Enerji, Şalt, Enerji Kalitesi, Pano, Trafo, Kablo, Motor, Kesintisiz Güç Kaynağı, Topraklama, Aydınlatma, Test-Ölçüm, Elektrik Proje-Taahhüt, Elektronik, dergi

YÜKSEK GERİLİM VE ULTRA YÜKSEK GERİLİM GÜÇ TRAFOLARINDA SARGI ÇIKIŞ SİSTEMLERİ

EMRE ÖZTÜRK HAKAN COŞER ENPAY TRANSFORMER COMPONENT

Bu makale mevcut yüksek gerilim ve Ultra yüksek gerilim güç trafolarında uygulanan
projeler üzerinde elektrik alan hesaplamaları yapılarak çıkış yalıtım sistemi, ortadan
çıkış sisteminin tasarım proseslerini anlatır.

Özet: Bu makale mevcut yüksek gerilim ve Ultra yüksek gerilim güç trafolarında uygulanan projeler üzerinde elektrik alan hesaplamaları yapılarak çıkış yalıtım sistemi, ortadan çıkış sisteminin tasarım proseslerini anlatır.

I-Giriş

Gelişen dünyada elektrik enerjisine artan talep Üretim merkezleriden son kullanıcıya daha fazla enerjinin iletilmesini gerektirmektedir.

Bu yayilan ve artış gösteren talep daha uzun iletim hatlarıyla birlikte hatlarda artan kayıplara sebep olur. Artan hat kayıpları düşürmenin yolu uzun iletim hatlarınıda iletim gerilimini arttırmaktan geçer.Uygun ileri malzemelere erişimle birlikte, öngörülü tasarım prosesleri ve etkili üretim kabiliyetleriyle 420, 550,800 kV Ultra yüksek gerilim seviyelerinde ki çeşitli trafoların düzenli olarak iletim hatları için üretilmesi gerçekleştirilebilir hale gelmiştir.

Özel optimize edilmiş tasarımlar ve ileri yalıtım malzemeleri ile birlikte 1200kV seviyeleri şu anda gerçekleştirilmektedir. Bu şekilde artan gerilim seviyeleri sargı çıkıs sistemlerini, özellikle ortadan çıkış sistemlerini trafo içerisinde en önemli komponentler haline getirmektedir.

Ortadan çıkış sistemi ve Çıkış yalıtım sistemi, hem daha az yağ ve çelik malzemesi kullanımını saağlayan hemde yüksek gerilim sargısıyla bushing bağlantisini yapan kritik yalıtım komponentleridir. Böylelikle fiyat optimizasyonu olur. Sargı çıkış sistemlerinin uygun ileri teknoloji hammaddeleri ve öngörülü dizayni, trafo üreticileri için malzeme tasarrufu ile sonuçlanan bariyer ve yağ kanalı miktarları nedeniyle dom çapının düşmesine izin verir.
Bu tür sistemlerde kullanılan trafo yağı ve tank çeliği maliyetlerini karşılaştırdığımızda Dom içinde kullanılan çıkış yalıtım sistemlerinde güvenli ve optimize edilmiş dizayn prosesleri sayesinde %35-40 oranında ağırlık ve hacimde azalma gerçekleştirilebilir.

II- Tasarım prosedürleri

Trafo yalıtım dizayn sistemi ve üretimi hakkındaki genel bilgi 80 yıldan fazla zamandır selülozun ve trafo yağının birlikte kullanılması temeline dayanır. Yalıtım tasarımı yağ emdirilmiş katı yalıtımlarlar arasındaki elektrostatik alan stresi dağilımı bu temel bilginin yerini alır. Elektrik Alan değeri yalıtım malzemelerinin geometrisiyle ve malzemenin dielektrik sabitiyle uyumlu bir şekilde dağıtılır. Ayrıca yalıtım düzeni tasarim eğrilerine göre düzenlenir.

Bu eğriler daha önce uygunlanmış onlarca yıllık tecrübeye, üretim prosesine,insan gücüne, malzemelerin kalite etüdlerinden elde edilmiştir.

Yağ sogutmalı trafolarda, silisli saç, bakır, madeni yağların malzeme olarak dönemsel yetersizliği ve artan dalgalı fiyatları nedeniyle, trafo boyutlarını, toplam maliyeti, trafo ağırlığını azaltmak ve alternatif çözümler bulmaya yönlendirmiştir. Bariyer sistemleriyle büyük yağ kanalından küçük yağ kanalına dönüşen sistem tasarımları yalıtımda daha güvenli daha ekonomik olmakta ve daha iyi kurutma performansi ile uzun ömürlü olmaktadır.

III- Sargı çıkış sistemleri

Sargı çıkış sistemi bushingin alt tarafi ile yüksek gerilim sargı sonunu birbirine bağlayan yalıtım parçasıdır. Yüksek gerilim sargı sonu bobinin yüksekliğine göre sargının üstünde veya ortasında konumlandırılabilir. Dom çapı sistem gerilimi ve sargı çıkıs yalıtım tasarımına bağlıdır.Küçük dom çapı daha az trafo yağı ve çelik kullanılmasını sağlar bu hem maliyet hemde trafonun boyutu, ağırlığı için önemlidir. Sargı çıkış sistemleri güç trafosu üreticilerinin malzemeden tasarruf etmelerine olanak sağlar.

Sargı çıkıs sistemleri trafo tankı veya domun içinde olabilir. Sargı bağlantıları her bir faz için sargının üstü tarafinda veya ortasında olabilir. 500kV kadar olan tek faz veya 3 faz güç trafolarında durum böyledir. Fakat 765kV ve 1200kV trafolarda genelde taşıma ve yüksek gerilim güvenli mesafe sınırlarından dolayı tek faz ve sargının ortasından çıkıştır.

Sargı çıkıs sistemleri elektrik alan olarak 3 kısımda incelenebilir. 1. kısım elektrodun cevresi (alan A) ikinci kısım direk boru tarafı (alan B) ve 3. kısım ise borunun büküm tarafı (alan C).yalıtım tasarımlarının analizleri sonlu eleman metoduyla(FEM) yapılmaktadir. Analiz prosesi ANSYS firmasının Maxwell programıyla yapılmaktadır. Alan A ve B ‘nin analizi 2D rotasyonel metoduyla yapılırken. Karmaşık olan Alan C için 3D analiz yapılmaktadir.

Yukarıdaki gösterimde ortadan girişli sargı çıkış sistemi, buna bağlı dom ve kritik alanlar gösterilmiştir.

Aşağıda ki elektrik alan çalışmaları ve eğrilerdenden de görüleceği gibi sargı çıkış sisteminin alan stress dağılımı düzgün değildir. Geometriler alan stress dağılımı optimum olacak şekilde dağılması için düzenlenmelidir. Bu optimazyon geometrileri anlamak ve sonuçları karşılaştırmayı gerektirir.

Yağ kanalları ve yalıtım gereksinimlerine karar verirken yüksek stresli sargı çıkış sistem parçalarını derinlemesine analiz etmek gerekir. Yüksek stres değeri kısmi desarji oluşmaması için sınır değerlerin altında kalan alanda kalmalıdır. Izin verilen maximum stres değeri yağ kanallarının genişliğine bağlıdır. Çalışmalar kısmı desarj başlangıç gerilim eğrileri ile yalıtım siteminde bulunan gazı alınmış yağın kanal genişliğine göre yapılır.

Yalıtım bariyerleri büyük yağ kanallarını küçük yağ kanallarina çeviren transformerbordlardan yapılır.

Transformerboard Yüksek güvenlik sağlayan yağa karsı dayanaklı selüloz liflerine sahiptir. Yalıtım bariyerleri tasarlanırken en önemli nokta alan yapısına uygun geometrilerde bariyerler elde etmektir. örnegin ideal bariyerler elektrik alan çizgilerine dikey konumdadır ve bariyerler aşağıda gösterilen FEM analiz örneğinden görüleceği üzere Eş potansiyel eğrilerine paraleldir.

Yağ emdirilmiş transformerboard ve yağın elektrik alan içinde birbiriyle davranışı ortadan çıkış sistemi ve çıkış yalıtım sistemleri gibi akıllı çözümler tasarlayabilmemizi sağlar.
Aşağıda 1200kV sargı çıkıs sitemleri ve 420kV middle exit tasarım prosesleri gösteriliyor.

1200 kV Exit Insulation System
BIL : 2300 kV SIL : 1800 kV
Elektrik alan dağılımı renklendiriliş gösterimi ve Line 3’e ait alan dağılım eğrisi gösterilmiştir.
Line 2 ‘e ait 3 boyutlu analiz ile alan dağılım örneği gösterilmiştir.

Tasarım FEM (Sonlu Elemanlar Yöntemi) a göre çözümleme yapan programlar ile geliştirilmektedir. Analizler ile birlikte bariyerlerin tam yerleşim yeri ve bir çok kritik yol tanımlanmaktadir. Tasarımları yapılan bu sargı çıkış düzenleri dünyanın çeşitli ülkelerinde üretilen trafolara montajları yapılmış ilgili trafo testlerinden başarıyla geçmiştir.

1200kV ve 800kV için tasarlanan sistemler FEM alan çalışmalarıyla geliştirilmiştir. Analizle beraber bariyerleri tam konumları ve kritik noktalar belirlenmektedir.

IV-Ortadan Çıkış Sistemi

Ortadan Çıkış Sistemi

Ayar sargısı YG sargısının dışında konumlandırıldığı durumlarda sistemi daha güvenli hale getirmek için ortadan çıkış sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu uygulama, ayar sargılarına bağlanır ve çıkış düzenin, montajı kolaylastırarak ve uygun ayar sargısı destekleri kullanarak korur.

Ortadan çıkış uygulaması sadece yüksek gerilim sargısı ile sargı çıkış sisteminin alt tarafının bağlantısını sağlamaz, aynı zamanda daha az işçilik, daha az montaj zamanı ve montaj malzemesinden tasarruf eden avantajlı bir tasarım sunar.

Ek olarak ortadan çıkış sistemi insan gücüne bağlı montaj hatalarını da elimine eder.
Elektrik Alan simulasyonu için ortadan çıkış parçalarının yerleri.

İzin verilebilir değerlerle birlikte tanımlanan noktaların alan dağılımı ve stress karşılaştırılması;
Programlarda çözümlemeler için Geometrilerin gösterimi

Tasarımda bariyerlerin tam yerleri ve kritik noktalar FEM analizlerinden elde edilen verilere göre belirlenmektedir.

Ortadan Çıkış Sistemi en kritik noktalara göre dizayn edilmektedir. Her bir yağ kanalındaki stres dağılımı yalıtım güvenliğin kontrolu yapmak için stress eğrileriyle karşılaştırılır.
Tasarımları yapılan bu ortadan çıkış sistemleri dünyanın çeşitli ülkelerinde üretilen trafolara montajları yapılmış ilgili trafo testlerinden başarıyla geçmiştir.

Trafo üzerinde middle exit yerleşimi

Yüksek gerilim sargısı etrafında ayar sargısı ve yük altında kademe değiştiricisi bağlantısı yapmak için elektrik alanın daha düşük olduğu bir hacim sağlar.

Ayar sargısını, alt ve üst tarafı arasında ki mesafe bu sistem sayesinde azalacaktir. Bu uygulama dikey ve yatay sargı makinesi prosesleriyle uyumludur

Alt ve üst Ayar sargısını arasında kullanılan baskı halkalı Geleneksel metotlara göre daha güçlü mekanik dayanım sağlar.

V-Sonuç

Sargı çıkış sistemleri YG trafolarında dom çaplarını veya trafo tankına olan mesafenin küçültülmesine olanak vererek ekonomik kazanım sağlayan ve daha küçük boyutlu trafolar üretilmesine olanak sağlayan aynı zamanda bu kısımda bağlantıların yalıtım güvenlik katsayılarını yükselten daha güvenli sistemlerdir.

Bariyerli Sargı çıkıs sistemi ve ortadan çıkış sistemi en iyi çözümdür. Çünkü pul ve takozlardan oluşan Geleneksel yalıtım sistemlerine göre daha güvenli ve daha ekonomiktir.

Ortadan çıkış gibi yalıtım komponentleri güç trafosu üretim zamanını ve kullanılan malzemeyi azaltmayı sağlar.

Ortadan çıkış komponent paketlerinin bir çok teknolojik ve ekonomik avantajlari vardir.

BIBLIOGRAPHY
[1] S.Yürekten, E.Öztürk, Technical Assessment of Lead Exit and Design Process for Power Transformers up to 1200 kV,(International Conference on Development of 1200 kV National Test Station, 09.2010 /New Delhi, India) NATIONALCIGRE
[2] S.Yürekten, E.Öztürk, Technical Assessment of Lead Exit and Design Process for HV. Power Transformers, (Travek VII. International Scientific and Technical Conference Large Power Transformers and Diagnostics Systems, 06.2010 /Moscow, Russia)
[3] H.P. Moser, Transformerboard, 1987
[4] S.Yürekten, E.Öztürk, F.Erenler Enpay Transformer Components, Modern Trends In Application of Insulation Systems For Power Transformer, 11.2011, New Delhi India
[5] V.Dahinden, K.Schulz, A. Kühler, Function of Solid Insulation in Transformers, Transform 98