Research Article

Yüksek Güç Transformatörlerindeki Kısmi Deşarj Tespitinde Diyafram Tabanlı Fabry-Perot İnterferometrik Basınç Sensörlerinin Performans İyileştirilmesi için Diyafram Analizi

April 1, 2020
EN TR

Yüksek Güç Transformatörlerindeki Kısmi Deşarj Tespitinde Diyafram Tabanlı Fabry-Perot İnterferometrik Basınç Sensörlerinin Performans İyileştirilmesi için Diyafram Analizi

Öz

Bu çalışmada, yüksek güç transformatörlerinde oluşan kısmi deşarjın (partial discharge, PD) tespiti için diyafram tabanlı Fabry-Perot interferometrik fiber optik basınç sensör (DTFP-FOBS) için boyutlarının küçültülerek algılama parametrelerinin (frekans, hassasiyet) optimizasyonu araştırılmıştır. DTFP-FOBS’ların boyutları ve algılama parametreleri sensörde kullanılan diyafram tarafından belirlenir. Diyaframın yapıldığı malzeme, yarıçap ve kalınlık bu parametreleri belirleyen faktörlerdir. PD algılamak için DTFP-FOBS’larda büyük bir çoğunlukla diyafram malzemesi olarak silikadan (SiO2) faydalanılmaktadır. Fakat, SiO2 diyaframın yarıçapının literatürde belirlenmiş olan değerlerden daha küçük seçilmesi sensörün rezonans frekansının (900 kHz-3 MHz) çok yükselmesine ve PD algılama bandı (20 kHz-200 kHz) dışına çıkmasına sebep olmaktadır. Ayrıca, çapı küçülmüş olan sensörün hassasiyetliği de azalmaktadır. Bu dezavantajların ortadan kaldırılması için alternatif bir polimer diyafram olarak selüloz triasetat (cellulose triacetate, CTA) önerilmiştir. Bu amaç ile her iki diyaframın farklı yarıçap ve kalınlıklarda sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan benzetim çalışmaları sayesinde sensör hassasiyeti ve rezonans frekans parametreleri karşılaştırılmıştır. Elde edilen benzetim sonuçları ışığında CTA diyaframın 20 µm kalınlıkta 225 µm yarıçapta rezonans frekansı 197 kHz olarak hesaplanırken, SiO2’nın bu frekans değerine ulaşabildiği en küçük yarıçap değeri 530 µm olarak belirlenmiştir. Bu geometrik boyutlarda CTA’dan yapılmış olan diyaframın boyutu daha düşük olmasına rağmen hassasiyeti 2 katına çıkmıştır. Sonuç olarak, PD uygulaması özelinde DTFP-FOBS’larda, CTA’nın diyafram malzemesi olarak kullanılmasının, SiO2 diyaframa göre sensor boyutlarının %66 oranında küçültülebileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Supporting Institution

Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Project Number

KMY.A4.19.001

Thanks

Yazarlar, Erciyes Üniversitesi Klinik Mühendisliği Araştırma ve Uygulama Merkezi’ne, araştırma faaliyetlerine destekleri için teşekkür eder. Ayrıca, bu çalışma Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri birimince KMY.A4.19.001 proje numarası ile desteklenmiştir.

References

  1. American National Standard. (2007) IEEE guide for the detection and location of acoustic emissions from partial discharges in oil-immersed power transformers and reactors, in IEEE Power Engineering Society. IEEE Std C57. 127-2007, pp. 9–18, Transformers Committee, New York, USA.
  2. Dong, B. Han, M. & Wang, A. (2012) Two-wavelength quadrature multipoint detection of partial discharge in power transformers using fiber Fabry-Perot acoustic sensors. Proc. SPIE 8370, Fiber Optic Sensors and Applications IX, 83700K.
  3. Hayber, Ş.E. Aydemir, U. Tabaru, T.E. & Saraçoğlu, Ö.G. (2019) The Experimental Validation of Designed Fiber Optic Pressure Sensors With EPDM Diaphragm. IEEE Sensors Journal, 19(14), 5680-5685.
  4. Hayber, Ş.E. Tabaru, T.E. & Saraçoğlu, Ö.G. A novel approach based on simulation of tunable MEMS diaphragm for extrinsic Fabry–Perot sensors. Optics Communications, 430, 14-23.
  5. Hayber, Ş.E. Tabaru, T.E. Keser, S. & Saraçoğlu, Ö.G. (2018) A Simple, High Sensitive Fiber Optic Microphone Based on Cellulose Triacetate Diaphragm. Journal of Lightwave Technology, 36(23), 5650-5655.
  6. Huang, Y. W. Tao, J. & Huang, X. G. (2016) Research progress on FP interference-based fiber-optic sensors. Sensors, 16(9), 1424.
  7. Islam, M. Ali, M.M. Lai, M.H. Lim, K.S. & Ahmad, H. (2014) Chronology of Fabry-Perot interferometer fiber-optic sensors and their applications: a review. Sensors, 14(4), 7451-7488.
  8. Li, H. Li, D. Xiong, C. Si, W. Fu, C. Yuan, P. & Yu, Y. (2019) Low-cost, high-performance fiber optic Fabry–Perot sensor for ultrasonic wave detection. Sensors 19(2), 406.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Engineering

Journal Section

Research Article

Publication Date

April 1, 2020

Submission Date

March 15, 2020

Acceptance Date

March 28, 2020

Published in Issue

Year 2020

APA
Tabaru, T. E., & Hayber, Ş. E. (2020). Yüksek Güç Transformatörlerindeki Kısmi Deşarj Tespitinde Diyafram Tabanlı Fabry-Perot İnterferometrik Basınç Sensörlerinin Performans İyileştirilmesi için Diyafram Analizi. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 231-238. https://doi.org/10.31590/ejosat.araconf29