מהו שנאי כוח וכיצד הוא עובד?

בחלק מהמאמרים הקודמים דנו על יסודות השנאי וסוגיו השונים. אחד השנאים החשובים והנפוצים בשימוש הוא שנאי כוח. משתמשים בו באופן נרחב להגברת המתח ולהגדלתו בתחנת ייצור החשמל ותחנת ההפצה (או תחנת המשנה) בהתאמה.

לדוגמה, שקול את דיאגרמת הגוש המוצגת לעיל. כאן משתמשים בשנאי כוח פעמיים תוך כדי אספקת חשמל לצרכן שנמצא הרחק מתחנת הייצור.

• הפעם הראשונה היא בתחנת ייצור החשמל להגביר את המתח שנוצר על ידי מחולל הרוחות.
• השני נמצא בתחנת ההפצה (או בתחנת המשנה) להנמיך את המתח המתקבל בקצה קו ההולכה.

אובדן כוח בקווי הילוכים

ישנן סיבות רבות לשימוש בשנאי כוח במערכות חשמל. אך אחת הסיבות החשובות והפשוטות ביותר לשימוש בשנאי הכוח היא הפחתת הפסדי הספק במהלך העברת חשמל.

עכשיו בואו נראה כיצד מפסיד כוח מופחת במידה ניכרת באמצעות שנאי כוח:

ראשית, משוואת אובדן הכוח P = I * I * R.

כאן אני = זרם דרך המוליך ו- R = התנגדות של מוליך.

לכן, אובדן הכוח הוא ביחס ישר לריבוע הזרם הזורם דרך המוליך או קו ההולכה. אז הורידו את גודל הזרם העובר דרך המוליך פחותו את הפסדי הכוח.

כיצד ננצל תיאוריה זו מוסבר להלן:

• אמור מתח התחלתי = 100 וולט ועומס שואב = 5A והספק = 500 וואט. ואז קווי העברה כאן צריכים לשאת זרם בעוצמה 5A ממקור לטעינה. אבל אם מגבירים את המתח בשלב הראשוני ל -1000 וולט אז קווי העברה צריכים רק לשאת 0.5A כדי לספק את אותו הספק של 500 וואט.
• לכן, נגדיל את המתח בתחילת קו ההולכה באמצעות שנאי כוח ונשתמש בשנאי כוח אחר כדי להנמיך את המתח בסוף קו ההולכה.
• עם הגדרה זו, גודל זרימת הזרם דרך קו ההולכה של 100 + קילומטר מצטמצם במידה ניכרת ובכך מפחית את אובדן הכוח במהלך השידור.

ההבדל בין שנאי כוח לשנאי הפצה

• שנאי הכוח מופעל בדרך כלל בעומס מלא מכיוון שהוא מתוכנן ליעילות גבוהה בעומס של 100%. מצד שני, לשנאי ההפצה יעילות גבוהה כאשר העומס נשאר בין 50% ל -70%. לכן, שנאי הפצה אינם מתאימים לפעול בעומס של 100% ברציפות.
• מכיוון שנאי הספק מוביל למתחים גבוהים במהלך העלייה והדרגה, לפיתולים יש בידוד גבוה בהשוואה לשנאי הפצה ושנאי מכשיר.
• מכיוון שהם משתמשים בבידוד ברמה גבוהה, הם מגושמים מאוד וגם כבדים מאוד.
• מכיוון ששנאי כוח בדרך כלל אינם מחוברים ישירות לבתים, הם חווים פחות תנודות עומס, ואילו מצד שני שנאי התפלגות חווים תנודות עומס כבדות.
• אלה נטענים במלואם במשך 24 שעות ביממה, ולכן הפסדי נחושת וברזל מתרחשים לאורך כל היום והם נשארים זהים מאוד לאורך כל הזמן.
• צפיפות השטף בשנאי הכוח גבוהה יותר משנאי ההפצה.

עקרון עבודה של שנאי כוח

שנאי כוח פועל על פי העיקרון של 'חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי'. זהו החוק הבסיסי של אלקטרומגנטיות המסביר את עקרון העבודה של משרנים, מנועים, גנרטורים ושנאים חשמליים.

החוק קובע ' כאשר מוליך סגור או מוליך מקוצר מתקרב לשדה מגנטי משתנה, נוצר הזרימה הנוכחית באותה לולאה סגורה' .

על מנת להבין את החוק טוב יותר, בואו נדון בו ביתר פירוט. ראשית, נבחן תרחיש להלן.

שקול מגנט קבוע ומוליך מתקרב זה לזה קודם.

• לאחר מכן המוליך מקצר בקירוב בשני קצותיו באמצעות חוט כמוצג באיור.
• במקרה זה לא תהיה זרימת זרם במוליך או בלולאה מכיוון שהשדה המגנטי החותך את הלולאה הוא נייח וכאמור בחוק, רק שדה מגנטי משתנה או משתנה יכול לכפות זרם בלולאה.
• כך שבמקרה הראשון של השדה המגנטי הנייח, תהיה זרימה אפסית בלולאת המוליך.

ואז השדה המגנטי החותך את הלולאה ממשיך להשתנות. מכיוון שקיים במקרה זה שדה מגנטי משתנה, החוקים של פאראדיי יופיעו ובכך נוכל לראות זרם זרם בלולאת המוליכים.

כפי שניתן לראות באיור, לאחר שהמגנט נע קדימה ואחורה אנו רואים זרם 'אני' זורם דרך המוליך והמעגל הסגור.

להחליף אותו במקורות שדה מגנטיים אחרים המשתנים כמו להלן.

• כעת משתמשים במקור מתח מתחלף ומוליך ליצירת שדה מגנטי משתנה.
• לאחר שלולאת המוליך התקרבה לטווח השדה המגנטי, אנו יכולים לראות EMF שנוצר על פני המוליך. בגלל EMF המושרה הזה, תהיה לנו זרם זרם 'אני'.
• גודל המתח המושרה פרופורציונאלי לעוצמת השדה אותה חווה הלולאה השנייה, כך שככל שעוצמת השדה המגנטי גבוהה יותר, כך זרימת הזרם במעגל הסגור גבוהה יותר.

למרות שניתן להשתמש במנצח יחיד שהוקם כדי להבין את חוק פאראדיי. אך לקבלת ביצועים מעשיים טובים יותר, עדיף להשתמש בסליל משני הצדדים.

כאן, זרם חילופין זורם דרך הסליל הראשוני שיוצר את השדה המגנטי המשתנה סביב סלילי המוליכים. וכאשר הסליל 2 נכנס לטווח השדה המגנטי שנוצר על ידי הסליל 1 אז מתח EMF נוצר על פני הסליל 2 בגלל חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי. ובגלל המתח בסליל 2 זרם 'אני' זורם במעגל הסגור המשני.

עכשיו עליכם לזכור ששני הסלילים תלויים באוויר ולכן מדיום ההולכה המשמש את השדה המגנטי הוא אוויר. ולאוויר יש עמידות גבוהה יותר בהשוואה למתכות במקרה של הולכת שדה מגנטי, כך שאם אנו משתמשים בליבת מתכת או פריט כדי לשמש כמדיום לשדה אלקטרומגנטי, נוכל לחוות אינדוקציה אלקטרומגנטית בצורה יסודית יותר.

אז בואו נחליף את המדיום האוויר במדיום הברזל להבנה נוספת.

כפי שמוצג באיור אנו יכולים להשתמש בברזל או בליבת פריט כדי להפחית את אובדן השטף המגנטי במהלך העברת הכוח מסליל אחד לסליל אחר. במהלך תקופה זו השטף המגנטי שדלף לאטמוספירה יהיה נמוך בהרבה מהזמן בו השתמשנו במדיום אוויר כליבה הוא מוליך טוב מאוד של השדה המגנטי.

ברגע שהשדה נוצר על ידי סליל 1 הוא יזרום דרך ליבת הברזל המגיעה אל הסליל 2 ובגלל החוק הנוכחי סליל 2 מייצר EMF אשר יוקרא על ידי הגלוונומטר המחובר על פני סליל 2.

כעת אם תצפה בזהירות תמצא התקנה זו דומה לשנאי חד פאזי. וכן, כל שנאי הקיים כיום עובד על אותו עיקרון.

עכשיו נבחן את הבנייה הפשוטה של השנאי התלת-פאזי.

שנאי תלת פאזי

• שלד השנאי מתוכנן על ידי הצבת יריעות מתכת למינציה המשמשות לנשיאת שטף מגנטי. בתרשים, ניתן לראות שהשלד צבוע באפור. השלד כולל שלושה עמודים עליהם מתפתלים פיתולים של שלושה שלבים.
• סלילה במתח התחתון נפתלת תחילה והיא מתפתלת קרוב יותר לליבה ואילו סלילה במתח גבוה נפתלת על גבי סלילה במתח התחתון. זכור, שני הפיתולים מופרדים על ידי שכבת בידוד.
• כאן כל עמודה מייצגת שלב אחד, ולכן עבור שלוש עמודות יש לנו סלילה תלת פאזית.
• כל מערך השלד והסלילה הזה טובל במיכל אטום מלא בשמן תעשייתי למוליכות חום ובידוד טובים יותר.
• לאחר ההתפתלות הובאו מסופי הקצה של כל ששת הסלילים מהמיכל האטום דרך מבודד HV.
• המסופים מקובעים במרחק בינוני זה מזה כדי למנוע קפיצות ניצוץ.

תכונות של שנאי כוח

כוח מדורג	3 MVA עד 200 MVA
מתח ראשוני בדרך כלל	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 קילו וולט
מתח משני בדרך כלל	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 kV או מפרט מותאם אישית
שלבים	שנאים בודדים או תלת פאזיים
תדירות דורג	50 או 60 הרץ
הַקָשָׁה	מחליפי ברז בעומס או בעומס
עליה בטמפרטורות	60 / 65C או מפרט מותאם אישית
סוג קירור	ONAN (שמן טבעי טבעי טבעי) או סוגים אחרים של קירור כגון KNAN (מקסימום 33kV) על פי בקשה
רדיאטורים	לוחות רדיאטור קירור המותקנים על טנק
קבוצות וקטוריות	Dyn11 או כל קבוצת וקטורים אחרת בהתאם לחברת החשמל 60076
ויסות מתח	באמצעות מחליף ברז בעומס (עם ממסר AVR כסטנדרט)
מסופי HV ו- LV	סוג תיבת כבל אוויר (מקסימום 33kV) או תותבים פתוחים
התקנות	בתוך הבית או בחוץ
רמת קול	לפי ENATS 35 או NEMA TR1

יישומים של העברת כוח

• שנאי הכוח משמש בעיקר לייצור חשמל חשמלי ובתחנות הפצה.
• הוא משמש גם בשנאי בידוד, שנאי הארקה, שישה שנאי דופק ומיישרים דופק, שנאי שמש סולאריים, שנאי חוות רוח ובמתנע אוטומטי של קורנדורפר.
• הוא משמש להפחתת הפסדי כוח במהלך העברת חשמל.
• הוא משמש לעלייה במתח גבוה ובירידה במתח גבוה.
• זה עדיף במקרים צרכניים למרחקים ארוכים.
• ומועדף במקרים בהם עומס פועל בקיבולת מלאה 24x7.