ترانسفورماتورهای خشک

در ژوئیه ۱۹۹۹، شركت ABB، یك ترانسفور ماتور فشار قوی خشك به نام “Dryformer “ ساخته است كه نیازی به روغن جهت خنك شدن بار به عنوان دی الكتریك ندارد.در این ترانسفورماتور به جای استفاده از هادیهای مسی با عایق كاغذی از كابل پلیمری خشك با هادی سیلندری استفاده می شود.

تكنولوژی كابل استفاده شده در این ترانسفورماتور قبلاً در ساخت یك ژنراترو فشار قوی به نام "Power Former"در شركتABB به كار گرفته شده است. نخستین نمونه از این ترانسفورماتور اكنون در نیروگاه هیدروالكترولیك “Lotte fors” واقع در مركز سوئد نصب شده كه انتظار می رود به دلیل نیاز روزافزون صنعت به ترانسفورماتور هایی كه ازایمنی بیشتری برخوردار باشند و با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری داشته باشند، با استقبال فراوانی روبرو گردد.

ایده ساخت ترانسفورماتور فاقد روغن در اواسط دهه ۹۰ مطرح شد. بررسی، طراحی و ساخت این ترانسفورماتور از بهار سال ۱۹۹۶ در شركت ABB شروع شد. ABB در این پروژه از همكاری چند شركت خدماتی برق از جمله Birka Kraft و Stora Enso نیز بر خوردار بوده است.

● تكنولوژی

ساخت ترانسفورماتور فشار قوی فاقد روغن در طول عمر یكصد ساله ترانسفورماتورها، یك انقلاب محسوبمی شود. ایده استفاده از كابل با عایق پلیمر پلی اتیلن (XLPE) به جای هادیهای مسی دارای عایق كاغذی از ذهن یك محقق ABB در سوئد به نام پرفسور “Mats lijon” تراوش كرده است.

تكنولوژی استفاده از كابل به جای هادیهای مسی دارای عایق كاغذی، نخستین بار در سال ۱۹۹۸ در یك ژنراتور فشار قوی به نام “ Power Former” ساخت ABB به كار گرفته شد. در این ژنراتور بر خلاف سابق كه از هادیهای شمشی ( مستطیلی ) در سیم پیچی استاتور استفاده می شد، از هادیهای گرد استفاده شده است.

همانطور كه از معادلات ماكسول استنباط می شود، هادیهای سیلندری ، توزیع میدان الكتریكی متقارنی دارند. بر این اساس ژنراتوری می توان ساخت كه برق را با سطح ولتاژ شبكه تولید كند بطوریكه نیاز به ترانسفورماتور افزاینده نباشد. در نتیجه این كار، تلفات الكتریكی به میزان ۳۰ در صد كاهش می یابد.

در یك كابل پلیمری فشار قوی، میدان الكتریكی در داخل كابل باقی می ماند و سطح كابل دارای پتانسیل زمین می باشد.در عین حال میدان مغناطیسی لازم برای كار ترانسفورماتور تحت تاثیر عایق كابل قرار نمی گیرد.در یك ترانسفورماتور خشك، استفاده از تكنولوژی كابل، امكانات تازه ای برای بهینه كردن طراحی میدان های الكتریكی و مغناطیسی، نیروهای مكانیكی و تنش های گرمایی فراهم كرده است.

در فرایند تحقیقات و ساخت ترانسفورماتور خشك در ABB، در مرحله نخست یك ترانسفورماتور آزمایشی تكفاز با ظرفیت ۱۰ مگا ولت آمپر طراحی و ساخته شد و در Ludivica در سوئد آزمایش گردید. “ Dry former” اكنون در سطح ولتاژ های از ۳۶ تا ۱۴۵ كیلو ولت و ظرفیت تا ۱۵۰ مگا ولت آمپر موجود است.

● نیروگاه مدرن Lotte fors

ترانسفورماتور خشك نصب شده در Lotte fors كه بصورت یك ترانسفورماتور – ژنراتور افزاینده عمل می كند ، دارای ظرفیت ۲۰ مگا ولت امپر بوده و با ولتاژ ۱۴۰ كیلو ولت كار می كند. این واحد در ژانویه سال ۲۰۰۰ راه اندازی گردید.

اگر چه نیروگاه Lotte fors نیروگاه كوچكی با قدرت ۱۳ مگاوات بوده و در قلب جنگلی در مركز سوئد قرار دارد اما به دلیل نوسازی مستمر، نیروگاه بسیار مدرنی شده است. در دهه ۸۰ میلادی ، توربین های مدرن قابل كنترل از راه دور در ان نصب شد و در سال ۱۹۹۶، كل سیستم كنترل آن نوسازی گردید. این نیروگاه اكنون كاملاً اتوماتیك بوده و از طریق ماهواره كنترل می شود.

● ویژگیهای ترانسفورماتور خشك

ترانسفورماتور خشك دارای ویژگیهای منحصر بفردی است از جمله:

۱) به روغن برای خنك شده با به عنوان عایق الكتریكی نیاز ندارد.

۲) سازگاری این نوع ترانسفورماتور با طبیعت و محیط زیست یكی از مهمترین ویژگی های آن است. به دلیل عدم وجود روغن، خطر آلودگی خاك و منابع آب زیر زمینی و همچنین احتراق وخطر آتش سورزی كم میشود.

۳) با حذف روغن و كنترل میدانهای الكتریكی كه در نتیجه آن خطر ترانسفور ماتور از نظر ایمنی افراد ومحیط زیست كاهش می یابد، امكانات تازه ای از نظر محل نصب ترانسفورماتور فراهم میشود.به این ترتیب امكانات نصب ترانسفورماتور خشك در نقاط شهری و جاهایی كه از نظر زیست محیطی حساس هستند،فراهم میشود.

۴) در ترانسفورماتور خشك به جای بوشینگ چینی در قسمتهای انتهایی از عایق سیسیكن را بر استفاده میشود.به این ترتیب خطر ترك خوردن چینی بوشینگ و نشت بخار روغن از بین میرود.

۵) كاهش مواد قابل اشتعال، نیاز به تجهیزات گسترده آتش نشانی كاهش میدهد. بنابراین از این دستگاهها در محیط های سر پوشیده و نواحی سرپوشیده شهری نیز می توان استفاده كرد.

۶) با حذف روغن در ترانسفورماتور خشك، نیاز به تانك های روغن، سنجه سطح روغن، آلارم گاز و ترمومتر روغن كاملاً از بین میرود.بنابراین كار نصب آسانتر شده و تنها شامل اتصال كابلها و نصب تجهیزات خنك كننده خواهد بود.

۷) از دیگر ویژگی های ترانسفورماتور خشك، كاهش تلفات الكتریكی است. یكی از راههای كاهش تلفات و بهینه كردن طراحی ترانسفورماتور، نزدیك كردن ترانسفورماتور به محل مصرف انرژی تا حد ممكن است تا از مزایای انتقال نیرو به قدر كافی بهره برداری شود. با بكار گیری ترانسفورماتور خشك این امر امكان پذیر است .

۸) اگر در پست، مشكل برق پیش آید، خطری متوجه عایق ترانسفورماتور نمی شود. زیرا منبع اصلی گرما یعنی تلفات در آن تولید نمی شود.بعلاوه چون هوا واسطه خنك شدن است و هوا هم مرتب تعویض و جابجا می شود، مشكلی از بابت خنك شدن ترانسفورماتور بروز نمی كند.

● نخستین تجربه نصب ترانسفورماتور خشك

ترانسفورماتورخشك برای اولین بار در اواخر سال ۱۹۹۹ در Lotte fors سوئد به آسانی نصب شده و از آن هنگام تاكنون به خوبی كار كرده است. در آینده اینزدیك دومین واحد ترانسفورماتور خشك ساخت ABB (Dry former ) در یك نیروگاه هیدروالكتریك در سوئد نصب می شود.

● چشم انداز آینده تكنولوژی ترانسفورماتور خشك

شركت ABB در حال توسعه ترانسفورماتور خشك Dryformer است. چند سال اول از آن در مراكز شهری و آن دسته از نواحی كه از نظر محیط زیست حساس هستند، بهره برداری می شود. تحقیقات فنی دیگری نیز در زمینه تپ چنجر خشك، بهبود ترمینال های كابل و سیستم های خنك كن در حال انجام است. در حال حاضر مهمترین كار ABB، توسعه و سازگار كردن Dryformer با نیاز مصرف كنندگان برای كار در شبكه و ایفای نقش مورد انتظار در پست هاست.

روشهاي کنترل کيفيت در آزمايشگاهها-بخش دوم : آزمون F

آزمـون F  براي مقايسه انحراف استانداردهاي دو روش اندازه گيري (آزمون دقت)

هدف از این آزمون مقایسه دقت (Precision) دو آزمایشگاه ، دو روش آزمون یا کالیبراسیون ، دو کاربر ، دو سیستم اندازه گیری (مجموعه ای متشکل از یک یا چند دستگاه اندازه گیری همراه با مجری ، شرایط محیطی و...) میباشد.

 اين آزمون مي تواند به دو منظور انجام گيرد:

1- آزمون اينکه آيا روش A از روش B (یا آزمایشگاه A از B ، کاربر A از کاربر B و... )بسياردقيق تر است (آزمون one -tailed)

2- آزمون اينکه آيا دقت روشهاي A و B (یا آزمایشگاههای A اوB ، کاربر های A و B و... )با هم تفاوت دارند ( آزمون two - tailed)

بنابراين اگر منظور از آزمون اين باشد که آيا يک روش کاليبراسيون جديد از يک روش کاليبراسيون استاندارد در حال استفاده بسيار دقيق‌تر است (يا برعکس)، بايستي از روش آزمون one –tailed استفاده کرد و اگر منظور اين باشد که آيا انحراف استانداردها بطور چشمگيري با هم اختلاف دارند، از روش آزمون two – tailed بايستي استفاده کرد.

بديهي است چون در آزمون t فرض بر يکسان بودن انحراف استانداردها مي‌باشد، آزمون two-tailed مي‌تواند اين فرض را بيازمايد و آن را صحه‌گذاري کند.

آزمون F ، نسبت واريانسهاي نمونه (Sample Variances ) حاصل از اندازه گيريهاي دو روش آزمون را مد نظر قرار مي‌دهد و به همین دلیل به این آزمون واریانس (پراش)نیز میگویند. درصورت کسر هميشه واريانس بزرگتر قرار مي گيرد تا هميشه آماره F ( در رابطه زير) بزرگتر يا مساوي 1 باشد:

F = s₁²/ s₂²  ≥1

که S₁  و S₂ بترتيب انحراف استاندارد هاي نمونه (تجربي) حاصل از اندازه گيريهاي مستقل طبق دو روش کاليبراسيون متفاوت است و از رابطه زیر بدست می ایند. (N تعداد آزمونها یا اندازه گیریهای مستقل است) 

در صورتيکه مقدارF نزديک 1 باشد، يکسان بودن انحراف استاندارهاي S₁ و  S₂  تائيد مي‌شود. اگر مقدار محاسبه آماره F از مقدار بحراني خاصي که از روي جدول F بدست مي آيد (F_crit) تجاوز نمايد، آنگاه فرض يکسان بودن انحراف استاندارهاي دو روش (S₁ وS₂) رد مي‌شود.  اين مقدار بحراني F_crit بستگي به تعداد تکرار اندازه‌گيريها (بعبارت بهتر تعداددرجات آزادي df₁=N₁-1و df₂=N₂-1)، همچنين سطح اطمينان مورد نظر( مثلاً 95% يا 99%)  و نوع آزمون  two – tailed و one –tailed دارد.

 

بعنوان قاعده کلي ميتوان برمبناي مقدار F محاسبه شده و مقدار بحراني آن (F_crit) اظهار نظر هاي زير را انجام داد:

 1- (F ≤ F_crit (df1 , df2 , P=95%

فرض يکسان بودن انحراف استانداردهاي دو روش فرض درستي است

 

2- (F > F_crit (df1 , df2 , P=95%

اختلاف فاحشي ( Significant ) بين انحراف استانداردهاي دو روش وجود دارد و يك روش از ديگري بسيار دقيق تر است(بالخصوص براي F>>1  مثلأ 4  و بيشتر)

 

نکته ) از این آزمون برای صحه گذاری روشها (Validation Method) نیز میتوان استفاده کرد .برای این منظور لازمست انحراف استاندارد یک روش موجود پذیرفته شده ، با انحراف استاندارد روش تحت صحه گذاری مقایسه شود.

نکته )  همجنین جدول زیر بریا آزمون F بصورت one-tailed بازای سطح اطمینان 95% تا 11 درجه آزادی در زیر آورده  شده است . برای بدست آوردن مقدار F_crit برای سایر درجات آزادی یا سایر سطوح اطمینان میتوانید به آدرس (لینک) زیر مراحعه کنید :

http://www.stattools.net/FTest_Tab.php

Critical Values of F for a one-tailed test & P=95%

df1	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
df2	P=95%
1	161.469	199.493	215.737	224.500	230.066	234.001	236.772	238.949	240.496	241.838	242.968
2	18.5128	18.9995	19.1642	19.2467	19.2969	19.3299	19.3536	19.3710	19.3852	19.3963	19.4043
3	10.1278	9.5522	9.2767	9.1173	9.0133	8.9408	8.8868	8.8452	8.8124	8.7857	8.7635
4	7.7087	6.9444	6.5915	6.3882	6.2561	6.1631	6.0943	6.0411	5.9988	5.9644	5.9359
5	6.6080	5.7861	5.4095	5.1922	5.0503	4.9503	4.8759	4.8184	4.7725	4.7350	4.7039
6	5.9874	5.1433	4.7570	4.5337	4.3874	4.2838	4.2067	4.1468	4.0990	4.0600	4.0275
7	5.5914	4.7374	4.3469	4.1204	3.9715	3.8660	3.7870	3.7257	3.6767	3.6366	3.6030
8	5.3177	4.4590	4.0662	3.8378	3.6875	3.5806	3.5004	3.4381	3.3881	3.3472	3.3130
9	5.1174	4.2565	3.8626	3.6331	3.4817	3.3738	3.2928	3.2296	3.1789	3.1373	3.1025
10	4.9647	4.1028	3.7083	3.4781	3.3258	3.2171	3.1355	3.0717	3.0204	2.9782	2.9429
11	4.8443	3.9823	3.5875	3.3567	3.2039	3.0946	3.0123	2.9480	2.8962	2.8536	2.8179

تكرار پذيري و تجديد پذيري معيارهائي براي كمي كردن دقت اندازه گيري

آزمايشگاها براي اطمينان از دقت (Precision) و مناسب بودن وضعيت عوامل تأثير گذار تصادفي و پراكندگي مناسب نتايج اندازه گيريهاي خود در طول زمان كاري و همچنين اختلاف قابل قبول نتايج حاصل از استفاده از روشها ، تجهيزات ، نفرات ، مكانها و همچنين زمانهاي كاري  مختلف نياز به كنترل تكرار پذيري و تجديد پذيري خود دارند . اينكار بسادگي با استفاده از تكرار مجدد (تجديد) يك آزمون قابل انجام است.

تكرار پذيري(Repeatability) و تجديد پذيري (Reproducibility) معيارهاي حدي براي بيان دقت (Precision) محسوب ميشوند و اين مطلب بروشني از تعريف آنها پيداست.

آماره هاي r و R بترتيب براي كمي كردن تكرار پذيري و تجديد پذيري استفاده ميشوند و بشرح زير تعريف ميشوند :

• تكرار پذيري (r) : مقداري است كه پيش بيني ميشود با يك احتمال معين (مثلأ 95%) ، قدرمطلق اختلاف بين دو نتيجه آزمون انفرادي حاصل از اندازه گيري برروي يك نمونه يكسان (ثابت) با روش اندازه گيري يكسان در شرائط مشابه (مجري يكسان ، دستگاه يكسان، آزمايشگاه يكسان و فاصله زماني كوتاه بين  آزمونها) از آن كوچكتر باشد.

|x₁-x₂|< r

r =t (p,v)SQRT(2) S_r

منظور از SQRT همان جذر ریشه دوم است.

• تجديد پذيري(R) : مقداري است كه پيش بيني ميشود با يك احتمال معين (مثلأ 95%) ، قدرمطلق اختلاف بين دو نتيجه آزمون انفرادي حاصل از اندازه گيري برروي يك نمونه يكسان (ثابت) با روش اندازه گيري يكسان تحت شرائط متفاوت (مجريان متفاوت ، دستگاههاي متفاوت يكسان، آزمايشگاههاي متفاوت و يا زمانهاي متفاوت) از آن كوچكتر باشد.

|x₁-x₂|< R

R =t (p,v)SQRT(2) S_R

در روابط فوق ضريب t با توجه به سطح اطمينان p و تعداد درجات آزاديn=n-1  و با مراجعه به جدول توزيع t تعيين ميشود و S_r و S_R بترتيب انحراف استانداردهاي تكرار پذيري و تجديد پذيري روش آزمون هستند كه يا معلوم هستند و يا معمولاأ ازرابطه زير  (انحراف استاندارد نمونه) برآورد ميشوند:

توجه : درصورتيكه اختلاف دو نتيجه آزمون در شرائط تكرار پذير (يا تجديد پذير ) كمتر از r (يا R) باشد ، بيانگر مناسب بودن نتايج و اطمينان بخش بودن آنهاست.