TRANSFORMATÖRLERİN NÜVE SICAKLIĞININ HESAPLAMA YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Yıl 2021, Cilt: 8 Sayı: 15, 315 - 327, 31.12.2021

Yıldırım Özüpak

https://doi.org/10.54365/adyumbd.932496

Öz

Elektrik güç transformatörleri, güç iletim ve dağıtım sistemlerinin en önemli bileşenlerinden biridir. Bu transformatörler, hem çalışma hem de sabit durum modunda kendiliğinden ısı-yayarlar. Transformatörlerde bulunan bu termal radyasyon izin verilebilir eşiğin üzerine çıkarsa, transformatörün veriminde bir azalma meydana gelir. Bu durum, sistemdeki diğer bileşenlerin arızalanmasına da neden olabilir. Bu yüzden transformatörlerin üretiminden önce tasarım aşamasında termal kayıplarının tahmin edilmesi önem teşkil etmektedir. Çekirdek tipi güç transformatörlerinin sıcaklık artışının hesaplaması tasarım sürecinde temel bir sorudur ancak bu ön optimizasyon sürecinde ihmal edilebilmektedir. Bu çalışmada, hesaplama yöntemleri kısaca sınıflandırılarak tanıtılmış ve ön tasarım süreci için uygulanabilirlikleri incelenmiştir. Yöntemlerin performanslarının karşılaştırılması için, Roth'un transformatörü ve 15 MVA üç fazlı transformatör analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, Sonlu Elemanlar Yönteminin (SEY) en doğru çözümü sağladığı ve ön tasarım sürecinde daha iyi uyum gösterdiği anlaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Termal alan, FEM, transformatör

Kaynakça

• [1] Lee M., Abdullah H. A., Jofriet J. C., Patel D., (2010). Thermal modeling of disc-type winding for ventilated dry-type transformers. Electric Power Systems Research, 80 121–129. doi.org/10.1016/j.epsr08.007
• [2] Del V., R. M., Poulin, B., Feghali, P. T., Shah, D. M., Ahuja, R. (2001). Transformer design principles with applications to core-form power transformers. CRC Press, doi: 10.1201/ebk1439805824
• [3] Ryder, S. A., Vaughan, I. J. (2004). A simple method for calculating core temperature rise in power transformers. IEEE Transactions on Power Delivery. 19(2), pp. 637–642. doi: 10.1109/tpwrd.2003.820222
• [4] Gotter, G (1954). Erwarmung und Kühlung elektrischer Maschinen. (Heating and Cooling of Electrical Machines.) Springer-Verlag, (in German). doi: 10.1007/978-3-642-50337-5
• [5] Buchholz, H (1934). Die zweidimensionale warmeströmung des beharrungszustandes im rechteckigen querschnitt geblatterter eisenkörper bei flachenhaft, unstetig oder stetig verteilten warmequellen. ZAMM-Journal of Applied Mathematics and Mechanics/ Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. 14(5), pp. 285– 294. in German doi: 10.1002/zamm.19340140505
• [6] Higgins, T. J. (1945). Formulas for calculating temperature distribution in transformer cores and other electric apparatus of rectangular cross section. Electrical Engineering. 64(4), pp. 190–194. 19 doi: 10.1109/ee.1945.6440972
• [7] IEEE (2006-2007). Standard for standard general requirements for liquid-immersed distribution, power, and regulating transformers. IEEE Std C57.12.00- doi: 10.1109/IEEESTD.2007.323389.
• [8] Birke P., Palmer S. (1970). A capacitively coupled magnetic ux mapper. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-89(7), pp. 1635– 1642. doi: 10.1109/tpas.1970.292811.
• [9] Kayan C. (1945). An electrical geometrical analogue for complex heat flow. Transactions of ASME. 67(8), pp. 713–716. doi: 10.1109/ee.1945.6440972
• [10] Kuchler, R (1966). Die Transformatoren: Grunlagen Fur Ihre Berechnung und Konstrukion. Transformers: calculation and design fundamentals. Springer-Verlag, (in German) doi: 10.1007/978-3-642-52496-7
• [11] Muthanna K.T., Sarkar A., Das K., Waldner K. (2006). Transformer Insulation Life Assessment. IEEE Trans, Power Deliv. 21150 – 156.
• [12] Nageswara M. R, Malay M. (2011). Impact of Harmonics, Estimation of Losses and Life expectanc & Mitigation of ill effects. https://www.academia.edu/6676494/Distribution_Transformer_Impact_of_Harmonics_IEEE_Format_2. Erişim tarihi 10.10.2017
• [13] Soh T. L. G, Said D. M, Ahmad N, Nor K. M, Salim F (2013). Experimental study on the impact of harmonics on transformer. IEEE 7th International Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO), pp.686-690.
• [14] Sadati S.B., Tahani A., JafariM ., Dargahi M., (2008). Derating of Transformers under Non-sinusoidal Loads. in: 11th International Conferenec on Optimization of Electrical and Electronic Equipment, OPTIM, pp.263-268.
• [15] Weh, H. (1951). Die zweidimensionale warmeströmung im geschichteten transformatorkern. The two-dimensional heat-flow in transformer core. Electrical Engineering Archiv fur Elektrotechnik. 41(2), pp. 122–126. 195 (in German) doıi 10.1007/bf01576220
• [16] Roth, E (1927). Introduction a l’étude analytique de l’échauffement des machines électriques. Introduction to the analytical study of the heating of electrical machines. E. Chiron, Paris. France.
• [17] Teke, I. H., ÖZÜPAK, Y., & MAMİŞ, M. S. (2019). Electromagnetic Field and Total Loss Analysis of Transformers by Finite Element Method. International Journal of Engineering and Computer Science. 8(01), 24451–24460. Retrieved from http://www.ijecs.in/index.php/ijecs/article/view/4262.
• [18] Taylor, E. D., Berger, B., Western, B. E (1958). An experimental approach to the cooling of transformer coils by natural convection. Proceedings of the IEEPart A: Power Engineering. 105(20), pp. 141–152. doi: 10.1049/pi-a.0034
• [19] Tenyenhuis, E. G., Girgis, R. S., Mechler, G. F., Zhou, G. (2002). Calculation core hot-spot temperature in power and distribution transformers. IEEE Transactions on Power Delivery. 17(4), pp. 991–995. doi: 10.1109/tpwrd.2002.803703
• [20] Özüpak Y, MAMIS M. S (2019). Realization of electromagnetic flux and thermal analyses of transformers by finite element method. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 14(10), 1478-1484. doi: 10.1002/tee.22966.
• [21] Tamás O, Gábor K, Tamás I, Z. Ádám T., (2016). Comparison of Methods for Calculation of Core-Form Power Transformer’s Core Temperature Rise. Periodica Polhtecnica Electrical Engineering and Computer Science. DOI:10.3311/PPee.8893.