Dağıtım Traforlarının Termal ve Mekanik Performans Testi: Güvenilirlik ve Uzun Ömürlülüğü Sağlama

Giriş

Elektrik dağıtımının karmaşık dünyasında, dağıtım transformatörleri kritik bir rol oynar. Bu transformatörler, birincil dağıtım seviyelerinden son kullanıcılar için uygun kullanım gerilimlerine gerilim düşürme görevini üstlenir. Doğru işleyişi, istikrarlı ve etkin bir elektrik şebekesinin korunması için hayati önem taşır. Bu makale, dağıtım transformatörünün değerlendirilmesinde iki temel konuya odaklanır: termal performans testi ve mekanik performans testi, ayrıca hizmet kesintilerini önlemeye ve gerilim değişkenliklerini yönetmeye yönelik yöntemleri de inceler.

Dağıtım Transformatörlerinin Termal Performans Testi

Termal İncelemenin Önemi

Dağıtım transformatörleri çalışırken ısı üretir. Bu ısı, genellikle bu transformatörlerde sarım kayıpları ve çekirdek histerezisinden kaynaklanır. Transformatörlerde kontrolsüz bir şekilde toplanan ısı, yalıtımın bozulmasına, transformatörlerin yaşlanma sürecinin hızlanmasına ve felaket niteliğindeki arızalar riskini artırabilir. Bu nedenle, transformatörlerin düzenli termal incelemeleri en büyük önem taşır. Bu incelemeler, transformatörlerde sıcaklık izlemeyi ve sıcak nokta tespitini içerir ve erken uyarı sistemleri olarak işlev görür. Transformatörlerde termal anormallikleri hızlıca tespit ederek teknisyenler, arızaları önleyebilir ve dağıtım ağında kesintisiz güç sağlayabilirler.

Transformatörler İçin Ana Termal Test Bileşenleri

Dağıtım transformatörlerinin termal performans incelemeleri için birkaç test temel oluşturur:

• Sıcaklık Yükseliş Testi: Transformatörler için temel bir inceleme olan bu test, belirlenen yük altında transformatör sarımları ve yağındaki sıcaklık artışı ölçülür. Transformatörlerde belirlenen standartlardan sapmalar, soğutmanın verimsizliği veya iç direnç sorunları gibi potansiyel sorunları işaret eder. Bu bulgular, transformatörlerdeki soğutma fanları, levhalar veya soğutucu düzeylerine daha yakından bakılmasını gerektirir.

• Termal Görüntüleme İncelemesi: Bu invaziv olmayan inceleme tekniği, kızılötesi kameralar kullanılarak uygulanır. Transformatörlerin yüzey sıcaklıklarını haritalandırarak, gevşek bağlantılar veya bloke olmuş kanallardan kaynaklanan gizli sıcak noktaları ortaya çıkarır. Bu, transformatörlerde yalıtım hasarına yol açmadan hedefli onarım yapılmasına imkan tanır.

• Yağ Sıcaklığı Analizi: Transformatör yağının viskozitesi ve asit içeriği örneklendirilip test edilerek, transformatörlerin yaşadığı termal stres seviyeleri hakkında bilgi sağlanır. Transformatör yağında yüksek asitlilik, aşırı ısıtma olduğunu gösterir ve transformatörlerin ısı kaynağı ve soğutma mekanizmalarının incelenmesini tetikler.

Transformatörler İçin İnceleme Protokolleri ve Standartları

IEEE C57.12.90 ve IEC 60076 standartları, transformatörlerin sistematik termal incelemelerini zorunlu kılar. Test sırasında, teknisyenler transformatörler üzerinde tam yük koşullarını simüle ederken sıcaklık gradyanlarını yakından izler. Örneğin, transformatörlerde bir sıcaklık yükseliş incelemesi, okuma kaydedilmeden önce transformatörlerin birkaç saat boyunca istikrara gelmesini gerektirir. Her incelemenin detaylı belgesi, çevresel koşullar, test süreleri ve termal profiller dahil olmak üzere, zaman içinde transformatörlerin trend analizini kolaylaştırır.

Transformatör İncelemeleri İçin Frekans ve Uyum Stratejileri

Transformatörlerin termal incelemelerinin sıklığı, yük değişkenliği ve çevre koşulları gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Fluktuasyonlu yüklerle karşılaştığı kentsel bölgelerdeki dağıtım transformatörleri aylık incelemeler gerektirebilirken, kırsal alanlardaki transformatörler üç aylık kontrollerle yetinebilir. Sıcak iklimlerde, termal incelemeler arasındaki aralıklar, ısı stresinin etkilerine karşı kısa tutulur. Gelişmiş izleme sistemleri, gömülü sensörler aracılığıyla transformatörlerden gerçek zamanlı veri iletmek suretiyle sürekli termal incelemeler sağlar.

Transformatörlerde İnceleme Zorluklarını Aşma

Transformatörlerin termal incelemeleri bazı zorluklarla karşı karşıya kalır. Özellikle, geçici yük tepkileri nedeniyle yanlış pozitif sonuçlar oluşabilir. Bu durumu azaltmak için, teknisyenler termal verileri, transformatörlerdeki yük akımları gibi elektriksel parametrelerle ilişkilendirir. Ayrıca, transformatörlerin iç sarımlar gibi ulaşılması zor bileşenlere erişmek, özel uzmanlığa ihtiyaç duyar. Bazı incelemeler, transformatörlerin yağının boşaltılmasını gerektirir ve bu, titiz güvenlik protokollerine sıkı sıkıya uyulmasını gerektirir. Transformatörlerdeki termal sensörlerin düzenli kalibrasyonu, doğru inceleme sonuçlarını sağlar.

Termal İncelemeyi Transformatör Bakımıyla Entegrasyon

Transformatörlerin termal incelemeleri, veri toplama ve bakım eylemleri arasında bir köprü görevi görür. Transformatörlerin kapsamlı bir inceleme raporu, sıcak noktaları, soğutma verimsizliklerini veya yağ bozulmasını işaret ederek hemen müdahaleleri yönlendirir. Örneğin, bir termal görüntüleme incelemesi, bir transformatörün soğutma levhasının tıkandığını gösterirse, temizleme veya değiştirme öncelik haline gelir. Termal incelemeleri transformatörlerin önleyici bakım programlarına entegre ederek, operatörler transformatörlerin ömrünü uzatabilir ve şebekeye bağlı zayıflıkları azaltabilir.

Dağıtım Transformatörlerinin Mekanik Performans Testi

Transformatörler İçin Mekanik İncelemenin vazgeçilmezliği

Dağıtım transformatörleri, yaşam döngülerinin tümünde mekanik streslere maruz kalır. Elektriksel arızalar, transformatörlerin sarımlarını bükmesine neden olabilecek yoğun manyetik kuvvetler oluşturabilir. Ayrıca, sismik aktivite veya taşıma sırasında sert muamele, transformatörlerin iç bileşenlerini zarar verebilir. Düzenli mekanik incelemeler, görsel kontrollere kadar dinamik testlere kadar çeşitli yöntemlerle, gizli kusurların tespit edilmesi için gereklidir. Transformatörlerde mekanik zayıflıkları erken tespit ederek, operatörler güç sağlamanın kesilmesine ve bu transformatörlerden bağımlı genel altyapıyı tehlikeye atacak ani arızaları önleyebilirler.

Transformatörler İçin Temel Mekanik Test Bileşenleri

Dağıtım transformatörlerinin mekanik performans incelemeleri için birkaç test önemlidir:

• Kısa Devre Darbeleri Testi: Bu inceleme, arızalı koşulları simüle ederek, transformatörlerin manyetik kuvvetlere dayanma yeteneğini değerlendirir. Transformatörlerdeki impedans veya sarım yer değiştirmelerinde sapmalar, mekanik stresi işaret eder ve transformatörlerin kilitleme yapıları ve destek çerçevelerinin incelenmesini gerektirir.

• Titreşim Analizi İncelemesi: Sensörler, transformatörlerin işlemesi sırasında titreşimleri izler. Transformatörlerde tespit edilen anormal frekanslar, gevşek parçalar, hizlanmamış çekirdekler veya hasarlı soğutma fanları gibi sorunları işaret eder. Bu invaziv olmayan inceleme yöntemi, teknisyenlerin transformatörlerdeki mekanik sorunları tespit etmelerine ve onları aşılmadan önce düzeltilmesine yardımcı olur.

• Mekanik Darbe Testi: Bu test, üretim sürecinde veya transformatörlerin taşınmasından sonra uygulanır ve transformatörlerin şoklara dayanıklılığını değerlendirir. Düşme testleri veya sismik simülasyonlar, tank, terminaller veya terminal bağlantıları gibi bileşenlerdeki zayıflıkları ortaya çıkarır ve kritik eklemelerin incelenmesini gerektirir.

Transformatörler İçin İnceleme Protokolleri ve Standartları

IEEE C57.12.90 ve IEC 61378 standartları, transformatörlerin sıkı mekanik incelemelerini zorunlu kılar. Test sırasında, teknisyenler hassas prosedürleri takip eder. Örneğin, transformatörlerde kısa devre testleri, transformatörlerin mekanik tepkilerini yakından izlerken kontrol edilen akım enjeksiyonları gerektirir. Her incelemenin detaylı belgesi, test parametreleri, gözlemlenen deformasyonlar ve onarım önerileri dahil olmak üzere, transformatörlerin gelecekteki analizleri için tarihsel bir kaydı oluşturur.

Transformatör İncelemeleri İçin Frekans ve Bağlam Uyumu

Transformatörlerin mekanik incelemelerinin sıklığı, kullanım senaryolarına göre değişir. Deprem bölgesi olan bölgelerdeki dağıtım transformatörleri, çeyrek yıllık titreşim incelemeleri geçirebilir, ancak istikrarlı ortamlardaki transformatörler yılda bir kez kontrol edilebilir. Yeni kurulan transformatörler genellikle, bütünlüklerini doğrulamak için hemen taşıma sonrası incelemeler alırlar. Gelişmiş izleme sistemleri, gömülü gerilmeölçerler ve ivmeölçerler aracılığıyla transformatörlerin sürekli mekanik incelemelerini sağlar.

Transformatörlerde İnceleme Zorluklarını Aşma

Transformatörlerin mekanik incelemeleri, kendi karmaşıklıklarına sahiptir. Transformatörlerin parçalanmadan önce iç hasarın tespiti önemli bir engeldir. Ultrasonik test gibi, transformatörlerde gizli çatlakların tespiti için özel uzmanlık gerektirir. Ayrıca, transformatörlerde normal aşınma ile anormal degradasyon arasındaki farkı ayırt etmek deneyime ihtiyaç duyar. Bu zorlukları aşmak için, teknisyenler, titreşim analizi ile görsel incelemeleri birleştirir ve transformatörlerin tarihsel verilerini karşılaştırmalı değerlendirmeler için kullanır.

Mekanik İncelemeyi Transformatör Bakımıyla Entegrasyon

Transformatörlerin mekanik incelemeleri, tanı ve eylem arasında kritik bir bağlantı görevi görür. Transformatörlerin kapsamlı bir inceleme raporu, gevşek civatalar, bükülmüş sarımlar veya tehlike altındaki destekleri işaret ederek acil onarım veya bileşen değişimlerini gerektirir. Örneğin, eğer bir titreşim incelemesi, bir transformatörün hizlanmamış çekirdeğini ortaya çıkarırsa, yeniden hizlama ve tekrar sıkılması öncelik haline gelir. Mekanik incelemeleri transformatörlerin önleyici bakım programlarına entegre ederek, operatörler transformatörlerin ömrünü uzatabilir ve şebekeyi daha sağlam hale getirebilir.

Dağıtım Transformatörlerinde Hizmet Kesintisini Önleme

Transformatörler, İkincil Sistemler ve Sigortaların İşlemesi

Dağıtım transformatörleri, dağıtım veya birincil besleme gerilimlerinden tüketim gerilimlerine gerilim düşürür. Birincil besleme, alt besleme ve yan dallar aracılığıyla birincil sigortalar veya sigortalı kesiciler ile bağlantılıdır. Bir transformatör arızası veya düşük impedanslı ikincil devre arızası olduğunda, birincil sigorta, ilgili dağıtım transformatörünü birincil beslemeden ayırır. Normalde kapalı olan sigortalı kesiciler, küçük dağıtım transformatörlerinin inceleme ve bakımı için ayrılması için pratik bir yoldur.

Bir dağıtım transformatörünün tatmin edici aşırı yük koruması, sadece bir birincil sigorta ile sağlanamaz. Bu, birincil sigortanın akım-zaman eğrisi ile bir dağıtım transformatörünün güvenli akım-zaman eğrisi arasındaki farktan kaynaklanır. Eğer bir transformatörün tam aşırı yük koruması sağlamak için yeterince küçük bir sigorta kullanılırsa, bu sigorta erken patlar ve transformatörün değerli aşırı yük kapasitesinin çoğu kaybedilir. Bu küçük sigorta ayrıca, genellikle gereksiz olarak dalga akımlarında patlar. Bu nedenle, bir birincil sigorta, yalnızca kısa devre koruması sağlamak üzere seçilmelidir ve genellikle, ilgili transformatörün tam yük akımının %200'ünü aşan minimum patlama akımı olmalıdır.

Dağıtım transformatörleri, genellikle açık hava besleme hatlarına bağlanmıştır ve bu transformatörler ciddi fulger darbelerine maruz kalabilir. Fulger darbelerinden kaynaklanan yalıtım hasarını ve transformatör arızalarını minimize etmek için, bu transformatörlerle birlikte genellikle fulger tutucular kullanılır.

Bir dağıtım transformatörünün ikincil girişleri genellikle radial ikincil devrelere sabit olarak bağlanır ve bu devreden tüketicilerin servis bağlantıları çekilir. Bu, transformatörün ikincil devrelerindeki aşırı yükler ve yüksek impedanslı arızalar karşısında koruması olmadığını ifade eder. Dağıtım transformatörlerinin aşırı yüklerden dolayı çok azının yanması, genellikle bu transformatörlerin aşırı yük kapasitelerini tam olarak kullanılmadığından kaynaklanır. Aşırı yüklerin tehlikeli hale gelmesinden önce sık sık yük kontrolleri ve düzeltici önlemlerin alınması, aşırı yük nedeniyle oluşan arızaların azalmasına katkıda bulunur. Ancak, özellikle ağaç koşullarının kötü olduğu bölgelerde, ikincil devrelerdeki yüksek impedanslı arızalar, aşırı yükten daha fazla dağıtım transformatör arızasına neden olabilir.

Dağıtım transformatörlerinin ikincil girişlerindeki sigortalar, benzer nedenlerle birincil sigortalara göre transformatör yanmalarını önlemede daha az etkilidir. Bir dağıtım transformatörünün aşırı yükler ve yüksek impedanslı arızalar karşısında tatmin edici korunması, transformatörün ikincil girişlerinde bir devre kesici kurulumu ile elde edilebilir. Bu devre kesicinin tripping eğrisi, transformatörün güvenli akım-zaman eğrisi ile uyumlu olmalıdır. Birincil sigorta da, devre kesicinin herhangi bir akımın üzerinden geçmesinden önce patlamadan korunacak şekilde ikincil kesici ile uyumlu olmalıdır.

Bir tüketicinin servis bağlantısındaki, ikincil devreden servis anahtarıya olan arızalar oldukça nadirdir. Bu nedenle, ikincil devredeki servis bağlantısının ikincil devreye bağlandığı noktada ikincil sigorta kullanımı, genellikle büyük servislerin yeraltı ikincil devrelerinden çekildiği gibi nadir durumlar dışında ekonomik olarak haklı çıkarmaz.

Gerilim Değişimi Dikkat Edilecek Noktaları

Bir tüketicinin servis anahtarında yaklaşık %10'luk maksimum gerilim değişimi varsayımıyla, sistemdeki çeşitli bölümler arasında, tam yük altında, yaklaşık şu şekilde dağılır:

• İlk ve son transformatörler arasındaki birincil beslemedeki %2 gerilim değişimi

• Dağıtım transformatöründeki %2.5 gerilim değişimi

• İkincil devredeki %3 gerilim değişimi

• Tüketicinin servis bağlantısındaki %0.5 gerilim değişimi

İlk dağıtım transformatörünün birincil tarafındaki gerilimin genellikle tam olarak korunamaması, diğer %2'yi açıklar.

Bu rakamlar, genellikle konut yüklerine besleme sağlayan açık hava sistemleri için tipiktir. Ancak, kablosuz devreler ve büyük dağıtım transformatörleri kullanılan yeraltı sistemlerde, veya endüstriyel ve ticari yükler beslendiğinde, bu rakamlar önemli ölçüde farklılık gösterebilir.

Belirli piyasa fiyatlarında, herhangi bir düzgün yük yoğunluğu ve inşaat tipi için, bu sistemin iki bölümündeki toplam izin verilen gerilim düşümü belirlendikten sonra, dağıtım transformatörü ve ikincil devre kombinasyonunun ekonomik boyutu kolayca belirlenebilir. Eğer transformatör çok büyükse, ikincil devre maliyeti ve toplam maliyet aşırı olacaktır. Tersine, eğer transformatör çok küçükse, transformatör maliyeti ve toplam maliyet çok yüksek olacaktır.

Transformatörlerde Yük Değişikliklerini Yönetme

Dağıtım sisteminin herhangi bir başka kısmında olduğu gibi, dağıtım transformatörlerinde ve ikincil devrelerinde yük değişikliği veya yük büyümesi düşünülmeli ve planlanmalıdır. Dağıtım transformatörleri ve ikincil devreler, sadece kurulum zamanındaki yükleri değil, aynı zamanda bazı gelecekteki yükleri de karşılamak için kurulur. Ancak, büyüme için aşırı bir tahsis yapmak ekonomik değildir.

Bir dağıtım transformatörü tehlikeli derecede aşırı yüklenirse, ikincil devrenin akım taşıma kapasitesi ve genel gerilim düzenleme izni varsa, bir sonraki büyüklükteki bir transformatörle değiştirilebilir. Eğer böyle değilse, aşırı yüklenmiş transformatörün yanındaki başka bir transformatörle aynı büyüklükte bir başka transformatör kurulabilir. Bu, aşırı yüklenmiş transformatörden bir kısmının ikincil devresini ve ilişkili yükü yeni transformatöre bağlayarak, aşırı yüklenmiş transformatörden yük almayı içerir. Bu aynı zamanda, aşırı yüklenmiş transformaörün ikincil devresindeki yükü azaltır ve genel gerilim düzenlenmesini iyileştirir. Daha orantılı yük yoğunluğu olan bölgelerde, aşırı yüklenmiş transformatörün her iki tarafına da yeni transformatörlerin hızlı bir şekilde kurulması, tatmin edici gerilim koşullarını korumak ve ikincil devrenin bazı kısımlarının aşırı yüklenmesini önlemek için gerekebilir. Aynı sonuç, yeni bir transformatör kurularak ve aşırı yüklenmiş transformatörün, kısaltılmış ikincil devresinin ortasına beslemesi için yeniden yerleştirilmesiyle de elde edilebilir.

Hizmet İyileştirmesi için Transformatör Bankacılığı

Dağıtım transformatörleri ve ikincil devreler, tipik radikal yapılandırmada düzenlendiğinde, herhangi bir yük sadece bir transformatör aracılığıyla ve ikincil devre üzerinden sadece bir yönde beslenir. Bu nedenle, bir tüketicinin servisinde birden fazla motor başlatıldığında, diğer tüketicilerin servislerinde rahatsız edici ışık titremesi oluşabilir. Konut bölgelerinde motor gücüyle çalışan cihazların kullanımı arttıkça, ışık titremesi şikayetlerinin sayısı da artmaktadır. Bazı bölgelerde, ışık titremesi, gerilim düzenleme yerine, transformatörlerin ve ikincil devrelerin boyutu ve düzenlemesi belirleyen faktör olabilir.

Dağıtım transformatörlerinin bankacılığı, genellikle ışık titremesini iyileştirmek veya ortadan kaldırmak için en iyi ve en ekonomik yöntemdir. Transformatör bankacılığı, birincil devreye bağlı olan birkaç transformatörün ikincil taraflarını paralel olarak bağlamayı ifade eder. Banka transformatörlerinin ikincil devre düzeni, ikincil ağ sistemlerinde kullanılan döngü veya grid benzeri şekiller alabilir. Ancak, banka transformatörleri, bir radial dağıtım sistemi formunu aldığı için, bir radial birincil besleme üzerinden bağlantılı ve beslenir, bu da iki veya daha fazla birincil besleme üzerinden beslenen ve çok daha büyük hizmet güvenilirliği sunan bir ikincil ağ döngüsü veya gridi gibidir.

Genellikle radial ikincil devre düzeninden banka transformatör düzenine geçiş, genellikle aynı birincil beslemeyle ilişkili birkaç transformatörün radial ikincil devreleri arasındaki boşlukları kapatıp, uygun birincil ve ikincil sigortaları kurarak basit ve ucuz bir şekilde yapılabilir.

Transformatör Bankacılığındaki Koruma

Dağıtım transformatörlerini banka haline getirirken iki ana forma koruma kullanılmıştır. İlk düzen, muhtemelen en eski ve en yaygın olanı, dağıtım transformatörlerinin birincil besleme aracılığıyla birincil sigortalar veya sigortalı kesiciler vasıtasıyla bağlanmasını içerir. Bu sigortalar, sadece ilgili transformatörde bir arıza olduğunda patlamalıdır. Tüm transformatörler, ikincil devreye ikincil sigortalar aracılığıyla bağlanır ve bu sigortaların amacı, bir arızalı transformatörü ikincil devreden ayırmaktır. İkincil sigortanın boyutu, birincil sigortanın arasında bir arıza olduğunda patlaması gerekmektedir. İkincil devredeki arızalar genellikle kendilerini temizler. İkincil devre arızalarında ikincil sigortaların sık patlamasını önlemek için, bu sigortaların tüm arıza akımlarında nispeten uzun patlama süreleri olmalıdır, ancak transformatörlerin hızlıca temizlenmeyen ikincil arızalara karşı bir koruma sağlamadığı sürece bu süreler çok uzun olmamalıdır.

Transformatörleri banka haline getirirken, ikincil kesicinin uygun akım-zaman karakteristikleri ile kullanılması, ikincil sigortalara göre transformatöre aşırı yük ve yüksek impedanslı arızalara karşı daha fazla koruma sağlar. İkincil füze veya kesiciler, herhangi bir olası akım üzerinde birincil sigortadan önce açılmalıdır, böylece ikincil bir arıza sırasında birincil sigortaların patlamasını önler.

Bir transformatör arızası, transformatörün birincil ve ikincil sigortaları tarafından hizmeti kesintiye uğratmadan temizlenir. Çoğu ikincil arıza hızlıca temizlenir, ancak bir ikincil arıza devam ederse, birkaç veya tüm ikincil sigortalar patlayabilir ve bazı transformatörler yanabilir. Deneyim, beklenen arıza akımlarının dikkatli bir çalışması ve birincil ve ikincil sigortaların doğru seçimi ile bu banka yönteminin minimal sorunlarla çalıştığını gösterir. Ancak, bazen bir ikincil devre arızası, birden fazla ikincil sigortayı patlatır ve bazı transformatörleri yanar, bu da radial ikincil devrelerle kıyaslandığında daha büyük bir hizmet kesintisi sonucu olur.

İkinci transformatör banka düzeni, bir ikincil arıza nedeniyle banka bölgesinde tam bir hizmet kesintisi riski olmadığı için tercih edilir. Bu düzen, ilk düzenin aynısı nedenlerle dağıtım transformatörlerinin birincil besleme aracılığıyla