Enerji üretim ve dağıtım sistemleri için kuru tip hava nüveli reaktör tasarımı ve analizi
Air core reactor design and analysis for energy systems applications
Yazar: CÜNEYT CEYHAN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT AYAZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Enerji piyasasında maliyetlerin aşırı artması ve enerji üretiminde yaşanan zorluklar nedeniyle, artık enerji verimliliği daha önemli hale gelmiştir. Bu sebeple, enerji sektöründe enerjinin üretim, iletim ve dağıtım aşamalarında kayıplar minimum seviyede tutulmaya çalışılmaktadır. Ayrıca, artan enerji ihtiyaçlarına göre hızlı bir şekilde şalt sahalarını revize etmek maliyetli ve zordur. Bu tez çalışmasında enerji üretim, iletim ve dağıtım aşamalarında yoğun olarak kullanılan ve arıza akımlarını istenilen seviyede tutmayı sağlayan akım sınırlama reaktörleri (ASR) ele alınmıştır. Reaktör tasarımı minimum kayıpla ihtiyaca en uygun seviyede yapılmakta olup, akım sınırlama reaktörü uygulamaları için hava nüveli reaktör tasarımı ve analizi, verim, maliyet vb. gibi kriterler dikkate alınarak yapılmıştır. Bu kapsamda, bakır iletken ve alüminyum iletken arasındaki farklar göz önünde bulundurularak optimum tasarım elde edilmiştir. Tasarım doğrulaması için prototip üretimi yapılarak deneysel testler gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada reaktör tasarım ve prototip üretimi gerçek sistemde ihtiyaç olan reaktör parametreleri 1/10000 ölçeklendirilerek yapılmıştır. Reaktör ana tasarım parametreleri 5 A, 5 VAC, 50 Hz olarak belirlenmiştir. Çalışmalar ilk olarak analitik olarak yapılmıştır ve akabinde Ansys Maxwell sonlu elemanlar analiz yöntemi kullanılarak optimizasyon yapılmıştır. Ayrıca tasarımı gerçekleştirilen reaktör modellerinin termal ve elektro dinamik analizleri yapılarak sahada karşılaşılabilecek muhtemel tüm durumlar incelenmiştir.

Abstract:
Energy efficiency has become more important in the energy market due to excessive cost increases and difficulties in energy production. Therefore, in the energy sector, losses are tried to be kept to a minimum in the production, transmission, and distribution stages of energy. Additionally, revising switchyards quickly according to increasing energy needs is costly and challenging. In this thesis, current limiting reactors (CLR), which are heavily used in energy production, transmission, and distribution stages and ensure that fault currents are kept at desired levels, are discussed. Reactor design is made at the most suitable level for the need with minimum loss, and air-core reactor design and analysis for current limiting reactor applications are carried out considering criteria such as efficiency, cost, etc. In this scope, the optimum design was obtained considering the differences between copper and aluminum conductors. For design verification, prototype production was carried out, and experimental tests were performed. In this study, reactor design and prototype production were made by scaling the required reactor parameters in the real system to a 1/10000 scale. The main design parameters of the reactor were determined as 5 A, 5 VAC, 50 Hz. The studies were first carried out analytically, and then optimization was performed using the Ansys Maxwell finite element analysis method. In addition, thermal and electrodynamic analyses of the designed reactor models were performed, and all possible situations that could be encountered in the field were examined.