Ölçü Transformatörlerinin Elektrik Alan Analizleri

Öz

Transformatörler sargılarında beklenmedik bir anda oluşan aşırı gerilim ve akımlara karşı transformatörün mekanik açıdan dayanıklılığının tahmin edilebilmesi, transformatör üreticileri için tasarım sürecinde çok önemlidir. Ani olarak meydana gelen yüksek gerilim ve akımlar elektrik güç sistemleri öenm teşkil etmektedir. Bu nedenle beklenmedik ani akım ve gerilimlerin analizlerinin doğru gerçekleştirilmesi güç sistemlerinde son derecede önemlidir. Ani olarak meydana gelen akımlara karşı transformatörlerin mekanik dayanımının sağlanabilmesi için tasarım sürecinde aşırı akımlara maruz kalan kısımların belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, Maxwell ortamında modelllenen ölçü transformatörlerinin, elektrik alan dağılımları, transformatörlerin sargılarında meydana gelen aşırı akımlar, yalıtım malzemelerinde meydana gelen zorlanmalar ve sargılardaki elektrik alan-gerilim dağılımı ilişkileri analiz edilmiştir. Bunun için Sonlu Elemanlar Yöntemi'ne (SEY) dayanarak çözüm gerçekleştiren ANSYS@Maxwell yazılım programı ile transformatörlerin 2D modelleri kullanılmıştır. Bu sayede, sargılardaki elektrik alan-gerilimi dağılımları, mekanik dayanımın az olduğu bölgeler ve yalıtım malzemelerinde bozulmaya neden olabilecek kritik bölgeler belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• transformatör
• FEM
• ANsys

Electric Field Analysis of Instrument Transformers

Abstract

Transformatörler sargılarında beklenmedik bir anda oluşan aşırı gerilim ve akımlara karşı transformatörün mekanik açıdan dayanıklılığının tahmin edilebilmesi, transformatör üreticileri için tasarım sürecinde çok önemlidir. Ani olarak meydana gelen yüksek gerilim ve akımlar elektrik güç sistemleri öenm teşkil etmektedir. Bu nedenle beklenmedik ani akım ve gerilimlerin analizlerinin doğru gerçekleştirilmesi güç sistemlerinde son derecede önemlidir. Ani olarak meydana gelen akımlara karşı transformatörlerin mekanik dayanımının sağlanabilmesi için tasarım sürecinde aşırı akımlara maruz kalan kısımların belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, Maxwell ortamında modelllenen ölçü transformatörlerinin, elektrik alan dağılımları, transformatörlerin sargılarında meydana gelen aşırı akımlar, yalıtım malzemelerinde meydana gelen zorlanmalar ve sargılardaki elektrik alan-gerilim dağılımı ilişkileri analiz edilmiştir. Bunun için Sonlu Elemanlar Yöntemi'ne (SEY) dayanarak çözüm gerçekleştiren ANSYS@Maxwell yazılım programı ile transformatörlerin 2D modelleri kullanılmıştır. Bu sayede, sargılardaki elektrik alan-gerilimi dağılımları, mekanik dayanımın az olduğu bölgeler ve yalıtım malzemelerinde bozulmaya neden olabilecek kritik bölgeler belirlenmiştir.

Keywords

• Transformatör
• FEM
• ANSYS

References

1. Özüpak Y, MAMIS M. S. (2019) Realization of electromagnetic flux and thermal analyses of transformers by finite element method. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 14(10), 1478-1484. Doi: 10.1002/tee.22966.
2. Heatcote M, (2007) J&P Transformer Book. Thirteenth Edition, Oxford, United Kingdom, Newness An imprint on Elsevier.
3. Turan H, Çekirdekli D (2007) Hava Aralığı Bulunan Reaktör Çeşitlerinin İrdelenmesi ve Bir Prototip için Uygulama Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye.
4. Dönük A (2012) Modeling and Design of Iron-Core Shunt Reactors With Discretely Distributed Air-Gaps. Doktora Tezi, ODTÜ, Ankara,
5. Zheng T, Zhao YJ, Ying J, Chen PL, Zhang FF (2015) “Design and analysis on the turn-to-turn fault protection scheme for the control winding of a magnetically controlled shunt reactor”. IEEE Transactions, 30(2), 967-975.
6. Wojda R.P, Kazimierczuk, M.K (2013)"Analytical winding size optimisation for different conductor shapes using Ampère’s Law", Power Electronics, IET, 6 (6), 1058-1068.
7. Özüpak Y, MAMIS M. S (2019) Realization of electromagnetic flux and thermal analyses of transformers by finite element method. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 14(10), 1478-1484. Doi: 10.1002/tee.22966.
8. Özüpak Y, MAMIS M. S, TEKE İ. H (2019) Electromagnetic Field and Total Loss Analysis of Transformers by Finite Element Method. International Journal of Engineering And Computer Science, 8(1), 24451-24460. (Yayın No: 5774086)

9. Yazdani-Asrami M, Mirzaie M, Akmal A. S (2013) No-load loss calculation of distribution transformers supplied by nonsinusoidal voltage using three-dimensional finite element analysis, Energy, vol. 50, no. 1, pp. 205-219.
10. M. Ostrenko and B. Andriienko. (2017). "Transformer impulse surges calculation by FEM coupled to circuit," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 53, no. 6, pp. 1-4, June, Art no. 7401804.
11. T. Zupan, B. Trkulja, R. Obrist, T. Franz, B. Cranganu-Cretu, and J. Smajic. (2016). Transformer windings rlc parameters calculation and lightning impulse voltage distribution simulation. IEEE Transactions on Magnetics, 52(3):1–4, March.