صفحات خورشیدی

بسمه تعالی

عنوان

صفحات خورشیدی

گرداورنده

امیرحسین صادقی

http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

http://[e-mail]

چکیده

ما یک مدل رقابتی را در صنعت صفحات خورشیدی توسعه داده‌ایم.شرکتهای مربوط به این صفحات ، صفحات خورشیدی را تولید میکنند که هم از نظر افقی و هم از نظر عمودی با هم متفاوت هستند، و از نظر کمیتف مشخصات با هم رقابت میکنند. تعادل در مدل با واقعیات مستند شده که شامل تنوع در قیمت، سود حاصل از فروش و سهم بازار در بین شرکتها میشود، مطابقت دارد. ما مدل خود را با استفاده از داده‌های جدید از قیمت، هزینه و ارسال ، در شرکتهای خورشیدی پیشرو و همینطور در 4 بازار پیشگام ، کالیبره کرده‌ایم. مدل کالیبره شده ، برای ارزیابی تاثیر کاهش قیمت پلی‌سیلیکون بر قیمت تعادلی صفحات خورشیدی استفاده شد . پلی‌سیلیکون یک ماده خام کلیدی برای تولید صفحات خورشیدی است.

مقدمه

بخش مربوط به تولید برق ، بزرگترین سهم را در انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد. بیشتر طرحها برای متعادل کردن انتشار گازهای گلخانه‌ای ، به فوتوولتاایک خورشیدی به عنوان یک تکنولوژی تولید برق نگاه میکنند که میتواند بخض قابل توجهی از تولید توسط سوخت فسیلی را با آن جایگزین کرد(ناکی سنوویچ و ریاحی 2002 ؛ بیکر و سولاک 2011؛ لوییس و نوسرا 2006) . با این حال در حال حاضر ، برق حاصل از فوتوولتاایک خورشیدی ، بخش کوچکی از برق جهان را تامین میکند. هزینه‌ی تولید برق با استفاده از سیستمهای PV خورشیدی ، در طول زمان کاهش پیدا کرده است. عامل اصلی این کاهش قیمت ، بدلیل کاهش قیمت مداوم صفحات خورشیدی به عنوان مولفه‌ی اصلی در سیستمهای PV بوده است(که به آن مدول خورشیدی هم گفته میشود.). این کاهشها، باعث شده است که قیمت برق خورشیدی تولید شده به قیمت برق تولیدی از منابع معمول ، نزدیکتر شود ، اما با این حال همچنان فاصله‌ای میان این دو قیمت وجود دارد.

بررسیهای گسترده‌ای در تحقیقات مختلف از عوامل کاهش قیمت مدول خورشیدی انجام گرفته است. بیشتر مطالعات موجود براساس منحنیهای یادگیری انجام میگیرد ، که به برونیابی قیمت مدول خورشیدی در برابر حجم تولید ورای انچه قابل مشاهده هست میپردازد(برای مثال سوانسون 2006 ، و شافر 2004 را ببینید) .مطالعات دیگری هم مانند آنچه نمت (2006) و بروتون(2002) انجام دادن وجود دارد، که در این مطالعات آنها به سهم عوامل مختلف مانند ابعاد تاسیسات و بازده مدول در کاهش قیمت مدول خورشیدی پرداختند. مدلهای دارای منحنی یادگیری و همچنین مدلهایی مانند مدل نمت(2006) برای توضیح نحوه‌ی تاثیر عوامل مختلف بر قیمت مناسب هستند. استفاده از این مدلها در پیش‌بینی تغییر در قیمت ، به طور کلی بر این فرض قرار دارد که ، تغییر در قیمت ، به تغییر یکسان در هزینه ترجمه خواهد شد. اگر صنعت مدول خورشیدی ، در حالت رقابتی کامل بود ، که در آن قیمت مدولهای خورشیدی نزدیک هزینه‌ی تولید آنها میبود، آنگاه هرگونه کاهش در هزینه ، منجر به همان مقدار کاهش در قیمت میشد. اما صنعت مدولهای خورشیدی ، در حالت رقابتی کامل نیست. همانطور که در بخش 2 مستند شده است ، تفاوتهایی در قیمتها، اختلاف بین قیمت و هزینه ، و سهم بازار در شرکتهای مختلف در این صنعت وجود دارد، که همه‌ی اینها نشانگر انحراف از فرض حالت رقابتی کامل است. در شرایط نیمه‌رقابتی ، تاثیر قیمت از تغییر در هزینه ، به نحوه‌ی واکنش شرکتها به تغییر در هزینه بستگی دارد. استفاد از قیمت به جای هزینه  در مدلهای منحنی یادگیری و در مدل نمت(2006) ، یک ساده سازی کاربردی را ارائه میدهد ، اما نادیده گرفتن  نقش رقابت در  بین شرکتها در تعیین قیمت تعادلی بدون عواقب نیست. برای مثال نمت(2006) دریافت که تغییر در عواملی که بر هزینه‌ تاثیر می‌گذارند ، تنها میتواند بخشی از تغییر در قیمت مدولهای خورشیدی را در سالهای مورد مطالعه‌ی او توضیح دهد. او بیان میکند که در میزان رقابت در آن سالها افزایش وجود داشد، که میتواند به طور نسبی سهمی در تغییرات جزئی در قیمت در اثر تغییر در هزینه داشته باشد. هدف از این مقاله این است که مدلی را ارائه دهد که به روشنی در آن از میزان رقابت استفاده شده باشد و بتوان از آن برای ارزیابی نحوه‌ی تاثیر تغییرات هزینه در قیمت استفاده کرد.

در بخش 2 ما سه مشاهده تجربی را بیان میکنیم که به خصیصه‌های برجسته‌ی رقابت در این صنعت میپردازد. در بخش 3 ما مدلی را ارائه میدهیم که با این مشاهدات مطابقت دارد. این مدل یک تابع تقاضا را برا مدول خورشیدی ارائه میدهد ، که در آن رفتار شرکتهای تاسیسات الکتریکی ، تولید کنندگان برق، و تولید کنندگان مدول خورشیدی را به حساب می‌آورد. شرکتهای تاسیسات الکتریک ، که برق را به مصرف کننده میرسانند(یا به شکل مستقیم و یا از طریق شرکتهای توزیع محلی) ، برق را از تولید کنندگان برق خورشیدی خریداری میکنند، که این تولید کنندگان میتوانند خانه‌های فردی، و یا شرکتهای تجاری تولید برق خورشیدی باشند.این تولید کنندگان برق خورشیدی ، خود مدولهای خورشیدی را از تولید کنندگان مدول خورشیدی خریداری میکنند. مدولهای خورشیدی که توسط کارخانه‌های مختلف تولید میشود از نظر افقی و قائم با هم متفاوت هستند.کارخانه‌های مدول با تعیین تعداد با یکدیگر به رقابت میپردازند و ما معادلاتی را ارائه میدهیم که میتوان از آنها برای محاسبه‌ی قیمتهای تعادلی، اختلاف بین هزینه و قیمت، و سهم بازار در این مدل کورنات ، استفاده کرد .

این مدل را میتوان برای به حساب آوردن دیگر خصیصه‌های صنعت خورشیدی ، بسط داد ، و بخش 4 برخی از این بسطها را توضیح میدهد. به حساب آوردن قیمتهای بدون مدول (تعادل در سیستم) به راهبردهای تعادلی درشرکتهای مدول تاثیر ندارد اما قیمت برق خورشیدی تولید شده را افزایش میدهد. تاثیر اختلاف در قرار گرفتن تحت نور آفتاب(شدت نور خورشید) را میتوان به سادگی در این مدل به حساب آورد. در نهایت مدل را میتوان برای تعیین تاثیر تغییر در میزان استفاده از عوامل مختلف تولید بر قیمت مدولهای خورشیدی بسط داد.این بسطها را میتوان برای بررسی تاثیر کاهش هزینه‌ی تعادل در سیستم، تاثیر تفاوت در میزان شدت نور جذبی، و تاثیر اصلاحات تکنولوژی مانند کاهش مواد خام لازم، بر قیمت تعادلی مدولهای خورشیدی و برق تولیدی از مدولهای خورشیدی استفاده کرد.داده‌های لازم برای کالیبره کردن مدل پایه که در بخش 3 توضیح داده میشود را میتوان از منابع در دسترس عموم بدست آورد ، همانطور که در بخش 5 توضیح داده شده است. .

در بخش 6 ما از این مدل کالیبره شده برای تعیین قیمت پلی‌سیلیکون استفاده میکنیم، که یک ماده‌ی خام کلیدی در تولید مدولهای خورشیدی است که قیمت آن در چند سال گذشته رو به کاهش بوده است و تحلیلگران کاهش بیشتر را هم در قیمت این ماده‌ی اولیه انتظار دارند. ما از مدل برای ارزیابی تاثیر کاهش قیمت پلی‌سیلیکون بر قیمت مدولهای خورشیدی استفاده میکنیم. شبیهسازیهای جایگزین برای  ارزیابی کاهش قیمت پلی‌سیلیکون ، در شرایطی که رقابت بین شرکتها در اثر استاندارسازی مدولها و یا تفاوت بیشتر برق خورشیدی از منابع دیگر  تشدید شود ، انجام خواهد گرفت.

ما با توصیفی مجمل از صنعت مدول خورشیدی دربخش بعد شروع میکنیم.

2. صنعت مدول خورشیدی

صنعت مدول خورشیدی شامل تعدادی شرکت میشود که در کشورهای مختلف قرار دارند. خروجی شرکت به صورت میزان وات خروجی از مدول خورشیدی تولیدی تعیین میشود. در سال 2011 ، صنعت مدول خورشیدی ، 28000 MW برق از مدول خورشیدی تولید کرده است. برخلاف مشاهدات سطحی  مبنی بر اینکه مدولهای خورشیدی ، محصولاتی استاندارد و یکسان هستند، مدولهای خورشیدی تولید شده در شرکتهای مختلف ، در بسیاری از جوانب با هم تفاوت دارند. یکی از این تفاوتهای عمده در بازده آنها در تبدیل نور خورشید به برق است. هرچقدر این بازده بیشتر باشد ، به مدول کوچکتری برای تولید میزان برق یکسان نیاز است که این مساله به صورت هزینه‌های کمتر در تجهیزات مورد نیاز در روی بام و یا زمین خود را نشان میدهد. بنابراین بازده بیشتر به اشکال مختلف دارای ارزش است، و ما این مساله را به این صورت که مدولهای خورشیدی از نظر قائم  در بازده با یکدیگر تفاوت دارند میبینیم.حتی بعد از تنظیم میزان بازده در مدولها ، همچنان در قیمت هر وات تولید توسط کارخانه‌ها پراکندگی وجود دارد.

 

علاوه بر بازده ، مدولهای فروخته شده از طرف شرکتهای مختلف ، دارای تفاوتهای تکنیکی و همچنین تجاری ، مانند میزان مدت تضمین هستند. همچنین ، شرکتها در میزان دسترسی به کانالهای توزیع و بازاریابی ، که اهمیت زیادی در فروش مدولهای خورشیدی دارند ، با یکدیگر متفاوت هستند. این تفاوت در خصوصیات ، به همراه پراکندگی در قیمت تنظیم شده بر اساس بازده همانطور که درشکل 1 دیده میشود، اینگونه پیشنهاد میکند که مدل مناسب برای شرکتهای این حوزه‌، مدل رقابت تک قطبی در این صنعت میباشد. با این حال در مقابل مدل رقابت تک‌قطبی  معروف دیکسیت واستیگلیتز(1977) ، یک پراکندگی در سود کارخانجات این صنعت وجود دارد. شکل 2 سودهای شرکتها را درمقابل سهم بازاد نشان میدهد.

همانطور که میتوان از شکل دید، کارخانه‌های بزرگتر ، دارای سود بیشتری هستند، همانطور که مدل کورنات این مساله‌ را بیان میکند، همینطور ، انحرافاتی از روابط خطی وجود دارد. مشاهدات بالا را میتوان در 3 واقعیت سبکی خلاصه کرد.

1)     پراکندی در قیمتهای تنظیم شده براساس بازده بین شرکتها وجود دارد.

2)     پراکندگی در سود بین شرکتها وجود دارد

3)     شرکتهای بزرگتر دارای سود بیشتری هستند.

بخش بعد ، مدلی را از صنعت مدول خورشیدی توسعه میدهد که با سه مشاهده‌ی بالا سازگار است.

 

3. مدل

مدل ما ، اصلاح شده‌ی مدل ارائه شده توسط اسمیت و ونبلز (1988) و آتکسون و بورستین(2008) است . ما این مدل را در گامهای مختلفی توسعه دادیم ، و با تعیین میزان تقاضا برای مدول خورشیدی شروع کردیم.

3.1 تقاضا

صنعت برق شامل 3 بخش که به صورت قائم به هم مربوط هستند ، است. بالاتر از همه ، شرکتهای برق هستند که برق را به مشتریان نهایی میفروشند. در سطح بعد ، تولیدکنندگان برق وجود دارند (که شامل تولیدکنندگان برق خورشیدی هم میشود) که مالک تاسیسات برق هستند وبرقی که را که به شرکتهای توزیع میفروشند، تولید میکنند. در سطح پایینی ، شرکتهای مربوط به تجهیزات قرار دارند، مانند شرکتهای مدول خورشیدی ، که تجهیزاتی را تولید میکنند که توسط تولید کنندگان برق برای تولید برق استفاده میشود. تقاضا برای برق خورشیدی ، و درنتیجه مدولهای خورشیدی ، اساسا توسط سیاستهای حکومتی تعیین میشود، که این سیاستها در کشورها مختلف با هم تفاوت دارد. در بسیاری از کشورهای اروپایی(آلمان، ایتالیا، اسپانیا، فرانسه، و چکسلواکی ) دولت ، شرکتهای توزیع برق را الزام به خرید برق خورشیدی با قیمت تضمینی میکند. از طرف دیگردر بسیاری از ایالات آمریکا ، تقاضا برای مدولهای خورشیدی ، از استاندارد داراییهای تجدیدپذیر(RPS) ناشی میشود که شرکتهای توزیع برق را اجبار به خرید بخشی از برق خود از منابع تجدید پذیر میکند. شرکتهای توزیع برق ، میزانی از الکتریسه را از منبع خورشیدی انتخاب میکنند ، که هزینه‌های آنها را کمینه کند.

در اینجا QS ، مقدار برقی است که توزیع کننده از تولید کننده‌ی برق خریداری میکند، Qc میزان برقی است که آنها از منابع غیر خورشیدی خریداری میکنند، Q ، کل برقی است که توزیع کننده از تولید کننده خریداری میکند، Ps ، قیمت برق خورشیدی است، Pc ، قیمت برق ناشی از منابع دیگر است. η ، میزان ارتجاعی بودن ناشی از تعویض برق خورشیدی با برق ناشی از منابع دیگر است.

.

تولید کنندگان برق خورشیدی ، که سطح دوم را در صنعت برق دارند، میتوانند خانه‌های شخصی باشند که صفحات خورشیدی را بر سقف خانه‌هایشان قرار داده‌اند و یا شرکتهایی باشند که برق خورشیدی را از تعداد زیادی از این خانه‌ها خریداری میکنند و به توزیع کننده میفروشند. ما این را به صورت بخش رقابتی مدل میکنیم، و شرکتها از این بخش هیچ سودی نمیبرند. هر تولید کنند‌ه‌ی برق خورشیدی ، این مدولهای خورشیدی را خریداری میکند ، که ما آن را به صورت محصول متایز مدل میکنیم، و از این مدولها برای تولید برق استفاده میکند. همانطرو که در بخش 2 بیان شد ، شرکتها از نظر قائم بدلیل تفاوت در بازده مدولهایی که میفروشند، متمایز هستند. برای در نظر گرفتن این تمایز ، ما واحداهای تنظیم شده براساس بازده را مدولهای خورشیدی استفاده شده توسط تولید کنندگان برق ، در نظر گرفته‌ایم. برای این کار از تابع تولید برای تولیدکنندگان برق خورشیدی استفاده کرده‌ایم.

در اینجا qj ، تعداد مدولها از تولیدکننده‌ی j است ، ej بازده مدولهای تولیدی توسط تولیدگننده‌ی j است، و ρ میزان ارتجاعی بودن ، جایگزینی بین انواع مختلف مدولها را نشان میدهد. ما این فرض معقول را انجام میدهیم که > η>1 ρ است ، برای مثال ارتجاعیت جایگزینی بین برق خورشیدی و برق تولید شده از منبع دیگر کمتر از ارتجاعیت جایگزینی بین انواع مختلف مدولها است.

 4. بسط مدل

مدل پایه‌ای از صنعت صفحات خورشیدی که در بخش 3  توضیح داده شد را میتوان بسط داد تا دیگر خصیصه‌های این صنعت را بدست آورد.

4.1 تعادل بین هزینه‌ی سیتسم و میزان در تابش خورشید

مدولهای خورشیدی که در این مدل مد نظر هستند، تشکیل دهنده‌ی هسته‌ی سیستم تولید برق فوتوولتاایک میباشند. علاوه بر هزینه‌ی سیستم تولید برق خورشیدی ، هزنیه‌ی مولفه‌های الکتریکی ضروری برای اتصال سیستم با شبکه‌ی برق و هزینه‌ی سازه‌های کنترلی برای تعمیر مدولها در بام و یا زمین هم وجود دارند. همچنین هزینه‌های غیر سخت‌افزاری هم وجود دارند «هزینه‌ی نرم»- هزینه‌ی گرفتن مجوز برای نصب سیستم، هزینه‌ی نیروی کار برای نصب سیستم، و غیره.همانطور که هزینه‌ی مدولها کاهش میابد ، هزینه‌های دیگر که معمولا به صورت کلی به آنها هزینه‌ی باقیمانده‌ی سیستم گفته میشود ، تبدیل به بخش عمده‌ای از هزینه‌ی کل سیستم شده‌اند. (فیلدمن و همکاران 2012 ؛ آبودی 2012).  هزینه‌های باقیمانده‌ی سیستم را میتوان به مدل به شکلی ساده اضافه کرد.

مضافا اینکه، علاوه بر خصوصیات مدول خورشیدی، میزان برق تولیدی توسط مدول، به میزان تابش آفتابی که ، مدول در معرض آن قرار دارد مهم بستگی دارد. این عامل را در صنعت با عنوان  insolation میشناسند. این عامل را میتوان با اصلاح تابع تولید در معادله‌ی 2 در مدل گنجاند.

در اینجا فاکتور تابش h ، میزان نرخ توان را به میزان برق واقعی تولیدی تبدیل میکند.

یاداور میشود که میزان فاکتور هزینه‌های باقیمانده سیستم k و میزان فاکتور تابش h در بازارهای مختلف متفاوت است. هزینه‌های باقیمانده‌ی سیستم بستگی به هزینه‌ی نیروی کار ، مجوز و غیره دارد. برای مثال میتوانید به مقاله‌ی سیل وهمکاران (2012) رجوع کنید که در آن به هزینه‌های باقیمانده کمتر در آلمان نسبت به ایالات متحده در سال 2010 پرداخته شده است. به طور مشابه فاکتور تابش هم میتواند در بازارهای مختلف متفاوت باشد، در کشورهای آفتابی مانند اسپانیا، و یا هند که دارای فاکتور h بالاتری نسبت به کشورهایی مانند دانمارک و آلمان هستند. میتوان مدل بالا را برای مناطق خاصی که در آن میزان تابش و هزینه‌های باقیمانده ، در بین تولیدکنندگان مختلف ثابت است ، اعمال کند، با این فرض که هر تولید کننده‌ی مدول با هر منطقه به عنوان یک بازار جداگانه نگاه میکند

امیرحسین صادقی

http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

 

 

آشنایی موتورهای الکتریکی

                                              بسمه تعالی 

                                                    

                                                  عنوان 

                                     آشنایی موتورهای الکتریکی 

 

                                                گرداورنده 

                                            امیرحسین صادقی 

                          http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

مقدمه

یک موتور الکتریکی الکتریسیته رابه حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثرموتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترو استاتیک و اثر پیزوالکتریک کارمی‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. دریک موتور استوانه‌ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد. اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه و بخش ثابت ایستانه (استاتور) خوانده می‌شود. موتور شامل اهنرباهای  الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتوراست که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می توانندبه عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیارساده کیت هایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

موتورهای DC

یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه‌ور بود، می‌شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می‌کرد، سیم حول آهنربا به گردش درمی‌آمد و نشان می‌داد که جریان منجر به افزایش یک میدانمغناطیسی دایره‌ای اطراف سیم می‌شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می‌شود، اما گاه بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می‌شود.

موتور کلاسیک است. یک سوییچ گردشی به نام کوموتاتورجهت جریان DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی الکتریکی را در هرسیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتورDC به  مجموعه‌ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.

سرعت موتوردیسی وابسته به ولتاژ وگشتاور ان وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریانو با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم‌پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژمتغیر، کنترل می‌شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می‌توانددر سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن درکاربردهای کششی نظیرلوکومتیوها استفاده می‌کنند. اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجوددارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبک ها ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می‌کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می‌بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند. نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می‌شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می‌کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نوفه (نویز) الکتریکی در مدار متصل می‌کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می‌روند، با قرار دادنآهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک میرسیم.

موتورهای میدان سیم پیچی شده

آهنرباهای دائم در بیرونی یک موتوردیسی را می توان با  آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می‌توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می‌توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای کشش الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده‌آل است و کاربرد این تکنیک می‌تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیرمکانیکی شود.

موتورهای یونیورسال

یکی از انواع موتورهای DC میدان سیم پیچی شده موتور ینیورسال است. اسم این موتورها از این واقعیت گرفته شده است که این موتورها را می‌توان هم با جریان DC وهم AC بکار برد، اگر چه که اغلب عملاً این موتورها با تغذیه AC کار می‌کنند. اصول کار این موتورها بر این اساس است که وقتی یک موتور  DC میدان سیم پیچی شده به جریان متناوب وصل می‌شود، جریان هم در سیم پیچی میدان و هم در سیم پیچی آرمیچر (و در میدانهای مغناطیسی منتجه) هم‌زمان تغییر می‌کند و بنابراین نیروی مکانیکی ایجاد شده همواره بدون تغییر خواهد بود. در عمل موتور بایستی به صورت خاصی طراحی شود تا با جریان AC سازگاری داشته باشد (امپدانس/راکتانس بایستی مدنظرقرار گیرند) و موتور نهایی عموماً دارای کارایی کمتری  نسبت به یک موتور معادل دیسی خالص خواهد بود.

مزیت این موتورها این است که می‌توان تغذیه ای سی را روی موتورهایی که دارای مشخصه‌های نوعی موتورهای دیسی هستند بکار برد، خصوصاً اینکه این موتورها دارای گشتاور راه اندازی بسیار بالا و طراحی بسیار جمع و جور در سرعتهای بالا هستند. جنبه منفی این موتورها تعمیر و نگهداری و مشکل قابلیت اطمینان آنهاست که به علت وجود کموتاتور ایجاد می‌شود و در نتیجه این موتورها به ندرت در صنایع مشاهده می‌شوند، اما عمومی‌ترین موتورهای AC در دستگاههایی نظیر مخلوط کن و ابزارهای برقی که گاهاً استفاده می‌شوند، هستند.

موتورهای AC تک فاز

معمولترین موتور تک فاز موتور هم‌زمان قطب چاکدار است، که اغلب در دستگاه هایی بکار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند، نظیر پنکه‌های برقی، تندپزها (اجاقهای ماکروویو) و دیگر لوازم خانگی کوچک. نوع دیگر موتورAC تک فاز موتور القایی است، که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس بکار می‌رود. عموماً این موتورها می‌توانند گشتاور راه اندازی بزرگ‌تری را با استفاده از یک سیم پیچ راه انداز به همراه یک خازن راه انداز و یک کلید گریز از مرکز، ایجاد کنند. 

هنگام راه اندازی، خازن و سیم پیچ راه اندازی از طریق یک دسته از کنتاکتهای تحت فشار فنرروی کلید گریز از مرکز دوار، به منبع برق متصل می‌شوند. خازن به افزایش گشتاور راه اندازی موتور کمک می‌کند. هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید، کلید گریز از مرکز فعال شده، دسته کنتاکتها فعال می‌شود، خازن و سیم پیچ راه انداز سری شده را از منبع برق جدا می‌سازد، در این هنگام موتور تنها با سیم پیچ اصلی عمل می‌کند. موتورهای تک فاز از نظر نوع راه اندازی به انواع موتوربا فازشکسته – موتوربا خازن موقت - موتوربا خازن موقت وخازن دائم -موتورانیورسال – موتورباقطب چاکدار تقسیم بندی می‌شوند. در میان موتورهای تک فاز موتور انیورسال که در وسایل خانگی مثل جارو برقی -چرخ گوشت کاربرد دارند از گشتاور و سرعت بالایی برخوردار هستند.

 موتورهای AC سه فاز

 برای کاربردهای نیازمند به توان بالاتر، از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می‌شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان، استفاده می‌کنند. اغلب، روتور شامل تعدادی هادی های مسی است که در فولاد قرار داده شده‌اند. از طریق القای الکترومغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادیها القای جریان می‌کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده و موجب می‌شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید.

این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. برای اینکه این موتور به حرکت درآید بایستی همواره موتور با سرعتی کمتر از بسامد منبع تغذیه اعمالی به موتور، بچرخد، چرا که در غیر این صورت میدان متعادل کننده‌های در روتور ایجاد نخواهد شد. استفاده از این نوع موتور در کاربردهای ترکشن نظیر لوکوموتیوها، که در آن به موتور ترکشن آسنکرون معروف است، روز به روز در حال افزایش است. به سیم پیچهای روتور جریان میدان جدایی اعمال می‌شود تا یک میدان مغناطیسی پیوسته ایجاد شود، که در موتور هم‌زمان وجود دارد، موتور به صورت هم‌زمان با میدان مغناطیسی دوار ناشی از برق AC سه فاز، به گردش در می‌آید. موتورهای هم‌زمان (سنکرون) را می‌توانیم به عنوان مولد جریان هم بکار برد.

سرعت موتور AC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد و مقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین چرخانه و میدان ایستانه، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می‌کند. تغییر سرعت در این نوع از موتورها را می‌توان با داشتن دسته سیم پیچها یا قطبهایی در موتور که با روشن و خاموش کردنشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می‌کند، ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییر دادن بسامد منبع تغذیه، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم.

موتورهای پله‌ای

نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود. یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است.

 موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با رایانه یکی از فرمهای سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند .

موتورهای خطی

یک موتور خطی اساساً یک موتور الکتریکی است که از حالت دوار در آمده تا بجای اینکه یک گشتاور (چرخش) گردشی تولید کند، یک نیروی خطی توسط ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی سیار در طولش، بوجود آورد.

 موتورهای خطی اغلب موتورهای القایی یا پله‌ای هستند. می‌توانید یک موتور خطی را در یک قطار سریع السیر مگلومشاهده کنید که در آن قطار روی زمین پرواز می‌کند. نوع دیگری از موتورهای الکتریکی موتور پله‌ای است، که در آن یک روتور درونی ، شامل آهنرباهای دائمی توسط یک دسته از آهنرباهای خارجی که به صورت الکترونیکی روشن و خاموش می‌شوند، کنترل می‌شود.

 یک موتور پله‌ای ترکیبی از یک موتور الکتریکی DC و یک سلونوئید است. موتورهای پله‌ای ساده توسط بخشی از یک سیستم دنده‌ای در حالتهای موقعیتی معینی قرار می‌گیرند، اما موتورهای پله‌ای نسبتاً کنترل شده ، می‌توانند بسیار آرام بچرخند. موتورهای پله‌ای کنترل شده با کامپیوتر یکی از فرمهای سیستم‌های تنظیم موقعیت است، بویژه وقتی که بخشی از یک سیستم دیجیتال دارای کنترل فرمان یار باشند.

امیرحسین صادقی  

 http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

آشنایی با ترانسفورماتور

بسمه تعالی 

عنوان:

آشنایی با ترانسفورماتور

 

                                     گرداورنده  

                                        

                                 امیرحسین صادقی 

                http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

 

ساختمان ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها را با توجه به كاربرد و خصوصيات آنها، می توان به سه دسته كوچك متوسط و بزرگ دسته بندی كرد. ساختن ترانسفورماتورهای بزرگ و متوسط به دليل مسايل حفاظتی و عايق بندی و امكانات موجود ، كار ساده ای نيست ولی ترانسفورماتورهای كوچك را می توان بررسی و يا ساخت. برای ساختن ترانسفورماتورهای كوچك ، اجزای آن مانند ورقه آهن ، سيم و قرقره را به سادگی می توان تهيه نمود.

 اجزای تشكيل دهنده يك ترانسفورماتور به شرح زير است؛

هسته ترانسفورماتور: 

 هسته ترانسفورماتور متشكل از ورقه های نازك است كه سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه می شود. برای كم كردن تلفات آهنی هسته ترانسفورماتور را نمی توان به طور يكپارچه ساخت. بلكه معمولا آنها را از ورقه های نازك فلزی كه نسبت به يكديگر عايق‌اند، می سازند. اين ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلياژی از سيليسيم (حداكثر 4.5 درصد) كه دارای قابليت هدايت الكتريكی کم و قابليت هدايت مغناطيسی زياد است ساخته می شوند. در اثر زياد شدن مقدار سيليسيم ، ورقه‌های دينام شكننده می شود. برای عايق كردن ورقهای ترانسفورماتور ، قبلا از يك كاغذ نازك مخصوص كه در يك سمت اين ورقه چسبانده می شود، استفاده می كردند اما امروزه بدين منظور در هنگام ساختن و نورد اين ورقه ها يك لايه نازك اكسيد فسفات يا سيليكات به ضخامت 2 تا 20 ميكرون به عنوان عايق در روی آنها می مالند و با آنها روی ورقه ها را می پوشانند. علاوه بر اين ، از لاك مخصوص نيز براي عايق كردن يك طرف ورقه ها استفاده می شود ورقه های ترانسفورماتور دارای يك لايه عايق هستند. بنابراين ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته بايد سطح آهن خالص را منظور كرد. ورقه‌های ترانسفورماتورها را به ضخامت های 0.35 و  0.5 ميليمتر و در اندازه های استاندارد می سازند. بايد دقت كرد كه سطح عايق شده ى ورقه های ترانسفورماتور همگی در يك جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر اين تا حد امكان نبايد در داخل قرقره فضای خالی باقی بماند. لازم به ذكر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگيرند تا از ارتعاش و صدا كردن آنها نيز جلوگيری شود.

  سيم پيچ ترانسفورماتور :

   معمولا براي سيم پيچ اوليه و ثانويه ترانسفورماتور از هادی های مسی با عايق (روپوش) لاكی استفاده می‌كنند. اينها با سطح مقطع گرد و اندازه‌های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می‌شوند. در ترانسفورماتورهای پرقدرت از هاديهای مسی كه به صورت تسمه هستند استفاده مي‌شوند و ابعاد اين گونه هادیها نيز استاندارد است.

   توزيع سيم پيچی ترانسفورماتور به اين ترتيب است كه سر سيم پيچ‌ها را به وسيله روكش عايقها از سوراخهای قرقره خارج كرده، تا بدين ترتيب سيم ها قطع (خصوصا در سيمهای نازك و لايه‌های اول) يا زخمی نشوند. علاوه بر اين بهتر است رنگ روكش‌ها نيز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندين سيم پيچ ، به راحتی بتوان سر هر سيم پيچ را مشخص كرد. بعد از اتمام سيم پيچی يا تعمير سيم پيچهای ترانسفورماتور بايد آنها را با ولتاژهای نامی خودشان برای كنترل و كسب اطمينان از سالم بودن عايق بدنه و سيم پيچ اوليه ، بدنه و سيم پيچ ثانويه و سيم پيچ اوليه آزمايش كرد.

  قرقره ترانسفورماتور:

  برای حفاظت و نگهداری از سيم پيچ‌های ترانسفورماتور خصوصاً در ترانسفورماتورهای كوچك بايد از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره بايد از مواد عايق باشد قرقره معمولا از كاغذ عايق سخت ، فيبرهای استخوانی يا مواد ترموپلاستيك ساخته می شود . قرقره هایی كه از جنس ترموپلاستيك هستند معمولا يك تكه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های ديگر آنها را در چند قطعه ساخته و سپس بر روی همدیگر سوار می شود . بر روی ديواره های قرقره بايد سوراخ يا شكافی ايجاد كرد تا سر سيم پيچ از آنها خارج شوند.

   اندازه قرقره بايد با اندازه ى ورقه‌های ترانسفورماتور متناسب باشد و سيم پيچ نيز طوری بر روي آن پيچيده شود. كه از لبه های قرقره مقداری پايين تر قرار گيرد تا هنگام جا زدن ورقه‌های ترانسفورماتور ، لايه ى رویی سيم پيچ صدمه نبيند. اندازه قرقره های ترانسفورماتورها نيز استاندارد شده است اما در تمام موارد ، با توجه به نياز ، قرقره مناسب را می توان طراحی كرد

ترانسهای اندازه گیری ولتاژ و جریان CT – PT – CVT

از دیگر تجهیزات بکار رفته در پستهای فشار قوی ترانس های اندازه گیری می باشند. که از ولتاژ و جريان سيستم نمونه گيري بعمل آورده و آنها را به رله ها اعمال ميكنند.

ترانس اندازه گیری جریان  (CT)

کار ترانس جریان کاهش جریان سیستم به یک نسبت مشخص است. از قبیل 600/1A، 200/5A، 100/5A و …

این ترانس بطور سری در مدار قرار می گیرد. وقتی که جریان از سیم پیچ اولیه میگذرد یک شار مغناطیسی ایجاد می نماید و این شار در سیم پیچ ثانویه ولتاژی القا میکند، حال اگرسیم پیچ ثانویه بسته باشد ایجاد جریانی میکندکه شار ناشی ازمخالف شار تولید شده در سیم پیچ اولیه است و از به اشباع رفتن هسته جلوگیری میکند. بنابراین …

ترانس اندازه گیری جریان (CT)                     

بنابراین ثانویه ترانس حتماً باید بسته باشد علاوه بر این اگر ثانویه ترانس اتصال کوتاه نشود، آنگاه در ثانویه ولتاژ خیلی زیاد القا خواهد شد که سیم پیچ ثانویه ممکن است چنین ولتاژی را نداشته باشد. بنابراین یا ثانویه ترانس جریان اتصال کوتاه است که ولتاژ آن در این لحظه صفر است و یا اگر باری در ثانویه باشد بسته به مقدار بار، ولتاژ بار ثانویه تغییر میکند .

لذا می توان نتیجه گرفت که : در ترانس جریان، ولتاژ ثانویه بستگی به بار دارد ولی جریان اولیه تابع بار در ثانویه نمی باشد.

در ترانسهای جریان اعم از فشار قوی و ضعیف سیم پیچ اولیه به دلیل اینکه سری در مدار قرار دارد عموماً یک سیم است نه سیم پیچ ولی سیم پیچ ثانویه به صورت سیم پیچی است که به دور اوليه حلقه شده است .

انـواع CT:

ترانس های جریان به دو صورت ساخته  می شوند :

الف) نوع خشک یا رزینی

ب) نـوع روغـنـی

نوع خشک یا رزینی

برای ولتاژهای پایین تا سطح  kv20 وkv  33 استفاده می شود.

مشکلاتی که ترانس های جریان رزینی دارند خیلی کمتر ازP.T   های رزینی است چون تحت ولتاژ نیستند و عایق بندی آنها راحت تر است و لذا حجم آنها کوچکتر است.

نوع روغـنـی :

این نوع ترانس های جریان برای ولتاژهای بالا، از kv63 الیkv 400 و بالاتر استفاده می شوند، و خود به دو دستۀ زیر تقسیم می شوند :

1)                        هسته بـالا

2)                        هسته پایین

                                      

مشکلات هسته بالا :

1.                 سطح روغنی از یک حدی

2.                 نبـاید پـایین تر برود .

3.                 2. نـاپـایداری و عدم تعـادل

CT هسته پایین:

مشکلات هسته پایین :

همانطوریکه اشاره شد سیم پیچ اولیه همان هادی می باشد لذا از هادی جریان زیادی عبور میکند و چون طول هادی عبوری در داخل C.T زیاد است  و با توجه به جریان بالا ( مثلاً A500 در طول يك متر) این امر سبب ایجاد تلفات و گرما در هادی می شود و لذا روغن داخلC.T گرم می شود و در اثر این حرارت عمر روغن کاهش می یابد که خود در برگیرنده خطراتی از قبیل آلودگی و يونيزاسيون خواهد بود .

ترانس اندازه گیری ولتاژ (PT & CVT)

این ترانسها به عنوان ترانسهای ولتاژ معروف هستند.که وظیفه آنها پایین آوردن ولتاژ سیستم است. زیرا وسایل اندازه گیری ولتاژ سیستم را مستقیماً نمی توانند اندازه گیری کنند.

( مثلا KV63 را به V110 تبديل مي كنند )

همانطوریکه می دانیم ترانس های قدرت، دارای قدرت زیادی می باشند و به صورت سه فاز ساخته می شوند و خطای نسبت تبدیل در آنها اهمیت ندارد. در صورتیکه ترانس‌های اندازه گیری ولتاژ، دارای قدرت نسبتاً کمی هستند، در حدود (V.A) و به صورت تک فاز ساخته می شوند و خطاي نسبت تبدیل در آنها بسیار حائز اهمیت است .

ترانس اندازه

انواع ترانس های انـدازه گیـری ولتـاژ

P.T :که معروف به ترانس ولتاژ مغناطیسی می باشد.

C.V.T :که معروف به ترانس ولتاژ خازنی می باشد.

ترانس اندازه گیری ولتاژ (PT)

مشابه ترانسهای قدرت میباشد که دارای یک سیم پیچ اولیه و چندین ثانویه هستند.
اولیة آن سمت فشار قوی معمولا به ولتاژ فاز وصل می گردد (مثلا در یک خط 33 کیلوولت اولیه ترانس ولتاژ 33 رادیکال سوم کیلوولت خواهد بود)و ثانویة آن استانداردV 110 میباشد. ( جهت تحريك رله ها ) بطور کلی سیم پیچ های اولیه (فشار قوي) دارای دور بیشتر و نازکتر هستند یعنی مقاومت اهمي بیشتری دارند،( جریان کمتری از آنها میگذرد ) و سیم پیچ های ثانویه (فشار ضعيف) دارای دور کمتر و ضخیم تر هستند یعنی مقاومت اهمی کمتری دارند. ( جریان بیشتری از آنها می گذرد ).

در ولتاژهای پایین ( تا سطح ولتاژهایKV 20 وKV 33 ) مجموعۀ سیم پیچ ها و هسته ها در یک قالب هستند و درون آنها رزین می ریزند (resin) که به نوع خشک معروف هستند.

در ولتاژهای بالا سیم پیچ ها و هسته در داخل یک تانك فلزی هستند که داخل آنها روغن قرار دارد.

ترانس اندازه گیری ولتاژ (CVT)

در این نوع ترانس یک تعداد خازن برای کاهش ولتاژ وجود دارد ، چرا كه استفاده از سيم پيچ فشار قوي جهت كاهش ولتاژ به طور مستقیم مقرون به صرفه نیست. بنابراین توسط یک خازن سطح ولتاژ را پایین آورده و سپس به یک ترانس ولتاژ القایی متصل می گردد.

لذا به طور کلی می توان دلایل استفاده از C.V.T را این طور بیان نمود :1.کوچکتر شدن ابعاد عایقی ترانس ولتاژ القایی

2. استفاده از خازن های C.V.T به عنوان خازن كوپلاژ برای سیستم PLC

ترانس اندازه گیری ولتاژ CVT                                  

    ساختمان CVT

C1: ظرفیت خازنی اولیه

C2: ظرفیت خازنی ثانویه

CVD: مقسم ولتاژ خازنی

D: سیم پیچ گذردهندۀ فراکانس های بالا

F: فیوز

G: شکاف جرقه فرکانس بالا

Gt: اتصال زمین

H: گرم کننده ، بخاری

Lk: راکتور جبرانی

MU: دستگاه مغناطیسی

SHF: سوئیچ زمین کردن فرکانس بالا

T: جعبۀ اتصالات

Tr: ترانس میانی

V: مقاومت نیمه هادی با دو الکترود که مقاومت آن به نسبت عکس ولتاژ در هر جهت

تغییر می کند.

Zd: مقاومت تعدیل

امیرحسین صادقی 

http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

ترانسفورماتور

بسمه تعالی 

 

موضوع تحقیق :

ترانسفورماتور
 

  

    گرداورنده 
 
      امیرحسین صادقی
 http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 
 

عنوان

مقدمه

تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها

انواع ترانسفورماتورها

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشك

فن آوري ترانسفورماتورهاي  HTS  در جهان

كاربرد الكترونيك قدرت در تپ چنجر ترانسفورماتورهاي توزيع




مقدمه
قسمت اعظم انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان در تمام کشورهای جهان ، توسط مراکز تولید مانند نیروگاههای بخاری ، آبی و هسته‌ای تولید می‌شود. این مراکز دارای توربینها و آلترناتیوهای سه فاز هستند و ولتاژی که بوسیله ژنراتورها تولید می‌شود، باید تا میزانی که مقرون به صرفه باشد جهت انتقال بالا برده شود. گاهی چندین مرکز تولید بوسیله شبکه‌ای به هم مرتبط می‌شوند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز را بطور مداوم و به مقدار کافی در شهرها و نواحی مختلف توزیع کنند.
 در محلهای توزیع برای اینکه ولتاژ قابل استفاده برای مصارف عمومی و کارخانجات باشد، باید ولتاژ پایین آورده شود. این افزایش و کاهش ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام می‌شود. بدیهی است توزیع انرژی بین تمام مصرف کننده‌های یک شهر از مرکز توزیع اصلی امکانپذیر نیست و مستلزم هزینه و افت ولتاژ زیادی خواهد بود. لذا هر مرکز اصلی به چندین مرکز یا پست کوچکتر (پستهای داخل شهری) و هر پست نیز به چندین محل توزیع کوچکتر (پست منطقه‌ای) تقسیم می‌شود. هر کدام از این مراکز به نوبه خود از ترانسهای توزیع و تبدیل ولتاژ استفاده می‌کنند.
بطور کلی در خانواده و توزیع انرژی الکتریکی ، ترانسفورماتورها از ارکان و اعضای اصلی هستند و اهمیت آنها کمتر از خطوط انتقال و یا مولدهای نیرو نیست. خوشبختانه به دلیل وجود حداقل وسایل دینامیکی در آنها کمتر با مشکل و آسیب پذیری روبرو هستند. مسلما‌ این به آن معنی نیست که می‌توان از توجه به حفاظتها و سرویس و نگهداری آنها غفلت کرد. در این مقاله نخست مختصری از تئوری و تعاریفی از انواع ترانسفورماتورها بیان می‌شود، سپس نقش ترانسفورماتورها در شبکه تولید و توزیع نیرو و در نهایت شرحی در مورد سرویس و تعمیر ترانسها ارائه می‌شود. تئوری و تعاریفی از ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها به زبان ساده و شکل اولیه وسیله‌ای است که تشکیل شده از دو مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه که در میدان مغناطیسی و اطراف ورقه‌هایی از آهن مخصوص به نام هسته ترانسفورماتور قرار می‌گیرند. مقره‌ها یا بوشینگها یا ایزولاتورها و بالاخره ظرف یا محفظه ترانسفورماتور.
کار ترانسفورماتورها بر اساس انتقال انرژی الکتریکی از سیستمی با یک ولتاژ و جریان معین به سیستم دیگری با ولتاژ و جریان دیگر است. به عبارت دیگر ترانسفورماتور دستگاهی است استاتیکی که در یک میدان مغناطیسی جریان و فشار الکتریکی را بین دو سیم پیچ یا بیشتر با همان فرکانس و تغییر اندازه یکسان منتقل می‌کند. انواع ترانسفورماتورها
سازندگان و استانداردها در کشورهای مختلف هر یک به نحوی ترانسفورماتورها را تقسیم بندی کرده و تعاریفی برای درجه بندی آنها ارائه داده‌اند. برخی ترانسها را بنا بر موارد و ترتیب بهره برداری آنها متفاوت شناخته‌اند، مانند ترانسهای انتقال قدرت ، اتو ترانس و یا ترانسهای تقویتی و گروهی از ترانسها را به غیر از ترانسفورماتور اینسترومنتی(ترانس جریان و ولتاژ) ، ترانس قدرت می‌نامند و اصطلاحا ترانس قدرت را آنهایی می‌دانند که در سمت ثانویه آنها فشار الکتریکی تولید می‌شود.
این نوع تقسیم بندی در عمل دامنه وسیعی را در بر می‌گیرد که در یک طرف آن ترانسفورماتورهای کوچک و قابل حمل با ولتاژ ضعیف برای لامپهای دستی و مشابه آن قرار می‌گیرند و طرف دیگر شامل ترانسهای خیلی بزرگ برای تبدیل ولتاژ خروجی ژنراتور به ولتاژ شبکه و خطوط انتقال نیرو است. در بین این دو اندازه (حد متوسط) ترانسهای توزیع و یا انتقال در مؤسسات الکتریکی و ترانسهای تبدیل به ولتاژهای استاندارد قرار دارند.
ترانسها اغلب به صورت هسته‌ای یا جداری طراحی می‌شوند. در نوع هسته‌ای در هر یک از سیم پیچها شامل نیمی از سیم پیچ فشار ضعیف و نیمی از سیم پیچ فشار قوی هستند و هر کدام روی یک بازوی هسته‌ای قرار دارند. در نوع جداری ، سیم پیچها روی یک هسته پیچیده شده‌اند و نصف مدار فلزی مغناطیسی از یک طرف و نصف دیگر از طرف هسته بسته می‌شود.
در اکثر اوقات نوع جداری برای ولتاژ ضعیف و خروجی بزرگ و نوع هسته‌ای برای ولتاژ قوی و خروجی کوچک بکار می‌روند (بصورت سه فاز یا یک فاز) .
ترانسهای تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور ، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرتهای بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فاز استفاده کنند. ترانسهای صنعتی مانند ترانسهای جوشکاری ، ترانسهای راه اندازی و ترانسهای مبدل ترانس برای سیستمهای کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می‌رود. ترانسهای مخصوص آزمایش ،‌ اندازه گیری ، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره.

ساخت ترانسفور ماتور قدرت خشكدر ژوئيه 1999، شركت ABB، يك ترانسفور ماتور فشار قوي خشك به نام “Dryformer “ ساخته است كه نيازي به روغن جهت خنك شدن بار به عنوان دي الكتريك ندارد.در اين ترانسفورماتور به جاي استفاده از هاديهاي مسي با عايق كاغذي از كابل پليمري خشك با هادي سيلندري استفاده مي شود.تكنولوژي كابل  استفاده شده در اين ترانسفورماتور قبلاً در ساخت يك ژنراترو فشار قوي به نام "Power Former"  در شركتABB  به كار گرفته شده است. نخستين نمونه از اين ترانسفورماتور اكنون در نيروگاه هيدروالكتروليك “Lotte fors” واقع در مركز سوئد نصب شده كه انتظار مي رود به دليل نياز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هايي كه از   ايمني بيشتري برخوردار باشند و با محيط زيست نيز سازگاري بيشتري داشته باشند، با استقبال فراواني روبرو گردد.
ايده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه 90 مطرح شد. بررسي، طراحي و ساخت اين   ترانسفورماتور از بهار سال 1996 در شركت ABB  شروع شد. ABB در اين پروژه از همكاري چند شركت خدماتي برق از جمله  Birka Kraft و Stora Enso  نيز بر خوردار بوده است.
  تكنولوژي
ساخت ترانسفورماتور فشار قوي فاقد روغن در طول عمر يكصد ساله ترانسفورماتورها، يك انقلاب محسوب    مي شود. ايده استفاده از كابل با عايق پليمر پلي اتيلن (XLPE) به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي از ذهن يك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور  “Mats lijon” تراوش كرده است.
تكنولوژي استفاده از كابل به جاي هاديهاي مسي داراي عايق كاغذي، نخستين بار در سال 1998 در يك ژنراتور فشار قوي به نام  “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در اين ژنراتور بر خلاف سابق كه از هاديهاي شمشي ( مستطيلي ) در سيم پيچي استاتور استفاده مي شد، از هاديهاي گرد استفاده شده است. همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط مي شود، هاديهاي سيلندري ، توزيع ميدان الكتريكي متقارني دارند. بر اين اساس ژنراتوري مي توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه توليد كند بطوريكه نياز به ترانسفورماتور افزاينده نباشد. در نتيجه اين كار، تلفات الكتريكي به ميزان 30 در صد كاهش  مي يابد.
در يك كابل پليمري فشار قوي، ميدان الكتريكي در داخل كابل باقي مي ماند و سطح كابل داراي پتانسيل زمين  مي باشد.در عين حال ميدان مغناطيسي لازم براي كار ترانسفورماتور تحت تاثير عايق كابل قرار نمي گيرد.در يك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژي كابل، امكانات تازه اي براي بهينه كردن طراحي ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي، نيروهاي مكانيكي و تنش هاي گرمايي فراهم كرده است.
در فرايند تحقيقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست يك ترانسفورماتور  آزمايشي تكفاز با ظرفيت 10 مگا ولت آمپر طراحي و ساخته شد و در Ludivica   در سوئد آزمايش گرديد. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ هاي از 36 تا 145 كيلو ولت و ظرفيت تا 150 مگا ولت آمپر موجود است.
 
نيروگاه مدرن Lotte fors ترانسفورماتور خشك نصب شده در Lotte fors كه بصورت يك ترانسفورماتور – ژنراتور افزاينده عمل مي كند ، داراي ظرفيت 20 مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ 140 كيلو ولت كار مي كند. اين واحد در ژانويه سال 2000 راه اندازي گرديد. اگر چه نيروگاه Lotte fors نيروگاه كوچكي با قدرت 13 مگا وات بوده و در قلب جنگلي در مركز سوئد قرار دارد اما به دليل  نوسازي مستمر، نيروگاه بسيار مدرني شده است. در دهه 80 ميلادي ، توربين هاي مدرن قابل كنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال 1996، كل سيستم كنترل آن نوسازي گرديد. اين نيروگاه اكنون كاملاً اتوماتيك بوده و از طريق ماهواره كنترل مي شود.   ويژگيهاي ترانسفورماتور خشك ترانسفورماتور خشك داراي ويژگيهاي منحصر بفردي است از جمله:
1-    به روغن براي خنك شده با به عنوان عايق الكتريكي نياز ندارد.
2-  سازگاري اين نوع ترانسفورماتور با طبيعت و محيط زيست يكي  از مهمترين ويژگي هاي آن است. به دليل عدم وجود روغن، خطر آلودگي خاك و منابع آب زير زميني و همچنين احتراق و  خطر آتش سورزي كم ميشود.
3-   با حذف روغن و كنترل ميدانهاي الكتريكي كه در نتيجه آن خطر ترانسفور ماتور از نظر ايمني افراد ومحيط زيست كاهش مي يابد، امكانات تازه اي از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم ميشود.به اين ترتيب  امكانات نصب ترانسفورماتور خشك در نقا شهري و جاهايي كه از نظر زيست محيطي حساس هستند،  فراهم ميشود.
4-  در ترانسفورماتور خشك به جاي بوشينگ چيني در قسمتهاي انتهايي از عايق سيسيكن را بر استفاده ميشود.  به اين ترتيب خطر ترك خوردن چيني بوشينگ و نشت بخار روغن از بين ميرود.
5-  كاهش مواد قابل اشتعال، نياز به تجهيزات گسترده آتش نشاني كاهش ميدهد. بنابراين از اين دستگاهها در محيط هاي سر پوشيده و نواحي سرپوشيده شهري نيز مي توان استفاده كرد.
6-   با حذف روغن در ترانسفورماتور خشك، نياز به تانك هاي روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن كاملاً از بين ميرود.بنابراين كار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال كابلها و نصب تجهيزات خنك كننده خواهد بود.
7-  از ديگر ويژگي هاي ترانسفورماتور خشك، كاهش تلفات الكتريكي است. يكي از راههاي كاهش تلفات و بهينه كردن طراحي ترانسفورماتور، نزديك كردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژي تا حد ممكن است تا از مزاياي انتقال نيرو به قدر كافي بهره برداري شود. با بكار گيري ترانسفورماتور خشك اين امر امكان پذير است .
8-   اگر در پست، مشكل برق پيش آيد، خطري متوجه عايق ترانسفورماتور نمي شود. زيرا منبع اصلي گرما يعني تلفات در آن توليد نمي شود.بعلاوه چون هوا واسطه خنك شدن است و هوا هم مرتب تعويض و جابجا مي شود، مشكلي از بابت خنك شدن ترانسفورماتور بروز نمي كند.
 
نخستين تجربه نصب ترانسفررماتور خشك
ترانسفورماتورخشك براي اولين بار در اواخر سال 1999 در Lotte fors  سوئد به آساني نصب شده و از آن هنگام تاكنون به خوبي كار كرده است. در آينده اي  نزديك دومين واحد ترانسفورماتور خشك ساخت ABB (Dry former ) در يك نيروگاه هيدروالكتريك در سوئد نصب مي شود.
 
چشم انداز آينده تكنولوژي ترانسفورماتور خشك
شركت ABB در حال توسعه ترانسفورماتور خشك   Dryformer است. چند سال اول از آن در مراكز شهري و آن دسته از نواحي كه از نظر محيط زيست حساس هستند، بهره برداري مي شود. تحقيقات فني ديگري نيز در زمينه تپ چنجر خشك، بهبود ترمينال هاي كابل و سيستم هاي خنك كن در حال انجام است. در حال حاضر مهمترين كار ABB، توسعه و سازگار كردن Dryformer با نياز مصرف كنندگان براي كار در شبكه و ايفاي نقش مورد انتظار در پست هاست.
 فن آوري ترانسفورماتورهاي  HTSدر جهان 
پس از كشف مواد HTS در سال 1986 ، تحقيقات جهت امكان عملي ساخت ترانسفورماتورهاي HTS شروع شد. طبق برآورد هاي اوليه، در صورت استفاده از اين ترانسفورماتورها ، بيش از 35% نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي، صرفه جويي مي شد. اما با توجه به مشخصات ناشناخته تلفات ac ، اين مقدار بطور دقيق قابل محاسبه نبود. در تحقيقي كه در سال 1993 در آمريكا انجام شد، معلوم شد كه هزينه لازم در طول عمر مفيد ترانسفورماتور HTS بطور متوسط ، نصف هزينه ترانسفورماتور معمولي است . بدين ترتيب در صورت استفاده از اين نوع ترانسفورماتورها در ايالات متحده تا سال 2030 مبلغ 25 ميليارد دلار صرفه جويي خواهد شد. تحقيقات در سال 1994 نشانداد در صورت استفاده از ترانسفورماتورهاي HTS در محدوده قدرت تا 500 MVA ، صرفه جوئي در هزينه 70% (نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي ) و كاهش وزن آنها 40% خواهد بود .
در ژاپن بدليل تراكم بالاي جمعيت ، يكي از فوايد اساسي ترانسفورماتورهاي HTS ، كاهش قابل ملاحظه وزن و حجم آنهاست . همانطوريكه كابلهــــــاي HTS  قابليت انتقال بيشتر توان را از طريق كانالهاي موجود دارا هستند، ترانسفورماتورهاي HTS نيز مي توانند در فضاي موجود، قدرت بيشتري نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي تامين كنند. بهمين دليل در ژاپن مزيت كوچك شدن فضاي اشغال شده و وزن ترانسفورماتورها بعنوان مهمترين مزيت اين نوع ترانسفورماتورها مطرح است . در اروپا ، علاقه به استفاده از ترانسفورماتورهاي كوچك HTS در قطارهاي سريع السير ، رشد روز افزوني يافته است . پتانسيل وكشش بازار جهاني براي ترانسفورماتورهاي ابررسانا بيش از 1 ميليارد دلار ميباشد .
بررسي آمارهاي موجود نشان ميدهد كه در ايالات متحده بيش از90% ترانسفورماتورها، قدرتي در محدوده 10 تا 100  MVA داشته وقيمت مجموع آنها، برابر با 70% قيمت كل ترانسهاي موجود درامريكا ميباشد (جدول 1) . درحال حاضرسه پروژه H TS درايالات متحده ، اروپا وژاپن درحال انجام هستند.جدول (2) تركيب تيمهاي تحقيقاتي،ظرفيت ترانسفورماتورهاي تحت توسعه و مواد HTS مورد استفاده توسط هريك ازگروهها را نشان ميدهد.
  در ايالات متحده اين تحقيقات توسط شركت IGC  و با همكاري لابراتور ملي Oak Ridge انجام ميشود. IGC باحمايتهاي مالي Waukesha Electric و Rochester Gas & Electric ، طرح يك ترانسفورماتور HTS 1000KVA ارائه كرده و در حال ساخت آن است . دراين ترانسفورماتورازنوارهاي نقره باپوشش HTS استفاده شده است .استفاده ازسيستم BSCCO-2212 عملكرد پايدارسيستم را تا دماي 30K عملي ميسازد . درصورت استفاده از هاديهايBSCCO-2223 ، ميتوان دماي عملكرد ترانسفورماتور را به 77K رساند . در اين وضعيت بالا بودن قيمت BSCCO-2223 و ضعيفتر شدن عملكرد ترانسفورماتور (بعلت بالا رفتن دما) را نيز بايد در نظر گرفت . گرچه نمونه اوليه ترانسفورماتور مذكور براي قدرت 1MVA ارائه گرديد ، اما هدف نهائي مؤسسه IGC و Waukesha ساخت يك ترانسفورماتور 30MVA ، 60Hz,138/13.8KV و امپدانس 10% با اتصال مثلث – ستاره است .
از طرف ديگر شركت ABB  با همكاري Electricite de France ، با استفاده از نوارهاي مولتي فيلامان BSCCO-2223 ساخت ASC ، يك ترانسفوماتور 50HZ .13.72/0.42KV , 630KVA و امپدانس 4.6% با اتصال مثلث – ستاره ساخته است .
 
فن آوري ترانسفورماتورهاي HTS در ژاپن
پس از طراحي و ساخت يك ترانسفورماتور 220 KVA , LTS توسط شركت Alsthom و عملكرد موفق آن تحت بار70KW ، در ژاپن ترانسفورماتورهاي LTS كوچكتر با قدرتهاي10KVA تا 100KVA فراواني ساخته شد.پس از آن ترانسهاي با قدرت بيشتر توسط دانشگاه Nagoya با همكاري Takaoka (100 KVA) وkansai Electric  با همكاري Mitsubishi (2000 KVA با استفاده از Nb3Sn) ، دانشگاه Osaka با همكاري Toshiba (40 KVA) و دانشگاه Kyushu با همكاري Toshiba  (1000 KVA) ساخته و تحت آزمايش قرار گرفت .
هاديهاي H TS در دماي بالاتري ( نسبت به هادي LTS ) كار مي كنند و اگرچه تلفات آنها بيشتر است اما با توجه به كاهش هزينه خنك سازي هادي اين امر قابل قبول مي باشد .
در ايالات متحده و اروپا شركتهاي برق سهم بزرگي در توسعه برنامه هاي ترانسفورماتورهاي ابررسانا برعهده دارند اما در ژاپن ، قسمت عمده كار بر عهده مراكز صنعتي و دانشگاهي بوده و حمايت آشكاري از سوي شركت هاي برق ديده نمي شود. ژاپنيها كه در زمينه ساخت ترانسفورماتورهاي LTS فعاليت گسترده اي داشته اند، گزارش چنداني در مورد ترانسفورماتورهاي H TS ارائه نكرده اند . در سال 1996 در ژاپن جزئياتي از برنامه ساخت تـــــرانسفورمـــــاتور HTS 500 KVA تحــــت حمـــايت شـــركتهـــاي  Fuji Electricو SEC (Sumitomo Electric) ، ارائه گرديد . احتمالاً تامين نوارهاي HTS بر عهده Sumitomo و طراحي و ساخت ترانسفورماتور به عهده Fuji Electric و دانشگاه Kyushu است. در جدول ( 3 ) مشخصات نوارهاي HTS و تواليهاي سيم پيچي آمده است .
 تلفات با استفاده از روش كالريمتري ،  115 Wتخمين زده شده است و شامل تلفات ac سيم پيچها و حرارت نشتي از Cryostat و هاديهاي جرياني مي باشد . اهداف بعدي تيم SEC-Fuji و دانشگاه Kyushu تغيير سيستم سرمايش از حمام نيتروژن مايع به سيستم جريان دائم نيتروژن Supercooled  است . هدف از اين تغييرات ، افزايش ظرفيت انتقال جريان سيم پيچها و استقامت عايقي سيستم عايق است .

كاربرد الكترونيك قدرت در تپ چنجر ترانسفورماتورهاي توزيع
يكي از حوزه هاي استفاده از الكترونيك قدرت در صنعت برق، تپ چنجر ترانسفورماتورها مي باشد . تپ الكترونيكي برخلاف نوع مكانيكي ، كنترل دائم و تنظيم جريان ولتاژ ترانسفورماتور را ممكن ميسازد . بدين منظور ، بايستي امكان تغيير تپ در شرايط بار كامل ترانس فراهم گردد . مهمترين مسئله در طراحي مبدل قدرت براي اين منظور، اندوكتانس سرگردان تپ هاي سوئيچ شده مي باشد . اگر عمل تغيير تپ بين دو تپ مختلف در فركانس بالا صورت بگيرد ، امكان تنظيم دائمي ولتاژ ثانويه در بار كامل ترانس وجود دارد . 
 طراحي مبدل قدرت
به دلايل زير از لحاظ فني، امكان استفاده از يك مبدل قدرت معمول تجاري سه فاز حتي در سيستم توزيع وجود ندارد :
1. ولتاژ فاز شبكه توزيع (در محدوده تا 20 كيلوولت) از حد ظرفيت بلوكه كردن نيمه هاديهاي قدرت معمول ، بيشتر است .
2. كل سيستم مذكور ، شامل مبدل قدرت ، بايستي در شرايط وقوع اتصال كوتاه ترانس در مدار باقي بمانند ( مثلا براي جريان نامي 22 آمپر اوليه ، جريان اتصال كوتاه تا 550 آمپر را تحمل كند) .
3. با برقدار كردن ترانس، جرياني در حدود چهار برابر جريان نامي برقرار ميشود كه در نتيجه ثانويه ترانس، تا لحظاتي قادر نيست برق 400 ولت مورد نياز دستگاههاي كنترلي فوق را تامين كند .
بنابراين ، براي ساختن مبدل قدرتي كه بر مشكلات فوق غلبه كند ، موارد زير در مرحله تحقيق و بررسي قرار دارند :
1. تحقيق در مورد توپولوژي و مفاهيم كنترلي (مدولاسيون) مبدل .
2. مدل شبيه سازي شده از ترانس قدرت با مبدلهاي قدرت براي توپولوژيهاي مختلف .
3. توپولوژيهاي مختلف ممكن از مبدل قدرت و تكنيكهاي مرتبط كنترل از طريق شبيه سازي .
4. انتخاب توپولوژي بهينه از مبدل قدرت با توجه به قابليت اطمينان سيستم ، پيچيدگي و هارمونيكها و دقت شكل موج ترانس .
5. اثبات توپولوژي در نظر گرفته شده از لحاظ تجربي .
6. انجام آزمون در يك آزمايشگاه ولتاژ بالا و ارزيابي نتايج با توجه هارمونيكهاي شكل موج مبدل .
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 بصورت حرارت تلف مي شود. حتي در زمانيكه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بي باري (NLL) بوجود مي آيد. در نتيجه مطالعات و بررسيهاي انجام شده ، در 50 ساله اخير محققان موفق شده اند با صرف هزينه اي دو برابر براي هسته ، تلفات بي باري را به يك سوم كاهش دهند. اخيراً با جايگزيني فلزات بيشكل و غير بلوري (Amorphous) بجاي آهن سيليكوني درهسته ترانسفورماتورهاي توزيع با قدرت نامي كوچكتر از 100 KVA ، تلفات بي باري باز هم كاهش يافته است . اين كار هنوز در مورد ترانسفورماتورهاي بزرگ با قدرت نامي بزرگتر از 500KVA انجام نشده است . اگرچه براي هر ترانسفورماتور ، 1 درصد توان نامي آن بعنــوان  توان تلفـاتي در نظر گرفتـه مي شود، اما بايد توجه داشت كه آزاد سازي بخش كوچكي از اين تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئي كلاني به همراه خواهد داشت . در ترانسفورماتورهاي قدرت معمول ، تقريباً 80% از كل تلفات ، مربوط به تلفات بارداري ترانسفورماتور (LL) 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 مي گيرد. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمي در برابر جريان d c تلفات اهمي برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه اي خواهد يافت. در مقابل جريان ac ، در ابر رساناها تلفاتي از نوع تلفات فوكو رخ مي دهد. گرماي بوجود آمده از اين تلفات بايد با استفاده از سيستم هاي خنك كننده دفع گردد.بررسيهاي بعمل آمده حاكي از آن است كه ترانسفورماتورهاي ابررسانا با قدرت 10 MVA و بالاتر عملكرد نسبتا بهتري داشته و نسبت به ترانسفورماتورهاي معمولي قيمت پايينتري خواهند داشت .
تلاشهايي كه جهت توسعه ترانسفورماتورهاي ابررسانا انجام مي گيرد صرفاً بخاطر مسايل اقتصادي و كاهش هزينه كل نيست. يكي ديگر از دلايل طرح اين مبحث آنست كه در مراكز پر تراكم شهري، رشد مصرف 2 درصدي (ساليانه ) به معني نياز به ارتقاء ظرفيت سيستم هاي موجود است . از طرفي بسياري ازپستهاي توزيع بصورت سرپوشيده (Indoor) بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند. در اين نوع پست ها همانند ديگر پستهاي توزيع از ترانسهاي روغني استفاده ميشود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زيست محيطي و ايمني مربوط به خود را دارد. در حاليكه در ترانسفورماتورهاي ابررسانا، ماده خنك كننده نيتروژن است كه خطري براي افراد و موجودات زنده نداشته ، بعلاوه ، خطر آتش سوزي نيز وجود ندارد. بهمين لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهاي ابررسانا به هيچ عنوان قابل مقايسه با روغنهاي قابل اشتعال و مواد شيميايي همچون PCB نيست .
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 كه در آن زمان بر روي اين ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد كه جهت بهره برداري از اين ترانسفورماتورها، بايد آنها را در دماي 4 .2K نگه داشت كه انجام چنين كاري اقتصادي نيست . بهمين دليل گامها بسوي كشف موادي با قابليت ابررسانايي در دماهاي بالاتر ، برداشته شد. در اواسط دهه 1970 ، شركت Westing House ، طرح يك ترانسفورماتور نيروگاهي 550/22kv , 1000MVA را مورد مطالعه  قرار داد و به اين نتيجه رسيد كه مشكلاتي از قبيل انتقال جريان ، عملكرد فوق جريان (Overcurrent) و حفاظت همچنان وجود خواهند داشت .
از سال 1980 ، توسعه ترانسفورماتورهاي LTS توسط شركت هاي GEC-Alsthom , ABB ، در اروپا و چند شركت صنعتي و مركز دانشگاهي در ژاپن، مورد پيگيري قرار گرفت . پيشرفت هاي بعمل آمده در توليد هاديهاي طويل Nb-Ti و مواد با مقاومت بالا (Cu-Ni) بر كاهش تلفات ac تاثير زيادي داشته است . مساله عملي بودن كاهش وزن و افزايش راندمان نيز بر روي ترانسفورماتورهاي با قدرتهاي كمتر از 100KVA (تكفاز 80KVA Alsthom) ، (Toshiba)30KVA و سه فاز 40KVA (دانشگاه Osaka) مورد بررسي قرار گرفت . هم چنين ترانسفورماتورهاي بزرگتري نيز ساخته شده و آزمايشهاي مربوطه را با موفقيت پشت سر گذاشتند. در يك ترانسفورماتور تكفاز 330KVA ساخت ABB پيش بيني هاي لازم براي محدود سازي جريان خطا و حفاظت در برابر يخ زدگي در نظر گرفته شد. شركت برق Kansai Electric نيز گزارشي از ترانسفورماتور LTS با هادي Nb3Sn با قدرت 2000 KVA ارائه نموده است .
روشي جديد براي آشكارسازي گازهاي ترانسفورماتورها با استفاده از امواج صوتي.
خلاصه
ترانسفورماتورهاي قدرت بزرگترين بخش سرمايه گذاري را در پستهاي انتقال و توزيع تشكيل مي دهند . پيامد سود اقتصادي ناشي از خارج شدن يك ترانسفورماتور از شبكه ، مي تواند يك زيان چند ميليون دلاري باشد . بالعكس ، راه اندازي بموقع يك ترانسفورماتور معيوب معمولا مي تواند از اين زيان عظيم جلوگيري كند . شرايط خطا در يك ترانسفورماتور قدرت مي تواند به طرق مختلف آشكارسازي شود . يك روش بر اساس آشكارسازي محصولات ناشي از تنزل كيفيت روغن عايقي ، كه معمولا گازهاي محلول در آن هستند ، مي باشد . اين گازها در نتيجه تلفات غيرعادي در داخل ترانسفورماتور توليد مي شوند . انرژي گرمائي آزاد شده بواسطه خطاهايي از قبيل اضافه دما ، تخليه جزئي و وقوع قوس الكتريكي ، غالبا براي توليد حباب هاي گاز كافي است . بعلاوه ، شرايط رطوبت بالا و اضافه بارهاي ناگهاني مي تواند باعث تشكيل حبابهاي بخار آب  شود كه از عايق هاي سيم پيچ آزاد مي شوند . هنگامي كه بكمك نتايج تحليل آزمايش گازهاي محلول در روغن ( DGA [1][1]) ، مشخص گرديد كه يك ترانسفورماتور گاز توليد مي كند ، بيشتر شركتهاي دارنده ترانسفورماتور ، براي اينكه بفهمند كه درون ترانسفورماتور چه مي گذرد تا بدينوسيله از وقوع يك خرابي فاجعه انگيز جلوگيري نمايند ، برنامه اي جهت آزمايشهاي مرتب با فاصله زماني كمتر ، به مورد اجرا مي گذارند كه بشكل هفتگي و يا حتي روزانه انجام مي شود . كساني كه تاكنون درصدد تفسير نتايج عددي حاصل از اين آزمون ها برآمده اند، احتمالا با اين نكته موافقند كه اين كار يكي از مشكلترين تجزيه تحليل هاست و در اغلب اوقات نيز نتيجه بخش نيست. معمولا اطلاعات اضافي زيادي، در كنار اخذ مشورت از افراد خبره در امر ترانسفورماتور، مورد نياز است تا بتوان در اين مورد تصميم گيري كرد. در حال حاضر روشي براي انجام اين تجزيه تحليل در دسترس نيست.
v    آشكار سازي امواج صوتي حاصله از وقوع تخليه جزئي در ترانسفورماتور نيز يك روش مشهور است كه تجهيزات مورد نياز آن در دسترس مي باشد. وانگهي اين امر روشن شده است كه حتي وقتي در ترانسفورماتور تخليه جزئي وجود ندارد، باز امواج صوتي از آن منتشر مي گردد و نيز مشخص شده است كه انتشار اين امواج نتيجه تشكيل حباب هاي گاز است . لذا تجزيه و تحليل اين علائم براي تعداد قابل ملاحظه اي از ترانسفورماتورها، مي تواند به يك روش تشخيص جديد براي آشكارسازي ، جايابي و تعيين مشخصات نقاط مولد گاز منجر شود. براي اين منظور بايد روشهايي براي آشكارسازي صوت، توسعه داده شود و پايگاه اطلاعاتي لازم براي شناسايي منابع مختلف توليد گاز و ميزان جدي بودن آنها ايجاد گردد. هدف نهايي از اين كار، ارائه يك روش آزمايش و الگوريتم ارزيابي نتايج آن است تا بتوان معيارهايي را براي اين مسئله پيدا نمود .
اين پروژه مشتمل بر دو مرحله است . در مرحله اول ، مفاهيم مربوط به اين روش ارائه مي شود و در مرحله دوم اطلاعات مربوط به توليد گاز در ترانسفورماتورها جمع آوري مي گردد .
مرحله اول : ميزان مؤثر بودن استفاده از امواج صوتي در آشكارسازي منابع توليد گاز نمايانده مي شود . در اين رابطه يك كار مقدماتي بر روي تجهيزات سيكل خنك كننده مؤسسه پلي تكنيك رنسلر (  RPI ) انجام خواهد شد . شرايط خطا شبيه سازي خواهد شد تا تغييرات ميزان گاز توليد شده بوسيله اضافه دماي هادي، تخليه جزئي و وقوع قوس الكتريكي را را بازسازي كند . اعضاي تيم مؤسسه PAC ، آزمايش اندازه گيري تشعشعات صوتي را با استفاده از جديدترين لوازم اندازه گيري ، بر روي سيكل خنك كننده انجام خواهند داد . مقدار و نوع گازهاي توليدي ، بوسيله اندازه گيري هاي ON  line  و off line ، از طريق اندازه گيري گاز موجود در روغن و نيز گاز ايجاد شده در فضاي بالاي منبع انبساط سيكل ، مشخص خواهد شد . اين آزمايش ها به نحوي انجام مي شوند كه هر دو نوع تحولات گذرا و ديناميك موجود در گاز را نشان دهند . نمونه گازهاي توليد شده ، در تمامي بازه دمايي و نرخ هاي مختلف عبور جريان روغن ، گرفته خواهد شد . اين اطلاعات بوسيله RPI و PAC مورد تجزيه و تحليل قرار خواهند گرفت .
مرحله دوم : پس از تكميل موفقيت آميز مرحله يكم ، مرحله دوم پروژه آغاز مي شود . در اين مرحله ، شش شركت برق توسط EPRI و PAC تعيين مي شوند و ترانسفورماتورهايي كه در اين شركتها گاز توليد مي كنند ، همراه با ترانسفورماتورهاي مشابه آنها كه گاز ايجاد نمي نمايند مورد بررسي قرار خواهند گرفت . در اين مرحله حداقل 30 ترانسفورماتور مولد گاز جهت ايجاد پايگاه اطلاعاتي لازم مورد مطالعه قرار خواهند گرفت . بر روي هر ترانسفورماتور ، حداقل بمدت 24 ساعت آزمايش خواهد شد. تجهيزات بنحوي تنظيم مي شوند كه انرژي صوتي با فركانس قدرت و نيز پمپ ها ، فن ها ، تب و بار در نظر گرفته شوند. اين اطلاعات با استفاده از تجزيه تحليل گرافيك ، تجزيه تحليل هاي آماري و شبكه هاي عصبي مورد ارزيابي قرار خواهد گرفت تا اغتشاشات ناشي از نويزهاي موجود در محيط و اعوجاجات علائم ايجاد شده در اثر ساختمان داخلي ترانسفورماتور، شناسايي و حذف شوند. آنگاه با استفاده از افراد خبره انتخاب شده توسط EPRI ، اين اطلاعات به طراحي و مشخصات خاص هر ترانسفورماتور مرتبط خواهد شد. هرگاه كه شركت برق ذيربط، تصميم به باز كردن محفظه ترانسفورماتور بگيرد، اطلاعات فوق الذكر با يافته هاي فيزيكي حاصله از بازبيني مقايسه خواهند شد. يكي از اهداف كار آنستكه بتوانيم توصيه اي براي اقدامات لازم بنمائيم كه اين توصيه در قالب موارد ذيل دسته بندي مي شود :
الف – ادامه مشاهده                 ب – انجام DGA با دفعات بيشتر
ج – مراقبت on line  يا روزانه                 د – اقدام فوري
دستاوردهاي اين پروژه مشتمل بر موارد زير هستند :
·    يك گزارش به شركت ذينفع در رابطه با منابع توليد گاز در ترانسفورماتورهاي ذيربط
·    يك گزارش حاوي جزئيات آزمايش و روشهاي آن، پايگاه داده هاي مربوط به نتايج آزمايشهاي ميداني و تجزيه و تحليل داده ها.
·    توسعه يك پايگاه اطلاعاتي اوليه براي مرتبط ساختن الگوهاي انتشار علائم صوتي به نوع خطا و ميزان جدي بودن آن
·    تهيه برنامه اي براي غني كردن نرم افزار محل يابي بر مبناي داده هاي تجزيه و تحليل شده و پايگاه داده ها.
·    تهيه يك برنامه براي ايجاد يك ابزار تجاري و ايجاد پروسه آزمايش براساس ارزيابي هاي ميداني
 
شركت كنندگان در اين برنامه، اين امتياز را خواهند داشت كه آزمايش هاي اضافي برروي ترانسفورماتورهاي مولد گاز خود داشته باشند و اين آزمايش ها توسط خبرگان ترانسفورماتور مورد تجزيه و تحليل قرار گيرد و در خريدهاي آينده خدمات و لوازم نيز تحقيقات قابل ملاحظه اي خواهند داشت.
 افزايش كيفيت توان توسط نسل جديد ترانسفورماتورها
كنسورسيوم آناليزسيستم هاي انرژي (ESAC[2][1]) متشكل ازدانشگاه هاي پوردو، ميسوري، ويسكانسين،  ناوي و شركت ABB بارياست دانشگاه پوردو ودانشگاه ميسوري تصميم دارند يك گام اساسي درجهت جانشين نمودن فناوري كه درطي يكصدسال گذشته برترانسفورماتورهاي غوطه وردر روغن حاكم بوده است بردارند.
اين ترانسفورماتورهاي جديد بر اساس فناوري نيمه هاديها طراحي مي شوند . بدين معنا كه عناصر نيمه هادي نظير ترانزيستورهاو مدارات مجتمع ( آي سي ها ) جانشين سيم پيچ هاي مسي وهسته هاي آهن سنگين وزن در ترانسفورماتورهاي معمولي مي شوند. پروژه فوق تحت نظر اداره مركزي شركت ABB  واقع در شهر زوريخ  درسوئيس انجام ميگيرد. اخيرا"پروفسور اسكات سادهاف (Scott Sudhoff ) از دانشگاه پوردو مقاله اي در زمينه احتمال جانشين شدن ترانسفورماتورهاي نيمه هادي بجاي ترانسفورماتورهاي معمولي طي دهه آينده، انتشار داده است .
ترانسفورماتورهاي توزيع عنصر اساسي شبكه هاي قدرت هستند ، آنها ولتاژ خطوط فشار قوي را به ولتاژ  2 2 0V مصرف كننده تبديل ميكنند، كه خروجي يك ترانسفورماتور چندين منزل مسكوني را تغذيه ميكند .
مزيت اصلي ترانسفورماتورهاي نيمه هادي ، افزايش كيفيت انرژي الكتريكي خروجي آنهاست . اين مزيت خصوصا" در نواحي كه كيفيت انرژي الكتريكي بشدت مورد نظر مصرف كنندگان است اهميت مي يابد .
بارهاي مجاور ميتوانند مستقيما" روي كيفيت انرژي الكتريكي همديگر تأ ثير بگذارند. يك بار سنگين در آپارتمان همسايه (نظير سوئيچ كردن آسانسور) سبب افت ولتاژخط تغذيه كننده آسانسورميشود لذا كليه مصرف كنندگاني كه به اين خط متصل ميشوند دچار افت ولتاژ ميشوند و بنابراين نور لامپ ها ، سرعت و گشتاور موتورها (نظير موتورهاي يخچال و….) كاهش ميابد و سبب سوختن برخي از اين وسائل گردد .
ترانسفورماتورهاي نيمه هادي مي تواند تمامي مسائل مربوط به كاهش كيفيت انرژي الكتريكي را براحتي حل نمايند . آنها همچنين جريان موثر مورد نياز براي تغذيه وسائلي نظير ماشينهاي الكتريكي را كاهش داده در نتيجه تلفات خطوط شبكه كاهش مي يابد. همچنين ، در اين نوع ترانسفورماتورها تلفات ثابت هسته ترانسفورماتورهاي معمولي كه بصورت شبانه روزي مصرف مي شوند بطور قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد كه اين امر سبب افزايش راندمان آنها مي گردد. ضمن اينكه آلودگي زيست محيطي ناشي از نشت روغن ترانسفورماتورهاي معمولي را نيز ندارند .
نكته ديگربراي مقايسه دوترانسفورماتوراينست كه هزينه موادمصرفي نظيرمس وآهن هسته درترانسفورماتور معمولي تقريبا"ثابت است ليكن قيمت قطعات نيمه هادي بسرعت درحال كاهش است .

آزمايش موفقيت آميز ترانسفورماتورهاي ابررسانايي HTS
يك تيم تحقيقاتي صنعتي در آمريكا متشكل از مهندسين و دانشمندان كه زير نظر شركت Waukesha Electric Systems  فعاليت مي نمايند، در سال 1999 خبرتحول مهمي را در صنعت برق با انجام آزمايش موفقيت آميز نوع جديدي از ترانسفورماتورهاي قدرت اعلام نمودند. ترانسفورماتورهاي ابررسانايي جديد در مقايسه با ترانسفورماتورهاي رايج، كوچك و سبك تر مي باشند و داراي طول عمر بيشتري نيز هستند. در اين نوع ترانسفورماتورها ديگر نيازي به هزاران گالن روغن جهت عايقي و خنك سازي نمي باشد و در نتيجه خطر ايجاد حريق و مسائل زيست محيطي را نخواهد داشت. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمي در برابر جريان dc ، تلفات اهمي برابر با صفر است. لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه اي خواهد يافت. تلاشهايي كه جهت توسعه ترانسفورماتورهاي ابررسانا انجام مي گيرد صرفا" بخاطر مسائل اقتصادي و كاهش هزينه  نيست. يكي ديگر از دلايل طرح اين مبحث اين است كه در مراكز پر تراكم شهري، رشد مصرف 2 درصدي (ساليانه ) به معني نياز به ارتقاء ظرفيت سيستم هاي موجود است. از طرفي بسياري از پستهاي توزيع بصورت Indoor  بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند. در اين نوع پست ها همانند ديگر پستهاي توزيع، از ترانسهاي روغني استفاده مي شود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زيست محيطي و ايمني مربوط به خود را دارد. در حاليكه در ترانسفورماتورهاي ابررسانا، ماده خنك كننده نيتروژن است كه خطري براي افراد و موجودات زنده ندارد. بعلاوه در اين ترانسفورماتورها، خطر آتش سوزي نيز وجود ندارد. بهمين لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهاي ابررسانا به هيچ عنوان قابل مقايسه با روغنهاي قابل اشتعال و مواد شيميايي شيمي همچون PCB نيست.
آزمايشات بر يك نوع از اين ترانسفورماتور با ظرفيت 1 MVA امكان سنجي فني و ساير مزاياي آنرا به اثبات رسانده است. يكي از مزاياي آن كاهش وزن ترانسفورماتور مي باشد بطوريكه براي يك ترانسفورماتور 30 MVA وزن آن از 48 تن به 24 تن خواهد رسيد.
دو تغيير مهم در طراحي ترانسفورماتور كه منجر به طراحي و ساخت اين نوع ترانسفورماتورهاي جديد شده است، عبارتند از استفاده از مواد ابررسانايي دماي بالا (HTS) بجاي سيم پيچ هاي رايج مسي و بكارگيري از يك سيستم كوچك خنك سازي بجاي سيستم خنك كننده رايج ترانسفورماتورهاي معمولي.
ترانسفورماتور HTS ، 30 MVA تقريبا" به 200 پوند (100 كيلوگرم ) ابررسانا نياز خواهد داشت كه هيچ گونه مقاومت الكتريكي ندارد و بنابراين هيچگونه حرارتي توليد نخواهدكرد،درحاليكه در ترانسفورماتورهاي رايج، سيم پيچهاي مسي كه هزاران پوند وزن دارند منبع اصلي توليد گرما و ايجاد تلفات ميباشند.فن آوري ترانسفورماتور HTS  از نظر استفاده از يك سيستم خنك كننده حلقه بسته جهت خنك سازي سيم پيچ هاي 
 ترانسفورماتور يكتا مي باشد و قادر است كه دماي سيم پيچ را تا 382 - درجه فارنهايت برساند.
ترانسفورماتور HTS آزمايشي 1 MVA به عنوان يك بستر آزمايشي مناسب براي ارزيابي نوآوريهاي تازه ساخته شده است.شكل زير يك نمونه از اين نوع ترانسفورماتور را نشان مي دهد.
همين تيم تحقيقاتي كه بر روي ساخت و آزمايش ترانسفورماتور 1- MVA , HTS كار كرده اند، قرار است طراحي و آزمايش يك ترانسفورماتور آزمايشي آلفا 5 / 10 MVA را شروع نمايند.
پروژه ترانسفورماتور HTS در ايالت متحده آمريكا توسط چندين شركت و سازمان دنبال مي گردد. شركت Waukesha Electric Systems ( WES ) رهبري ساخت اينگونه ترانسفورماتورها را در آمريكا به عهده دارد. اين شركت مسئول طراحي و ساخت هسته و تانك ترانسفورماتور HTS – 1MVA  بوده و همچنين مونتاژ و آزمايش آنرا نيز به عهده داشته است. شركت Intermagnetics General Corporation ( IGC )  در آمريكا، سازنده هاديها و كابلهاي ابررسانا مي باشد و در اين پروژه مسئول طراحي و ساخت هاديهاي ابررسانا، سيم پيچ هاي ترانسفورماتور و طراحي بخشي از سيستم سرمايشي بوده است.
Oak Ridge National Laboratory ( ORNL ) كه يك مؤسسه تحقيقاتي مي باشد مسئول طراحي و ساخت ساپورت سيم پيچها و زيرسيستم هاي سرمايشي مي باشد.
شركت برق Rochester Gas and Electric Corporation ( RG&E )  حمايتهاي مالي و اقتصادي اين پروژه را به عهده داشته و مشاوره اين طرح توسط مشاوران بين المللي   Electric Power Engineering Department در RPI انجام شد.
دكتر Christine Platt از دپارتمان انرژي آمريكا بر اهميت اين پديده اذعان مي نمايد و مي گويد كه در آمريكا تلفات انرژي الكتريكي توليد شده در حدود 8 درصد مي باشد كه ترانسفورماتورها نيمي از اين تلفات را توليد مي كنند و با استفاده از مواد ابررسانا و توليدات آن اين رقم نصف خواهد شد كه در نتيجه منجر به صرفه جويي صدها ميليون دلار درسال خواهد شد. افزايش طول عمر تراسفورماتور بوسيله مونيتورينگ صحيح و پيش از اين اطلاعات مربوط به وضعيت ترانسفورماتورهاي  MVA 25 و بالاتر محدود به اطلاعات آلارم دماي بالاي روغن ، نتايج آناليزساليانه گازهاي حل شده در روغن (DGA ) و اطلاعات اندك ديگري براي ترانسفورماتورهاي بزرگتر ميگردد. امروزه فن آوري ، امكانات جديدي را براي اندازه گيري سريع گازهاي حل شده در روغن ترانسفورماتور و ساير پارامترهاي بحراني تقريبا" بطور همزمان ، فراهم آورده است .
هر يك از انواع خطاهاي ترانسفورماتور تركيب متفاوتي از گازها را توليد مي كند . تقريبا" تمامي خطاها مقادير مختلفي گاز هيدروژن توليد مي كنند كه چگونگي مونيتورينگ هيدروژن كه اغلب بعنوان علامت اصلي هشدار دهنده است ، اساس انواع روشهاي آناليز گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور مي باشد .
سه نوع فن آوري اندازه گيري گاز محلول در روغن مورد استفاده قرارگرفته است :
    1)       فن آوري سنسور نيمه هادي كه از يك تراشه سيليكوني استفاده مي كند . هنگامي كه اين سنسور در معرض گاز هيدروژن قرار مي گيرد يك سيگنال الكتريكي توليد مي كند .ويژگي پاسخ به هيدروژن در اين فن آوري بسيار خوب است .
    2)        فن آوري پيل سوختي نيز در مونيتورينگ ميزان هيدروژن در روغن ترانسفورماتور استفاده شده است . اكسيداسيون الكتروشيميايي هيدروژن در الكترودهاي آشكارساز ، يك جريان الكتريكي متناسب با مقدار هيدروژن توليد مي كند . براي مولكولهاي كوچكي مانند هيدروژن مي توان گفت كه 100 در صد گاز موجود در واكنش شركت كرده و از آنها پاسخ دريافت مي شود . ساير مولكولها مانند استيلن ، اتيلن و مونوكسيدكربن نيز مي توانند در اكسيداسيون شركت كرده و توليد سيگنال الكتريكي كنند . اين سيگنال توليد شده بخشي از كل سيگنال الكتريكي خروجي است كه نمي توان تشخيص داد سهم هر گاز درتوليد سيگنال به چه ميزان است .
    3)        طيف نگاري گاز ، سومين فن آوري استفاده شده در اندازه گيري گازهاي محلول درروغن است . نمونه هاي گاز كه يا از فضاي بالاي تانك روغن ترانسفورماتور گرفته شده و يا از روغن ترانسفورماتور بدست آمده است ، از لوله هاي بلند و نازكي عبور داده مي شوند . اندازه گيري هاي انجام شده روي قابليت هدايت گرمايي گازها ، سيگنالهايي توليد مي كند كه با تبديل اين سيگنالها مي توان نوع گاز موجود در نمونه اصلي را تشخيص داد .
براي ارزيابي اين سه فن آوري، دو ترانسفورماتور كه داراي شرايط و نسبت تبديل كاملا" يكساني هستند را در نظر مي گيريم. ابتدا يكي از آنها را تحت آزمايش تخليه جزئي قرار مي دهيم. در اين حالت ميزان هيدروژن 600 PPM  ، متان 80 PPM و مونوكسيد كربن بدون تغيير است. فن آوري پيل سوختي و سنسور نيمه هادي نشان مي دهند كه چيزي تغيير كرده اما دقيقا" مشخص نيست كه چه گازي در روغن حاصل شده است. روش طيف نگاري كاملا" ميزان انواع گازها را نشان مي دهد.
در مرحله بعد ترانسفورماتور ديگر تحت آزمايش خطاي قوس قرار مي گيرد. در اين حالت هيدروژن 800 PPM و استيلن 200 PPM مي باشد. در اين حالت نيز روش پيل سوختي و سنسور نيمه هادي تنها به ميزان گاز توليد شده اشاره دارند اما طيف نگاري به تفكيك ميزان هر يك از گازهاي توليد شده را ارائه مي دهد.
نتايج نشان مي دهد كه بعضي از خطاها در يك مدت زمان طولاني ، مقدار كمي گاز توليد مي كنند در صورتيكه ساير خطاها مقادير قابل ملاحظه اي گاز در زماني كوتاه توليد مي كنند .
ارتباط دادن اين داده ها با خطاهاي ترانسفورماتور عامل مهمي در اتخاذ تصميمي مناسب براي بهره برداري و نگهداري از ترانسفورماتورها است . برخي از آنها بيانگر اين نكته هستند كه قابليت اطمينان بلندمدت ترانسفورماتور مناسب و يا بسيار نامناسب است و يا اينكه عمر مفيد ترانسفورماتور به اتمام رسيده است . ساير مقادير اندازه گيري شده ، نشان دهنده وقوع خطاهاي جدي هستند كه ممكن است نتايج ناگواري را در پي داشته باشد .
 
اضافه ولتاژهاي رزونانس در ترانسفورماتورهاي توزيع
نتيجه طبيعي استفاده صنايع از ترانسفورماتورهاي توزيع با ظرفيتهاي بالاتر، افزايش احتمال بروز اضافه ولتاژها در وضعيتهاي مختلف روزانه است . براي تعيين پارامترهاي سيستم كه مي توانند باعث ايجاد اضافه ولتاژهاي فرورزونانس شديد گردند، آزمايشهاي كاملي توسط موسسه DSTAR انجام گرفته است . آزمايشات مذكور بر روي تعدادي ترانسفورماتور توزيع و تحت شرايط كار واقعي انجام شده است . در طول اين آزمايشات، صدها بار عمليات كليدزني بر روي ترانسفورماتورهاي توزيع با ولتاژهاي متفاوت و با سيم پيچ ستاره زمين شده و اوليه مثلث انجام گرديد. اين پروژه بطور كلي ثابت كرد كه در ترانسفورماتورهاي با ظرفيت بالا كه امروزه توسط صنايع مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند، احتمال ايجاد اضافه ولتاژ فرورزونانسي بيشتر از ترانسفورماتورهاي دهه گذشته مي باشد.
بطور نمونه ، در آزمايشات انجام گرفته شده توسط DSTAR بر روي يك ترانسفورماتور معمولي با هسته سيليكون – فولاد با ظرفيت 225 KVA  و ولتاژ  25 KV با اتصال  Y –Y   ، يك اضافه ولتاژ با پيك 2.35 برابر پيك نامي ترانسفورماتور اندازه گيري شده است .
تحقيقات DSTAR ، برخي نظرات موجود در مورد اثرات پديده اضافه ولتاژ را رد كرد. براي مثال بجاي جريان تحريك هسته تلفات هسته ترانسفورماتور بهترين مشخصه براي شناسايي پديده اضافه ولتاژ در ترانسفورماتور مي باشد. نتايج تحقيقات انجام گرفته توسط اين مركز ، اخيرا" بعنوان مبحث جديد و با ارزشي از سوي IEEE منتشر شده است .
پروژه تحقيقاتي ديگري توسط موسسه DSTAR جهت تعيين تأثير نصب برقگير اكسيد روي بر روي اضافه ولتاژهاي فرورزونانس انجام گرفته است. اين تحقيقات نشان داد كه وقوع اضافه ولتاژهاي فرورزونانس باعث خرابي سريع برقگير GAPLESS نخواهد شد.
بدليل وجود امپدانس خيلي بزرگ مدار فرورزونانس گرم شدن برقگير به آهستگي صورت ميگيرد. همچنين اين تحقيقات نشان داد كه برقگيرها مي توانند بعنوان عامل موثري در كنترل اضافه ولتاژها در شرايط گوناگون باشند. دستورالعملهاي مختلفي براي كاربرد برقگيرهاي مختلف با توجه به شرايط بهره برداري وجود دارد كه بيان مي كند هر برقگير چند دقيقه مي تواند اضافه ولتاژ فرورزونانس را تحمل كند. اين اضافه ولتاژ در زمان كليدزني ( سوئيچينگ ) ترانسفورماتورها رخ مي دهد.
بانكهاي ستاره – مثلث
كليدزني بانكهاي ترانسفورماتور سه فاز هوايي با سيم پيچي Y –  ∆  بصورت فاز به فاز مي تواند سبب ايجاد مشكلات اضافه ولتاژ و خرابي ترانسفورماتورها يا برقگيرها گردد. اين موضوع در تحقيقات DSTAR بررسي گرديد و نتايج بدست آمده مطالب مفيدي را در مورد كليدزني ، حفاظت اضافه ولتاژها و قابليت برقگيرها در رفع اين اضافه ولتاژها ارائه نمود. نتايج تحقيقات مذكور همچنين گونه ديگري از پديده اضافه ولتاژ را كه قبلا" گزارش نشده بود، كشف و معرفي نمود. اين اضافه ولتاژ كه دامنه زيادي دارد يك علت روشن براي خرابي خيلي از ترانسفورماتورها در اين زمينه مي باشد.
امواج طرف ثانويه
ترانسفورماتورهاي تك فاز توزيع با سيم پيچي از نوع طراحيnon – interlaced   به همان اندازه كه ممكن است بواسطه امواج صاعقه وارد شده از طريق نقطه خنثي در ثانويه صدمه ببينند به همان قدر نيز ممكن است از طريق امواج طرف اوليه در معرض خطر باشند. ولتاژ القاء شده در سيم پيچي طرف اوليه در مجموع كم است ولي تنش هاي لايه به لايه در ميان سيم پيچي هاي ترانسفورماتور زياد اتفاق مي افتد. آزمايشات متعدد DSTAR و بررسي هاي تحليلي انجام شده دستورالعمل و راهنمائيهائي را براي حداقل نمودن ريسك خرابي ترانسفورماتور در مواجه با اين پديده، تهيه نموده است.

ساخت نوعي جديد از ترانسفورماتورها
شركت ABB نوع جديدي از ترانسفورماتورهاي تقويت جريان موسوم به بوسترفورمر عرضه كرده است كه در سيستم تغذيه راه آهن استفاده مي گردد . در اين نوع تراسفورماتورها از روغن استفاده نشده و سيستم عايقي ساده‌اي به كار رفته است . استفاده از بوسترفورمر از لحاظ اقتصادي به صرفه بوده و براي محيط زيست نيز مضرات كمتري دارد.
تكنولوژي به كار رفته در بوسترفورمر، همانند Powerformer ها و Dryformer ها ( ترانسفورماتورهاي خشك ) مبتني بر استفاده از كابلها مي باشد. اين ترانسفورماتورها از يك كابل فشار قوي تشكيل شده كه به صورت يك سيم پيچ به دور يك هسته آهني پيچانده شده است.
در بوسترفورمر از روغن استفاده نشده است و به اين ترتيب نياز به بازرسي مداوم روغن ( دماي روغن، اندازه‌گيري و تجزيه گاز متصاعد شده از روغن و … ) از بين رفته و هزينه‌هاي سرويس ونگهداري پايين آمده است. به علت زمين شدنِ كل ترانسفورماتور، ضريب ايمني اين نوع ترانسفورماتور بسيار بالاست. بوسترفورمر به علت استفاده از تجهيزات اتصال دهنده استاندارد، از ضريب اطمينان بالايي نيز برخوردار است .
ترانسفورماتورهاي تقويت جريان با فواصل 5 كيلومتر از يكديگر، در مسير خطوط راه آهن و بر روي فيدر نصب مي‌گردند. اين نوع ترانسفورماتورها را مي‌توان هم بر روي تير و هم بر روي زمين نصب كرد. از بوستر فورمر ممكن است در كشورهاي زيادي براي منابع تغذيه مختلف استفاده گردد . اكنون تعدادي از اين نوع تراسفورماتورها براي منابع تغذيه راه آهن كشورهاي اروپاي شمالي در حال ساختند.


سيستم نمايش و مديريت  ترانسفورماتورها ‍TMMSسيستم TMMS   (Trans former Monitoring Management System)    فارادي يك سيستم نمايش و مديريت ترانسفورماتور است.
سيستم ‍TMMS بر اساس جمع آوري اطلاعات بحراني بهره برداري ترانسفورماتور و تجزيه و تحليل آنها عمل مي نمايد.
سيستم TMMS با تجزيه و تحليل اطلاعات قادر خواهد بود كه ضمن تفسير عملكرد  ترانسفورماتور عيبهاي آن را تشخيص داده و اطلاعات لازم براي تصميم گيري را در اختيار بهره بردار قرار دهد.
 
اطلاعات بهره برداري كه براي فرآيند نمايش و مديريت ترانسفور ماتور ها مورد نياز بوده و توسط سنسورهاي مخصوص جمع آوري ميگردند بشرح زير مي باشند.
·                      - گازهاي موجود در روغن ترانسفورماتور همراه با ئيدران
·                      - آب موجود در روغن ترانسفور ماتور همراه با Acquaoil 300
·                      - جريان بار ترانسفورماتور
·                      - دماي نقاط مختلف ترانسفورماتور
·                      - وضعيت تپ چنچر ترانسفورماتور
·                      - سيستم خنك كنندگي ترانسفورماتور
اطلاعات بهره برداي فوق جمع آوري شده و بهمراه ساير اطلاعات موجود بطور مستمر  تجزيه و تحليل شده تا بتوانند اطلاعات زير را درباره وضعيت بهره برداري ترانسفورماتور تهيه نمايند.
·                      - شرايط عمومي و كلي ترانسفورماتور
·                      - ظرفيت بارگيري ترانسفورماتور
·                      - ميل و شدت توليد گاز و حباب در داخل روغن ترانسفورماتور
·                      - ملزومات نگهداري ترانسفورماتور
سيستم TMMS  فارادي را ميتوان براي ترانسفورماتورهاي موجود بكار برد و همچنين ميتوان آنرا در ساختمان ترانسفورماتورهاي جديد طراحي و نصب نمود.
ارتقاء سيستم TMMS فارادي با افزودن سنسورهاي اضافي ميتواند باعث ارتقاء عملكرد آن براي موارد زير گردد.
·                      - حداكثر نمودن ظرفيت بارگذاري ترانسفورماتور براي بهره برداري اقتصادي و  بهينه
·                      - تشخيص عيب و توصيه راه حل در ترانسفورماتور ها
·                      - مديريت عمر ترانسفورماتور و افزايش آن
·          - تكميل و توسعه فرايند و عمليات مديريت ترانسفورماتور ها با كمك اطلاعات اضافي تهيه شده در زمان حقيقي
  ·          -كاهش و حذف خروجي ترانسفورماتورها بصورت برنامه ريزي شده و يا ناشي از خطا
·                      - آشكار سازي علائم اوليه پيدايش خطا در ترانسفورماتورها
·                      - نمايش مراحل تكامل و شكل گيري شرايط پيدايش خطا

ترانسفورماتورهاي سازگار با هارمونيك
ترانسفورماتورهاي  مقاوم عامل     K
هارمونيك هاي توليد شده توسط بارهاي غير خطي مي توانند مشكلات حرارتي و گرمائي خطرناكي را در ترانسفورماتورهاي توزيع استاندارد ايجاد نمايند . حتي اگر توان بار خيلي كمتر از مقدار نامي آن باشد ، هارمونيك ها مي توانند باعث گرماي بيش از حد و صدمه ديدن ترانسفورماتورها شوند . جريان هاي هارمونيكي تلفات فوكو را بشدت افزايش مي دهند . بهمين دليل سازنده ها ، ترانسفورماتور هاي تنومندي  را ساخته اند تا اينكه بتوانند تلفات اضافي ناشي از هارمونيك ها را تحمل كنند . سازنده ها براي رعايت استاندارد يك روش سنجش ظرفيت، بنام عامل   Kرا ابداع كرده اند . در اساس عامل  K نشان دهنده مقدار افزايش در تلفات فوكو است . بنابراين ترانسفورماتور عامل  Kمي تواند باري به اندازه ظرفيت نامي ترانسفورماتور را تغذيه نمايد مشروط براينكه عاملK بار غير خطي تغذيه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد . مقادير استاندارد عامل K برابر با 4 ، 9 ، 13 ، 20 ، 30 ، 40 ، 50 مي باشند. اين نوع ترانسفورماتورها عملا" هارمونيك را از بين نبرده تنها نسبت به آن مقاوم مي باشند.
 
ترانسفورماتور HMT ( Harmonic Mitigating Transformer ) 
نوع ديگر از ترانسفورماتورهاي سازگار با هارمونيك ترانسفورماتورهاي HMT هستند كه ازصاف شدن بالاي موج ولتاژ بواسطه بريده شدن آن جلوگيري مي كند. HMT طوري ساخته شده است كه اعوجاج ولتاژ سيستم واثرات حرارتي ناشي از جريان هاي هارمونيك را كاهش مي دهد. HMT اين كار را از طريق حذف فلوها و جريان هاي هارمونيكي ايجاد شده توسط بار در سيم پيچي هاي ترانسفورماتور انجام مي دهد.
چنانچه شبكه هاي توزيع نيروي برق مجهز به ترانسفورماتورهايHMT  گردند مي توانند همه نوع بارهاي غير خطي   ( با هر درجه از غير خطي بودن ) را بدون اينكه پيامدهاي منفي داشته باشند، تغذيه نمايند. بهمين دليل در اماكني كه بارهاي غير خطي زياد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT بصورت گسترده استفاده مي شود .
 
مزاياي ترانسفورماتورHMT  :
مي توان از عبور جريان مؤلفه صفر هارمونيك ها ( شامل هارمونيك هاي سوم ، نهم و پانزدهم ) در سيم پيچي اوليه ، از طريق حذف فلوي آنها در سيم پيچي هاي ثانويه جلوگيري كرد .
·         ترانسفورماتورهاي HMT با يك خروجي در دو مدل با شيفت فازي متفاوت ساخته مي شوند. وقتي كه هر دو مدل با هم بكار مي روند مي توانند جريان هاي هارمونيك پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را درقسمت جلوئي شبكه حذف كنند .
·         ترانسفورماتورهاي HMT با دو خروجي مي توانند مولفه متعادل جريان هاي هارمونيك  پنجم، هفتم ، هفدهم و نوزدهم را در داخل سيم پيچي هاي ثانويه حذف كنند .
·         ترانسفورماتورهاي HMT با سه خروجي مي توانند مولفه متعادل جريانهاي هارمونيك پنجم، هفتم ، يازدهم و سيزدهم را در داخل سيم پيچي ثانويه حذف كنند .
·         كاهش جريان هاي هارمونيكي در سيم پيچي هاي اوليه HMT باعث كاهش افت ولتاژهاي هارمونيكي و اعوجاج مربوطه مي شود .
·                      كاهش تلفات توان بعلت كاهش جريان هاي هارمونيكي .
 
بعبارت ديگر ترانسفورماتورHMT باعث ايجاد اعوجاج ولتاژ خيلي كمتري در مقايسه با ترانسفورماتورهاي معمولي يا ترانسفورماتور عامل K مي شود .
 

تخمين پارامترهای مدل مشروح ترانسفورماتور با استفاده از الگوريتم ژنتيک

امروزه هزاران ترانسفورماتور در قسمتهای مختلف شبکه توليد، انتقال و توزيع الکتريکی وظيفه رساندن انرژی برق به مصرف کننده را عهده دار هستند، و کيفيت انرژی رسيده به دست مصرف کننده تا حدود زيادی به نحوة کارکرد آنها بستگی دارد. توسعه و انتقال انرژی الکتريکی در مسافتهای طولاني با پيشرفت تکنولوژی ترانسفورماتورهاي قدرت امکان پذير شده است. براي بهينه سازي عملكرد ترانسفورماتورها بررسي و تحليل آنها ضروري و اجتناب ناپذيرميباشد، مدلسازي ترانسفورماتور از مهمترين روشهاي بررسي و تحقيق روی اين تجهيزات است. مدل مشروح بر اساس هندسه و فيزيك داخل ترانسفورماتور ساخته ميشود و به همين دليل اين نوع مدل براي مطالعه پديده هاي داخل ترانسفورماتور بسيار مناسب است، وحتي مدلهاي مشروح كاهش يافته ميتوانند در بررسي بر هم کنش ترانسفورماتور و سيستمهاي الكتريكي نيز مورد استفاده قرار گيرند. توانائي مدل مشروح در شبيه سازي رفتار ترانسفورماتور به دقت محاسبه پارامترهاي مدل بستگي دارد. در حال حاضر براي تعيين پارامترهاي مدل مشروح ترانسفورماتور از روابط رياضي و روشهاي عددي استفاده ميشود، که با استفاده از داده هاي هندسي سيم پيچها و مواد عايقي بكار رفته در ساختمان ترانسفورماتور، مقدار عددی پارامترهای مدل را مشخص ميکنند. اين روشها داراي اين معايب هستند كه اولاً همواره اطلاعات دقيقي از ابعاد داخلي ترانسفورماتور در دسترس نمي باشد و ثانياً با توجه به تقريبهاي بكار رفته در روابط، پارامترهاي محاسبه شده با خطاي محاسباتي همراه هستند.
      در اين پروژه براي اولين بار روشي مبتني برالگوريتم ژنتيك براي تخمين پارامترهاي مدل مشروح بر اساس اندوكتانسهاي خودي و متقابل ترانسفورماتور ارائه ميشود. براي انطباق با نيازهاي مسئله يک نگرش جديد در پياده سازي الگوريتم ژنتيك بكار رفته، كه بجای مقادير باينری بر روی مقادير حقيقی پارامترها عمل ميکند. در اجرای الگوريتم ژنتيک از تمهيدات خاصی استفاده گرديده، که موجب تسريع همگرائی الگوريتم شده است. از روش پيشنهادی براي تخمين پارامترهاي مدل مشروح يك سيم پيچ فشارقوي متعلق به يك ترانسفورماتور توزيع MVA 2/1 استفاده شده است. براي ارزيابي دقت روش پيشنهادي، تابع تبديل جريان خروجي ترانسفورماتور با ورودی ولتاژ ضربه، از طريق اندازه گيري و تحليل مدل حاصل از الگوريتم ژنتيک، بدست آمده و با هم مقايسه شده است. آزمايش انجام يافته دقت روش پيشنهادی را مورد تأييد قرار ميدهد. روش ارائه شده براي تخمين پارامترهاي مدل مشروح ترانسفورماتور تنها به اندازه گيريهاي پايانه ترانسفورماتور نياز دارد.















منابع :
http://pr.kntu.ac.ir/succeed/defaultsucceed.asp?id=149
http://hessabi.persianblog.com
http://www.mitsubishielectric.com
http://www.pwit.ac.ir/Deputies/Research/powerinnovation/tazeh
http://dbase.irandoc.ac.ir/00140/00140659.htm
http://www.tsrey.com/fa
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index
امیرحسین صادقی
                                       http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile     

ایزولاسیون و مقره

بسمه تعالی

 

گردآورنده

امیرحسین صادقی 

    

 http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

   مقدمه   

  ايزولاسيون ومقره ها                              

1)مواد تشكيل دهنده عايق ها و مقره ها           

1-1) پرسلين                               

2-1) شيشه                          

2) طراحي شكل و انواع ايزولاتورها                       

3) انواع مختلف ايزولاتورها                   

الف) ايزولاتورهاي نوع نگهدارنده                  

الف-1) مفره هاي سوزني                       

الف-2) مقره هاي نوع پست                        

ب) مقره هاي آويزي                      

ب-1) مقره هاي آويزي بشقابي                  

ب-2) مقره هيوليت                                    

ب-3) مقره هاي توپر بلند آويزي                      

ج) مقره هاي مخصوص                        

4) توزيع ولتاژ در طول يك زنجيره مقره آويزي          

5) روشهاي توزيع مساوي ملتاژ در طول زنجيره مقره      

1-5) كنترل         

2-5) درجه بندي كاپاسيتانس واحدهاي مقره        

3-5) كاربرد حفاظ استاتيكي يا حلقه محافظ       

4-5) لعاب هادي                                    

6) طراحي وانتخاب ايزولاتور خطوط انتقال از نقطه نظر استقامت مكانيكي    

2-6) طراحي مكانيكي مقره هاي آويزي معمولي           

2-2-6) طراحي مكانيكي مقره هاي آويزي v شكل       

3-2-6) طراحي مكانيكي مقره هاي آويزي براي دكلهاي انتهايي       

4-2-6) قابليت اطمينان طولاني مدت مقره ها           

3-6) تطبيق ايزولاسيون                              

مقدمه:

از آغاز پيدايش صنعت برق ،  نياز به تجهيزاتي كه بتوانند نقش عايقي و جداسازي قسمتهاي تحت ولتاژ‍ از ساير قسمت ها را داشته باشند وجود داشته و تحقيقات در اين زمينه نيز همچنان ادامه دارد.اولين عنصري كه به عنوان مقره مطرح گرديد چوب خشك بود ولي بعلت اينكه پس از خيس شدن تا اندازه اي خاصيت عايقي خود را از دست ميداد كنار گذاشته شد. پس از چوب استفاده از مصنوعات كلي وسراميك مورد مطالعه قرار گرفت وامروز بطور گسترده از شيشه و چيني وپلاستيك در ساخت مقره ها استفاده مي شود.

در خطوط انتقال نيرو نيز لازم است هاديهاي تحت ولتاژ بنحوي از برجها ايزوله شوند كه مقره ها عامل اصلي جداسازي هاديها از پايه ها وزمين مي باشد و براي اينكه بتوانند وظايف خود را كه در حقيقت تامين فاصله مناسب مي باشد به خوبي انجام دهند بايد داراي خواص كلي زير باشند :

(1) خاصيت عايقي مناسب

(2) مقاومت مكانيكي كافي

(3) تحمل الكتريكي در مقابل اضافه ولتاژ ها

(4) مقاومت الكتريكي بالا در جهت كاهش نشت جريان الكتريكي

(5) مقاوم در مقابل تغييرات درجه حرارت محيط

مسلما هرچه مقاومت الكتريكي و مكانيكي مقره ها بيشتر باشد،تحمل آنها در مقابل اضافه ولتاژها يا اضافه بارهاي مكانيكي افزايش مي يابد ،علاوه بر آن پايين بودن درجه عايقي مقره ها احتمال بروز جرقه بين هاديها با برجها را از طريق زنجيره مقرهها افزايش ميدهد.كه اين امر سبب تخريب آنها ميگردد كه درمجموع كاهش قابليت برق رساني و در نتيجه خروج خطوط انتقال نيرو را بهمراه خواهد داشت.

ايزولاسيون و مقره ها :

براي اتصال هادي هاي خطوط انتقال به دكل ها كه داراي ولتاژ هاي زيادي نسبت به بدنه ي دكل و نسبت به يكديگر مي باشند،از وسايل مجزا كننده استفاده ميشود.اين جدا كننده ها كه عموما به صورت مقره در خطوط انتقال بكار مي روند ، عموما داراي دو وظيفه ي مهم مي باشند:

يكي وظيفه ي مكانيكي آنها است بطوري كه بايد داراي استقامت مكانيكي خوب بوده  و قادر باشند بارهاي مكانيكي راتحت شرايط متحمل از قبيل برف ،باد ، باران ، و غيره بخوبي تحمل نمايند.

ديگري وظيفه ي الكتريكي آنها است بطوري كه بايد داراي خواص غايقي خوب بوده و بتوانند هادي هاي داراي ولتاژ را بخوبي از دكل و از يكديگر ازنظر الكتريكي جدا نمايند و علاوه بر تحمل ولتاژ كار خط ، در مقابل ولتاژ هاي ضربه اي ناشي از رعد و برق و قطع و وصل كليد ها و غيره كه بعدا توضيح داده خواهد شد بخوبي مقاومت كنند.

در ضمن جريان نشتي مقره ها كه ممكن است در اثر تخليه ي كرونا ، تلفات دي الكتريكي ياعايقي مواد داخلي مقره و جريان نشتي سطحي مقره به وجود ايد بايد حتيالامكان ناچيز باشد .

شكست ولتاژ اعمال شده روي مقره ممكن است به دليل تخليه ي الكتريكي در هواي اطراف مقره ، تخليه ي الكتريكي سطحي از طريق گرد و غبار وآلودگي هاي روي سطح مقره ويا تخليه ي الكتريكي ازداخل خود مقره صورت پذيرد كه در حالت اخير منجر به خرابي مقره مي گردد .

اغراق نيست اگر بگوييم كه ضريب اطمينان سيستم هاي قدرت بستگي به كيفيت وضريب اطمينان ايزولاتورها دارد و از آن جايي كه ولتاژ انتقال و ظرفيت انتقال روز به روز در حال افزايش است ميتوان گفت كه نقش ايزولاتورها و مقره ها روز به روز مهمتر خواهد شد و همچنين نياز برخورداري از تحمل مكانيكي بيشتر درآينده توام با خاصيت الكتريكي مناسب مسئوليت سنگيني را از هم اكنون بردوش مهندسان مواد گذاشته است به لحاظ اهميت نقش ايزولاتورها ومواد تشكيل دهنده ي آنها در خطوط انتقال در اينجا به تشريح آنها مي پردازيم.

1)     مواد تشكيل دهنده عايقها و مقره ها 

مواد مختلفي وجود دارند كه بعنوان عايق الكتريكي در ساخت مقره ها به كار ميروند. اين مواد عموما بدوگروه سراميكي و غيرسراميكي (پلاستيك)مي توانند تقسيم گردند . گروه سراميكي كه ازاهميت بيشتري برخوردار مي باشد خود انواع مختلفي را شامل مي شود كه عمده ي آنها بخصوص براي خطوط انتقال ، شامل پرسلين و شيشه مي باشند.با اين حال امروزه پرسلين به عنوان بهترين اين مواد ازنقطه نظر استقامت الكتريكي ومكانيكي ، استقامت تحت شرايط جوي مختلف ، ضريب اطمينان بالا و غيره ، موردقبول صاحب نظراندر سراسر جهان مي باشد و به عنوان بهترين ماده براي ساخت مقره ها شناخته شده است .

در اين جا به دليل اهميت به تشريح اين دو ماده مي پردازيم :

1-1)    پرسلين

اين ماده مخلوطي است از رس و كائولين يا سيليكات هيدراته و كوارتز ، فلدسپات

يا سيليكو آلومينات سوداو پتاس. در ساختمان بعضي ازپرسيلينهاي مخصوص ممكن  است اكسيدهاي بخصوص شامل تيتان و زيركونيم نيز موجود باشد درصد كوارتزچيزي در حدود25%و درصد فلدسپات يا سيليكو آلومينات سود و پتاس نيز در همين حدودمي باشد و خواص الكتريكي و مكانيكي آن تابعي از درصد مواد تشكيل دهنده ي آن مي باشد. اين مواد را پس از آرد كردن خوب مخلوط كرده و به  شكل مطلوب درآورده و دركوره باحرارتي در حدود 1300 درجه مي پزند .

پرسلين داراي خاصيت عايقي بسيار خوب و قوي بوده و گراديان ولتاژي كه باعثخرابي آن مي گردد در حدود mm / kv30 - 15  مي باشد ودر مقابل ولتاژ ضربه تا  49mm/kv تحمل دارد.  مقاومت مخصوص آن زياد و در حدود  mCΩ  ٩٤ 10�3 است كه در نتيجه جرياننشتي آن ناچيز مي باشد .ثابت دي الكتريك پرسلين 6.5- 4 =εمي باشد  . مقاومت مكانيكي آن درحدود در مقابل فشار حدود٢mm/kg 50 است و در مقابل كشش تا حدود0.1 مقدار فوق مقاومت از خود نشان مي دهد . با ازدياد درصد كوارتز مقاومت مكانيكي آن افزايش مي يابد و افزايش درصد رس آن، اثرات درجه حرارت را بر روي آن كاهش مي دهد. پرسلين براحتي لعابدار مي شود و اين كار مقاومتش را در مقابل ترك خوردن و

يا لبپريدگي زيادمي كند و براحتي تميز مي شود . از طرفي هدايت لعاب سطح آن باعث توزيع يكنواخت ولتاژ در سراسر طول رشته ي مقره مي گردد مرور زمان و تغييرات شرايط جوي در دراز مدت ممكن است باعث آشكار شدن خلل و فرج و خرابي اين مقره بشود . اين نوع مقره در مقابل ضربه، معمولا ترك بر مي دارد يا داراي لب پريدگي مي شود ولي كاملا خورد نمي شود .

از معايب پرسلين اين است كه چنانچه تحت اثر موج ولتاژي ، تخليه ي الكتريكي در داخل آن صورت گيرد موجب ايجاد كانال بسيار باريك و غير قابل ديدن مي گردد كه سبب كاهش خاصيت عايقي آن مي شود .

پرسلين خود شامل چهار نوع عمده مي باشد كه عبارتند از :

الف) پرسلين معمولي يا پرسلين فلدسپات ، كه استقامت مكانيكي آن در مقابل خمش  در حدود ٢Cm / kg1000-600مي باشد .

  ب) پرسلين آلومنيومي كه بمنظور افزايش استقامت مكانيكي به جاي پرسلين معمو لي به كار مي رود.استقامت مكانيكي آن در مقابل خمش تقريبا دو برابرپرسلين معمولي و برابر با ٢ Cm/ kg 1700-1000مي باشد . 

ج) پرسلين كريستوبالايت كه از مزاياي آن يكنواختي بهتر جنس آن و قابليت بهتر

كار با آن مي باشد اين پرسلين اولين بار توسط ژاپنيها ساخته شده است .

د) پرسلين كريستوبالايت آلومنيومي كه جديدترين نوع پرسلين بوده و داراي مزاياي پرسلين كريستوبالايت از جمله يكنواختي و قابليت بهترگار با آن و نيز داراي مزايايپرسلين آلومنيومييعني استقامت مكانيكي خوب مي باشد

1-2)    شيشه    

شيشه مخلوطي از سيليس ( ٢SiOدر حدود 70%) اكسيد سديم (O ٢ Na)،اكسيد كلسيم و منيزيم (МgOوCaO) مي باشد كه در حدود 1400درجه حرارت ذوب و پخته مي شودخنك شدن شيشه پس از پختن ممكن است به دو صورت كند و تدريجي ويا خنك شدن ناگهاني به كمك دميدن هوا باشد ،  كه در صورت اخير سطح خارجي شيشه زود سرد و سخت شود ، در حالي كه قسمت داخلي آن هنوز حرارت خود را دارااست . در نتيجه پس از خنك شدن تدريجي قسمت داخلي آن تحت كشش وقسمت خارجي وسطح شيشه تحت فشار قرار خواهد داشت .

استقامت الكتريكي شيشه در حالت معمولي بهتر از پرسلين و در حدود mm/kv 120-60 بوده و در مقابل ولتاژ ضربه استقامت آنmm/kv 195مي باشد . خواص آن تقريبا مشابه پرسلين است . مقاومت مخصوص آن در حدود Cm.Ω  10١٩- 10١٠ بوده و با افزايش درجه حرارت مقدار آن كاهش مي يابد ، بطوري كه در حرارتهاي بالاتر از 1100  درجه سانتيگراد به مقداري كمتر از Cm.Ω 10 مي رسد ، ثابت دي الكتريك شيشه به مقدار 10-5.5 = ε ميباشد .

از خصوصيات مقره شيشه اي اينست كه در مقابل ضربه معمولا خرد مي شود ونيز مقاومت مكانيكي آن با زمان تحمل نيرو  كاهش و در حد گسيختگي به ⅔ تقليل مي يابدمقاومت ايزولاتورهاي شيشه اي در مقابل شكنندگي و تغييرات ناگهاني جوي درمقايسهبا پرسلين چندان خوب نيست .

از معايب عمده ي آن اينست كه چون در ساختمان آن تركيبات بازي شامل اكسيدكلسيم و اكسيد سديم وجود دارد ، هنگامي كه جريان نشتي زيادي بر روي سطح آن در اثر آلودگي سطح مقره ايجاد گردد ،تركيبات مزبور در مقابل رطوبت واكنش نشان داده وباعث خوردگي سطح شيشه مي شود كه در نهايت ممكن است بدليل بر هم زدن تعادل نيروهاي سطحي و داخلي منجر به شكستن مقره گردد.بهمين دليل در مناطق با آلودگي زياد به كار نمي رونند .

از مزاياي شيشه شفافيت آن است بطوريكه شكستگي و ترك در داخل آن با چشم قابل رويت بوده و كم بودن ضريب انبساط و ارزاني قيمت آن در مقايسه با پرسلين ازديگر مزاياي آن مي باشد .

 2 )    طراحي شكل و انواع ايزولاتورها

همانطور كه قبلا گفته شد شكست الكتريكي بر روي مقره معمولا به دو علت ممكن

است صورت پذيرد ، يكي تشكيل جرقه از داخل مقره و ديگر تشكيل جرقه سطحي ، كه اولي چون عايق بدليل سوراخ شدن خاصيت خودراازدست مي دهد،حائزاهميت بيشتري است . تخليه ي نوع دوم خود ممكن است به سه صورت مختلف وقوع پذيرد:

الف) تخليه ي بين هادي و بدنه از طريق هدايت سطحي عايق كه معمولا در شرايطي كه ايزولاتور بعلت كثيف بودن، آلودگي و مرطوب بودن خاصيت عايقي كمتري دارد ممكن است وقوع پذيرد (شكل 1 ) در اين حالت كوتاهترين مسير بر روي سطح ايزولاتور كه هادي را به بدنه مربوط مي سازد خط فراري ناميده مي شود .

 ب) تخليه ي ناشي از افزايش ولتاژ ناگهاني بين هادي و بدنه هنگاميكه سطح ايزولاتورخشك و نسبتا تميز باشد كه معمولا از طريق كوتاهترين مسير انجام ميگيرد.

  ج) تخليه ي ناشي ازافزايش ولتاژ ناگهاني بين هادي وبدنه هنگامي كه سطح ايزولاتورمرطوب باشد ، در اين حالت مسير تخليه ي طولاني تري را نسبت به حالت قبلي طي مي كند كه به سطح عايق نزديكي بيشتري نشان مي دهد

با توجه به لزوم پايداري شبكه هاي فشار قوي و با اطلاع از مسائل فوق الذكرتوجه به مسائل متعددي در طرح شكل و نحوه كاربرد ايزولاتورها اهميت پيدا مي كند . متذكرمي شود كه پاره اي ازاين نكات طراحي و رسيدن به طرح مناسب از جهات مختلف ممكن است با يكديگر متضاد باشند. بديهي است درچنين شرايطي حالت اپتيمم اتخاذ مي گردد.

پاره اي از نكات مهمي كه بايد در مورد انتخاب نوع ايزولاتور در نظر داشت بشرح زير بيان مي گردند :

1-2 ) سطح مقره صاف باشد تا از نشستن و تشكيل گرد و غبار و آلودگي هاي موجود در هوا كه باعث كاهش ايزولاسيون سطحي و با لطبع افزايش جريان نشتي و افزايش احتمال وقوع تخليه ي سطحي مي گردد حتي الامكان جلوگيري شود . اين امر در مناطق باهواي خيلي آلوده مستلزم كاربرد ايزولاتورهاي با شيارهاي كم عمقتر مي باشد.

2-2) به منظور كاهش جريان نشتي و احتمال وقوع تخليه ، طول خط فراري حتي الامكان بيشتر شود . اين امر مستلزم ايجاد شيارها وفرورفتگيهاي عميق بر روي سطح   زيرين ايزولاتورها مي باشد .

3-2 ) شكل ايزولاتورچنان طراحي گردد كه آب باران بر روي سطح آن نماند و حتي الامكان سريع خشك شود.اين امرمعمولابه طراحي ايزولاتورهاي چتري شكل منجرشده است كه از خواص مطلوب آن اين است كه در شرايط باراني اگر باد نباشد معمولابخش زيرين آن خشك باقي مي ماند .

4-2 ) ضخامت قسمتي از ايزولاتور كه قسمتهاي فلزي رابط بالا و پايين را از هم از نظر الكتريكي جدا مي كنند طوري انتخاب شود ، كه در صورت افزايش ولتاژ ، قبل ازوقوع تخليه ي الكتريكي از داخل ،جرقه در سطح مقره تشكيل گردد . هر چه نسبت ولتاژلازم براي وقوع تخليه ي الكتريكي از داخل يعني ولتاژ سوراخ شدن به ولتاژ لازم جهت وقوع تخليه ي سطحي بيشتر باشداين ضريب اطمينان افزايش مييابد.حداقل اين نسبت بايد از 3/1 بزرگتر باشد ، در موارد معمولي نسيت 6/1 و حتي گاه نسبت 2 را انتخاب مي نمايند .

5-2 ) از آن جايي كه ثابت دي الكتريك هوا ومقره متفاوت مي باشند خطوط نيرو   در داخل هوا و عايق متفاوت بوده ، داراي فشردگي بيشتري در هوا خواهند بود . اين امر بخصوص در مواردي كه عايق داراي شيارها و برآمدگيهاي پيچيده باشد         مي تواند گاه سبب تشگيل گراديان ولتاژ قوي در هوا و در نتيجه وقوع تخليه ي جزئي و نهايتا تخليه ي الكتريكي كامل گردد . از طرفي چون وجود شيارها و برآمدگي هاي پيچيده به  خصوص در شرايط هوايي ساكن باعث كثيف شدن سريعتر عايق شود ، لذا در مورد ايزولاتورهايي كه در محل هاي سرپوشيده نصب مي شوند شيارها داراي عمق كمتري بايد باشند .

6-2 ) در كاربرد وانتخاب ايزولاتور بايد به شرايط جوي منطقه و ميزان آلودگي هواي محل ونوع آلودگي توجه بيشتري بشود .

 7-2 ) در انتخاب شكل و طول ايزولاتور به نكات اقتصادي بايد توجه شود . بهخصوص توجه به اين مطلب حائز اهميين است كه ولتاژ مقاوم در نظر گرفته شده براي ايزولاتورآن چنان نباشد كه هرموج ولتاژ ممكني را تحمل كند .زيرا اين امرسبب طولاني شدن بيش از حد زنجيره ي ايزولاتور و در نتيجه هزينه ي سنگين طرح خواهد شد .

3 )    انواع مختلف ايزولاتورها

توجه به نكات مختلف وشرايطمخصوص نصب منجر به طراحي وساخت ايزولاتورهاي مختلفي شده است . اين ايزولاتورها معمولا به دو گروه ايزولاتورهاي نگهدارنده(ثابت )و ايزولاتورهاي آويزان تقسيم مي شوند :

الف ) ايزولاتورهاي نوع نگهدارنده

اين ايزولاتورها معمولا تحت نيروي فشاري و خمشي قرار مي گيرند دو نمونه از آنها با اهميت تر از بقيه مي باشند كه عبارتند از :

الف-1 ) مقره هاي سوزني :

همانطور كه از نام اين مقره ها بر مي آيد ، مقره توسط يك سوزن يا ميخ به پايه بسته مي شود . معمولا از پرسلين ساخته مي شود . نحوه ي استفاده از اين مقره طوري است كه معمولا تحت نيروي فشاري قرار مي گيرد ولي چنانچه بصورت معكوس به بازوهاي پايه هابسته شودتحت تاثيرنيروي كشش قرار خواهد گرفت.طبق استانداردهاي مختلف تماس مستقيم بين پرسلين و فلز سخت سوزن مقره چندان مناسب نمي باشد وبايد تو- سط يك انگشتانه ي فلزي از جنس نرمتر از هم جدا گردند . براي اين منظور معمولا از فلز روي استفاده مي شود . اين مقره ها را مي توان با افزايش طبقات عايق باي ولتاژهاي بالاتر به كار برد اما معمولا براي ولتاژهاي توزيع ساخته مي شوند و كاربرد آن به ولتاژهاي زيرkv 70محدود مي شود زيرا در ولتاژهاي بالاترهزينه ي آن غير اقتصادي بوده وبا افزايش ولتاژازدياد قيمتي نشان مي دهدكه تقريبا متناسب با ⁿV است بطوري كه ⁿ عددي بزرگتر از 2 مي باشد. در اين نوع مقره ضخامت پرسلين واقع بين سوزن وهادي بايد به قدري باشد كه در صورت افزايش ولتاژغيرمعمولي تخليه ي سطحي ازروي عايق زودتراز شكست الكتر_  يكي در داخل آن صورت پذيرد . نسبت ولتاژ لازم براي تخليه ي الكتريكي سطحي به ولتاژ كار مقره را ضريب اطمينان مي نامند كه براي ولتاژهاي كمتر مقدار بيشتري دارامي باشد .

هنگامي كه مقره تر باشد بخصوص در صورتي كه بر روي سطح مقره آلودگي زيادايجاد شده باشد سطح بالايي چترهاي مقره عملا خاصيت عايقي خود را از دست داده و حتي ممكن است هدايت خيلي زيادي از خودنشان دهند.در اين صورت مسافتي كه تخليه ي الكتريكي بين هادي و سوزن صورت مي گيرد عبارتست از جمع كوتاهترين فواصل موجودبين كناره ي هرچتر با نزديكترين نقطه روي چتر پايين تر به اضافه ي كوتاهتر- ين فاصله ي موجود بين لبه ي چتر پاييني وسوزن مقره ،  كه در شكل ( 5 الف ) با جمع (c b a) نشان داده شده است . در مقره هاي خشك و تميز ، پرسلين نقش عايقي خود را حفظ كرده و بنا براين مسير جرقه عبارت است از كوتاهترين فاصله ي هوايي بين هادي و سوزن مقره كه اين مسير به صورت حاصل جمع (c b a) در شكل (5 ب) نشانداده شده است .

استقامت مقره و سوزن آن از نظر مكانيگي بايد چنان باشد كه تحمل نيروهاي مكانيكي در شرايط سخت ممكن را با ضريب اطمينان كافي را داشته با شند و در مورد پايه هاي انتهايي كه تحت نيروي كشش يكطرفه قراردارند ،مقره بايد استقامت كافي در مقابل نيروي خمشي راداشته باشد .در غيراين صورت بهتر است از مقره هاي كششي استفاده شود .

الف-2)  مقره هاي نوع پست :

اين مقره ها به صورت استوانه اي بلند مي باشند كه داراي فرورفتگي ها و برآمدگي ها  اي بر روي سطح استوانه مي باشد و از نظر ساخت مي تواند به دو صورت تو خالي و تو پرساخته شود .نوع توپر آن داراي استقامت مكانيكي و نيزاستقامت الكتريكي بهتري  در مقابل سوراخ شدن مي باشد . امروزه مقره هاي نوع پست بيشتر به صورت تو پر ساخته مي شوند .

مقره هاي نوع پست مي توانند در خطوط انتقال مورد استفاده قرار گيرند و يا براي پستهاي فشار قوي مورد استفاده قرار مي گيرند.

مقره هاي نوع پست ممكن است به صورت افقي ، عمود و يا مايل مورد استفاده قرار  مي گيرند

ب)  مقره هاي آويزي

همانطور كه گفتيم استفاده از مقره هاي سوزني در ملتاژهاي بالا از نظر اقتصاديچندان مقرون به صرفه نمي باشد . از طرف ديگر براي ولتاژهاي بالا اندازه ي آنها بيش از حد بزرگ مي شود . اين نكات موجب گرايش توجه متخصصان به مقره هاي آويزي براي خطوط انتقال با ولتاژ بالا شد يكي ازاين افرادآقاي لاكه صاحب امتياز كمپاني مقره سازي لاكه بود كه اولين مقره ي آويزي دنيا توسط وي در سال 1903 به مرحله ي ساخت در آمد . اين مقره خيلي زود به صورت مقره ي آويزي دانكن  ( سال 1905 )  تكامل يافت . مقره هاي آويزي  كه  امروزه مورد استفاده قرار مي گيرند در حقيقت از تكامل تدريجي اين مقره بوجود آمده اند .

همان طور كه ازنام اين مقره ها بر مي آيد ، هادي توسط مقره ، زير بازوهاي دكل به صورت آويزان قرار مي گيرد .اين سيستم داراي مزاياي متعددي است كه معمولاعبارتنداز :

1- هر واحد آن براي ولتاژ كار نسبتا كمي طراحي و ساخته مي شود و براي ايزولاسيون هادي خط از پايه ها لازم است كه يك رشته ي سري از آن ها مورد استفاده قرار گيرد .

2- درصورت خرابي ويا شكستن عايق معمولا تعويض يك واحد به جاي تمام زنجير كافي مي باشد .

3- از آنجايي كه هادي خط به زيرمقره ها بسته مي شود ومقره هامي توانند نوسان كنند ، نيروهاي مكانيكي كمتري در مقايسه با نوع مقره هاي سوزني بر عايق وارد مي شود ضمنا آزاد بودن نسبي اين نوع مقره سبب تعادل كشش هادي در اسپنهاي طرفين آن مي گردد .

4- در صورتي كه بخواهيم ولتاژ كار خط را افزايش دهيم با افزايش تعداد مناسبي مي توان ايزولاسيون لازم را براي شرايط كار جديد تامين كرد و احتياجي به تعويض كل زنجير وجود ندارد .

به دليل آزاد بودن حركت مقره هاي آويزي دامنه ي نوسان هادي هايي كه با مقره ي آويزي به دكل وصل شده اند در مقايسه با دامنه ي نوسان هاديهاي بسته شده به مقره هاي سوزني بزركتر بوده وبنابراين در طرح برج بايد فاصله ي هادي ها با يكديگر و بابرج كمي بيشتر در نظر گرفته شوند .

چندين نوع مقره ي آويزي مورد استفاده قرار مي گيرند كه عبا رتند از :

 

ب-1 )  مقره هاي آويزي بشقابي :

هر واحد اين مقره شامل يك بشقهب عايق از جنس پرسلين ، يك كلاهك فلزي ويك سوزن فلزي مي باشد .كلاهك وسوزن مزبورتوسط سيمان بخصوصي به بشقاب مقره متصل شده اند . مقره هاي متوالي در يك زنجير توسط كلاهك ويك سوزن بهم متصل مي گردند و نوع اتصال ممكن است به دو صورت باشد . يكي اتصال كلاهك و سوزن توسط يك ميله ي نازك كه از سوراخ مشترك كلاهك مقره ي پاييني و سوزن مقره ي بالايي مي گذردو نوع ديگراتصال بوسيله ي جفت شدن انتهاي كروي شكل سوزن واحد مقره ي بالايي با كلاهك واحد مقره ي پاييني صورت مي گيرد كه نوع اخير معمول تر است .ايزولاتورهاي بشقابي در اندازه ها و شكلهاي متفاوت ساخته مي شود كه در خطوط انتقال فشار قويايزولاتور هاي به قطر 254 و 304.8  ميليمتر با طول هاي 65/120  و 05/ 146 ميلمتر معمول تر است . اين بعلت مشاهداتي است كه نشان داده است به ازاي اندازه هاي فوق الذكر نسبت ولتاژ لازم براي تخليه ي الكتريكي سطحي به ولتاژ لازم براي سوراخ شدن مقره مقدار مناسبي خواهد داشت . افزايش قطر مقره سبب افزايش ولتاژلازم براي تخليه ي الكتريكي سطحي و در نتيجه كاهش نسبت فوق مي گردد كه نامطلوب است . افزايش ولتاژ خطوط EHV و UHV در سال هاي اخير لزوم كاربرد مقره هاي با قطر و ضخامت خيلي بيشتر را فراهم نموده است .

ب-2 )  مقره ي هيوليت :

اين مقره كه خودبشقابي مي باشد براي اولين بار در سال 1907 ميلادي توسط آقاي هيوليت ساخته شد.

در هر واحد اين مقره دو حفره ي U مانند در خلاف جهت يكديگر طوري قرار دارند كه در خلاف جهت يكديگر بوده ودر دو صفحه ي عمود بر هم قرار مي گيرند . بست هايU شكل از فلز سخت واحد هاي اين نوع مقره را بهم مربوط مي سازند

اين بست ها چنان قرار مي گيرند كه مانند حلقه هاي زنجير به هم وصل شده و ازنظر الكتريكي توسط پرسلين از يك ديگر ايزوله مي شوند .

از مزا ياي آن ها بالا بودن مقاومت مكانيكي آن ها است زيرا اتصال آن ها نيازي به سيمان ندارد و نيز اگر يك و.احد به عللي شكسته شود اتصال واحد هاي بالايي و پا ييني توسط حلقه هاي U شكل تامين مي گردد و خط از سرويس خارج نمي شود امااز آن جايي كه ضخامت پرسلين بين دو فلز U شكل بالا و پايين در مقايسه با ديگر انواع مقره ها كم مي باشد ، ميدان الكترو استاتيكي در حد فاصل ميله هاي فولادي زياد بوده و احتمال سوراخ شدن پرسلين در اثر شكست الكتريكي در داخل مقره بيشتر از ديگر انواع مقره ها مي باشد .

ب-3 )  مقره هاي توپر بلند آويزي :

اين نوع مقره به صورت توپر و يك پارچه بوده و داراي طولي معادل چندين بشقاب متوالي وشبيه مقره هاي نوع پست مي باشد .

دو انتهاي آن به دو كلاهك فلزي مقاوم منتهي مي شود كه اتصال را تامين مي كنند .اين نوع مقره به دليل طول زياد پرسلين موجود بين دو كلاهك فلزي در مقابل سوراخشدن در اثر موج ولتاژ ضربه اي از خود مقاومت خوبي نشان مي دهد و تشكيل گرد و خاك وآلودگي بر روي سطح آن كمتر از آلودگي بر روي سطح ديگر مقره هاي آويزي مي باشد . عيب آن اين است كه چنان چه مقره بشكند بايد تمام طول مقره تعويز گردد . 

ج) مقره هاي مخصوص :

در شرايط خاص محيط مثلا هنگامي كه آلودگي ناشي ازدود ،مواد شيميايي و يا نمك بر روي سطح مقره ها بيش از حد معمول باشد ،ممكن است استفاده از مقره هايي با يك مشخصات ويژه الزامي گردد ، ويا چنان چه مثلا در محيطي رعد و برق زياد باشد براي  جلوگيري از سوراخ شدن مقره ها در مقابل ازدياد ولتاژ هاي ناشي از رعدو برق بايد از  مقره هايي با ضخامت پرسلين بيشتر استفاده شود .   مشاهد ه شده است در محيطهاي با آب وهواي مديترانه اي كه از طرفي داراي رطوبت نسبي زياد بوده و از طرفي به دليل تراكم نسبتا زياد مردم داراي آلودگي هاي ناشي از تاسيسات صنعتي مي باشند ، بهتر است از ايزولاتور هاي مقاوم در مقابل مه ويا كثافت استفاده شود .اين مقره ها بايد داراي خط فراري طولاني بوده وآنچنان باشند كه در اثر باران سطح مقره به خوبي تميز گردد چنانچه هدف محافظت در مقابل سوراخ شدن مقره در اثر ازدياد ولتاژ ناگهاني باشد مي توان از مقره هايي استفاده كرد كه فاصله ي بين هادي و سوزن در آن ها زياد باشد. شكل 12 يكي از انواع مقره هاي سوزني را نشان ممي دهد . همان طور كه از شكل پيدا است سوزن قسمت پايين مقره به جاي اين كه در داخل مقره باشد توسط كلاهكي به قسمت برآمده ي پايين مقره وصل شده است كه در نتيجه باعث افزايش استقامت مقره در مقابل سوراخ شدن ناشي از ازدياد ولتاژ مي گردد .

از ديگرانواع مقره هاي مخصوص ، مقره هاي بشقابي ضد آلودگي است كه بشقابهاي هر واحد داراي انحراف نا چيزي نسبت به افق بوده و واحدهاي متوالي آن چنان به هم مرتبط مي گردند كه به صورت يكدر ميان به چپ و راست انحراف داشته باشند بطوري كه اين امر باعث افزايش طول خط فراري مي گردد  .

در نقاطي كه رطوبت هوا قبل از ريزش باران  خيلي بالا مي رود و آلودگي هم زياد  باشد ممكن است رطوبت سبب افزايش شديد هدايت بر روي سطح ايزولاسيون شود، به طوري كه احتمال شكست الكتريكي بر روي سطح مقره قبل ازريزش باران وشستشوي مقره خيلي زياد مي باشد تحت اين چنين شرايط جوي بهتر است از مقره هاي با فرورفتگيهاي عميق استفاده گردد

4 ) توزيع ولتاژدر طول يك زنجيره ي مقره ي آويزي

چنان چه يك زنجيره ي ايزولاتور متشكل از المانهاي يكنواخت به اندازه ي كافي از بدنه ي دكل دور باشد به طوري كه ظرفيت بين قسمتهاي فلزي دكل و قسمت هاي فلزي كلاهك و سوزن مقره در مقايسه با ظرفيت موجود بين كلاهك و سوزن هر واحد مقره بسيار كوچك باشد ، اختلاف پتانسيل اعمال شده در طول زنجيره بطور مساوي بين واحد هاي مقره تقسيم خواهد شد .

اما در عمل بخاطر نزديك بودن نسبي زنجيره ي مقره به هادي خط ، بازو هاي دكل  و تنه دكل اين شرايط برآورده نمي شود و ظرفيت هاي اضافي مزبور اثرات مهمي بر روي توزيع ولتاژ در طول زنجيره خواهند داشت . نتيجه اين كه نزديكترين واحد ها به هادي خط به ميزان حد اكثر مجاز تحت فشار الكتريكي قرار مي گيرند ممكن است فشار الكتريكي چنداني اعمال نشود كه اين خود سبب كاهش راندمان مفيد ايزولاسيون مي شود . راندمان يك زنجيره ي ايزولاتورمقياسي از ميزان بهره گيري از ايزولاسيون زنجيره مي باشد و اگر ولتاژ جرقه ي زنجيره را با V و ولتاژ جرقه ي يك واحد مقره را v نشان دهيم  .

در بحث فوق از اثر کرونا و جیان نشتی در روی سطح ایزولاتور چشم پوشی شده است. در عمل کرونا و جریان نشتی تا حدودی باعث تقسیم ولتاژ بطور مساوی بر روی واحدهای مختلف مقره می گردند. همچنین از اثر ظرفیتهای بین هادیهای خط و قسمتهای فلزی زنجیرة ایزولاتور صرفنظر شده است. تحت شرایط خاصی، تحت تأثیر ظرفیتهای فوق ممکن است حداقل ولتاژ بر روی مقرة دومی از بالا و نه بالاترین مقره اعمال شود. اما همیشه بیشترین ولتاژ بر روی پایین ترین مقره اعمال می شود.

5)روشهای توزیع مساوی ولتاژ در طول زنجیرة مقره

توزیع  یکنواخت  ولتاژ  در  طول زنجیرة مقره سبب افزایش راندمان زنجیرة مقره می شود. روشهای مختلفی جهت رسیدن به این هدف وجود دارد که عبارتند از :

1-5)کنترل m

دیدیم که افزایش ضریب m سبب بهبود و یکنواخت تر شدن توزیع ولتاژ در طول زنجیرة ایزولاتور می شود. برای این منظور باید ظرفیت بین قسمتهای فلزی مقره ها و زمین نسبت به ظرفیت واحدهای مقره حتی الامکان کوچک گردد. یکی از روشهای ممکن برای نیل به این هدف کاربرد دکلهایی با بازوهای بلند است. اما آشکار است که طول بازوها با توجه به مسائل مربوط به استقامت مکانیکی و گرانی هزینه نمی تواند از حد معینی بلندتر باشد. به دلیل محدودیتهای مزبور ماکزیمم مقدار  در حدود 10 می باشد.

2-5) درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره

از محاسبات قسمت قبل واضح می شود که اگر کاسپتانس پایین ترین واحد مقره را بتوان افزایش داد و بترتیب کاپاسیتانس واحدهای متوالی بسمت بالای زنجیرة مقره را کاهش دهیم، ولتاژ روی واحدهای پایینی کاهش یافته و بر روی واحدهای بالاتر افزایش خواهد یافت. با تنظیم صحیح کاپاسیتانس واحدهای مقره می توان توزیع ولتاژ در طول زنجیره را کاملاً یکنواخت تنظیم کرد. با توجه به شکل  چنانچه ولتاژ روی هر واحد مقره برابر با v فرض شود و ظرفیت واحد مقره n ام برابر با C_n  فرض شود می توانیم بنویسیم :

 

بنابراین چنانچه کاپاسیتانس یکی از واحدهای مقره (واحد پایینی یا بالایی) ثابت و مشخص باشد، ظرفیت دیگر  واحدها با توجه به آن می توانند تعیین گردند.

واضح است که برای درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره آن چنان که ولتاژ کاملاً بر روی واحدهای مختلف زنجیرة مقره یکنواخت توزیع گردد، باید تمام واحدهای مقره در طول یک زنجیره متفاوت باشند که این امر منجر به گرانی هزینة خط خواهد شد. در عمل استفاده از یک یا دو واحد مقرة بزرگتر (دارای کاپاستانس بیشتر) در سمت پایین زنجیرة ایزولاتور (نزدیک هادی) برای بقیة طول زنجیره منجر به نتیجه ای رضایت بخش می شود. روش دیگر برای افزایش کاپاسیتانس واحدهای پایینی استفاده از کلاهکهای فلزی بزرگتر برای واحدهای پایینی و یا نقاشی بخشی از سطح بالایی مقره های پایینی با رنگهای هادی می باشد. روش درجه بندی کاپاسیتانس واحدهای مقره برای خطوط انتقال معمولی متداول نبوده و برای خطوط با ولتاژ خیلی زیاد EHV و UHV اعمال می شود.

3-5) کاربرد حفاظ استاتیکی یا حلقة محافظ

در این روش  بمنظور توزیع یکنواخت ولتاژ از یک حلقة فلزی که در اطراف واحد مقرة  پایینی  زنجیرة  ایزولاتور  قرار  گرفته و به هادی خط متصل است، استفاده می شود.

این حلقه سبب افزایش کاپاسیتانس بین قسمتهای فلزی زنجیره و هادی خط که در محاسبات قبلی از آن صرفنظر کردیم، می شود.

چنانچه فرض کنیم که کاپاسیتانس واحدهای مختلف مقره یکسان بوده و کاپاسیتانس بین مقرة n ام و حلقة محافظ برابر با S_n باشد ، (شکل پایین) در این صورت برای توزیع یکنواخت ولتاژ و برابری ولتاژ در طول واحدهای n ام و (1 n ) ام باید داشته باشیم.

4-5) لعاب هادی

چنانچه هرکدام از کاپاسیتانهای واحدهای مقرة یک زنجیر را بتوان با یک مقاومت موازی کرد، بطوری که اثر جریان خازنی در مقایسه با جریان مقاومتی ناچیز باشد، توزیع غیریکنواخت ولتاژ در طول زنجیرة ایزولاتور ناشی از اثر کاپاسیتانس واحدهای مقره نسبت به زمین بطور محسوسی اصلاح خواهد شد و با کمک مقاومتهای مزبور توزیع یکنواخت تری در طول زنجیرة مقره نتیجه خواهد شد. این عمل را می توان با پوشش ایزولاتورها بوسیلة یک لعاب که دارای هدایت کمی باشد (مقاومت موازی با کاپاسیتانس) انجام داد. کاربرد عملی این روش به خاطر این که تهیة این چنین لعابی که بتواند خاصیت خود را در زمان طولانی حفظ نماید امری بسیار مشکل است و نیز به خاطر تلف انرژی الکتریکی زیاد محدود مانده است.

6- طراحی و انتخاب ایزولاتور خطوط انتقال از نقطه نظر استقامت مکانیکی

ایزولاتور خطوط انتقال باید از نظر استقامت کانیکی چنان باشد که بتواند نیروهای وارده بر زنجیرة مقره در شرایط طبیعی و نرمال، از جمله وزن هادی، نیری وارد بر مقره در اثر زاویه دار بودن خط، فشار باد و نیروی ناشی از وزن یخ و برف را براحتی تحمل کند و همچنین تحمل نیروهای غیرطبیعی ناشی از تخلیة ناگهانی برف و یخ از روی هادی، پارگی سیم ، شکستن یک زنجیرة مقره و غیره را داشته باشد. همچین مقره ها باید قابلیت اطمینان طولانی مدت را داشته باشند. برای مقره های آویزی که می توانند در امتداد مسیر خط، حرکت داشته باشند نیروی افقی در جهت خط انتقال در نظر گرفته نمی شود و نیروی مزبور برای مقره های بدون حرکت از جمله مقره های نوع سوزنی و مقره های نگهدارنده که عمدتاً در پستها نصب می شوند در نظر گرفته می شود.  

2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی معمولی :

در مورد مقره های آویزی باید استقامت مکانیکی آن طوری در نظر گرفته شود که از ماکزیمم نیروی کشش وارده بر مقره در حالت معمولی و در بدترین شرایط غیرطبیعی بیشتر باشد تا مانع از هم گسیختگی زنجیرة مقره گردد.

در شرایط خاصی ( شرایط غیرطبیعی) نیروی وارد بر زنجیرة مقره ممکن است خیلی بیشتر از مقدار فوق باشد. معمولاً بدترین شرایط غیرطبیعی که برای زنجیرة مقره از مکانیکی در نظر گرفته می شود وقتی است که هادی یا هادیهایی از یکطرف مقره پاره شو و طبیعه مقره در این حالت به حالت کشش قرار خواهد گرفت و نیروی وارد بر زنجیرة مقره در این حالت تقریباً برابر با نیروی کشش هادی در سمت دیگر مقره خواهد بود.

2-2-6) طراحی مکانیکی مقره های آویزی V شکل

در خطوط انتقال EHV و UHV برای کاهش حریم جانبی خطوط انتقال و نیز کاهش فاصلة بین فازهای مختلف باید حتی الامکان از حرکت هادیها در جهت عرضی جلوگیری شود برای این منظور به جای زنجیره های مقره آویزی به صورت معمول از ترکیب  V شکل استفاده می شود.  

الف) چون بازوهای ترکیب V شکل خود ترکیب سری تعدادی مقره است. در حالت معمولی به صورت منحنی شنت قرار می گیرند و برای این که بازوها به صورت مستقیم قرار گیرند و از حالت خمیده خارج شوند نیروی عمودی وارد بر مقره باید حداقل kg 500 باشد،

ب) در شرایطی که نیروی وارد بر امتداد خط کوچکتر از نصف نیروی عمودی وارد بر مجموعة  مقره  باشد می توان گفت که تقریباً نقطة آویز هادی جابجایی عرضی نخواهد داشت در این حالت W_w نیروی ناشی از باد بر واحد طول هادی به ازای سرعت بادی برابر با  20  می باشد.

ج) برای بادهای با نیروی بیشتر در جهت عمود بر امتداد خط که باعث انحراف عرضی نقطه آویز هادی می شوند، نیرو فقط توسط بازویی تأمین خواهد شد که در سمت وزش باد قرار دارد. بنابراین این بازو به تنهایی باید تحمل کشش موجود را داشته باشد. در این حالت معمولاً سرعت 40 بعنوان ماکزیمم سرعت باد در نظر گرفته می شود.  

3-2-6 ) طراحی مکانیکی مقره های آویزی برای دکلهای انتهایی (مقره های تحت کشش)

در این حالت زنجیرة مقره مستقیماً تحت نیروی کشش هادی قرار دارد و بنابراین برای مجموعه هایی که فقط شامل یک زنجیرة مقره باشند اگر کشش ماکزیمم هر هادی T_m و تعداد هادیهای آویزان شده از یک زنجیره N و ضریب اطمینان در نظر گرفته شده a                                   

باید مواردی که مجموعة مقره ها شامل دو یا تعداد بیشتری رشتة موازی هم باشد باید اولاً نیروی وارد بر کل مجموعه به نسبت مساوی بین رشته ها تقسیم گردد که این بستگی به دقت نصب و ترکیب صحیح آنها دارد و ثانیاً باید هر کدام از رشته ها تحمل کافی را داشته باشند که در اثر بار اضافی ناشی از گسیختن یک رشته از مجموعه بقیة رشته ها پاره نشوند. برای این منظور باید حداقل استقامت یک رشته بیشتر از بار نقطة تسلیم مواد تشکیل دهندة مقره ها نباشد. بار نقطة تسلیم برای یک مقره برابر با %60 نیروی نقطة استحکام نهایی و برای یک مجموعة مقره (زنجیره) برابر با %55  نیروی نقطة استحکام نهایی در نظر گرفته می شود که اگر کشش اعمال شده بر رشته های سالم بعد از گسیختن یک رشته T_B و بار نقطه تسلیم رشته های سالم P₀  باشد                                      

هنگامی که کشش هادیها برابر با %70 مقدار کشش ماکزیمم در نظر گرفته شده باشد، اگر نیروی کشش اعمال شده بر هر رشته را با T_A نشان دهیم a ضریبی است که مقدارش بسته به شکل و تعداد رشته ها تغییر می کند. آزمایشات نشان داده است که مقدار مناسب برای a هنگام طراحی برابر با 3 برای مجموعه های دور رشته ای و برابر با 2 برای مجموعه های سه رشته ای موازی می باشد.

4-2-6) قابلیت اطمینان طولانی مدت مقره ها :

از دیگر مسائلی که باید در انتخاب ایزولاتور خطوط انتقال به آن توجه شود توجه به اثر گذشت زمان بر کیفیت مقره ها  (پیری) می باشد و از آن جایی که خطوط انتقال برای استفادة طولانی مدت طراحی می شوند در انتخاب مقره علاوه بر استقامت الکتریکی  و  استقامت  مکانیکی  باید  به  جنس  مقره توجه بشود و حتی الامکان مقره هایی را انتخاب نماییم که قابلیت اطمینان خود را در طولانی مدت از دست ندهند.

بطور خلاصه عوامل مؤثر در طراحی ایزولاتور و نحوة انتخاب ایزولاتور از نظر الکتریکی و مکانیکی را می توان با دیاگرام شکل پایین نشان داد.

3-6) تطبیق ایزولاسیون

تطبیق ایزولاسیون در یک شبکة قدرت حائز اهمیت زیاد است. جهت درک آسان مطلب می توان آن را شبیه طراحی و کاربرد فیوز و دیگر وسایل حفاظتی دانست که در آن اساس طراحی بر این اصل استوار است که در صورت ازدیاد جریان تا حد غیرمجاز حتی الامکان بخش کوچکی از شبکه از سرویس خارج گردد و قسمتهای دیگر در شرایط کار باقی بمانند.

در شبکه های قدرت که دارای افزایش ولتاژهای غیرطبیعی هستند باید تطبیق ایزولاسیون با دقت زیادی انجام گردد زیرا چنانچه مثلاً قسمتی از شبکه دارای سطح ایزولاسیون خیلی زیادی باشد، اضافه ولتاژ ممکن است سبب از بین رفتن ایزولاسیون در قسمتهای مهم و حیاتی سیستم از قبیل ترانسفورماتورها گردد. مثلاً ترجیح داده می شود که در صورت ازدیاد ولتاژ خیلی زیاد شکست الکتریکی بین دو سر مقره های خط سریعتر از بوشینگ ترانسفورماتورها صورت گیرد. همچنین استقامت الکتریکی بوشینگ ترانسفورماتورها باید کمتر از ایزولاسیون داخل ترانسفورماتور باشد که این امر بوسیله کاربرد شاخکهای هوایی در مقره های خط و بوشینگ ترانسفورماتورها انجام می گیرد. بطوری که قبل از این که ولتاژ در سر مقره ها و بوشینگها به مقدار خطرناکی برسد موج ولتاژ توسط شاخکهای هوایی طرفین آنها اتصال کوتاه شده و مستهلک می گردد. معمولاً ولتاژ جرقه شاخکهای هوایی بوشینگ ترانسفورماتورها 80% ولتاژ مقاوم ترانسفورماتور می باشد.

بطور کلی در طراحی ایزولاسیون جهت حفاظت صحیح شبکه و تجهیزات الکتریکی لازم است که کل اجزای تشکیل دهندة شبکه را با هم در نظر گرفته و تطبیق ایزولاسیون با توجه به مشخصات کل سیستم صورت گیرد و باید چنان باشد که در صورت احتمال وقوع شکست الکتریکی بین دو سر ایزولاتورها و یا در داخل تجهیزات این شکست حتی الامکان در محلی وقوع یابد که آسیب کمتری به سیستم وارد گردد.

بعنوان مثال ایزولاسیون خط در اسپن آخری که مجاور پست است که معمولاً کمی کمتر در نظر گرفته می شود تا حتی الامکان سبب حذف و یا محدود کردن موجهای ولتاژ رعد و برق و رسیدن آنها به پست گردد. سطح ایزولاسیون باسبارها در یک پست بسیار مهم بوده و به منظور تأمین تداوم تغذیه باید بیشترین مقدار را داشته باشد.

برای کلیدها، ایزولاتورها، وسایل اندازه گیری و ترانسفورماتورهای اندازه گیری( ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ) سطح ایزولاسیون کمتری از سطح ایزلاسیون باسبارها در نظر گرفته می شود.

از آن جایی که ترانسفورماتورهای قدرت موجود در شبکه های قدرت بسیار گران است سطح ایزولاسیون در نظر گرفته شده برای آن بسیار کم می باشد تا بخوبی حفاظت شوند.

 امیرحسین صادقی

 http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

 

آشنایی با پست های فشار قوی

                                               بسمه تعالی 
 
                                                   گردآورنده  
                                

                           امیرحسین صادقی و دکتر مجید زمانی

                                                                      

 http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

                                                             

                                                        عنوان                               
                                                   

                                              آشنایی با پست های فشار قوی  

 

مقدمه
بحث علمی در زمینه ایجاد پستهای فشار قوی
مبانی نظری استانداردهای مرتبط
ولتاژانتقالی 
انواع پستهاي از نظر عايق بندي
 اجزاء تشكيل دهنده پستها
 پستهای فشار قوی
مراحل طراحی پستهای فشار قوی
تشریح انواع پستهای فشار قوی
تاسيسات جانبي
اجزاء تشکیل دهنده پستها
باسبارها و انواع آن
هادیهای پستهای فشار قوی
ترانسفورماتورهای حفاظتی
انواع ترانس ولتاژ
انواع تپ چنجر
انواع کلیدهای قدرت
انواع بریکر ها
آرایش پست
سیستم زمین در پستهای فشار قوی
بررسی ولتاژهای مؤثر در ایمنی و شبکه زمین
شین بندی
حفاظت باسبارها و خطوط
ترانسهای قدرت
تغذیه داخلی پست و باطریخانه
اصول بهره برداری از پستهای فشار قوی
شرح وظایف اپراتورها در پستهای فشار قوی

چکیده:
نیاز روز افزون به برق ومزایای انرژی الکتریکی باعث بوجود آمدن نیروگاههای بزرگ شده است. معمولأ به دلایل متعدد نیروگاهها درمناطق دور از مرکز مصرف ایجاد می شوند. درمورد نیروگاههای آبی شرایط خاص جغرافیایی ودرمورد سایر نیروگاهه نیاز به آب زیاد ومنابع سوخت ،ایجاد آلودگی محیط ،محدودیت هایی رادر انتخاب محل نیروگاه بوجود می آورد.
ازطرفی چون نصب نیروگاههای کوچک متفاوت برای جوابگویی مصرف درنقاط مختلف یک کشور مستلزم وجود واحدهای رزرو  وخرج زیادبرای تعمیرات ونگهداری وسوخت رسانی می شود. لذا ترجیحأ یک یا چند نیروگاه بزرگ درنقاطی که شرایط مساعد دارندایجاد شده و سپس انرژی رابه نقاط مصرف انتقال می دهند. همچنین برای ارتباط بین نیروگاهها به منظور افزایش قابلیت اطمینان و نیزبرای بالا بردن پایداری سیستم و وجود اختلاف زمان پیک بار درنقاط مختلف یک کشور و سعی دربدست آوردن انرژی الکتریکی ارزانتر ، سراسری کردن شبکه انتقال نیرو را اجتناب ناپذیر می نماید .
 
در سیستم برق متناوب  ( A.C )تبدیل ولتاژ توسط ترانسفورماتور انجام میشود.
درنیروگاه ولتاژخروجی ژنراتور توسط ترانسفورماتور افزاینده تا حدمورد نیاز بالا برده می شود و درمراکز مصرف ترانسفورماتورهای کاهنده با نسبت تبدیل مناسب بکار می روند تا ولتاژ را به میزان مورد نیاز کاهش دهند.
ترانسفورماتور و سا یر قطعات لازم  برای اندازه گیری  مقاد یر ولتاژ  و جریان و قدرت (… V.T ,C.T ) و سایر پارامتر ها و سایر تجهیزاتی که برای حفاظت و کنترل  رله ها وبریکر ها و .... بکار برده می شوند در سطحی به نام پست (SUB STATION )   نصب میشود. گاهی درشبکه لازم است خطوط درمحلی به یکدیگر ارتباط یابند ویا امکان مانور روی آنها بوجود آید، برای این منظور لازم است که در یک ایستگاه کلیدهایی نصب و باخطوط بنحوی ارتباط یابند که بتوان به این هدف رسید.این نوع پستها را پست سویچینگ مینامند. در بسیاری از پستها ترکیبی از دو حالت فوق با هم مشاهده می شود.

 مقدمه :
پستهای فشار قوی بعنوان مراکز کنترل و تغذیه شبکه برق از اهمیت خاصی برخوردار بوده و دارای ویژگی بخصوص می باشد که با بخشهای علم و صنعت ارتباط دارند .
در این مجموعه سعی بر اینستکه مختصری آشنایی با پستهای فشار قوی ارائه شده و تجهیزات مناسب هر بخش از شبکه و پارامترهای مؤثر در آن بیان شود .
با توجه به اینکه این نوشتار خالی از اشکال نبوده از شما سروران گرامی انتظار می رود که نظرات اصلاحی و تکمیلی خودتان را بیان فرمائید.
 
 
 
بحث علمی در زمینه ایجاد پستهای فشار قوی :
بدلیل آنکه همه قدرت تولیدی در محل نیروگاهها مصرف نشده و جهت تأمین مصرف کنندگان اقصی نقاط دیگر نیاز به انتقال قدرت هستیم بنابراین قدرت فوق توسط هادیهای الکتریکی بصورت شبکه انتقال قدرت الکتریکی به نقاط مورد نیاز منتقل می شود .
همچنین بعلت آنکه حداکثر ولتاژ تولیدی نیروگاهها در حال حاضر  kv20  بوده و برای انتقال قدرت زیاد حدود چند صد مگاوات ، توسط این ولتاژ ، جریان انتقالی بسیار بالا می رود که عملاَباعث تلفات حرارتی زیاد ( با توجه به فرمول   2P=R I   تلفات توان متناسب با مجذور جریان است ) و همچنین استفاده از سطح مقطع بسیار بزرگ جهت عبور این جریان عظیم که عملا غیر معقول و غیر منطقی بوده و امکان برقراری شبکه با آنها میسر نمی باشد ، لذا با استفاده از فرمول توان انتقالی  P=V.I که نشانگر وجود هر دو پارامترجریان و ولتاژ در استفاده از توان می باشد و عملا با کاهش یکی و بالا بردن دیگری در مقدار توان انتقالی تغییری ایجاد نمی شود لذا با توجه به مضرات فوق در انتقال جریان زیاد ، می توانیم ولتاژ را تا حد معقول و قابل اطمینان بالا برده و متناسب با آن جریان را به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش دهیم البته باید در قبال بالا بردن ولتاژ ، متناسب با آن عایقی تجهیزات و فواصل عایقی آنها را رعایت کنیم بطور مثال اگر ولتاژ  را تا 20 برابر افزایش دهیم یعنی ولتاژKV  400  ایجاد کنیم عملا جریان انتقالی را 20 برابر کاهش داده ایم که این امر برای شبکه های انتقال بسیار مفید به نظر میرسد
برای تبدیل ولتاژ از یک سطح به سطح دیگر از ترانسهای قدرت استفاده می کنیم که در نقاط تولید ( نیروگاهها ) این ولتاژ توسط ترانس قدرت افزاینده تا حد مورد نیاز افزایش یافته و در نقاط مصرف توسط ترانس قدرت کاهنده تا حد ولتاژ مورد مصرف کاهش می یابد .
به محلی که  اینگونه ترانسها نصب گردیده پستهای فشار قوی می گویند .
همچنین در شکل زیر منحنی بین مخارج انرژی انتقالی و ولتاژ انتقالی بیانگر واقعیت موجود می باشد و معمولا حدود 10% توان انتقالی در شبکه را افت توان آن تشکیل میدهد.
                                                                                                                
 بطور کلی از نظر مهندسی سطح ولتاژ انتقالی به KV  متناسب با طول خط انتقالی به  Km    بوده و فرمول رابطه قدرت انتقالی به   Mw     با ولتاژ انتقالی  به  Kv   برابر است با :
V(kv)=20(P(Mw))                                                                              
بنابراین در پست اسفراین که در حال حاضر حداکثر قدرت انتقالی به شبکه سراسری حدود400Mw    است طبق فرمول فوق از ولتاز   400Kv   استفاده شده است یعنی :
           
   V(Kv)=20(400Mw)
 
مبانی نظری استانداردهای مرتبط :

استانداردهای مورد استفاده در پستهای فشار قوی متشکل از استانداردهای بین المللی و ملی می باشد .نظر با اینکه IEC   در ایران در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد اکثر تجهیزات ساخت داخل و یا وارد شده ازکشورهای دیگر با استاندارد   IEC مطابقت دارد ودستورالعمل ها وپارامترها وکمیتهای مورد نظر ازاین استانداردپیروی می نمایند.
بطور مثال چند کد استاندارد از مجموعه استاندارد های  IEC   در زیر بیان می شود .
ولتاژ استانداردهای IEC                                         IEC 38   
جریان های نامی از استانداردهای  IEC                        IEC 59
بوشینگهای ولتاژ متناوب بالاتر از 1 KV      IEC 137
راهنمای انتخاب کابلهای ولتاژ بالا      IEC 183
ترانسهای جریان و ولتاز      IEC 185 . 186                 
انواع ولتاژ های استاندارد سیستم قدرت نیز عبارتند از :
1 ـ ولتاژ های بسیار ضعیف جهت مدارات الکترونیک شامل :    
                                                                                      V110 ، 48 ، 24 ، 12 ، 6
2 ـ ولتاژ های فشار ضعیف شامل                                                      V 380 ، 220   
3 ـ ولتاژ های توزیع فشار متوسط شامل                                         KV33 ، 20 ، 11.5
4 ـ ولتاژ های تولیدی خروجی نیروگاهها شامل  KV                    18.5 ، 10.5 ، 6.3، 3.3
5 ـ ولتاز های فوق توزیع شامل                                                      KV 132 ، 63
6 ـ ولتاز های شبکه های انتقال شامل                           KV 1000 ، 750 ، 400 ، 230
همچنین استاندارد    IEEE    برای وسایل حفاظتی رعد و برق و شبکه زمین پستها بکار می رود و استانداردهای  AISC  ، ASTM  ، B.S  ، DIS  ، ISO  برای پایه های فلزی و برجهای  ساخت داخل و استانداردهای  B.S ، ASTM جهت استانداردهای ساختمانی پستهای فشار قوی بکار برده می شود . در ذیل علامت اختصاری استاندارد های فوق تشریح شده است :
IEC:Internation  electrotechnical  commission
IEEE:Institue of electrical & electronic engineers
AISC:American institute of steel constroction
ASTM : American society for testing & materials
B.S: British standard
DIN :deutche industrie normen
 
 
  انواع پستهاي از نظر عايق بندي              
الف: پستهاي معمولي
پستهايي هستند كه هاديهاي فازها در معرض هوا قرار دارند و عايق بين آنها هوا مي باشند و تجهيزات برقرار و هاديها بوسيله مقره هايي كه بر روي پايه ها و استراكچرهاي فولادي قرار دارند نصب مي شوند اين پستها در فضاي آزاد قرار دارند در نتيجه عملكرد آنها تابع شرايط جوي مي باشد.
ب: پستهاي گازي يا پستهاي كپسولي        ) G.I.S)
در اين پستها بجاي استفاده از عايق هاي چيني و شيشه اي p.v.c از گاز هگزا فلوئور سولفور به عنوان عايق استفاده مي شود اين گاز نقاط برقدار را نسبت به يكديگر و نسبت به زمين ايزوله مي كند در اين نوع پستها كليه تجهيزات درون محفظه قرار دارند و طوري طراحي شده اند كه گاز به بيرون نشت نكند از محاسن اين پستها اشغال فضاي كم مي باشد و چون در فضاي بسته قرار دارند تابع شرايط جوي نمي باشند و از معايب آنها به دليل تكنولوژي بالاي كه دارند تعمير و نگهداري آنها مشكل است.
 اجزاء تشكيل دهنده پستها   
1-  سوئيچگير(سوئيچ يارد):Switchgear                          
2-  ترانسفورماتر قدرت:Power Transformer                  
3-  ترانسفورماتور زمين:Ground Transformer                
4-  ترانسفورماتور مصرف داخلي:Staition Service   T )    )
5-  جبران كننده ها:Componsators                                
    6- تاسيسات جانبي:
 
 پستهای فشار قوی  :
تعریف : به محل تبدیل سطح ولتاژ و یا اتصال یک یا چند سطح ولتاژ به یکدیگر پست فشار قوی می گویند .
انواع پستهای فشار قوی:
پستها عموماًبه سه دسته تقسیم میشوند
1-   پستهای افزاینده مانند پستهای نیروگاهی
2-   پستهای کاهنده مانند پستهای انتقالی و فوق توزیع و توزیع
3- پستهای سوئیچینگ یا کلید زنی جهت اتصال چندین شیکه هم ولتاژ به یکدیگر
 
 
 
مراحل طراحی پستهای فشار قوی عبارتند از :
1. تعیین لزوم نصب پست شامل :
بررسی فنی و اقتصادی با توجه به گسترش بار و برنامه های دولت در آینده
بررسی دقیق توزیع بار و تعیین مرکز با توجه به بردارهای مصرف
بررسی شبکه های توزیع با توجه به نیازهای منطقه
محاسبه دقیق افت ولتاژ و افت توان و بررسی اقتصادی آنها
بررسی شبکه های فشار قوی و فشار متوسط در منطقه مورد نظر
2. تعیین محل پست شامل :
نصب پست در محل مرکز ثقل بارهای موجود
نصب پست در محلی که امکان تغذیه آن توسط شبکه های انتقال براحتی میسر باشد .
نصب پست در محلی که امکان تغذیه خطوط خروجی از آن  ا مکانپذیر می باشد .
نصب پست در محلی که نزدیک به راههای ارتباطی موجود باشد .
محل پست در مسیر سیلاب قرار نداشته و احداث آن روند عادی زندگی در منطقه را تحت تأثیر قرار ندهد .
حریم های استاندارد رعایت شود مانند حریم فرودگاه : حداقل فاصله Km 6
حریم لوله های گاز و نفت و غیر
3. تعیین ظرفیت ترانسها شامل :
تعیین بار مصرفی در 24 ساعت و بار ماکزیمم ( پیک بار منطقه )
انتخاب ظرفیت ترانس حدود دو برابر پیک بار کل ( جهت انجام مانورهای لازم بدون خاموشی)
4. تهیه نقشه های اولیه پست شامل:
تهیه دیاگرام تک خطی پست با توجه به نیازهای ذکر شده
تهیه نماهای افقی و قائم تجهیزات فشار قوی و فونداسیونها و استراکچرها
5. تعیین حفاظتها شامل :
تعیین حفاظت مناسب جهت ترانسفورماتورهای قدرت
تعیین حفاظت مناسب جهت خطوط فشار قوی اولیه
تعیین حفاظت مناسب جهت خطوط فشار متوسط ثانویه
تعیین محل نصب تابلوهای حفاظتی در اتاق فرمان پست.
6. محاسبات و تعیین مشخصات فنی تجهیزات شامل :
محاسبات اتصال کوتاه  
محاسبه و طراحی باسبارهای مورد نیاز
محاسبات لازم جهت تعیین کلیدهای قدرت
طراحی و محاسبات مربوط به شبکه زمین پست.
تهیه مشخصات فنی ترانسفورماتور های قدرت و ترانسهای ولتاژ و جریان و غیره
بررسی و محاسبه خازن و راکتورهای مورد نیاز در صورت لزوم .
 
تشریح انواع پستهای فشار قوی :
الف : از نظر وظیفه آنها در شبکه :
پستهای افزاینده ولتاژ ( نیروگاهی ) مانند پستهای شریعتی ، طوس ، نیشابور و شیروان
پستهای کاهنده ولتاژ ( فوق توزیع و توزیع ) مانند پستهای KV63 و KV 20 و ....
پستهای سوئیچنگ (پستهای انتقال ) مانند پستهای KV 400 شادمهر و KV 63  مشهد
البته در اکثر پستهای فعلی تمام یا بعضی وظایف فوق ممکن است که در یک پست متمرکز باشند .
ب : از نظر وضعیت استقرار تجهیزات
پستهای باز یا بیرونی OUTDOOR که تجهیزات در محوطه باز قرار دارند .
پستهای بسته یا داخلی INDOOR که تجهیزات در محل بسته مانند سالن سرپوشیده قرار دارند
پستهای باز نیز خود شامل :
پستهای معمولی ( AIS ) که عایق بین تجهیزات هوای آزاد می باشد .
پستهای گازی (GIS  ) که عایق بین تجهیزات گازSF6 می باشد .
پستهای هوایی ( توزیع ) که روی تیرهای بتونی نصب شده و وظیفه آنها تأمین برق مصرف کنندهای کوچک است .پستهای موبیل ( متحرک ) که جهت انتقال به مراکز بار ضروری و فاقد پست در فاصله زمانی کوتاه استفاده می شود .
 
تاسيسات جانبي:
1-اتاق فرمان.
2-  اتاق رله .
3-  باطريخانه.
4-  ديزل ژنراتور.
5-  تابلو توزيع AC
6-  تابلو توزيع DC
7-  باطري شارژر.
8-  روشنايي اضطراري.
9-  روشنايي محوطه.
10- تاسيسات زمين كردن و حفاظت در مقابل صاعقه.
بي خط:
به موقعيت ست و تعداد وروديها و خروجيها بستگي دارد و به مجموعه اي از تجهيزات كه تشكيل يك خط ورودي يا خروجي را بدهند بي خط گفته مي شود كه شامل:
1-ترانس جريان
2-لاين تراپ
3-سكسيونر ارت
4-سكسيونر خط
5-ترانس جريان
6-سكسيونر
7-بريكر
 
*تله موج يا تله خط يا موج گير:Line  Trap,  vawe Trap
از خطوط انتقال نيرو به منظور سيگنالهاي مختلف نظر سيگنال اندازه گيري و كنترل ار راه دور,مكالمات تلفني,تله تايپ,حفاظت جهت ارسال و دريافت فرمان از پست هاي ديگر نيز استفاده مي شود. جهت جلو گيري از تداخل اين سيگنالها كه داراي فركانس بالا مي باشند و جدا كردن آنها از فركانس سيستم قدرت و هم چنين به منظور جلو گيري از انتقال سيگنال به قسمتهاي ديگر و امكان ايجاد عملكرد صحيح از موج گير استفاده مي شود.موج گيربايد طوري باشد كه بتواند حداكثر جريان نامي و جريانهاي اتصال كوتاه را تحمل نمايد, موج گير بطور سري در انتهاي خطوط انتقال نيرو و در ايستگاهها نصب مي شود و بعد از ترانسفورماتورهاي ولتاژ قرار مي گيرد) در انتها و ابتداي خطوط قرار مي گيرد).
سيگنالهاي p.L.c داراي فركانس بالا بوده و در شبكۀ ايران از 30khz تا500khz تغيير مي كند.موج گيرها معمولا از يك سلف كه داراي هسته مي باشد و يك مجموعه خازن و مقاومت كه مجموعا بطور موازي با هم قرار گرفته اند تشكيل مي شود از سلف(سيم پيچ) جريان خط بطور مستقيم عبور نموده و مجموعه خازن و مقاومت معمولا در داخل سيم پيچ نصب مي گردند.
در يك موج گير براي تغيير فركانس و پهناي باند مسدود كننده فقط با تعويض خازن و تغيير ظرفيت آن اين عمل صورت مي گيرد. به منظور حفاظت لاين تراپ در مقابل اضافه ولتاژهاي ناگهاني كه ممكن است در دو سر لاين تراپ پديد آيد از برقگير استفاده مي شود.
*موج گيرها در پستهاي فشار قوي به سه طريق نصب مي شوند:
  1- بصورت آويزي
  2- نصب موج گير بر روي مقره اتكايي
  3- نصب موج گير بر روي ترانسفورماتور ولتاژ.(مزيت اين طرح صرفه جويي در زمين پست است.)
*تذكر :موج گيرها فقط در دو انتهاي خطوطي كه سيستم P.L.C بين دو پست برقرار باشد نصب مي گردد و معمولا بر روي دو فاز نصب مي شوند.( گاهي بر روي يك فاز ويا هر سه فاز نيز نصب مي گردند.)
 
اجزاء تشکیل دهنده پستها :
1 ـ سوئیچینگ : به مجموعه ای از تجهیزات فشار قوی که عمل ارتباط بین چند فیدر و باسبار را در یک سطح ولتاژ را انجام می دهد سوئیچینگ می گویند .
هر سوئیچگیر متناسب با موقعیت آن در سیستم ممکن است از تمام یا تعدادی از تجهیزات زیر تشکیل شود که به ترتیب عبارتند از :
باسبار ـ بریکر یا دژنکتور ( کلید قابل قطع زیر بار و اتصال کوتاه ) ـ سکسیونر خط ـ سکسیونر زمین ، ترانس ولتاژ ، ترانس جریان ـ لاین تراپ یا تله موج ـ برقگیر و غیره
2 ـ ترانسفورماتورهای قدرت ـ زمین و مصرف داخلی
3 ـ سیستمهای جبران کننده ولتاژ مانند خازنها و راکتورها
4 ـ تأسیسات جنبی الکتریکی مانند : سیستم روشنایی ـ لاین گارد ـ شبکه زمین و غیره
5 ـ ساختمان کنترل شامل اتاق فرمان ـ اتاق رله ـ اتاق ولتاژهای کمکی AC و DC و باطریخانه
6 ـ تأسبسات جنبی ساختمانی مانند نگهبانی مانند نگهبانی ـ انبار ـ پارکینگ و غیره
 
باسبارها و انواع آن
تعریف : به محلی که مکان تلاقی بارهای ورودی و خروجی یک سطح ولتاژ در پست بوده را باسبار می گویند .
انواع باسبار :
1 ـ باسبار تک شینه شامل تک شینه ساده و تک شینه شکل
2 ـ باسبار شین دوبل شامل یک شین اصلی و یک شین یدکی و یا دوشین اصلی
3 ـ باسبار دو کلیدی
4 ـ باسبار یک ونیم کلیدی
 
تعریف انواع باسبار :
      1 ـ باسبار ساده : که معمولترین و متداولترین باسبار برای پستهای تا 63   می باشد و ساده ترین و ارزانترین نوع باسبار بوده که دارای مزایای سهولت در امر بهره برداری می باشد ولی معایب آن خاموشی کلی در هر بار تعمیرات و حوادث احتمالی و توسعه مورد لزوم است .
2 ـ باسبار ساده    شکل : که همان باسبار ساده بوده ولی از نظر فیزیکی فیدرهای ورودی و خروجی مقابل یکدیگر قرار دارند و باسبار به دو قسمت تقسیم شده که توسط یک بریکر به هم متصل می شوند در نتیجه در میزان بروز اتصالی فقط یک طرف باسبار بدون برق شده و طرف دیگر برقدار باقی مانده و ارتباط لازم را با فیدرهای مربوطه برقرار ساخته خاموشی به حداقل می رسد .
3 ـ باسبار اصلی و انتقالی : که نسبت به دو نوع قبلی از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار بوده و هنگامیکه تعداد فیدرها زیاد باشد مورد استفاده قرار می گیرد و دارای یک کلید بریکر کوپلاژ بوده که اگر بریکر هر کدام از فیدرها معیوب و از مدار خارج می شود فیدر مربوطه از طریق سکسیونر و باسبار انتقالی و بریکر کوپلاژه به باسبار اصلی متصل شده و از خاموشی بی مورد جلوگیری می نماید .
باسبار دوبل با دوبل سکسیونر :
در این حالت هرکدام از فیدرها چه ورودی و چه خروجی می توانند توسط مانور روی هر سکسیونر متصل به باسبار مربوطه به آن باسبار منتقل شوند و از باسبار دیگر جدا شوند .
در این جابجایی باسبارها بدلیل آنکه کلید مانور کننده از نوع سکسیونر ( غیر قابل قطع زیر بار ) بوده و همچنین جهت جلوگیری از خاموشی بیمورد به فیدرهای مربوطه لازم است که ابتدا سکسیونری که باز است بسته شده و به عبارتی در یک لحظه فیدر مربوطه به هر دو باسبار متصل شود و سپس سکسیونری که قبل از مانور بسته باز شود و بدین ترتیب از یک باسبار به باسبار دیگر منتقل می شود . مانند پست مشهد    KV 63
5 ـ باسبار 5/1 کلیدی :
این نوع باسبار با قابلیت اطمینان بالا بوده ولی از نظر اقتصادی گرانترین نوع می باشد .
علت 5/1 ( یک و نیم ) کلیدی نامیدن آن اینستکه به ازای هر دو فیدر ورودی و یا خروجی از سه کلید بریکر استفاده می شود وقابلیت مانور در همه حالتهای مورد لزوم و بدون خاموشی را دارد .مانند پست شریعتی باسبار KV132 و پست KV 400 اسفراین  .
باسبار دوبل با دوبل بریکر :
اینحالت مانند باسبار دوبل با دوبل سکسیونر بوده ولی چون بجای هر فیدر خروجی و یا ورودی از هر دو کلید بریکر استفاده گردیده است قابلیت قطع زیر بار و اتصال کوتاه را داشته ولی چون از نظر اقتصادی بسیار گران تمام می شود لذا از آن به ندرت استفاده می شود .
 
باسبار حلقوی :
در این حالت باسبار یک تکه وجود ندارد بلکه بدین صورت است که ما بین هر دو فیدر خروجی و یا ورودی بر روی باسبار یک بریکر وجود داشته و فیدر مربوطه فقط توسط یک سکسیونر از باسبار تغذیه می شود و چون در اینحالت هر بریکر باسبار باید جریان تمام باسبار را از خود عبور داده و این جریان را تحمل نماید لذا برای مکانهایی با تعداد محدود فیدر ( 4 الی 6 فیدر ) استفاده می شود ولی هزینه سرمایه گذاری آن از نوع 5/1 کلیدی و دوبل بریکر کمتر می باشد چون به ازای هر فیدر فقط از یک بریکر استفاده می شود و در این حالت بروز عیب روی یکی از بریکرها ، حلقه رینگ باز می شود ولی از بریکر ها ، حلقه رینگ باز می شود ولی فیدرهای دو طرف آن بی برق نمی شوند .
 
 
 
هادیهای پستهای فشار قوی
جهت انتقال جریان و ولتاژ بین قسمتهای مختلف تجهیزات از هادیهای مختلفی که عموماً از جنس آلومینیوم و یا مس می باشد استفاده می شود . این هادیها از نظر شکل ظاهری بصورت رشته ای ـ لوله ای ـ میله ای و یا شمش مقطع مستطیلی می باشند .
استفاده از نوع جنس و نوع سطح و قطع و اندازه سطح مقطع هادیها بستگی به شرایط محیطی و مقدار جریان عبوری و مقاومت مکانیکی و سایر موارد مشابه مؤثر در هادیها دارد .
کلمپها
جهت اتصالات الکتریکی بین قسمتهای مختلف تجهیزات و هادیها به یکدیگر از کلمپ استفاده می شود که عموماً بصورت چهار نوع می باشد :
1 ـ کلمپ پیچ و مهره ای یا بولتی که بیشتر در اتصالات پستها کاربرد دارد .
2 ـ کلمپ پرسی که معمولاً در اتصالات پستها کاربرد دارد .
3 ـ کلمپ جوشی که اغلب در اتصالات میانی چند هادی بیکدیگر بکار برده می شود .
4 ـ کلمپ بوشی ( سربی یا مسی ) که اکثراً در ارتباط میانی دو هادی به یکدیگر استفاده می شود .
 
 
ترانسفورماتورهای حفاظتی
ترانس جریان
تعریف : ترانس جریان وسیله ای جهت تبدیل جریان بالای شبکه به یک جریان کم چند آمپری جهت قرائت وسایل اندازه گیری و یا تغذیه رله های حفاظتی جریانی بوده ضمناً جهت مجزا کردن و عایق نمودن مدارات جریانی با شبکه قدرت نیز بکار می رود.
انواع ترانس جریان
از نظر ساخت جریانها به دو صورت هسته ( کُر ) بالا و کُر پایین ساخته می شوند همچنین از نظر دقت و نقطه اشباع بصورت حفاظتی یا اندازه گیری وجود دارند مثلاً ترانس جریان با کلاس           5P20تا ( 20 برابر جریان نامی خطا 5% ) جهت حفاظت و کلاس 5/0 جهت وسایل اندازه گیری مثل آمپرمتر استفاده می شوند .
ترانس ولتاژ
ترانسهای ولتاژ نیز مانند ترانسهای جریان جهت تبدیل مقادیر ولتاژ بالای شبکه به ولتاژ کم جهت وسایل اندازه گیری ولتاژی و رله هایی که با ولتاژ کار می کنند و همچنین برای عایق نمودن وسایل ولتاژی فشار ضعیف با ولتاژی شبکه می باشند .
 
 
 
انواع ترانس ولتاژ
ترانسهای ولتاژ از نظر ساختمانی به دو صورت :
ترانس ولتاژ مغتاطیسی ( اندکتیو ) P.T
ترانس ولتاژ خازنی    C.V.T    ساخته می شوند .
ترانس زمین ( ارتینگ ترانس )
برای برقراری نقطه صفر در مکانهایی که نقطه صفر ترانس نداریم ( جهت ایمنی و امکانات رله های حفاظتی پست ) مانند اتصال مثلث ثانویه ترانسهای قدرت ، از ترانس زمین استفاده می کنیم بنحوی که سه فاز خروجی از ترانس قدرت (KV 20 ترانس قدرت ) را بصورت اتصالی ستاره در آورده و نقطه صفر آن را زمین می نمائیم .
ترانس مصرف داخلی ( تغذیه  AC  پست )
این ترانس جهت تأمین مصارف AC  داخلی پست بکار می رود که این مصارف عموماً عبارتنداز:
تغذیه موتورهای فن ترانس های قدرت
تغذیه موتورهای تپ چنجر ترانسهای قدرت
مکانیزم و موتور شارژ فن بریکرها
موتورهای مدارات فرمان قطع و وصل بریکرها و سکسیونرها
مدارات روشنایی و هیترها و وسایل برودتی
تغذیه شارژهای   DC    و اینورتر و دیگر وسایل مصرفی   AC   پس
 
سیستم ولتاژ  KV20  پست :
ولتاژ KV20  در پستهای فشار قوی بصورت ورودی  20KV  که از هسته دوم ( ترانسهای دو سیم پیچ ) و یا هسته سوم ( ترانسهای سه سیم پیچ ) تغذیه شده و به باسبارهای   20KV   پست وارد می شود و مصارف محلی 20KV   بصورت خروجی از این باسبار تأمین شده و توسط یک کابل تا ابتدای شبکه  20KV  هوایی اتصال می یابد و یا اگر شبکه  20KV    کابلی باشد مستقیماً از فیدرخانه   20KV  تأمین می شود .
خازنها و راکتورها :
خازنها دستگاهی هستند که بصورت یک مجموعه در پستهای فشار قوی نصب شده و وظیفه آنها خنثی نمودن مصارف سلفی پست و تنظیم ولتاژ و تأمین افت ولتاژ و افت توان و در نتیجه بالا بردن ظرفیت توان انتقالی در شبکه می باشد .
مجموعه خازنها که بصورت بانک خازنی می باشند و بصورت دستی و یا اتومات در مدار می آیند و یا از مدار خارج می شوند فرمان اتومات آنها توسط دستگاهی بنام کنترل کننده توان راکتیو اتومات     Automatic Varcontrol (AVC)     تأمین می شود .
راکتورها نیز وسیله ای سلفی هستند که جهت تأمین بار راکتیو مورد نیاز پست و تنظیم اظافه ولتاز پست بکار می روند .
 
ترانسفورماتور قدرت :
اصلی ترین و مهمترین عنصر هر پست فشار قوی ترانس قدرت می باشد و اصولاً بجز در مواردی خاص ، یک پست بدون قدرت معنا ندارد بنابراین وظیفه ترانس قدرت تأمین و تغذیه انرژی مصرف کنندگان و مرتبط نمودن دو یا سه سطح ولتاژ با یکدیگر می باشد .
ترانسفورماتور یک افزار ایستا بوده که قلب آن هسته مغناطیسی است که از لایه های ورقه ورقه ای جهت کاهش تلفات تشکیل یافته و معمولاً دو یا سه سیم پیچ متفاوت دارد .
وظیفه خنک کنندگی ترانس بعهده روغن می باشد که عمل عایقی را نیز انجام می دهد .
کار تنظیم ولتاژدر ثانویه ترانس قدرت توسط دستگاهی بنام تپ چنجر انجام می شود .
تپ چنجر نیز از سیستم کنترل کننده ولتاژA.V.R) (   Automatic Voltage Regulator  که ناظر بر ولتاژ خروجی ترانس قدرت می باشد ، فرمان می گیرد .
انواع تپ چنجر:
1 ـ تپ چنجر    Onload    : این تپ چنجر علاوه بر زمان بدون بار بودن ترانس در هنگامیکه ترانس زیر بار می باشد نیز قادر به فرمان دادن و تعویض تپ می باشد .
2 ـ تپ چنجر   Off load : این تپ چنجر فقط زمانیکه ترانس بدون بار باشد عمل می کند و اگر در هنگام بارداری ترانس به این تپ چنجر فرمان داده شود ابتدا یک فرمان تریپ به روی ترانس اعمال نموده تا ترانس قطع شود ، آنگاه فرمان تعویض تپ را صادر می کند.
بعضی از مشخصه های ترانسهای  قدرت عبارتند از :
قدرت ترانسفورماتور ـ ولتاژ نامی اولیه  H.V    ـ حداکثر ولتاژ اولیه ـ گروه اتصال مثلاً     (YNd11)  
کلیدهای قدرت
یک سری از تجهیزات مهم دیگر پست فشار قوی کلید های قدرت می باشند که وظیفه قطع و وصل شبکه را بر عهده دارند .
انواع کلیدهای قدرت :
کلیدهای قدرت بر اساس نوع کار و اهمیت آنها به صورت زیر تقسیم بندی می شوند :
1 ـ کلید غیر قابل قطع زیر بار ( سکسیونر )
2 ـ کلید قابل قطع تحت ولتاژ و بار کم تا  20kv   ( سکسیونر تیغه ای با سرعت قطع  زیاد )
3 ـ کلید قابل قطع تحت ولتاژ و بار و قدرت زیاد حتی قدرت  اتصال کوتاه ( بریکر یا دژنکتور )
سکسیونر ها نیز از نظر ساختمان و نحوه عملکرد بصورت ذیل تقسیم بندی می شوند :
سکسیونر تیغه ای ( دورانی )
سکسیونر تیغه ای عمودی
سکسیونر کشوئی
سکسیونر قیچی یاپانتوگراف
ولی از نظر فرمان بدو صورت دستی و اتومات الکتریکی یا موتوری دسته بندی می شوند که فرمان الکتریکی خود نیز به دو حالت فرمان از نزدیک ویا فرمان از راه دور وجود دارد.
ساختمان سکسیونر های تیغه ای قطع سریع kv 20  بدینصورت است که علاوه بر پلهای قطع و وصل مدار از تیغه های فلزی به موازات آنها نیز استفاده شده است بنحوی که در زمان قطع ابتدا کنتاکتهای اصلی مدار باز شده  سپس تیغه های فلزی بسرعت مدار را باز می نمایند بنحوی که جرقه حاصل از قطع مدار سریعاً خاموش شده و از ادامه آن جلوگیری می شود .
بریکر:
بریکر ها هر چند از نظر قیمت بعد از ترانسهای قدرت قرار دارند ولی چون تعداد آنها  نسبت به ترانس ها در یک پست فشار قوی به مراتب بیشتر است بنابراین در مجموع گرانترین عنصر یک پست به شمار می روند .
انواع بریکر ها :
بریکر ها از نظر ساختمان و نوع خفه کنندگی  Arc  ( جرقه ) بصورت زیر دسته بندیمی شوند:
بریکر نیمه روغنی
بریکر تمام روغنی
بریکر از نوع گاز SF6
بریکر از نوع خلأ
بریکر از نوع آبی و یا اکسپانزا سیون
   بریکر از نوع هوای فشرده
بریکر از نوع گاز سخت ( جامد )
و از نظر نوع مکانیزم قطع و وصل بصورت ذیل تقسیم بندی می شوند :
بریکر هوای فشرده
بریکر با مکانیزم فنر
بریکر گاز نیتروژن فشرده  N2 
بریکر روغنی ( هیدرولیکی )
 
روش فرمان بریکر ها :
فرمان وصل : بریکر عموماً بصورت الکتریکی بوده که هم از نزدیک Local   و هم از راه دور   Remote    و هم از طریق مراکز دیسپاچینگ   SCADA    بوده که فرمان قطع یا تریپ علاوه بر موارد  فوق ازطریق رله های حفاظتی نیز قابل فرمان می باشند .
مقادیر نامی مشخصه بریکر ها عبارتند از :
ولتاژ نامی ماکزیمم Vn max
جریان نامی ماکزیمم دائمی In max
قدرت قطع نامی ماکزیمم      Pmax و Qmax  
جریان نامی ماکزیمم لحظه ای قابل تحمل بریکر ( جریان اتصال کوتاه نامی )
بعنوان مثال بعضی مشخصات فنی مربوط به بریکر نیمه روغنی  B.B.C    مدل F1.C1   جهت شبکه  230 KV  به شرح ذیل می باشد .
ولتاز نامی 245 KV
فرکانس نامی 50 hZ
جریان نامی 2500 A
جریان قطع متقارن  40 KA
ولتاژ ضربه ای تست شده 1050 KV
زمان قطع نامی  35 ms
زمان وصل مجدد  355 ms
شمای تک خطی :
نقشه ای است که بصورت دیاگرام تک خطی با استفاده از علائم استاندارد تجهیزات و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر را نشان می دهد . همچنین بیانگر تعداد فیدر های مختلف و نحوه اتصال آنها به باسبار نیز می باشد .
اطلاعاتی را که می توان توسط دیاگرام تک خطی مشاهده و بدست آورد عبارتند از :
ـ سطح ولتاژهای مختلف پست
ـ نوع خط هوایی یا زمینی
ـ تعداد و نوع ترانسفورماتور های قدرت و زمین و تغذیه داخلی  و ولتاژ و قدرت و نوع اتصا ال آنها
ـ نوع باسبار مربوطه
ـ تعداد فیدرهای مختلف با سطح ولتاژ های آنها
ـ تجهیزات مربوط به هر فیدر مانند بریکر ـ سکسیونر خط یا زمین ـ ترانسهای ولتاژ و جریان ـ برقگیر و غیره ، همچنین مشخصات فنی تجهیزات فوق شامل مقادیر زیر :
سطح ولتاژ نامی ـ جریان نامی ـ جریان تحمل اتصال کوتاه ـ قدرت نامی ـ ولتاژ عایقی ـ دمای کار در محیط
نوع عایق بدنه ـ نوع عایق و گاز خنک کنندگی و خفه کنندگی آرک و جرقه
 ارتفاع محل از سطح دریا
تکفاز و یا سه فاز بودن آنها
نحوه اینترلاک هر وسیله با تجهیزات مورد نظر و متعلقات مربوطه
 
آرایش پست Lay Out
آرایش پست شامل نحوه قرار گرفتن تجهیزات پست مطابق با نوع کار و الگوی تنظیمی بوده و فواصل مجاز آنها از یکدیگر و از زمین ـ فاصله مجاز فازها نسبت به هم ونسبت زمین و نحوه تجهیزات بصورت افقی یا عمودی می باشد .
در نقشه  Layout  ارتفاع تجهیزات و ارتفاع عایق آنها نیز دیده می شود ، ضمناً در این آرایش ، سطح زیر تجهیزات پست و شکل هندسی آن مشخص می شود .
 
سیستم زمین در پستهای فشار قوی :
هدف از ایجاد سیستم زمین تأمین مقاصد ذیل است :
1 ـ در حالت نرمال تمام قسمتهای هادی غیر باردار دستگاهها از طریق هادیهای متصل به زمین در ولتاژ مطلق زمین که صفر یا نزدیک به صفر می باشند قرار می گیرند .
2 ـ حفاظت دستگاهها و تأسیسات
3 ـ حفاظت جان اپراتورها و مراقبین و تعمیرکاران در تمام مواقع چه حالت نرمال چه حالت بروز خطا .
 عمل زمین کردن دستگاهها بدو صورت انجام می گیرد :
الف : زمین کردن نوترال دستگاهها
ب : زمین کردن بدنه اجزاء هادی غیر باردار دیگر تجهیزات پست
 
طرق مختلف زمین کردن نوترال دستگاهها بشرح زیر است :
1 ـ زمین کردن مستقیم
2 ـ زمین کردن از طریق مقاومت ـ راکتانس ، کویل قطع قوس ، ترانسفورماتور زمین  (غیر مستقیم )
روشهای زمین نمودن بدنه اجزاء هادی غیر باردار :
1 ـ قرار دادن الکترود میله ای در عمق زمین
2 ـ قرار دادن لوله گالوانیزه
3 ـ قرار دادن نوارهای فلزی در عمق مناسب
4 ـ قرار دادن صفحات فلزی در عمق مناسب
5 ـ قرار دادن شبکه سیمی ( مسی ) در عمق مناسب
6 ـ استفاده از میله های مسطح فولادی داخلی بتون ـ لوله کشی آب و غیره
 
بررسی ولتاژ های مؤثر در ایمنی و شبکه زمین
1 ـ ولتاژ گام یا قدم Step Voltage  : که از عبور چریان در مسیر بسته دو پای شخص و زمین ناشی می شود .
2 ـ ولتاژ تماس Tooch Voltage  : که ناشی از عبور جریان از مسیر بسته نوک انگشت دست و یا ناحیه بالایی مورد تماس بدن به پا و زمین و دستگاه می باشد .
3 ـ ولتاژ انتقالی Transfer Voltage  : که حالت خاصی از ولتاژ تماس است و آن در حالتی است که دستگاه مورد تماس در فاصله دوری زمین شده باشد .
4 ـ ولتاژ خانه ( مش ) Mesh Voltage  : که عبارت از اختلاف ولتاژ بین وسط یک خانه شبکه زمین در جهت قائم تا سطح زمین پست .
روابط نرمال بین ولتاژ های فوق به ترتیب زیر است :
در محاسبات باید همیشه ولتاژ تماس کوچکترویاحداکثر مساوی ولتاژ مش باشد    یعنی Etooch   
همچنین ولتاژ گام نیز باید کوچکتر از ولتاژ مش باشد یعنی Estep
روشهای کاهش ولتاژانتقالی به شرح زیز است:
الف : رعایت سطح ایزولاسیون عایقی مناسب و مطلوب برای دستگاهها
ب : ایزوله کردن کامل شبکه ها و جدا سازی آنها از یکدیگر
ج : افزایش مقاومت لایه سطحی زمین پست با پوشاندن گراویه تا ارتفاع   cm 15
شبکه خراسان و موقعیت پست    63 kv  مشهد:
شبکه خراسان در مجموع یک شبکه رینگی می باشد که توسط نیروگاههای توس ـ مشهد ـ شریعتی ـ شیروان –نیشابور - قائن ، تغذیه می شود و طرحهای دیگری نیز برای شبکه در نظر گرفته شده است از آن جمله   برای استفاده از اختلاف افق استان خراسان با دیگر استانهای کشور که موجب اختلاف در زمان پیک بار با نقاط مختلف کشور می شود این امر باعث می شود که  واحد های مختلف در ساعات پیک بار به کمک یکدیگر بپردازند و موجب اطمینان و پایداری بیشتر شبکه شود . به موجب این امر مهم در نظر است که شبکه خراسان مجدداً توسط یک خط 400 kv     از طریق طبس و یزد به شبکه سراسری وصل گردد . خطوط انتقال در شبکه خراسان   63kv,132 kv, 400 kvو خطوط توزیع اکثراً   20kv   می باشند .
پست     63kv   مشهد که این گزارش درباره این پست تهیه و تنظیم گردیده است یک مبدل نیروگاهی است که در ناحیه شرق مشهد ـ در کنار جاده سرخس جنب نبروگاه مشهد واقع شده است .
 
پست مشهد توسط واحد های زیر که درنیروگاه مشهد نصب شده است تغذیه میشود.
1- دو واحد بخاری اشکودا ساخت چک اسلوواکی(قدیم) هر یک به قدرت 60 مگاوات با ولتاژ 13.8 کیلو ولت و با 5% تلرانس
2-  دو واحد توربین گازی  B.B.C  آلمان هر یک به قدرت اسمی79  مگاوات با ولتاژ  11کیلوولت
3- دو واحد توربین گازی آلستوم ساخت فرانسه به قدرت 18.7مگاوات با ولتاژ 6.3 کیلوولت
نیروهای تولید شده با ولتاژ ژنراتور پس از عبور از ترانس قدرت با ولتاژ KV 63  وارد باسبار  63KVپست مشهد می شود که علاوه بر ارتباط از طریق خطوط   KV 63 با پستهای همجوار خود مانند پست شریعتی ـ بازار رضا ـ سیلو ـ بهار ـ طرق ـ حامد ـ شمال پارک از طریق دو ترانسفورماتور قدرت  63/20 KV  وارد باسبار 20KV    پست گردیده و خطوط20KV  را تغذیه می نماید :
 
شین بندی :
شین بندی باسبار پست KV63 مشهد دوبل ساده است که از دو باسبار تشکیل شده است به نامهای باس MAIN   (اصلی ) و باس ( RESERVE) رزرو     و هر باس به دو زون تقسیم گردیده است . باس مین به زون  A  و B  و باس رزرو به زونهای D و C تقسیم گردیده است . در باس مین دو زون توسط یک باسسکشن که از یک بریکرو دو ترانس جریان در طرفین بریکر و دو  سکسیونر در طرفین برای هر فاز تشکیل شده به هم مرتبط هستند .
اما در باسبار رزرو دو زون توسط دو  سکسیونر به هم ارتباط دارند و از بریکر و ترانس جریان     استفاده نشده است لازم به ذکر است که ارتباط زونها به این شکل کامل نیست و نمی توان بر روی باس RESERVE   به راحتی باس MAIN   مانور انجام داد .
باسبارهای  MAIN   و  RESERVE     توسط دو باسکوپلر ( باسکوپلر 1 و 2 ) قابل مانور جهت ارتباط به یکدیگر هستند.
باسکوپلر1 زون A وC را به هم وصل می کند و باسکوپلر 2 زونهای B و D  را به هم وصل می کند .
اکثر خطوط خروجی پست و همچنین خطوطی که باسبار را تغذیه می کنند ( ورودیها ) توسط یک سکسیونر خط مجهز به تیغه ارت ، یک بریکر KV 63 و دو  سکسیونر باسبار به باسبار وصل هستند که می توان با بستن یکی از سکسیونرهای باسبار جریان را به یکی از باسبار ها منتقل کرد که عملاً می توان یک سیستم یک و نیم کلیدی سکسیونری در پست ایجاد کرد . فقط خط63KV خروجی بازار رضا و خط  KV 63 ورودی آلستوم یک تنها به یک باسبار وصل هستند و سایرخطوط را می توان بر حسب نیاز و یا برای تعادل بار باسبار تغییر داد .
بریکر ها :
اکثر بریکرهای KV 63 موجود در پست مشهد از نوع آلستوم  KV 63 (DE ALESTOM             )  با جریان نامی   A  1250 است.  فقط بریکر خط سیلو از نوع ASEA   میباشد. همه بریکر ها نیمه روغنی هستند و مکانیزم عمل کننده ی آنها فنری می باشند . کلیه بریکر ها قابل قطع و وصل از داخل اتاق فرمان از روی تابلو فرمان مربوطه فرمان می گیرند .
کلیه سکسیونر ها 800 آمپری و دستی می باشند فقط سکسیونر های واحد B.B.C         موتوریزه است و فرمان از راه دور عمل می کنند سیستم اینترلاک سکسیونرهای خط بابریکر
 بوده و از نوع مکانیکی می باشد که به صورت یک قفل کوچک در پای سکسیونر واقع است دارای یک سوئیچ است که در صورت قطع بودن بریکر می توان سوئیچ را چرخاند که با این عمل زائده ای که در مقابل بسته شدن سکسیونر مقاومت می کند کنار رفته و سکسیونر به راحتی بسته می شود
اینترلاک سکسیونر زمین نیز با سکسیونر های باس است اما حفاظت قابل اطمینانی نیست اگر سیستم اینترلاک سکسیونر ارت به صورتی طراحی می شد که در صورت برقدار بودن VT  (ترانس ولتاژ) خط فوق اجازه ارت نمی داد از ایمنی بهتر برخوردار بود اما در این پست به علت قدیمی بودن و طراحی سلیقه ای این مطلب رعایت نشده است و فقط با هماهنگی مرکز کنترل که اول به پستهای طرفین خط دستور قطع خط را می دهد و بعد از قطع خط به طرفین
دستورات را صادر می کند . که در این صورت اگر اپراتور دچار اشتباه شود و خط را وصل کند باعث خسارت جانی و مالی فراوانی خواهد شد .
 
  حفاظت باسبارها و خطوط :
حفاظت باسبار پست مشهد از نوع رله دیفرانسیل است که بر روی هر یک از زون ها                    موجود است که در صورت بروز اختلاف جریان رله دیفرانسیل زون مربوطه تحریک شده و اطلاعات لازم را به رله  checkzon   می برد که در صورت تأیید ، zon    مربوطه از مدار خارج می گردد . طرز عمل به اینصورت است که حفاظت باس زون ، زون بندی شده به صورت     zon A ،  zon B ،   zon C ،   zon Dو هنگام عملکرد باس زون مثبت به مدار می آید و از طرفی فقط در محدوده زون خود عمل می کند ، اما  CHECKZON     همزمان با زون های A,B,C,D  در مدار می آید ، که با عملکرد CHECKZONE       قطب منفی در مدار قرار می گیرد . به این ترتیب باعث قطع بریکر یا دادن آلارم می شود
برای حفاظت خطوط در پست مشهد از یک رله دیستانس به عنوان حفاظت اصلی ورله اورکارنت به عنوان حفاظت پشتیبان استفاده شده است .
رله های کمکی دیگری که برای خطوط استفاده می شود عبارتند از :
1 ـ رله مسترتریپ TRIPPING RELY : رله ای است که بعد از تحریک تمام رله های استارت می شود و کلیه فرامین از طریق این رله صادر می شود که بعد از عملکرد تا این رله ریست نشود فرمان وصل دوباره را به بریکرها نمی توان داد .
2 ـ رله   SUPERVISION : این رله نظارت بر مسیر تریپ را بر عهده دارد .
 
ترانسهای قدرت :
در محوطه بیرونی پست مشهد 2  ترانس قدرت وجود دارد به نسبت تبدیلKV   63/20 و            ساخت ایران ترانسفو است که با عنوان ترانس 1 و ترانس 2  بر روی نقشه های پست مشخص هستند . این دو ترانس فیدرخانه  KV20   پست را تغذیه می کند . نوع سیم پیچی این دو ترانس ستاره ـ مثلث می باشد که برای ایجاد نقطه صفر در ثانویه از یک ترانس دیگر که به نام ترانس زمین است برای هر یک از ترانس های فوق استفاده شده است . در پست مشهد از این دو ترانس زمین علاوه برایجاد نقطه صفر به عنوان ترانس مصرف داخلی نیز استفاده شده است که در حالت عادی یکی از ترانس ها برای مصرف داخلی استفاده می شود . لازم به ذکر است معمولاً بین ترانس زمین و ترانسفورماتور قدرت یک دیوار بتنی به نام دیوار آتش قرار دارد این دیوار برای حفاظت ترانسفورماتور از آتش سوزی مورد استفاده قرار می گیرد . در پست مشهد ترانس زمین در داخل یک چهار دیواری قرار گرفته است .
باسبار KV20   ترانس 1 شامل خطوط  سلمان – رابط الین – نوسازیع توزیع – عدالت  و مترو که بریکرها از نوع ASEA    است و باسبار شماره 2 که توسط ترانس 2 تغذیه می شود شامل خطوط  20KV  بهداشتکاران –مهر آباد –بهزیستی و کشاورز است وبزیکرهای آنها نیزاز نوع  ASEA    می باشند .
حفاظت ترانس : معمولاً ترانسفورماتور قدرت بوسیله رله دیفرانسیل  به عنوان حفاظت اصلی و رله جریان زیاد بعنوان رله پشتیبان حفاظت می شود . اما ترانسهای پست مشهد بوسیله رله اورکانت وارت فالت و همچنین توسط رله های مکانیکی نظیر بوخهلتس حفاظت می شوند . رله های هشدار دهنده حرارت سیم پیچ و روغن نیز بر روی ترانسها نصب گردیده است .
سیستم حفاظت گارد و شبکه زمین پست :
معمولاً برای حفاظت تجهیزات موجود در پست در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از رعد و برق و صاعقه از سیمی به نام سیم گارد یا میله برقگبر استفاده می شود . این سیستم باید بالاتر از همه تجهیزات نصب شده باشند و رشته های بسیار زیاد از یک سیم هادی (مسی ) در نقاط مختلف پست زمین شده باشد تا بتوان اضافه ولتاژ را به راحتی به زمین منتقل بکند .
شبکه زمین : هدف از ایجاد سیستم زمین این است که در زیر و اطراف پست یک سطح با پتانسیل یکنواخت و با ولتاژ نزدیک صفر یا پتانسیل مطلق زمین ایجاد گردد . به طوری که : اولاً تمام اجزاء و وسایل به جز قسمتهای برقدار توسط هادی های رشته ای به سیستم زمین وصل شود و در پتانسیل زمین قرار گیرد .
دوماً اپراتور و سایر افراد همیشه در پتانسیل زمین قرار گیرند .
در شبکه زمین به علل مختلف از جمله بالا بودن و متغیر بودن مقاومت خاک ممکن است از میله های اتصال زمین به طول چند متر نیز استفاده گردد . این میله ها از جنس فولاد با روکش مس می باشد . به طور عمودی در زمین پست در عمق پایین تر از شبکه هادی کوبیده می شوند و تمام پایه های فلزی و بدنه دستگاهها و فنس اطراف پست در چند نقطه با اتصال مطمئن به شبکه زمین متصل می شوند . معمولاً از سیم های نازک مسی با تراکم زیاد برای زمین کردن تجهیزات در پست استفاده می شود .
در پست KV 63 مشهد شبکه زمین به علت قدیمی بودن حالت استاندارد خود را از دست داده و مقاومت آن زیاد شده است . در حادثه انفجار سر کابل فاز  T   واحد اشکودا در پست مشهد در محل اتصال سیم ارت و پایه های فلزی سر کابل اثرات اتصالی مانند سیاه شدن پایه ها و در بعضی از جاها جوش خوردگی به چشم می خورد  که به علت مقاومت زیاد و از دست دادن حالت استاندارد شبکه ارت پست . سیم ارت سر کابل قادر به هدایت جریان اتصال کوتاه نبوده و باعث جرقه و سیاه شدن محل وصل سیم ارت و پایه های فلزی شده بود . البته کارشناسان معتقد هستند که عوامل دیگری نیز در این حادثه نقش داشته اند . از قبیل به موقع نکردن رله های حفاظتی یا معایب در ترانس قدرت ، ولی فرسوده بودن شبکه ارت پست و نیروگاه یکی از مهمترین عوامل بوده است .
لازم به ذکر است که در پست مشهد علاوه بر فرسوده بودن شبکه زمین از سیم گارد و میله برقگیر که تجهیزات را در مقابل ضربه های مستقیم ناشی از صاعقه و رعد و برق حفاظت می کند ، استفاده نشده است و تنها به برقگیر که در ابتدای خطوط و شاخکهای برقگیر که بر روی بعضی از تجهیزات نصب شده است بسنده گردیده است . لازم به ذکر است که باید برای حفظ تجهیزات و جان افراد تصمیمات اصلاحی جدیدی به کار گرفته شود .
 
تغذیه داخلی پست و باطریخانه :
در تأسیسات الکتریکی نظیر نیروگاه و پستهای فشار قوی همیشه نیاز به یک منبع  DC  وجود دارد . در حالت عادی تغذیه داخلی پست توسط دو عدد ترانس موازی  KV20  که در ثانویه توسط دو کلید اینترلاک شده اند ، به این ترتیب که وقتی یکی از ترانسها در مدار باشد کلید ترانس دیگر از مدار خارج است .
باسبار  V380    سه فاز که توسط ثانویه یکی از ترانسها تغذیه می شود بوسیله یک رکتیفابر یا شارژر که برق AC  را به DC تبدیل می کند . باسبار   V110 ،  DC    را تغذیه می کند . از این باسبار ها انشعابات مختلفی گرفته شده یکی از انشعابات دیگر به اینورتر وصل است که دوباره برق  DC110 ولت را به V AC220     تبدیل می کند و در مواقع اضطراری از آن استفاده  می شود و به برق   AC  اضطراری مشهور است . از طریق انشعاب دیگر باسبار V110DC     با یک سری باطری پارالل است و دائماً باطریها را زیر شارژ دارد . انشعاب دیگر به کنورتور وصل است که برق 110 ولت   DC   را به 50 ولت  DC   تبدیل می کند که برای رله ها مورد استفاده قرار می گیرد .
با قطع شدن  KV 20 کلیدهای دو طرف رکتیفایر به طور اتوماتیک باز می شود . برای اینکه جریان به عقب برگردانده نشود و وارد ترانسها نشود . خروجی اینورتور  معمولاً برای روشنایی و یا موتور شارژ کلیدها(بریکرها) به کار برده می شود . در زمان بی برق شدن پست برق مورد نیاز جهت فرامین،کنترل ، روشنایی . آلارم و سیگنال و موارد مورد نیاز دیگر نوسط برق باطریخانه تأمین می گردد . لازم به ذکر است ، باطریها در یک اتاق نسبتاً بزرگی که جدا از سایر اتاقهای پست است و درب آن به محوطه بیرون باز می شود قرار دارد.
ساختمان پست :
اصولاً تمام پستها از دو قسمت INDOOR و OUTDOR تشکیل شده است   INDOOR            ساختمان داخل پست است که تجهیزات تابلو فرمان و سایر اقلام مورد نیاز می باشند رله ها در آن نصب شده است .
 OUTDOOR : مربوط به فضای بیرون از اتاق فرمان و ساختمان کنترل است در یک قسمت آن تجهیزات بیرونی پست نصب است و قسمتی نیز شامل فضای سبز و غیره می شود که با فنس محافظت می گردد .
ساختمان کنترل :
وسایل حفاظت و کنترل تجهیزات پست ، اعم از سویچگیر ، ترانسفورماتور های قدرت و غیره و نیز دستگاههای اندازه گیری پارامتر های مورد نیاز توسط وسایلی که از طریق کابلهای مناسب به سیستم های فرمان و یا ترمینالهای فشار ضعیف ترانسفورماتور های اندازه گیری متصل هستند انجام می گیرد . کلیه این وسایل همراه با سیستم های تغذیه جریان متناوب و مستقیم    (AC,DC)در داخل ساختمانی قرار دارند که ساختمان کنترل نامیده می شود این ساختمان دارای تأسیسات مورد نیاز برای کار اپراتور نیز می باشد .
1 ـ اتاق فرمان : که اتاق فرمان محل نصب تابلوهای فرمان و محل استقرار اپراتور می باشد معمولاً اتاق فرمان را طوری می سازند که اپراتور از داخل دید کافی بر روی تجهیزات بیرونی پست داشته باشد .
تابلو فرمان : تابلو فرمان ترکیبی از عملکرد بریکرها ـ نشان دهنده وضعیت سکسیونرها و بریکر ها و سیگنالهای خبری اعم از اطلاع عملکرد رله های حفاظتی و تغذیه مکانیزم بریکرها و مدارات مربوطه   (DC,AC)   و قطع و وصل بودن کلید V.T  و سیگنال ها و آلارمهای مربوطه به ترانسفورماتورهای قدرت و غیره می باشد .
عملکرد مربوط به بریکر ها : معمولاً بریکرها قابل قطع و وصل از راه دور هستند و کلید قطع و وصل آنها بر روی تابلو فرمان وروی دیاگرام تک خطی موجود بر روی تابلو نصب گردیده است . که در هنگام وصل هم راستای دیاگرام تک خطی و لامپ آن خاموش است و در موقع قطع عمود بر دیاگرام تک خطی و لامپ روشن می باشد . قاب کلید نیز خود دارای یک لامپ است و وضعیت سکسیونرها را مشخص می کند .
2 ـ سیگنالهای خبری : سیگنالهای خبری اعم از اطلاع عملکرد رله های حفاظتی و تغذیه مکانیزم بریکرها و رله ها به مدارات مربوطه تغذیه ( AC,DC ) و قطع و وصل بودن کلید         V.Tمی باشد .
3 ـ وسایل اندازه گیری : وسایل اندازه گیری شامل آمپرمتر ـ ولت متر ـ وارمتر ( M VAR  ) وات متر ( MW ) بر روی تابلوها نصب هستند و بار خطوط را نشان می دهند .
بر روی تابلو فرمان واحدها و ترانسفورماتورهای قدرت علاوه بر سیگنال ها و نشان دهنده های فوق مجهز به سیگنال های اختصاصی نیز هستند مثلاً در مورد ترانسفورماتور سیگنال های مربوط به تپ ترانس و حرارت سیم پیچ و روغن و ... در موقع عوض شدن تپ ترانس همزمان چراغ و شماره تپ بر روی تابلو فرمان روشن می شود که مشخص کننده شماره تپ ترانس است حداکثر تپ ترانسفورماتورهای قدرت پست مشهد 17 تپ می باشد . لازم به ذکر است که در ترانسفورماتورهای به صورت موازی ( پارالل ) تعویض تپ همزمان انجام می گیرد به طوری که یکی از ترانس ها فرمان دهنده است و بر روی اتومات و   MASTER     تنظیم می شود و ترانس دیگر روی تابع است که بر روی   FOLLOWER    تنظیم می گردد . در ترانس تابع تنظیم بر روی اتومات یا دستی فرقی ندارد .
چون این قسمت ترانس از مدار خارج می شود . البته لازم به ذکر است هر ترانس به طور جداگانه دارای A.V.R   یا ریگلاتور ولتاژ می باشد و در صورت پارالل نبودن می توانند به صورت مجزا تغییر تپ بدهند . چون در صورت پارالل بودن اگر مجزا عمل کنند ممکن است اختلاف ولتاز به وجود آید.
دوعدد کلید شاسی در پایین تر از صفحه سیگنال که یکی به نام   lamptest                               و یکی به نام cancel alarm   اولی برای تست لامپهای آلارم و دیگری برای ریست کردن لامپ آلارم است . لازم به توضیح است که بک شاسی دیگر بر روی تابلوفرمان است که صدای آلارم را خاموش می کند . دو تا کلید مکانیکی که در اطراف کلید بریکر هر خط و بریکر واحدها موجود است که برای سنگرون کردن به کار می روند . ژنراتورها عموماً تنها کار نمی کنند بلکه اغلب تعدادی از آنها بطور موازی شبکه مشترکی را تغذیه می کنند . لذا قبل از وصل کردن ( موازی کردن ) ژنراتور شبکه ای که زیر ولتاژ است باید ژنراتور تازه وارد را با شبکه یا با ژنراتور دیگری که در حال کار است همراه یا بعبارت دیگر سنکرون کرد .
سنکرون حالتی از پارالل کردن را بیان می کند که در آن حالت هیچ نوع جریان ضربه ای قابل ملاحظه ای ایجاد نشود .
برای بوجود آوردن این حالت باید چهار شرط زیر قرار می گیرد :
1 ـ برابری ولتاژها                  2 ـ برابری فرکانس ها
3 ـ برابری فاز اختلاف سطح ها          4 ـ ترتیب صحیح فازها
برابر کردن ولتاژ ها و فرکانس ها توسط تغییر شدت جریان تحریک ژنراتور و تنظیم دور توربین انجام پذیر است و برای کنترل آن از دو ولتمتر و دو فرکانس متر نشان دهنده استفاده می شود که اغلب بصورت ولت متر دوبل و فرکانس متر دوبل در یک جعبه نصب می گردد .
لازم به ذکر است در پست مشهد فقط برای سنکرون کردن واحدهای آلستوم 1 و2 و اشکودا 1 و 2 با نیروگاه هماهنگی ایجاد می شود و واحدهای  BBC  درصورت برقدار بودن ترانس واحد مربوطه توسط خود نیروگاه مشهد سنکرون می گردند. دلیل آن این است که بریکرهای واحدهای آلستوم و اشکودا در داخل پست است و موقع راه اندازی واحد اول باید ولتاژ شبکه از طریق پست به واحد فرستاده شود و بعد از انجام عمل سنکرونیزاسیون واحد به شبکه وصل می گردد . در مورد واحدهایBBC  چون علاوه بر بریکر KV63   در داخل پست خود واحد قبل از ترانس نیز دارای یک بریکر است و در مواقعی که ترانس واحد برقرار باشد احتیاج به فرستادن ولتاژ از طریق پست نیست و خود واحدها بعد از انجام عمل سنکرونیزاسیون واحدها را به مدار می آورند . اما اگر ترانس بی برق باشد ، احتیاج به ولتاژ شبکه از طریق پست دارد.
طریقه ارسال ولتاژ شبکه از طریق پست به نیروگاه به این صورت است که توسط دو عدد کلید مکانیکی ذکر شده که در اطراف کلید بریکر برروی تابلو فرمان قرار دارد . یکی برای انتخاب باس مربوطه و دیگری کلید سنکرون که ولتاژ باس را به نیروگاه ارسال می کند . اول باید با سی که واحد به آن متصل می شود را شناسایی کرد و توسط  V.T   یکی از خطوط که به آن باس وصل است ولتاژ را به نیروگاه ارسال کنیم بعد عمل سنکرونیزاسیون توسط نیروگاه انجام می شود . لازم به توضیح است به علت اینکه بر روی باسبارهای پست مشهد ، ترانس ولتاژ موجود نیست . برای پارالل کردن واحدها با شبکه از   V.T  خطوط هم باس واحد استفاده می شود .
میز کار اپراتور :
میز کار اپراتور درست در مقابل تابلو فرمان نصب شده  و   و سایل مورد نیاز کار اپراتور بر روی آن قرار دارند .
وسایل موجود بر روی میز کار عبارت است از :
1 ـ تلفن : بسته به نیاز پست و امکانات موجود در پست از یک تلفن داخلی ویک خط تلفن آزاد استفاده می شود .
2 ـ بی سیم : معمولاً در پستها دو تا بی سیم موجود است یکی مخصوص مرکز کنترل است و بی سیم دیگر مربوط به دیسپاچینگ توزیع و گروههای تعمیراتی و غیره .
3 ـ  D.T.S  : این خط تلفن مخصوص کانال ارتباط مستقیم بین پست و مرکز کنترل است که نیاز به گرفتن شماره از طریق پست نیست و به محض برداشتن گوشی ارتباط با مرکز کنترل برقرار می شود و در مرکز کنترل توسط آلارمها و کدهای مخصوصی که برای هر پست یک کد مشخص شده است، پست پشت خط شناسایی می شود و مکالمات این تلفن ضبط می گردد .
4 ـ دفتر روزانه پست : دفتری است که مخصوص پست مورد نظر چاپ می گردد و اپراتور مؤظف است در طی شیفت خود بار خطوط و اطلاعات آماری و کل اتفاقات  و ورود و خروج افراد را در آن یادداشت نموده که معمولاً از این دفتر و اطلاعات آن در مواقع طراحی طرحهای مشابه و نیازهای خطوط مربوطه استفاده می شود . هر پست معمولاً باید دارای یک ساعت حساس که با ساعت رسمی کشور دقیقاً تنظیم شده باشد ، داشته باشد.
از وسایل دیگر موجود در اتاق فرمان پست را می توان از وسایلی از قبیل فازمترهای فشار قوی ـ دستکشهای ایمنی ـ چراغ قوه ـ تابلوهای هشدار دهنده ـ وسایل مورد نیاز برای آتش نشانی و غیره نام برد .
فازمتر فشار قوی : فازمتر وسیله ای است برای تست خطوط از نظر بی برق یا برق دار بودن به کار می رود و از قسمت ثابت و متحرک تشکیل شده است . به قسمت ثابت که همان دسته عایق فازمتر است خود به دو ناحیه تقسیم بندی شده است و توسط یک علامت قرمز علامت گذاری شده و به عنوان علامت خطر است که در هنگام کار، دست را از آن علامت بالاتر نبریم . قسمت متحرک فازمتر در داخل قسمت ثابت جمع می شود و لامپ فازمتر و دو شاخه فلزی بر روی آن نصب شده است خود به نواحی مختلف از  KV20   الی KV75   تقسیم شده است و بسته به ولتاژ خطوط مورد آزمایش تنظیم می گردد . عمل تنظیم توسط یک پیچ که بر روی فازمتر نصب است انجام می گیرد که قسمت متحرک را بر روی یکی از نواحی ثابت می کند . در حالت عادی طول فازمتر حدود یک متر و بیست و پنج سانت و در حالت باز بر روی KV75  به حدود دو متروچهل سانت می رسد .
دستکش ایمنی : اپراتورها مؤظف هستند که در هنگام کار بر روی خطوط از این دستکشهای عایق استفاده بکنند .
تابلوهای هشدار دهنده : تابلوهای کوچکی هستند که در مواقع قطع بریکر ها یا انجام تعمیرات بر روی تجهیزات در پست بر روی کلید قطع و وصل اتاق فرمان نصب می شود تا دیگران دچار اشتباه نشوند .
وسایل مورد نیاز آتش نشانی : معمولاً در پستهای فشار قوی کپسولهای بزرگ و کوچک آتش نشانی نصب گردیده است که در مواقع آتش سوزی از آنها استفاده می شود برای این منظور اپراتورهای پست آموزشهای لازم را از قبل دیده اند و قادر به استفاده از این وسایل هستند .
لازم به ذکر است که تابلوهای فرمان خطوط   KV20  در پست مشهد فاقد ولتمتر وآمپر متر میباشد (ولتمتر وآمپرمتر برروی خود بریکردراتاق رله نصب شده است ) و این یکی از مشکلات بزرگ در اتاق فرمان پست مشهد است که اپراتور تسلط کافی بر ر و ی خطوط KV20  ندارد .
البته این اشکال به علت طراحی های بعدی که در این پست انجام شده است به وچود آمده است .
اتاق رله : در این اتاق کلیه رله ها و وسایل حفاظتی ـ شارژر مربوط به سانترال مرکز تلفن ، شارژر های  V DC50 و110پست ، شارژر تأسیسات تله متری ،  ـ تابلوهای توزیع AC,DC   ـ تابلوهای مارشالینگ رک ـ نصب شده است در پست مشهد همه این تجهیزات در اتاقی به ابعاد     8*16 به نام اتاق رله نصب گردیده است .
اتاق ماکرویو : در پست مشهد ارتباط با مرکز کنترل و سایر پستها بوسیله دیجیتالی ماکرویو انجام می گیرد .البته قبلاً از سیستم P.L.C   نیز استفاده می شده .
باطریخانه :
کلیه باطریها ی مورد نیاز جهت تأمین ولتاژهای   D.C   پست در این اتاق نصب می شود . این اتاق به سایر اتاقها مرتبط نیست و درب آن باید به بیرون ساختمان باشد و سیستم تهویه هوا نیز برای آن پیش بینی شده است .
 
اصول بهره برداری از پستهای فشار قوی
   مقدمه:
 اهمیت صنعت برق در جامعه و تکنولوژی امروزی برهمگان معلوم است و این صنعت بعنوان یک صنعت مادر جایی بس عظیم در دنیای عصر ما برای خود باز نموده است . بطوریکه اعم صنایع مستقیماً و یا غیر مستقیم به نیروی الکتریسته وابسته هستند از همین رابطه بخش عظیمی از سرمایه های هر کشور صرف تأمین نیروی الکتریکی می شود . لذا اتخاذ روشهایی که بر اساس آنها بتوان حداکثر بهره برداری را از تأسیسات مورد نیاز تأمین انرژی الکتریکی نمود خود حائز اهمیت ویژه ای است .
معمولاً جهت تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز یک مصرف کننده احتیاج به احداث مراکز تولید انرژی و پستهای افزاینده و کاهنده و شبکه های انتقال و فوق توزیع می باشد . بنابراین در طراحی اقتصادی باید با حداقل سرمایه گذاری بتوان حداکثر استفاده از تأسیسات را نمود . با بهره برداری صحیح از این تأسیسات می توان به طور قابل ملاحظه ای هزینه های تعمیرات و سرویس را کاهش داد . بنابراین نیاز به کنترل دائم پست توسط اپراتور یا توسط مرکزی که اطلاعات مورد نیاز برای کنترل را در هر لحظه آماده داشته باشد ( مرکز دیسپاچینگ ) ضروری است . چرا که با کنترل به موقع و کاربرد دستورالعملهای بهره برداری صحیح می توان تا حدود بسیار زیادی از بروز نقص جلوگیری کرد .
 
شرح وظایف اپراتورها در پستهای فشار قوی :
1 ـ قرائت و ثبت کلیه آمار مربوط به تأسیسات و نگهداری نقشه ها و کاتولوگهای موجود .
2 ـ اجرای کلیه فرامینی که به طریق مکالمه از مرکز کنترل شبکه یا دیسپاچینگ توزیع در رابطه با عملیات معینی با قطعو وصل خطوط ارسال می شود .
3 ـ بازدید و کنترل صحیح کلیه تأسیسات موجود در پست طبق آموزشهای اصول بهره برداری .
4 ـ بازدید از تأسیسات و ثبت پارامترهای مشخص شده در فرمهای PMC .      
5 ـ گزارش فوری نواقص اضطراری پست به مرکز کنترل یا دیسپاچینگ توزیع از طریق بی سیم یا تلفن و تنظیم فرم نقص توسط اپراتور .
6 ـ انجام عملیات لازم جهت بی برق نمودن قسمتهایی از تأسیسات که قرار است گروههای اجرایی روی آن کار کنند با اطلاع مجدد مرکز کنترل شبکه و رعایت کلیه نکات ایمنی و تحویل آن به گروههای مذکور .
7 ـ تحویل گرفتن تأسیسات تعمیر شده از گروههای اجرایی مطابق فرم کار موجود .
8 ـ اطلاع از عملیاتی که قرار است توسط گروههای مختلف اجرایی در پست انجام گیرد .
9 ـ انجام کلیه اقدامات لازم در مواقع اضطراری در جهت تأمین ایمنی افراد و تأسیسات .
10 ـ ثبت کلیه وقایع و عملیات در دفتر روزانه پست و تنظیم گزارشات در دفتر شیفت.
11 ـ ثبت کلیه فعالیتهای انجام شده توسط گروههای اجرایی در دفتر شیفت .
12 ـ ثبت اسامی گروههای اجرایی و سایر افراد مجاز که به پست وارد می شوند و درج دقیق ورود و خروج ایشان دردفتر پست و جلوگیری از حضور افراد غیر مجاز در اتاق فرمان .
13 ـ تکمیل آمار ماهیانه پست .
14 ـ بی برق نمودن خطوط  KV63   و KV20   با هماهنگی مرکز کنترل و دیسپاچینگ توزیع و رعایت کلیه دستورالعملهایی که از طرف مسئولین بهره برداری پست و مرکز کنترل صادر می شود .
 
شرح عملکرد اپراتور در موقع قطع و وصل خطوط KV63 :
قطع و وصل خطوط KV63  باید با هماهنگی مرکز کنترل انجام گیرد . اپراتور بعد از کسب اجازه از مرکز کنترل اول اقدام به قطع بریکر از داخل اتاق فرمان نموده بعد از آن منتظر دستور بعدی مرکز کنترل می شود .
چون ممکن است که باز کردن سکسیونر و زمین کردن لازم نباشد ، بعد از آن خط از طرف دیگر نیز قطع شده مرکز کنترل دستور باز کردن سکسیونر و زمین کردن خط را می دهد . برای جدا کردن سکسیونر و زمین کردن ، اپراتور مجبور است که به داخل محوطه بیرونی پست رفته و از نزدیک به تجهیزات فرمان بدهد و برای اینکار باید قبلاً کلیه نکات ایمنی را رعایت کند از قبیل پوشیدن کفش مخصوص ، گذاشتن کلاه ایمنی ، استفاده از دستکش و فازمتر و سایر لوازم مورد نیاز جهت بی برق کردن و زمین نمودن قسمت مورد نیاز و تفکیک آن از قسمتهای برقدار پست .
اپراتور قبل از هر عمل باید از قطع بودن بریکر اطمینان حاصل کند ،که نشان دهنده بر روی بریکر مشخص می کند که بریکر قطع است یا وصل . در موقع قطع نشان دهنده بر روی علامت سبز و هنگام وصل بر روی قرمز قرار دارد .
بعد از حصول اطمینان از صحت فازمتر خطوط مورد نظر را نیز توسط فازمتر تست می کند که برقدار نباشد سپس اینترلاک مکانیکی سکسیونر را باز نموده و بعد آنرا قطع می نماید و برای زمین کردن خطوط اپراتور باید از قطع بودن خط مورد نظر از طرف دیگر اطمینان داشته باشد بعد از کسب اطمینان سکسیونر زمین را وصل می کند . برای وصل خط عملیات مذکور بر عکس عمل قطع انجام می شود .
 
شرح عملیات اپراتور در موقع قطع و وصل کلید KV20:     
قطع و وصل خطوط KV20  به دستور مرکز دیسپاچینگ توزیع انجام می گیرد . به این صورت که اپراتور پس از کسب اجازه خط مورد نظر را قطع و سپس مراتب را گزارش می کند و برای زمین کردن آن به طریق زیر عمل می کند : ( با هماهنگی مرکز دیسپاچینگ ) اول باید کلیه نکات ایمنی رعایت شود. سپس بریکر را ازداخل سلول خارج کرده( برای خارج نمودن بریکر ازداخل سلول ابتدا باید سوکتی که در بالای سلول قرار دارد و برای تغذیه مدارات الکتریکی داخلی بریکر به کار می رود و از قبیل مدار موتور شارژ فنر نمراتر و غیره ... از کلید جدا نموده) سپس توسط فازمتر(KV20) از بی برق بودن سرکابل مطمئن شده وآنگاه با ابزار مخصوصی که درپست موجود است (اتصال زمین پرتابل )عمل زمین کردن خط انجام میگیرد. و برای وصل عملیات فوق را بر عکس انجام می دهیم .
انجام عملیات در وضعیت غیر عادی ولتاژ :
معمولاً در اثر حوادثی که در شبکه رخ می دهد و باعث از دست رفتن یک واحد یا قسمتهایی از شبکه می گردد و سیستم از حالت به هم پیوسته خارج شده ، در نتیجه باعث کم و زیاد شدن ولتاژ می شود که اگر زمان آن از مدت کوتاهی تجاوز نماید باعث خساراتی به وسایل مشترکین می گردد .
طرز عمل هنگام ولتاژ پایین به شرح زیر است :
1 ـ چنانچه افت ولتاز در سیستم بوجود آید ، اپراتور پست می تواند با استفاده از دستگاه تاب چنجر ترانسفورماتور ولتاژ طرف فشار ضعیف را تنظیم کند .
2 ـ چنانچه با تغییر دستگاه تاب چنجر ولتاژ طرف فشار ضعیف به اندازه نرمال نرسید ، اپراتور با مرکز کنترل تماس گرفته درخواست استفاده از منابع و روشهای دیگر را می نماید .  مانند        ( خازن و راکتور ).
3 ـ چنانچه تمام اقدامات اولیه در مورد ولتاژ پست به نتیجه نرسید اگر ولتاژ طرف فشار ضعیف پست هنوز از حد مجاز کمتر بود ، اپراتور بعد از 3 دقیقه و طبق دستورالعمل داخلی پست خود یا با مشورت مرکز کنترل اقدام به قطع بار می نماید .
طرز عمل در مواقع نامتعادلی فازها :
چنانچه ولت مترهای طرف فشار ضعیف ترانسفورماتور تأمین کننده بار مصرفی پست نامتعادلی حدود 10 تا 20 درصد مابین فازها را مشخص کند ، اپراتور فوراً آمپرمترها و اختلاف فاز بین ولتاژها را بررسی می نماید چنانچه وجود اختلاف فاز معین و مشخص شد بلافاصله مراتب را به مرکز کنترل سیستم اطلاع می دهد .
چنانچه نامتعادلی بین فازها از 25 درصد تجاوز کرد ، اپراتور بعد از 3 دقیقه کلید خروجی پست را قطع نموده و مراتب را به اطلاع مرکز کنترل می رساند . به هیچ عنوان نباید کلید قطع شده را تا برطرف شدن کامل اشکال کلید را وصل کرد .
باز و بسته نمودن سکسیونرها :
تقریباً تمام سکسیونرها که در سیستم بکار برده شده اند قادر به قطع بار نبوده و نباید به این منظور مورد استفاده قرار گیرند . چنانچه به هر دلیل این عمل انجام گیرد باعث آتش سوزی خواهد شد .
بنابراین قبل از باز کردن هر سکسیونر باید به نکات ذیل توجه نمود :
1 ـ کلیه جوانب امر باید بررسی تا از و قوع  حادثه و ایجاد جرقه جلوگیری شود .
2 ـ دقت و توجه مخصوص در مورد مشخصات سکسیونر مورد نظر به عمل آید .
3 ـ چنانچه باز کردن سکسیونر ملزم به باز کردن دژنکتور آن باشد ، باید موقعیت مکانیکی و یا اینترلاک الکتریکی آن و یا علامت آن بازرسی شده و از باز بودن آن مطمئن شویم .
آزمایش قوس الکتریکی بهنگام قطع مدار : در اغلب موارد می توان جرقه الکتریکی را قبل از باز کردن کامل سکسیونر امتحان نمود . به این شکل که ابتدا تیغه های سکسیونر را اندکی باز نموده و قوس ایجاد شده را مورد بررسی قرار می دهیم .
چنانچه قوس الکتریکی چندان زیاد نبود می توان با یک حرکت سریع سکسیونر را باز نمود . اما اگر جرقه ایجاد شده بیش از انتظار بود و امکان باز کردن سکسیونر وجود نداشت سکسیونر را بسته و به بازرسی کلیدها می پردازیم تا وصل نباشند . لازم به ذکر است که اپراتور به هنگام باز کردن سکسیونرها باید قبلاً راه فرار را مشخص نماید و در وضعیتی قرار گیرد که امکان فرار داشته باشد .
بستن سکسیونر : به هنگام بستن سکسیونر باید تیغه ها را به آهستگی به یکدیگر نزدیک نموده و با شروع جرقه با یک حرکت سریع آن را بست .
2 ـ سکسیونرها بعد از بسته شدن بایستی مورد بازرسی قرار گیرد تا از بسته بودن آن مطمئن شود .
در صورتی که سکسیونر کاملاً بسته نباشد در اثر ازدیاد جریان و ایجاد جرقه در دو سر سکسیونرها باعث خطرات فراوانی خواهد شد ، لازم به تذکر است که سکسیونرهای زمین نقطه صفر ژنراتورها و ترانسفورماتورها نباید به هیچ وجه باز شوند مگر آنکه این دستگاهها قبلاً از مدار خارج و ایزوله شده باشند .
بهره برداری و نگهداری از باطریهای پست : مواظبت و نگهداری صحیح از باطریهای پست بسیار حائز اهمیت است ایجاد هر گونه عیب و ایراد در سیستم تغذیه جریان مستقیم رله های مدار کنترل و قطع و وصل دژنکتورها بخصوص در زمان بروز حوادث بسیار مهم می باشند و ممکن است که آسیبهای فراوانی ببار آورد.
روش کلی برای بهره برداری و نگهداری باطری ها به شرح زیر است :
1 ـ در صورت بروز عیب در سیستم تغذیه جریان مستقیم مدارهای کنترل و سایل الکتریکی و رله های پستها باید فوراً به مرکز کنترل گزارش شود .
2 ـ وسایل حفاظتی مانند فیوزها باید در شرایط مطلوب نگهداری شده و فیوزهای سوخته و معیوب عوض شوند و چنانچه آمپر از حد نرمال بیشتر شده و فیوز مجدداً از بین رفت باید فیوزی با ظرفیت کمی بالاتر نصب نمود و گروه تعمیرات را مطلع نمود .
3 ـ بهره برداری در حالت عادی شارژ با ولتاژ ثابت یا شارژ با جریان ثابت برای هر سلول به طریقی عمل شود که ولتاژ را در حد 1.5 ولت نگهداشته و چنانچه شارژر قادر به تأمین این حالت نبود گروه تعمیرات را مطلع تا اقدام به رفع عیب شود .
بازرسی روزانه در شیفت : قرائت ولتاژ جریان مستقیم از روی ولت متر پست و یا ولت متر دستگاه شارژر حد نرمال ولتاژ باید روی ولت متر علامت گذاری شده تا اختلافات ولتاژ بیش از حد نرمال به آسانی تشخیص داده شود .
4ـ مشاهده و قرائت آمپر دستگاه شارژر ـ حد نرمال جریان تخلیه ای باطری باید روی آمپر علامت گذاری شده و در صورتی که ولتاژ در حد مجاز نبود مراتب گزارش شود .
 
تعویض شیفت :
در هنگام تعویض شیفت اپراتورهای شیفت قدیم با جدید باید اقدامات زیر را رعایت کنند .
1 ـ شیفت قدیم : گزارش جامع و کافی با ذکر جزئیات اتفاقی که در شیفت او رخ داده اعم از حوادث و یا عملیات و یا تعمیرات تهیه نموده و با ذکر دقیق زمان امضا کنند . خلاصه این گزارش در دفتر روزانه پست نوشته می شود و توجه دقیق شیفت تازه وارد را به مطالب جلب نموده و در صورت لزوم از قسمت های مختلف پست بازدید و بازرسی نماید . عملاً شیفت تازه وارد را در جریان امور قرار دهد و بعد کلیه گزارشهای بهره برداری را امضا کنند .
2 ـ شیفت تازه وارد :
1 ـ 2 ـ گزارش مخصوص شیفت را که حاوی مطالب مختلف بهره برداری بوده و امضا شده است ، به دقت مطالعه کند .
2 ـ 2 ـ چنانچه لازم بود از پست به تنهایی و یا به همراه شیفت قبل بازدید به عمل آورد .
 
 
دستورالعمل بی برق نمودن bay  جهت کار گروههای اجرایی در پست
1 ـ تکمیل بخش اول فرم کار توسط مسئول گروه اجرایی
2 ـ بررسی و محاسبه مقدار بار خط و تأثیر آن بر روی خطوط ارتباطی دیگر
3 ـ کسب مجوز از مرکز کنترل جهت اجرای مانور
4 ـ قطع بریکر خط و قرار دادن وضعیت سلکتور سوئیچ مدار فرمان روی حالت  off   و نصب تابلوهای هشدار دهنده روی کلید فرمان
5 ـ بازدید چشمی از نشاندهنده وضعیت بریکر و پس از آن باز نمودن سکسیونرهای  طرفین بریکر و اطمینان از بسته بودن اینترلاکهای مربوطه
6 ـ تست بی برقی تجهیزات و بستن اتصال زمینهای پر تابل در طرفین منطقه کار گروه
7 ـ جداسازی محدوده ی کار گروه و تجهیزات بی برق شده با سایر قسمتها توسط نوارهای حریم و علائم هشداردهنده
8 ـ تحویل منطقه ی ایزوله شده به مسول گروه و تکمیل بخش دوم فرم کار توسط ایشان و دادن تذکرات تیمنی
9 ـ ثبت زمان قطع بریکر در دفتر گزارش روزانه ( اطلاع به مرکز کنترل )
 
 
دستورالعملهای برق دار نمودن  bay  پس از تمامکار گروه اجرایی پست
1 ـ تکمیل بخش سوم فرم کارتوسط مسئول گروه وتحویل منطقه مورد نظرپس ازاتمام کار.
2 ـ هماهنگی لازم با مرکز کنترل جهت اجرای مانوربرگردان با حضور مسئول گروه
3 ـ جمع آوری نوارهای حریم و علائم هشداردهنده
4 ـ باز نمودن اتصال زمینهای طرفین منطقه کار
5 ـ بستن سکسیونرها و اینترلاکهای مربوطه و تغییر وضعیت سلکتور سوئیچ مدار فرمان روی حالت ( on )
6 ـ وصل بریکرمربوطه با استفاده از سیستم سنکرون اتوماتیک ( در صورت موجود بودن ) و برداشتن تابلو هشدار دهنده از روی کلید فرمان
7 ـ ثبت زمان برقدار نمودن خط در دفتر گزارش روزانه و تکمیل بخش چهارم فرم کار و اطلاع به مرکز کنترل
8 ـ بازدید از تجهیزات برقدار شده و کنترل ریست بودن سیگنالهای ظاهر شده.
 
 
 
دستورالعمل بی برق نمودن باسبار 63 یا132 کیلوولت دارای سکسیونر باس سکشن جهت کارگروه اجرایی
1. ـ تکمیل بخش اول فرم کار توسط مسئول گروه.
2. بررسی و کنترل بار خط و ترانس برقدار قبل از انجام مانور
3. کسب مجوز از مرکز کنترل جهت بی برق نمودن کامل باسبار  در صورت  نیاز هماهنگی با دیسپاچینگ توزیع ( در شهرستانها با اتفاقات ).
4. اطمینان از بسته بودن باس کوپلر 20 کیلوولت.
5. جابجایی تغذیه ولتاژ مصرف داخلی در صورت نیاز.
6. کلید سلکتور پارالل تپ چنجر ترانسها در وضعیت مستقل قرار گیرد .
7. قطع بریکر  سمت 20 کیلوولت ترانس و خارج نمودن کلید از داخل سلول و نصب علائم هشدار دهنده .
8. قطع بریکر ورودی به ترانس ( HV ) و نصب علائم هشداردهنده روی کلید فرمان.
9. باز نمودن سکسیونر ورودی به ترانس .
10. قطع بریکر مدار ورودی به پست و نصب علائم هشداردهنده روی کلید  فرمان .
11. باز نمودن سکسیونرهای طرفین بریکر مدا رمربوطه .
12. باز نمودن سکسیونرباس سکشن .
13. تست بی برقی و بستن اتصال زمین پر تابل در محل مورد نیاز گروه .
14.جداسازی محدوده کار و تجهیزات بی برق شده توسط نوارهای حریم علائم هشداردهنده .
15.تحویل باسبار  ایزوله شده به مسئول گروه و تکمیل بخش دوم فرم کار توسط ایشان و دادن تذکرات ایمنی لازم .
16.ثبت زمان بی برق نمودن باسبار مربوطه در دفتر گزارش روزانه و اطلاع به مرکز انتقال .
 
دستورالعمل برق دار نمودن باسبار  63 یا  132  کیلو ولت دارای سکسیونر باس سکشن پس از اتمام کار گروه
1. ـ تکمیل بخش سوم فرم کار توسط مسئول گروه و تحویل منطقه مورد نظر پس از اتمام کار.
2. هماهنگی لازم با مرکز کنترل جهت مانور برگردان با حضور مسئول گروه ( در صورت نیاز با دیسپاچینگ توزیع و در شهرستانها با اتفاقات ).
3. جمع آوری نوارهای حریم و علائم هشداردهنده .
4. باز نمودن اتصال زمینهای باسبار.
5. بستن سکسیونرهای باس سکشن  و مدار ورودی بی ترانس و اطمینان از بسته بودن اینترلاکهای مربوطه .
6. وصل بریکر مدار ورودی به پست و برداشتن تابلوهشداردهنده از روی کلید فرمان.
7. جازدن بریکر  سمت 20 کیلوولت ترانس .
8. وصل بریکر ورودی به ترانس و برداشتن تابلو هشداردهنده از روی کلید فرمان .
9. وصل بریکر سمت 20 کیلوولت با رعایت برابری تپ ها .
10.  قرار دادن سلکتور تپ چنجر به حالت پارالل و کنترل بار ترانسها .
11.  ثبت زمان برقدار نمودن باسبار در دفتر گزارش روزانه و تکمیل بخش چهارم فرم کار و اطلاع به مرکز کنترل .
12.  بازدید از تجهیزات برقدار شده و کنترل ریست بودن سیگنالهای ظاهر شده ( در صورت موجود بودن ) .
 
دستورالعمل بی برق نمودن باسبار 20 کیلوولت وسرکابلهای مربوطه
 
1. تکمیل بخش اول فرم کار توسط مسول گروه
2. کنترل ومحاسبه بار باسبار دیگر وترانس تغذیه کننده آن
3.  هماهنگی بادیسپاچینگ توزیع جهت قطع خطوط خروجی باسبار 20 کیلوولت موردنظر واطمینان ازبی برق بودن سرکابلهای خطوط خروجی.
4.  هماهنگی لازم بامرکز کنترل جهت بی برق نمودن ترانس قدرت وثبت درفرم کار.
5. سلکتور سویچ تپ چنجر ترانسها بصورت مستقل قرارگیرد.
6. قطع بریکر باسکوپلر 20 کیلوولت وخارج نمودن آن ازحالت سرویس ونصب علائم هشدار دهنده روی کلید فرمان.
7. جابه جایی تغذیه ولتاژمصرف داخلی پست درصورت نیاز.
8. قطع بریکر ورودی 20 کیلوولت ترانس  وخارج نمودن آن ازحالت سرویس ونصب علائم هشدار دهنده روی کلید فرمان.
9. قطع بریکر ورودی به ترانس ( H . V )  مورد نظر ونصب علائم هشدار دهنده روی کلید فرمان وقراردادن سلکتورسویچ کنترل فرمان داخل باکس مکانیزم درحالت ( OFF ) .
10. بازنمودن سکسیونر ورودی به ترانس وبستن اینترلاکهای مربوطه .
11.اطمینان ازایزوله بودن ترانس مصرف داخلی .
12. خارج نمودن بریکر ورودی 20 کیلوولت به باسبارازداخل سلول ،تست بی برقی آن وزمین نمودن سرکابل مربوطه ونصب علائم هشدار دهنده .
13.بستن ارتینگ سویچ باسبار 20 کیلوولت بارعایت نکات ایمنی(درصورت موجود بودن ).
14. خارج نمودن کلیه کلیدهای20 کیلوولت باسباریاد شده از سلولها وزمین نمودن سرکابلهای خروجی پس ازتست بی برقی .
15. تحویل منطقه بی برق شده به سرپرست گروه ،تکمیل بخش دوم فرم کار و  دادن تذکرات ایمنی لازم .
16.  ثبت مانورهای انجام شده دردفتر گزارش روزانه .
 
دستورالعمل برقدارنمودن باسبار 20 کیلوولت پس ازاتمام کارگروه اجرایی
1- تکمیل بخش سوم فرم کارتوسط مسول گروه وحضورایشان تا اتمام مانوربرگردان
2- اعلام به دیسپاچینگ توزیع یا اتفاقات شهرستان جهت آمادگی مانور برگردان ازطرف پست .
3- بازنمودن اتصال زمین باسبار و سرکابلهای ورودی و خروجی .
4- هماهنگی با مرکزکنترل جهت برگرداندن مانور ترانس.
5- بستن سکسیونر ورودی به ترانس قدرت واینترلاکهای آن وقراردادن سلکتور سویچ کنترل فرمان داخل باکس مکانیزم درحالت ( ON )  .
6-  اطمینان ازبرقراری ارتباط ترانس مصرف داخلی با باسبار 20 کیلوولت درداخل محوطه بیرونی .
7-جازدن بریکرهای ورودی وخروجی 20 کیلوولت درداخل سلول واطمینان ازارتباط کامل شاخکهای بریکر.
8- وصل بریکرورودی ترانس قدرت پس ازبرداشن علائم هشداردهنده ازروی کلیدفرمان.
9- برقدارنمودن ازطریق وصل بریکرورودی 20کیلوولت ترانس .
10-سلکتورسویچ تپ چنجرترانسهادروضعیت پارالل قرارگیرد.
11- وصل بریکربسکوپلر20کیلوولت بارعایت برابری تپ های ترانسها.
12- هماهنگی بادیسپاچینگ توزیع جهت برقدارنمودن خطوط خروجی .
13-تکمیل نهایی فرم کاروثبت مانورهای انجام شده دردفترگزارش روزانه
14- بازدید ازتجهیزات برق دارشده وکنترل ریست بودن سیگنالهای ظاهرشده .
 
 براساس نوع عايقي:
پستها با عايق هوا, پستها با عايق گازي که داراي مزاياي زيراست:پايين بودن مرکز ثقل تجهيزات در نتيجه مقاوم بودن در مقابله زلزله کاهش حجم, ضريب ايمني بسيار بالا باتوجه به اينکه همهً قسمت هاي برق دار و کنتاکت ها در محفظهً گازSF6 امکان آتش سوزي ندارد,پايين بودن هزينهً نگهداري باتوجه به نياز تعميرات کم تر, استفاده د رمناطق بسيار آلوده و مرطوب و مرتفع .
معايب پستها با عايق گازي :
گراني سيستم و گراني گاز SF6 , نياز به تخصص خاص براي نصب و تعميرات,مشکلات حمل و نقل وآب بندي سيستم.• بر اساس نوع محل نصب تجهيزات :
نصب تجهيزات در فضاي باز , نصب تجهيزات در فضاي سرپوشيده .
معمولاُ پستها را از 33 کيلو ولت به بالا به صورت فضاي باز ساخته وپستهاي عايق گازي راچون فضاي کمي دارندسرپوشيده خواهند ساخت.
اجزاع تشکيل دهنده پست
پستهاي فشار قوي از تجهيزات و قسمتهاي زير تشکيل مي شود :ترانس قدرت , ترانس زمين و مصرف داخلي , سويچگر , جبران کنندهاي توان راکتيو , تاًسيسات جانبي الکتريکي ، ساختمان کنترل , ساير تاًسيسات ساختماني .
 
منابع               
 
1. lee , r, W Death for Electrical shock
 2.occupational Health and safety (inter national labour office Geneva)
3.soldering for reliability (Honeywell)
4.fundamentals of Electrical engineering (M . Kuznetsov)
5.Electricity 1-7 (Harry Mileaf)
 امیرحسین صادقی و دکتر مجیدزمانی

http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile

PLC

بسمه تعالی

موضوع تحقیق:  PLC






گردآورنده:  
 
 امیرحسین صادقی

 

 http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile 

عنوان 

                                                                

                                                               PLC

پیشگفتار
مقدمه
فصل اول؛آشنایی با PLC
آشنایی با PLC
محاسن PLC
معایب سیستم های رله کنتاکتوری
واحد های تشکیل دهنده PLC
مفهوم کنترلرهای قابل برنامه ریزی PLC
زمان پاسخ گویی Scan Time
قطعات ورودی
قطعات خروجی
نقش كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی
مقایسه تابلوهای كنترل معمولی با تابلوهای  كنترلی مبتنی بر PLC
طراحی مدار فرمان توسط کامپیوتر
پروسه کار یکPLC
مواردکاربردPLC
تفاوت PLC با کامپیوتر
حافظه بکار رفته درPLC
انواع حافظه ها
انواع واحد های حافظه
PLC های زیمنس
فصل دوم ؛ زبان های برنامه نویسی PLC
استانداردهای زبانPLC
زبان های برنامه نویسی درPLC
اصطلاحاتPLC
ظرفیتPLC:
فصل سوم ؛ برنامه STEP - 5
برنامه STEP-5
فصل چهارم؛ برنامه نویسی به زبانLADER
برنامه نویسی به زبانLADER
شمارنده ها يا کانترها
مقایسه کننده هاCOMPRATOR
فصل پنجم؛ آشنایی با S7
آشنایی با خانواده S7
فرمت آدرس دهی در S7
نرم افزاري هاي جنبي و مرتبط با STEP7 
منابع و مآخذ




پیشگفتار

اتوماسيون صنعتي به بهره گيري از رايانه ها بجاي متصديان انساني براي کنترل دستگاه ها و فرايندهاي صنعتي گفته ميشود. اتوماسيون يک گام فراتر از مکانيزه کردن است . مکانيزه کردن به معني فراهم کردن متصديان انساني با ابزار و دستگاه هايي است که ايشان را براي انجام بهتر کارشان ياري ميرساند. نمايانترين و شناخته شده ترين بخش اتوماسيون صنعتي ربات هاي صنعتي هستند.
   امروزه کاربرد اتوماسيون صنعتي و ابزار دقيق در صنايع و پروسه هاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي خورد . کنترل پروسه و سیستمهای اندازه گیری پیچیده ای که در صنایعی همچون نفت ، گاز ، پتروشیمی ، صنایع شیمیایی ، صنایع غذایی ، صنایع خودرو سازی و غیره بکار می آید نیازمند ابزارالات بسیار دقیق و حساس می باشند . پیشرفتهای تکنیکی اخیر در کنترل فرایند و اندازه گیری پارامترهای مختلف صنعتی از قبیل فشار ، دما ، جریان و غیره باعث افزایش کیفیت محصولات و کاهش هزینه های تولید گردیده است .
   به طور کلی برخي از مزایای اتوماسيون صنعتی از اين قبيل اند:
-  تکرارپذيري فعالیتها و فرایندها
-  افزایش کیفیت محصولات تولیدی
-  افزایش سرعت تولید (کمیت تولید )
-  کنترل کيفيت دقيقتر و سریعتر
-  کاهش پسماندهای تولید (ضايعات)
-  برهمکنش بهتر با سیستمهای بازرگاني
-  افزایش بهره وری واحدهای صنعتی
-  بالا بردن ضریب ایمنی برای نیروی انسانی و کاستن از فشارهای روحی و جسمی
   در حال حاضرارتقاء سطح کیفی محصولات تولیدی در صنایع مختلف و در کنار آن افزایش کمی تولید ، هدف اصلی هر واحد صنعتی می باشد و مدیران صنایع نیز به این مهم واقف بوده و تمام سعی خود را در جهت نیل به این هدف متمرکز نموده اند .
   لازمه افزایش کیفیت و کمیت یک محصول ، استفاده از ماشین آلات پیشرفته و اتوماتیک می باشد . ماشین آلاتی که بیشتر مراحل کاری آنها به طور خودکار صورت گرفته و اتکای آن به عوامل انسانی کمتر باشد . چنین ماشین آلاتی جهت کارکرد صحیح خود نیاز به یک بخش فرمان خودکار دارند که معمولا از یک سیستم کنترل قابل برنامه ریزی (به عنوان مثال PLC یا مدار منطقی قابل برنامه ریزی) در این بخش استفاده میگردد . بخش کنترل قابل برنامه ریزی مطابق با الگوریتم کاری ماشین ، برنامه ریزی شده و میتواند متناسب با شرایط لحظه ای به عملگر های دستگاه فرمان داده و در نهایت ماشین را کنترل کند .
   همانطور که گفته شد بخش کنترل در هر سیستم صنعتی بایستی متناسب با شرایط لحظه ای به عملگرها فرمان دهد بنابراین در یک ماشین یا بطورکلی در یک فرایند صنعتی بخش اول یک چرخه کنترلی ، برداشت اطلاعات از فرایند می باشد .
   جمع آوری اطلاعات در فرایندهای صنعتی با استفاده از سنسورها یا حسگرها صورت می گیرد . این حسگرها به منزله چشم و گوش یک سیستم کنترلی عمل می کنند . امروزه در بسیاری از ماشین آلات صنعتی استفاده از سنسورها امری متداول می باشد تا جاییکه عملکرد خودکار یک ماشین را می توان با تعداد سنسورهای موجود در آن درجه بندی کرد . وجود سنسورها ی مختلف در فرایند اتوماسیون به اندازه ای مهم می باشد که بدون سنسور هیچ فرایند خودکاری شکل نمی گیرد بنابراین سنسورها یکی از اجزای لاینفک سیستمهای اتوماسیون صنعتی می باشند .
   در گذشته نه چندان دور بسیاری از تابلوهای فرمان ماشین آلات صنعتی ، برای کنترل پروسه های تولید از رله های الکترومکانیکی یا سیستمهای پنوماتیکی استفاده می کردند و اغلب با ترکیب رله های متعدد و اتصال آنها به یکدیگر منطق کنترل ایجاد می گردید . در بیشتر ماشین آلات صنعتی ، سیستمهای تاخیری و شمارنده ها نیز استفده می گردید و با اضافه شدن تعدادی Timer و شمارنده به تابلوهای کنترل حجم و زمان مونتاژ آن افزایش می یافت .
   اشکال فوق با در نظر گرفتن استهلاک و هزینه بالای خود و همچنین عدم امکان تغییر در عملکرد سیستم ، باعث گردید تا از دهه 80 میلادی به بعد اکثر تابلوهای فرمان با سیستمهای کنترلی قابل برنامه ریزی جدید یعنی PLC جایگزین گردند .در حال حاضر PLC یکی از اجزای اصلی و مهم در پروژه های اتوماسیون می باشد که توسط کمپانیهای متعدد و در تنوع زیاد تولید و عرضه میگردد . به طور خلاصه سيستمهاي نوين اتوماسيون و ابزار دقيق مبتنی بر PLC در مقايسه با کنترل کننده هاي رله اي و کنتاکتوري قدیمی دارای امتیازات زیر است :
-  هزينه نصب و راه اندازي آنها پايين مي باشد.
-  برای نصب و راه اندازی آنها زمان کمتری لازم است .
-  اندازه فيزيکي کمي دارند.
-  تعمير و نگه داري آنها بسيار ساده مي باشد.
-  به سادگی قابلیت گسترش دارند .
-  قابليت انجام عمليات پيچيده را دارند.
-  ضریب اطمینان بالایی در اجرای فرایندهای کنترلی دارند .
-  ساختار مدولار دارند که تعويض بخشهاي مختلف آن را ساده ميکند.
-  اتصالات ورودي - خروجي و سطوح سيگنال استاندارد دارند.
-  زبان برنامه نويسي آنها ساده و سطح بالاست.
-  در مقابل نويز و اختلالات محیطی حفاظت شده اند.
-  تغيير برنامه در هنگام کار آسان است.
-  امکان ایجاد شبکه بین چندین PLC به سادگی میسر است .
-  امکان کنترل از راه دور (به عنوان مثال از طریق خط تلفن یا سایر شبکه های ارتباطی) قابل حصول است .
-  امکان اتصال بسیاری از تجهیزات جانبی استاندارد از قبیل چاپگر ، بارکد خوان و ... به PLC ها وجود دارد .


مقدمه 

از حدود سال 1890 ميلادي يعني پس از كشف پيل الكتريكي و بوجود آمدن نيروي الكتريكي كاربردي تغييرات چشمگيري در صنعت ايجاد شدوصنعت برق وصنايع ديگر بوسيله اين انرژي انعطاف پذير با سرعت قابل ملاحظه اي شروع به رشد كرده و روز به روز گستره ي اين انرژي فراگيرتر مي شود.تا آنجا كه هم اكنون در كمتر مواردي از صنعت كاربرد اين انرژي به چشم نمي خورد. با بزرگتر شدن صنايع آزمايشگاهها تبديل به كارگاهها وكارخانجات بزرگ شدند وهم اكنون خطوط توليد اين كارخانجات نقش مهمي در صنعت ايفا مي كنند.كنترل خطوط توليد به نحوه مطلوب هميشه خواسته كارفرمايان و صاحبان صنايع بوده ويكي از دغدغه ها ي مهم آنان به شمار مي رود،راحتي كار بادستگاه،عيب يابي آسان وسريع،انعطاف پذيري براي تغيير برنامه توليدو... در كنار هزينه كمتر از خواسته هاي آنان است، وطراحان هميشه با توجه به پروسه مورد طراحي خود موارد بالا را در نظر مي گيرند.
از سال 1900 تا 1930 انواع دیود ، تریود و سایر المان های لامپی بوجود آمد و به دنبال آن در رادیو و تلویزیون لامپی مورد استفاده قرار گرفت . در سال 1930 وقتی نیمه هادی توسط آقایان باردین ، براتین و شاکلی کشف شد  کاربرد الکترونیک به سرعت رو به افزایش نهاد .
تقریبا از سال 1950 استفاده از الکترونیک در صنعت متداول شد . پس از گسترش المان های الکترونیکی خاص که برخی کاربرد های جدید را امکان پذیر ساخت ، شاخه ای از الکترونیک بنام الکترونیک صنعتی بوجود آمد . در پرتوی کشف نیمه هادی ها « ترانزیستور ، تریستور و ... » و عناصری که بطور کامل به نیاز مندی های صنعتی پاسخ می داد ، الکترونیک صنعتی به پیشرفت های تصور ناپذیری نائل آمد . تقریبا از سال 1960 ، استفاده از نیمه هادی ها در زمینه الکترونیک صنعتی متداول گردید و امکان ساخت دستگاه های پیچیده تر جهت اتوماسیون عملیات صنعتی فراهم شد . از سال 1970 به بعد به دلیل ساخت مینیاتوری عناصر الکترونیکی بصورت مدارات مجتمع موجب شد ، ضمن افزایش کاریی ، حجم و قیمت دستگاه ها کاهش یابد .
حدود سال 1975 با تولد ریزپردازنده ها[1] ، در برخی از کاربرد های الکترونیک صنعتی تحول تازه ای بوجود آمد . این عناصر جدید در طراحی و تنظیم مدار های فرمان صنعتی ، تحولی بنیادی را بوجود آورده است . در کمتر از دو دهه اخیر ، یکی از زمینه های تحول ، کنار گذاشتن رله کنتاکتوری و استفاده از کنترل کننده های قابل برنامه ریزی منطقی « PLC » می باشد . امروز طراحان خطوط تولید و ماشین الات و پروسه های صنعتی تمایل چندانی به اسفاده از مدار های رله کنتاکتوری ندارند و استفاده از مدار های رله کنتاکتوری در پروسه های صنعتی بزرگ و پیچیده تقریبا منسوخ گردیده است . بدنبال این تحولات ، در کشور ما نیز در بسیاری از کارخانه ها و مراکز صنعتی ، بخصوص آنهایی که پس از سال های 1980 به بعد نصب و راه اندازی گردیده اند ، از سیستم های PLC استفاده می کنند .
با پیدایش ریزپردازنده ها ، کنترل واحد های متفاوت یک کارخانه یا واحد صنعتی به جای اینکه بطور مجزا کنترل شوند ، بصورت متمرکز توسط یک کامپیوتر کوچک کنترل می شوند . در این حالت تمامی سیستم های مدار فرمان شامل کنتاکتور ها ، رله ها ، تایمر ها و دیگر اجزای کنترل کننده ، تغییری نمی کند ، بلکه توسط سنسور های اطلاعات از نقاط متفاوت دریافت و نسبت به پردازش اطلاعات و صدور فرمان لازم به واحد صنعتی انجام می پذیرد . در آینده متوجه خواهیم شد که با پیدایش کنترل فرایند صنعتی توسط برنامه سازی منطقی « PLC » علاوه بر کارهای یک کامپیوتر کوچک ، بسیاری از رله ها ، کنتاکت ها ، تایمر ها و ... توسط نرم افزار ساخته می شود و حجم عظیمی از سیستم کنترل کاهش می یابد .
امروزه دررقابت جهاني،يك سازمان جهت ادامه حيات خود بايد به توليد محصولات انبوه متنوع،باكيفيت برتر ودر نهايت قيمت تمام شده پايين تر بينديشد.از اين رو صاحبان صنايع همواره مي كوشند تافرايند توليد خود را تاحدامكان خود كار نمايد.علاوه بر اين تنوع محصولات،سازندگان را مرتباَ به تغيير خطوط توليد وادار مي سازد،پس بايد انعطاف پذيري خطوط توليد نيز از اهداف هر مجموعه موفق باشد.با توجه به اهداف ذكر شده بالا كنترل كننده هايي در خطوط توليد موثرترند كه بيشترين خصوصيات بالا را دارا باشند وبا ظهور كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير (PLC) اين امر تحقق پيدا كرد.اكنون براي آشنايي بيشتر به توضيح مختصري راجع به همين كنترل كننده ها يعني PLCها مي پردازيم.
كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير (PLC)نقش بسيار مهمي در اتوماسيون صنايع برعهده دارندودر اكثر مراكز صنعتي جديد از آنها استفاده مي شود.امروزه هر جا كه نياز به كنترل منطقي باشد به جاي كنترل كننده هاي رله اي قديمي،از كنترل كننده هاي منطقي برنامه پذير استفاده مي شود. نمونه هاي معمول از كاربردPLC درماشينهاي ابزار،كشتي ها،قطارهاي راه آهن،مترو و هواپيماها و...مي باشد.PLCدر واقع يك كنترل كننده بامركز ميكرو پروسسوري (ريزپردازنده)است كه بر مبناي برنامه موجود درحافظه و با توجه به اطلاعات ورودي يك سري خروجي را فعال يا غيرفعال مي نمايد.درPLCها امكان كنترل همه نوع پارامتر وجود دارد.انعطاف پذيري،قابليت اعتماد بالا،كم حجم بودن،سريع بودن،دقت در انجام عمليات،نصب آسان وسريع،نگهداري راحت وارزان و...از مزاياي مهم يك PLCبه شمارمي رود.باتوجه به اينكه سالهاي نه چندان زيادي ازپيدايش PLCتوسط شركت هاي متعدد چون(AllenBradley - Sprecher – SIMENS - omron – ABB- Telemecanique) و...سپري شده است؛




      آشنایی با PLC

کمي راجع به PLC بدانيم:
 : PLC     مخفف کلمه ي Programmable Logie ContrOller مي باشد که به معناي کنترل کننده هاي منطقي قابل برنامه ريزي مي باشد. با پيشرفت تکنولوژي و روي کار آمدن ريز پردازنده ها تحولات چشمگيري در فرآيند هاي کنترلي بوجود آمد که يکي از اينتحولات بکارگيري علم اتوماسيون صنعتي و PLC در روند پروسه هاي صنعتي مي باشد. امروزه در رقابت هاي جهاني يک سازمان جهت ادامه حيات خود ،بايد به توليد محصولات انبوه،متنوع،باکيفيت برتر،کاهش هزينه ودر نهايت قيمت تمام شده پايين تر بينديشد.ازاين رو صاحبان صنايع مي کوشند تا فرآيند هاي توليد خود را تا حد امکان مکانيزه کنند.علاوه بر اين تنوع در محصولات ،سازندگان را مرتباً به تغيير و تحولات در خطوط توليد وادار مي کند. لذا انعطاف پذيري خطوط توليد نيز بايد از اهداف هر سازمان موفق باشد. امروزه در خطوط توليد براي آنکه محصول به شکل مطلوب به دست مصرف کننده برسد لازم است که در مسير توليد يک سريعمليات به صورت متوالي و پشت سرهم روي محصول انجام گيرد تا محصول در بالاترين کيفيت به دست مصرف کننده برسد ،که اين عمليات بر عهده ي اتوماسيون صنعتي PLC مي باشد. اگر به طور واضح و روشن بخواهيم اتوماسيون را تعريف کنيم بايد بگوئيم استفاده از سيستم هاي الکترومکانيکي جهت انجام اتوماتيک کارها و حذف يا کاهش دخالت انسان در مسير توليد مي باشد
 . PLC     سيستمي است که عمل کنترل پروسه هاي صنعتي راانجام مي دهد .که اين تکنولوژي در سال 1990 وارد کشورمان ايران شده است. امروزه فالواقع هر جا که نياز به کنترل منطقي باشد بجاي کنترل کننده هاي رله اي قديمي ،از کنترل کننده هاي منطقي برنامه پذير استفاده مي گرددوبا توجه به استفاده ي روز افزون اين صنعت در مراکز توليدي آشنايي آن براي تکنسين هاي برق امري ضروري تلقي مي شود.
 PLC     در ابتدا به شکل ميکروکنترلرها در بازار و صنايع خاص مورد استفاده قرار مي گرفته وبا توجه بهنياز صنايع و با وارد شدن اين ميکرو کنترلرها در صنعت مشاهده شد که در صنايع به علت دفعات کليد زني بالا و همچنين قدرت کليد زني در شبکه نويزهايي بوجود مي آيد که خود اين عوامل باعث عدم عملکرد صحيح اين ميکرو کنترلرها در پروسه هاي تعريف شده مي شد که همين امر ضريب اطمينان را از کارفرمايان صلب مي کرد. بنابراين کارشناسان و محققان به اين فکر افتادند که با توجه به اين که صنايع مختلفي از اين صنعت نوپا استقبال کرده اند سعي دربرطرف کردن نواقص و همچنين ايجاد يک سري امکانات بيشتر و در کنار آن قدرت مانوردهي بالاتر براي مصرف کننده وتکنسين را فراهم آورند .بنابراين در سال 1968 شرکت آلن بردلي آمريکائي اولين کنترل کننده ي منطقي به نام P.L.C را وارد بازار و بعد از آن وارد صنعت کرد. بنابراين طولي نکشيد که شرکت هاي ديگري همچون شرکت SIEMENS ( آلمان OMRON / ژاپن/ LG کره / TELE فرانسه / از اين صنعت اقتباس گرفتند و PLC هاي ديگري را که هر کدام نسبت به هم داراي ويژگي هاي خاصي بودند وارد بازار کردند و هم اکنون صنايع در حال استفاده از اين دانش بشري مي باشند.
  

   امروزه اتوماسيون نقش بسيار مهمي را در صنعت ايفا مي کند و اين کنترل آسان فرآيندهاي توليدي بسيارپيچيده و حساس،مديون پيشرفت دانش بشري مي باشد.
. PLCهمچون دستگاه هاي صنعتي ديگر شامل : 1- بخش سخت افزار 2- بخش نرم افزار
در اينجا به توضيح خلاصه اي از اين موارد اشاره مي کنيم تا شما را بيشتر با اين سيستم آشنا کرده باشيم.
اولين بخش ،قسمت سخت افزار مي باشد که خود شامل دو قسمت مي باشد.
 اولین بخش PG  يا: PROGRMER واحد برنامه نويسي. تفاوت کامپيوتر با PG اين است که PG تک منظوره بوده بدين معني که PG تنها براي برقراري ارتباط بين PLC وکاربر مورد استفاده قرار مي گيرد که درآن نحوه ي اجراي برنامه نمايش داده مي شود. بويسله PG مي توان تغييرات عملوندها يعني ورودي ها و خروجي ها و شمارنده ها و تايمر ها را در حال اجرا به صورت REAL TIME ملاحظه نمود.در PLC ها به کمک PG مي توان بادستورات خاصي نظير STATUS وضعيت عملوند ها را در حين اجراي برنامه مشاهده کرد.
 قسمت دوم سخت افزار شامل PC يا ماژول هاي ارتباطي و کارت هاي مربوطه مي باشد.علاوه بر اين خود PLC شامل سخت افزار هاي ديگري از جمله - CPU منبع تغذيه - ماژول هاي ورودي و خروجي مي باشد.
اگر بخواهيم نوع عملکرد PLC را به شکل خيلي مختصر و قابل فهم بيان کنيم مي توان گفت که: خروجي ها)(OUTPUT)سيستم کنترل کننده ( ( CPU ) ورودي ها ( INPUT)
 

 محاسن PLC:
 

1-طراحي ،ساخت ،مونتاژ آن بسيار سريع تر از مدارات رله کنتاکتوري مي باشد.
2-کاهش غير قابل قياس در حجم تابلودر برابر مدارات رله کنتاکتوري.
3-کاهش ويا به نحوي حذف اصطحکاک مکانيکي.
4-عيب يابي آسان و مشاهده ي برنامه به شکل ON LINE در حين اجراي پروسه که خود يکي از مهمترين پارامترهاي مهم عيب يابي در اين دستگاه محسوب مي شود.
5-دريافت پيغام خطا
6-قابليت PASSWORD
7-سيستم تشخيص و نگهداري از راه دور
8-سفارش قطعات با استفاده ا ز EMAIL از طريق ماژول مودم
 معايب سيستم هاي رله کنتاکتوري:
1-سرعت عمل در اين سيستم پايين مي باشد.
2-امکان بروزخطا بدليل عدم عملکرد صحيح قطعات، بالا مي باشد.
3- براي طراحي و ساخت و مونتاژ احتياج به زمان و هزينه ي بيشتري مي باشد.
4-در فرايند هايي که احتياج به محاسبات پيچيده دارد، اين سيستم جوابگو نمي باشد.
5-عيب يابي در چنين سيستم هايي بيشتر به شکل سنتي و تجربه اي بوده وطبق اصول خاصي نمي باشد. 
    

 واحد هاي ورودي و خروجي در PLC چنين تعريف مي شود: 
 

1-                     ورودی های دیجیتالDI /
2-                      خروجی های دیجیتال/ DO
3-                      ورودی های آنالوگ/ AI
4-                      خروجی های آنالوگ / AO ( DI )
    اين ورودي ها که معمولاَ به صورت سيگنال هاي صفر يا 24 ولت DC مي باشد. جهت حفاظت مدارات داخلي PLC از خطرات ناشي از جمله نويز هاي محيط هاي صنعتي ،ارتباط ورودي ها با مدارات داخلي PLC توسط کوپل کننده ي نوري ( OPTICAL COUPLER ) انجام مي گيرد بنابراين ورودي هاي PLC با قسمت هاي ديگر دستگاه کاملاً ايزوله بوده و هر گونه اتصال کوتاه و اضافه ولتاژ يا جريان بر دستگاه تاثير ي نمي گذارد. ( AI ) اين گونه ورودي ها در حالت استاندارد ) + 10VDC تا 0 و 20ma تا ( 4 مي باشد و به اين شکل عمل مي کند که ورودي آنالوگ،سيگنال هاي دريافتي پيوسته (آنالوگ) رابه مقادير ديجيتال تبديل کرده .سپس مقادير ديجيتال حاصل،توسط CPU پردازش مي شود و فرمان هاي بعدي را اجرا مي کند.

قسمت دوم PLC که راجع به آن صبحت کردم قسمت نرم افزاري آن مي باشد که اين قسمت هم خود شامل سه بخش مي باشد:
 

1-نرم افزاري که کارخانه ي سازنده با توجه به توان سخت افزاري سيستم تنظيم و تعريف مي کند که به آن OPERATING SYSTEM يا به اختصار OS مي گويند.اين نرم افزار ثابت بوده و قابل تغيير نمي باشد و در حافظه ي ROM ذخيره مي شود. 
 

2-    نرم افزاري که برنامه نوشته شده توسط کاربر (USER) را به زبان قابل فهم ماشين تبديل مي کند واين نرم افزار هم قابل تغييرنبوده و در ROM ذخيره مي شود و براي اجرا به RAM و پروگرامر ارسال مي شود. 
 

3-    نرم افزار يا برنامه اي که توسط کاربر نوشته مي شود USER PROGRAM .اين نرم افزار در هر لحظه قابل تغيير بوده (خواندني /نوشتني) اين برنامه در ROM و RAM ذخيره مي شود.
PLC  های مورد بحث  در این تحقیق مربوط به شرکت زیمنس می باشند.
PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) کنترل کننده قابل برنامه ریزی منطقی در سال 1968 آمریکایی ها اولین PLC را ساختند و آنرا کنترل قابل برنامه ریزی نام نهادند {PROGRAMABLE CONTROLLER } آلمانی ها در سال 1973 PLC را وارد بازار کردند و اکنون شرکتهای مختلفی در جهان در زمینه ساخت و استفاده از PLC در حال فعالیت هستند.سهم شرکت زیمنس از بازار PLC جهان 26%_ شرکت آمریکایی ALAM BRADLEY 26 % _ OMRON ژاپن 11 ٪ ــ MITSUBISHI 9 ٪ و الباقی مربوط به کمپانی های AEG-BOSCH -GENRAL ELECTRIC و TELEME CANIQUE فرانسه می باشد.
شرکتهای ایرانی نظیر کنترونیک - صنعت فردا و فتسو آلمانی که همگی مدلی از زیمنس آلمان می باشند.
 

واحد های تشکيل دهنده PLC
 

در PLC های کوچک ، پردازنده ، حافظه نیمه هادی، ماژل های I/O و منبع تغذیه در یک واحد جای داده شده اند . در PLC های بزرگتر ، پردازنده و حافظه در یک واحد ، منبع تغذیه در واحد دوم و واسطه های I/O در واحد های بعدی قرار دارند.
ابزار برنامه نویسی، که معمولاً یک واحد پردازنده با صفحه نمایش و صفحه کلید می باشد( بعنوان مثال یک کامپیوتر شخصی، یک PLC  در خانواده زیمنس  ) به عنوان یک واحد مجزا از طریق سیم به واحد اصلی متصل است.
حافظه ثابت سیستم ، حاوی برنامه ای است که توسط کارخانه سازنده تعبیه شده است. این برنامه وظیفه ای مشابه سیستم عامل DOS در رایانه های شخصی دارد که بر روی تراشه های خاصی بنام حافظه فقط خواندنی قرار گرفته است. برنامه ثابت در ROM ، در حین عملیات CPU نمی تواند تغییر یابد یا پاک شود . برنامه موجود در این حافظه غیر فرار به هنگام فطع تغذیه CPU نیز حفظ می شود.
    اطلاعات حافظه تغییر پذیر بر روی تراشه های نیمه هادی ذخیر می شوند و امکان برنامه ریزی ،  تغییر و پاک کردن آنها توسط برنامه ریز میسر است . این حافظه عمدتا از نوع حافظه های RAM انتخاب می گردند. اطلاعات موجود در حافظه های RAM با قطع تغذیه ، پاک می گردند.
   اغلب CPU ها مجهز به یک باتری پشتیبان هستند . بنابر این اگر تغذیه ورودی فطع شود و متعاقبا منبع تغذیه نتواند ولتاژ سیستم را تامین کند ، باتری پشتیبان برنامه ذخیره شده در RAM را حفظ می کند . قسمت پردازنده دارای ارتباطاتی با قسمت های مختلف داخل و خارج خود می باشد.
در اینجا در مورد  انواع  plc مي نويسم .
    در صنعت plc بيش از يکصد کارخانه با تنوع خيلي زياد در طراحي و ساخت انواع مختلف plc فعاليت مي کنند . plc ها را مي توان از نظر اندازه حافظه يا تعداد ورودي /خروجي دسته بندي نمود . اندازه plc
 

تعداد خطوط ورودي و خروجي
اندازه حافظه به کيلو
 

کوچک
40/40
متوسط
128/128
بزرگ
بيشتر از 128/بيشتر از 128
بيش از 4

بايد توجه داشت که براي ارزيابي قابليت يک plc بايد ويژگي هاي ديگري مانند پردازنده ، زمان اجراي يک سيکل ، سادگي زبان برنامه نويسي، قابليت توسعه و غيره را در نظر گرفت.
در يک تقسيم بندي plc ها در دو غالب کاربرد محلي و کاربرد وسيع تقسيم مي  گردند.
 

Plc ها با کاربرد محلي: 

اين نوع plc ها براي کنترل سيستم هايي با حجم کوچک با تعداد ورودي و خروجي هاي محدود استفاده مي شود و به علت قابليت محدود تر ، اين نوع plc ها براي کنترل همزمان تعداد کمتري از پروسه ها يا کنترل دستگاه هاي مجزاي صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرد. اغلب شرکت هاي سازنده ،اين نوع plc ها را همراه ديگر plc ها به بازار ارائه مي دهند ولي بزخي از شرکت هاي سازنده آنزا با نام ميکرو plc ارائه مي نمايند از جمله اين نوع plc ها مي توان به نمونه هاي زير اشاره کرد:
1-      LOGO ساخت شرکت زيمنس آلمان
2-      Zelio ساخت شرکت تله مکانيک فرانسه
3-      مولر آلمان
4-      LG کره
 

PLC هاي وسيع: 

اين نوع PLC ها براي کنترل سايت کارخانه ها استفاده مي گردد. معمولا در صنايع بزرگ ، PLC ها يا پروزت هاي ورودي – خروجي در قسمت هاي مختلف سايت کارخانه وجو داشته وکنترل محلي بر قسمت ها تحت پوشش خود انجام مي دهند.
سپس اطلاعات مورد نياز با استفاده از روشهاي مختلف انتقال داده ها به اتاق کنترل مرکزي منتقل شده و که در آن محل با استفاده از روش هاي مختلف مونيتورينگ صنعتي، اطلاعات به را شکل گرافيکي تبديل کرده و بر روي صفحه مانيتور نمايش مي دهند. در اين حال اپراتور تنها با دانستن روش کار با رايانه و بدون نياز به اطلاعات تخصصي مي تواند سيستم را کنترل کند.
از جمله معروف ترين PLC ها از اين خانواده را که مي توان نام برد عبارتند از:
 

1-      S7,S5 شرکت زيمنس
2-      شرکت OMRON ژاپن
3-       شرکت تله مکانيک فرانسه
4-       شرکت ميتسوبيشي ژاپن
5-      شرکت LG کره
6-      شرکت آلن برادلي آمريکا
  

   امروزه در بين كشورهاي صنعتي ، رقابت فشرده و شديدي در ارائه راهكارهايي براي كنترل بهتر فرآيندهاي توليد ، وجود دارد كه مديران و مسئولان صنايع در اين كشورها را بر آن داشته است تا تجهيزاتي مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالايي داشته باشند.  بيشتر اين تجهيزات شامل سيستم‌هاي استوار بر كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي (Programmable Logic Controller)  هستند. در بعضي موارد كه لازم باشد مي‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با يك كامپيوتر مركزي مديريت نمود تا بتوان كار كنترل سيستم‌هاي بسيار پيچيده را نيز با سرعت و دقت بسيار بالا و بدون نقص انجام داد.
    قابليت‌هايي از قبيل توانايي خواندن انواع ورودي‌ها (ديجيتال ، آنالوگ ، فركانس بالا...) ، توانايي انتقال فرمان به سيستم‌ها و قطعات خروجي ( نظير مانيتورهاي صنعتي ، موتور، شير‌برقي ، ... ) و همچنين امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسيار كوچك ، سرعت پاسخگويي بسيار بالا، ايمني ، دقت و انعطاف پذيري زياد اين سيستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سيستم‌ها را در محدوده وسيعي انجام داد. 
 

مفهوم كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي PLC 

در سيستم‌هاي اتوماسيون وظيفه اصلي كنترل بر عهده PLC است كه با گرفتن اطلاعات از طريق ترمينالهاي ورودي، وضعيت ماشين را حس كرده و نسبت به آن پاسخ مناسبي براي ماشين فراهم مي‌كند. امكان تعريف مدهاي مختلف براي ترمينالهاي ورودي/خروجي يك PLC، این امكان را فراهم كرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل كرد. علاوه بر این PLC شامل یك واحد پردازشگر مركزی( CPU) نیز هست، كه برنامه كنترلی مورد نظر را اجرا می‌كند. این كنترلر آنقدر قدرتمند است كه می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ كانتر را كنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم كنترل ماشین‌هایی با چند I/O كه كار ساده‌ای مثل تكرار یك سیكل كاری كوچك انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مكان‌یابی را كنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد كنترل و استفاده نماید. 
 

زمان پاسخ‌گویی  Scan Time 

این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه كاربر دارد. از یك میكرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی كه I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسكن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور كردن برنامه كنترلی اغلب به زمان اسكن می‌افزاید چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعیت كنتاكتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد. 
 

قطعات ورودی 

هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌ها، دستی، اتوماتیك و حس‌گرهای خودكار می‌باشد. قطعات ورودي نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میكرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالكتریك، proximity ،  level sensor ، ترموكوپل، PT100 و...  PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مكانیزم حركت و موقعیت جسم، تست كردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌كند.سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، كه در هر صورت ورودی‌های PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد. 
 

قطعات خروجی 

همانطوری كه می‌دانید یك سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و ... كامل نخواهد بود. قطعت خروجی نحوه عملكرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه كنترلی سیستم هستند در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد.
  

نقش كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی
 

    در یك سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم كنترلی عمل می‌كند. هنگام اجرای یك برنامه كنترلی كه در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌كند. این كار را با گرفتن فیدبك از قطعات ورودی و سنسورها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامه كنترلی خود منتقل می‌كند و نسبت به آن در مورد نحوه عملكرد ماشین تصمیم‌گیری می‌كند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌كند.
 

 مقایسه تابلوهای كنترل معمولی با تابلوهای  كنترلی مبتنی بر PLC  

   امروزه تابلوهای كنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی كمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا كه معایب زیادی دارند. از آنجا كه این نوع تابلوها با رله‌های الكترو‌مكانیكی كنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌كنند، سیم‌كشی تابلو كار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌كند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشكل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز كردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود كه این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
  

   با بوجود آمدن PLC، مفهوم كنترل و طراحی سیستم‌های كنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت كرده است و استفاده از این كنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد. كه به برخی از این موارد در زیر اشاره كرده‌ایم. كه با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC با سایر سیستم‌های كنترلی پی برد:
·    سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های كنترل رله‌ای تا 80٪ كاهش می‌یابد.
·    از آنجاییكه PLC توان بسیار كمی مصرف می‌كند، توان مصرفی بشدت كاهش پیدا خواهد كرد.
·    توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌كند.
·    برعكس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های كنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه كنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این كار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندكی صرف انجام اینكار خواهد شد.
·    در مقایسه با تابلو‌های قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات كمكی از قبیل رله ، كانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و... بسیار كمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی،  پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری كاسته شود.
·    از آنجاییكه سرعت عملكرد و پاسخ‌دهی  PLC در حدود میكرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است،  لذا زمان لازم برای انجام هر سیكل كاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای كاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود.
·    ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.
·    وقتی توابع كنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین كردن PLC بسیار كم ‌هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.


طراحی مدار فرمان توسط کامپیوتر:  

هر سیستم نیاز به کنترل دارد.در سیستم های صنعتی 2 نوع کنترل وجود دارد:
 

1- سخت افزاری(مدارات فرمان الکتریکی)
2- سیستم هایPLC 
 

سیستم های PLC خود به 2 گروه تقسیم می شوند : 
 

1-            سیستم های کنترلی گسترده DCS
2-             کامپیوتر های شخصیIPC 
 

پروسه کار یکPLC: 

ورودی پردازش خروجی
ورودی می تواند سنسور ها - کلید های قطع ووصل -عوامل مکانیکی و...باشند. خروجی هم موتورها - رله یا کنتاکتورها - لامپ ها و نمایشگر ها باشند.
 با اعمال ورودی به یک سیستم PLC که می تواند بصورت کلیدی و یا سنسور باشد عمل پردازش بر روی ان صورت گرفته و نتیجه عمل در یک عمل کننده یا یک شبیه ساز آشکار می شود.به مجموعه این اعمال یک فرایند یا پروسه کاری گفته می شود .
 

مواردکاربردPLC: 
 

1-            کنترل هر گونه ماشین و وسیله برقی
2-            کنترل هر سیستم خط تولید
3-            کنترل فرمان مدار CNC )اشین های فرز پیشرفته (
 

تفاوت PLC با کامپیوتر:
  

   تمامی اجزا یک کامپیوتر در یک PLC وجود دارد ولی کامپیوتر از لحاظ نوع ورودی و خروجی ها و همچنین عمل ترکیب ورودی ها و خروجی ها با PLC متفاوت می باشد.خروجی PLC می تواند یک رله - تریاک - ترانزیستور - تریستور و غیره باشد که با توجه به حداکثر جریان مجاز خروجی PLC باید انتخاب شود تا آسیبی به سیستم وارد نشود.
در PLC ما نتیجه عمل را می بینیم ولی در کامپیوتر فقط اطلاعات را می بینیم.
 

حافظه بکار رفته درPLC:      

در PLC از حافظه های نیمه هادی و بیشتر از RAM و EEPROM استفاده می شود .یک باتری نیز برای جلوگیری از پاک شدن اطلاعات حافظه RAM در مواقع قطع برق و خاموش کردن دستگاه بکار برده می شود.یک خازن نیز موازی با باتری بک آپ قرار گرفته که بهنگام تعویض باتری می تواند برق سیستم را بمدت 30 ثانیه تامین نمایید.ولتاژ باتری3.6 ولت با جریان دهی 0.09 میلی آمپر می باشد.
در ادامه شما را با انواع حافظه آشنا می کنم.





انواع حافظه ها :
 

 حافظه ها به طور کلی به دو دسته تقسيم می شوند :
 - حافظهء موقت
- حافظهء دائمی
1 – حافظهء موقت يا RAM ( Random Access Memory ) : اطلاعات در اينگونه حافظه ها به صورت موقتی ذخيره می شود و با قطع تغذيه اطلاعات از بين می رود و به دو گونه ساخته می شود : SRAM و DRAM
- DRAM ) DYNAMIC RAM ) :
    در ساخت اين نوع RAM از خازن استفاده می شود و اطلاعات به صورت ولتاژ درون خازنها ذخيره می شود . اما به دليل اينکه خازن ها با هر ميزان دقت و کارايي ، دارای مقاومت نشتی می باشند ، بعد از مدتی دشارژ می شوند و در نتيجه اطلاعات از بين می رود . بنابراين اطلاعات اين نوع ازRAM بايد در واحد زمان بازنشانی شود ( REFRESH ) . در اين نوع ، به علت استفاده از خازن ، فضای مورد نياز برای هر سلول کاهش يافته است ( نسبت به حالت ايستا )- SRAM (STATIC RAM ) :
در اين نوع برای ساخت سلول های حافظه و ذخيره سازی اطلاعات از فليپ فلاپ ها استفاده می شود و بر خلاف نوع ديناميک نيازی به بازسازی اطلاعات ندارد . در تراشه های PIC از اين نوع RAM استفاده شده است . به همين دليل به آن ايستا می گويند .

2- حافظهء دائمی :
 از اين حافظه برای ذخيره سازی اطلاعات به صورت دائمی استفاده می شود . و در تراشه ها به يکی از صورت های زير وجود دارند :
ROM ) Read Only Memory- ) :
     اين نوع حافظه فقط قابليت خواندن را دارد و نوشتن در آن امکان پذير نيست . اطلاعات درون اين حافظه را شرکت سازنده در هنگام ساخت در آن قرار می دهد و ديگر قابليت تغيير در آن وجود ندارد . به عبارت ديگر فقط يک بار می توان در آن نوشت . برای استفاده از اين حافظه بايد اطلاعات را به شرکت مورد نظر داده تا آنها بر روی حافظه جای دهند . که اين کار برای کارهای جزئي و کم تعداد صرفهء اقتصادی ندارد و در عمل کسی از آن برای تعداد پائين استفاده نمی کند .
PROM ) Programmable Read Only Memory-  ) :
     اين نوع حافظه همانند ROM می باشد . با اين تفاوت که اطلاعات آن توسط شرکت درون آن ريخته نمی شود و به صورت پاک شده توليد می شوند و کاربر می تواند خود اقدام به برنامه ريزی آن کند . و فقط يک بار می توان در آن نوشت و قابليت پاک شدن اطلاعات در آن وجود ندارد . در حالت پاک شده ( برنامه ريزی نشده ) کليه بيت ها از نظر منطقی دارای وضعيت 1 منطقی هستند . نکته : در هنگام کار با اين نوع حافظه بايد دقت شود . زيرا به الکتريسيتهء ساکن حساس هستند و تماس با دست يا وسايل حامل الکتريسيتهء ساکن ممکن است باعث 0 شدن بيت های حافظه شود . دليل اين امر استفاده از فيوز در سر راه سلول های حافظه است که اگر اين فيوز سوخته شود 0 در آن خانه ذخيره می شود و عمل سوختن اين فيوز توسط ولتاژ و جريانی معين انجام می شود که الکتريسيتهء ساکن می تواند در صورت کافی بودن همين عمل را انجام دهد .- EPROM ) Erasable Programmable Read Only Memory ) :
     اين نوع دارای قابليت خواندن و نوشتن را در خود داراست و بارها می توان آنرا پروگرام کرد . از نظر حساسيت هم دارای وضعيت خيلی بهتری نسبت به PROM می باشد . عمل پاک شدن اين نوع توسط فرکانس خاصی از اشعهء ماوراء بنفش صورت می گيرد .
 - EEPROM ) Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ):    اين حافظه از نظر عملکردی همانند نوع EPROM می باشد با اينتفاوت که عمل پاک شدن آن توسط ولتاژ صورت می گيرد ( با پروگرام های معمولی می توان اين کار را انجام داد )اما اين نوع ها دارای سرعت مناسبي نيستند و در کارهايي که سرعت های بسيار بالا در خواندن و نوشتن مورد نظر است نمی توانند توجيه کننده باشند .
 - FLASH Memory :
    اين حافظه نوعی از EEPROM می باشد . با اين تفاوت که مشکل کمی سرعت در اين حافظه حل شده است و دارای سرعت بسيار بالايي نسبت به ديگر حافظه ها می باشد و به همين دليل در تکنولوژی های جديد ساخت ميکروکنترلر از اين نوع حافظه استفاده می شود .
 

انواع واحد های حافظه : 

 به طور کلی 3 واحد وجود دارد : بيت ، بايت و کلمه
بيت ( Bit ) : به کوچکترين واحد حافظه می گويند که فقط می تواند يک مقدار 0 يا 1 را در خود جای دهد . از کنار هم قرار گرفتن بيت ها حافظه تشکيل می شود .بايت ( Byte ) : به هر 8 بيت که در کنار هم قرار گرفته شوند و به صورت يکپارچه و مرتبط با هم باشند بايت گفته می شود .
 کلمه ( Word ) : تشکيل شده از 16 بيت کنار هم قرار گرفته شده ، می باشد . و يا از 2 بايت کنار هم قرار گرفته شده .
    در مقایسه با روشهای حل سنتی و PLC می توان نتیجه گرفت که روش کار PLC آسانتر و توانایی و قابلیت بیشتری نسبت به روش سنتی می باشد.در PLC می توان براحتی در برنامه و اجرای آن تغییرات اعمال نمود.همچنین دارای حجم کم و ارزانتری می باشد و نگهداری آن نیز آسانتر است.
PLC های زیمنس
PLC های شرکت زیمنس را می توان بدو دسته کلی با ورژن های مختلف تقسیم کرد.
STEP 5 یا S5  STEP7 یا S7 که S5 اولین سری PLC بوده که تحت DOS بوده و بعد تحت WINDOWS آن به بازار آمد.
 PLC های S7 از سری S7-200 و S7-300 و S7 400 می باشند.
زبان های برنامه نویسی در هر دو دسته مشترک می باشد وفقط در برخی موارد تفاوت اندکی دارند.
    در فصل بعدی شما با زبانهای PLC آشنا می کنم.




استانداردهای زبان plc
   

 

  اولين PLCها در سال 1968 ساخته شده اند. در دهه 70 قابليت برقراري ارتباط به آنها اضافه شد و در دهه 80 پروتکل هاي ارتباطي استاندارد شد. بالاخره در دهه 90 استاندارد زبان هاي برنامه نويسي PLC يعني استاندارد IEC1131 ارائه گرديد .
    در سال 1979 يک گروه متخصص در IEC کار بررسي جامع PLC ها را شامل سخت افزار، برنامه نويسي و ارتباطات به عهده گرفت. هدف اين گروه تدوين روش هاي استانداردي بود که موارد فوق را پوشش دهد و توسط سازندگان PLC بکار گرفته شود. اين کار حدود 12 سال به طول انجاميد و نهايتاً پس از بحث هاي موافق و مخالفي که انجام شد استاندارد IEC1131 شکل گرفت و جنبه هاي مختلف اين وسيله از طراحي سخت افزار گرفته تا نصب ، تست، برناه ريزي و ارتباطات آن را زير پوشش قرار داد. اين استاندارد که با همکاري برخي از سازندگان بزرگ PLC از جمله شرکت زيمنس شکل گرفته بود از آن به بعد توسط ايشان به کارگرفته شد و سعي نمودند محصولات خود را با آن منطق سازند.


زبان های برنامه نویسی درPLC: 
 

LADER یا نردبانی:اگر شکل بلوک دیاگرامی مدار برقی را نود درجه به سمت راست وبالا بچرخانیم و آن را جایگزین علایم نردبانی کنیم در واقع همان مدار را به زبان نردبانی نوشته ایم.این زبان مورد علاقه برقکاران و ساده ترین روش برنامه نویسی است.

    برنامه نویسی به روش کنترل سیستم که در واقع پیاده سازی مدار برقی بصورت گیت های لاجیک می باشد.این زبان مورد علاقه و کاربرد الکترونیک کاربران می باشد.
CSF:  در این زبان از شکل های مدارات منطقی مانند AND و OR و ... استفاده می شود.در برنامه نویسی بزبان باید گیت AND را مقدمتر بر گیت OR برشمرد.در PLC های S7-200 برنامه CSF را با FBD نشان می دهند.


: STL این برنامه که در واقع برنامه نویسی متنی می باشد و نوشتن برنامه بصورت خط به خط با توجه به روابط جبر بول می باشد.این زبان محبوب برنامه نویسان کامپیوتری می باشد.  در  زبانهای برنامه نویسی این زبان مادر زبانهای دیگر می باشد. مثل مثال بالا که بزبان STL نوشته ام.
ANI0.0A(OI0.0OQ0.0(
=Q0.0BE    در متن STL بالا اگر توجه کنید ابتدا عبارت AND آمده سپس عمل OR کردن آمده است.اگر توجه کرده باشید مدار بالا یک مدار برقی دایم کار یک محل می باشدI0.0 و I0.1 ورودی ها و بترتیب کلید STOP و START می باشد و Q0.0خروجی یا همان K که مشخصه کنتاکتور می باشد.
    ترجمه عبارت بالا:ANDNOT انجام بده  ورودی I0.0 یا STOP و AND کن آنرا با OR I0.1 و OR Q0.0 که در واقع یک گیت OR هستند و نتیجه برابر با Q0.0 که همان کناکتور است و Q0.0 که با I0.1 OR شده تیغه نگهدارنده کنتاکتور (13-14) می باشد. یعنی زمانی که I0.0 مقدارش 0 و I0.1 برابر یک گردد خروجی گیت AND یک شده و Q0.0 یک شده که همان جذب کنتاکتور است و چون Q0.0 با I0.1 موازی یا OR شده است خروجی همواره یک است تا زمانی که I0.0 یک شود و چون این ورودی ANDNOT است خروجی گیت AND صفر شده و خروجی نیز صفر می شود.
BE نماینگر پایان برنامه نوشته شده می باشد(BLOCK END )
زبان STL در بین زبان های PLC دارای اهمیت خاصی می باشد چون زبان اصلی و داخلی برنامه های PLC بزبان STL می باشد. 
 

اصطلاحاتPLC:
 

: BAUD RATE تعداد بیت در ثانیه که بمنظور ارسال اطلاعات از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می شود.بعبارت دیگر سرعت ارسال اطلاعات را گویند. این سرعت بسته به نوع ماشین 1200 یا 2400 یا 4800 یا 9600 می باشد.
CYCLE PROCESSING:پردازش تناوبی یعنی در هنگام اجرای برنامه از خط اول اجرا کرده و وقتی به BE رسید - دوباره به خط اول باز می گردد.
: SCAN TIME MONITORING بمدت زمان مرور و اجرای برنامه گفته می شود و هر چه کمتر باشد سرعت و کیفیت PLC بهتر خواهد شد.
: FLAG پرچم یا نماد ها که نشانه هایی بمعنی انجام یا انجام نشدن کار می باشد.
PII و : PIO در یک سیستم PLC اطلاعات ورودی بصورت دیجیتال یا آنالوگ وارد شده - توسط PLC این اطلاعات بصورت خط به خط خوانده شده و تصویری از آن در رجیستر ذخیره می شود.در طول اجرای سیکل تغییرات توسط سیستم پذیرفته نمی شود بطوری که اطلاعات ورودی یک خط بطور مثال یک - همواره یک باقی می ماند که این عمل برای گریز از سیگنال های گذرا یا نویز می باشد که بر این منظور این اطلاعات وارد رجیستر PII (PROCESS IMAGE INPUT ) شده و در هر بار مرور - اطلاعات موجود در PII باز خوانی شده و از برگشت اطلاعات جلوگیری می شود.در یک سیستم PLC عملی مشابه PII در مورد خروجی و تحت عنوان PIO یا پردازش تصویر خروجی صورت می گیرد.سیستم PLC این سیگنال این سیگنال ذخیره شده بصورت بیت در PII را بهمراه ذخیره برنامه بصورت دستوری در PIO را پس از پردازش بصورت انالوگ یا دیجیتال در خروجی ظاهر می کند.
    اوپتی کوپلر :برای عایق کاری ورودی از خروجی و از CPU - از اوپتی کوپلر ها استفاده می شود.که دارای مزایایی نظیر:
 

1- سیستم زمین یا ارت بین خروجی و ورودی مشترک نمی باشد.
2- بدلیل زمین مجزا نویز یکطرف بر قسمت دیگر تاثیر ندارد.
3- جریان برگشتی حاصل از سلف ها بر روی سیستم تاثیر نمی گذارد. 
 

ظرفیتPLC: 
    

 تعداد ورودی ها و خروجی ها ظرفیت یک PLC را تعیین می کند. هرچه تعداد واحد ها بیشتر باشد سرعت و قدرت و همچنین دقت آن PLC بالاتر خواهد رفت.
بمدت زمانی که طول می کشد تا PLC نسبت به یک تغییر عکس العمل نشان دهد زمان عکس العمل PLC گویند وعوامل موثر بر آن عبارتند از :
1-      تاخیر زمان ورودی
2-      زمان اجرای برنامه
3-      تاخیر زمان خروجی ها
زمان عکس العمل بطور متوسط 3 میلی ثانیه بر هر 1کیلو بایت می باشد.
شرایط و مشخصاتی که در ورودی و خروجی یک PLC باید در نظر گرفت. 
 

ورودی:
1- ولتاژ نامی شبکه ای که می خواهیم در ورودی استفاده گردد.
2-امپدانس ورودی
 3- جریان ورودی
 4- تاخیر در کلیدزنی ورودی
 

خروجی:
1- حداکثر جریانی که می توان به خروجی داد.
2- جریانی که از COM مشترک می گذرد.
3- حداکثر باری که می توان به یکی از خروجی ها داد.
4- حداکثر زمان کلید زنی خروجی
5-سرعت قطع و وصل خروجی یا فرکانس قطع و وصل خروجی
 6- تعداد قطع و وصل خروجی
7- عمر مکانیکی المان های خروجی
مهمترین مشخصه هایی که در انتخاب PLC باید در نظر گرفت:
1-تعداد ورودی 2- تعداد خروجی 3- تعداد FLAG 4- تعداد شمارنده ها و تایمر ها
5- نوع تایمر 6- اندازه حافظه FLAG7- سرعت اجرای برنامه 8- نوع برنامه کاری
PLC     های SETP-5 موسوم به S5 از اولین سری PLC شرکت زیمنس آلمان می باشد که در ابتدا برنامه آن تحت نسخه DOS بود که با آمدن سیستم عامل WINDOWS نسخه تحت ویندوز آن که بسیار جذاب تر بود ومشکلات نسخه تحت DOS را نداشت و مورد استقبال قرار گرفت .این PLC امروزه با آمدن PLC های سری S7 دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرد ولی آموزش اون رو برای شروع کار و داشتن شبیه ساز اونو که بدون نیاز به داشتن دستگاه PLC می توان برنامه را بررسی و ویرایش کرد وعملکرد اونو دید. این برنامه یک برنامه بسیار ساده است که براحتی می تواند با کاربر ارتباط برقرار نمایید و نیاز به مهارت و تبحر خاصی ندارد و فقط کمی اطلاعات در زمینه کامپیوتر و داشتن اطلاعات در زمینه برق و دیجیتال اون هم در حد نرمال کافی می باشد.
    برای شروع مختصری درباره کلید ها وگیت ها وعلایم آنها برای تفهیم بهتر انجام می دهم.
   در واقع ورودی ها رو با کلید ها تعریف می کتتد. مانند کیبرد کامپیوتر یا کلید روشن و خاموش کردن لامپ و استپ و استارت ها در برق صنعتی که با فشردن یک کلید در واقع اون رو یک یا ست کرده ایم . و خروجی هم می تواند لامپ یا موتور یا نمایشگر و... باشد. در PLC که بیشتر در صنعت کاربرد دارد پس بیشتر با کلید های فشاری موسوم به استپ و استارت سر کار داریم .
    کلید استپ که از نام آن بر می آید بمعنی نگهدارنده یا قطع کننده و کلید استارت هم بمعنی شروع کننده و آغازگر می باشد .همین کلید ها در PLC هم کاربرد دارند در واقع ورودی های سیستم PLC می باشند که با اعمال به ورودی PLC برنامه نوشته شده با پردازش داده ورودی خروجی را به ما تحویل می دهد .خروجی هم که گفته شد می تواند هر نوع مصرف کننده ای باشد و در صنعت بعلت ولتا ژ بالا و استفاده از کنتاکتورها در PLC هم از کنتاکتور ها برای خروجی استفاده می شود
    در برق صنعتی کلیدها را با S و در PLC ورودی ها را با I نشان می دهند.و خروجی صنعتی که با K نشان داده می شود برابر با Q در PLC می باشد. 

اگر توجه کرده باشید در PLC در ورودی و خروجی X.X نوشته شده است که آدرس مربوط به آن ورودی یا خروجی می باشد .X سمت راست مربوط به بیت آن بلوک که بعنوان ورودی یا خروجی انتخاب می شود و X سمت چپ هم مربوط به بایت آن بلوک می باشد مانند: I 1.2 یعنی ورودیی بیت دوم از بایت اول و Q 0.1 بمعنی خروجی از بیت اول و بایت 0 . باید توجه نمود که این آدرس ها را می توان دلخواه نوشت ولی باید به نکته توجه نمود که آن PLC چند بلوک برای ورودی یا خروجی دارد و از همه مهمتر اگر بترتیب باشد برای ویرایش های بعدی و تحلیل راحتر می باشد.و دیگر اینکه اگر چند ورودی مختلف داریم نیازی نیست که بلوکهای دیگر را آدرس دهی کنیم بلکه کافی است از همان بیت های همان بلوک چه بعنوان ورودی یا خروجی استفاده نماییم مثلا برای آدرس دهی کلید های S1-S2-S3-S4 آدرس آنها را بدین شکل بیان می کنیم I0.0 برای S1 - I0.1 برای S2 - I0.2 برای S3 و I0.3 برای S4 نه اینکه بنویسیم I0.0 -I1.0-I2.0-I3.0 و در مورد خروجی هم همین موضوع صدق می کند.
در شکل بالا نماد های PLC برای کلید ها و کنتاکتور ها رسم شده است .که با ترکیب این تیغه یا کلید ها به گیت ها یا توابعی می رسیم که در زیر نمونه ای از آنها آمده است.


توجه نموده اید که دو کلید سری برابر با گیت AND یا(و)  می باشد و دو کلید سری هم برابر گیت OR بمعنی (یا ) می باشد که با ترکیب این دو گیت می توان به گیت های دیگر دست یافت.در واقع این دو گیت پایه دیجیتال برای گیت های دیگر می باشند.AND یا و بدین معنی است که باید ورودی ( A یا B ) هر دو وجود داشته باشند یا برابر یک باشند تا خروجی یا F برابر یک باشد پس خروجی وابسته به هر دو ورودی می باشد.
ORیا (یا) هم این معنی را می دهد که اگر ( A یا B ) هر کدام اگر یک باشند خروجی یک می گردد در واقع خروجی وابسته به یک ورودی می باشد.
اگر بخواهیم مدار برقی کنترل از یک محل لحظه ای را بصورت گیتی بیان کنیم بصورت زیر می باشد.
S1 یا استپ - S2 یا استارت و K1 یا کنتاکتور که S1 و S2 در ورودی گیت AND قرار گرفته و خروجی گیت هم کنتاکتور K1 می باشد.زمانی خروجی یک می شود یا کنتاکتور جذب می شود که استپ 0 و استارت یک گردد.
    برای کلید استپ یا هر کلیدی که در حالت معمول یک یا بسته باشند در دیجیتال NOT قرار می دهند و بدین معنی است که اگر به ورودی NOT یک بدیم خروجی صفر و اگر صفر دهیم خروجی ما یک می شود.در مدار بالا اگر S1 را فشار دهیم در واقع مدار را باز یا مثل این است که گیت نه را ست کرده که بما صفر می دهد.
    این نکته قابل توجه است که در PLC هیچوقت در خروجی NOT قرار نمی گیرد .یعنی اینکه بخواهیم گیت NAND یا AND که NOT شده است را پیاده سازی کنیم باید ورودی ها را NOT قرار دهیم.


برنامه STEP-5
 

حال با دانستن و شناختی از کلید ها به سراغ برنامه می رویم. بعد از اجرای برنامه صفحه ای مطابق شکل زیر بر رو مانیتور بنمایش در می آید.


شماره 1مثل UNDO عمل می کند.
شماره2برای ویرایش برنامه های در حال اجرا می باشد.
شماره 3 برای دیدن برنامه در حال اجرا بصورت های LAD-CSF یا STL می باشد.
 شماره 4 برای اجرای برنامه نوشته شده می باشد.
برای شروع کار از نوار منو بر روی گزینه BLOCK کلیک کرده و NEW BLOCK را انتخاب و PB1 را تایپ کرده و اینتر را می زنیم که بلافاصله به محیط برنامه نویسی وارد می شویم که ممکن است در یکی از محیط های LAD-CSF یا STL باشیم که برای شروع چون می خواهیم با LADER کار کنیم از نوار منو بر روی Presentation کلیک کرده و LADER Digram(LAD) را انتخاب می کنیم که مانند صفحه زیر است.

بر روی خط سمت چپ یک کلیک کرده که بصورت بعلاوه ای در می آید که شروع خط برنامه می باشد.در بخش نوار ابزار پایینی که با شماره 2 مشخص شده است از سمت چپ شروع به توضیح می کنم.
(+و-) برای رفتن به سگمنت قبل یا بعد : برخی از برنامه ها بیش از یک سگمنت دارند.
فلش های چهر جهته : برای رسم خطوط یا پاک نمودن خطوط زاید
فلش به بجلو یا به عقب : برای گذاشتن تیغه ها همراه با حرکت
ضربدر: برای پاک نمودن تیغه ها و سایر
تیغه بسته یا باز : این تیغه در حالت معمول غیر فعال است.
تیغه باز:برای گذاشتن تیغه ها که پس از آدرس دهی تیغه باز یا بسته که غیر فعال بود فعال می شود که بما این امکان را می دهد که می توانیم این تیغه را بسته انتخاب کنیم.
تیغه رو پایین: برای موازی کردن یک تیغه با تیغه ای که گذاشته ایم.
بوبین: که نماینگر خروجی ما می باشد.
S-R یا R-S : فلیپ فلاپ که با تقدم ریست بر ست یا ست بر ریست ساعت: تایمر ها
123: کانترها
 اگر خواسته باشیم به زبان CSF برنامه را بنویسیم قبل از رسم هر گونه تیغه از نوار منوی بالا و از Persentation می توانیم CSF را انتخاب نماییم که شکل زیر می آید.

فلش رو پایین : برای افزودن ورودی به گیت ها
ضربدر : برای پاک نمودن تیغه های اضافی یا حذف یک گیت بطور کامل
 0--- : برای قرار دادن NOT در ورودی گیت ها
& : گیتAND
>1: گیتOR
S-R یا R-  : فلیپ فلاپ
ساعت : تایمرها
 123 : کانتر
در زبان STL که زبان برنامه نویسی است فعلاً نیازی به توضیح ندارد.




برنامه نویسی به زبان:LADER 
 

    در این فصل چون یادگیری  این زبان آسان تر و قابل فهم تر می باشد  و همچنین به زبانی ساده و روان ذکر شده است، من آن را در این تحقیق آورده ام تا دانشجویان و افرادی که برای اولین بار با PLC کار می کنند بتوانند راحتر کار کنند.
    پس ازانتخاب برنامه بزبان نردبانی یا لدر و کلیک بر خط سمت چپ می خواهیم مدار دایم کار کنترل از یک محل با یک کنتاکتور را پیاده سازی نماییم.
    بر روی تیغه باز کلیک کرده که یک تیغه با چند ؟؟؟؟؟ در بالای آن ظاهر می شود.این تیغه را استپ در نظر می گیریم و بر روی علامت سوال ها کلیک و ادرس I 0.0 را می نویسیم .بر انتهای تیغه در سمت راست کلیک تا بعلاوه در سمت راست قرار گیرد.دوباره یک تیغه دیگر را انتخاب و آدرس آن را I 0.1 می گذاریم . بین دو تیغه کلیک کرده تا بعلاوه بین این دو تیغه قرار گیرد .حال بر تیغه رو پایین کلیک نمایید که با این کار یک تیغه موازی با I 0.1 قرار می گیرد و آدرس آن را Q 0.0 می گذاریم که این تیغه همان تیغه نگهدارنده کنتاکتور می باشد. دوباره بر سمت راست این تیغه کلیک تا بعلاوه در سمت راست قرار گیرد .در انتها بر روی بوبین کلیک کرده و آدرس Q 0.0 را به آن می دهیم .حال بر روی آدرس I 0.0 کلیک تا های لایت گردد. اگر توجه کنید می بینید تیغه باز یا بسته فعال شده است بر روی آن کلیک کنید .می بینید که تیغه شما بشکل تیغه بسته در می آید.
حال از نوار منو بر روی BLOCK کلیک کرده و گزینه SAVE را انتخاب و با توجه به مسیر یک نام مناسب بر روی آن که حداکثر تا 8 بیت باشد می گذاریم .که بعد از چند لحظه یک پیام ERROR  با یک شماره می آید که آن را OK کرده و بر روی پنجره بعد بر روی NO کلیک نمایید. حال نام برنامه که PB1 گذاشته بودیم با تعداد بیت مصرفی و تاریخ ثبت آن می آید. دوباره بر روی BLOCK کلیک وبرNEW BLOCK کلیک و نام آن را OB1 می گذاریم و حتما باید توجه نمایید که نام آن باید OB1 باشد در غیر اینصورت برنامه ما با مشکل روبرو می شود.
اگر بعد از OK کردن مستقیما وارد محیط STL شدیم که هیچ اگر نشدیم از منوی Persentation زبان STL را انتخاب می کنیم .و در جلوی ; دستورات زیر را می نویسیم . توجه کنید OB1 جلوی ; و خط های بعدی در زیر آن نوشته شود.
; OB1
JUPB1BEBEBE آخر نیازی نیست چون خودش نوشته است. دوباره برنامه را ذخیره که بعد از این کار برنامه OB1 به برنامه PB1 اضافه می گردد. برنامه ما تکمیل شده و زمان اجرا آن آمده است.از نوار ابزار بر روی اجرا(شماره 4 ) کلیک کرده که شکل صفحه بعد می آید.

    حال بر روی RUN کلیک که با این کار CYCLE در بخش بالا شروع به شمارش می کند که شروع کار برنامه را نشان می دهد.اگر در بخش I بر روی شماره 1 کلیک نماییم Q 0 تیک دار می شود .اگر در بخش I دوباره بر روی 1 کلیک و تیک آن را بر داریم می بینیم که هنوز Q0 تیک دار است.
    اگر بخواهیم برنامه در حال اجرا را به زبان های مختلف ببینیم کافی است از نوار ابزار بر روی آن کلیدی که شکل علامت سوال قرمز دارد(شماره 3) کلیک و در بخش BLOCK بنویسم PB1 و اینتر را بزنیم که با اینکار برنامه را یا بزبان LAD یا CSF یا STL می بینیم که می توانیم از نوار منو و از بخش Persentation زبان های دیگر را انتخاب نماییم و برای بزرگنمایی کافی است که دو کلید ctrl و G را با هم چند لحظه فشار دهیم که با اینکار مدار ما بزرگ می شود و برای کوچک کردن هم همزمان دو کلید CTRL و S را فشار دهیم.
    برنامه در حال اجرا برنگ قرمز در می آید . اگر بر روی I 0.0 کلیک و از نوار ابزاربر روی S که همان ست می باشد کلیک کنیم مدار قطع می شود و اگر دوباره بر روی R ریست کلیک نماییم دیگر مدار بطور کامل وصل نمی شود و باید بر روی I0.1 کیلک و آن را ست نماییم.که مدار دوباره بطور کامل وصل می شود و اگر I0.1 را ریست کنیم مدار باز هم خروجی دارد.
اگر بر روی V یا VALUE کلیک نماییم و مقدار 0 یا یک را بدهیم در واقع کلید ها را ست یا ریست نموده ایم.
    برای نوشتن برنامه جدید ابتدا برنامه از اجرا در آورده و بر روی فلش سبز چند بار کلیک تا به منوی FILE رسیده که از آنجا بر روی NEW کلیک کرده تا صفحه جدیدی باز شود.
    اگر بخواهیم تغییراتی در برنامه در حال اجرا بدهیم کافی است از نوار ابزار کنار علامت سوال قرمز بر کلیدی که نمایی از چند آی سی بر روی آن دارد(شماره 2) کلیک کرده کر برنامه از حالت اجرا در آمده و ما می توانیم تغییرات را در آن بدهیم و در آخر برنامه را ذخیره و به محیط اجرا بر گردیم.در زیر برنامه به 3 زبان بنمایش آمده است.
این برنامه را با فلیپ فلاپ هم می توان نوشت که LADER آن بترتیب زیر است.در این مدار اگر I0.0 را که دیگر اینجا استپ نیست بلکه مثل I0.1 استارت می باشد . با یک لحظه ست کردن I0.0 مدار وصل می شود و برای از کار انداختن کافی است I0.1 را یک لحظه ست و بعد ریست کنیم.


شمارنده ها يا کانترها


مشخصه شمارنده ها با CX که C کانتر و X شماره کانتر می باشد.
CD یا ورودی پایین شمار که با اعمال ضربان یا قطع و وصل های مکرر که از سنسور ها می رسد به آن اعمال و کانتر بصورت نزولی شروع به شمارش تا به صفر برسد.
CUیا ورودی بالا شمار
S یا ورودی ست که حتما برای اینکه شمارنده شمارش را شروع کند باید یک شود
R ورودی ریست که برای توقف شمارنده بکار برده می شود.
Q خروجی کانتر که در پایین شمار با رسیدن به صفر خروجی صفر می شود.
CV : فرمت دستور بصورت KCXXX می باشد که XXX مقدار شمارش را تعیین می کند.





مقایسه کننده ها:COMPRATOR 
 

این مقایسه کننده ها هم اعمال منطقی نظیر کوچکتر یا بزرگتر یا مساوی را سنجیده و در خروجی ظاهر می کنند.



آشنایی با خانواده S7
 

خانواده   S7 از سري دستگاه هاي زير تشكيل شده اند:
S7-200 يک micro PLC ارزان قيمت است.
مي تواند براي مقاصد ساده تا نسبتا پيچيده کنترلي بکار رود.
نصب ، برنامه نويسي و کار با آن ساده است.
به صورت Compact عرضه مي شود و I/O هاي آن On Board است.
انواع مختلف دارد و در برخي از انواع آن مي توان مدول اضافي نيز در کنار CPU قرار داد.
برنامه نويسي آ« با نرم افزار Step7-micro/win انجام مي شود
S7-300
يک mini PLC است.
مدولار است.
مدولهاي آن تنوع زياد دارد.
به سهولت قابل توسعه است.
برنامه نويسي آن با Step 7 صورت مي گيرد.
S7-300F
براي سيستمهايي که نياز به ايمني زياد دارند يا اصطلاحاً Fail-Safe هستند طراحي شده است.
پايه آن S7-300 مي باشد
در انتهاي کد CPU حرف معرف اين است.

S7-300C
شبيه S7-300 است با اين تفاوت که CPU همراه با مدول ديگري مانند ورودي / خروجي بصورت Compact عرضه شده است.
در انتهاي کد CPU حرف C معرف اين است.
S7-400
حوزه عملکرد وسيع دارد.
مدولار است
حجم زيادي از سيگنال ها را مي تواند پوشش دهد.
به راحتي قابل توسعه است.
در مقايسه با S7-300 سرعت پردازش بالاتر ، حافظه بيشتر و امکانات وسيعتري دارد.
برنامه نويسي آن با Step7 انجام مي شود.
S7-400H
پايه آن همان S7-400 است ولي در حايي که High Availability مورد نياز است به کار مي رود.
فرآيندي که اگر متوقف شود منجر به خسارت زياد مي شود. مثلا محصول گران قيمتي از بين مي رود.
جايي که هزينه راه اندازي مجدد از سيستم پس از رفع عيب بالاست.
جايي که بهره برداري از فرآيند بدون مانيتورينگ و با حداقل پرسنل تعميراتي انجام مي شود
به اين سيستم Redundant نيز گفته مي شود و در آن دو عدد CPU به عنوان جايگزين آماده قرار مي گيرند. در صورت بروز خطا روي يکي از CPU ها يا مدولهاي مربوط به آ« ، سيستم بطور خودکار در زمان بسيار کوتاهي به CPU ديگر سوئيچ مي شود. در طول مدت سوئيچ شدن خروجيها ثابت مي مانند تا مشکلي در فرآيند پيش نيايد. پس از عمليات سوئيچ مي توان مدول معيوب را تعويض يا رفع عيب کرد.
براي برنامه ريزي و پيکر بندي اين سيستم علاوه بر STEP 7 بايد از پکيج H-System نيز نصب گردد.
S7-400FH
پايه آن S7-400 است
توانايي هاي S7-400H را دارا مي باشد.
توانايي هاي F-System را نيز دارد يعني براي کاربرد هايي که درجه ايمني بالا نياز دارند نيز مناسب است.
فرمت آدرس دهی در S7
 

آدرس دهي ورودي:‏  

ورودي ‏PLC‏ مي تواند از جنس ‏Bit‏ يا ‏Byte‏ يا ‏Word‏ يا ‏DWord‏ باشد. به عنوان مثال براي وضعيت يك‏سوئيچ كه به كارت ‏DI‏ متطل است و فقط حالت صفر يا يك دارد يك ‏Bit‏ كافي است وقتي ورودي يك 8 بيتي ‏است يعني عدد صحيح بين صفر تا 255 در اين صورت يك ‏ Byte لازم است ولي براي اعداد بزرگتر يا به فرم ‏اعشاري يك ‏Word‏ يا ‏DWord‏ مورد نياز خواهد بود . به عنوان مثال وزن يك جسم كه از طريق كارت ‏AI‏ ‏دريافت مي شود مي تواند يك ‏Word‏ باشد.‏
براي آدرس دهي يك بيت بايد ابتدا شماره بايت را بنويسيم سپس با گذاشتن نقطه آدرس بيت را در آن بايت ‏مشخص كنيم. « مانند:‏‎ 7.4 ‎‏ بيت 7 از بايت 4»‏
بديهي است عدد سمت راست كه بيت را مشخص مي كند نمي تواند از 7 بزرگتر باشد چون در يك بايت 8 بيت ‏داريم از صفر تا 7 از اين رو آدرس دهي مانند ‏‎0.8‎‏ نادرست خواهد بود.‏
كليه آدرس ها ورودي در ‏s7‎‏ با علامت ‏I‏ شروع مي شوند. جدول زير انواع آدرس دهي ورودي را نشان مي‏دهد.
 

 نوع ورودي نحوه نمايش مثال
BitII0.1‎ByteIBIB1‎WordIWIW2‎DWordIDID8‎بايد توجه داشت وقتي يك ‏IW‏ را در برنامه بكار مي بريم آدرس ‏IW‏ بعدي بايد حداقل 2 بايت با آدرس قبلي ‏فاصله داشته باشد يعني به كار بردن ‏IW 0‎‏ و ‏IW 1‎‏ اشتباه است چرا كه اين دو با يكديگر در بايت 1 مشترك ‏مي باشند.
IW0‎‎=‎Byte0‎‎+‎Byte1‎IW1‎‎=‎Byte1‎‎+‎Byte2‎نكته فوق را براي ‏DW‏ نيز بايد رعايت كرد. يعني هر آدرس با آدرس بعدي بايد 4 بايت فاصله داشته باشد ‏ نكته: آدرس دهي ورودي هاي جنبي كه از طريق شبكه دريافت مي شوند با علامت ‏PI‏ مي باشد.‏
نوع ورودي ‏ نحوه نمايش مثال
BytePIBPIB1‎WordPIWPIW2‎DWordPIDPID8‎توجه كنيد كه در اين حالت آدرسي دهي براي ‏Bit‏ وجود ندارد.‏
آدرس دهي خروجي ها
‏* آدرس دهي خروجي ها آنچه براي ورودي ها شرح داده شد براي خروجي ها نيز صادق است با اين تفاوت كه براي خروجي ها علامت ‏Q‏ به جاي ‏I‏ به كار مي رود.‏
‏* آدرس دهي متغير هاي حافظه:‏
‏ بجز ورودي ها و خروجي ها ،‌متغير هاي حافظه ‏CPU‏ كه ‏Bit Memory‏ خوانده مي شوند نيز مي توانند ‏آدرس دهي شوند. اين متغيرها معمولا براي ذخيره نتايج ميان برنامه بكار مي رود.« در ‏s5‎‏ براي نمايش اين متغيرها ‏از علامت ‏F‏ كه نشانده دهنده ‏Flag‏ بود استفاده مي شد.»‏
نوع ورودي ‏ نحوه نمايش مثال
BitMM0.1‎ByteMBMIB1‎WordMWMW2‎DWordMDMD8
‏*آدرس دهي تايمر ها و كانترها
تايمر ها با علامت ‏T‏ و كانتر ها با علامت ‏C‏ نمايش داده مي شوند آدرس آنها با يك عدد صحيح كه بعد از آنها ‏بكارمي رود مشخص مي گردد. « مانند ‏T1‎‏ و ‏C2‎‏»‏
نكته: در تمام موارد فوق شماره آدرس نبايد از ماكزيمم آدرس تعيين شده در پارامترهاي ‏CPU‏ تجاور كند.‏
نرم افزاري هاي جنبي و مرتبط با STEP7 
برخي نرم افزاري هاي ديگر كه توسط شركت زيمنس در خانواده simatic عرضه شده اند و بعضا مكمل step7 هستند با تقسيم بندي به سه دسته engineering, runtime و HMI خلاصه مي شوند كه در ادامه به توضيح آنها مي پردازم: Engineering Tools A7 SCL: زبان برنامه نويسي سطح بالا مي باشد كه با زبان ST ذكر شده و در استاندارد IEC1131-3 تطبيق دارد و براي PLC هاي S7-300 و S7-400 و C7 به كار مي رود . قابل ذكر است كه اين نرم افزار در نسخه Step7 Professional موجود مي باشد. S7 HiGraph : براي كنترل ترتيبي ( براي مطالعه بيشتر در رابطه با كنترل مي توانيد به مطلبي در مورد مقدمه اي بركنترل مراجعه كنيد) بصورت گرافيكي ، با ابزارهاي پيشرفته و در PLC هاي S7-300 و S7-400 و C7 به كار مي رود. S7 GRAPH : برنامه نويسي بصورت گرافيكي است كه براي كنترل ترتيبي به كار مي رود و با زبان SFC مندرج در استانداردIEC1131-3 تطبيق دارد و براي PLC هاي S7-300 و S7-400 و C7 به كار مي رود . اين نرم افزار در نسخه Step7 Professional موجود مي باشد. S7 PLCSIM: سيمولاتور نرم افزاري است براي تست برنامه زماني كه PLC در دسترس نيست به كار مي رود . اين نرم افزار در نسخه Step7 Professional موجود مي باشد. CFC : توسط اين نرم افزار برنامه نويسي بصورت گرافيكي توسط يكسري بلوكهاي از پيش تعيين شده طراحي و انجام مي شود. اين نرم افزار را بايد جدا گانه تهيه كرد و براي S-300 , S7-400 و F/H Systems كاربرد دارد. S7 PDIAG : ابزاري عيب يابي است كه براي PLC هاي S7-300 و S7-400 به كار مي رود . اين نرم افزار در نسخه Step7 Professional موجود مي باشد. TeleService : براي ارتباط با plc از طريق خط تلفن به كار مي رود . وقتي كه plc توسط آداپتور خاص (tc) به مودم متصل باشد . با استفاده از كامپيوتر بصورت Remot مي توان انرا از هر نقطه اي برنامه نويسي و رفع عيب كرد. DOCPRO : براي مستند سازي بكار مي رود با استفاده از آن مي توان پس از اتمام پير بندي و برنامه نويسي نقشه هاي Warning و متن برنامه را با فرمت تهيه و چاپ كرد.
Runtime Software : Standard PID Control : ابزار كمكي براي طراحي كنترل كننده هاي PID است كه براي PLC هاي S7-300 و S7-400 و C7 به كار مي رود. Fuzzy Control : براي كنترل قازي است و در مواردي بكار مي رود كه توصيف رياضي پروسه مشكل يا ناممكن باشد . در برخي موارد تركيب اين روش با لوپ هاي pid نتيجه بهينه را براي كنترل سيستم به همراه دارد. Modular PID Control : ابزاري است كه براي طراحي لوپ هاي كنترل پيچيده به كار مي رود و داري فانكشن ها و بلوك هاي از قبل طراحي شده مي باشد. Neurosystem : شبكه عصبي مورد استفاده در سيستم كنترل را مي توان با اين ابزار طراحي كرد و آموزش داد. PRODAVE MPI : براي پردازش ترافيك ديتا در شبكه MPI بين سيستم هاي S7 و M7 و C7 به كار مي رود. HMI Software SIMATIC ProTools : ابزار پيكر بندي است كه براي سيستم هاي كنترل اپراتوري و بخش مانيتورينگ مربوط به C7 به كار مي رود. SIMATIC Wincc: نرم افزاري براي طراحي سيستم مانيتورينگ است.








منابع و مآخذ
خود آموز جامع PLC، تألیف مهندس عبداله بهرام پور، انتشارات سیمای دانش ، تهران 84
www.plcs.blogfa.com
www.irankorea.com
WWW.PLCS.NET
www.asanbarsanat.com


[1] Microprocessor
   مطابق شکل در بلوک اول بر روی I و آدرس 0 و در بلوک دوم برروی Qکیلک و آدرس 0 را بروی آن قرار می دهیم که همان آدرس هایی بود که در زمان برنامه نویسی قرار داده بودیم.مثل صفحه LAD +و- برای رفتن به سگمنت بعد یا قبل می باشد. منوی شماره یک برابر با: بخش نوار منو در TOOLBAR که مثل ویندوز و هر برنامه دیگر می باشد .در نوار ابزار پایینی ابزار های لازم برای اجرا - ویرایش و نمایش برنامه نوشته شده وجود دارد.  

امیرحسین صادقی

http://amirhoseinsadeghi.blogfa.com/profile

حفاظت کاتدیک

              بسمه تعالی

              گرداورنده

           امیرحسین صادقی

# حفاظت کاتدی چیست؟

وقتی که یک خط لوله فلزی درون خاک قرار می گیرد، فلز الکترون از دست می دهد.
از دست دادن الکترون به معنای واکنش آندی است و منجر به خوردگی خط لوله خواهد شد.

دو راه برای مقابله با خوردگی وجود دارد:
جلوگیری
جبران سازی

به منظور جلوگیری از فرار بار منفی از لوله به خاک می توان از پوشش برای آن استفاده کرد.

اما راندمان پوشش معمولا حدود 90 درصد است و طی جا به جایی و نصب کمتر هم خواهد شد.

 

ترانس رکتیفایر

به طور کلی یک سیستم حفاظت کاتدی اجزای زیر را شامل می شود:

• آند (ICCP&SACP)

• منبع تزریق جریان مستقیم (ICCP)

• جعبه تقسیم/اتصال

• مارکر و ایستگاه تست

• پشت بند آند

• الکترودهای مرجع

• کابل ها و اتصالات آن ها

• تجهیزات جداسازی و برقگیر

جبران سازی توسط منبعی انجام می شود که الکترون را به خط لوله تزریق می کند و
الکترون از دست رفته را جبران می کند.

برای بستن مدار منبع و خط لوله، باید یک آند به پایانه مثبت منبع متصل شود.

تزریق الکترون به خط لوله با چند تعریف زیر همراه است:

جریان: حرکت بار منفی بر روی هادی
شدت جریان: تعداد بار منفی که در واحد زمان به خط لوله تزریق می شود
ولتاژ: نیرویی است که الکترون را به حرکت وا می دارد

پس برای جبران سازی الکترون از دست رفته خط لوله نیاز به یک منبع با مشخصه ولتاژ و جریان معین داریم.

2# منابع تزریق جریان

منابع تزریق جریان شامل شبکه برق سراسری و سایر منابعی است که
برق مورد نیاز ما را تامین می کنند.

کلیه این منابع به دو دسته کلی زیر تقسیم می شوند.

• سیستم های تولید برق ac برای تغذیه T/R

• سیستم های تولید برق DC

در ادامه به بررسی انواع منابع تزریق جریان خواهیم پرداخت.

# ژنراتور سوختی

این سیستم ها ژنراتور هایی هستند که برق ac تک فاز یا سه فاز تولید می کنند و
با استفاده از یک ترانس رکتیفایر می توان خروجی مطلوب را دریافت کرد.

 

معمولا برای حفاظت از مخازن نگهداری سوخت یا خطوط لوله انتقال سوخت (نفت، گازوئیل، بنزین و یا گاز) که به شبکه توزیع برق دسترسی ندارند می توان
از ژنراتوری استفاده کرد که از همان سوخت استفاده کند.

 

به منظور اتصال رکتیفایر به ژنراتورها، دامنه ولتاژ باید بین 380 تا 400 ولت و فرکانس 50 هرتز باشد در غیر اینصورت خروجی دارای نوسان خواهد شد.

اتصال چند رکتیفایر باهم به یک ژنراتور، موجب ایجاد هارمونیک و در نتیجه نوسانی شدن ورودی همه رکتیفایر ها خواهد شد.

2-2# توربوژنراتور (CCVT)

شامل یک سیال است که در اثر حرارت منبسط و تبخیر می شود و
پس از چرخاندن پره توربین، از رادیاتور گذشته و خنک می شود.
3-2# ترموالکتریک ژنراتور (TEG)

اگر یک بیمتال (دو قطعه فلز با جنس متفاوت) را در برابر اختلاف دما قرار دهیم به اختلاف پتانسیل دست خواهیم یافت.
پیاده سازی این مفهوم در نیمه هادی ها منجر به ایجاد سیستمی شده که
با استفاده از اختلاف دمای تولید شده، پتانسیل مورد نیاز حفاظت را تولید می کند.

4-2# ژنراتور توربین بادی

در محیط هایی که شرایط جوی به گونه ای باشد که بتوان از نیروی باد استفاده کرد این توربین ها مناسب هستند.

از آنجا که با تغییر شدت و جهت باد، خروجی نیز تغییر می کند و نوسان خواهد داشت.

بنابراین از باتری برای یکنواخت سازی خروجی استفاده می شود.

 

5-2# باتری

کوچک ترین، ساده ترین و در دسترس ترین منابع تزریق جریان DC باتری ها هستند.
اما شارژ باتری بالاخره به اتمام می رسد و سازه بدون حفاظت باقی خواهد ماند.
به همین جهت معمولا از باتری ها در سایر سیستم ها به عنوان ذخیره کننده انرژی استفاده می شود و
بارها شارژ و تخلیه خواهد شد.
یا می توان به منظور تست و اندازه گیری استفاده کرد.
گاهی باتری به عنوان سیستم کمکی آند فداشونده استفاده می شود.
6-2# پیل های سوختی

این پیل ها در ابتدا برای کاربردهای هوا فضا و نظامی مورد استفاده قرار گرفت.
اساس کار این پیل ها ترکیب هیدروژن با اکسیژن است که باعث تولید حرارت و در نتیجه برق خواهد شد.
راندمان بالا، عدم آلودگی، عدم وجود قطعه متحرک و نصب و بهره برداری آسان و نیاز به تعمیر و نگهداری بسیار کم از مزایای این منابع تزریق جریان است.

7-2# سلول های خورشیدی

شرایط آب و هوایی کشور ما به گونه ای است که
استفاده از سلول های خورشیدی با راندمان بالا امکان پذیر است.
استفاده از انرژی خورشیدی رایگان و تجدید پذیر بوده و تقریبا در همه نقاط قابل اجرا است.
خروجی این سلول ها DC است و بنابراین نیاز به رکتیفایر ندارد.
برای شارژ باتری و حفاظت از لوله در طول روز و استفاده از باتری به منظور حفاظت در طول شب، به پنل خورشیدی با ابعاد بسیار بزرگ نیازداریم.بااحتساب تلفات، پنل خورشیدی باید جریان تولیدی حدود سه برابر جریان مورد نیاز برای حفاظت داشته باشد.
8-2# شبکه برق تک فاز و سه فاز
(ترانس رکتیفایر)

ترانس های تک فاز برای تامین توان تا KVA 2 مناسب هستند چرا که برای توان های بالاتر ابعاد ترانس بزرگ خواهد شد.
بنابراین ترجیح داده می شود در توان های بالاتر از 2 KVA از ترانس های با تغذیه برق سه فاز استفاده شود.
3# ترانس رکتیفایر چیست؟
رایج ترین منبع تغذیه برای سیستم های ICCP است و به اختصار T/R و یا  TRU نیز گفته می شود.
1-3# اجزای داخلی ترانس رکتیفایر
یک ترانس رکتیفایر شامل اجزای اصلی زیر است:
ترانس کاهنده ولتاژ
بخش یکسو ساز
محفظه
مخزن روغن (در حالت ترانس روغن خنک)
کلید قطع و وصل ac
پنل کنترل و تجهیزات اندازه گیری
سیستم ارتینگ و برقگیر
2-3# انواع ترانس رکتیفایر
از نظر برق ورودی به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

تک فاز

220 ولت و 50 هرتز
صرفه اقتصادی بالاتر
تحمل تلورانس تا 10 درصد
ساخت ساده تر
راندمان 80-85%
برق در دسترس تر
سه فاز

400 ولت و 50 هرتز
راندمان حداقل 95%
نرخ خروجی بالا برای سازه های بسیار بزرگ

جریان خروجی ترانس رکتیفایر براساس جریان مورد نیاز (محاسبه شده) برای حفاظت کاتدی تعیین می شود.
ولتاژ خروجی ترانس رکتیفایر براساس مقامت مداری معادل تعریف می شود.
در این رابطه (Eb (back voltage معمولا 2 ولت در نظر گرفته می شود.
3-3# تعیین خروجی ترانس رکتیفایر

عوامل زیر بر تعیین خروجی ترانس رکتیفایر موثر هستند.
مصرف جرمی آند
فرسودگی پوشش
تغییر در سطح سازه تحت حفاظت
تغییر در ماهیت الکترولیت
4-3# راندمان ترانس رکتیفایر
راندمان ترانس رکتیفایر عبارت است از نسبت خروجی توان DC به ورودی توان ac.

5-3# انواع محفظه
ترانس رکتیفایر ها از نظر نوع محفظه ای که درون آن قرار می گیرند به
2 دسته روغن خنک و هوا خنک تقسیم می شوند.

1) هوا خنک
این سیستم ها که با هوا خنک می شوند برای شرایط زیر مناسب هستند.
محیط های کم خطر، خنک و خشک
نیازمندی توان نسبتا پایین
قابلیت نصب و حمل و نقل آسان
سیستم خنک کنندگی طبیعی و مصنوعی (استفاده از فن)
مناسب برای کار مداوم (بدون قطع و وصل)
2) روغن خنک
این سیستم ها با روغن خنک می شوند و برای شرایط زیر مناسب هستند.
محیط های به شدت خورنده، گرم و مرطوب
مناطق پر خطر از نظر انفجار
نیازمندی توان بالا
سیستم خنک کنندگی طبیعی و مصنوعی
قابلیت سوئیچینگ و سیستم تایمری (قطع و وصل مکرر)
6-3# نحوه نصب ترانس رکتیفایر

ترانس رکتیفایر ها از نظر نحوه نصب به 3 دسته زیر تقسیم می شوند.
نصب روی ستون (Pole Mounted)
نصب روی زمین (Floor/Plinth Mounted)
نصب روی دیوار (Wall Mounted)
انواع روغن خنک به دلیل وزن زیاد روغن، معمولا بر روی زمین نصب می شوند.
4# سیستم های کنترل ترانس رکتیفایر
برای کنترل ولتاژ و جریان خروجی ترانس رکتیفایر چندین سیستم مورد استفاده قرار می گیرد.

1-4# پله ای (Step Control/Tap Changer)
در سیم پیچ ثانویه ترانسفورمر تپ های مختلفی در نظر گرفته می شوند.
این تپ ها از تعداد دورهای متفاوتی از سیم پیچ ثانویه گرفته شده اند بنابراین ولتاژ های مختلفی دارند.

2-4# واریاکی (Regavolt/Variac)

با استفاده از یک ولوم ولتاژ خروجی به طور پیوسته قابل تغییر است.
اما اگر با گذشت زمان مقاومت مدار حفاظت کاتدی تغییر کند،
با فرض ولتاژ ثابت جریان نیز تغییر خواهد کرد.
بنابراین این سیستم های کنترل قادر به تنظیم جریان خروجی نیستند.
این سیستم ها را اصطلاحا ولتاژ ثابت می نامند

 

3-4# تریستوری (Thyristor)
با استفاده از تریستورها یا یکسوساز های قابل کنترل سیلیکونی (SCR)، می توان یکسو کنندگی و در نتیجه جریان خروجی را کنترل کرد.
این سیستم ها ولتاژ و جریان ثابت هستند.
4-4# اتوماتیک (Automatic Control/Smart)
این سیستم پتانسیل سازه را (نسبت به یک الکترود مرجع) قرائت و آن را با بازه تعریف شده از قبل مقایسه می کند.
در نتیجه ولتاژ  و جریان خروجی را به نحوی تنظیم می کند که پتانسیل سازه در بازه مورد نظر قرار بگیرد.
این سیستم ها ولتاژ، جریان و پتانسیل (یا هافسل) ثابت هستند.
همانطور که از شکل مشخص است با استفاده از یک سیستم کنترل الکترونیکی که پتانسیل سازه و الکترود مرجع را در اختیار دارد می توان خروجی ترانس را کنترل کرد.
این کار را می توان با یک راکتور تنظیم پذیر که بین ثانویه ترانسفورمر و بخش یکسوساز قرار می گیرد.
5-4# کنترل از راه دور

در این سیستم ها می توان از اتاق کنترل اطلاعات مربوط به ترانس را دریافت کرد و
یا به منظور عملکرد بهتر دستورات لازم را ارسال کرد.

از مزایای این سیستم ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.
پایش و ثبت اطلاعات T/R (ورودی و خروجی ولتاژ و جریان)
پایش و ثبت اطلاعات CP (پتانسیل سازه به الکترولیت)
ذخیره سازی و تهیه آرشیو و تاریخچه از اطلاعات
ایجاد آلارم در صورت بروز اشکال
مشاهده تصویری اطلاعات بر موبایل یا لپتاپ
گزارش گیری راحت از راه دور
کنترل دستی ولتاژ و جریان از راه دور
خاموش و روشن کردن یا قطع و وصل ترانس رکتیفایر

کنترل و همگام سازی چندین سیستم حفاظت کاتدی با هم

6-4# سوئیچینگ رکتیفایر
این سیستم ها از ترانس استفاده نمی کنند و بنابراین ترانس رکتیفایر نیستند.
اما به جهت کاربرد مشابه ترانس رکتیفایر ها در اینجا آورده شده است.
یک سوئیچ حالت جامد با تولید یک سری پالس های DC فرکانس بالا (kHz50-500) و تنظیم زمان پالس، خروجی DC مورد نیاز را تولید می کند.
این رکتیفایرها مزایای زیر را نسبت به ترانس رکتیفایرها دارند.
وزن کم و سایز کوچک
ولتاژ و جریان خروجی قابل تنظیم
ویژگی محدودیت جریان
قابلیت ارتقاء برد الکترونیکی برای کنترل از راه دور
راندمان بسیار بالا در خروجی کم
ولتاژ یکنواخت و با ریپل کم در خروجی

از معایب آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

دستیابی دشوار به توان خروجی بالا
منبع نویزهای فرکانس بالا (EMI/RFI)
تعمیر ماژول داخلی امکان پذیر نیست

 

5# نحوه عملکرد ترانس رکتیفایر تک فاز

به منظور حفاظت از خط لوله به یک ولتاژ DC نیاز داریم.
بنابراین باید به نحوی ولتاژ سینوسی برق ac را DC کنیم.
یعنی موج سینوسی حول صفر به یک خط صاف در ولتاژ مورد نظر برای حفاظت (مثلا 75 ولت) منتقل شود.
این کار طی چند مرحله زیر انجام خواهد شد:

در مرحله اول برای کاهش ولتاژ به ولتاژ مورد نظر، از یک ترانس ولتاژ با دو سیم پیچ اولیه و ثانویه استفاده می کنیم.
سیم پیچ های اولیه و ثانویه باید به گونه ای در نظر گرفته شوند که
قابلیت عبور جریان مورد نظر و تحمل ولتاژ های ورودی و خروجی را داشته باشند.
کافی است یک سر ولتاژ ac خروجی ترانس از دیود عبور کند تا
نیم سیکل منفی حذف و فقط نیم سیکل مثبت باقی بماند.
با ستفاده از یک پل یکسو ساز شامل 4 دیود، می توان نیم سیکل های منفی را نیز به بالای محور و قسمت مثبت انتقال داد.

با موازی کردن یک خازن در خروجی (موازی با بار) از صفر تا قله هر نیم سیکل خازن شارژ می شود و
از قله تا صفر شدن نیم سیکل خازن به مرور تخلیه  می شود.
اما اتصال موازی یک خازن در خروجی موجب تغییرات ناگهانی جریان خواهد شد.
به همین دلیل قبل از خازن، از یک سلف سری استفاده می کنیم.

این ساده ترین مداری است که قابلیت تولید خروجی DC از ورودی ac را دارد.
برای ترانس رکتفایر های سه فاز نیز مدار هر فاز مشابه مدار بررسی شده برای حالت تک فاز است.
در این مقاله با اجزای سیستم حفاظت کاتدی، انواع منابع تزریق جریان، انواع دسته بندی ها و اجزای داخلی ترانس رکتیفایر، سیستم های کنترل و نحوه عملکرد آن آشنا شدیم.

[e-mail]

#مهندسی برق #حفاظت کاتدی #cothodic protection #طراحی پروژه شرکت نفت