مقدمه
قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان ، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری ، آبی و هسته‌ای تولید می‌شود. این مراکز دارای توربینها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که بوسیله ژنراتورها تولید می‌شود، باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهی چندین مرکز تولید بوسیله شبکه‌ای به هم مرتبط می‌شوند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز را بطور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند.
در محلهای توزیع برای اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می‌شود. بدیهی است توزیع انرژی بین تمام مصرف کننده‌های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکانپذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود. لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر (پستهای داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر (پست منطقه‌ای) تقسیم می‌شود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانسهای توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می‌کنند.
بطور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری روبرو هستند. مسلما این به آن معنی نیست که میتوان از توجه به حفاظتها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد. در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می‌شود، سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می‌شود.
تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله‌ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه‌هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می‌گیرند. مقره‌ها یا بوشینگها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.
کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ و جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می‌کند.
انواع ترانسفورماتورها
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ) ، ترانس قدرت می‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می‌دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می‌شود.
این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می‌گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می‌گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه (حد متوسط) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.
ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می‌شوند. در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند. در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می‌شود.
در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می‌روند (بصورت سه فاز یا یک فاز).
ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ، ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می‌رود. ترانسهای مخصوص آزمایش ، اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.
ترانسفورماتورهای توزیع و انواع آن
ترانسفورماتورهای توزیع یکی از تجهیزات با اهمیت شبکه های توزیع نیروی برق می باشد که در پست های توزیع 33, 20, 11KV بمنظور کاهش سطح ولتاژ و رساندن آن به میزان قابل استفاده توسط مصرف کنندگان مورد استفاده قرار می گیرد.
انواع ترانسفورماتورهای توزیع
ترانسفورماتورهای توزیع با توجه به مکانیزم عملکرد، ساختمان و مواد تشکیل دهنده به چند نوع تقسیم بندی می شوند:
الف) دسته بندی ترانسفورماتورها از لحاظ نوع ماده عایقی و خنک کنندگی
1. ترانسفورماتورهای روغنی
این نوع از ترانسفورماتورها از لحاظ طراحی مخزن و چگونگی ارتباط با هوای محیط اطراف به دو دسته تقسیم می شوند:
1.1. ترانسفورماتورهای روغنی با منبع انبساط (کنسرواتوری)
طراحی این نوع از ترانسفورماتورهای توزیع به گونه ای است که سیستم روغن با هوای بیرون، از طریق محفظه رطوبتگیر بوده و انبساط و انقباض روغن مخزن در منبع انبساط یا کنسرواتور جبران می شود.
1.2. ترانسفورماتورهای هرمتیک
ساختمان این نوع از ترانسفورماتورها به نحوی است که روغن با هوای بیرون هیچگونه ارتباطی نداشته و تغییر در حجم روغن در اثر تغییرات دما به دو روش جبران می گردد:
– جبران افزایش حجم روغن بواسطه قابلیت ارتجاعی مخزن با دیواره کنگره ای (وله ای)
– استفاده از مخزن رادیاتوری با دیواره های صلب که بخشی از فضای بالای مخزن آن با گازی بی اثر مانند نیتروژن پر شده و تغییر حجم و فشار این گاز سبب جبران تغییر حجم روغن ترانسفورماتور می شود.
2. ترانسفورماتورهای خشک رزینی
این نوع ترانسفورماتورها فاقد روغن بوده و سیم پیچها رزین اندود شده و با ریخته گری و تزریق رزین محسور می شوند. مهمترین مزیت این ترانسفورماتورها حذف خطر آتش سوزی در اثر روغن میباشد.
ب) دسته بندی ترانسفورماتورها از لحاظ نوع عملکرد و نحوه استفاده
1. ترانسفورماتورهای توان که وظیفه انتقال انرژی الکتریکی با تغییر در سطح ولتاژ را بعهده دارند و اغلب به صورت نصب در فضای آزاد (Outdoor) و نصب زمینی یا داخل اتاق ترانسفورماتور در فضای بسته (Indoor) طراحی می شوند.
2. ترانسفورماتورهای زمین، که در واقع یک ترانسفورماتور جهت ایجاد مرکز ستاره (نقطه نول) در پست های انتقال بوده و فاقد سیم پیچ ثانویه جهت انتقال انرژی می باشد.
3. ترانسفورماتورهای زمین و کمکی که به اصطلاح بنام کمپکت نامیده می شوند و در واقع ترکیب و تلفیقی از یک ترانسفورماتور زمین با یک ترانسفورماتورتوزیع در یک دستگاه می باشد.
4. ترانسفورماتورهای ویژه توزیع که معمولا جهت تغذیه برق واحدهای صنعتی بکاربرده می شوند و از لحاظ مشخصات فنی خاص مورد نیاز مصرف کننده نظیر توان، ولتاژ، تعداد سیم پیچها، تعداد فاز، اتصالات، نوع بارگیری، شرایط محیطی و غیره به انواع مختلفی تقسیم می شوند که میتوان به برخی از آنها مانند ترانسفورماتورهای تکفاز، سه سیم پیچه، یکسوساز، کوره، دارای کلید تنظیم ولتاژ تحت بار، دارای سیستم خنک کننده اجباری، خروج بوشینگ ها از روی دیوارهها، دارای جعبه کابل و تجهیزات حفاظتی خاص که طراحی و تولید می گردند اشاره کرد.
