93/7/22
5:7 ع
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 220 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 600 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 120 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…………………………………………………………………………………………………… 6
2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 10
2-2- معرفی ترانسفورماتورهای اندازه گیری…………………………………………………… 11
2-3 ترانسفورماتورهای ولتاژ و انواع آن……………………………………………………….. 12
2-3-1 ترانسفور ماتور ولتاژ القایی……………………………………………………………… 12
2-3-2 ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT )…………………………………………………
2-4 مسایل جنبی ترانسفورماتورهای ولتاژ………………………………………………………. 14
2-4-1 ضریب ولتاژ………………………………………………………………………………… 14
2-4-2 آلودگی……………………………………………………………………………………… 15
2-4-3 ظرفیت پراکندگی………………………………………………………………………… 15
3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 17
3-2 ماهیت نور………………………………………………………………………………………. 18
3-3 بررسی نور پلاریز ه شده…………………………………………………………………….. 18
3-3-1 نور پلاریزه شده خطی…………………………………………………………………… 20
3-3-2 نورپلاریزه شده دایره ای………………………………………………………………… 20
3-3-3 نورپلاریزه شده بیضوی…………………………………………………………………. 21
3-4 پدیده دو شکستی……………………………………………………………………………… 22
3-5 فعالیت نوری………………………………………………………………………………….. 23
3-6 اثرهای نوری القائی…………………………………………………………………………… 25
3-6-1 اثر فارادی…………………………………………………………………………………… 25
3-6-2 اثر کر………………………………………………………………………………………. 27
3-6-3 اثر پاکلز……………………………………………………………………………………. 28
3-7 معرفی المانهای مهم نوری………………………………………………………………….. 30
3-7- 1 منابع نور…………………………………………………………………………………….. 31
3-7-2 تار نوری…………………………………………………………………………………….. 31
3-7-3 قطبشگر ……………………………………………………………………………………. 32
3-7-4 تیغه ربع موج و نیمه موج………………………………………………………………… 33
3-7-5 آشکار سازی نور…………………………………………………………………………. 33
بررسی ترانسهای ولتاژ نوری………………………………………………………………………. 37
4-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………. 37
4-2 OPT براساس اثر کر………………………………………………………………………. 37
4-3 OPT بر اساس اثر پاکلز………………………………………………………………….. 40
4-3- 1 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 پاکلز44
4-4 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 52
4-6-3 مدار پردازش سیگنال با استفاده از متوسط شدت نور53
فصل پنجم56
5-1 مقدمه56
5-2- مزایا57
5-3- تحلیل نوع تجاری60
5-3-1 هزینههای سرمایه پست و هزینههای ساخت60
5-3-2 بازده کارآیی عملکرد62
5-3-3 صرفهجوییهای نگهداری و تعمیرات67
نسبت دور قابل انتخاب خریدار منجر میشود به : 68
5-3-4 صرفهجوییهای مصرف دوره نهایی69
5-3-5 مثال عملکرد IPP، MW600 در KV230
5-4 نتیجهگیری70
فصل ششم71
6-1 مقدمه71
6-2 مشکلات و معایب ترانسفورماتورهای اندازه گیری معمولی72
6-2-1 احتمال انفجار72
6-2-2 اشباع شدن هسته ترانسفورماتور72
6-2-3 اثر فرورزونانس74
6-2-3-1 ترانسفورماتورهای ولتاژ خازنی74
6-2-3-2 ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ القایی75
6-2-4 شار پس ماند75
6-2-5 وزن و حجم زیاد76
6-2-6 محدود بودن دقت آنها77
6-3 مزایای ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری77
6-3-1 عدم احتمال انفجار78
6-3-2 عدم ایجاد پدیده فرورزونانس در آنها78
6-3-3 بدون اثر شار پس ماند78
6-3-4 وزن و حجم کم78
6-3-5 داشتن دقت بالا79
6-3-6 داشتن سرعت پاسخ دهی بالا80
6-4 کاربردهای عملی ترانسفورماتورهای اندازه گیری نوری80
6-5 نتیجه گیری81
6-6 پیشنهادات83
7-1 مبدل ولتاژ نوری KV 230 توسط سنسور نوری پخش میدان الکتریکی86
7-1-1 مقدمه86
7-1-2 طرح OVT:
7-1-3 برپایی آزمایش: 90
7-2 مبدلهای ولتاژ نوری بدون باند پهن 138 کیلوولت و 345 کیلوولت95
7-2-1 مقدمه: 95
7-2-2 اصول طرح و کارکرد96
7-2-3 نتایج تستهای آزمایشگاهی ولتاژ بالا: 98
7-2-3-1 بازدهی در مورد دقت98
B- عایقکاری103
7-3 ترانس اندازهگیری ولتاژ فشار قوی نوری توسط تداخل نسبی نور سفید105
7-3-1 مقدمه 105
7-3-2 سنسور پاکلز فشار قوی و ترانسفورماتور ولتاژ نوری بر پایه سیستم WLI
الف- مدولاتورهای الکترونوری در تنظیمات طولی106
ب- سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا بر اساس مدولاسیون طولی: 108
ج – تکنیک WLI اعمالی برای سنسورهای پاکلز ولتاژ بالا جهت ساخت یک ترانسفورماتور نوری ولتاژ بالا : 110
د- ترانسفورماتور ولتاژ بالا نوری با استفاده از تنظیمات WLI
7-4 نتایج تجربی115
7-5 نتیجهگری117
ضمیمه1:
تحلیل ماتریس پلاریزاسیون نور120
1ـ بردار جونز120
2ـ پارامترهای استوکس121
3- ماتریسهای جونز123
4- ماتریسهای مولر123
5ـ معرفی ماتریسهای فارادی، کروپاکلز125
ضمیمه 2: جدول استاندارد ترانسفور ماتور ولتاژ126