35 kV Dağıtım Dönüşüçlerinde Çekirdek Yerleşimi Hatası için Tanı Yöntemlerinin Analizi

35 kV Dağıtım Dönüştürücüleri: Çekirdek Toplama Hatası Analizi ve Tanı Metodları

35 kV dağıtım dönüştürücüleri, güç sistemlerinde yaygın kritik ekipmanlardır ve önemli elektrik enerjisi iletim görevlerini üstlenmektedir. Ancak, uzun süreli işletim sırasında çekirdek toplama hataları, dönüştürücülerin istikrarlı çalışmasını etkileyen büyük bir sorun haline gelmiştir. Çekirdek toplama hataları, sadece dönüştürücülerin enerji verimliliğini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda sistem bakım maliyetlerini artırır ve daha ciddi elektriksel arızalara neden olabilir.

Güç ekipmanlarının yaşlanmasıyla birlikte çekirdek toplama hatalarının oluşma oranı yavaş yavaş artmaktadır, bu da güç ekipmanlarının işletme ve bakımı sırasında hata tanı ve tedavide artış gerektirmektedir. Şu anda bazı tanı metodları mevcutsa da, tespit verimliliğinin düşük olması ve hatanın konumunun belirlenmesi zorluğu gibi teknik engeller hala var. Daha hassas ve kesin hata tanı teknolojilerinin araştırılması ve uygulanması, ekipmanın işletme güvenilirliğini artırmak ve güç sisteminin istikrarını ve güvenliğini sağlamak için acil bir ihtiyaçtır.

1 35 kV Dağıtım Dönüştürücülerindeki Çekirdek Toplama Hatalarının Nedenleri ve Özelliklerinin Analizi

1.1 Çekirdek Toplama Hatalarının Yaygın Nedenleri

35 kV dağıtım dönüştürücülerinde, çekirdek levhaları arasında genellikle yalıtım malzemeleri kullanılır. Ancak, uzun süreli işletim sırasında, iç elektrik alanları ve sıcaklık yalıtım malzemelerinin yavaş yavaş yaşlanmasına neden olur, özellikle yüksek gerilim ve yüksek sıcaklık ortamlarında yalıtım performansı hızlı bir şekilde azalır. Yaşlanma ilerledikçe, yalıtım direnci düşer ve kısmi alanlardaki yalıtım başarısızlığı çok noktalı toplama hatalarına yol açabilir.

Dönüştürücüler, uzun süreli işletim sırasında mekanik titreşimleri kaçınılmaz olarak yaşar. Özellikle yük fluktuasyonları önemli olduğunda, titreşim çekirdek ve çekirdek sıkıştırma bileşenleri arasındaki göreceli yer değiştirmeye neden olabilir. gevşek çekirdek sıkıştırıcılar veya hasarlı izolasyon malzemeleri toplama hatalarına neden olabilir. Dönüştürücü çekirdeğinin imalat hataları da çekirdek toplama hatalarının önemli nedenleridir. İmalat sırasında, silis çelik levhalarında kenar kalıntıları, düzensiz yalıtım kaplaması veya yetersiz çekirdek işleme hassasiyeti varsa, lokal yalıtım hasarı meydana gelebilir. Bu tür hatalar genellikle dönüştürücünün topraklama kısımlarında yoğunlaşır. Çekirdek içindeki elektrik alan dağılımı dengesiz olduğunda, kısmi salınım meydana gelebilir.

1.2 Hataların Elektriksel Özellikleri ve Tehlikeleri

Çekirdek toplama hatalarının en doğrudan elektriksel özelliği, topraklama akımının artmasıdır. Toplama hatası gerçekleştiğinde, topraklama akımı genellikle harmonik bileşenleri olan akım dalgalanmalarını gösterir, özellikle 50 Hz'nin üzerindeki yüksek frekansta bölgelerde. Hatalar oluştuğunda, topraklama akımının dalga formu genellikle sinusoidal olmayan, harmonik bileşenlerin daha büyük amplitudlarına sahip görünür.

Çekirdek toplama hatalarının başka bir tipik özelliği de kısmi salınım olmuştur. Yalıtım malzemenin başarısız olduğu durumlarda, elektrik alan hasarlı alanlarda yoğunlaşır, bu da korona salınımı ve kısmi salınım olaylarına neden olur. Kısmi salınım genellikle 3-30 MHz arasındaki genel frekans aralığında yüksek frekanslı akım darbeleri oluşturur. Bu frekans bandındaki akım sinyalleri, özel yüksek frekanslı akım dönüşüm cihazları (HFCT) kullanılarak yakalanıp analiz edilebilir.

Çekirdek toplama hataları tarafından tetiklenen başka bir elektriksel özellik de sıcaklık yükselme etkisidir. Hatanın oluştuğu noktada fırça akım kayıpları nedeniyle lokal sıcaklık artışı gözlemlenir. Bu sıcaklık yükselme etkisi, yalıtım malzemelerini doğrudan zararlı olmakla kalmaz, aynı zamanda çekirdeğin kısmi alanlarında aşırı ısınmaya neden olabilir.

1.3 Hataların Dönüştürücü İşletimine Etkisi

Çekirdek toplama hataları, topraklama akımının artmasına neden olur, bu da sırasıyla dönüştürücü çekirdeğinde ek kayıplara yol açar. Çekirdek kayıpları çoğunlukla fırça akım kayıpları ve histeresis kayıplarından oluşur. Toplama hataları olduğunda, dönüştürücünün içindeki manyetik akım dağılımının dengesiz olması, belirli alanlardaki fırça akım kayıplarını önemli ölçüde artırır. Bu, sadece dönüştürücünün enerji verimliliğini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda işletme maliyetlerini de önemli ölçüde artırabilir. Artan çekirdek kayıpları, dönüştürücünün aşırı ısınmasını artırarak, uzun vadede istikrarlı çalışmayı etkiler.

Çekirdek toplama hataları sonucunda oluşan kısmi salınım ve sıcaklık yükselme etkileri, dönüştürücülerin iç yalıtım malzemelerinin yaşlanmasını hızlandırır. Yalıtım yaşlandıkça, yalıtım tabakalarının direnci yavaş yavaş azalır ve elektriksel yalıtım yeteneği kademeli olarak başarısız olur. Yalıtım tamamen başarısız olduğunda, lokal kısa devre veya daha ciddi tam kısa devre kazaları tetiklenebilir.

Çekirdek toplama hataları, sadece elektriksel performansı azaltmakla kalmaz, aynı zamanda dönüştürücü yağındaki kimyasal kompozisyonu da etkiler. Çekirdek topraklandığında, kısmi salınım ve aşırı ısınma, iç yağ sıcaklığını artırarak, yağda çözünmüş gaz bileşenlerinde değişikliklere, özellikle metan (CH4) ve etilen (C2H4) içeriğinde anormal artışlara neden olur.

2 Çekirdek Toplama Hataları için Tanı Metodları ve Teknik Karşılaştırma

2.1 Geleneksel Tanı Metodları

DC direnç yöntemi, çekirdek toplama hataları için geleneksel tanı metodlarından biridir ve genellikle çekirdek ile toprak arasındaki yalıtım direncini ölçerek hata varlığını belirler. Bu yöntem, DC gerilimi uygular ve akım-gerilim oranını ölçerek yalıtım direncini hesaplar. İdeal olarak, çekirdeğin yalıtım direnci yüksek bir değerde kalmalıdır; eğer direnç belirli bir eşik değerinin altında düşerse, bu bir toplama hatası olduğunu gösterebilir.

Ancak, DC direnç yöntemi sorun noktalarını doğru bir şekilde belirleyemez. Ölçüm sonuçları sadece tüm çekirdeğin ortalama yalıtım performansını yansıtabilir ve spesifik hata alanlarını belirleyemez. Bu yöntem ayrıca belirli bir gecikmeye sahiptir, özellikle yalıtım yaşlanmasının henüz önemli bir direnç değişikliğine neden olmamış olduğu durumlarda, erken hata tespiti etkisiz kalır. Ayrıca, DC direnç yöntemi hata tipleri hakkında bilgi sağlayamaz ve ölçüm verilerinden ayrıntılı hata özellikleri etkili bir şekilde çıkarılamaz.

Yağ kromatografi analizi, transformatör yağındaki çözünmüş gaz bileşenlerindeki değişimleri tespit ederek hata tiplerini çıkarmaya çalışır. Bu çözünmüş gazlar genellikle transformatörün içindeki devre açma, aşırı ısınma veya diğer elektriksel arızalar sonucu oluşur. Transformatör yağında yaygın bulunan gaz bileşenleri arasında metan (CH4), etilen (C2H4), etan (C2H6) gibi gazlar bulunur. Gaz konsantrasyonlarındaki değişiklikler, transformatörün işlem durumunu yansıtabilir.

Yağdaki çözünmüş gaz konsantrasyonlarını hata tipleriyle karşılaştırarak, transformatörde çekirdek topraklama hatası olup olmadığını ön tanımla belirlemek mümkündür. Yağ kromatografi analizi, hata tespitinde nispeten gecikmeli bir yanıt verir; hata oluştuğunda, çözünmüş gazların birikmesi zaman alır, bu da hata tanısal işlemlerin zamanlılığını sınırlar. Ayrıca, yağ kromatografi analizi hassas hata konumları veya spesifik özellikler sağlayamaz, sadece gaz konsantrasyonları üzerinden hataları işaret edebilir. Küçük veya kesintili hatalar için, yağ kromatografi analizi teşhisi gecikebilir ve hata oluşumuna hızlı tepki veremeyebilir.

2.2 Modern Enstrümantal Tespit Teknolojileri

Kısmi devre açma tespit teknolojisi, yüksek frekanslı akım dönüştürücülerinin (HFCT) prensibine dayanır, çekirdek topraklaması nedeniyle oluşan devre açma darbe sinyallerini yakalayıp analiz ederek hataları tanımlar. Çekirdek topraklama hataları olduğunda, kısmi devre açma izole hasar noktalarında yüksek frekanslı akım darbeleri oluşturur. Bu akım sinyalleri genellikle 3-30 MHz frekans aralığında yüksek frekanslı gürültü veya darbe sinyalleri olarak ortaya çıkar.

Dönüşüm cihazının topraklama hattına yüksek frekanslı akım sensörleri takılarak, kısmi devre açma sinyalleri gerçek zamanlı olarak yakalanabilir. Bu teknoloji, kısmi hata noktalarını etkili bir şekilde belirleyebilir, yüksek duyarlılığa sahiptir ve hataları erken aşamada tespit edebilir. Kısmi devre açma tespiti, izolasyon yaşlanması veya mekanik hasarlardan kaynaklanan küçük hataları etkili bir şekilde belirleyebilir, hassas hata tanı bilgileri sağlayabilir. Kısmi devre açma sinyalleri analiz edilerek, hataların şiddetini ve gelişim eğilimini değerlendirebilir, buna göre uygun bakım veya önleyici önlemler alınabilir.

InfrARED termal görüntüleme teknolojisi, çekirdekte yerel sıcaklık artış bölgelerini tespit etmek için infrARED termal kameraları kullanır ve topraklama hatalarının varlığını belirler. Dönüşüm cihazlarında topraklama hataları olduğunda, yerel alanlardaki fırıl kayıplar sıcaklık artışlarına neden olur, özellikle hata noktaları etrafında anlamlı sıcaklık artışları görülür. InfrARED termal görüntüleme teknolojisi, çekirdeğin yüzeyinde gerçek zamanlı sıcaklık dağılımını elde edebilir ve sıcaklık farkları yoluyla hata varlığını belirleyebilir. Genellikle sıcaklık farkları 10°C'yi aşarsa, o bölgenin odaklı incelemesi gereklidir. Bu teknolojinin avantajı, temas olmadan sıcaklık değişimlerini tespit edebilmesi, ölçüm hızının hızlı olması ve hızlı saha tespiti için uygun olmasıdır.

Yüksek frekanslı akım tespit yöntemi, topraklama hatlarındaki yüksek frekanslı akım değişimlerini ölçmek için Rogowski bobinleri kullanır, genellikle frekans aralığı 500 kHz ile 2 MHz arasındadır. Bu yüksek frekanslı akımlar, çekirdek topraklama hataları nedeniyle oluşan devre açma süreçleri tarafından üretilir. Bu frekans aralığındaki akım sinyallerini tespit ederek, hata varlığı etkili bir şekilde belirlenebilir. Kısmi devre açma tespit teknolojisine kıyasla, yüksek frekanslı akım tespiti daha yüksek duyarlılığa sahip olup, çok zayıf hata sinyallerini de yakalayabilir. Rogowski bobinleri kullanılarak temas olmayan ölçüm, kurulumu basitleştirir ve ölçüm doğruluğunu artırır. Bu teknoloji, doğrudan erişimi zor olan alanlara uygulanabilir ve ekipmanı zarar görmeksizin çevrimiçi tespit yapılabilir.

3 Hata Tanısal Sürecinin Optimizasyonu ve Vaka Analizi

3.1 Optimizasyon İçin Tavsiyeler

Çekirdek topraklama hatalarını tanıırken, ilk adımın infrARED termal görüntüleme teknolojisi ile ön eleme yapılması olmalıdır. InfrARED termal kameralar, dönüşüm cihazının yüzeyindeki sıcaklık dağılım haritasını hızlı bir şekilde elde edebilir, bu da tanısal personelin olası anormal sıcaklık artış bölgelerini belirlemesine yardımcı olur. Ön eleme adımı potansiyel hata alanlarını belirledikten sonra, sonraki adım yüksek frekanslı akım tespit ve kısmi devre açma tespit teknolojilerini birleştirerek hassas test yapmalıdır.

Yüksek frekanslı akım tespit yöntemi, 500 kHz ile 2 MHz frekans bandında topraklama akımındaki değişimleri Rogowski bobinleri kullanarak yakalar, böylece çekirdek topraklama hata alanlarını etkili bir şekilde belirler. Kısmi devre açma tespit teknolojisi, HFCT sensörleri kullanarak gerçek zamanlı olarak devre açma darbe sinyallerini izler, devre açma frekansını ve yoğunluğunu analiz ederek hata noktasının konumunu daha fazla doğrular.

Yüksek frekanslı akım ve kısmi devre açma tespiti yapıldıktan sonra, son adım hata şiddetini yağ kromatografi analizi ile doğrulama ve analiz etmektir. Dönüşüm cihazı yağındaki çözünmüş gazları, özellikle metan (CH4) ve etilen (C2H4) gibi gazların konsantrasyon değişimlerini tespit ederek, hata niteliğini daha fazla doğrulayabilir. Ciddi çekirdek topraklama hataları için, yağ kromatografisi anormal derecede artmış gaz bileşenlerini gösterecektir. Yağ kromatografisi verilerini diğer tespit sonuçlarıyla birleştirerek, hata etkilerini kapsamlı bir şekilde değerlendirebilir ve sonraki onarma çalışmalarına temel sağlayabilir.

3.2 Tipik Vaka Analizi

Bir trase istasyonunda işletim sırasında bakım personeli, 35 kV dağıtım dönüşüm cihazında normal değerlerden çok daha yüksek bir topraklama akımını fark etti. İzleme verileri, topraklama akımının 5 A'ya ulaştığını gösterdi, normal koşullarda ise topraklama akımı 100 mA'nın altında olmalıydı. Sorun, topraklama akımının anormal olarak artmasına rağmen, açık dış fiziksel hata belirtileri olmadığıydı. Geleneksel elektriksel tanısal yöntemler, DC direnç testi ve yağ kromatografisi analizi, net bir hata konumu bilgisi sağlamadı.

Bu dönüştürücü çekirdeği topraklama arızası sorununu çözmek için bakım personeli birkaç modern tanı teknolojisini kullandı. İlk olarak, çekirdekte ve ilgili bileşenlerde sıcaklık artış alanlarını hızlı bir şekilde belirlemek için FLIR T640 kızılötesi termal görüntüleyiciyi ön tarama amacıyla kullandılar. Daha sonra, PD-Tech HFCT yüksek frekanslı akım sensörleri ile topraklama akımını izlediler. Son olarak, PD-Tech kısmi salınım detektörlerini kullanarak salınım sinyallerini test etti ve analiz etti, böylece arıza noktasını belirledi. Test sonuçları Tablo 1'de gösterilmiştir.

Tab.1 Dönüştürücü arızası tespit sonuçları

Kızılötesi termal kamera tarama sonuçlarına göre, çekirdek sıkıştırma bileşenlerinin yakınındaki sıcaklık farkı 12°C'ye ulaştı, normal aralığı aşarak bu bölgede olası bir aşırı ısınmanın önündeki durumu belirtti. Yüksek frekanslı akım sensörleri kullanılarak gerçek zamanlı tarama, 5 A'ya ulaşan bir topraklama akımı ortaya çıkardı, bu da normale karşılık gelen 100 mA değerini çok aşarak, transformatörün içinde bir arızanın geliştiğini gösterdi. Daha fazla kısmi salınım taraması, 4.5-18 MHz frekans aralığında yüksek frekanslı akım sinyallerinde güçlü dalgalanmalar ve artan salınım yoğunluğu olduğunu gösterdi, bu da arıza noktasının çekirdek sıkıştırma montajında olduğunu ve arızanın kötüleştiğini işaret etti.

Arıza noktasının son onaylanması, çekirdek sıkıştırma bileşeninin yalıtım padindeydi. Uzun süreli işletim nedeniyle yalıtım malzemesi yaşlanmıştı, bu da küçük bir yalıtım hasarına neden olmuş ve topraklama arızasını tetiklemişti. Arıza tedavisi önlemleri, yalıtım padinin değiştirilmesi içeriyordu ve daha sonraki testler, topraklama akımının normal seviyeye dönmesini ve arızanın giderilip ekipmanın istikrarlı çalışmasını teyit etti.

Bu örnek, kızılötesi termal görüntüleme teknolojisinin, kısmi salınım tarama teknolojisinin ve yüksek frekanslı akım tarama teknolojisinin kombinasyonunun çekirdek topraklama arızları tanısal işlem verimliliğini ve doğruluğunu etkili bir şekilde artırabileceğini göstermektedir. Gerçek uygulama ve bakım süreçlerinde, personel bu teknolojileri düzenli olarak birlikte tanıda kullanmalıdır, böylece transformatörlerin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için gereklidir.

4 Sonuç

Çekirdek topraklama arızlarının tanısı sırasında, birçok modern tanı tekniğinin birleştirilmiş kullanımı, arıza konumlandırma ve tanı doğruluğunu önemli ölçüde artırmaktadır. Yüksek frekanslı akım taraması, kısmi salınım analizi ve kızılötesi termal görüntüleme teknolojisinin sinerjik etkileri sayesinde, potansiyel ekipman riskleri erken aşamada tespit edilebilir, arıza kaynakları hassasiyetle belirlenebilir, ekipman kapasitesi düşüşü azaltılabilir ve transformatör hizmet ömrü uzatabilir.

Gelecekte, yeni tarama teknolojilerinin sürekli geliştirilmesi ve uygulanmasıyla, çekirdek topraklama arızlarının tanı ve bakımı daha verimli ve hassas hale gelecektir, bu da güç sistemlerinin istikrar ve güvenliğini koruyacaktır.