Doğal Soğutmalı Silindirik Sargılı Dağıtım Transformatörlerinin Ömür Hesabında En Sıcak Nokta Sıcaklığı Hesabının Geliştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Ahmet Yiğit ARABUL
Danışman: İbrahim Şenol
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Transformatörler enerji iletim hatlarında kullanılan en önemli ve yüksek maliyetli elemanlardan biri olup beklenen işletme ömürleri ortalama 30 senedir. Ancak, çekirdek ve sargıları barındıran aktif kısımda arızalar meydana gelmesi halinde, transformatörün tamiri ancak üretici tesislerinde gerçekleştirilebilmektedir. Dolayısıyla arızanın giderilmesi uzun sürmekte bununla birlikte sargı değişimi de gerekeceği için ekonomik olmamaktadır. Transformatörlerin, belirli parametrelerindeki değişimler çevrimiçi takip edilerek, geliştirilen algoritmalar yardımı ile ömür tahminleri gerçekleştirilebilmektedir. Bu sayede oluşabilecek arızalardan önce transformatöre müdahale edilerek ciddi ekonomik kayıpların önüne geçilebilmektedir. Bu amaçla transformatör üreticileri tarafından birçok izleme sistemi geliştirilmiştir. Bu izleme sistemlerinin ortak yanı, transformatörün çalışması esnasında bazı parametreleri belirli zaman aralıklarında toplaması, uygun algoritmalar vasıtası ile işleyebilmesi ve transformatör ömrünü hesaplayabilmeleridir. Transformatör ömür hesabı yapılırken en önemli parametre en sıcak nokta sıcaklığıdır. En sıcak nokta sıcaklığı, sargı üzerinde joule kayıpları ve girdap akımları neticesinde oluşan ısının ve yağ sıcaklığının bir fonksiyonu olup sargı üzerindeki en yüksek sıcaklığı tarif etmektedir. En sıcak nokta yalıtım malzemesinin en çok zorlandığı yerdir. Bir başka deyişle transformatörlerde kullanılan doğal selüloz bazlı yalıtım malzemesinin mekanik yük taşıma kapasitesi sıcaklığın bir fonksiyonudur ve artan sıcaklık ile yük taşıma kapasitesi logaritmik olarak azalmaktadır. Bu durum International Electrotechnical Commission standartlarında "Eğer bir yalıtım malzemesinin yük taşıma kapasitesi, sıcaklığın beraberinde getirdiği yaşlanma etkileri neticesinde, başlangıçtaki yük taşıma kapasitesinin yarısına düşerse malzeme tamamen yaşlanmış ve ömrünü tamamlamıştır." şeklinde ifade edilmiştir. Yapılan testler ve gözlemler neticesinde çeşitli yalıtım malzemeleri için ampirik formüller oluşturulmuş ve standartlarda tanımlanmıştır. Dolayısıyla, en sıcak nokta sıcaklığının doğru tahmin edilebilmesi ile transformatör ömrü hesaplanabilmektedir. Gerçekleştirilen tez çalışmasında; ilk olarak ülkemizde en çok kullanılan transformatör izleme sistemlerinden bir tanesinin çalışması detaylı olarak incelenmiştir. Bu amaçla en sıcak nokta sıcaklığı hesaplanmalarında kullanılan algoritmanın tespiti için bir deney düzeneği hazırlanmış ve farklı koşullar için testler yapılmıştır. Tezin ikinci aşamasında ise 1,5 MVA'lık bir dağıtım transformatörüne ait detaylı çizimler hazırlanarak bu transformatörün benzetim çalışmaları ve imalatı yapılmıştır. Sonlu elemanlar analiz yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilen benzetim çalışmaları sonucunda transformatöre ait en sıcak nokta sıcaklığının oluşabileceği kritik noktalar belirlenerek bu noktalara fiber optik sıcaklık sensörleri yerleştirilmiştir. Transformatöre ait genel testler yapıldıktan sonra; transformatörün sıcaklık değişimi, toplam kayıp ve nominal akım baz alınarak farklı yüklenme koşullarına göre incelenmiştir. Son olarak ise, elde edilen veriler doğrultusunda test edilen transformatör için en sıcak nokta sıcaklığı ek algoritmalar ile düzeltilerek, izleme sistemlerinde kullanılan ömür kaybı hesapları iyileştirilmiştir. Sonuç olarak gerçekleştirilen testlerde, ölçülen gerçek değerler ile transformatör izleme sistemlerinde kullanılan International Electrotechnical Commission standartlarındaki en sıcak nokta sıcaklığı hesaplama yöntemi arasında kayda değer farklar olduğu tespit edilmiştir. Bahsi geçen bu fark ömür tahmininde %50'ye ulaşan hatalara sebep olmaktadır. Geliştirilen algoritmalar ile bu oran %0,8'e kadar düşürülerek çok daha doğru ömür tahmini yapılmasına olanak sağlamıştır.