مدلسازی دقیق حالت های گذرای ترانسفورماتور توزیع در برابر موج ولتاژ صاعقه (با استفاده از روش مُودال)

ترانسفورماتورها به عنوان تجهیزاتی اساسی كه نقشی تعیین کننده در انتقال انرژي الكتريكي در شبکه های الکتریکی بر عهده دارند، بتدریج با گذشت سالیان متمادي، توسط طراحان ماشینهای الکتریکی تكامل ساختاری داشته اند. از جمله مهمترين دسته از خانواده ترانسفورماتورها، ترانسفورماتورهاي توزيع می باشند، كه به تعداد فراوانی در شبكه‌‌‌هاي توزيع و فوق توزيع مورد بهره برداری قرار مي‌گيرند و خروج آنها از شبکه به هر دلیلی که باشد باعث ایجاد اختلال در کار شبکه و تعمیر و تعویض و راه اندازی مجدد آنها مستلزم صرف هزینه و سپری شدن زمان زیاد و نهایتا موجب ضررهای اقتصادی برای بارهای حسّاس و محتاج به قابلیت اعتماد بالا می گردد. جهت بررسی رفتار داخل ترانسفورماتور و نیز اثرات حضور ترانسفورماتور در شبکه ی قدرت در کنار سایر المان ها در هنگام بروز حالت های گذرا، مدل های بسیار متنوعی با اهداف گوناگون پیشنهاد شده اند. از جمله این مقاصد بررسی اضافه ولتاژهای بوجود آمده در ترانسفورماتورها در اثر بروز امواج صاعقه می باشد. لذا بررسی حالت های گذرای الکترومغناطیسی ترانسفورماتور توزیع برای تولیدکنندگان و همچنین مصرف کنندگان و طراحان شبکه هایی با قابلیت اطمینان بالا حائز اهمیت می باشد. با توجه به عملكرد مناسب ترانسفورماتورها در دوره بهره برداري، بايستي آنها در مقابل تمامي تنش ها، از جمله تنش هاي ضربه (صاعقه و سوئیچینگ)، مقاوم باشند. فلذا مطالعة حالت گذراي اين نوع تجهيزات داراي اهميت فراواني است. روش هاي موجود در تحليل حالت گذراي ترانسفورماتورها به دو دستة‌ مدلسازي فيزيكي و جعبه سياه تقسيم‌بندي مي‌شوند. با توجه به ماهيت ترانسفورماتورهاي توزيع، اين نوع ترانسفورماتورها نيازمند مدل هاي ساده‌تري نسبت به ترانسفورماتورهاي قدرت از نظر محاسباتي مي‌باشند. بنابراين برای مدل کردن آنها از روش هاي مدلسازي جعبه سياه، استفاده مي شود. در اين تحقیق سعي شده است كه يك نمونه مدل ساده، براي ترانسفورماتورهاي توزيع ارائه گردد كه قابلیت به کارگیری و استفاده در مطالعة حالت های گذرای فرکانس بالا (100 کیلوهرتز تا 3 مگاهرتز) ترانسفورماتور را داشته باشد. براي انجام اين كار، انجام يكسِري آزمايش ها اجتناب ناپذیر بوده و در اين پژوهش انجام شده است و كلية پارامترهاي مدل از جمله ظرفيت خازني، اندوكتانس، مقاومت و غیره (با توجه به روش های یاد شده در مراجع و منابع ذکر شده در آخر پژوهش) محاسبه شده است. مدل مربوطه قادر است مشخصه های اِمپدانسی و یا اَدمیتانسی دیده شده از ترمینال های ترانسفورماتور را تحت شرایط مختلف اتصالات ترمینال ها تا فرکانس تقریبا 3 مگاهرتز نشان دهد. به اضافه اینکه این مدل در نمایش مشخصه موج انتقالی (موج صاعقه) به طرف بار دارای توانمندی خوبی هست. میزان دقّت و اعتبار مدل پیشنهادی نیز با آزمایش یک ترانسفورماتور تک فاز (با اعمال شرایط مشابه موج ضربه) نشان داده شده است.