ترانسفورماتورهای مدرن

ترانسفورماتورهای مدرن

در ترانسفورماتورهای مدرن با استفاده از فولادهای بهتر، به عنوان هسته ترانسفورماتور، می توان به صورتی مؤثر تلفات بی باری ترانسفورماتور را کاهش داد که یکی از تلفات اصلی انرژی در ترانسفورماتور ها می باشد. تلفات بی باری با جایگزینی فولاد با فلزات غیر متبلور می تواند حتی کاهش بیشتری نیز در پی داشته باشد.

ترانسفورماتورهای قدرت قلب شبکه های انتقال و توزیع می باشند و رقابت فزاینده بین تولیدکنندگان انرژی، فشاری به سازندگان ترانسفورماتور ها وارد می کند تا قابلیت اعتماد آن ها را بیشتر کرده و قیمتشان را کاهش دهند. ساخت ترانسفورماتورهای قدرت در اواخر قرن هجدهم امکان پذیر شد و توسعه یافت. از آن زمان تا به امروز مفاهیم اولیه ترانسفورماتور ها همچنان ثابت مانده اند. به هرحال، تکنیکهای طراحی و ساخت آن ها برای افزایش بازده و کاهش قیمتشان بهبود یافته اند.

چرا به طرح های جدیدتر برای ساخت ترانسفورماتورهای مدرن نیازمندیم؟

به همراه برتری طراحان و با توجه به هزینه های توسعه و تحقیق صرف شده، ترانسفورماتورهای مدرن بسیار کوچکتر و ارزانتر هستند و قادرند تا بازده قابل توجهی را با قیمت تمام شده کمتر انرژی ارائه کنند. به ویژه برای کشورهایی مانند آمریکا، ترانسفورماتورهای مدرن می توانند نقشی اساسی در کاهش تلفات شبکه بازی کنند. این کشور تنها ۴ درصد جمعیت جهان را در خود جای داده است، اما ۲۵ درصد گازهای گلخانه ای جهان را تولید می کند. آمریکا بیش از ۹۲۰۰ نیروگاه دارد که بیشتر آن ها کهنه و قدیمی می باشند و به دلیل بازده اندکشان نیاز است تا جایگزین شوند. از سال ۱۹۸۲ تا کنون، رشد تقاضای برق در آمریکا سالانه ۲۵ درصد بیش از شبکه های قدرت بوده است درحالیکه ترانسفورماتورهای موجود مقدار زیادی از انرژی الکتریکی تولید شده را هدر می دهند. ترانسفورماتورهای بهتر و استفاده از فولادهای بهتر، به عنوان هسته ترانسفورماتور، می تواند به صورتی مؤثر تلفات بی باری ترانسفورماتور را کاهش دهد که یکی از تلفات اصلی انرژی در ترانسفورماتور ها می باشد. تلفات بی باری با جایگزینی فولاد با فلزات غیر متبلور می تواند حتی کاهش بیشتری نیز در پی داشته باشد.

انواع طرح ها

طول عمر یک ترانسفورماتور به عواملی بستگی دارد که مهمترین آن ها کیفیت عایق بندی ترانسفورماتور می باشد. دو چیز که عایقهای یک ترانسفورماتور را فرسوده می سازد عبارتند از: رطوبت و حرارت بیش از حد. با توجه به این دو عامل، طرح های مدرن بر محافظت از عایق بندی ترانسفورماتور تکیه می کنند. بعضی از این طرح ها عبارتند از: روش باز (Open method)، تانکهای درزگیری شده (Sealed Tank Design)، روش نگهدارنده (Conservator Type Design) و تنظیم خودکار فشار گاز (Automatic Gas Pressure Design).

گرایش به ترانسفورماتورهای مدرن

به همراه قیمت رو به رشد انرژی و فشار در جهت کاهش قیمت ترانسفورماتورها، در طرح های جدید بر تکنولوژی های ترکیبی برای رسیدن به تلفات کمتر تمرکز شده است. بیشتر ترانسفورماتور ها زمانی به حداکثر بازده خود می رسند که با بار ۱۰۰ درصد کار کنند. اما بار ۱۰۰ درصد در شبکه یک فرض ایده آل است و در عمل بیشتر ترانسفورماتور ها با باری بسیار کمتر از بار ۱۰۰ درصد کار می کنند. با تغییر بار، بازده ترانسفورماتور هم تغییر می کند. گفته می شود ترانسفورماتورهای جدید ۳۰ تا ۵۰ درصد بازده بیشتر دارند و تلفات آن ها در بار ۳۵ درصد ۳۰ درصد کمتر از ترانسفورماتورهای سنتی است. گرایش صنعت، ترانسفورماتور ها را به مسیری می راند که مزیت های بیشتری در بازده و هزینه صرفه جویی شده داشته باشند.

ترکیب کیسه هوا در منبع انبساط

ترانسفورماتورهای جدید با مخازن نگهدارنده از مخازن انبساط دارای کیسه هوا استفاده می کنند که رطوبت خارج شده از روغن ترانسفورماتور را در هنگام تماس با هوا جذب می کند.

هوش مصنوعی در مراحل طراحی

بسیاری از ابزارهای جدید طراحی ترانسفورماتور ها از تکنیکهای هوش مصنوعی در ترکیب با روش عناصر محدود (finite element method) بهره می گیرند. امروزه، هوش مصنوعی به صورتی گسترده برای مدلسازی غیرخطی و سیستمهای مقیاس بزرگ، به ویژه هنگامی که روشهای ریاضی مرسوم در حل مسائل درمی مانند یا اصلا وجود ندارند، بکارگرفته می شوند. به علاوه، هوش مصنوعی در حل مسائل بهینه سازی بازده محاسباتی بالایی دارد. به عبارت دیگر، روش عناصر محدود، به ویژه، ظرفیت دارد تا با مسائل هندسه مختلط سرو کله بزند و به جوابهایی با دقت و ثبات برسد.

عایقهای ابداعی

فرسودگی عایق ها در اثر حرارت سبب کاهش استقامت عایقی و در نتیجه کاهش پایداری در برابر اتصال کوتاه می شود. عایقهای جدید دورگه حرارت بالا به هرحال می توانند تلرانس حرارتی عایق را بهبود بخشند، مقاومت مکانیکی را افزایش دهند و هزینه نگهداری و تعمیرات ترانسفورماتور را کاهش دهند. عایقهای دورگه شامل لایه هایی از کاغذ سلولزی و کاغذ آرامید هستند. روشهای بهبود دیگر که درجهان رایج شدند، شامل کاهش تعداد مجراهای بین لایه ها و تقویت قاب ترانسفورماتور، توانایی مقاومت در برابر جریان اتصال کوتاه را بیشتر می کند. انتظار می رود تا قابلیت اعتماد و طول عمر بیشتر با بکارگیری عایقهای جدید در ترانسفورماتور ها به دست آید و صرفه جویی بیشتری برای تأسیسات الکتریکی به همراه داشته باشد.

فواید طرح های جدید

برتری تدریجی و رشد یابنده طرح ها نه تنها به خاطر نیازهای طبیعی بلکه به سادگی به دلیل بازده بیشتر این ترانسفورماتور ها می باشد. فواید این طرح ها عبارتند از:
– طول عمر بیشتر
– هزینه کمتر انرژی به دلیل کاهش تلفات
– کاهش تولید گازهای گلخانه ای
– استفاده مناسبتر از انرژی، تولید بیشتر با انرژی کمتر