Geri Dön

Yüksek gerilim model transformatöründe frekansa bağlı kayıp katsayısının yalıtkanlık analizi

Insulation analysis of frequency-dependent dissipation factor in high voltage model transformer

PDF İndir

  1. Tez No: 540809
  2. Yazar: ONUR KAYA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ŞÜKRAN EMEL ÖNAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 111

Özet

Güç trafolarının günümüz enerji dünyasında büyük bir öneme sahip olduğu bilinmektedir. Bu cihazlar oldukça pahalı olmasının dışında sürekli bakıma ihtiyaç duyan elektrik ekipmanlarından biridir. En çok bakıma ihtiyaç duyulan kısmı ise şüphesiz yalıtım sistemleridir. Yağlı kağıt yalıtım sistemleri normal çalışma esnasında bile bozulabilmektedir. Eğer bu bozulmalar zamanında fark edilemezse beklenmeyen arızalar ve plansız elektrik kesintisi gibi durumların dışında, yangın gibi felakete de yol açabilir. Günümüzde hâlâ kullanılmakta olan çok sayıda eskimiş trafo vardır. Eğer bu trafolar çalışabilecek durumdalarsa ömürlerinin uzatılması ve çalışmaya devam etmelerinin sağlanması maliyet açısından önemlidir. Bunu yapmanın yolu da trafonun izolasyon kalitesini arttırmaktan geçmektedir. Eğer biz trafonun izolasyon durumunu öğrenebilirsek, trafonun ömrü ile ilgili daha iyi bilgi sahibi olabiliriz. İşte bu yüzden trafoların yalıtım durumunu öğrenebilmek için bazı yöntemler bulunmuştur(RVM, PDC). Bu yöntemlerin birbirlerine göre bazı avantajları ve dezavantajları olduğu tespit edilmiştir ve araştırmalara devam edilmiştir. En son olarak FDS(frekans alan spektroskopisi) yöntemi geliştirilmiştir. FDS yönteminin diğer iki yönteme göre üstünlükleri bulunmaktadır. Bu çalışmada genel anlamda trafo sargılarından, trafo arızalarından ve nedenlerinden, trafo korumalarından bahsedilmiştir. Bazı koruma cihazları tanıtılmıştır. Ayrıca yukarıda söylenen yöntemlerin avantajlarından ve dezavantajlarından karşılaştırmalı olarak bahsedilmiştir. Farklı yağ oranlarına sahip bir pancake model transformatör geliştirilmiştir. Bu pancake transformatörünün yağ oranları % 85 ila % 0 arasında değişiklik göstermektedir. FDS yöntemi ile pankek deney transformatöründe farklı yağ oranlarında kayıp faktörü ve güç faktörü ölçümleri alınmıştır. Bu ölçümler analiz edilmiştir. Pancake deney transformatöründe sabit gerilim altında, farklı frekanslarda kayıp faktörü, güç faktörü, imajiner(sanal) kapasite ve reel (gerçek) kapasite ölçümleri alınmıştır. Frekans ile kayıp faktörü, güç faktörü, imajiner (sanal) ve reel (gerçek) kapasite değişimleri analiz edilmiştir. Ayrıca nemin, sıcaklığın ve yaşlanmanın da kayıp faktörü ve güç faktörü üzerindeki etkileri yardımcı ölçütler ile değerlendirilmiştir. Frekans büyüklüğünün kayıp faktörünü değerlendirme açısından önemine vurgu yapılmıştır. Bununla birlikte kayıp faktörü ve güç faktörünün eşdeğer devre ve vektör diyagramı yardımıyla birbirleriyle ilişkisinden bahsedilmiştir. Bu iki olgunun düşük, orta ve yüksek frekanslarda davranışının nasıl olduğu bilinmelidir. FDS yöntemine hâkim olabilmek için bu iki olgunun anlaşılması çok önemlidir. Yapılan çalışmalarda FDS ile, yalıtım malzemesindeki bozulmanın tam olarak çevre koşulundan mı yoksa yalıtım bozulmasından mı kaynaklandığı ayırt edilebilmektedir. Deney sonuçları, sıcaklığın ve yaşlanmanın yalıtım malzeme üzerindeki etkisinin FDS sonuçlarını düşük frekanslarda etkilediği görülmüştür. Düşük frekanslarda yapılan çalışmalarda kayıp faktörü, güç faktörü, imajiner(sanal) kapasite ve reel(gerçek) kapasite değerlerinin ölçüm sıcaklığı ve yaşlanma süreleri ile birlikte doğru orantılı olarak arttığı görülmüştür. Ayrıca trafo yalıtımındaki yağ oranı azaldıkça imajiner(sanal) kapasite, reel(gerçek) kapasite ve kayıp faktörü değerlerinin de azaldıkları görülmektedir. Farklı gerilimler uygulanarak (50 V, 75 V, 100 V, 140 V) imajiner(sanal), reel(gerçek)kapasite ve kayıp faktörü değişimleri incelenmiştir. Kapasite eğrilerinin farklı gerilimler altında neredeyse aynı eğrilere sahip olduğu gözlenmiştir. Kayıp faktöründe ise gerilim arttıkça eğrilerin tepe değerlerinin daha yüksek frekanslarda olduğu görülmüştür. Aynı bağlantı noktası ve eşit gerilimler(140 V) altında farklı sargı yerlerinin ölçümleri alınıp grafikleri çizdirilmiştir. CL ve CH için kayıp faktörü, kapasite ve güç faktörü eğrilerinin benzerlik gösterdikleri söylenebilir. Kayıp faktörü ve güç faktörü 0.1 Hz seviyelerinde tepe noktasına ulaşmıştır. C1H1, C1H2, C1H3 için kayıp faktörü, kapasite ve güç faktörü eğrileri ile C2H1, C2H2, C2H3 eğrilerinin benzer oldukları söylenebilir. Fakat CHL için kayıp faktörü, kapasite ve güç faktörü eğrileri diğer durumlardan biraz ayrışmaktadır. CHL'de kayıp faktörü ve güç faktörünün tepe noktası yaklaşık olarak 0.1 Hz de, kapasitenin ise 0.001 Hz seviyelerinde gözükmektedir. Yapılan ölçümler ile tüm bağlantı şekillerinde (CH-B, DG-CH, E-DG ve F-E) ve tüm sargı yerlerinde(CHL, CH, CL, C1H1, C1H2, C1H3, C2H1, C2H2 ve C2H3) güç faktörü, kapasite ve kayıp faktörü eğrilerinin yüksek frekans aralığında birbirlerine çok yakın oldukları bulunmuştur. Ancak bu değerler düşük frekanslarda farklılık göstermişlerdir. Yani bizim için belirleyici olan düşük frekanslardır. Frekans alanı spektroskopisi (FDS), diğer yalıtım teşhis yöntemlerinden(RVM, PDC) daha az gürültülüdür ve transformatörün şeklinden bağımsızdır. Ayrıca dış faktörlerden de en az etkilenen ölçüm yöntemidir. Bu nedenle FDS'nin en etkili ölçüm yöntemi olduğu söylenebilir.

Özet (Çeviri)

It is known that power transformers are of great importance in today's energy world. These devices are quite expensive and require constant maintenance. The most maintenance-requiring zone is insulation systems. Oily paper insulation systems can be breakdown even during normal operation. If these failures cannot be noticed in time, they can lead to disaster, such as fire, as well as unexpected failures and unplanned power outages. There are many old transformers still in use today. If these transformers are capable of working, it is important to extend their life and ensure that they continue to work. The way to do this is to increase the insulation quality of the transformer. If we can learn the isolation status of the transformer, we can have better information about the life of the transformer. That's why researchers found some methods to learn the insulation status of transformers (RVM, PDC). These methods have some advantages and disadvantages compared to each other, and research has been continued. Finally, FDS (frequency domain spectroscopy) method was developed. The FDS method has advantages over the other two methods. In this study, the transformer windings, transformer protection, transformer failures and the reasons of transformer failures are mentioned. Some protection devices have been introduced. In addition, the advantages and disadvantages of the aforementioned methods are mentioned comparatively. A pancake model transformer with different oil ratios has been developed. The oil content of this pancake transformer ranges from 85% to 0%. The dissipation factor and power factor measurements were taken in Pancake test transformer by using FDS method. These measurements were analyzed. On pancake test transformer under constant voltage, loss factor, power factor, imaginary capacity and real capacity measurements were taken at different frequencies. These values for DG-CH are power factor 0.0053475, dissipation factor 0.0053476, real capacity 2.8319E-9 and imaginary capacity is 1.5138E-11. Values for E-DG are power factor 0.005547, the dissipation factor is 0.0055471, the real capacity is 2.4056E-9 and the imaginary capacity is 1.3344E-11. Values for F-E are power factor 0.0044075, the loss factor is 0.0044075, the real capacity is 4.8008E-9 and the imaginary capacity is 2.1159E-11. Loss factor, power factor, imaginary and real capacity changes were analyzed by frequency. In addition, the effects of moisture, temperature and aging on dissipation factor and power factor were evaluated with auxiliary parameters. The importance of frequency magnitude in evaluating the dissipation factor is emphasized. At the same time, the relationship between dissipation factor and power factor with the help of equivalent circuit and vector diagram is mentioned. With the dissipation factor tan δ, the conductivity of oil in the transformers, the moisture and the aging of the insulating paper can be determined. In transformers with power factor cos θ, the core movement between the transformer tank and the core, and the change of the distance between the windings can be determined. The behavior of these two cases at low, medium and high frequencies should be known. It is very important to understand these two cases in order to very good know the FDS method. In the studies done, it is possible to know exact cause of the defect in the insulation material(environmental conditions or insulation deterioration) by FDS. The results of the experiment showed that the effect of temperature and aging on the insulating material affected FDS results at low frequencies. In studies performed at low frequencies, dissipation factor, power factor, imaginary capacity and real capacity values increased with the measurement temperature and aging times. In addition, as the oil content of the transformer insulation decreases, the values of imaginary capacity, real capacity and dissipation factor decrease. By applying different voltages (50 V, 75 V, 100 V, 140 V), imaginary, real capacity and dissipation factor changes were investigated. It has been observed that the capacity curves have almost the same curves under different voltages. In the dissipation factor, the peak values of the curves were at higher frequencies as the voltage increased. Under the same connection point and equal voltages (140 V), different winding locations are measured and plotted. It can be said that the dissipation factor, capacity and power factor curves for CL and CH are similar. The dissipation factor and power factor reached its peak at 0.1 Hz. Dissipation factors, capacity and power factor curves for C1H1, C1H2, C1H3 and C2H1, C2H2, C2H3 curves are similar. However, the dissipation factor, capacity and power factor curves for CHL differ slightly from other conditions. In CHL, the loss factor and power factor peak at approximately 0.1 Hz and the capacity at 0.001 Hz. Power factor, capacity and loss factor curves in all connection forms (CH-B, DG-CH, E-DG and FE) and all winding locations (CHL, CH, CL, C1H1, C1H2, C1H3, C2H1, C2H2 and C2H3) were found to be very close to each other in the high frequency range. However, these values differed at low frequencies. So we can say that low frequencies that are decisive for us. The dissipation factor of CHL for a frequency of 0.1 Hz in CH-B mode is approximately 2.5 times greater than that of CH and approximately 7 times greater than that of CL. On the frequency of 60 Hz, the dissipation factor of CHL is approximately 1.5 times higher than that of CH and approximately 2 times higher than that of CL. At the frequency of 1000 Hz, the rates are quite variable. The dissipation factor of the DG-CH connection for the frequency of 0.1 Hz in CH-L is about 2 times the dissipation factor of the E-DG connection and about 9 times the dissipation factor of the F-E connection. At 60 Hz, the dissipation factor values are very close to each other, but we see that the biggest E-DG connection and the smallest DG-CH connection. While the loss factor has the highest value at a frequency of 0.05 Hz, it is smaller at lower frequencies. While the dissipation factor of CL and CH are close to each other, the dissipation factor of CHL are about 1.5 times smaller than that of CL and CH. The dissipation factor of the DG-CH connection at 0.1 Hz is about 2 times the dissipation factor of the E-DG connection and about 5 times the dissipation factor of the F-E connection. Although real capacities are close to each other, the real capacity of the DG-CH connection is the lowest, while the real capacity of the F-E connection is the highest. In the imaginary capacities, the DG-CH connection is the highest and the F-E connection has the lowest values. Although the values at 60 Hz were very close to each other, the highest dissipation factor value was found in E-DG and the lowest dissipation factor value was observed in F-E connection. The highest real capacity value was found in the F-E connection, the lowest DG-CH connection. The highest imaginary capacity value is found in the DG-CH connection and the lowest in the F-E connection. At 1000 Hz, the dissipation factors of the DG-CH and F-E connections are almost equal, and the dissipation factor of the E-DG connection is approximately 5/4 about of the other two connections. In the highest real capacity value F-E connection, the lowest real capacity value was seen in the DG-CH connection. The highest imaginary capacity value is seen in the F-E connection and the lowest imaginary capacity value is seen in the DG-CH connection. Today, transmission and production at low frequencies are preferred because of the low losses. In particular, a more detailed analysis of the low frequency experiments is necessary since the diagnostic tests are performed at low frequencies such as 0.1 Hz. Changes in capacity and dissipation factor inform us about the type of error. For example, short circuit turns and changing of magnetizing are seen at the low frequency response while the medium frequency response is sensitive to hoop buckling and axial movement faults in the transformers. The high frequency response is sensitive to the part of the properties of windings and grounding problems. For this reason, the capacitance and dissipation analysis according to frequency are very important for detecting faults in transformers. Frequency domain spectroscopy (FDS) is less noisy than other insulation diagnostic methods (RVM, PDC) and is independent of the shape of the transformer. It is also little affected method by external factors. Therefore, it can be said that FDS is the most effective diagnosis method.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    855922

    İki yönlü üç seviyeli T-tipi LLC rezonans izole DA-DA dönüştürücünün tasarımı ve analizi

    Design and analysis of bidirectional three level T-type LLC resonant isolated DC-DC converter

    KEMAL KALAYCI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. UĞUR ARİFOĞLU

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR DEMİREL

  2. Tez No

    856703

    Design and optimization of dual active bridge converter for Type-2 charging infrastructures using metaheuristic methods

    Tı̇p-2 şarj altyapıları ı̇çı̇n çı̇ft yönlü aktı̇f köprü dönüştürücü tasarımı ve meta-sezgisel yöntemlerle optı̇mı̇zasyonu

    ALPER EMRE ÖZDEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ONUR GÜLBAHÇE

  3. Tez No

    798407

    Design and analysis of topologies and control algorithms used in ev fast charging systems

    Elektrikli araç hızlı şarj sistemlerinde kullanılan topolojiler ve kontrol algoritmalırının analizi ve tasarımı

    ÖZGÜR CAN MİLLETSEVER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT YILMAZ

  4. Tez No

    384837

    Tam köprülü bir dc - dc çevirici geliştirilmesi ve gerçeklenmesi

    Full-bridge dc-dc converter development and implementation

    SADIK ÖZDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN

  5. Tez No

    389224

    Multi resolution wavelet analysis for ferroresonance phenomenon on power systems and its nonlinear dynamics

    Güç sistemlerinde ferrorezonans olayının çok çözünürlüklü dalgacık analizi ile incelenmesi ve doğrusal olmayan dinamiklerinin çıkartılması

    SEZEN YILDIRIM ÜNNÜ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞAHİN SERHAT ŞEKER

Geri Dön