Yük Altında Çalışan Tek-Fazlı Transformatörlerin Demir ve Bakır Kayıplarının İzlenmesi

Transformatörlerin termal özellikleri, yüklenebilme sınırlarını ve ömürlerini belirleyen önemli değişkenleri içerir. Bu değişkenler arasında transformatörlerin sargı sıcaklığı en önemli değişkendir. Sargı sıcaklığının değeri transformatörün içyapısındaki kayıpların neticesinde açığa çıkan ısı enerjinin miktarı ile dış ortama atılan ısı enerjisi miktarı arasındaki denge tarafından belirlenir. Bu noktada transformatörlerin gerçek zamanlı çalışmaları esnasındaki güç kayıplarının iç sıcaklığa önemli etkisinin olduğu anlaşılır. Bu kayıplar demir ve bakır kayıpları olmak üzere iki alt gruba ayrılır. Her iki kayıp türünün sargı sıcaklığına ve özellikle en sıcak nokta sıcaklığına olan etkisi farklı orandadır. Bu yüzden transformatör sıcaklık hesaplamalarında kullanılan termal modellerin hemen hemen hepsinde her iki kayıp türü farklı oranlarda dikkate alınır. Bu yüzden demir ve bakır kayıplarının ayrı ayrı hesaplanabilmesi termal modellerin doğruluğu bakımından önemli bir avantaj sunar. Bu çalışmada, bu yüzden, gerçek zamanlı transformatör verileri kullanılarak kayıpların nasıl hesaplanabileceği üzerine bir yöntem verilmiştir. Yöntem tek-fazlı transformatörün primer ve sekonder tarafı gerilimlerini ve akımlarını kullanmaktadır. Yöntemin matematiksel eşitlikleri transformatörlerin T-eşdeğer devresi kullanılarak elde edilmiştir. Burada, önerilen yöntemin öncelikle matematiksel temelleri verilmiştir. Sonrasında ise yöntemin hem Matlab/Simulink ortamında yapılmış olan benzetimler ile hem de bir 5 kVA gücüne sahip transformatör üzerinde yapılan deneysel çalışmaları ile yapılmış olan inceleme sonuçları verilmiştir. Sonuçlar kayıpların önerilen yöntem ile oldukça hassas bir şekilde elde edilebildiğini göstermektedir. Hesaplamaların harmonikli koşullarda da geçerli olması ve gerçek zamanlı veriler ile yapılıyor olması önemli iki avantajdır.

Anahtar Kelimeler:

Transformatör, Bakır Kayıpları, Demir Kayıpları, Transformatör İzleme, Termal Model

PDF

___

[1] M. Yazdani-Asrami, M. Mirzaie and A. A. S. Akmal, "No-load loss calculation of distribution transformers supplied by non-sinusoidal voltage using three-dimensional finite element analysis," Energy, vol. 50, no. 1, pp. 205-219, 2013.
[2] T. D. Kefalas and A. G. Kladas, "Harmonic impact on distribution transformer no-load loss," IEEE Transaction on Industrial Electronic., vol. 57, no. 1, pp. 193-200, Jan. 2010.
[3] S. B. Sadati, A. Tahani, B. Darvishi, M. Dargahi and H. Yousefi, "Comparison of Distribution Transformer Losses and Capacity under Linear and Harmonic Loads," IEEE 2nd International Power and Energy Conference, Johor Bahru, 2008, pp. 1265-1269.
[4] Power Transformers Part 7: Loading Guide for Oil-Immersed Power Transformers, International standard 60076-7, 2005.
[5] Z. Radakovic, “Numerical determination of characteristic temperatures in directly loaded power oil transformer,” Transaction Electrical Power, vol. 13, pp. 47–54, 2003.
[6] IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators, IEEE Standard C 57.91-2011, 7 March 2012.
[7] Y. Han and Y.-F. Liu, "A practical transformer core loss measurement scheme for high-frequency power converter," IEEE Transaction on Industrial Electronic, vol. 55, no. 2, pp. 941-948, Feb. 2008.
[8] Y. Han, W. Eberle and Y. F. Liu, "A practical copper loss measurement for the planer transistor in high-frequency switching converters," IEEE Transaction on Industrial Electronic, vol. 54, no. 4, pp. 2276-2287, 2007.
[9] M. Mu, Q. Li, D. Gilham, F. Lee and K. Ngo, "New core loss measurement method for high frequency magnetic materials," Energy Conversion Congress and Exposition., 2010, pp. 4384-4389.
[10] J. Reinert, A. Brockmeyer and R. W. De Doncker, "Calculation of losses in ferro- and ferrimagnetic materials based on the modified Steinmetz equation," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 37, no. 4, pp. 1055-1061, 2001.
[11] M. Sippola and R. E. Sepponen, "Accurate prediction of high-frequency power-transformer losses and temperature rise," IEEE Trans. Power Electron., vol. 17, no. 5, pp. 835-847, 2002.
[12] M. S. Hwang, W. M. Grady and H. W. Sanders, "Distribution Transformer Winding Losses Due to Nonsinusoidal Currents," IEEE Power Engineering Review, vol. 7, no. 1, pp. 46-46, 1987.
[13] E. F. Fuchs, D. Yildirim and T. Batan, "Innovative procedure for measurement of losses of transformers supplying nonsinusoidal loads," IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, vol. 146, no. 6, pp. 617-625, Nov. 1999.
[14] E. F. Fuchs, Dingsheng Lin and J. Martynaitis, "Measurement of three-phase transformer derating and reactive power demand under nonlinear loading conditions," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 21, no. 2, pp. 665-672, April 2006.