نهم فروردین 1385
سال نو به همه مبارک
بابا برقی
نهم اسفند 1384
کاهش تلفات در برق
|
|
|||
|
|
| ||
نهم اسفند 1384
کنترل کنندههای منطقی قابل برنامه ریزی plc
نهم اسفند 1384
کنترل کنندههای منطقی قابل برنامه ریزی plc
نهم اسفند 1384
کنترل کنندههای منطقی قابل برنامه ریزی plc
نهم اسفند 1384
ترانسفورماتور
ترانسفورماتورهاي ابررساناي دماي بالا)HTS(
توجه جدي به ترانسفورماتورهاي ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهاي دماي پايين LTS (اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn)از اوايل دهه 1960 آغاز شد . مطالعاتي که در آن زمان بر روي اين ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان دهنده آن بود که جهت بهره برداري موثر از اين ترانسفور ماتورها ، بايد آنها را در دماي 4.2 K نگه داشت که فراهم کردن چنين شرايطي ضمن پيچيدگيهاي فني ، از نظر اقتصادي نيز مقرون به صرفه نبود . به همين دليل تحقيقات و پژوهشها بسوي کشف موادي با قابليت ابررسانايي در دماهاي بالاتر ، معطوف گرديد .
کشف ابررساناهاي دماي بالا يا HTS 1 در سال 1986 به طور قابل ملاحظه اي چشم انداز استفاده از ابررساناها را در سيستم قدرت الکتريکي تغيير داد ، زيرا دماي بحراني Tc در اين ابررساناها به طور چشمگيري افزايش يافته بود . تلفات پايين و قابليت حمل جريان بالا در هاديهاي HTS سبب مي شود تا تجهيزات الکتريکي داراي بازده کاري بهتر و توان بالاتر ساخته شوند . علاوه بر آن تجهيزات ساخته شده با مواد HTS از نظر سازگاري محيط زيستي نيز مقبوليت بيشتري دارند که از آن جمله ميتوان از ترانسفورماتورهاي HTS که در آنها روغن بکار نرفته است، اشاره شود. همچنین پتانسيل و کشش بازار جهاني براي ترانسفورماتورهاي ابررسانا بيش از 1 ميليارد دلار مي باشد. علي رغم مزاياي ذکر شده کماکان موانع جدي براي توسعه کاربرد HTS در صنعت برق وجود دارد که مهمترين آنها ابتدا سيستم خنک کنندگي و دوم نرخ کارکرد به هزينه هادي HTS مي باشد.به عبارتي، جهت توسعه کاربرد هاديهاي HTS ، لازمست که هزينه اين هاديها ، حتي الامکان کم شود . اين هاديها جهت مصارف گوناگون ميتوانند بکارروند مثل : کابلهاي قدرت ، ترانسفورماتورها ، موتورها و محدودکننده هاي جريان خطا (SCFCL).در اين مقاله به بررسي کاربرد HTS در ترانسفورماتور خواهيم پرداخت.
ترانسفورماتورهاي HTS
ترانسفورماتورها يكي از مهمترين عناصر شبكه هاي انتقال و توزيع هستند . در ترانسفورماتورها انرژي الكتريكي در مس سيم پيچها ، آهن هسته ، تانك ترانس و سازه هاي نگهدارنده به صورت حرارت تلف مي شود . حتي در زمانيكه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بي باري(NL) بوجود مي آيد. اخيراً با جايگزيني فلزات بي شكل و غير بلوري (Amorphous) به جاي آهن سيليكوني در هسته ترانسفورماتورهاي توزيع با قدرت نامي كوچكتر از KVA 100 ، تلفات بي باري باز هم كاهش يافته است . اين كار هنوز در مورد ترانسفورماتورهاي بزرگ با قدرت نامي بزرگتر از KVA 500 انجام نشده است .
اگر چه براي هر ترانسفورماتور ، 1 درصد توان نامي آن به عنوان توان تلفاتي در نظر گرفته مي شود ، اما بايد توجه داشت كه آزادسازي بخش كوچكي از اين تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئي كلاني را به همراه خواهد داشت . در ترانسفورماتورهاي قدرت معمول ، تقريباً 80 درصد از كل تلفات ، مربوط به تلفات بارداري ترانسفورماتور است كه از اين 80% ، سهم تلفات اهمي سيم پيچها 80% بوده و 20% ديگر مربوط به تلفات ناشي از جريانهاي فوكو و شارهاي پراكنده است . لذا تلاشهاي زيادي جهت كاهش تلفات بارداري صورت ميگيرد.در ابررساناها به علت عدم وجود مقاومت اهمي در برابر جريان ، تلفات اهمي برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررسانا در ترانسفورماتورها ، تلفات کل ترانسفورماتور ، کاهش قابل ملاحظه اي خواهد يافت .
تلاشهايي که جهت توسعه ترانسفورماتورهاي ابررسانا انجام ميگردد، صرفاً به خاطر مسايل اقتصادي و کاهش هزينه کل نيست . يکي ديگر از دلايل طرح اين مبحث آنست که در مراکز پرتراکم شهري ، رشد مصرف 2 درصدي ساليانه به معني نياز به افزايش سيستمهاي موجود است . از طرفي بسياري از پستهاي توزيع به صورت سرپوشيده (Indoor) بوده و در کنار ساختمانها نصب شده اند . در اين نوع پستها همانند ديگر پستهاي توزيع از ترانسهاي روغني استفاده مي شود که استفاده از روغن ، مشکلات و خطرات زيست محيطي و ايمني مربوط به خود را دارد . در حاليکه در ترانسفورماتورهاي ابررسانا ، ماده خنک کننده نيتروژن است که خطري براي افراد و موجودات زنده نداشته ، به علاوه خطر آتش سوزي نيز وجود ندارد .به همين لحاظ خنک کننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهاي ابررسانا، به هيچ عنوان قابل مقايسه با روغنهاي قابل اشتعال و مواد شيميايي همچون PCB نيست .
همانطور که ذکر شد ،توجه جدي به ترانسفورماتورهاي ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهاي دماي پايين LTS (اعم از Nb-Ti و Nb3-Sn) از اوايل دهه 1960 آغاز شد .اما مطالعاتي که در آن زمان بر روي اين ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد که جهت بهره برداري از اين ترانسفورماتورها بايد آنها را در دماي 4.2 Kنگه داشت که انجام چنين کاري اقتصادي نيست .
پروژه هاي ترانسفورماتورهاي HTS در جهان
خنک کننده
پس از کشف مواد HTS در سال 1986 ، تحقيقات جهت امکان عملي ساخت ترانسفورماتورهاي HTS شروع شد . تحقيقات در سال 1994 نشان داد در صورت استفاده از ترانسفورماتورهاي HTS در محدوده قدرت تا MVA 500 ، ميزان صرفه جويي در هزينه ، 70% و کاهش وزن آنها 40% نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي خواهد بود .
در ژاپن به دليل تراکم بالاي جمعيت ، يکي از فوايد اساسي ترانسفورماتورهاي HTS ، کاهش قابل ملاحظه وزن و حجم آنهاست . همانطوريکه کابلهاي HTS قابليت انتقال بيشتر توان را از طريق کانالهاي موجود دارا هستند ، ترانسفورماتورهاي HTS نيز ميتوانند در فضاي موجود ، قدرت بيشتري نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي تأمين کنند . به همين دليل در ژاپن کوچک شدن فضاي اشغال شده و وزن ترانسفورماتورها به عنوان مهمترين مزيت اين نوع ترانسفورماتورها مطرح است . شکل (2) مقايسه اي از لحاظ اندازه بين يک ترانس معمولي و يک ترانس HTS با قدرت را يکسان نشان مي دهد .
در اروپا ، علاقه به استفاده از ترانسفورماتورهاي کوچک HTS در قطارهاي سريع السير ، رشد روز افزوني يافته است . پتانسيل و کشش بازار جهاني براي ترانسفورماتورهاي ابررسانا بيش از 1 ميليارد دلار مي باشد . جدول زير ترکيب تيمهاي تحقيقاتي ، ظرفيت ترانسفورماتورهاي تحت توسعه و مواد HTS مورد استفاده را نشان مي دهد .
،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،
مقايسه فنی بين ترانسفورماتورهاي معمولي و HTS
براي درک بهتر ترانسفورماتور HTS ، در اين قسمت آنرا با يک ترانسفورماتور روغني مقايسه مي کنيم .بر اين اساس ، يک ترانس معمولي روغني MVA 100 ، سه فاز ، Hz 50 و kV 22/66 طراحي شد .پارامترهاي طراحي ترانس روغني معمولي در جدول (2) آورده شده است. يک ترانسفورماتور HTS نيز براساس مقادير مشابه و درصد امپدانس 5/7% مانند ترانسفورماتور روغني معمولي طراحي شده است . سيم پيچ فشار قوي 5 لايه دارد و هر لايه 98 دور دارد .در حاليکه سيم پيچ فشار ضعيف شامل سه لايه 163 دوري است . استحکام مکانيکي سيم پيچهاي HTS بايد به اندازه سيم پيچهاي ترانسفورماتور روغني باشد.براي اين اين منظور از نوارهاي استيل با اندازه هاي برابر نوار HTS استفاده شد . پارامترهاي طراحي ترانسفورماتور HTS در جدول (2)آورده شده است .
جدول(2).مشخصات ترانسفورماتورهاي مورد مطالعه
|
ترانس روغني معمولي |
ترانس HTS |
|
|
پارامترها |
پارامترها |
مشخصات |
|
Core-Type سه فاز |
Core-Type سه فاز |
نوع سازه |
|
MVA 100 |
MVA 100 |
ظرفيت |
|
kV 22/ 66 |
kV 22/ 66 |
ولتاژ (ثانويه / اوليه ) |
|
A 1515/ 505 |
A 1515/ 505 |
جريان (ثانويه / اوليه ) |
|
5/7% |
5/7% |
درصد امپدانس |
|
V 135 |
V 135 |
ولتاژ يک دور |
|
T 73/1 |
T 73/1 |
چگالي شار در هسته |
|
مس |
نوار Bi-2223/Ag |
هادي |
|
163 / 489 |
163 / 489 |
تعداد دورها |
|
M 443 / M 1653 |
M 30150 / M 34021 |
طول سيم |
|
روغن |
نيتروژن مايع |
سيستم خنک کنندگي سيم پيچ |
|
--------------------- |
T 27/0 |
ميدان فاصله هوايي |
|
روغن |
------------------ |
سيستم خنک کنندگي هسته |
با توجه به پارامترهاي بالا ، ترانسفورماتور روغني و ترانسفورماتور HTS در جدول (3) مقايسه شده اند . چگالي شار در هسته داراي مقدار T 73/1 براي هر دو ترانس است . اندازه پنجره هسته در ترانسفورماتور HTS حدود 15% کوچکتر از يک ترانس معمولي است . وزن هسته ترانسفورماتور HTS حدود 15% سبک تر از يک ترانس معمولي است . بازده ترانسفورماتور HTS 91/99 % است که حدود 3/0% بزرگتر از يک ترانسفورماتور معمولي است .
جدول(3) . مقايسه ترانسفورماتورهاي مورد مطالعه
|
ترانسفورماتور HTS |
ترانسفورماتور روغني معمولي |
|
|
mm 20 * 1950 |
mm 550 * 2600 |
ابعاد پنجره(W *H ) |
|
T 73/1 |
T 73/1 |
چگالي شار در هسته آهني |
|
V 135 |
V 135 |
ولتاژ يک دور |
|
5/7% |
5/7% |
IX % |
|
t 5/32 |
t 0/37 |
وزن هسته |
|
KW 90 |
KW 380 |
تلفات |
|
91/99% |
62/99% |
بازده |
وضعيت بازار ترانسفورماتورهاي HTS
ورود مواد HTS چشم اندازهاي زيادي را براي کاربردهاي عملي ابررسانا باز کرده است . جدول(4) وضعيت بازار ترانسفورماتور را نشان مي دهد. اين جدول توسط Dr.L.R.Lawrence,Jr به سفارش دفتر بازدهي انرژي و انرژي تجديد پذير وزارت انرژي آمريکا 2 تهيه شده است . همانطور که از جدول(4) بر مي آيد ، تا ده سال آينده (2005) نيمي از ترانسفورماتورهاي موجود از نوع HTS و تا سال 2020 ، 76 درصد از ترانسفورماتورهاي بازار ، متعلق به ترانسفورماتورهاي HTS خواهد بود.ميزان سود ساليانه ناشي از استفاده از اين نوع ترانسفورماتورها نيز به 20/809 ميليون دلار در سال 2020 خواهد رسيد.
*************************
نتيجه گيري:
ورود مواد HTS چشم اندازهاي زيادي براي کاربردهاي عملي ابررسانا باز کرده است . کلافهاي ابررسانا براي ترانسفورماتورهاي قدرت و ترانسفورماتورهاي انتقال صرفه جويي هاي عمده اي در انرژي را ايجاد مي کند و هزينه هايي را که در مدت طول عمر براي توليد کنندگان برق يا شرکتهاي راه آهن به وجود مي آيد، کاهش مي دهد . ساير مزاياي چشمگير ترانسفورماتورهاي ابررسانا عبارتند از :
1- اضافه بارها را بدون کاهش طول عمري که بوسيله آسيب هاي حرارتي ايجاد مي شود ، سپري مي کنند.
2- خطرات آتش سوزي و زيست محيطي به جهت حذف روغن عايق کننده کاهش مي يابد.
3-وزن ترانسفورماتورها کاهش مي يابدو ابعاد آنها فشرده تر مي شود.
آمار نشان مي دهد که ترانسفورماتورهاي HTs به عنوان نسل جديدي از ترانسفورماتورها در آينده نقش اساسي اي را در صنعت برق ايفاء خواهند کرد . لذا شناخت، بررسي و ساخت اين نوع ترانسفورماتورها در کشور امري ضروري و اجتناب ناپذير به نظر مي رسد .
مراجع:
1.مقالات تازه هاي صنعت برق ، شماره 5
پانزدهم بهمن 1384
سلام به همه
امروز۱۵/۱۱/۸۴

براي بالا رفتن كيفيت برق تحويلي و ايجاد انگيزه براي بهينهسازي، بايد در عرصه توليد رقابت ايجاد شود تا ابتدا به قيمتهاي رقابتي دست پيدا كرده و سپس قيمت بازار به قيمتهاي حقيقي نزديك شود. اين عمل با خصوصيسازي توليد كه هماكنون در حال پيادهسازي است، قابل تحقق است. ايجاد بورس برق نيز به عنوان يكي از راهكارها براي اين مسئله پيشنهاد ميشود. در بورس برق، مصرفكنندگان عمدهي برق كه در ايران شركتهاي توزيع انرژي الكتريكي هستند ميتوانند از هر يك توليدكنندگان برق كه تمايل داشتند، برق خود را خريداري نمايند؛ در نتيجه شاهد يك بازار رقابتي براي خريد و فروش خواهيم بود. اما چالشهاي فراواني پيش روي اين مساله قرار دارد که ميتوان تعدادي از آنها را به اين صورت برشمرد:
در حال حاضر شرکتهاي توزيع داراي وضعيت مبهم و نامشخصي هستند و دولتي يا خصوصي بودن اين شرکتها مشخص نيست. در حال حاضر حق استخدام و مالکيت اموال شركتهاي توزيع به صورت کامل در اختيار شركتهاي برق منطقهاي است و حتي موارد جزيي مانند پرداخت اضافهکار نيز تنها پس از تاييد آنها قابل پرداخت است.
يك سوال اساسي اين است كه چرا انگيزه كافي براي بهينهسازي و كاهش تلفات در شركتهاي برق منطقهاي و شركتهاي توزيع وجود ندارد؟ شركتهاي توزيع وظيفه نظارت و تحويل برق به مصرفكننده از طريق شبكههاي توزيع را بر عهده دارند و طبق مصوبات توانير بايد به ازاي انرژي الكتريكي كه ميفروشند، كاركرد دريافت كنند. طبق اين مصوبه هر چه مصرف مصرفكننده بيشتر باشد، درآمد شركتهاي توزيع بيشتر خواهد شد و مسلماً انگيزهاي براي بهينهسازي در بخش توزيع وجود نخواهد داشت. از طرف ديگر پول برق پرداختي از طرف مصرفكننده به شركت برق منطقهاي پرداخت ميشود نه شركتهاي توزيع، در حالي كه اگر منافع حاصل از بهينهسازي مصرف انرژي به شركتهاي توزيع برسد، مسلماً انگيزه بيشتري براي بهينهسازي مصرف انرژي خواهند داشت. به عنوان يك راهكار، شركتهاي برق منطقهاي ميتوانند برق را از شبكه فوق توزيع همراه با تلفات آن به شركتهاي توزيع بفروشند و مصرفكننده برق نيز به صورت مستقيم مبلغ انرژي مصرفي را به حساب شركت توزيع واريز نمايد. به اين ترتيب شركتهاي توزيع براي تلفات شبكه خود هزينه خواهند پرداخت و انگيزه كافي براي شركتهاي توزيع در جهت صرفهجويي انرژي و كاهش تلفات به وجود ميآيد.
با توجه به آمار سال 1380، شركت توانير براي چندمين سال پياپي زيان داشته است. درحاليكه مشخص نيست چگونه اين بنگاه اقتصادي با وجود ضرردهي سالانه هنوز دچار ورشكستگي نشده است؟ آيا يارانههاي دولتي باعث ماندگاري آن شده است و يا استمهال وامهايي كه شركت توانير در سالهاي گذشته براي اجراي طرحهاي خود گرفته و هر سال زمان پرداخت آن را به تعويق مياندازد، سبب شده اين شركت هنوز دچار ورشكستگي نشود؟ ميزان دقيق اين يارانهها چقدربوده و عملكرد شركت توانير در سود و زيان آن چه ميزان تاثير داشته است؟ نتيجه آنكه تا حسابهاي مالي شركت توانير و ميزان دقيق يارانه دريافتي آن مشخص نشود، نميتوان اثرات هزينه تلفات را در حساب سالانه شركت توانير مشخص نمود و در نتيجه امكان اعمال سياستهاي اقتصادي تنبيهي و تشويقي براي كاهش تلفات وجود ندارد. 

