Transformatör Sargı Sıcaklığı Kestirimi için Yeni Bir Yöntem

Abstract

Transformatörler elektrik enerjisinin üretim, iletim ve dağıtımında kullanılan önemli ve pahalı donanımlardan birisidir. Artan elektrik gücü istemi işletmedeki transformatörlerin tasarlandıkları sıcaklık değerlerini sıklıkla aşmasına neden olmaktadır. Bu da sargılarının etrafındaki yalıtım kâğıdının ömrünün kısalmasına, iç arızaların ortaya çıkmasına ve transformatör ömrünün beklenenden daha kısa olmasına neden olmaktadır. Bu sıcaklıkların doğru bir biçimde izlenmesi transformatör sargı yalıtımı ömrünün doğru belirlenmesini sağladığı kadar transformatörün en uygun kullanımı için gerekli önlemlerin de doğru bir biçimde alınmasını sağlayacaktır. Bu yüzden transformatör sıcaklık izleme sistemlerine olan istemin eskisine göre önemli oranda artması beklenmektedir. Bu yüzden işletmedeki transformatörlere kolayca uygulanabilecek, ekonomik bir sargı sıcaklık izleme sistemine gereksinim bulunmaktadır. Literatürde transformatör sıcaklıklarını izlemek için çok sayıda yöntem bulunmakla birlikte bunlardan en önemlileri IEEE ve IEC standartlarında verilmiştir. Ayrıca, D. Susa tarafından önerilen bir yöntem de oldukça popülerdir. Söz konusu yöntemler özellikle geçici durumlarda yanılgılı cevap vermekte ve çok sayıda değişkenin kullanımını gerektirmektedir. İşte bu sorunlara çözüm olabilmesi amacıyla bu tez çalışması boyunca daha sade, uygulanabilir ve daha doğru bir transformatör sıcaklık izleme yönteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu tez çalışmasında, tek-fazlı yağlı tip ONAN dağıtım ve güç transformatörlerinin sargı en sıcak nokta sıcaklığının (ESNS) kestirimi için iki yeni yöntem sunulmuştur. Yöntemler öncelikle transformatörün birincil ve ikincil yanı akım ve gerilim verisini kullanarak ortalama sargı sıcaklığını hesaplamaktadır. Sonrasında ise bu sıcaklığı kullanarak ESNS değerine ulaşmaktadırlar. Yöntemlerin başarımı sargıları arasına sıcaklık algılayıcıları yerleştirilmiş 30 kVA gücünde ONAN soğutmalı yağlı tip tek-fazlı bir transformatör kullanılarak çeşitli ısınma deneyleri ile ortaya konulmuştur. Önerilen yeni yöntemler daha az değişmez ve değişken kullanmakta ve daha doğru sonuçlar vermektedir.Transformers are important and expensive elements that are used for the generation, transmission and distribution of electric energy. Increasing demand for electric power cause transformers in operation to exceed the temperature values, they are designed for. This results in shortening the life of insulation paper around the windings, causes emerging internal faults and being lifetime of transformer shorter than expected. Monitoring these temperatures accurately will provide not only determining lifetime of transformer winding insulation correctly but also taking precautions that required for optimum usage of transformers. Therefore, it is expected to increase the demand for transformer monitoring systems significantly as compared to the past. This means there is a need for a winding temperature monitoring systems that are economic and can be easily applied to the existing transformers in operation. There are many methods in literature and practice for monitoring transformer temperatures and the most important of them are given in IEEE and IEC standards. In addition, a method suggested by D. Susa is very popular. These methods give incorrect results especially in transient situations and require the usage of many parameters. Here, in order to find a solution to these problems, during this thesis it is aimed to develop a simpler, applicable and more accurate transformer temperature monitoring method. In this thesis, two new methods for the estimation of winding hot-spot temperatures of single-phase ONAN cooling oil immersed distribution and power transformers are presented. These methods compute, firstly, average winding temperatures by utilizing voltage and current data of both sides of transformer. Then, they attain the hot-spot temperature by using these temperatures. The performances of the methods have been validated by using various heat tests applied to a 30 kVA ONAN single-phase oil immersed transformer in which temperature sensors are inserted. The suggested methods use less parameter and give more accurate results than existing methods.