Doğal soğutmalı silindirik sargılı dağıtım transformatörlerinin ömür hesabında en sıcak nokta sıcaklığı hesabının geliştirilmesi
Development of a hot-spot temperature calculation for life estimation of a natural cooling cylindirical winding distribution transformers
- Tez No: 442530
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM ŞENOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 157
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.
Özet (Çeviri)
Transformers are one of the most important and high cost components in energy transmission with an approximately 30 years expected life time. Faults which may occur in the active part which includes the core and the windings of a transformer can only be repaired in the manufacturer's facilities. Therefore the repair time is extremely long and also the winding renewal is not cost effective. Life time estimations of transformers can be achieved with the help of developed algorithms by online tracking of the variations in specific transformer parameters. The online monitoring of the specific parameters of the power transformers and processing these parameters using specifically developed algorithms will help the power transformer to last for the expected service life. This will also help to foresee the possible failures and take the necessary measures, thus preventing these particular failures to occur. Thus, maintenance of the transformer is done before the fault occurs by this way higher expenses prevented. For this purpose so many types of transformer monitoring systems are developed by the manufacturers. All the common points of this mentioned monitoring systems are; they store the specific transformer parameters in periodic time intervals, process them with appropriate algorithms and calculate the life time of the transformer by this way. The hot-spot temperature is the most important parameter for the life time calculations. Hot-spot temperature; which is a function of oil temperature and the heat generated as a result of joule losses and eddy current, is the temperature of the hottest point in the windings. In the windings hot-spot is the point where the highest stress occurs. In other word mechanical load bearing capacity of natural cellulose based insulation material is a function of heat and it is logarithmically decreasing with the increasing temperature. This is defined in International Electrotechnical Commission standards as“If, the load bearing capacity of an insulation material decreases to half of the load bearing capacity of the unused insulation material, it indicates that the material is completely aged and its service life is expired”. As a result of tests and analysis several empirical formulas are defined in standards for several kinds of materials. Thus, life time of transformers can be estimated by accurate estimation of hot-spot temperature. In this dissertation; first of all on of the most commonly used transformer monitoring system in Turkey is investigated in detail. For this purpose an experimental set up is prepared to determine the algorithm that used in hot-spot temperature calculations and several tests for several conditions are done. In the second part drawings of a 1.5 MVA distribution transformer is prepared and also it is simulated and manufactured. Fiber optic temperature sensors are located into critical points where the hot-spot temperature can be observed according to finite element analysis. After routine tests are done, the variation of the transformer temperature is observed for several loading conditions in the tests based on total losses and nominal current values. In the last stage; the life time calculation used in transformer monitoring systems is improved by the correction of hot-spot temperature by using additional algorithms generated from the experimental results. As a result significant variance is determined between the values of hot-spot temperature measured from experimental results and calculated by using the algorithm in International Electrotechnical Commission standards that are commonly used in transformer monitoring systems. This mentioned variance causes an error in life time calculations up to 50%. More accurate life time calculations are done by reducing the error up to 0.8% percent with the help of developed algorithms.
Benzer Tezler
- Monokristalin yapılı PV/T sistemde kolektif soğutma uygulaması ve nanoakışkan kullanımının PV panel verimine etkilerinin deneysel ve matematiksel analizi
Experimental and mathematical analysis of the effects of collective cooling application and nanofluid use on PV panel efficiency in a monocrystalline PV/T system
AHMET AYDIN
- UO2 yakıt peletlerinin reaktör şartlarında termal ve mikro yapı özelliklerinin incelenmesi ve sıcaklık dağılımının sınır eleman yöntemiyle hesaplanması
Study on thermal and micro structure properties of UO2 fuel pellet in reactor conditions and calculation of its temperature distribution by boundary element method
FERHAN CAN
Doktora
Türkçe
2000
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASBİ YAVUZ
- Asenkron motorun ısıl modellemesi ve hava aralığındaki akışın ısınma üzerine etkisinin araştırılması
Thermal modelling of induction motor and investigation of air gap flow effect on temperature rise
HALİL NACİ TOP
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. HAKAN ÖKSÜZOĞLU
- An experimental study on the performance of an adsorption cooling system and the numerical analysis of its adsorbent bed
Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin performansı üzerinde deneysel bir çalışma ve sistemin adsorban yatağının sayısal analizi
İSMAİL SOLMUŞ
Doktora
İngilizce
2011
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. CEMİL YAMALI
PROF. DR. BİLGİN KAFTANOĞLU
- Investigation on performance of combined annular and longitudinal rectangular fins on a horizontal cylinder in free convection
Yatay sı̇lı̇ndı̇r üzerı̇ndekı̇ bütünleşik dairesel ve uzunlamasına dı̇kdörtgen kanatçıkların performansının doğal taşınımda ı̇ncelenmesı̇
ELYAS SALAMATBAKHSH
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR BAYER