SCB & SGB Tipi Kuru Dönüşümçüler Açıklanıyor

1. Giriş

Bir transformatör elektromanyetik indüksiyon prensibine göre çalışır. Transformatörün ana bileşenleri sargılar ve çekirdektir. Çalışma sırasında sargılar elektrik akımı için bir yol oluştururken, çekirdek manyetik akı için bir yol oluşturur. Birincil sargıya elektrik enerjisi girişi yapıldığında, alternatif akım çekirdekte değişken bir manyetik alan oluşturur (yani elektrik enerjisi manyetik alan enerjisine dönüştürülür). Manyetik bağlantı (akı bağlantısı) nedeniyle ikincil sargıdan geçen manyetik akı sürekli değişir ve bu da ikincil sargıda bir elektromotor kuvveti (EMK) indükler. Dış bir devreye bağlandığında elektrik enerjisi yüke iletilir (yani manyetik alan enerjisi tekrar elektrik enerjisine dönüştürülür). Bu "elektrik–manyetizma–elektrik" dönüşüm süreci elektromanyetik indüksiyon prensibine dayanarak gerçekleştirilir ve bu enerji dönüşüm süreci bir transformatörün çalışma prensibini oluşturur.

U1N2 = U2N1

U1: Birincil Gerilim；N1: Birincil Sargı Dönme Sayısı；U2: İkincil Gerilim；N2: İkincil Sargı Dönme Sayısı

Çin ulusal standardı GB 1094.16'ya göre, kuru tip transformatör, çekirdeği ve sargıları izole edici sıvıya daldırılmamış olan transformatördür. İzolasyon ve soğutma ortamı havadır. Geniş anlamda, kuru tip transformatörler iki ana türe ayrılabilir: kaplamalı ve açık sargılı.

• "SC(B)" tipi epoksi reçine dökümlü kuru tip transformatörü ifade eder ("B" model adlandırmasında sargıların bakır folyodan yapıldığını gösterir; "SG(B)" içindeki "B" aynı anlama gelir). Yüksek gerilim sargısı tamamen epoksi reçine ile kaplanmıştır, düşük gerilim sargısı genellikle tamamen epoksi reçine ile dökülmez—sadece uç bükümleri epoksi reçine ile kapatılır (bu durumun nedeni düşük gerilim tarafının daha yüksek akım taşımasıdır ve tam döküm ısı dağılımını olumsuz etkiler). Şu anda SC(B) tipi kuru tip transformatörler piyasada yaygın olarak kullanılan ürünlerdir ve bu makalede analiz için örnek olarak kullanılmışlardır. Çoğu SC(B) tipi transformatörün izolasyon sınıfı F'dir, bazıları H sınıfındadır.

• "SG(B)" tipi DuPont (ABD)'ın NOMEX izolasyon kağıdını turdan tura izolasyon için kullanan açık sargılı kuru tip transformatördür. Düşük gerilim sargısı bakır folyodan yapılır ve hem yüksek hem de düşük gerilim sargıları VPI (Vakum Basınçlı Emprenye) izolasyon işleminden geçirilir. Yüzey epoksi yalıtım verniği ile kaplanır. Çoğu SG(B) tipi kuru tip transformatörün izolasyon sınıfı H'dir, bazıları C sınıfındadır.

• Başka bir kuru tip transformatör türü "SCR(B)" olarak adlandırılır, bu kapsamlı tiptir ancak epoksi reçine ile dökülmez. Fransız teknolojisine dayanarak NOMEX kağıt ve silikon jel kullanılarak tamamen kaplanır. Bu ürünün pazar talebi çok sınırlıdır. Tüm SCR(B) tipi kuru tip transformatörlerin izolasyon sınıfı H'dir.

2 Kuru Tip Transformatörlerin Avantajları

• Güvenli, alev geciktirici, yangına dayanıklı, patlamaya karşı korumalı, kirlilik yapmaz ve yük merkezine doğrudan monte edilebilir;

• Bakımsız, toplam işletme maliyeti düşüktür;

• Mükemmel nem direnci—%100 nemde normal şekilde çalışabilir ve durdurulduktan sonra kurutulmadan yeniden enerjilendirilebilir;

• Düşük kayıplar, düşük kısmi deşarj, düşük gürültü, güçlü ısı yayılımı ve zorlanmış hava soğutma koşullarında anma yükünün %150'si altında çalışabilir;

• Kapsamlı bir sıcaklık koruma ve kontrol sistemine sahiptir, güvenli işletmenin sağlamasını sağlar;

• Kompakt boyut, hafif ağırlık, küçük yer kaplama alanı ve düşük kurulum maliyeti.

3.Kuru Tip Transformatörlerin Dezavantajları

• Aynı kapasite ve gerilim seviyesinde, kuru tip transformatörler yağlı transformatörlere göre daha pahalıdır;

• Gerilim seviyesi sınırlıdır—genellikle 35 kV'a kadar, yalnızca birkaç model 110 kV'a ulaşır;

• Genellikle iç mekanlarda kullanılır; dış mekanlarda kullanıldığında yüksek koruma derecesine (IP) sahip koruyucu bir muhafaza gerekir;

• Epoksi reçine ile dökülmüş sargılar hasar gördüğünde genellikle tamamen hurdaya çıkarılması gerekir çünkü onarımı genellikle zordur.

4. Kuru Tip Transformatörlerin Yapısı

4.1 Sargılar
(1) Katmanlı sargı: Düz veya yuvarlak iletkenlerin üst üste konulması ve spiral şeklinde sarılmasıyla birden fazla katman oluşturulur. Katmanlar arasında izolasyon veya hava kanalları yerleştirilir. Sargı, kalıp ve özel döküm ekipmanları kullanılarak vakum altında dökülür ve sertleşir. Süreç: üst üste spiral sargı → kalıba yerleştirme → vakum dökümü.

(2) Folyo tipi sargı: İnce, geniş iletkenlerin sarılmasıyla yapılır, her katmanda bir dönüş bulunur. Ara katman izolasyonu ayrıca turdan tura izolasyon görevi görür. Folyo tipi sargılar genellikle eksenel soğutma kanalları kullanır: sarma sırasında belirli dönüş pozisyonlarına ara parçalar yerleştirilir ve daha sonra çıkarılarak eksenel hava kanalları oluşturulur. Folyo sarma makinesinde sarma işlemi tamamlandıktan sonra bobinin sadece ısıtılarak sertleştirilmesi gerekir—kalıp veya döküm gerekmez.

Yüksek gerilim bobini neden dış tabakada ve düşük gerilim bobini neden iç tabakada yerleştirilir?
Düşük gerilim tarafı daha düşük bir gerilimde çalışır ve daha küçük yalıtım açıklığı gerektirdiğinden, onu çekirdeğe daha yakın yerleştirmek, bobin ile çekirde arasındaki mesafeyi azaltarak, bu da transformatörün genel boyutunu ve maliyetini azaltır. Ayrıca, yüksek gerilim bobininde genellikle tap bağlantıları vardır; onu dışarıya yerleştirmek, işlemi daha kolay ve güvenli hale getirir.

4.2 Çekirdek

• Silikon çeliğin izole boya ile kaplanmış birçok lamine katmanı üst üste dizilerek inşa edilir;

• Çekirdek, sıkıştırma çerçeveleri ve sıkıştırma cıvataları tarafından ana olarak sıkıştırılır;

• Üst ve alt sıkıştırma çerçeveleri, bağlayıcı çubuklar veya bağlayıcı levhalar aracılığıyla çekirdeği ve bobinleri sıkıştırır;

• Çekirdek yalıtım bileşenleri çerçeve yalıtımı, civa yalıtımı veya bağlayıcı levha yalıtımı içerir.

Neden çekirdek topraklanmalıdır?
Normal çalışma sırasında, transformator çekirdeğinin sadece bir ve tek bir güvenilir toprağa bağlı olması gerekir. Topraklama olmamakla beraber, çekirdek ile toprak arasında serbest kalan gerilme gelişir, bu da çekirdekten toprağa aralıklı bozulma boşaltmalarına yol açar. Çekirdeğin tek bir noktada topraklanması, serbest potansiyalin olasılığını ortadan kaldırır. 

Ancak, çekirdek iki veya daha fazla noktada topraklanırsa, çekirdek bölümleri arasındaki eşitsiz potansiyeller, topraklanma noktaları arasında dolaşan akımlara neden olur, bu da çok noktalı topraklama hatalarına ve yerelleştirilmiş aşırı ısınmaya yol açar. Bu tür çekirdek topraklama hataları, ciddi yerel sıcaklık artışlarına neden olabilir, bu da koruma devrelerinin tetiklenmesine yol açabilir. Son derece aşırı durumlarda, çekirdekte erimiş noktalar, lamine katmanlar arasında kısa devre oluşturur, bu da çekirdek kayıplarını önemli ölçüde artırır ve transformatörün performansını ve işleyişini ciddi şekilde etkiler—bazen silikon çeliğin lamine katmanlarının değiştirilmesi gerekebilir. Bu nedenle, transformatorlarda birden fazla topraklama noktası olmamalıdır; sadece bir ve tam olarak bir topraklama noktası izin verilmelidir.

5.Sıcaklık Kontrol Sistemi

Kuru tip transformatörün güvenli çalışması ve ömrü, bobin yalıtımının güvenliği ve güvenilirliğine büyük ölçüde bağlıdır. Eğer bobin sıcaklığı yalıtımın termal dayanıklık sınırını aşarsa, yalıtım zarar görür—bu, transformatör arızalarının başlıca sebeplerinden biridir. Bu nedenle, çalışma sıcaklığını izlemek, alarm ve kesme kontrollerini uygulamak son derece önemlidir.

(1) Otomatik ventilatör kontrolü: Sıcaklık sinyalleri, düşük gerilim bobinin en sıcak kısmına gömülmüş Pt100 direnç tipi sıcaklık algılayıcılar tarafından ölçülür. Transformatör yükünün artmasıyla ve çalışma sıcaklığının yükselmesiyle, sistem bobin sıcaklığının 110°C'ye ulaştığında soğutucu ventilatörleri otomatik olarak başlatır ve sıcaklığın 90°C'ye düştüğünde durdurur.

(2) Yüksek sıcaklık alarmı ve aşırı sıcaklık kesme: Sıcaklık sinyalleri, düşük gerilim bobinine gömülmüş PTC doğrusal olmayan termistörler tarafından toplanır. Eğer bobin sıcaklığı sürekli olarak yükseliyor ve 155°C'ye ulaşıyorsa, sistem aşırı sıcaklık alarm sinyali çıkarır. Eğer sıcaklık daha da artarak 170°C'ye ulaşıyorsa, transformatör artık güvenli bir şekilde çalışamaz ve aşırı sıcaklık kesme sinyali ikincil koruma devresine gönderilmelidir.

(3) Sıcaklık gösterim sistemi: Sıcaklık değerleri, düşük gerilim bobinin içine gömülmüş Pt100 termistörler tarafından ölçülür ve her faz bobininin (üç fazlı izleme, maksimum değer gösterim, geçmişteki zirve sıcaklık kaydı dahil) sıcaklığını doğrudan gösterir. Sistem, en yüksek sıcaklık için 4–20 mA analog çıkış sağlar. Eğer bilgisayara uzaktan iletim (1200 metre kadar) gerekiyorsa, bilgisayar arayüzü ve bir verici ile donatılabilir, bu da aynı anda en fazla 31 transformatörün izlenmesini sağlar. Pt100 termistör sinyali, aşırı sıcaklık alarm ve kesme işlemlerini de tetikleyebilir, bu da sıcaklık koruma sisteminin güvenilirliğini daha da artırır.

6. Kuru Tip Transformatörlerin Kabuğu

İşletme ortamının özellikleri ve koruma gerekliliklerine bağlı olarak, kuru tip transformatörlere farklı tipteki kabuklar monte edilebilir. Genellikle, IP20 dereceli bir kabuk seçilir, bu, 12 mm'den büyük çaplı katı yabancı cisimleri ve farenin, yılanın, kedilerin ve kuşların gibi küçük hayvanların transformatöre girmesini önler, bu da kısa devre ve güç kesintisi gibi ciddi hatalardan korur ve canlı parçalar için güvenlik bariyeri sağlar.

Eğer transformatörün dışarıda kurulması gerekiyorsa, IP23 dereceli bir kabuk kullanılabilir. IP20'nin sunduğu koruma yanı sıra, dikey eksene kadar 60°'ye kadar düşen su damlalarını da önler. Ancak, IP23 kabuğu transformatörün soğutma kapasitesini azaltır, bu nedenle bu tür bir kabuğu seçerken, işleme kapasitesinin uygun şekilde azaltılması konusuna dikkat edilmelidir.

7. Kurutma Tipi Transformatorların Soğutma Yöntemleri

Kurutma tipi transformatorlar doğal hava soğutması (AN) ve zorlanmış hava soğutması (AF) olmak üzere iki soğutma yöntemini kullanır.

Doğal hava soğutması altında, transformator uzun bir süre boyunca nominal kapasitesinde sürekli çalışabilir.

Zorlanmış hava soğutması altında, transformatorun çıkış kapasitesi %50 artırılabilir, bu da ara sıra aşırı yük işlemesi veya acil durum aşırı yük koşullarına uygundur. Ancak, aşırı yük işlemesi sırasında yük kayıpları ve empedans voltajı önemli ölçüde artar, bu da ekonomik olmayan bir işlemeye neden olur; bu nedenle, uzun süreli sürekli aşırı yük işlemesinden kaçınılmalıdır.

8. Kurutma Tipi Transformatorlar İçin Test Maddeleri

• Bobinlerin DC direncinin ölçümü:
  İç iletkenlerin kaynak kalitesini, şalterler ile bağlantı noktaları arasındaki temas durumunu ve faz dirençlerinin dengeli olup olmadığını kontrol eder. Genel olarak, hat-hat direnç dengesizliği %2'yi, faz-faz dengesizliği ise %4'ü aşmamalıdır. Aşırı DC direnç dengesizliği, üç faz arasında devre akımlarının oluşmasına neden olabilir, bu da devre akım kayıplarını artırarak istenmeyen etkiler yaratır, örneğin transformatorun aşırı ısınmasını.

• Tüm şalter pozisyonlarındaki gerilim oranının kontrolü:
  Sargı sayısının doğru olup olmadığını ve tüm şalter bağlantılarının düzgün yapıldığını doğrular. Yüksek gerilimli tarafına (ve çeşitli şalterlerine) 1000 V uygulandığında, düşük gerilimli tarafta yaklaşık 400 V çıkışı kontrol edilir.

• Üç fazlı sargı bağlantı grubu ve kutuplüğünün kontrolü.

• Çekirdek yalıtımı olan sabitleyicilerin ve çekirdeğin izolasyon direncinin ölçülmesi.

• Bobinlerin izolasyon direncinin ölçülmesi:
  Yüksek gerilimli, düşük gerilimli bobinler ve toprak arasındaki izolasyon seviyesini değerlendirir. Genellikle 2500 V megohmmetre kullanılır ve ölçülen izolasyon direnç değerleri (YH–DY, YH–toprak, DY–toprak), belirlenen standart değerlerden yüksek olmalıdır.

• Bobinlerin AC dayanıklılık testi:
  YH, DY ve toprak arasındaki ana izolasyon gücünü dielektrik dayanıklılık testiyle değerlendirir. Bu test, üretim sırasında ortaya çıkan yerel kusurları tespit etmede kararlıdır. Kurutma tipi transformatorlar için tipik test gerilimleri: 10 kV bobin için 35 kV, 0.4 kV bobin için 3 kV, her biri 1 dakika uygulanır ve çökme olmadan kabul edilir.

• Transformatorun tüm taraflarındaki kesici ve kilitleme testleri:
  Koruma rölesi işlemlerinin güvenilirliğini doğrular ve anahtarlama ekipmanlarının tam ve arızasız olduğunu onaylar.

9. Dalgıç Anahtarlama (Aşırı Akım) Testi

(1) Boş bir transformatoru keserken, anahtar geçiş gerilimi meydana gelebilir. Nötr noktasında yerleştirilmiş bir yay söndürme bobini veya yerleştirilmemiş bir nötr noktası olan güç sistemlerinde, aşırı gerilim miktarı faz geriliminin 4–4.5 katına ulaşabilir; doğrudan yerleştirilmiş nötr noktalı sistemlerde ise faz geriliminin 3 katına kadar ulaşabilir. Transformatorun izolasyonunun tam gerilim veya anahtar geçiş gerilimini dayanıp dayanamayacağını doğrulamak için bir dalgıç testi gerekir.

(2) Boş bir transformatoru çalıştırırken manyetize edici aşırı akım meydana gelir, bu aşırı akım nominal akımın 6–8 katına ulaşabilir. Aşırı akım başlangıçta hızlı bir şekilde azalır—genellikle 0.5–1 saniye içinde nominal akımın 0.25–0.5 katına düşer—ancak tam azalma büyük kapasiteli transformatorlar için çok daha uzun sürebilir, bazen onlarca saniye kadar. Aşırı akım tarafından oluşturulan büyük elektromanyetik kuvvetler nedeniyle, dalgıç testi, transformatorun mekanik gücünü değerlendirmek ve koruma rölesinin aşırı akımın erken azalma aşamasında yanlış çalışıp çalışmadığını değerlendirmek için yapılır.
Genel olarak, yeni kurulan transformatorlarda 5 dalgıç testi, tamir edilen transformatorlarda ise 3 dalgıç testi yapılır.

10. Boş Yük Testi

Boş yük testinin amacı:

• Transformatorun boş yük kaybını ve boş yük akımını ölçmek;

• Çekirdeğin tasarım ve üretiminin teknik şartname ve standartlara uygun olup olmadığını doğrulamak;

• Çekirdekteki lokal aşırı ısınma veya yerel izolasyon eksikliklerini tespit etmek.

Test sırasında yüksek gerilimli taraf açık devrede bırakılır ve düşük gerilimli tarafa nominal gerilim uygulanır. Boş yük kaybı çoğunlukla çekirdek (demir) kaybıdır.

Boş yük testiyle tespit edilebilecek kusurlar:

• Silikon çelik tabakalar arasındaki kötü izolasyon;

• Çekirdek tabakaları arasındaki lokal kısa devre veya yanma hasarı;

• Çekirdekten geçen vidalar, çelik bağlama bantları, sıkıştırma plakaları, üst yoke vb. unsurlardaki izolasyon başarısızlığı, kısa devre oluşturma;

• Silikon çelik levhaların gevşeme, yanlış konumlanma veya manyetik devrede aşırı hava boşluğu;

• Çekirdeğin çok noktalı toprağa bağlanması;

• Bobinlerdeki turdan-tura veya tabakadan-tabakaya kısa devreler veya paralel dallarda eşit olmayan turlar nedeniyle amper-tur dengesizliği;

• Yüksek kayıp, düşük kaliteli silikon çelik levha kullanımı veya tasarım hesaplamalarındaki hatalar.

11.Kısa Devre Testi

Kısa devre testi, genellikle kısa devre kaybı ve empedansı ölçer. Komisyona alınırken bobin yapısının doğruluğunu doğrulamak ve bobin değiştirildikten sonra önceki test sonuçlarından önemli sapmalar olup olmadığını kontrol etmek için gerçekleştirilir.

Test güç kaynağı üç fazlı veya tek fazlı olabilir, yüksek gerilim tarafına uygulanırken düşük gerilim tarafı kısa devre halinde tutulur. Test sırasında, yüksek gerilim tarafındaki akım nominal değere çıkarılır ve düşük gerilim tarafındaki akım nominal akım seviyesinde kalacak şekilde kontrol edilir.

12. Kurumsal Tip Dönüşümlerinin Anormal Durumlarının İdaresi

12.1 Anormal Dönüşüm Sesi

• Mekanik gürültü şu nedenlerden kaynaklanır:

• Geç kalıp montaj cıvataları;

• Taşıma veya kurulum sırasında yanlış muamele sonucu çekirdek köşelerinin deformasyonu;

• Çekirdeğin parçalarını birbirine bağlayan yabancı maddeler;

• Fan montaj cıvatalarının gevşemesi veya fanın içindeki yabancı çöpler;

• Gevşek kaplama montaj cıvataları, panel titreşimleri ve gürültüsü;

• Düşük gerilim hatbar sabitleme cıvatalarının gevşemesi veya esnek bağlantıların eksikliği, titreşim ve gürültüye neden olur.

• Aşırı yüksek giriş besleme geriliminin aşırı tahrik etmesi ve daha yüksek homurtu sesi.

• Yüksek mertebeden harmoniklerden kaynaklanan gürültü: düzenli olmayan desen—ses seviyesi değişken ve ara sıra ortaya çıkan. Genellikle besleme veya yük taraflarında harmonik üreten ekipmanlardan (örneğin, elektrik fırınları, tiristör redktörleri) kaynaklanır.

• Çevresel faktörler: Düz duvarlı küçük dönüştürücü odası, "hoparlör kutusu" etkisi yaratarak algılanan gürültüyü amplifikasyon eder.

12.2 Anormal Sıcaklık Göstergesi

• Sensör, sıcaklık göstergesi biriminin arkasındaki fişe takılmadığında—hata gösterge ışığı yanar;

• Sensör fişi bağlantısının gevşemesi direnç artışıya neden olur, bu da yanlış yüksek sıcaklık okumasına yol açar;

• Bir fazdaki sonsuz sıcaklık okuma, sensörün platin direnç telinde açık devre olduğunu gösterir;

• Bir fazdaki anormal olarak yüksek okuma, platin dirençtin kısmen kırık (kesintili) durumda olduğunu gösterir.

Bir dönüştürücü elektromanyetik endüksiyon ilkesine dayanarak çalışır. Dönüştürücünün ana bileşenleri bobinler ve çekirdeklerdir. Çalışma sırasında, bobinler elektrik akımı için yolu sağlarken, çekirdek manyetik akı için yolu sağlar. Elektrik enerjisi birincil bobine girildiğinde, alternatif akım çekirdekte bir manyetik alan oluşturur (yani, elektrik enerjisi manyetik alan enerjisine dönüştürülür). Manyetik bağlantı (akım bağlantısı) nedeniyle, ikincil bobinden geçen manyetik akı sürekli olarak değişir, bu da ikincil bobinde elektromotiv kuvvet (EMK) oluşturur. Dış bir devre bağlandığında, elektrik enerjisi yüküne iletilir (yani, manyetik alan enerjisi tekrar elektrik enerjisine dönüştürülür). Bu "elektrik–manyetizma–elektrik" dönüştürme süreci, elektromanyetik endüksiyon ilkesine dayanarak gerçekleştirilir ve bu enerji dönüşüm süreci, bir dönüştürücünün çalışma ilkesini oluşturur.