ANSYS@MAXWELL KULLANILARAK TRANSFORMATÖRLERİN ANİ AKIMLAR DURUMUNDA MEYDANA GELEN ELEKTRİK ALAN ANALİZLERİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Yıl 2021, Cilt: 8 Sayı: 14, 105 - 116, 30.06.2021

Yıldırım Özüpak

Öz

Transformatörlerin sargılarında beklenmedik bir anda oluşan aşırı gerilim ve akımlara karşı transformatörün mekanik açıdan dayanıklılığının tahmin edilebilmesi, transformatör üreticileri için tasarım sürecinde kullanıcılar için de üretimden sonraki süreçte çok önemlidir. Bu yüksek gerilim ve akımlara neden olan etkenler yıldırım-darbesi ve kısa devre arıza akımlarıdır. Yüksek gerilime neden olan yıldırım darbesi elektrik güç sistemleri için çok önemli bir olgudur. Bu nedenle yıldırım darbe analizinin doğru gerçekleştirilmesi güç sistemlerinde son derecede önemlidir. Ani olarak meydana gelen yıldırım darbeleri durumunda transformatörlerin mekanik dayanımının sağlanabilmesi için tasarım sürecinde aşırı gerilimlere maruz kalan kısımların belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, Maxwell ortamında modelllenen transformatörün, yıldırım darbesi durumundaki elektrik alan dağılımı, transformatörün sargılarında meydana gelen aşırı akımlar, transformatörün yalıtım malzemesinde meydana gelen zorlanmalar ve sargılardaki elektrik alan-gerilim dağılımı ilişkisi analiz edilmiştir. Bunun için Sonlu Elemanlar Yöntemi'ne (SEY) dayanarak çözüm gerçekleştiren ANSYS@Maxwell yazılım programı ile transformatörün 2D modeli kullanılarak elektrik alan analizleri gerçekleştirilmiştir. Burada trafonun hem normal çalışma koşularında hemde yıldırım darbesi durumundaki analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu sayede, sargılardaki elektrik alan-gerilimi dağılımı, mekanik dayanımın az olduğu bölgeler tespit edilmiştir. Primer ve sekonder sargılar arasındaki yalıtım malzemelerinde bozulmaya neden olabilecek kritik bölgeler belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar deneysel ve teorik sonuçlarla karşılaştırılmıştır

Anahtar Kelimeler

transformatör, ANSYS@Maxwell, elektrik alan

Kaynakça

• [1] Heatcote M, 2007 J&P Transformer Book. Thirteenth Edition, Oxford, United Kingdom, Newness An imprint on Elsevier.
• [2] Turan H, Çekirdekli D 2007 Hava Aralığı Bulunan Reaktör Çeşitlerinin İrdelenmesi ve Bir Prototip için Uygulama Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye.
• [3] Dönük A 2012 Modeling and Design of Iron-Core Shunt Reactors With Discretely Distributed Air-Gaps. Doktora Tezi, ODTÜ, Ankara, Turkey.
• [4] 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.
• [5] 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.
• [6] 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.
• [7] 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)
• [8] 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.
• [9] M. Ostrenko and B. Andriienko, "Transformer impulse surges calculation by FEM coupled to circuit," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 53, no. 6, pp. 1-4, June 2017, Art no. 7401804.
• [10] T. Zupan, B. Trkulja, R. Obrist, T. Franz, B. Cranganu-Cretu, and J. Smajic. Transformer windings rlc parameters calculation and lightning impulse voltage distribution simulation. IEEE Transactions on Magnetics, 52(3):1–4, March 2016.
• [11] 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.
• [12] Yugendra Rao K N, (2015). Dynamic Modeling and Calculation of Self and Mutual Inductance between a Pair of Coils for Wireless Power Transfer Applications using ANSYS Maxwell, International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology Vol. 2, Issue 10.