پروژهای دانشگاهی

بررسي و امكان سنجي در طراحي ترانسفورماتورهاي ولتاژ نوري و مقايسه آن با ترانسهاي معمولي 130ص

مقدمه 6

2-1 مقدمه 10

2-2- معرفي ترانسفورماتورهاي اندازه گيري 11

2-3  ترانسفورماتورهاي ولتاژ و انواع آن 12

2-3-1  ترانسفور ماتور ولتاژ القايي 12

2-3-2  ترانسفورماتور ولتاژ خازني (CVT ) 12

2-4 مسايل جنبي ترانسفورماتورهاي ولتاژ 14

2-4-1 ضريب ولتاژ 14

2-4-2 آلودگي 15

2-4-3  ظرفيت پراكندگي 15

3-1 مقدمه 17

3-2 ماهيت نور 18

3-3 بررسي نور پلاريز ه شده 18

3-3-1  نور پلاريزه شده خطي 20

3-3-2  نورپلاريزه شده دايره اي 20

3-3-3  نورپلاريزه شده بيضوي 21

3-4 پديده دو شكستي 22

3-5  فعاليت نوري 23

3-6 اثرهاي نوري القائي 25

3-6-1 اثر فارادي 25

3-6-2  اثر كر 27

3-6-3  اثر پاكلز 28

3-7  معرفي المانهاي مهم نوري 30

3-7- 1 منابع نور 31

3-7-2 تار نوري 31

3-7-3  قطبشگر 32

3-7-4  تيغه ربع موج و نيمه موج 33

3-7-5  آشكار سازي نور 33

بررسي ترانسهاي ولتاژ نوري 37

4-1 مقدمه 37

4-2  OPT براساس اثر كر 37

4-3 OPT  بر اساس اثر پاكلز 40

4-3- 1  اصول كار OPT 40

4-3-2  سيستم مدولاسيون شدت نور در OPT 41

4-3-3  مدار پردازش سيگنال در OPT 43

4-2-4  مواد سازنده سلول پاكلز 44

4-4  مشخصات OPT 45

4-4-1  مشخصه خروجي OPT 46

4-4-2 مشخصه حرارتي OPT 48

4-5  مسئل عملي OPT 50

4-6  بررسي مدار پردازش سيگنال در OCT 51

4-6- 1 مدار پردازش سيگنال بر اساس روش AC/DC 51

4-6-2  مدار پردازش سيگنال به روش +/- 52

4-6-3  مدار پردازش سيگنال با استفاده از متوسط شدت نور 53

فصل پنجم 56

5-1 مقدمه 56

5-2- مزايا 57

5-3- تحليل نوع تجاري 60

5-3-1 هزينه‌هاي سرمايه پست و هزينه‌هاي ساخت 60

5-3-2  بازده كارآيي عملكرد 62

5-3-3  صرفه‌جويي‌هاي نگهداري و تعميرات 67

نسبت دور قابل انتخاب خريدار منجر مي‌شود به : 68

5-3-4  صرفه‌جويي‌هاي مصرف دوره نهايي  69

5-3-5  مثال عملكرد IPP، MW600 در KV230 69

5-4  نتيجه‌گيري 70

فصل ششم 71

6-1 مقدمه 71

6-2  مشكلات و معايب ترانسفورماتورهاي اندازه گيري معمولي 72

6-2-1  احتمال انفجار 72

6-2-2  اشباع شدن هسته ترانسفورماتور 72

6-2-3 اثر فرورزونانس 74

6-2-3-1  ترانسفورماتورهاي ولتاژ خازني 74

6-2-3-2 ترانسفورماتورهاي جريان و ولتاژ القايي 75

6-2-4  شار پس ماند 75

6-2-5  وزن و حجم زياد 76

6-2-6 محدود بودن دقت آنها 77

6-3  مزاياي ترانسفورماتورهاي اندازه گيري نوري 77

6-3-1 عدم احتمال انفجار 78

6-3-2  عدم ايجاد پديده فرورزونانس در آنها 78

6-3-3 بدون اثر شار پس ماند 78

6-3-4  وزن و حجم كم 78

6-3-5 داشتن دقت بالا 79

6-3-6  داشتن سرعت پاسخ دهي بالا 80

6-4  كاربردهاي عملي ترانسفورماتورهاي اندازه گيري نوري 80

6-5 نتيجه گيري 81

6-6 پيشنهادات 83

7-1 مبدل ولتاژ نوري KV 230 توسط سنسور نوري پخش ميدان الكتريكي 86

7-1-1 مقدمه 86

7-1-2 طرح OVT : 87

7-1-3  برپايي آزمايش: 90

7-2 مبدل‌هاي ولتاژ نوري بدون   باند پهن 138 كيلوولت و 345 كيلوولت 95

7-2-1 مقدمه: 95

7-2-2  اصول طرح و كاركرد 96

7-2-3  نتايج تست‌هاي آزمايشگاهي ولتاژ بالا: 98

7-2-3-1 بازدهي در مورد دقت 98

B- عايق‌كاري 103

7-3 ترانس اندازه‌گيري ولتاژ فشار قوي نوري توسط تداخل نسبي نور سفيد 105

7-3-1 مقدمه 105

7-3-2  سنسور پاكلز فشار قوي و ترانسفورماتور ولتاژ نوري بر پايه سيستم WLI 106

الف- مدولاتورهاي الكترونوري در تنظيمات طولي 106

ب- سنسورهاي پاكلز ولتاژ بالا بر اساس مدولاسيون طولي : 108

ج - تكنيك WLI اعمالي براي سنسورهاي پاكلز ولتاژ بالا جهت ساخت يك ترانسفورماتور نوري ولتاژ بالا : 110

د- ترانسفورماتور ولتاژ بالا نوري با استفاده از تنظيمات WLI 113

7-4  نتايج تجربي 115

7-5 نتيجه‌گري 117

ضميمه 1:                            تحليل ماتريس پلاريزاسيون نور 120

1ـ بردار جونز 120

2ـ پارامترهاي استوكس 121

3- ماتريسهاي جونز 123

4- ماتريسهاي مولر 123

5ـ معرفي ماتريسهاي فارادي، كروپاكلز 125

ضميمه 2: جدول استاندارد ترانسفور ماتور ولتاژ 126

مقدمه

       انرژي الكتريكي به وسيله نيروگاههاي حرارتي كه معمولاً در كنار ذخاير بزرگ ايجاد مي شوند و نيروگاههاي آبي كه در نواحي داراي منابع آبي قابل ملاحظه احداث مي شوند ، توليد مي شود . از اين رو به منظور انتقال آن به نواحي صنعتي كه ممكن است صدها و هزاران كيلومتر دورتر از نيروگاه باشد ، خطوط انتقال زيادي بين نيروگاهها و مصرف كننده ها لازم است .

       در هنگام جاري شدن جريان در طول يك خط انتقال مقداري از قدرت انتقالي به صورت حرارت در هاديهاي خط انتقال تلف مي شود . اين تلفات با افزايش جريان و مقاومت خط افزايش مي يابد .تلاش براي كاهش تلفات تنها از طريق كاهش مقاومت ، به صرفه اقتصادي نيست زيرا لازم است افزايش اساسي در سطح مقطع هاديها داده شود و اين مستلزم مصرف مقدار زيادي فلزات غير آهني است .

       ترانسفورماتور براي كاهش توان تلف شده و مصرف فلزات غير آهني بكار مي رود . ترانسفورماتور در حاليكه توان انتقالي را تغيير نمي دهد با افزايش ولتاژ ، جريان و تلفاتي كه متناسب با توان دوم جريان است را با شيب زياد كاهش مي دهد .

       در ابتداي خط انتقال قدرت ، ولتاژ توسط ترانسفورماتور افزاينده افزايش مي يابد و در انتهاي خط انتقال توسط ترانسفورماتور كاهنده به مقادير مناسب براي مصرف كننده ها پايين آورده مي شود و به وسيله ترانسفورماتور هاي توزيع پخش مي شود .

       امروزه ترانسفورماتور هاي قدرت ، در مهندسي قدرت نقش اول را بازي مي كنند . به عبارت ديگر ترانسفورماتور ها در تغذيه شبكه هاي قدرت كه به منظور انتقال توان در فواصل زياد به كار گرفته مي شوند و توان را بين مصرف كننده ها توزيع مي كنند ، ولتاژ را افزايش يا كاهش مي دهند . به علاوه ترانسفورماتور هاي قدرت به خاطر ظرفيت و ولتاژ كاري بالايي كه دارند مورد توجه قرار مي گيرند .

       تامين شبكه هاي 220 كيلو ولت و بالاتر موجب كاربرد وسيع اتو ترانسفورماتور ها شده است كه دو سيم پيچ يا بيشتر از نظر هدايت الكتريكي متصلند ، به طوريكه مقداري از سيم پيچ در مدارات اوليه و ثانويه مشترك است .

       در پستهاي فشارقوي به دو منظور اساسي اندازه گيري و حفاظت ، به اطلاع از وضعيت كميت هاي الكتريكي ولتاژ و جريان احتياج است . ولي از آنجا كه مقادير كميت هاي مذبور در پستها و خطوط فشارقوي بسيار زياد است و دسترسي مستقيم به آنها نه اقتصادي بوده و نه عملي است  ، لذا از ترانسفورماتور هاي جريان و ولتاژ استفاده مي شود . ثانويه اين ترانسفورماتور ها نمونه هايي با مقياس كم از كميت هاي مزبور كه تا حد بسيار بالايي تمام ويژگيهاي كميت اصلي را داراست ، در اختيار مي گذارد ، و كليه دستگاههاي اندازه گيري ، حفاظت و كنترل مانند ولتمتر ، آمپرمتر ، توان سنج ، رله ها دستگاههاي ثبات خطاها و وقايع و غيره كه براي ولتاژ و جريان هاي پايين ساخته مي شوند از طريق آنها به كميت هاي مورد نظر در پست دست مي يابند . بنابراين ترانسفورماتور هاي جريان و ولتاژ از يك طرف يك وسيله فشار قوي بوده و بنابراين مي بايستي هماهنگ با ساير تجهيزات فشار قوي انتخاب شوند  و از طرف ديگر به تجهيزات فشار ضعيف پست ارتباط دارند ، لذا لازم است مشخصات فني آنها بطور هماهنگ با تجهيزات حفاظت ، كنترل و اندازه گيري انتخاب شوند .

        ترانسفورماتور جريان حفاظتي جهت بدست آوردن جريان عبوري از خط انتقال يا تجهيزات ديگر در شبكه قدرت در مقياس پايين تر به كار مي روند و سيم پيچي اوليه آن بطور سري در مدار قرار مي گيرد . تفاوت آن با ترانسفورماتور اندازه گيري آن است كه قابليت آن را دارد كه جريانهاي خيلي زياد را به جريان كم قابل استفاده در رله ها تبديل كند. از آنجا كه در اختيار گذاشتن جريان به طور مستقيم در ولتاژ هاي بالا ميسر نيست ، و از طرفي چنانچه امكان بدست اوردن ان نيز باشد ، ساخت وسايل حفاظتي كه در جريان زياد كاركنند به لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست لذا اين عمل عمدتاً توسط ترانسفورماتور هاي جريان انجام مي شود . همچنين ترانسفورماتور جريان بايد طوري انتخاب شود كه هم در حالت عادي شبكه و هم در حالت اتصال كوتاه ئ ايجاد خطا بتواند جريان ثانويه لازم و مجاز براي دستگاههاي حفاظتي تامين كند .

       ترانسفورماتور ولتاژ حفاظتي ترانسفورماتور هايي هستند كه در آن ولتاژ ثانويه متناسب و هم فاز با اوليه بوده و به منظور افزايش درجه بندي اندازه گيري ولتمتر ها ، واتمترها و نيز به منظور ايزولاسيون اين وسايل از ولتاژ فشار قوي بكار برده مي شود . همچنين از ثانويه ترانسفورماتور ولتاژ براي رله هاي حفاظتي كه هب ولتاژ نياز دارند نظير رلههاي ديستانس ، واتمتري و… استفاده مي شود . اين ترانسفورماتور از نظر ساختمان به دو نوع تقسيم مي شود كه عبارتند از :

         الف- ترانسفورماتور ولتاژاندكتيوي

         ب- ترانسفورماتور ولتاژ خازني

    همچنين اين نوع ترانسفورماتور ها سد عايقي ايجاد مي كنند به طوريكه رله هايي كه براي حفاظت تجهيزات فشار قوي استفاده مي شود ، فقط نياز دارند براي يك ولتاژ نامي 600 ولت عايق بندي شوند .

    ترانسفورماتور هاي اندازه گيري : در بيشتر مدارهاي قدرت ، ولتاژ و جريانها بسيار زيادتر از آنستكه بشود با دستگاههاي اندازه گيري معمولي اندازه گرفت . از اين رو ترانسهاي اندازه گيري بين اين مدارها و وسايل اندازه گيري قرار مي گيرند تا ايمني ايجاد كنند . در ضمن مقدير اندزه گيري شده در ثانويه ، معمولاً براي سيم پيچ هاي جريان A 1يا A 5 و براي سيم پيچ هاي ولتاژ 120 ولت است . رفتار ترانسفورماتور هاي ولتاژ و جريان در طول مدت رخداد خطا و پس از آن در حفاظت الكتريكي ، حساس و مهم است زيرا اگر در اثر رفتار نا مناسب در سيگنال حفاظتي ، خطايي رخ دهد ، ممكن است باعث عملكرد نادرست رله هل شود . يك ترانسفورماتور حفاظتي نياز است كه در يك محدوده اي از جريان كه چندين برابر جريان نامي است كار كند و اغلب در معرض شرايطي قرار دارد كه بسيار سنگين تر از شرايطي است كه ممكن است ترانسفورماتور جريان اندازه گيري با آن مواجهه شود . تحت چنين شرايطي چگالي شار تا وضعيت اشباع پيشرفت مي كند كه پاسخ، تحت اين شرايط و دوره گذراي اندازه گيري اوليه جريان اتصال كوتاه مهم است ، در نتيجه به هنگام گزينش ترانسفورماتور هاي ولتاژ يا جريان مناسب ، مسائلي مانند دورة گذرا و اشباع نيز بايد در نظر گرفته شود .