Güç Dönüşüm Birimi Çekirdeği ve Klemaları için Yerleştirme Yöntemlerinin Optimizasyonu

Dönüşüm kutusu yerleştirme koruma önlemleri iki türe ayrılır: İlk tür, dönüşüm kutusu nötr noktasının yerleştirilmesidir. Bu koruma önlemi, dönüşüm kutusunun çalışması sırasında üç faz yük dengesizliğinden kaynaklanan nötr nokta gerilim sapmasını önler, koruma cihazlarının hızlı bir şekilde kesmesine olanak tanır ve kısa devre akımlarını azaltır. Bu, dönüşüm kutusu için işlevsel yerleştirmeler olarak kabul edilir. İkinci önlem ise dönüşüm kutusu çekirdeği ve kıskaçlarının yerleştirilmesidir.

Bu koruma, çalışma sırasında iç manyetik alanlar nedeniyle çekirdek ve kıskaç yüzeylerinde gelişen indüklenmiş gerilimleri önler, bu da kısmi salınım hatalarına yol açabilir. Bu, dönüşüm kutusu için koruyucu yerleştirmeler olarak kabul edilir. Dönüşüm kutusunun güvenli ve güvenilir çalışmasını sağlamak için, bu makale, dönüşüm kutusu çekirdeği ve kıskaçları için yerleştirme yöntemlerini analiz eder ve optimize eder.

1. Çekirdek ve Kıskaç Yerleştirmenin Önemi

Bir dönüşüm kutusunun ana iç bileşenleri şunlardır: sarımlar, çekirdek ve kıskaçlar. Sarımlar, dönüşüm kutusunun elektrik devresini oluşturur, çekirdek manyetik devreyi oluşturur ve kıskaçlar, sarımları ve çekirdeğin silikon çeliği levhalarını sabitlemek için kullanılır. Normal çalışma sırasında, birincil ve ikincil bobinlerden geçen akım manyetik alanlar oluşturur. Bu manyetik ortam altında, çekirdek ve kıskaç yüzeylerinde indüklenmiş gerilimler oluşur. 

Manyetik alan gücünün artmasıyla birlikte, manyetik akış yavaş yavaş daha büyük hale gelir, bu da indüklenmiş gerilimlerin artmasına neden olur. Eşit dağılmış olmayan manyetik alan, eşit dağılmış olmayan indüklenmiş gerilimlere neden olur, bu da potansiyel farklar yaratır ve çekirdek ve kıskaç yüzeylerinde sürekli salınım meydana getirir, bu da dönüşüm kutusunun iç hatasına yol açar. Bu, dönüşüm kutularında iç salınım hatalarına neden olan gerilime "yapışkan gerilim" denir. Bu nedenle, işlem sırasında, indüklenmiş gerilimleri azaltmak ve ortadan kaldırmak için dönüşüm kutusu çekirdeği ve kıskaçları tek bir noktada yerleştirilmelidir.

Dönüşüm kutusu çekirdeği ve kıskaçlarını yerleştirirken, çekirdek ve kıskaçlar arasında dolaşan akımların önlenmesi için sadece bir yerleştirme noktası izin verilmelidir. İki veya daha fazla yerleştirme noktası varsa, potansiyel farklar, çekirdek ve kıskaçlar arasında dolaşan akımlara neden olur, bu da dönüşüm kutusunun içinde anormal sıcaklık artışlarına yol açar. Bu, doğrudan iç katı yalıtımı hasarlayarak ve yalıtım yağının yaşlanmasını hızlandırarak, dönüşüm kutusunun normal hizmet ömrünü etkiler.

2. Çekirdek ve Kıskaçlar için Yerleştirme Yöntemleri ve Optimizasyon Yaklaşımları

Çin'deki güncel dönüşüm kutusu tasarımlarında, çekirdek ve kıskaç yerleştirme genellikle küçük flanşlar veya yalıtkan vidalar aracılığıyla dönüşüm kutusu tankının dışına yönlendirilerek gerçekleştirilir. Bu yerleştirme yaklaşımı, iki yönteme ayrılmaktadır:

İlk yerleştirme yöntemi (Şekil 1) çekirdek ve kıskaçları flanşlar veya yalıtkan vidalar aracılığıyla bağlayıp, ardından doğrudan birbirine kısa devre yaparak yerleştirir. Normal dönüşüm kutusu çalışması sırasında, bu yerleştirme yöntemi I1, I2 ve I3 adı verilen üç akım akış yolunu gösterir:

• I1: Çekirdek → Yerleştirme terminali → Toprak

• I2: Kıskaçlar → Yerleştirme terminali → Toprak

• I3: Çekirdek → Yerleştirme terminali → Toprak → Kıskaçlar

İkinci yerleştirme yöntemi (Şekil 2) çekirdek ve kıskaçları flanşlar veya yalıtkan vidalar aracılığıyla ayrı yerleştirme noktalarına yönlendirir. Bu yerleştirme yöntemi de normal çalışma sırasında üç akım akış yolunu gösterir:

• I1: Çekirdek → Çekirdek yerleştirme noktası → Toprak

• I2: Kıskaçlar → Kıskaç yerleştirme noktası → Toprak

• I3: Çekirdek → Çekirdek yerleştirme noktası → Toprak → Kıskaç yerleştirme noktası → Kıskaçlar

Yukarıda bahsedilen iki yerleştirme yönteminde, indüklenmiş yerleştirme akımları I1 ve I2 normal koşulları temsil eder. Ancak, indüklenmiş yerleştirme akımı I3 önemli ölçüde farklıdır:

Şekil 1'de gösterilen yerleştirme yönteminde, indüklenmiş akım, çekirdek → yerleştirme terminali → kıskaçlar yolu üzerinden akar, bu da dönüşüm kutusu çekirdeği ve kıskaçları arasında bir "dolaşan akım" oluşturur. Bu akımın termal etkisi altında, dönüşüm kutusunun iç sıcaklığı anormal olarak artar. Yüksek sıcaklık, doğrudan katı yalıtımın bozulmasına ve yalıtım yağının yaşlanmasına neden olur. Ayrıca, dolaşan akımın etkisiyle, çevrimiçi izleme sistemleri, çekirdek ve kıskaçların yerleştirme akımlarını doğru bir şekilde ölçemeyebilir, bu da ekipman hataları olduğunda yanlış tanı koymaya yol açabilir. Bu nedenle, ilk yerleştirme yönteminin önemli dezavantajları vardır.

Buna karşılık, Şekil 2'de gösterilen yerleştirme yöntemi, indüklenmiş akımı, çekirdek → çekirdek yer → toprak → kıskaç yer → kıskaçlar yolu üzerinden yönlendirir. Akım yüksek dirençli toprağı geçtiği için, çekirdek ve kıskaçlar arasında "dolaşan akım" oluşamaz. Bu, dönüşüm kutusunun anormal sıcaklık artışı önler ve çevrimiçi izleme sistemlerinin hem çekirdek hem de kıskaçların yerleştirme akımlarını (DL/T 596-2021 Güç Önleyici Test Koduna göre, dönüşüm kutusu çalışması sırasında çekirdek yerleştirme akımı 0,1 A'yı, kıskaç yerleştirme akımı 0,3 A'yı aşmamalıdır) doğru bir şekilde ölçmesine olanak tanır. Bu, dönüşüm kutusunun içindeki dahili hataların varlığını belirlemek için güvenilir kanıt sağlar.

xx-223000/500 no-excitation voltage regulating power transformer için, çekirdek ve kıskaçlar, Şekil 1'de gösterilen yöntemle yerleştirilmiştir, bu çeşitli operasyonel sorunlara sahiptir:

(1) Çalışma sırasında, iç çekirdek ve kıskaçlar arasında kolayca "dolaşan akım" oluşur. Termal etki, anormal sıcaklık artışlarına neden olur, katı yalıtımın erimesini ve yalıtım yağının yaşlanmasını hızlandırır, bu da dönüşüm kutusunun hizmet ömrünü azaltır.

(2) "Dolaşım akımı" etkisi nedeniyle, çevrimiçi izleme sistemleri çekirdek ve klemaların yerleşme akımlarını doğru bir şekilde ölçemiyor, bu da iç hataların belirlenmesi için kesin kanıt sağlayamıyor.

(3) Çekirdek ve klemaların indüklenmiş yerleşme akımları sürekli olarak ölçülebilir ve çevrimiçi sistem tarafından izlenen sızıntı akımları ile karşılaştırılabilir, böylece izleme sisteminin doğruluğu doğrulanabilir.

(4) Dönüştürücü bakımı ve onarımı sırasında, çekirdek/klemalar ile toprak arasındaki yalıtım direncini ölçerken, dış toprak bağlantıları koparılmalıdır. Bu dönüştürücü modeli, çekirdek ve klemalara M10 bakır çivi (topraktan yalıtılmış) kullanmaktadır, bu çiviler çok iyi iletkenliğe sahip ancak düşük mekanik dayanıma sahiptir ve kırılmaya yatkındır. Sahada işlemler sırasında, sınırlı alanlar ve dengesiz kuvvetler kolayca bakır çivi kırıklarına neden olabilir. Dönüştürücünün sıkışık iç yapısı nedeniyle, bu hatayı gidermek için tank kapaklarının kaldırılması gerekmekte, bu normal bakım döngülerini ve operasyonel verimliliği etkilemektedir.

Bu dört sorunu göz önünde bulundurarak, çalışırken çekirdek ve klemalardaki indüklenmiş yerleşme akımlarının doğru tespiti, dönüştürücü hizmet ömrünün uzatılması, "dolaşım akımlarının" ortadan kaldırılması ve bakım işlemlerinin zararlı etkilerinden korunmak için, Şekil 1 yapılandırmasından Şekil 2 yapılandırmasına dönüşümün önerilmesi gerekmektedir.

3.Sonuç

Dönüştürücünün iç bileşenleri ve işlevlerinin detaylı tanıtımı, işletim sırasında oluşan salma hatalarının bilimsel analizi ile defolu parçalarda yapılan değişiklikler başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Bu yaklaşım, ekipman hizmet ömrünü uzatmak, güç şebekesi güvenliğini artırmak ve ekipman bakım maliyetlerini azaltmak için başarıyla kullanılmıştır.