Transformatörlerin nüve sıcaklığının hesaplama yöntemlerinin karşılaştırılması

Abstract

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 sorun ön optimizasyon sürecinde hesap karmaşasından dolayı 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.

Electric power transformers are one of the most important components of power transmission and distribution systems. These transformers heat-dissipate spontaneously in both operating and steady-state mode. If this thermal radiation contained in transformers rises above the allowable threshold, a decrease in the efficiency of the transformer occurs. This can also cause other components in the system to malfunction. Therefore, it is important to estimate thermal losses at the design stage before transformers are manufactured. Calculation of temperature rise of core-type power transformers is a fundamental question during the design process, but this can be neglected during the pre-optimization process. In this study, calculation methods are briefly classified and introduced and their applicability for the preliminary design process has been examined. To compare the performance of the methods, Roth's transformer and 15 MVA three-phase transformer were analyzed. From the results obtained, it was understood that the Finite Element Method (FEM) provided the most accurate solution and adapted better in the preliminary design process.