موازی کردن ترانسفورماتور

موازی کردن ترانسفورماتورها علت های مختلفی دارد. اولین و مهمترین علت موازی کردن ترانسفورماتورهای سه فاز مربوط به تامین توان های بزرگ است. توان مورد نیاز در برخی از مراکز صنعتی، تجاری و غیره بسیار بالا و در حد چندین مگاوات خواهد بود. این توان اغلب در سطح فشار ضعیف یا LV مورد نیاز بوده و از ترانسفورماتور برای تبدیل آن استفاده می شود. صرفنظر از تکنولوژی ترانسفورماتورهای توزیع، دو روش کلی برای تامین تأمین توان‌های بزرگ در سطح فشار ضعیف وجود دارد:

• استفاده از ترانسفورماتورهای MV/LV بزرگ
• افزایش تعداد ترانسفورماتورهای MV/LV

تامین توان با یک ترانسفورماتور بزرگ

در روش اول می‌توان قدرت ترانسفورماتور را افزایش داده و کل توان مورد نیاز را توسط آن تامین کرد. در نظر داشته باشید که ترانسفورماتورها در رنج‌های استاندارد و پرمصرف تولید می‌شوند. به عنوان مثال شرکت های توزیع به ندرت از ترانسفورماتورهای بالاتر از 1250 کاوا استفاده می کنند. در صورت افزایش ظرفیت و یا نیاز به توان های خاص باید از ترانسفورماتورهای سفارشی با قیمت بالاتر استفاده کنید. تامین توان توسط یک ترانسفورماتور بسیار بزرگ دارای مزایا و معایب خاصی است.

مزایای استفاده از یک ترانسفورماتور با توان بزرگ

• نیازمندی به تجهیزات کمتر ازجمله ترانسفورماتور، بریکرها، کلیدها، سیستم حفاظتی، اندازه‌گیری، کنترلی و غیره
• فضای کمتر برای نصب تابلوهای فشار متوسط، ترانسفورماتور و تابلوهای فشار ضعیف
• کنترل، تست و سرویس و نگهداری کمتر با توجه به کاهش تعداد تجهیزات

معایب استفاده از یک ترانسفورماتور با توان بزرگ

• کاهش قابلیت اطمینان با توجه به کاهش قدرت مانور و جابجایی بار در حوادث
• افزایش زمان قطعی‌ها در حوادث و سرویس و نگهداری‌های با برنامه
• افزایش قدرت اتصال کوتاه در ترانسفورماتور، بریکرها، کلیدها، باسبار و باسداکت
• افزایش سطح مقطع و تعداد کابل‌های ارتباطی فشار متوسط و فشار ضعیف

در تصویر زیر پلاک یک ترانس 2500 کاوا یا ولتاژ 20/0.4Kv را مشاهده می کنید.قدرت این ترانس بسیار بالا بوده و جریان سمت ثانویه ی آن 3608 آمپر است. بزرگی ترانس باعث شده تا قدرت اتصال کوتاه آن تا حدود 60 کیلو آمپر افزایش پیدا کند. برای درک بهتر از پارامترهای مهم ترانس می توانید اطلاعات این پلاک را با یک نمونه ی 1250 کاوا مقایسه کنید. به صورت کلی می توان گفت که جریان ثانویه و قدرت اتصال کوتاه یک ترانس 1250 کاوا تقریبا نصف یک ترانس 2500 کاوا است.

در این ویدئو که برگرفته از دوره تاسیسات فشار متوسط است با نحوه ی پلاک خوانی ترانس دوهزار و پانصد کاوا آشنا می شویم. در پلاک این ترانسفورماتور اطلاعات زیادی وجود دارد که برای انتخاب کابل ها، بریکر فشار ضعیف، تنظیم رله ی فشار متوسط و غیره مهم هستند.

افزایش تعداد ترانسفورماتورها

برای رفع برخی از مشکلات ذکرشده در خصوص استفاده از ترانسفورماتورهای بزرگ می‌توان تعداد ترانسفورماتورها را افزایش داد. در این روش تعداد ترانسفورماتورها افزایش پیدا کرده ولی توان ظاهری آن ها کوچکتر می شود. قابل ذکر است که مجموع ترانس های نصب شده در تاسیسات باید بتوانند کل توان LV مورد نیاز را تامین کنند. با افزایش ترانسفورماتورها می توان از سه آرایش در بخش فشار ضعیف استفاده کرد:

• استفاده از هر ترانسفورماتور برای تامین توان بخش های مجزا
• استفاده از ترانسفورماتورهای موازی برای تامین کل توان
• استفاده از ترانسفورماتورهای مجزا با قابلیت پارالل کردن بخش LV به صورت بابرنامه یا در شرایط خاص

در روش اول از هر ترانس برای تامین توان یک بخش مجزا استفاده می شود. این حالت مانند افزایش تعداد پست ها بوده و نیاز به تجهیزات زیاد و شبکه ی MV گسترده دارد. انواع پست ها را در مقاله ی پست های توزیع برق معرفی کردیم. روش دوم باعث کاهش هزینه ی شبکه شده ولی معایب خاصی مانند افزایش سطح اتصال کوتاه، تعداد کابل های LV و غیره دارد. در تاسیسات مهم بهترین حالت استفاده از روش سوم یعنی ترانسفورماتورهای مجزا با قابلیت کار پارالل است. در این سیستم به تعداد بیشتری بریکر، شینه، کابل و غیره نیاز است. استفاده از چند دستگاه ترانسفورماتور در تاسیسات الکتریکی با توجه به آرایش های ممکن، دارای مزایا و معایب خاص خود است. با توجه به مزایا و معایب ذکرشده می‌توان از چند دستگاه ترانسفورماتور در حالت مجزا یا پارالل استفاده کرد. برخی از مهمترین نکته ها عبارتند از:

مزایای استفاده از چند دستگاه ترانسفورماتور

• توانایی استفاده از سیستم‌های خودکار در جابجایی بار مانند چنج‌آورها
• افزایش قابلیت اطمینان با توجه به افزایش قدرت مانور و جابجایی بار در حوادث
• کاهش زمان قطعی‌ها در حوادث و سرویس و نگهداری‌های با برنامه
• کاهش قدرت اتصال کوتاه در ترانسفورماتور، بریکرها، کلیدها و غیره در صورت کار انفرادی
• کاهش سطح مقطع و تعداد کابل‌های ارتباطی فشار متوسط و فشار ضعیف

معایب استفاده از چند دستگاه ترانسفورماتور

• افزایش تعداد تجهیزات مانند ترانسفورماتور، بریکرها، کلیدها، سیستم حفاظتی، اندازه‌گیری، کنترلی و غیره
• نیاز به فضای بیشتر برای نصب تابلوهای فشار متوسط، ترانسفورماتور و تابلوهای فشار ضعیف
• کنترل، تست و سرویس و نگهداری بیشتر با توجه به افزایش تعداد تجهیزات
• نیازمندی به رعایت قوانین مشخص در انتخاب ترانسفورماتورهای موازی مانند توان، گروه برداری، اتصال کوتاه و غیره
• افزایش سطح اتصال کوتاه درباسبار فشار ضعیف تغذیه شونده از چند ترانسفورماتور موازی و پیامد‌های بعدی مانند افزایش سطح مقطع کابل‌ها، شینه‌ها، قدرت قطع بریکرها و غیره
• تأثیرات هارمونیک در ترانسفورماتورهای پارالل مانند افزایش درجه حرارت، تلفات و غیره
• نیاز به سیستم‌های کنترلی و حفاظتی پیچیده در کار موازی ترانسفورماتورها
• افزایش هزینه‌ها با توجه به موارد ذکرشده

ترانسفورماتورهای موازی

در تصویر زیر دیاگرام دو ترانسفورماتور موازی را مشاهده می کنید. در این روش بخش فشار متوسط یا MV ترانس ها می تواند از یک یا دو فیدر مختلف تامین شود. در نظر داشته باشید که در این بخش تمرکز بر اتصال LV ترانس ها بوده و بخش سوئیچ و حفاظت MV ترسیم نشده است. سمت LV هر ترانسفورماتور دارای یک بریکر بوده که توان خروجی آن را به باسبار اصلی متصل می کند. بریکرهای LV در این روش باید به صورت بسته باقی بمانند. از آنجایی که هر ترانس توانایی تامین بخشی از بار را دارد، خروج هر یک از آن ها می تواند باعث خاموشی کل سیستم شود. از معایب مهم این روش می توان به پیامدهای هارمونیک و افزایش سطح اتصال کوتاه اشاره کرد.

ترانسفورماتورهای مجزا با قابلیت پارالل

بهترین حالت استفاده از ترانسفورماتورهای مجزا باقابلیت پارالل کردن در شرایط خاص است. در این روش باسبار خروجی ترانسفورماتورها با کلید یا بریکرهایی تحت عنوان کوپلاژ با باس کوپلر به یکدیگر متصل می‌شوند. وضعیت این کلیدها به صورت NO یا نرمال باز بوده و در شرایط خاص به‌صورت اتوماتیک و یا توسط بهره‌بردار بسته می‌شوند. استفاده از این آرایش مزایای زیادی دارد. برخی از مزایای این روش عبارتند از:

• قابلیت پایداری و قدرت مانور افزایش پیدا خواهد کرد.
• مشکلات مربوط به کار ترانسفورماتورهای پارالل تا حد زیادی حذف خواهد شد.
• خطاهای روی باسبار باعث خاموشی کل سیستم نخواهد شد.
• می‌توان بارهای حساس را علاوه بر ترانسفورماتورها، از طریق ژنراتور نیز تغذیه کرد.

در تصویر زیر دیاگرام تک‌خطی دو دستگاه ترانسفورماتور و یک دستگاه ژنراتور را مشاهده می کنید. در این تاسیسات از سه باسبار و دو بریکر کوپلاژ استفاده‌شده است. هر یک از باسبارها تغذیه کننده ی بارهای خاصی هستند. بارهای بدون اولویت یا با اولویت پائین به باسبارهای سمت راست و چپ متصل شده اند. باسبار میانی تغذیه کننده ی بارهای با اولویت بوده و شامل UPS برای بارهای بسیار حساس نیز می باشد. در کنار هر بریکر از عبارت های N.C به معنی نرمال بسته و N.O به معنی نرمال باز استفاده شده است. این عبارت ها نشان دهنده ی وضعیت بریکر در حالت نرمال می باشد.

در حالت عادی بریکر Q1 و Q2 بسته و Q3 و Q4 باز هستند. این آرایش به معنی تغذیه‌ی باسبار سمت چپ و باسبار میانی از ترانسفورماتور 1 است. بریکر Q5 نیز به صورت نرمال بسته بوده و بسبار سمت راست را تغذیه می کند. در صورت بروز اشکال در ترانسفورماتور 1 یا فیدر MV تغذیه کننده ی آن، هردو باسبار سمت چپ و میانی بی برق خواهند شد. برای تامین تغذیه ی باسبار میانی یا باسبار اولویت دار می توان از ژنراتور یا ترانس 2 استفاده کرد. در صورت بروز اشکال در ترانسفورماتور 2 نیز می‌توان با بستن بریکر Q4 تغذیه‌ی باسبار سمت راست را توسط ترانسفورماتور 1، ژنراتور و یا هردو  تامین کرد.

در این شرایط ممکن است به کار کردن دو یا چند ترانسفورماتور به صورت پارالل نیاز باشد:

• افزایش سطح اطمینان از تغذیه بارها با دوبل کردن منبع
• افزایش قدرت درخواستی تاسیسات و بیشتر شدن آن از توان ترانس موجود
• عدم توانایی در نصب یک ترانسفورماتور با توان بالاتر بعلت محدودیت فضا
• با توجه به تاسیسات نیاز به یک ترانس سفارشی ساز داشته باشیم.

شرایط لازم برای پارالل کردن ترانسفورماتورها

در صنعت پارالل یا موازی کردن ترانس های سه فاز بسیار رایج است. استفاده از ترانسفورماتورها به شکل موازی با مشخصه‌های برابر ترجیح داده می‌شود. شرایط زیر برای پارالل ترانسفورماتور یا موازی کردن آن ها مورد نیاز است:

• نسبت تبدیل ولتاژ یکسان
• امپدانس اتصال کوتاه یکسان
• گروه برداری یکسان یا برابر بودن سیمبل وضعیت سیم پیچ‌ها به عنوان مثال Dyn11
• امپدانس برابر بین ترانسفورماتورها و سویئچبرد اصلی LV هنگام پارالل شدن

برای ترانسفورماتورهای با توان نابرابر، امپدانس‌های داخلی آن‌ها متناسب با توان نامی آن‌ها است. موازی کردن ترانسفورماتورها با نسبت توان بزرگتر مساوری 2 توصیه نمی‌شود. هنگام عدم انطباق شرایط فوق، باید از شرکت سازنده پیشنهادهای لازم برای پارالل سازی دریافت شود. قبل از هرگونه اقدام برای موازی کردن ترانس های قدرت باید به اطلاعات روی پلاک آن ها توجه کنید. به عنوان مثال در تصویر زیر پلاک یا نیم پلیت یک ترانس 800 کاوا را مشاهده می کنید. این ترانس می تواند ولتاژ 20 کیلو را به 400 ولت تبدیل کند. نسبت تبدیل این ترانس از تقسیم 20.000 بر 400 محاسبه شده و معادل 50 است. جریان ترانس در سمت اولیه معادل 23.1 و جریان ثانویه ی آن 1155 آمپر است. درصد ولتاژ اتصال کوتاه این ترانس معادل 5.82 و گروه اتصال آن Dyn5 می باشد. عبارت Dyn5 به معنی اتصال اولیه ی مثلث و اتصال ثانویه ی ستاره با نقطه ی زمین شده است. عدد 5 نیز مشخص کننده ی شیفت فاز بین ولتاژ اولیه و ثانویه خواهد بود.

توان مجموع ترانسفورماتورهای موازی

توان ظاهری مجموع دو یا چند ترانسفورماتور موازی برابر با جمع قدرت ترانسفورماتورهای جداگانه است. در صورت مساوی بودن قدرت ترانسفورماتورهای پارالل، توان تاسیسات به صورت مساوی بر آن‌ها قرار خواهد گرفت. در این حالت برای به دست آوردن توان تامین شده از هر ترانس کافی است مجموع بار را بر تعداد ترانس های موازی تقسیم کنید. در صورت نابرابر بودن توان ترانس‌های موازی، هر ترانسفورماتور با توجه به ظرفیت خود مقداری از بار را تامین می‌کند. البته این شرایط در صورتی اتفاق می‌افتد که نسبت تبدیل و امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتورهای موازی با یکدیگر برابر باشد. در صورت نا برابر بودن امپدانس اتصال کوتاه ترانس ها ممکن است میزان بار به صورت خطرناکی روی آن ها تقسیم شود.

ترانس های فشار متوسط روغنی دارای تپ چنجر آف لود هستند. تپ چنجر این مدل از ترانس ها باید در بی برقی کامل تنظیم شود. ترانس های توزیع روغنی می توانند سه یا پنچ پله داشته باشند. این قسمت از ترانس به منظور تنظیم ولتاژ به صورت مثبت و منفی پنج درصد استفاده می شود. در ادامه اطلاعات پلاک و بخش های دیگر را مشاهده می کنید. این ویدئو برگرفته از دوره ی تاسیسات فشار متوسط است.