بررسی پاسخ گذرا در ترانسفورماتور با طراحی سیمپیچی از نوع عایق کابل (Dry former) XLPE آرین هوانسیان 1 محمدعلی نوروزی 2 1 دانشگاه آزاد اسالمی واحد تهران جنوب arin_hovanessian@yahoo.com 2 دانشگاه آزاد اسالمی واحد تهران جنوب alinorozy664@yahoo.com 1. مقدمه آدرس پست الکترونيکي نويسنده رابط arin_hovanessian@yahoo.com نام ارائهدهنده: محمدعلي نوروزی خالصه در سالهای اخیر کاربرد کابلها از نوع XLPE در صنعت برق به علت مقاومت باالی آنها در برابر ولتاژ سیری صعودی داشته است. کاربرد این نوع کابلها در ژنراتورها و ترانسفورماتورها به ترتییب سبب به وجود آمدن نوع جدیدی از ژنراتور و ترانسفورماتور به نام Power former و Dry former میشود که به صورت مستقیم به خطوط انتقال وصل میشوند. ترانسفورماتورformer Dry ولتاژ را از سطح انتقال به توزیع تبدیل میکند و وصل شدن مستقیم آن به خطوط انتقال سبب به وجود آمدن پاسخه یا ترانسفورماتور با سیم پیچی کابل XLPE حالته یا گذرا در شبکه میشود. در این مقاله با ارائه مدلی از مختلف گذرا با حداکثر دامنه در دو سر پایانههای ولتاژ ترانسفورماتور از جمله پاسخه یا گذرای مربوط به رعد و برق و سوئیچینگ مورد بررسی واقع شده است. در نتایج شبیهسازی تفاوت قابل توجهی در ترانسفورماتور از نوع Dry former و ترانسفورماتور با سیم پیچی معمولی وجود دارد. کلمات کلیدی: ترانسفورماتور ترانسفورماتور از نوع Dry former کابل XLPE پاسخ حالت گذرا ترانسفورماتورها به عنوان یکی از تجهیزات مهم در سیستمهای قدرت به شمار میروند که تحت تأثیر عوامل محیطی رفتار متفاوتی را از خود نشان میدهند. ترکیب کابل پلی اتیلن کراس لینک شده فشار قوی )XLPE) با ترانسفورماتور معمولی جای خالی ترانسفورماتور خشک فشار قوی را پر میکند که میتواند انقالبی در صنعت ترانسفورماتورسازی به شمار رود. نوع جدیدی از ترانسفورماتور با سیم پیچی کابل XLPE توسط شرکت ABB که طرح توسعه آن بر اساس ساختار ژنراتورهای HV صورت گرفته است نسل جدیدی از ترانسفورماتور به نام Dry former را عرضه میکند. نمونه اولیه ترانسفورماتور با سیمپیچی کابل XLPE به صورت آزمایشی در سال 7991 ساخته شد که دو نمونه از این ترانسفورماتورها به صورت موفقیت آمیز راه اندازی شدهاند. اولین Dry former با ظرفیت 02 MVA و نسبت تبدیل 742 / 6/6 kv در دسامبر سال 7999 عرضه شده است. دومین Dry former ظرفیتی معادل 02 MVA و نسبت تبدیل 17 / 77 kv را داراست. ترانسفورماتورهای معمولی شامل هسته به همراه سیمپیچیهایی هستند که در تانک روغن قرار گرفتهاند و ولتاژ خروجی از طریق بوشینگهای ترانسفورماتور به دست میآید. قسمت عایق ترانسفورماتور شامل روغن معدنی و کاغذ سلولز است که قدرت دی الکتریکی معادل 64 kv/mm را دارا میباشد. تنش مجاز بر روی ترانسفورماتور معمولی حداکثر 7/2 kv/mm میباشد. ترانسفورماتورهایی که با کابله یا XLPE سیمپیچی شدهاند تنشی تا حدود 72 kv/mm را میتوانند تحمل کنند. در ترانسفورماتورهای معمولی سیمپیچیها و هسته آهنی مداری را تشکیل میدهند که مجموعهای پیچیده شامل سلفها و خازنهایی هستند که این مجموعه بر اساس مشخصات تشدید پاسخ حالت گذرای ترانسفورماتور را به وجود میآورد. تشدید به وجود آمده ناشی از تبدیل انرژیهای الکتریکی و مغناطیسی است که در عناصر ذخیره کننده سلف و خازن به صورت جزئی بعد از تحریک میآید. خازنها بین قسمته یا مختلف دارند. به علت وجود سلفها و خازنها سیمپیچی به عنوان مثال ترانسفورماتور تحت تنش شدیدی قرار میگیرند سیمپیچ با سیمپیچ سیمپیچ با زمین و ظرفیت سیمپیچی ترانسفورماتور به وجود سیمپیچ نقش اصلی را در شرایط گذرا بر عهده توزیع ولتاژ گذرا در سیمپیچهای ترانسفورماتور غیر یکنواخت است تا حدی که بعضی از قسمته مای س پیچ ی اما در ترانسفورماتور با سیمپیچی کابل XLPE و زمین شدن قسمت نیمههادی خارجی کابل ظرفیت 1 فارغ التحصيل از دانشگاه آزاد اسالمي واحد تهران جنوب 2 فارغ التحصيل از دانشگاه آزاد اسالمي واحد تهران جنوب
خازنی که در ترانسفورماتور معمولی وجود دارد حذف شده و کابل به عنوان کل عایق ترانسفورماتور به شمار میرود. از آنجایی که Dry former به صورت مستقیم به خطوط انتقال وصل میشود در این مقاله رفتار ترانسفورماتور در شرایط حالته یا بررسی واقع میشود ]1-4[. در ادامه این مقاله بخشهایی به صورت زیر مورد بررسی واقع گردیده است: در بخش دوم به بررسی نحوه طراحی ترانسفورماتورها از نوع سیمپیچی کابل XLPE پرداخته شده به همراه زیر بخشه یا مربوط به هر قسمت به ترتیب در بخشه یا گذرای ناشی از کلید زنی و رعد و برق مورد میشود. خصوصیات سیمپیچها و شکل موج ولتاژ تولید سوم و چهارم مورد بررسی واقع گردیدهاند. تحلیل پاسخ گذرای Dry former به همراه زیر بخش مربوط به آن در بخش پنجم ارائه میشود. بخشه یا مراجع مورد بررسی واقع شده میباشند. ششم و هفتم به ترتیب مربوط به نتیجهگیری از مقاله ارائه شده و امید است که با ارائه این مقاله و بررسی و مقایسه خصوصیات ترانسفورماتورها و نتایج به دست آمده از پاسخ حالت گذرا با سیمپیچی معمولی و ترانسفورماتورها با سیمپیچی از نوع کابل XLPE شاهد ساخت نمونهای از این ترانسفورماتور در کشور و نصب آن بر روی شبکه برق سراسری باشیم. 2. ترانسفورماتور با طراحی سیم پیچی از نوع عایق کابل )Dry former( XLPE کابل XLPE در ترانسفورماتور که به صورت سیمپیچی فشار قوی مطرح میشود مطابق شکل 7 از هادی الیه نیمههادی داخلی دیالکتریک جامد و الیه نیمههادی خارجی تشکیل یافته است. در ترانسفورماتورهای معمولی سیستم عایقبندی شامل روغن معدنی و کاغذ سلولز است. عمده مزیت این ترکیب former( )Dry وجود دیالکتریک و خواص حرارتی آن است. استحکام کاغذ و روغن به ترتیب 42 kv/mm و 70 kv/mm هستند اما دیالکتریک در این ترکیب 64 kv/mm است که از نظر عایقی یک ترکیب بسیار عالی بشمار میرود. قابل ذکر است که در ترانسفورماتورها مقدار تنش اعمالی مجاز به علت دالیل مختلف 7/2 kvrms /mm است. عایقهایی مانند کاغذ و روغن دارای معایبی مانند خطر آتش سوزی و انفجار نشت روغن و... هستند. در محیطهای خشک ترانسفورماتورهای معمولی که از سیستم عایقی کاغذ و روغن تشکیل یافتهاند دارای خصوصیات دیالکتریکی بسیار مناسبی هستند. شکل 1: سیم پیچی کابل فشار قوی 1- هادی 2- الیه نیمههادی داخلی 3- عایق XLPE )کراس لینک پلی اتیلن( 4 الیه نیمههادی خارجی با وجود پیشرفتهای اخیری که بر روی ترانسفورماتور خشک به وجود آمده است Dry former به روغن و کاغذ احتیاج ندارد و در ضمن خطر آتش سوزی روغنه یا قابل اشتعال و هزینههای تست خشک نیز در این نوع از ترانسفورماتورها حذف میشود. در شکل شماره 0 تفاوته یا بین ترانسفورماتورهای معمولی و Dry former از نظر مواد عایقی و ساختاری آورده شده است. سیستم عایقی ترانسفورماتورهای معمولی شامل دو قسمت است: عایق اصلی و عایق جزء به جزء. عایق اصلی عایقی بین سیمپیچیها و قسمته یا باید تحمل تنشه یا AC در عملکرد معمولی و عملکردهای ناشی از حالته یا زمین میباشد که شامل روغن کاغذ و پرس برد است. این عایق گذرای به وجود آمده ناشی از اضافه ولتاژهای کلید زنی و رعد و برق را داشته باشد. عایق جزء به جزء تحت تأثیر ولتاژهای گذرا است پس در نتیجه برای طراحی این عایق باید ولتاژهای گذرا را نیز در نظر گرفت. ترانسفورماتور Dry former که با کابل سیمپیچی شده است پیچیهای کابل همانند عایق اصلی ترانسفورماتور معمولی عمل میکنند ]4[ و ]2[. هیچگونه مشکلی از این نوع ندارد چون الیههای خارجی نیمههادی زمین شده و سیم- شکل 2: سیستم عایقی ترانسفورماتورهای معمولی و Dry former
3. رفتار حالتگذرای سیمپیچیها سیمپیچیه یا ترانسفورماتور معمولی رفتاری مانند سلف و خازن را دارند زمانی که ضربهای به آنها اعمال میشود به علت وجود اندوکتانس متقابل در مدار پاسخ به ضربه طوالنی مدت میشود. جهت بررسی رفتار عملکرد سیمپیچها در برابر پاسخه یا سیمپیچها و کابلها مورد بررسی واقع شود. 1-3. خصوصیات سیم پیچیه یا Dry former حالت گذرا الزم است در ابتدا خصوصیات در Dry former از عایق کابل XLPE فشار قوی برای سیمپیچیها استفاده شده است. کابل استفاده شده همانند شکل شماره 7 میباشد. الیه خارجی کابل استفاده شده در الیه نیمههادی کابل سیمپیچی Dry former به فاصلهه یا منظم زمین شدهاند طبیعتا پتانسیل الیه خارجی نسبت به هادی بیشتر است. مقاومت ویژه سیمپیچی شده طوری انتخاب میشود که بین دو نقطه زمین شده پتانسیلی به وجود نیاید. میدان الکتریکی در این کابل محدود به ناحیه بین الیه داخلی و خارجی نیمههادی میباشد. در Dry former به طول کابل حداقل انتخاب میشود. از آن جهت که الیه خارجی کابل پتانسیل زمین میشود مجاورت هم باشند به عنوان مثال Dry former سیمپیچی فشار ضعیف میتواند در بین الیههای منظور بهینه کردن حجم سیمپیچیها و هسته از ولتاژهای ترمینال تا نقطه خنثی سیمپیچیهای ولتاژهای فشار قوی و ضعیف میتوانند در سیمپیچی فشار قوی قرار بگیرد و یا با آن ادغام شود. در حال حاضر در مقایسه با ترانسفورماتورها با سیمپیچی معمولی روغنی و در قدرت یکسان اندازه بزرگتری دارد ]6[ و] 1 [. 2-3. مقایسه پارامترهای سیمپیچی معمولی و سیمپیچی کابلی تنها ظرفیت خازنی که در سیمپیچی کابلی باید در نظر گرفت ظرفیت خازنی موجود بین هادی مرکزی و الیه نیمههادی زمین شده است. از سوی دیگر در الیه نیمههادی خارجی با افزایش ولتاژ فرکانس نیز باالتر میرود که در فرکانسهای باال مقاومت ویژه الیه نیمههادی خارجی تأثیر مستقیمی بر پاسخ حالت گذرا میگذارد. اما وجود الیه نیمههادی خارجی هیچ گونه تأثیری بر در ترانسفورماتورهای معمولی ظرفیت خازنی موجود در میشود. بنابراین انواع سیمپیچی معمولی ترانسفورماتور ندارد. همانطور که قبال ذکر شد سیمپیچیها بر اساس ضریب نفوذپذیری مواد عایقی و شکل هندسی سیمپیچیها تعریف سیمپیچیها )سیمپیچیهای الیهای و دیسکی( ظرفیت خازنی متفاوتی دارند بنابراین عملکردهای آنها در مقابل ولتاژ حالت گذرا نیز متفاوت خواهد بود. در Dry former شکل هندسی سیمپیچیها عایقی )XLPE( تنها پارامتر مهمی است که تأثیر مستقیم بر ظرفیت خازنی کابل تحلیل پاسخ حالت گذرای ترانسفورماتور وجود دارد در شکل شماره 3 آورده شده است. هیچگونه تأثیری بر ظرفیت خازنی کابل ندارند. ضریب نفوذپذیری مواد میگذارد. تفاوت سیمپیچیهای ترانسفورماتور و مدار معادلی که برای با فرض اینکه اندوکتانسها و کاپاسیتانسها ازای هر طولی از هادی )در هر عالوهبراین در اندوکتانس متقابل بین شکل 3 سیمپیچی: ترانسفورماتور معمولی و Dry former در طول سیمپیچی به طور یکنواخت توزیع شده سیمپیچی( ظرفیت خازنی بین زمین و سیمپیچی کابلی مقاومت بین الیه نیمههادی و نقاط زمین شده و در هر دو نوع باشند در سیمپیچی معمولی و سیمپیچی کابلی به ترتیب به سیمپیچی و ظرفیت خازنی بین هادی و الیه نیمههادی خارجی وجود دارد. سیمپیچیها سیمپیچی معمولی و سیمپیچی کابلی سیمپیچیها وجود دارد. اگر مقاومت الیه نیمههادی خارجی در فرکانس باال در نظر گرفته شود مدار معادل شبکه به صورت شکل شماره 4 در خواهد آمد. اگر اندوکتانس متقابل سیمپیچی و مقاومت هادی و الیه نیمههادی خارجی در نظر گرفته شود معادله دیفرانسیل حوزه فرکانسی و ولتاژ سیمپیچی همانند کابل خطوط انتقال خواهد بود که این معادله به صورت )7( بیان میشود: d 2 V(x) dx + ω 2 LC c V(x) = 0 ) 7( که L و C c به ترتیب اندوکتانس و کاپاسیتانس پریونیت شده نیمههادی معادل با ظرفیت خازنی استوانه است که این معادله به صورت )0( بیان میشود: سیمپیچی کابلی در واحد طول میباشند. کاپاسیتانس C c بین الیه داخلی و خارجی
C c = 2πε 0ε r ln ( r 1 r2 ) ) 0( وr که 1 r 2 به ترتیب شعاعه یا الیه نیمههادی داخلی و خارجی میباشند. معادله دیفرانسیل حوزه فرکانسی ولتاژ در طول سیمپیچ با در نظر گرفتن مؤلفه مقاومت نیمههادی به صورت )3( میباشد: d 2 V(x) + (ω 2 LC dx 2 c + ωl ) V(x) = 0 R s )3( که R s مقاومت پریونیت شده الیه نیمههادی در طول کابل 42 میباشد. مقاومت قابل قبول برای سیمپیچی Dry former در الیه نیمههادی خارجی Ωcm میباشد. در سیمپیچیهای معمولی به وجود آمدن ولتاژ حالت گذرا باعث به وجود آمدن جریانی میشود که عالوهبر کاهش مقاومت خازنی باعث افزایش مقاومت القائی نیز میشود. این بدان معناست که عناصر القائی در مدار معادل ولتاژ اولیه مدل سیمپیچی سیمپیچی عناصری زائد هستند. با حذف عناصر القائی به صورت شکل شماره 2 خواهد بود. معادله دیفرانسیل ولتاژ اولیه توزیع شده در طول سیمپیچی معمولی به صورت )4( میباشد: d 2 V(x) + C g dx 2 V(x) = 0 C s ترانسفورماتور معمولی وقتی حالت ) 4( g که وC C s به ترتیب ظرفیت خازنی پریونیت شده بین سیمپیچ و زمین و سیمپیچ با سیمپیچ گذرا برای ترانسفورماتور رخ میدهد ولتاژ توزیع شده اولیهای برای مدت کوتاهی تولید میباشند. در سیمپیچی به وجود میآید که رفتار اندوکتانسها در این حالت قابل توجه است. اگر عناصر القائی در شکل شماره 2 نظر گرفته شود معادله دیفرانسیل حوزه فرکانسی برای حل ولتاژ توزیع شده سیمپیچ به صورت )2( در میآید: میشود. در این مرحله نوساناتی از سیستم در طول سیمپیچیها باقی بمانند و اندوکتانس القائی سیمپیچی در d 2 V(x) ω 2 d LC 2 V(x) dx 2 s + ω 2 LC dx 2 g V(x) = 0 )2( و] 1 [. این معادله همانند معادله ولتاژ در طول خط انتقال تکفاز است با این تفاوت که مؤلفه دوم معادله نتیجه القای متقابل عناصر سلفی و خازنی است که در خط انتقال وجود ندارد. با توجه به معادالت بیان شده )معادالت ا تا 2( تحلیل رفتار حالت گذرای سیمپیچی سیمپیچی تکفاز امکان پذیر است ]6[ شکل 4: مدار معادل سیم پیچی کابلی با در نظر گرفتن مقاومت نیمه هادی 4. شکل موج ولتاژ توزیع شده شکل 5: مدار معادل سیم پیچی معمولی ولتاژ اولیه توزیع شده در این قسمت توضیحی در مورد شکل موج ولتاژ توزیع شده در سیمپیچی کابلی ارائه میشود. این شکل موجها میتوانند شامل ولتاژ موجود بین نقاط زمین شده الیه نیمههادی خارجی با فرکانسه یا مختلف و ولتاژ توزیع شده در الیه نیمههادی خارجی برای نیم سیکل و فرکانس مشخص 7 MHz باشند. با توجه به اینکه موضوع مقاله در مورد رفتار حالت گذرای Dry former است بررسی شکل موجه یا بیشتری دارند. ولتاژهای توزیع شده الیه نیمههادی خارجی برای فرکانسه یا ذکر شده نسبت به تلفات اهمیت مختلف در حالت دائمی به صورت شکل شماره 6 میباشند. شکل 6: ولتاژ توزیع شده بین دو نقطه زمین شده الیه نیمههادی خارجی برای فرکانسه یا 1 pu انتخاب شده است مختلف دامنه Vc
شکل 7: ولتاژ توزیع شده در الیه نیمه هادی خارجی در نیم سیکل فرکانسی برای فرکانس 1 MHz دامنه 1 pu Vc انتخاب شده است جریان خازنی در الیه نیمههادی خارجی نسبت به نقاط مختلف زمین شده مقدار بزرگتری دارند در نتیجه افت ولتاژ زیادی در این حالت نیز به وجود میآید. برای فرکانسه یا باالتر از 722 khz ولتاژ در نزدیکی نقاط زمین شده به طور غیر منتظره باال میرود که این وضعیت را در شکل شماره 6 میتوان مشاهده کرد. شکل شماره 1 ولتاژ توزیع شده در الیه نیمه هادی خارجی در نیم سیکل فرکانسی برای فرکانس 7 MHz را نشان میدهد ]7[. 5. تحلیل پاسخ گذرا Dry former جهت تحلیل پاسخ گذرای Dry former در بخش اول به تحلیل مدل مورد نظر در بخش دوم به شبیهسازی ولتاژهای گذرای منتقل شده و در بخش سوم به بررسی پاسخ گذرا در ترمینالها پرداخته شده است. 1-5. تحلیل مدار در این مقاله از مدل مورد نظر جهت انجام آزمایش اتصال کوتاه در Dry former و تبدیل آن به ترانسفورماتور خطی که برای مدار RLCG و EMTP ATP مناسب هستند استفاده شده است. 1-1-5. تابع تبدیل ولتاژ اولیه به ثانویه تابع تبدیل ولتاژ اولیه به ثانویه به طور هم زمان از موج ایمپالسی که در ترمینال اولیه زده میشود از سمت ثانویه تعیین میگردد. شکل شماره 8 تشدید فرکانسی توابع ولتاژهای انتقالی بین شبیهسازی و آزمایش را نشان میدهد. تشدید فرکانسی حدود 77 khz تا 42 khz به ترتیب با دامنه ولتاژهای حدود 0/3 و 7/12 هستند که 2/372 بیشتر از نسبت تبدیل لحاظ شدهاند. یکی از اختالفات در فرکانس باال به علت موج ایمپالس رعد و برق استاندارد μs( 7/0( / 22 است که در آزمایش طیف قابل توجهی تا حدود 222 khz را دارا میباشد و علت دیگر مربوط به وجود نویز در فرکانسه یا تبدیل فوریه است. باالی هیچ دلیلی مبنی بر پذیرفتن اینکه دامنه و شکل موج سریع تأثیری برتابع ولتاژ انتقالی دارد وجود ندارد. مقایسه بین توابع تبدیل ولتاژ پیش بینی شده توسط مدل با مقادیر 4 kv 2/4 / 42 μs و 722 kv 7/0 / 22 μs ولتاژ ایمپالس در شکل شماره 9 نشان داده شده است. از شکل شماره 9 میتوان دریافت که توابع تبدیل ولتاژ پیش بینی شده در نوک قلهها با یکدیگر همپوشانی دارند اگرچه پیک دامنه موج ولتاژ اعمالی زمان صعود و زمان نزول در هر دو با یکدیگرمتفاوت است. این نشان میدهدکه تابع تبدیل ولتاژ تنها خصوصیت خاص Dry former است و مدل مطرح شده توانایی پاسخگویی به شکل موجه یا ایمپالس متفاوت را دارد ]9[. 2-1-5. تابع تبدیل ولتاژ ثانویه به اولیه میتوان از این مدل )موج سریع منتقل شده از اولیه به ثانویه( جهت پیشبینی موج سریع گذرا که ولتاژ ایمپالس در اولیه زده میشود استفاده کرد. شکل شماره 11 مقایسهای بین تابع ولتاژ انتقالی به دست آمده از طریق تجربی و تابع به دست آمده از طریق پیشبینی مدل را نشان میدهد. تابع ولتاژ ثانویه به اولیه دارای فرکانس تشدید حدود 6 khz است. در این فرکانس دامنه ولتاژ منتقل شده 73/12 برابر میشود. مشابه حالت قبل از مقایسه تابع ولتاژ منتقل شده مشخص میشود که مدل توانایی پیشبینی موج سریع منتقل شده ثانویه به اولیه را دارد. مقایسه مدل پیش بینی شده با شکل موج ایمپالس با مقادیر 4 kv 2/4 / 42 μs و 722 kv 7/0 / 22 μs در شکل شماره 77 نشان داده شده است. در این شکل دو نمودار دقیقا منطبق همدیگر هستند. تابع تبدیل ولتاژ به دست آمده از اولیه به ثانویه یا ثانویه به اولیه بسته به اینکه ولتاژ ایمپاس از کدام سمت Dry former اعمال میشود متفاوت است. بر این اساس مدل ارائه شده دارای بعضی توابع انتقالی مجهولی هستند که تابع ولتاژ نمونه بارز آن است. از مقایسه نمودارهای بیان شده هم از نظر تجربی و هم از نظر نمودارهایی که مدل شده توانایی پیش بینی موج گذرای منتقل شده بین مدارهای Dry former را دارد ]9[ و ]72[. 2-5. شبیه سازی ولتاژهای گذرای منتقل شده پیشبینی کرده است میتوان نتیجهگیری کرد که مدل ارائه
در ترانسفورماتورهای معمولی موجه یا گذرا از سیمپیچی تأثیر مستقیمی بر ضریب میرایی مقاومت سیمپیچی به سیمپیچی بعدی از طریق خازن سلف و مقاومت سیمپیچی منتقل میشوند. مسیرهای سیمپیچها دارند. خازن منتقل شده دارای خصوصیاتی مانند مدت زمان ایمپالس خیلی کوتاه وابسته نبودن اندازه به نسبت تبدیل و وابسته بودن به شدت موج را دارا میباشد. اگرچه در Dry former ظرفیتی بین سیمپیچها و سیمپیچیها و زمین )هسته و تانک( وجود ندارد بلکه تنها ظرفیتی که باید در نظر گرفت بین هادی مرکزی و الیه نیمههادی خارجی کابل است. وجود اندوکتانس در هادی )کابل( و اندوکتانس متقابل بین معنا است که با توجه به شکله یا سیمپیچها در Dry former تأثیر مستقیمی بر اجزای 7-77 به ثانویه به طور چشمگیری تضعیف شده است. ]72[. 1-2-5. تفاوت موجه یا سیمپیچیهای ترانسفورماتور در فرکانسه یا باال دارد. این بدان وجود موج گذرای سریع به ترتیب در طیف فرکانسی باالی 72 khz و 62 khz برای ثانویه به اولیه و اولیه سریع منتقل شده بین مدارهای اولیه و ثانویه ولتاژ منتقل شده از اولیه به ثانویه در صورتی که Dry former به خطوط انتقال وصل شده باشند در مدار از امپدانس باال به سمت امپدانس پایین منتقل میشود. این حالت سبب میشود موج سریع منتقل شده از ثانویه به اولیه نسبت به موج سریع متناظر منتقل شده از امپدانس پایین )ثانویه( به امپدانس باال )اولیه( سریعا محو شود. شکل 8: مقایسه تابع تبدیل ولتاژ اولیه به ثانویه به دست آمده از شبیهسازی و آزمایش شکل 14: مقایسه تابع ولتاژ منتقل شده به دست آمده از تجربی و شبیهسازی ثانویه به اولیه شکل 9: مقایسه تابع تبدیل ولتاژ شبیه سازی شده به دست آمده از اولیه به ثانویه با مقادیر 4 KV 4/4 / 44 μs و KV 1/2 / 54 μs 144 ولتاژ ایمپالس شکل 11: مقایسه تابع تبدیل ولتاژ شبیه سازی شده به دست آمده از ثانویه به اولیه با مقادیر 4 KV 4/4 / 44 μs و KV 1/2 / 54 μs 144 ولتاژ ایمپالس بنابراین به وجود آمدن موج سریع با شدت باال در ثانویه میتواند سمت اولیه سیمپیچی را دچار مخاطره کند و موجی که در سمت ثانویه به وجود آمده عینا به اولیه منتقل شود. شکل شماره 70 و 73 به ترتیب مقایسه موج گذرای منتقل شده از اولیه به ثانویه و موج گذرای منتقل شده از ثانویه به اولیه مدار که توسط مدل پیش بینی شده است را نشان میدهد. شکل شماره 73 افزایش مدت زمان صعود در ولتاژ منتقل شده بین مدارهای Dry former شکل شماره 70 را نشان میدهد. در شکل شماره 70 ولتاژ منتقل شده از اولیه به ثانویه زمانی که موج گذرای سریعی به وجود میآید به صفر میگراید و در این زمان ولتاژ منتقل شده از اولیه به ثانویه بیشتر از موج تحریک است. ولتاژ منتقل شده از اولیه به ثانویه در مدت 3/1 μs به 0/2 kv این ولتاژ در مدت 64 μs به 72 kv و موج ایمپالس در مدت μs 7/0 به 4 kv میرسد. زمان صعود ولتاژ منتقل شده از اولیه به ثانویه 3 برابر بزرگتر از مقدار ایمپالس است و در% 60/2 مقدار پیک شروع به کاهش میکند. این نتایج نشان میدهد که در درجه اول ولتاژ اولیه منتقل شده توسط ظرفیت سیمپیچها تعیین میگردد. در ولتاژ منتقل شده ثانویه به
اولیه زمان صعود 22 برابر بزرگتر از موج سریع تحریک در ثانویه و در % 022 مقدار پیک موج شروع به کاهش میکند. این خصوصیات نشان میدهد که انتقال از سمت ثانویه به اولیه به وسیله اندوکتانس القائی و رزونانس سیمپیچی صورت میپذیرد ]9[. 2-2-5. انتقال اولیه به ثانویه مطابق شکله یا گذرای منتقل شده اولیه به ثانویه شماره 7 و Dry former 9 تحت مطالعه دارای تابع تبدیل ولتاژ با گین باال در محدوده فرکانسی بین 3 khz و 62 khz با ولتاژ است. تغییر زمان صعود ایمپالس تحریک از 2/4 μs به 7/0 μs باعث تغییر اندازه پیک ولتاژ منتقل شده به طرف ثانویه به ترتیب از 63 kv به 64 kv و تغییر زمان صعود سمت ثانویه به ترتیب از 3/6 μs به 3/7 μs میشود. شکله یا شماره 74 و 72 تأثیر تغییر زمان صعود و نزول موج گذرای سریع بر اندازه موج ایمپالس منتقل شده از سمت اولیه به ثانویه مدار را نشان میدهند. موج سریع دارای زمان تحریک صعود 72 μs است که اگر موج سریع منتقل شده دارای دامنه kv 60 باشد زمان صعود به 72/1 μs میرسد که تغییر کوچکی به حساب میآید. تغییرات در دامنه اولیه موج گذرای منتقل شده نسبت به تغییرات زمان صعود موج گذرای تحریک مقدار بزرگی هستند. میتوان دریافت که تغییرات زمانه یا صعود موج گذرا )در محدوده مشخص شده( در اولیه Dry former تغییرات آشکاری در مقدار پیک و نوع شکل موج ولتاژ ایمپالس در ثانویه مدار ایجاد نمیکند. شکل شماره 72 تأثیر موج تحریک ایمپالس بر دامنه و مدت زمان موج گذرای منتقل شده از اولیه به ثانویه مدار را نشان میدهد. به دست آوردن زمان صعود مشابه از موج سریع گذرای تحریک و تغییر دنباله موج بین 22 μs 32 μs و 722 μs باعث تغییر مقدار ولتاژ منتقل شده به ترتیب 64 kv 63 KV و 64/7 kv برای پیک اولیه و برای پیک بعدی به ترتیب 49 kv 43 kv و 26 kv میشود. در شکل شماره 70 پیک دامنه ولتاژ موج سریع گذرا در سمت اولیه 4 kv است که دریافت موج در سمت ثانویه دارای ولتاژ گذرای 0/2 kv است. حداکثر ولتاژ تحریک در شکل شماره 722 kv 74 و ولتاژ منتقل شده 63 kv است. از مقایسه نتایج ولتاژ حالت گذرای منتقل شده به سمت ثانویه شکله یا.]77[ شماره 70 و 74 میتوان دریافت که افزایش دامنه موج سریع تأثیر مستقیمی بر افزایش همزمان موج سریع منتقل شده به سمت ثانویه را دارد. بنابراین حداکثر دامنه ولتاژ گذرای منتقل شده از سمت اولیه به ثانویه در درجه اول بر حداکثر دامنه موج سریع تحریک اولیه تأثیر میگذارد شکل 12: مقایسه موج گذرای منتقل شده از اولیه به ثانویه و از ثانویه به اولیه در مقدار ایمپالس مشخص شده شکل 13: زمان صعود و موج گذرای منتقل شده بین مدارهای Dry former شکل شماره 12 شکل 14: تأثیر زمان صعود موج ایمپالس تحریک بر اندازه موج گذرای منتقل شده از سمت اولیه به ثانویه مدار شکل 15: تأثیر موج تحریک ایمپالس بر دامنه و مدت زمان نزول موج گذرای منتقل شده از سمت اولیه به ثانویه مدار 3-2-5. انتقال ثانویه به اولیه
موج گذرای سریع منتقل شده از سمت ثانویه به اولیه نسبت به بقیه مکانیزم سیمپیچی تابع ولتاژ منتقل شده از سمت ثانویه به اولیه )شکله یا سریع منتقل شده دارای گین باالیی است. شکله یا شده از سمت ثانویه به اولیه مدار را نشان میدهند. بیشترین تأثیر آن بر روی سیمپیچی القائی است. این استدالل از شماره 72 و 77( به دست میآید در محدوده فرکانس پایین بین 0 khz و 72 khz موج شماره 76 و 71 به ترتیب تأثیر تغییر زمان صعود و نزول موج سریع تحریک و دامنه ایمپالس منتقل تغییر زمان صعود ایمپالس تحریک از 2/4 μs به 7/0 μs باعث تغییر اندازه پیک به ترتیب از 12 kv به 72 kv ولتاژ منتقل شده به طرف ثانویه و تغییر زمان صعود سمت ثانویه به ترتیب از 62 μs به 67 μs میشود. با توجه به نتایج به دست آمده حداکثر دامنه ولتاژ گذرای منتقل شده از سمت اولیه به ثانویه با کاهش موج سریع تحریک افزایش مییابد. از شکل شماره 72 میتوان استنباط کرد که با تغییر دنباله موج بین 22 μs 32 μs و μs 722 باعث تغییر مقدار ولتاژ منتقل شده به ترتیب 17 kv 62 kv و 93 kv و زمان صعود نیز همزمان به ترتیب 62 μs 63 μs و 61 μs میشود بنابراین برای همان مقدار دامنه و زمان صعود در ثانویه ولتاژ منتقل شده به سمت اولیه به زمان صعود و نزول ولتاژ موج سریع بستگی دارد. از نتایج شبیهسازی در ولتاژ منتقل شده بین اولیه و ثانویه مدار میتوان نتیجه گرفت که تغییرات دامنه ایمپالس تحریک )شکله یا شماره 76 70 و 71( تأثیر مستقیمی بر دامنه ولتاژ انتقالی دارند. از این نتایج میتوان این طور نتیجهگیری کرد که انتقال موج سریع از ثانویه به اولیه به حداکثر دامنه موج سریع زمان صعود و دنباله موج بستگی دارد ]77[. شکل 16: تأثیر زمان صعود موج ایمپالس تحریک بر اندازه موج گذرای منتقل شده از سمت ثانویه به اولیه مدار شکل 17: تأثیر موج تحریک ایمپالس بر دامنه و مدت زمان نزول موج گذرای منتقل شده از سمت ثانویه به اولیه مدار 6. نتیجهگیری بررسی پاسخ گذرا در ترانسفورماتور از نوع Dry former هدف ارائه این مقاله بوده است. پاسخ گذرای Dry former با نوع ترانسفورماتور معمولی تفاوت دارد. پاسخه یا گذرای گذرا در Dry former کم و بیش همانند پاسخ گذرا در خطوط انتقال کابلی میباشند. با ارائه مدل فرکانس باالی خطی پاسخ در سیمپیچی Dry former پیشبینی میشود. در محدوده فرکانسی 7 khz تا 3 khz مدل Dry former دارای رفتاری خطی است. مدل ارائه شده برای بررسی حالت گذرای به وجود آمده توسط رعد و برق و سوئیچینگ مناسب اما برای پاسخه یا سریع ولتاژ حالت گذرا مانند سوئیچینگ GIS مناسب نمیباشد. محدودیت در باند فرکانسی یکی از دالیل شکست این مدل است. بررسی رفتار Dry former زمانی که اتصال کوتاهی در طرف ثانویه آن به وجود میآید از جمله از بررسیهای صورت پذیرفته بوده است. با تحلیل پاسخ گذرا و تابع تبدیل ولتاژ اولیه به ثانویه و برعکس رفتار Dry former در برابر زمانهای سریع و فرکانسهای باال مورد بررسی واقع گردید. به دست آوردن نمودارهای مربوط به حالته یا اتصال کوتاه زمانی که Dry former به شبکه سراسری وصل است اهمیت بسزایی دارد. گذرا و 7. مراجع [1] M. Leijon, T. Andersson, High and Dry, IEE Review July 2000. [2] XLPE Land Cable Systems, User s Guide, ABB Published. [3] G. Yingna, W. Shishan, G. Hong A New Type of Dry Power Transformer Based on XLPE Cable Winding, Electrical Machines and Systems, IEEE Conferences, 2005, Page(s): 1771 1774 Vol. 3. [4] M. Leijon, M. Dahlgren, L. Walfridsson, Li. Ming, A. Jaksts, A Recent Development in the Electrical Insulation Systems of Generators and Transformers, Electrical Insulation Magazine, IEEE Journals, 2001, Page(s): 10 15. [5] A. Jaksts, S. Forsmark, M. Leijon, Power Transformers for the 21 st Century, Electrical Power Engineering, IEEE Conferences, 1999. [6] M.J.Manyahi, M.Leijon, R.Thottappillil, Transient response of transformer with XLPE insulation cable winding design, Electrical Power and Energy Systems, Elsevier Journals, July 2004, Page(s): 69 80.
منفرد. محمد قرهپتیان. گئورگ "تأثیر استفاده از کابل بر اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از برخورد غیر مستقیم صاعقه و نفوذ آن به ترانسفورماتورهای توزیع" چهاردهمین کنفرانس مهندسی برق )ICEE2006( 7372. [8] P.Holmberg, M.Leijon, Wind band lumped circuit model of the terminal and internal electromagnetic response of a coil with a coaxial insulation system, Electric Power Applications, IET Journals, 2002, Page(s): 459 464. [9] M.J.Manyahi, R.Thottappillil, M.Leijon, Transfer of transient surge voltage throuth XLPE cable winding transformer ( Dry former ) circuits, Electrical Power and Energy Systems, Elsevier Journals, June 2005, Page(s): 602 609. [10] M.J.Manyahi, R.Thottappillil, M.Leijon, Loading Effects on the Attenuation of the Transferred Transients Through Cable Winding Transformer (Dryformer), International conference of power systems transients, IPST 2003, New Orleans, USA. [11] F. Karimzadeh, A. Akbari, M. Ardebili, Calculating Dryformer leakage reactance using analytical and finite element methods, Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), 2011 International Conference on, 11-13 May 2011, Malaga, Page(s): 1-5. ]1[