Dönüştürücü Arızalarını Tanıma ve Gürültüyü Azaltma

Çin ekonomisinin hızlı gelişmesiyle birlikte, elektrik endüstrisi de kademeli olarak büyüdü ve güç transformatörlerinin yüklü kapasitesi ve tek birim kapasitesi için gereksinimler arttı. Bu makale, transformatör yapısı, transformatör yıldırım koruması, transformatör arızaları ve transformatör gürültüsü olmak üzere dört konu hakkında kısa bir tanıtım sunmaktadır.

Transformatör, AC elektrik enerjisini dönüştürebilen yaygın olarak kullanılan bir elektrik cihazıdır. Bir tür elektrik enerjisini (alternatif akım ve voltaj) aynı frekanslı başka bir alternatif akım ve voltaja dönüştürebilir. Uygulamada, bir transformatörün ana işlevi, voltaj seviyelerini değiştirmek ve bu sayede güç iletimini daha kolay hale getirmektir.

Çıkış voltajının giriş voltajına oranı göre, transformatörler indirici veya yükselteç olarak sınıflandırılır. Voltaj oranı 1'den küçük olan bir transformatöre indirici transformatör denir. Ana işlevi, çeşitli elektrik cihazlarına gerekli voltajları sağlamak ve kullanıcıların uygun voltaj almasını sağlamaktır. Voltaj oranı 1'den büyük olan bir transformatöre ise yükselteç transformatör denir. Bu tip transformatörlerin ana işlevi, güç iletim maliyetlerini azaltmak, iletim sırasında kaybı en aza indirmek ve iletim mesafesini uzatmaktır.

Transformatör Yapısı
Orta ve büyük kapasiteli güç transformatörlerinde, transformatör yağı ile dolu kapalı bir yağ tankı bulunmaktadır. Transformatör sarımları ve çekirdek, daha iyi soğutma sağlayacak şekilde yağ içinde batırılır. Sarımların dışa çıkması ve dış devrelere bağlanması için yalıtkan tüpler kullanılır. Bir transformatör, asgari olarak şunlardan oluşur: voltaj ayarlama cihazı, ana gövde, çıkış terminal cihazları, yağ tankı, koruma cihazları ve soğutma cihazları. Voltaj ayarlama cihazı, yük altında ve yük dışında tap değiştiriciler şeklinde ayrılır, esasında bir tür tap anahtarıdır; ana gövde, bağlantı hatları, çekirdek, yalıtım yapısı ve sarımlardan oluşur; çıkış terminal cihazları düşük ve yüksek voltajlı tüpleri içerir; yağ tankı, ekipmanlar (yağ örnek alma valfleri, isim plakaları, boşaltma valfleri, topraklama çivi ve tekerlekleri) ve ana tank gövdesini (tank tabanı, duvarları ve kapağını) içerir; koruma cihazları, nem alıcı solucanlar, gaz röleleri, rezervuar tankları, yağ flotasyon röleleri, yağ seviyesi göstergeleri, sıcaklık sensörleri ve güvenlik ventilleri içerir; soğutma cihazları soğutucular ve radyatörlerden oluşur.

Transformatör Gürültüsü ve Azaltma Önlemleri
Transformatörler genellikle çalışırken ses çıkarır, bunun nedeni çoğunlukla manyetik kuvvetlerin ana gövdenin titreşimine ve manyetik alan altındaki silikon çelik levhaların manyetik daralmasına neden olması, ayrıca fanlar ve soğutma sistemi üfleyicilerin ürettiği gürültüdür. İnsan duyusu sadece belirli titreşim frekansları arasında ses algılayabilir; frekansta 16 Hz ile 2000 Hz arasında olduğunda duyulabilir. Bu aralığın üzerindeki ultrasonik sesler ve altında olan infrasonik sesler algılanamaz. Gürültü, çekirdekten havaya, sarımlara ve sıkıştırma yapılarına yayılır—bu, güç transformatörü gürültüsünün ana iletim yoludur. Gürültü, manyetik akı yoğunluğunu düşürerek ve çekirdek silikon çelik levhalarındaki manyetik daralmayı minimize ederek azaltılabilir. Ancak, akı yoğunluğunun düşürülmesi çekirdeğin boyutunu ve silikon çelik levha sayısını artırarak maliyetleri yükseltir. Maliyetleri artırılmadan gürültüyü azaltmak için, sönümleyici bileşenlerin eklenmesi etkilidir. Örneğin, düşük voltajlı sarım ve çekirdek arasına yerleştirilen lastik form takma parçalar, sarımı sıkılaştırır ve yumuşak bir yüzey sağlar. Bu sönümleyici yapı, gürültünün yayılmasında yardımcı olur.

Transformatör Yıldırım Koruması
Çin'de, her yıl birçok transformatör yıldırım darbelerinden dolayı zarar görür. Yetkili kurumlarca, hasar görmüş 10 kV dağıtım transformatörlerinin %4-10'unda yıldırım nedeniyle hasar olduğu bildirilmiştir. Yanlış toprak bağlantısı ve transformatör yıldırım yakalayıcısının yanlış montajı, yıldırım nedeniyle oluşan hasarların ana nedenleridir. Ana sorunlar şunlardır: yüksek ve düşük voltajlı yanlardaki yıldırım yakalayıcıların ve transformatör nötr noktasının ayrı ayrı topraklanmasından; çok uzun bağlantı hatlarından ve yetersiz kesitli toprak iletkenlerinden; düşük voltajlı yanlarda yıldırım yakalayıcısının olmamasından; yüksek voltajlı yanlarda yıldırım yakalayıcısının destek yapısının toprak iletkeni olarak kullanılmasından; ve yıldırım yakalayıcılarının önleyici testlerin gerçekleştirilmemesinden.

Transformatör Arızaları
Bir transformatörde aşağıdaki değişiklikler herhangi biri meydana geldiğinde, gerçek çalışma koşullarına dayanarak arıza analizi yapılabilir: transformatör bir kazayla güç kesintisine neden olursa veya çıkışta kısa devre gibi olaylar yaşasa da henüz açılmamışsa; çalışırken anormal olaylar yaşanması, operatörlerin transformatörü kontrol veya test etmek için durdurmasını zorunlu kılmışsa; önleyici test, bakım kabul, normal güç kesintisi sırasında komisyona alınma sırasında, bir veya birden fazla parametre değeri standart limitlerin üstünde olursa. Eğer yukarıdaki durumlar gerçek kullanım sırasında gerçekleşirse, transformatör hemen ilgili kontroller ve testler geçirmelidir, böylece normal çalışabilmesi sağlanmalıdır.

Arıza Varlığını Belirlemek İçin Adımlar:

• İlk olarak, arıza olasılığını belirleyin ve açık (görünür) veya gizli (potansiyel) bir arıza olup olmadığına karar verin.

• İkinci olarak, arızanın doğasını belirleyin—yağ ile ilgili bir arıza mı, katı yalıtım arızası mı, termal arıza mı, yoksa elektriksel arıza mı?

• Üçüncü olarak, arıza gücü, doygunluk nedeniyle röle aktivasyon süresi, şiddet, gelişme eğilimi, sıcak nokta sıcaklığı ve yağdaki gaz doygunluğu düzeyi, arıza varlığını belirlemede yaygın gösterge değerleridir.

• Dördüncü olarak, olayın ele alınması için uygun bir yöntem bulun. Eğer transformatör olaydan sonra çalışmaya devam edebiliyorsa, işlem sırasında güvenliği ve izleme yöntemlerinin değiştirilip değiştirilmeyeceği, iç inceleme veya onarım gerektirip gerektirmediği belirlenmelidir.

Birçok farklı neden, transformatör arızalarına yol açabilir ve bu arızalar çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Örneğin, devre tipine göre, yağ devresi arızaları, manyetik devre arızaları ve elektrik devresi arızaları olarak gruplandırılabilir. Şu anda, en sık ve en ciddi transformatör arızası çıkış kısa devresidir, bu da boğazlama arızalarını tetikleyebilir. Transformatörlerdeki kısa devre arızaları genellikle, transformatörün içindeki faz arası kısa devre, bağlantı hatları veya sarımların toprağa kısa devresi ve çıkış kısa devresi anlamına gelir.

Böyle arızalar sonucunda birçok kazaya neden olur. Örneğin, bir transformatörün düşük voltajlı çıkışında kısa devre, genellikle etkilenen sarımın değiştirilmesini gerektirir; ciddi vakalarda, tüm sarımların değiştirilmesi gerekebilir, bu da önemli ekonomik kayıplara ve sonuçlara yol açar. Transformatör kısa devreleri ciddi bir şekilde dikkate alınmalıdır. Örneğin, bir transformatör (110 kV, 31.5 MVA, model SFS2E8-31500/110), kısa devre kazası yaşadı, bu olayla birlikte ana transformatörün üç yanındaki anahtarların atılması ve ağır gaz korumanın etkinleşmesi oldu.

Transformatör fabrikaya geri gönderildikten ve tamiri gerçekleştirildikten sonra, kalkan kaldırma sırasında yapılan inceleme şu bulguları ortaya koydu: kazanın yaşandığı sırada yağmur nedeniyle hem taban hem de üst çekirdekte paslanma; C fazındaki orta voltajlı sarımın ciddi deformasyonu, C fazındaki yüksek voltajlı sarımın çökmesi ve sıkıştırma plakalarının yer değiştirmesi nedeniyle düşük ve orta voltajlı sarımlar arasındaki kısa devre; B fazındaki orta ve düşük voltajlı sarımların ciddi deformasyonu; C fazındaki düşük voltajlı sarımın iki bölgede yanması; ve sarım turlarının arasında birçok ince bakır parçacığı ve bakır boncukları. Ana nedenler şunlardır: yalıtım yapısının yalıtım gücünün yetersiz olması; sıkıştırma şeritlerinin hizalanmamış olması, eksik yastıklar, gevşek yer değiştirme; ve gevşek sarımlar.

Boğazlama, transformatör yalıtımını genellikle iki şekilde zararlandırır: İlk olarak, boğazlamadan kaynaklanan aktif gazlar—klor oksitleri, ozon ve ısı—belirli koşullar altında kimyasal reaksiyonlara neden olur, yerel yalıtım aşınmasına, dielektrik kaybın artmasına ve nihayetinde termal patlamaya yol açar. İkinci olarak, boğazlama parçacıkları direkt olarak yalıtımı vurarak, yerel bir yalıtım hasarına neden olur, bu hasar zamanla genişler ve nihayetinde kopar.

Örneğin, bir transformatör (63 MVA, 220 kV), 1.5 kat voltajda boğazlama yaşadı, bu olayla birlikte duyulabilecek boğazlama sesleri ve 4000-5000 pC düzeyinde boğazlama meydana geldi. Tur arası test voltajı 1.0 kat'a düşürüldüğünde ve çizgi ucu test yöntemi 1.5 kat voltaj desteği olarak değiştirildiğinde, herhangi bir boğazlama sesi olmamış ve boğazlama düzeyi 1000 pC'nin altına düşmüştür. Ayrıştırma ve inceleme sonrasında, uç yalıtım köşe halkaları boyunca ağacın benzeri boğazlama izleri bulundu, bu, öncelikle alt kalite yalıtım malzemesine bağlıdır.

Katı yalıtımın yüzeyinde kısmi boğazlama meydana geldiğinde, özellikle normal ve teğetsel elektrik alan yoğunluğu bileşenleri varken, meydana gelen kazanın en ciddi olduğu görülür. Kısmi boğazlama arızaları, kötü kalite yalıtım malzemesi veya yoğun elektrik alanları olan herhangi bir yerde, sarım turları arasında, yüksek voltajlı sarım elektrostatik ekranların bağlantı hatlarında, faz bariyerleri arasında ve yüksek voltajlı bağlantı hatlarında meydana gelebilir.

Transformatörler, elektronik devreler ve güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılan elektrik cihazlardır. Elektrik kullanımı, dağıtım ve iletimde kilit ekipman olarak, transformatörler değiştirilemez bir rol oynar. Bu nedenle, uygulamalarda transformatörlere daha fazla önem verilmelidir.