ترانسفورماتور ولتاژ بالا

به طور کلی از ترانسفورماتور ولتاژ بالا در آزمایشگاه ها با هدف آزمایش و سنجش در ولتاژهای بالا استفاده می شود. این نوع از ترانسفورماتورها در معرض ولتاژهای ناپایدار و جریانهای مخالف در طی یک عملیات عادی در زمانی که عایق بندی در هنگام آزمون از بین می روند، قرار میگیرند. برای اینکه ترانسفورماتور بتواند از پس این ولتاژها و نوسان آن ها بر آیند، عایق بندی این دستگاه به گونه ای صورت می گیرد که در اثر نوسانات آسیب نبیند.

از طرفی توجه داشته باشید که این دستگاه ها به طور معمول از نوع ترانسفورماتور تک فاز و نوع ترانسفورماتور هسته ای هستند. در حالت معمول این ماشین ها به صورت ترانسفورماتور توزیع روغنی ساخته می شوند و برای جداسازی سیم پیچ های فشار قوی و کم از ورق های باکالیت استفاده می گردد. با اینکه این نوع ترانسفورماتور از نوع ولتاژ بالا هستند با این می بایست مقدار کافی جریان الکتریکی را نیز تامین نمایند و از این رو درجه حرارت ترانس ولتاژ بالا افزایش یافته و به همین خاطر از سیستم خنک سازی بسیار دقیق برای خنک کردن این دستگاه استفاده می شود. همچنین برای اینکه از تنظیمات ولتاژ ترانس برق اطمینان حاصل نمایید می بایست به طرز دقیق و ویژه ای از این دستگاه نگهداری نمایید.

لازم به ذکر است که برای آزمون عایقی دستگاه، با اینکه جریان بسیار کم است زمانی که عایق در زمان آزمایش شکسته می شود و از بین می رود، جریان الکتریکی در مقادیر بسیار بالا در ترانسفورماتور شارش می نماید. برای اینکه بتوان این جریان را محدود کرد، می بایست یک خازن قوی به صورت سری به ترانس وصل گردد. از طرفی آزمایش عایقی نیاز به جریان بالا ندارد و البته ترانسفورماتور ولتاژ بالای مورد استفاده در این آزمون نیز نیاز به قدرت ترانسفورماتور بالا بر حسب کیلو ولت آمپر ندارند. قدرت ترانسفورماتور برای آزمونهای های مختلف در زیر آورده شده است؛

• آزمون معمول برای موتورهای الکتریکی و تعویض دنده، که دارای ظرفیت کوچک هستند، حداکثر ولتاژ نیز 2 تا 3 کیلو ولت می باشد،
• تست عایقی، با ظرفیت 10 تا 20 کیلو ولت آمپر، ماکسیمم ولتاژ 50 کیلو ولت،
• تست کابل، قدرت نامی 50 کیلو ولت آمپر، حداکثر ولتاژ این آزمون 10 تا 30 کیلو ولت،
• آزمایش ترانسفورماتور ولتاژ بالا و عایق های آن، رتبه بندی قدرت ترانس 20 تا 50 کیلو ولت آمپر، 100 تا 200 کیلو ولت حداکثر ولتاژ،
• تست عایق رشته ای، بین 0.5 تا 1 کیلو ولت آمپر به ازای هر کیلو ولت قدرت نامی نیاز داشته و 500 تا 2000 کیلو ولت ماکسیمم ولتاژ،
• تست کابل ولتاژ بالا، قدرت ترانسفورماتور بین 100 تا 500 کیلو ولت آمپر و حداکثر ولتاژ نیز 100 تا 500 کیلو ولت می باشد.

خاطر نشان می شویم که برای ولتاژ تا 500 کیلو ولت، به طور معمول از ترانسفورماتور تک فاز استفاده می شود ولی برای مقادیر بالاتر از 500 کیلو ولت از نظر اقتصادی به صرفه نیست که از ترانس تک فاز استفاده شود، چرا که از نظر اندازه بسیار بزرگ و فضا گیر است، از این رو در این شرایط از دو واحد ترانسفورماتور که به صورت سری بسته شده اند و ولتاژ مورد نیاز را پدید می آورند استفاده می گردد،

با توجه به شکل بالا لازم به ذکر است که ولتاژ پایین به سیم پیچ ولتاژ پایین ترانسفورماتور افزاینده 1 وصل می شود و مخزن این ترانس زمین شده و سیم پیچ ثانویه این دستگاه نیز به مخزن زمین شده وصل است و طرف دیگر آن نیز به بوشینگ ولتاژ بالا متصل می گردد. بوشینگ های این ترانسفورماتور به صورت ویژه طراحی و تولید شده اند و می توانند با توجه به پتانسیل مخزن ترانسفورماتور که زمین شده است، از پس ولتاژ بالای سیم پیچ ثانویه به طور کامل برآیند. علاوه بر این پایانه تپ دیگر نیز به بوشینگ ولتاژ بالا وصل می شود. از این رو لازم به ذکر است که انتهای ولتاژ بالا و ترمینال تپ در امتداد سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور دوم به هم مرتبطند. سپس انتهای دیگر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور دوم نیز به مخزن آن متصل شده است. لازم است خاطر نشان نماییم که مخزن ترانس دوم زمین نشده است. یک طرف سیم پیچ ولتاژ بالا یا به عبارت دقیق تر سیم پیچ ثانویه در ترانسفورماتور دوم به زمین وصل شده و طرف دیگر آن با بوشینگ ولتاژ بالا برای تامین ولتاژ بالا برای ابزار و عایق های الکتریکی به هنگام تست مرتبط است.

تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور ولتاژ بالا

توجه داشته باشید که می بایست به هنگام تنظیم ولتاژ از بروز جریان مخالف طرف ولتاژ بالا در ترانسفورماتور خودداری گردد و از طرفی برای اینکه سنجش ولتاژ به طور دقیق و قابل اطمینان صورت گیرد، نیاز است تنظیم ولتاژ به خوبی و بدون بروز اشکال صورت گیرد. از بروز ولتاژهای نوسانی و ناگهانی به هنگام انجام تست می بایست جلوگیری شود و همچنین تنظیم ولتاژ نباید موج ولتاژ را به هنگام آزمایش منحرف نماید. ولتاژ خروجی در یک ترانسفورماتور ولتاژ بالا با تغییر ولتاژ ورودی در طرف سیم پیچ اولیه به وجود می آید. این تغییرات می تواند به چهار روش انجام شود؛

• تغییر دوره تناوب جریان توسط ژنراتور سنکرون
• اعمال مقاومت یا ظرفیت القا الکترومغناطیس
• به کار گیری تنظیم کننده القایی
• استفاده از ترانسفورماتور تپ چنجر، این که چطور این فرآیند صورت می گیرد در زیر آورده شده است.

تغییر دوره تناوب جریان توسط ژنراتور سنکرون

زمانی که از یک ژنراتور سنکرون برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای ترانسفورماتور ولتاژ بالا استفاده می شود، می توان دوره تناوب جریان را توسط این دینام تغییر داد. این تناوب گر در زمانی که ترانسفورماتور ایران ترانسفو بار ندارد موج سینوسی از ولتاژ را ایجاد می نماید البته زمانی این موج مطلوبیت کافی برای تغییر دوره تناوب جریان را دارد که حتی در زمانی که ترانسفورماتور دارای بار است نیز این موج آسیب نبیند. این مهم با ایجاد شکاف های هوای بزرگتر بین ستاتور و روتور به وسیله طراحی ویژه ای که برای سیم پیچ آرماتور دینام در نظرگرفته می شود، امکان پذیر است.

برای تنظیم ولتاژ نیز نیاز به هیچ گونه مقاومتی نیست که به صورت سری با سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور در تماس باشد. در این حالت می توان از انحراف موج ولتاژ به دلیل اعمال مقاومت به هنگام تنظیم ولتاژ در تکنیک تغییر دوره تناوب جریان توسط ژنراتور سنکرون جلوگیری نمود. جریان میدانی این تناوب گر بسته به تقسیم کننده ولتاژ، که به منبع جریان مستقیم AC وصل می شود، متفاوت است. در این روش البته توجه داشته باشید که ولتاژ صفر تنها با خنثی سازی مغناطیس باقی مانده میدان از طریق قطع جریان به دست آورد.

اعمال مقاومت یا ظرفیت القا الکترومغناطیس در ترانسفورماتور ولتاژ

در حالتی که از یک دینام یا تناوب گر جدا برای تست ولتاژ بالا در آزمایشگاه استفاده نمی شود، از روش تنظیم ولتاژ با اعمال مقاومت و یا القا استفاده می شود. توجه داشته باشید که ترانس ولتاژ بالا از یک منبع تغذیه جریان متناوب برای تست تجهیزات کوچک استفاده می نماید. برای اینکه ولتاژ مربوط به این ترانس در رده های مختلف به دست آید نیاز است که مقاومت به صورت سری به منبع جریان متناوب اعمال شود. به کارگیری یک مقاومت لغزشی برای تنظیم ولتاژ بسیار مناسب است. در برخی از مواقع نیاز است که مقاومت به عنوان تقسیم کننده ولتاژ برای منبع برق اصلی به کار رود تا بتواند ولتاژهای متفاوتی را برای ترانسفورماتور فرآهم آورد. با این که این روش بسیار آسان است ولی خاطر نشان می شویم که ترانسفورماتور قدرت و ظرفیت کمی خواهد داشت، به عبارتی زمانی که قدرت و توان در ترانسفرماتور به هنگام عبور از مقاومت برای تست قدرت، بسیار بالا باشد، گفته می شود که این دستگاه از مشکل قطع برق آسیب می بیند. از آنجایی که برای توان های بالا نیاز به مقاومت بیشتری نیز می باشد، از این رو این روش از نظر اقتصادی و هزینه ای مقرون به صرفه نیست. به دلیل این مشکلات معمولا از این روش برای مواردی استفاده می شود که قدرت کم یا متوسط است. به طور کلی قدرت ترانس بین 2 تا 3 کیلو ولت آمپر محدود می شود.
به جای استفاده از مقاومت می توان از یک هادی به عبارت دقیق تر چوک الکتریکی که به صورت سری به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور بسته می شود نیز استفاده کرد. در واقع با تغییر موقعیت هسته آهنی در یک چوک الکتریکی، می توان ولتاژهای مختلف را به وجود آورد. در واقع به این معنی است که با فرو بردن یا بیرون کشیدن هسته آهنی به سمت سیم پیچ می تواند ولتاژ را تغییر داد و از آنجایی که تلفات توان در این روش کمتر است، از نظر اقتصادی به صرفه و کارا می باشد.

روش تنظیم کننده القایی ترانس ولتاژ بالا

این روش برای تمام رتبه های قدرت ترانسفورماتور مناسب است در واقع در هر ضریب قدرت و یا باری که ترانسفورماتور در آن قرار داشته باشد، این روش می تواند کارا و مناسب باشد و به راحتی تنظیم ولتاژ از صفر تا مقداری که مورد نیاز است با این روش به آسانی قابل دست یابی است. توجه داشته باشید که تنظیم گر القایی در حالت کلی یک اتوترانسفورماتور است و ولتاژ ثانویه آن نیز با تغییر دورهای سیم پیچ اولیه، تغییر می یابد. تغییر دور سیم پیچ اولیه نیز با چرخش دستگیره متصل به ترانس ایجاد می شود. در این نوع از ترانسفورماتور متغیر تعداد دور سیم پیچ های اولیه و ثانویه با هم برابرند ولی زمانی که دستگیره روی ترانسفورماتور چرخیده می شود، نسبت دور سیم پیچ ها تغییر کرده و منجر به تغییر ولتاژ می شود. آنچه در طراحی این اتوترانسفورماتورها اهمیت دارد این است که سیم پیچی که در طرف روتور قرار گرفته می بایست به گونه ای تهیه و طراحی شود که موج ولتاژ را منحرف کند. از این تکنیک یعنی استفاده از تنظیم کننده القایی برای ترانسفورماتور ولتاژ بالا و به منظور تست کابل قدرت استفاده می شود.

تنظیم ولتاژ با ترانسفورماتور تپ چنجر

همانطور که از نام روش پیداست، برای تغییر ولتاژ و تنظیم آن از یک ترانس تپ چنجر استفاده می شود. در این روش سیم پیچ اولیه به یک منبع فشار ضعیف وصل می شود و سیم پیچ ثانویه نیز به تپ هایی با نقاط مختلف مجهز شده است. لازم به ذکر است که ولتاژ مورد نیاز ترانسفورماتور فشار قوی از طریق این نقاط تپ به وجود می آید. در حالت کلی زمانی که از تپ ها برای تغییر ولتاژ استفاده می شود و دکمه تپ به سمت نقطه دیگر روی تپ چنجر جا به جا می شود با این کار مدار الکتریکی ثانویه باز شده و به این خاطر ترانسفورماتور ولتاژ به احتمال قوی در معرض جریان مخالف قرار می گیرد. از این روی برای پیشگیری از این اتفاق نیاز است از سوئیچ تپ چنجر استفاده شود، به کارگیری این سوئیچ وقفه ای را برای اعمال مقاومت و یا راکتانس الکتریکی در بوبین ها به وجود آورده که باعث می شود از بروز اتصال کوتاه در سیم پیچ ها جلوگیری شود. در شکل زیر می توان دو سیم پیچ ترانسفورماتور تپ چنجر را مشاهده کرد ولی توجه داشته باشید که در این روش نمیتوان از یک اتوترانسفورماتور استفاده نمود.

پرسشهای پر تکرار ترانسفورماتور ولتاژ بالا

1. هدف از به کارگیری ترانسفورماتور ولتاژ بالا چیست؟ این ترانسفورماتورها که با نام ترانس پتانسیل نیز شناخته می شوند به طور معمول به عنوان ترانسفورماتور کاهنده استفاده می شود که ولتاژ بالا را به مقدار قابل استفاده و ایمن تبدیل می نمایند. از طرفی این دستگاه ها به عنووان ترانسفورماتور ایزوله نیز به کار می روند.
2. ترانسفورماتور ولتاژ بالا چطور کار می کند؟ همانند سایر انواع ترانس از این دستگاه ها برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی استفاده می شود و در این حالت به خصوص ولتاژ بالا قابلیت توزیع و تبدیل به ولتاژ کمتر و قابل دسترس را دارد، بسته به عنوان تنظیم گر ولتاژ و نحوه به کار گیری ترانسفورماتور از سیم پیچ اولیه برای اعمال ولتاژ بالا و از سیم پیچ ثانویه برای ایجاد ولتاژ مورد نظر استفاده می شود.
3. در صورت اعمال ولتاژ بالا به ترانسفورماتور چه اتفاقی می افتد؟ از آنجایی که ولتاژ بالا منجر به جریان بالاتر نیز می شود، جریان در سیم پیچ اولیه زیاد شده و ولتاژ و قدرت نیز افزایش می یابد و در این صورت ترانس دچار افزایش درجه حرارت و سوختگی می شود.
4. ترانسفورماتور ولتاژ بالا چه نوع دستگاهی است؟ این ماشین یک ترانسفورماتور توزیع روغنی است که معمولا به صورت ترانسفورماتور تک فاز استفاده شده و سیم پیچی نوع ترانسفورماتور هسته ای استفاده می نماید.
5. آیا نوسان ناگهانی ولتاژ در تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور اثر می گذارد؟ بله، می بایست به هنگام تنظیم ولتاژ از بروز امواج ولتاژ به صورت ناگهانی و نوسانی جلوگیری کرد. در غیر این صورت ولتاژ به درستی و بدون مشکل تنظیم نخواهد شد.