Güç transformatörlerinin kısa devre direncini iyileştirmeye yönelik önlemler

Güç transformatörlerine genel bakış

Elektronik güç transformatörü esas olarak güç elektroniği teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilir. Bir güç frekans sinyalini, yani frekans düşürmeyi sağlar. Güç elektroniği cihazının çalışmasını kontrol etmek için uygun bir kontrol şeması benimsenerek, bir frekans, voltaj ve dalga biçimindeki elektrik enerjisi, başka bir frekans, voltaj ve dalga biçimindeki elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Ara izolasyon transformatörünün hacmi, demir çekirdek malzemesinin doygunluk manyetik akı yoğunluğuna ve demir çekirdek ve sargının izin verilen maksimum sıcaklık artışına bağlı olduğundan ve doygunluk manyetik akı yoğunluğu çalışma frekansıyla ters orantılı olduğundan, çalışma frekansını artırmak, demir çekirdek verimliliğinin kullanımını iyileştirebilir, böylece transformatörün boyutunu küçültebilir ve genel verimliliğini artırabilir.

2. Güç transformatörlerinin kısa devre direncini iyileştirmeye yönelik önlemler

Transformatörlerin güvenli, ekonomik, güvenilir çalışması ve verimi, üretim kalitesine, çalışma ortamına ve bakım kalitesine bağlıdır. Bu bölüm, transformatörün çalışması ve bakımı sırasında ani arızaların etkili bir şekilde önlenmesi için alınacak önlemleri ele almayı amaçlamaktadır.

Yıldırım çarpması, röle korumasının arızalanması veya çalışmaması gibi nedenlerle elektrik şebekesinde sık sık kısa devre meydana gelir. Kısa devre akımının güçlü etkisi transformatöre zarar verebilir, bu nedenle transformatörün kısa devre dayanım kapasitesini her açıdan iyileştirmek için çaba gösterilmelidir. Transformatör kısa devre darbe kazalarının istatistiksel sonuçları, üretim nedenlerinin yaklaşık %80, işletme ve bakım nedenlerinin ise yalnızca yaklaşık %10 oranında olduğunu göstermektedir. Tasarım ve üretimle ilgili önlemler 2. bölümde ele alınmış olup, bu bölümde işletme ve bakım sırasında alınması gereken önlemlere odaklanılmaktadır. İşletme ve bakım sürecinde, bir yandan kısa devre arızaları en aza indirilerek transformatörün darbe alma sayısı azaltılmalı; diğer yandan, sorunlar ortaya çıkmadan önce önlemek için transformatör sargısının deformasyonu zamanında test edilmelidir.

(1) Bobin imalatında eksenel sıkıştırma işlemine dikkat edilerek tasarım standartlaştırılmalıdır. Tasarım yapılırken, üretici sadece transformatörün kayıplarını azaltmayı ve yalıtım seviyesini iyileştirmeyi değil, aynı zamanda transformatörün mekanik dayanımını ve kısa devre arıza direncini de iyileştirmeyi göz önünde bulundurmalıdır. İmalat süreci açısından, birçok transformatörde yalıtım basınç plakaları kullanıldığından ve yüksek ve düşük voltajlı bobinler aynı basınç plakasını paylaştığından, bu yapı yüksek düzeyde imalat teknolojisi gerektirir ve pedler yoğunlaştırılmalıdır. Tek bir bobin sabit basınç altında kurutulmalı ve sıkıştırmadan sonra bobinin yüksekliği ölçülmelidir; aynı basınç plakasına sahip her bobin yukarıdaki işlemden geçirildikten sonra aynı yüksekliğe ayarlanmalı ve son montaj sırasında bobine belirtilen basınç hidrolik cihaz kullanılarak uygulanmalıdır. Tasarım ve işlem gereksinimlerinin yüksekliğine ulaşılmalıdır. Genel montajda, yüksek voltajlı bobinin sıkıştırılmasına dikkat etmenin yanı sıra, düşük voltajlı bobinin sıkıştırılmasının kontrolüne de özel önem verilmelidir.

(2) Kısa devre oluşmadan önce önlenmesi için transformatör üzerinde kısa devre testi gerçekleştirin. Büyük transformatörlerin çalışma güvenilirliği öncelikle yapısına ve üretim süreci seviyesine, ikinci olarak da ekipmanın çalışma koşullarını zamanında kavramak için çalışma sırasında yapılan çeşitli ekipman testlerine bağlıdır. Transformatörün mekanik stabilitesini anlamak için, transformatörün yapısal dayanıklılığının güvenle tasarlandığından emin olmak amacıyla kısa devre testleri yoluyla zayıf noktaları iyileştirmek mümkündür.

(3) Güvenilir röle koruması ve otomatik yeniden kapatma sistemi kullanın. Sistemdeki kısa devre kazası, insanların kaçınmaya çalıştığı ancak kesinlikle önleyemediği bir kazadır; özellikle 10 kV hat, yanlış kullanım, küçük hayvanların girişi, dış kuvvet ve kullanıcı sorumluluğu nedeniyle kısa devre kazasına neden olma olasılığı çok yüksektir. Bu nedenle, işletmeye alınmış transformatör için öncelikle koruma sistemi için güvenilir bir DC güç kaynağı ile donatılmalı ve koruma işleminin doğruluğu sağlanmalıdır. Transformatörün dış kısa devre dayanımının çalışma sırasında zayıf olmasıyla birlikte, sistem kısa devre devre dışı kaldıktan sonra otomatik yeniden kapatma veya zorunlu devreye alma için olumsuz faktörler göz önünde bulundurulmalıdır; aksi takdirde, transformatörün hasarı bazen daha da kötüleşebilir ve hatta yeniden onarım olasılığını kaybedebilir. Şu anda, bazı işletme birimleri, kısa devre arızasının anında otomatik olarak giderilebilme olasılığına göre, yakın mesafedeki havai hatlar (örneğin 2 km içinde) veya kablo hatları için yeniden kapatma uygulamasını iptal etmiş veya yeniden kapatma hatasından kaynaklanan sorunları azaltmak için kapatmalar arasındaki aralığı uygun şekilde uzatmıştır. Kısa devre nedeniyle devre kesme tehlikesi mümkün olduğunca en aza indirilmelidir.

(4) Transformatör sargılarının deformasyon testini ve teşhisini aktif olarak gerçekleştirin. Genellikle, transformatör kısa devre arıza akımına maruz kaldıktan sonra sargı kısmen deforme olur ve hemen hasar görmese bile ciddi gizli sorunlara yol açabilir. İlk olarak, izolasyon mesafesi değişir ve katı izolasyon hasar görür, bu da kısmi deşarjla sonuçlanır. Yıldırım aşırı gerilimiyle karşılaşıldığında, sargılar arası ve katmanlar arası arıza meydana gelebilir ve ani izolasyon kazalarına yol açabilir. Normal çalışma gerilimi altında bile, kısmi deşarjın uzun süreli etkisi nedeniyle izolasyon arıza kazaları meydana gelebilir.

Bu nedenle, transformatör sargı deformasyonunun aktif olarak teşhis edilmesi, arızalı transformatörlerin zamanında tespit edilmesi ve planlı kontrol ve bakım işlemlerinin yapılması, yalnızca çok sayıda insan gücü ve malzeme kaynağından tasarruf sağlamakla kalmaz, aynı zamanda transformatör kazalarının önlenmesinde de son derece önemli bir rol oynar.

Transfer fonksiyonu H(jw)'nin sıfır ve kutup dağılımı (yani frekans tepki karakteristiği), iki portlu ağdaki bileşenler ve bağlantı yöntemleriyle yakından ilişkilidir. Çok sayıda deneysel araştırma sonucu, transformatör sargılarının genellikle 10 kHz ~ 1 MHz frekans aralığında daha fazla rezonans noktasına sahip olduğunu göstermektedir. Frekans 10 kHz'den düşük olduğunda, sargının endüktansı önemli bir rol oynar, rezonans noktası genellikle daha azdır ve dağıtılmış kapasitanstaki değişime daha az duyarlıdır; frekans 1 MHz'i aştığında, sargının endüktansı dağıtılmış kapasitans tarafından atlanır ve rezonans noktası da buna bağlı olarak azalır, endüktanstaki değişimlere daha az duyarlıdır ve frekans arttıkça, test döngüsünün (kurşun) kaçak kapasitansı da test sonuçları üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır.

Transformatör sargı deformasyon test cihazı pahalı olduğundan ve yüksek nitelikli personel gerektirdiğinden, üretim ve işletmede yaygın olarak kullanılması kolay değildir. Bu nedenle, gerçek çalışmalarda, transformatör sargı kapasitansındaki değişime göre sargının deforme olup olmadığını değerlendirme yöntemi, frekans tepki yöntemine yararlı bir tamamlayıcı olarak kullanılabilir. Özellikle frekans tepki yönteminin uygun olmadığı durumlarda, yatay ve dikey olarak ölçülen birikmiş kapasitans karşılaştırılarak transformatör sargısının çalışma durumu zamanında tespit edilebilir, böylece kaza olasılığı azaltılabilir ve elektrik şebekesinin güvenli ve istikrarlı çalışması sağlanabilir.

(5) Sahada inşaat, işletme ve bakımda denetimi güçlendirin ve güvenilir bir kısa devre koruma sistemi kullanın. Transformatörün sahaya montajı sırasında, inşaat üreticinin talimat ve spesifikasyonlarına sıkı sıkıya uygun olarak yapılmalı, kalite sıkı bir şekilde kontrol edilmeli ve bulunan gizli tehlikeleri ortadan kaldırmak için gerekli önlemler alınmalıdır. İşletme ve bakım personeli, transformatörün iyi çalışma koşullarında olmasını sağlamak için transformatörün denetim, bakım ve garanti yönetimini güçlendirmeli ve çıkış ve yakın bölgelerde kısa devre arızası olasılığını azaltmak için gerekli önlemleri almalıdır. Sistemin kısa devre arızasını mümkün olduğunca önlemek için, işletmeye alınmış transformatörler için öncelikle koruma sisteminin doğruluğunu sağlamak üzere güvenilir bir DC sistemi donatılmalıdır; Frekans tepki yöntemi test teknolojisi, kısa devre nedeniyle devre dışı kaldıktan sonra transformatörün durumunu ölçer ve test sonuçlarına göre kapak kasıtlı olarak kontrol edilir, bu da büyük kazaların meydana gelmesini etkili bir şekilde önleyebilir.

Transformatörün çeşitli kısa devre akımlarına dayanıp dayanamayacağı esas olarak transformatörün yapısal tasarımına ve üretim sürecine bağlıdır ve işletme yönetimi, çalışma koşulları ve inşaat teknolojisi seviyesiyle büyük bir ilişkiye sahiptir. Transformatör kısa devre kazası, elektrik şebekesi sisteminin çalışması için son derece zararlıdır. Kazaları önlemek için, transformatörlerin ve elektrik şebekesi sistemlerinin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak amacıyla çeşitli açılardan etkili kontrol önlemleri alınmalıdır.