En iyi mühendislik uygulamalarında bile, güç trafosuna ve diğer ekipmanlara zarar verebilecek ve şebekeden kaliteli güç dağıtımının sürekliliğini tehlikeye atabilecek anormal durumlar ortaya çıkabilir.
Öyleyse, her trafo merkezi mühendisinin bilmesi gereken anormal üç trafo olgusu hakkında bir şeyler söyleyelim:
1| Ferrorezonans
Ferrorezonans, uzun bir yeraltı kablosu için akım şarj edilirken veya bir trafonun çekirdeğini doyuran diğer kapasitif reaktanslarda meydana gelen bir aşırı voltaj olgusudur.
Bu tür bir rezonans, nominal sistem voltajının beş katına kadar yüksek voltajlara neden olabilir, ve paratonerler ile diğer ekipmanlara ve hatta muhtemelen trafonun kendisine zarar verebilir.
Ferrorezonans meydana geldiğinde, trafonun yüksek sesli gıcırtılar ve iniltiler üretmesi muhtemeldir ve gürültü, beton bir yüzey boyunca sürüklenen çelik çatının sesine benzetilir..
Tipik bir ferrorezonans durumu Şekil 1'de gösterilmektedir ve üçgen bağlantılı bir primer ile bir trafoyu besleyen uzun yeraltı kablolarından oluşur.
Trafo, yüksüz veya çok hafif yüklü ve devre için anahtarlama veya sigortalama her seferinde bir faz çalışıyor.
Ferrorezonans, ilk anahtar kapalıyken trafoya enerji verilirken veya bir veya daha fazla uzak sigortanın açılması ve yükün çok hafif olması durumunda meydana gelebilir.
Ferrorezonans, daha yüksek primer voltajlı sistemlerde daha olasıdır ve kablo olmadığında bile gözlenmiştir. Katkıda bulunan tüm faktörler - üçgen veya wye bağlantısı, kablo uzunluğu, voltaj, yük, tek fazlı anahtarlama - birlikte düşünülmelidir.
Bu olgunun önlenmesi için kesin sınırlar koyma girişimleri sinir bozucu olmuştur.
2| Tank Isıtma
Fazlar arasındaki ortak çekirdek yapısı nedeniyle üç fazlı trafolarda meydana gelebilecek bir diğer olgu da tank ısıtmasıdır.
Dört bacaklı veya beş bacaklı çekirdekler üzerine inşa edilen Wye-wye bağlantılı trafoların, sıfır bileşen voltajı normal hattan nötr voltajın yaklaşık %33'ünü aştığında dönüş bacaklarını doyurması muhtemeldir.
Bu, örneğin bir havai hattın iki fazı birbirine sarılırsa ve tek bir elektrik fazı tarafından enerjilendirilirse gerçekleşebilir. Dönüş ayakları doyduğunda, manyetik akı çekirdekten dışarı çıkmaya zorlanır ve tank duvarlarından bir dönüş yolu bulur.
Ferromanyetik tank çeliğinde manyetik akı tarafından üretilen girdap akımları, zaman zaman tank boyasını yakarak ve içindeki yağı kaynatarak muazzam lokalize ısıtma üretecektir.
Çoğu kamu hizmeti kuruluşu için, bunun olma olasılığı o kadar düşüktür ki, ağaçları budamaktan başka önlem almak ekonomik olarak mümkün değildir. Daha yüksek düzeyde bir endişe ile birkaçı, bir tankta üç ayrı çekirdek-bobin tertibatına sahip yalnızca tripleks trafolar satın alır.
Güç Trafosu Üzerindeki Tank Sıcaklıklarının Değerlendirilmesi
280 MVA'lık üç fazlı bir trafo ünitesinde, ısıl çalıştırma testi sırasında tank sıcaklıklarının ölçümü yapılmıştır. AG tarafında faz akımı 5,2 kA idi. Isıl çalıştırma testi sırasında trafo tankı aşağıdaki Şekil 2'de gösterilmektedir.
Hem sargı hem de AG kabloları ile hesaplamalardaki tüm malzeme özellikleri modellenmiştir. Bir trafo modeline kabloları dahil etmek, elemanların sayısı arttıkça ve hesaplama süresi büyük ölçüde arttıkça modeli çok talepkar hale getirir.
Tank, hesaplama sonuçlarını tam olarak doğru olmayan ancak gerçek bir trafoyla karşılaştırılabilir kılan ek ayrıntılar olmadan modellenmiştir.
Şekil 3'te test bölmesinde IR (termal) kamera ile ölçülen sıcaklıklar gösterilmiş ve hesaplama ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklık dağılımı ölçümlere çok iyi uyuyor.
Tank üzerindeki sıcak noktalar doğru bir şekilde yerleştirildi. Hesaplanan sıcak nokta değeri 102 °C iken 103 °C olarak ölçüldü.
3| Polarite (Kutupluluk) ve Açısal Yer Değiştirme
Tek fazlı transformatör gerilimlerinin faz ilişkisi “kutupluluk” olarak tanımlanır. Üç fazlı transformatörlerde gerilim fazı terimi “açısal yer değiştirme”dir.
3.1| Tek Fazlı Polarite
Bir trafonun polaritesi toplamalı veya çıkarmalı olabilir. Bu terimler, kalan terminaller birbirine köprülenirse bitişik terminallerde görünebilecek voltajı tanımlar.
Polarite kavramının kökeni belirsizdir, ancak görünüşe göre, daha düşük primer voltajlara ve daha küçük kVA boyutlarına sahip olan erken trafolar, ilk önce katkı polaritesi ile yapılmıştır. kVA ve voltaj aralığı genişletildiğinde, bitişik buşingler arasındaki voltajların asla mevcut primer voltajdan daha yüksek olmaması için eksiltici polariteye geçiş yapılmasına karar verildi.Böylece günümüzde ANSI standartlarında inşa edilen transformatörler, gerilim 8,660 veya daha düşükse ve kVA 200 veya daha az ise katkı maddesidir. Aksi takdirde, eksilticidirler. Bu farklılaşma kesinlikle bir ABD olgusudur.
Kanada standartlarına göre inşa edilen dağıtım trafolarının tümü katkı maddesidir ve Meksika standartlarına göre inşa edilenlerin tümü eksilticidir. Polaritenin teknik tanımı, primer ve sekonder buşinglerin göreli konumunu içerse de, primer buşinglerin konumu, standartlara göre her zaman aynıdır.
Bu nedenle, bir katkı trafosunun sekonder buşinglerine bakarken, X1 buşingi (X3'ün) sağında bulunurken, bir eksiltme trafosu için X1 en soldadır. Bu tanımı karmaşıklaştırmak için, ANSI standardı Tip 2'ye göre oluşturulmuş tek fazlı ped montajlı bir trafo, düşük voltajlı eğimli modelin en alt sağ tarafında her zaman X2 orta kademe buşingine sahip olacaktır.
Polaritenin trafo sargılarının iç yapısı ile hiçbir ilgisi yoktur, sadece uçların buşinglere yönlendirilmesi ile ilgilidir.
Polarite, yalnızca trafolar paralel veya sıralı hale getirildiğinde önem kazanır. Tek fazlı polarite Şekil 4'te gösterilmektedir.
3.2| Üç Fazlı Açısal Yer Değiştirme
Üç fazlı bir dağıtım trafosu üzerindeki H1 ve X1 buşingleri arasındaki gerilimin faz ilişkisi, açısal yer değiştirme olarak adlandırılır. ANSI standartları, wye-y ve delta-delta trafolarının 0° yer değiştirmeye sahip olmasını gerektirir.
Wye–delta (Yıldız-Üçgen) ve delta–wye (Üçgen-Yıldız) trafolar, X1'in H1'den 30° geri kalmasına sahip olacaktır. Açısal yer değiştirmedeki bu fark, büyük yüklere hizmet etmek için üç fazlı trafolar paralel olduğunda dikkatli olunması gerektiği anlamına gelir.
Bazen faz farkı, 12 darbeli doğrultuculara veya diğer özel yüklere güç sağlarken olduğu gibi avantaj sağlamak için kullanılır. Avrupa standartları, en yaygını Dy11 olan çok çeşitli yer değiştirmelere izin verir.
Bu IEC ataması, X1'in H1'den 11 × 30° = 330° geride veya 30° önde olduğu Delta birincil-yönlü ikincil olarak yorumlanır.
Dy11'in açısal yer değiştirmesi, ANSI açısal yer değiştirmesinden 60° farklıdır. Üç fazlı açısal yer değiştirme yukarıdaki Şekil 5'te gösterilmiştir..
Referans Kaynakalar
Electric Power Engineering Handbook by Leonard L. Grigsby (Amazon'dan satın alabilirsiniz)
Prediction of local temperature rise in power transformer tank by FEM by Robert Sitara, Ivan Šulca and Žarko Janić (4. Uluslararası Kolokyum “Transformatör Araştırma ve Varlık Yönetimi”)