طراحی و اجرای ترانسفورماتور خاص با تنظیم ظرفیت خودکار

1. مقدمه

انرژی برای عملکرد و توسعه جامعه ضروری است. برای رفع سیاست‌های ملی صرفه‌جویی در انرژی و کاهش انتشار، بهبود استفاده از منابع-که برای شرکت‌های برق حیاتی است- ضروری است. به‌روزرسانی‌های چند مرحله‌ای شبکه‌های روستایی باعث پیشرفت ترانسفورماتورهای توزیع می‌شود. با وجود کارایی بالا، ترانسفورماتورهای گسترده هنوز به دلیل مشکلات ظرفیت و استفاده، زیان‌های کلی قابل توجهی دارند؛ ۷۰٪ از زیان‌های شبکه‌های متوسط و کم ولتاژ از ترانسفورماتورهای توزیع ناشی می‌شود. شبکه‌های روستایی بارهای متمرکز و تحت تأثیر فصلی دارند که با تفاوت‌های بزرگ بین بیشینه و کمینه بار، نرخ بار متوسط ترانسفورماتورها را کاهش می‌دهد. استفاده از ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت در چنین مناطقی به تطبیق ظرفیت با بار کمک می‌کند و عملکرد اقتصادی و ایمن را تضمین می‌کند، همچنین بار اضافی و تلفات انرژی را کاهش می‌دهد. طراحی یک ترانسفورماتور خاص با تنظیم خودکار ظرفیت پیشرفت‌های فنی و ارزش عملی و نظری دارد.

2. مکانیسم تولید زیان در ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها که نقش مهمی در شبکه‌های توزیع برای توزیع انرژی و تنظیم ولتاژ و جریان دارند، در طی عملکرد عادی تلفات برق قابل توجهی دارند- شامل زیان‌های کوتاه‌مدار (بار) و بدون بار.

زیان کوتاه‌مدار (زیان بار) زمانی اتفاق می‌افتد که جریان اسمی از طریق پیچه‌ها تحت بار می‌گذرد. این زیان از طریق آزمون‌های کوتاه‌مدار (اعمال ولتاژ کم به اولیه و اندازه‌گیری جریان اسمی در ثانویه، با نادیده گرفتن زیان هسته) تعیین می‌شود که تقریباً معادل زیان مس است. این زیان با بار مقیاس می‌یابد و توسط ضرایب بار و زیان کوتاه‌مدار اسمی محدود می‌شود.

3. طراحی و پیاده‌سازی ترانسفورماتور خاص با تنظیم خودکار ظرفیت
3.1 ساختار ترانسفورماتور تنظیم‌کننده ظرفیت

ترانسفورماتور توزیع تغییر دهنده تپه D-Y مورد استفاده از مدل‌های پیچشی مختلف برای عملکرد با ظرفیت بزرگ و کوچک استفاده می‌کند: دلتا (D) برای ظرفیت بزرگ، ستاره (Y) برای ظرفیت کوچک (به عنوان تبدیل ستاره-دلتا). پیچه‌های کم ولتاژ آن از سیم‌های ۲۷٪ دور و ۷۳٪ دور ترکیب شده‌اند، با سطح مقطع دومی حدود ۱/۲ اولی است.

3.2 تحقق تنظیم خودکار ظرفیت

ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت با بار از مدول‌های کنترل خودکار متکی هستند: جمع‌آوری داده، ذخیره‌سازی، ترانسفورماتورها، تعامل انسان-ماشین، تغذیه و حلقه‌های I/O. ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان سیگنال‌ها را جمع‌آوری می‌کنند؛ مدارهای آنالوگ با پردازنده‌های میکرو این سیگنال‌ها را پردازش می‌کنند. داده‌های پردازش شده در حافظه ذخیره می‌شوند برای رابط‌های خارجی یا مبادلات آینده. شکل 1 ترکیب سیستم کنترل خودکار را نشان می‌دهد.

3.3 فرآیند کنترل سیستم کنترل خودکار

جریان آنالوگ ترانسفورماتور تنظیم‌کننده ظرفیت و ولتاژ طرف ثانویه توسط کنترل‌گر تنظیم‌کننده ظرفیت با بار جمع‌آوری می‌شوند. با ترکیب کمیت وضعیتی سوئیچ تنظیم‌کننده ظرفیت، قضاوت عددی می‌تواند بر اساس ویژگی‌های شرایط کاری و پارامترهای عملیاتی شیء کنترل‌شونده انجام شود. سپس، بر اساس شرایط کنترلی واقعی، تعیین می‌شود که آیا شرایط اجرای وظیفه برقرار است یا خیر.

اگر شرایط برقرار باشد و نیاز به تنظیم ظرفیت ترانسفورماتور توزیع باشد، برنامه به ماژول وظیفه برای تنظیم ظرفیت ترانسفورماتور می‌پیوندد. پس از اتمام وظیفه تنظیم ظرفیت، وارد ماژول‌های عملکرد کمکی دیگر می‌شود. اگر شرایط اجرای وظیفه برقرار نباشد یا نیاز فوری به تنظیم ظرفیت ترانسفورماتور وجود نداشته باشد، برنامه مستقیماً وارد ماژول‌های عملکرد کمکی دیگر می‌شود. شکل 2 نمودار جریان سیستم کنترل خودکار را نشان می‌دهد.

3.4 ساختار سخت‌افزاری سیستم کنترل خودکار تنظیم‌کننده ظرفیت با بار

ساختار سخت‌افزاری سیستم کنترل خودکار تنظیم‌کننده ظرفیت با بار از واحد جمع‌آوری سیگنال، واحد ارتباط داده، واحد ورودی، واحد خروجی، سیستم صفحه کنترل، بلور تغذیه و مدار ساعت تشکیل شده است.

سیستم تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت با بار دارای قابلیت ضد تداخل بالا و قابلیت اطمینان سخت‌افزاری است به دلیل انتخاب چیپ‌های صنعتی برای تمامی اجزای آن. علاوه بر این، در طراحی مدار، سازگاری الکترومغناطیسی اجزا و مدارها در نظر گرفته شده است. این امر اطمینان می‌دهد که سیستم تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت با بار سطح بالایی از قابلیت اطمینان عملیاتی و ایمنی الکتریکی دارد و حتی در محیط‌های الکتریکی سخت نیز می‌تواند نیازهای استفاده را برآورده کند.

4. نتیجه‌گیری

در شبکه‌های توزیع، استفاده گسترده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع به این معنی است که تلفات فعلی در این ترانسفورماتورها درصد قابل توجهی از تلفات کل شبکه توزیع را تشکیل می‌دهند. بارهای برق روستایی با شرایط نامساعدی مانند تغییرات فصلی، دوره‌های استفاده سالانه کوتاه و رخدادهای مکرر حالت‌های بدون بار یا کم بار محدود می‌شوند. بنابراین، وضعیتی که نرخ بار ترانسفورماتورها در محدوده عملکرد مناسب باقی بماند نسبتاً نادر است.

ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت می‌توانند بر اساس نوسانات بار و وضعیت سوئیچ تنظیم‌کننده ظرفیت تنظیم شوند. با تغییر مود اتصال پیچه‌های ترانسفورماتور، ویژگی قابل تنظیم ظرفیت به ترانسفورماتورها می‌دهند. بنابراین، نصب مناسب ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده ظرفیت در مناطق شبکه برق روستایی با بارهای زیاد و نوسانات ولتاژ مکرر تأثیر نسبتاً واضحی در صرفه‌جویی انرژی و کنترل تلفات مدار دارد.

با پیشرفت و تکامل مداوم فناوری‌های مصرف برق، بهبود‌های عملکردی ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت با بار نیز به تدریج کامل‌تر می‌شوند. امیدواریم که ترانسفورماتورهای خاص تنظیم‌کننده خودکار ظرفیت در آینده در جهت صرفه‌جویی انرژی و کاهش تلفات در شبکه‌های توزیع پیشرفت‌های جدیدی داشته باشند.