آشنایی با ترانس‌ سه فاز و کاربرد آن در صنعت

آشنایی با ترانس‌ سه فاز و کاربرد آن در صنعت

حتما می‌دانید که برق موردنیاز مصارف مختلف شهری، صنعتی، روستایی و غیره در نیروگاه‌هایی که خارج از شهر بهره‌بردای شده‌اند، تولید می‌شود. با توجه به دوربودن مصرف‌کننده‌ها از نیروگاه‌ها، در صورتیکه برق سه فاز تولیدشده به صورت مستقیم توسط خطوط انتقال به بارها برسد، بخش اعظمی از آن به صورت حرارت در هادی‌های خطوط انتقال تلف خواهدشد.

علاوه بر بخش انتقال، در بخش‌های فوق توزیع و توزیع برق نیز به سطوح مختلفی از ولتاژ و جریان نیاز خواهد بود. ترانس‌های سه فاز، به منظور تبدیل انرژی و تغییر سطوح ولتاژ و جریان برای کاهش تلفات در فرایند تولید تا توزیع برق در بین مصارف مختلف، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این مقاله، مطالب یکپارچه و جامعی راجع به ترانس‌های سه فاز در اختیار شما قرار می‌گیرد.

چرا از ترانسفورماتورهای سه فاز استفاده می‌شود؟     

تولید ولتاژ متناوب(AC) شبکه برق در نیروگاه‌ها به صورت سه فاز انجام می‌گیرد؛ چراکه در شبکه سه فاز بر خلاف تک فاز که در برخی از مواقع سطح ولتاژ تولیدی به صفر می‌رسد، همواره تولید و انتقال ولتاژ در فازهای مختلف، تداوم دارد. به همین دلیل، تولید برق به صورت سه فاز از نظر پایداری مطمئن‌تر بوده و از نظر اقتصادی نیز به‌صرفه است.

با توجه به سه فاز بودن برق تولیدی توسط نیروگاه‌ها، لزوم سه فاز بودن ترانسفورماتورها توجیح می‌شود. ترانس سه فاز، از سه سیم‌پیچ در سمت اولیه(ورودی) و سه سیم‌پیچ در سمت ثانویه(خروجی) تشکیل شده است که بر روی هسته ترانس سه فاز در آرایش‌های مختلف پیچیده شده‌اند؛ ترانسفورماتورهای سه فاز، وظیفه انتقال انرژی با راندمان بالا به همراه تغییر سطح مطلوب ولتاژ و جریان را بر عهده دارند و به وفور در شبکه برق استفاده می‌شوند.

پیکربندی و ساختمان ترانس سه فاز    

از نظر نوع هسته ترانسفورماتور سه فاز و هم‌چنین نحوه هم‌بندی سیم‌پیچ‌ها، دسته‌بندی‌های مختلفی برای این ترانس‌ها وجود دارد.

ترانسفورماتورهای سه فاز نیز مانند سایر ترانس‌ها برای ایجاد مسیری به منظور انتقال شار مغاطیسی از سیم‌پیچ اولیه به ثانویه، از هسته فرومغناطیس استفاده می‌شود. هسته‌ ترانس سه فاز می‌تواند به صورت یک هسته یکپارچه یا سه هسته مجزا از هم طراحی شود:

• استفاده از سه هسته مجزا در ترانس سه فاز

این طراحی مثل این است که برای تولید یک ترانس سه فاز، سه ترانس تک فاز مجزا در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند. به ترانسفورماتور سه فاز متشکل از سه هسته با مدار مغناطیسی جدا‌ ازهم، بانک ترانس سه فاز هم گفته می‌شود. طراحی به این روش، بسیار ساده‌تر از روش دیگر به نظر می‌رسد. هم‌پنین انتقال انرژی در صورت وجود مشکل در یکی از سیم‌پیچ‌ها، تا حل شدن مشکل، از طریق دو سیم‌پیچ دگیر ادامه می‌یابد.

• استفاده از یک هسته یکپارچه در ترانس سه فاز

در این نوع طراحی، سیم‌پیچ‌های ترانس سه فاز روی یکی از سه ستون هسته آهنی پیچیده می‌شوند و هر یک از سیم‌پیچ‌ها، توسط دو یوغ در قسمت بالایی و زیرین ستون قابل مهار هستند. باتوجه به استفاده از تنها یک هسته در این طراحی، وزن و ابعاد کمتری از ماده فرومغناطیس مانند آهن موردنیاز خواهد بود. بنابراین، استفاده از ترانس سه فاز با هسته یکپارچه، صرفه اقتصادی بیشتری خواهد داشت. بازدهی بالای انتقال انرژی در این طراحی، از دیگر مزایای آن حساب می‌شود. تنها عیب برجسته این نوع ترانس سه فاز، جداشدن آن از مدار در صورت وجود ایراد حتی در یکی از سیم‌پیچ‌هاس سه‌گانه می‌باشد.

سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانس سه فاز، می‌توانند به صورت آرایش ستاره(Y) و مثلث یا دلتا()، به یکدیگر متصل شوند؛ در اتصال ستاره، یکی از پایانه‌های هر سه سیم‌پیچ، به یکدیگر به هم متصل شوند و پایانه دیگرشان آزاد است که یا به منبع(شبکه بالادست) وصل می‌شود و یا به خروجی انتقال می‌یابد. در اتصال مثلث، سیم‌پیچ ها به صورت سری به یکدیگر وصل شده و تشکیل یک مثلث را می‌دهند. ورودی یا خروجی در این آرایش، از سه راس مثلث گرفته می‌شود.

با توجه به وجود دو نوع آرایش برای اتصال سیم‌پیچ‌ها، چهار هم‌بندی مختلف برای هم‌بندی سیم‌پیچ‌ها در ترانس سه فاز وجود دارد:

• هم‌بندی ستاره – مثلث یا Y –  

دسترسی به سیم نول در سمت اولیه و کاهش هارمونیک سوم در مدار، از مزایای این آرایش است.

• هم‌بندی ستاره – ستاره یا Y – Y
• هم‌بندی مثلث – ستاره یا Y –

ایجاد اتصال متعادل و دسترسی به سیم نول یا نقطه خنثی در طرف ستاره، از مزایای این آرایش محسوب می‌شود.

• هم‌بندی مثلث – مثلث یا –

تداوم انتقال انرژی در ترانس سه فاز با این آرایش، در صورت ایجاد اختلال در یکی از سیم‌پیچ‌ها از مزیت‌های اصلی این هم‌بندی است(آرایش مثلث باز).

اطلاعاتی ماننند توان، جریان، ولتاژ، امپدانس و فرکانس نامی و نوع اتصال سیم‌پیچ‌ها روی پلاک ترانس سه فاز درج می‌شوند.

از نظر تغییر سطح ولتاژ و جریان بسته به کاربردهای مختلف، ترانس سه فاز می‌تواند افزاینده یا کاهنده باشد.

• ترانس سه فاز افزاینده

همانطور که اشاره شد، یکی از کاربرد ترانس سه فاز، جلوگیری از ایجاد تلفات در طول خطوط انتقال برق می‌باشد؛ احداث ترانس سه فاز افزاینده در پست‌های برق، باعث افزایش ولتاژ و کاهش جریان و در نتیجه کاهش تلفات حرارتی در مسیر خطوط انتقال می‌شود. در ایران، برای طراحی ترانس افزاینده عموما از آرایش ستاره – مثلث استفاده می‌شود. به طور مثال ترانس افزاینده، قابلیت انتقال ولتاژ از سطح 3 کیلوولت یا 11 کیلوولت به  سطوحی مانند 63، 132، 230 و 400 کیلوولت را دارد؛ این انتقال ممکن است در چند مرحله توسط چندین ترانس سه فاز انجام گیرد.

• ترانس سه فاز کاهنده

همانطور که می‌دانید ولتاژ شهری مورداستفاده در ایران 220 ولت می‌باشد. برای کاهش سطح ولتاژ فشار قوی و فوق توزیع به سطح ولتاژ توزیع شهری از ترانس کاهنده استفاده می‌شود. این ترانس‌ها در انتهای خطوط انتقال، پست‌های شهری و در سطح فشارضعیف توزیع، در بالای دکل‌های توزیع برق نصب می‌شود.

ترانس سه فاز هم مانند سایر ترانسفورماتورها، برای ایجاد عایق‌کاری و خنک‌کاری مناسب، از یک محفظه روغنی بهره می‌گیرد. برای دفع حرارت ایجادشده و خنک‌کاری، علاوه بر پمپاژ روغن، از فن هوا یا گردش عادی هوا هم استفاده می‌شود.

با گسترش مصارف شهری و صنعتی مختلف، امروزه ترانس‌های سه فاز کاربرد بسیار گسترده‌ای به خصوص در سطح فوق توزیع و توزیع برق دارند. کارکنان گروه ترانسفورمرحمید، با بهره‌گیری از به‌روزترین تکنولوژی‌ها، به طراحی و تولید انواع مختلف ترانس سه فاز در سطوح توان و ولتاژ مختلف و هم‌پنین تجهیزات جانبی انواع ترانس‌ها می‌پردازند. ترانسفورمرحمید، آماده ارائه تجهیزات باکیفیت به مشتریان است.