳۰ درصد می‌باشد. موارد زیر در میزان جریان و تلفات بی باری موثر است: کیفیت ورقها، نحوه برش، هسته چینی و فاصله هوایی.

–    اندازه‌گیری تلفات اتصال کوتاه: در این تست فشار ضعیف را اتصال کوتاه می‌کنند و ولتاژ فشار قوی را آنقدر افزایش می‌دهیم تا جریان نامی از آن عبور کند، در اینحالت می‌توان گفت که در سمت فشار ضعیف نیز جریان نامی عبور می کند . در این آزمایش نیز با توجه به اینکه دمای محیط در مقدار مقاومت و در نتیجه تلفات بار تاثیر دارد دمای محیط می بایست ثبت شود و همچنین تلفات در دمای ۷۵ درجه محاسبه گردد. مقدار درصد ولتاژ اتصال کوتاه نیز با انتقال مقادیر بدست آمده به دمای ۷۵ درجه محاسبه می‌گردد. درصد امپدانس اتصال کوتاه برای ترانسفورماتورهای تا ۲۵۰kVA به منظور کاهش تلفات بار در شبکه ۴ درصد و برای تستهای بزرگتر جهت کاهش مقدار جریان اتصال کوتاه ۶ درصد می‌باشد.

–    تستهای عایقی: تستهایی که تاکنون گفته شد جهت اندازه‌گیری پارامترهای ترانس و کنترل مقادیر شده آن بود اما تستهای دیگری نیز وجود دارد که جهت کسب اطمینان از کیفیت عایقی ترانسفورماتور انجام می‌پذیرد این تستها برای ترانسفورماتورهای توزیع عبارتند از :

الف- تست عایقی فشار ضعیف:در این تست فشار ضعیف را به ولتاژ ۳kv متصل می‌کنند و فشار قوی و بدنه را به زمین متصل می‌کنند. مدت زمان تست ۶۰ ثانیه می‌باشد. در صورت نامناسب بودن عایقها و شکست آنها آرک خواهیم داشت. هدف از انجام این تست بررسی عایق بین بوبین فشار ضعیف از یک سو و هسته، بدنه و بوبین فشار قوی از سوی دیگر می‌باشد.

ب- تست عایقی فشار قوی: این تست مشابه تست عایقی فشار ضعیف می‌باشد و تنها ولتاژ اعمالی به فشار قوی ۵۰kV بوده و بدنه و فشار ضعیف دارای پتانسیل زمین میش‌وند . هدف از انجام این تست بررسی عایق بین بوبین فشار قوی از یک سو هسته ، بدنه و بوبین فشار قوی از سوی دیگر می‌باشد.

پ- تست ولتاژ القایی: در این تست بطرف فشار ضعیف دو برابر ولتاژ نامی اعمال می‌کنند و در نتیجه در طرف فشار قوی که بی بار است دو برابر ولتاژ نامی القا می‌شود. برای جلوگیری از به اشباع رفتن هسته فرکانس آزمایش را بالا می‌برند. در آزمایشگاه فرکانس تست ۱۵۰Hz می‌باشد بنابراین طبق رابطه t=120*f_n/f_t زمان تست ۴۰ ثانیه می‌باشد. این تست برای بررسی کیفیت عایق بین لایه‌های بوبینها و عایق بین فازها انجام می‌ود.

در تستهای عایقی آرک نزدن بستگی به عواملی همچون کیفیت روغن، فاصله عایقی و ایزوله‌ها دارد. جرقه گیرها را برای پرهیز از عملشان در هنگام تست بر می‌دارند.

۱-۳-۲-تستهای نوعی

 این آزمایشات به صورت مدل و نمونه ای انجام می‌شوند، بدین ترتیب که معمولاً اولین واحد از یک نوع ترانسفورماتورتحت آزمایش قرار می گیرد. از جمله این تستها می‌توان به تست حرارتی و تست ضربه اشاره کرد.

۱-۳-۳–تستهای ویژه: این تستها بر طبق خواست و با دریافت هزینه انجام می‌گیرد. از جمله این تستها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

اندازه گیری سطح صدا – تحمل اتصال کوتاه واقعی –  اندازه‌گیری‌ هارمونیک جریان بی باری تست بار – تعیین ظرفیت خازنی و تانژانت دلتا- اندازه‌گیری تخلیه جزیی – اندازه‌گیری امپدانس توالی صفر

۱-۴-محاسبات هسته

–         فواصل بین ساقهای هسته، فاصله مرکز تا مرکز سیم پیچها که با توجه به قطر سیم پیچها بدست می‌آید.

–         وزن کل آهن به کار رفته در هسته محاسبه می شود.

–          تلفات اتصال کوتاه محاسبه می شود این تلفات شامل تلفات DC در سیم پیچهای HV,LV میباشد.

–         محاسبه %U_k : مهمترین پارامتری که باید به آن برسیم U_k درصد (امپدانس اتصال کوتاه) می باشد.

–         P₀ را که مربوط به تلفات فوکو و هیتر زمین می‌باشد.

–         محاسبه جریان بی باری I_o

–         محاسبه جریان هجومی

توضیحاتی در مورد پارامترهای مختلف ترانس:

P_o (Noload loss)

عبارتست از قدرت اکتیو مصرف شده وقتی که ولتاژ نامی با فرکانس نامی به سیم پیچ اولیه در بی باری اعمال می‌شود و معمولاً شامل تلفات هسته می‌باشد.

تلفات بار (short circuit losses):

تلفات اکتیو که در شرایط نامی در ترانسفورماتور مصرف می‌شود، تلفات بار ناشی از تلفات حرارتی عبور جریان در مقاومت سیم پیچها و تلفات اضافی حاصل از جریان گردابی در سیم می‌باشد.

U_k امپدانس ولتاژ نامی :

امپدانسی است که اگر خروجی را اتصال کوتاه کنیم و درصدی از ولتاژ نامی را اعمال نماییم جریان نامی از خروجی عبور کند. امپدانس ولتاژ نامی در شبکه ایران دارای استاندارد زیر می‌باشد:

برای قدرتهای ۲۵KVA  الی ۲۰۰ KVA : %U_k = 4%

بری قدرتهای بالای ۲۵۰KVA : %U_k = 6%

I_sc جریان اتصال کوتاه:

مقدار جریان در ترمینالهای خط، بعد از اینکه عناصر DC رو به کاهش گذاشتند. در مواقع نامی ، جریان اتصال کوتاه را می‌توان از روی جریان نامی و امپدانس ولتاژ (I_N.U_k) بدست آورد.

 راندمان: راندمان عبارتست از قدرت اکتیو خروجی به ورودی .

تنظیم ولتاژ (Tapping and Tapping rany)

جهت کنترل ولتاژ در سیمهای فشار قوی سرهای اضافی طراحی گردیده‌اند . این محدوده تغییر ولتاژ عبارتست از اختلاف بین ولتاژ طراحی شده و حداکثر و یا حداقل ولتاژ قابل تنظیم سیم پیچ می‌باشد. تنظیم ولتاژ‌ها نسبت به ولتاژ مبنا به صورت مثبت و منفی می باشد.

نکته مهم: نوع کلیدهای استفاده شده در ترانسفورماتورهای توزیع از نوع (off load) off circuit بوده و هنگام عملیات روی کلید و تغییر پله‌های تنظیم ولتاژ می بایست ترانسفورماتور از دو سمت بی برق باشد.

جریان هجومی: جریانی است که در لحظه برقرار کردن برق از سیم پیچ می‌گذرد.

محاسبه مقدار نویز و صدای ترانسفورماتور:

ترانسفورماتورها تولید نویز و سر و صدا می‌کنند. دلیل ایجاد نویز تغییر بعد مغناطیسی می‌باشد. وقتی هسته فرومغناطیس یک ترانسفورماتور مغناطیس میشود در راستا و جهت شار مغناطیس کننده، متناوبا طول و سطح مقطع هسته کم و زیاد می‌شود، این پدیده باعث به وجود آمدن تغییرات کوچکی در ابعاد هسته خواهد شد. از آنجایی که ورقهای فولادی متناوباً ابعادشان را تغییر می‌دهند، هسته نوسان می‌کند و صدای وزوز تولید می‌شود.

L_A بر حسب DB، شدت صدایی که در یک متری شنیده می‌شود.

–         محاسبه مدت زمان اتصال کوتاه:

موقعی که اتصال کوتاه صورت می‌گیرد دو پدیده مهم می‌باشد.

الف: پدیده حرارت بالا

ب: پدیده دینامیکی

الف:

IEC 60076-5 در مورد تحمل اتصال کوتاه ترانسفورماتور است. محاسبات اتصال کوتاه برای اتصال کوتاه در ترمینالهای خروجی وقتی با ولتاژ‌ نامی تحریک شده باشد انجام می‌شود. رایج ترین نوع اتصال برخورد یک فاز به زمین است. استاندارد گفته شده در بالا مجاز دانسته است که دما در پایان اتصال کوتاه ْ۲۵۰ باشد. در شروع اتصال کوتاه فرض می‌کنیم طبق استاندارد دما ْ۱۰۵ باشد. ْ۱۴۵ برای گرم شدن سیم پیچی جا است، که به چگالی جریان اتصال کوتاه و زمان اتصال کوتاه و به ساخت ترانس بستگی دارد.

جریان سیم پیچی‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور، شارهای مغناطیسی تولید می‌کنند که در هسته آهنی با یکدیگر مخالفند. این شارها در فضای بین دو سیم پیچی جمع شونده‌اند. این شار بین دو سیم پیچی ترانسفورماتور که شار پراکندگی نام دارد نیروهای مکانیکی در جهت عمود بر جهت شار پراکندگی ایجاد می‌کند.

 

۱-۵-ساختمان هسته:

80,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .