ترانسفورماتورهای ابررسانا

ترانسفورماتورها یكی از مهمترین عناصر شبكه های انتقال و توزیع هستند . در ترانسفورماتورها انرژی الكتریكی در مس سیم پیچها ، آهن هسته ، تانك ترانس و سازه های نگهدارنده بصورت حرارت تلف می شود.
حتی در زمانیكه ترانسفورماتور بدون بار است ، در هسته تلفات بی باری (NLL) بوجود می آید. در نتیجه مطالعات و بررسیهای انجام شده ، در ۵۰ ساله اخیر محققان موفق شده اند با صرف هزینه ای دو برابر برای هسته ، تلفات بی باری را به یك سوم كاهش دهند. اخیراً با جایگزینی فلزات بیشكل و غیر بلوری (Amorphous) بجای آهن سیلیكونی درهسته ترانسفورماتورهای توزیع با قدرت نامی كوچكتر از ۱۰۰ KVA ، تلفات بی باری باز هم كاهش یافته است .
این كار هنوز در مورد ترانسفورماتورهای بزرگ با قدرت نامی بزرگتر از ۵۰۰KVA انجام نشده است . اگرچه برای هر ترانسفورماتور ، ۱ درصد توان نامی آن بعنــوانتوان تلفـاتی در نظر گرفتـه می شود، اما باید توجه داشت كه آزاد سازی بخش كوچكی از این تلفات در طول عمر ترانسفورماتور صرفه جوئی كلانی به همراه خواهد داشت .
در ترانسفورماتورهای قدرت معمول ، تقریباً ۸۰% از كل تلفات ، مربوط به تلفات بارداری ترانسفورماتور (LL) است كه از این ۸۰% ، سهم تلفات اهمی سیم پیچها ۸۰ % بوده و ۲۰ % دیگر مربوط به تلفات ناشی از جریانهای فوكو و شارهای پراكنده است .
لذا تلاشهای زیادی جهت كاهش تلفات بارداری صورت می گیرد. در ابررساناها بعلت عدم وجود مقاومت اهمی در برابر جریان d c تلفات اهمی برابر با صفر است . لذا با استفاده از ابررساناها در ترانسفورماتورها، تلفات كل ترانسفورماتور، كاهش قابل ملاحظه ای خواهد یافت.
در مقابل جریان ac ، در ابر رساناها تلفاتی از نوع تلفات فوكو رخ می دهد. گرمای بوجود آمده از این تلفات باید با استفاده از سیستم های خنك كننده دفع گردد.بررسیهای بعمل آمده حاكی از آن است كه ترانسفورماتورهای ابررسانا با قدرت ۱۰ MVA و بالاتر عملكرد نسبتا بهتری داشته و نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی قیمت پایینتری خواهند داشت .
تلاشهایی كه جهت توسعه ترانسفورماتورهای ابررسانا انجام می گیرد صرفاً بخاطر مسایل اقتصادی و كاهش هزینه كل نیست. یكی دیگر از دلایل طرح این مبحث آنست كه در مراكز پر تراكم شهری، رشد مصرف ۲ درصدی (سالیانه ) به معنی نیاز به ارتقاء ظرفیت سیستم های موجود است . از طرفی بسیاری ازپستهای توزیع بصورت سرپوشیده (Indoor) بوده و در كنار ساختمانها نصب شده اند.
در این نوع پست ها همانند دیگر پستهای توزیع از ترانسهای روغنی استفاده میشود كه استفاده از روغن مشكلات و خطرات زیست محیطی و ایمنی مربوط به خود را دارد. در حالیكه در ترانسفورماتورهای ابررسانا، ماده خنك كننده نیتروژن است كه خطری برای افراد و موجودات زنده نداشته ، بعلاوه ، خطر آتش سوزی نیز وجود ندارد.
بهمین لحاظ خنك كننده مورد استفاده در ترانسفورماتورهای ابررسانا به هیچ عنوان قابل مقایسه با روغنهای قابل اشتعال و مواد شیمیایی همچون PCB نیست.
توجه جدی به ترانسفورماتورهای ابررسانا از زمان شناخت ابررساناهای دمای پایین LTS ( اعم از Nb-Ti و Nb۳-Sn ) از اوایل دهه ۱۹۶۰ ، آغاز شد. مطالعاتی كه در آن زمان بر روی این ترانسفورماتورها انجام شد ، نشان داد كه جهت بهره برداری از این ترانسفورماتورها، باید آنها را در دمای ۴ .۲K نگه داشت كه انجام چنین كاری اقتصادی نیست .
بهمین دلیل گامها بسوی كشف موادی با قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر ، برداشته شد. در اواسط دهه ۱۹۷۰ ، شركت Westing House ، طرح یك ترانسفورماتور نیروگاهی ۵۵۰/۲۲kv , ۱۰۰۰MVA را مورد مطالعهقرار داد و به این نتیجه رسید كه مشكلاتی از قبیل انتقال جریان ، عملكرد فوق جریان (Overcurrent) و حفاظت همچنان وجود خواهند داشت .

منبع : بانک اطلاعات مهندسی برق