Kabinli kuru tip transformatörlerde soğuma sürecinin cfd analizi ve deneysel çalışmalar ile incelenmesi
Investigation of the cooling process in dry type transformers with cabin with cfd analysis and experimental studies
Yazar: RAMAZAN ALTAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN YAMAN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kuru tip transformatörler için ısınma önemli problemler arasında yer
almaktadır. Isınma hesaplamaları, kabinsiz kuru tip transformatörler için
yapıldığından dolayı, kabin etkisi ile transformatörün soğuma performansının nasıl
etkilendiği bilinmemektedir.
Literatürde kuru tip transformatör sargıları için ısınma analizi ve deneysel
çalışmalar yeterince olmasına rağmen, kabinli kuru tip transformatörler için yapılmış
analiz veya deneysel çalışma çok fazla bulunmamaktadır. Enerji sektöründe yüksek
güvenilirlikleri nedeniyle kuru tip transformatörler önem kazanmaya devam
etmektedir. Bu çalışmayla birlikte, her türlü ortamda çalışmaya uygun olan kabinli
kuru tip transformatörlerin ısınma analizleri yapılmıştır.
Çalışmalarda, 250kVA 33/0.4kV Dyn11 IP31 (kayıp değeri 3kW) kabinli
kuru tip transformatör referans olarak alınmıştır. Referans alınan bu transformatör
kabini için üç farklı çatı geometrisi denenmiştir. Bu üç farklı kabin geometrisi için,
ANSYS FLUENT/CFD analizleri ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Çalışmalar ile
birlikte kabin içinde yer alan havanın sıcaklıkları değerlendirilmiştir. Elde edilen
veriler birbiri ile karşılaştırılmıştır.
Deneysel çalışmalar sırasında transformatör kayıp değerleri ile birebir
uyumlu ısıtıcılar kullanılmıştır. Bu ısıtıcılar ise transformatör bobinlerinin ölçülerine
göre imal edilen temsili bobinlerinin içine yerleştirilmiştir. Çalışmalar sırasında 158
adet deney ile 1480 adet noktanın sıcaklık değerleri kaydedilmiştir. Elde edilen bu
sıcaklıklar birleştirilerek 3D sıcaklık-koordinat grafikleri elde edilmiştir.
Deneysel çalışmalar ile elde edilen 3D grafikler ile CFD analiz sonuçları
birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Ayrıca kabin duvarlarından meydana gelen ısı
transferi miktarları da analizler ile belirlenmiştir. Kabin içinde elde edilen sıcaklık
değerleri farklılık göstermesine rağmen, sıcaklık dağılımları çok farklı çıkmamıştır.
Bu sonuçlar ile birlikte, gelecek çalışmalarda transformatör ile kabin çatısı arası
mesafenin ve havalandırma için oluşturulan formların soğutmaya olan etkisinin
araştırılması gerekliliği ortaya çıkmıştır.

Abstract:
Among the most important problems for dry type transformers is heating.
Usually heating calculations are made for dry type transformers without cabin.
Therefore, it is not known how the cooling performance of the transformer is
affected by the cabin.
Although the warm-up analysis and experimental studies for dry type
transformer windings are sufficient, there is not much analysis or experimental work
for dry type transformers with cabins. In the energy sector, dry type transformers
continue to gain importance due to their high reliability. In this study, heating
analysis of dry type transformers with cabin which are suitable for working in all
kinds of environments were made.
In this studies, 250kVA 33/0.4kV Dyn11 (loss value 3kW) dry type
transformer with IP31 cabin is taken as the reference. Three different roof geometries
have been tried for this transformer cabinet. ANSYS FLUENT/CFD analysis and
experimental studies were performed for these 3 different geometries. With these
studies, the temperature of the air in the cabin was evaluated. The data obtained were
compared with each other.
For the experimental studies, suitable quartz heat elements for the transformer
loss values were used. These heat elements are placed inside the representative coils
produced. During the study, 158 experiments were carried out and temperature
values of 1480 points were recorded. 3D temperature-coordinate graphs were
obtained by combining these obtained temperature values.
The results obtained from experimental studies and 3D graphics were found
to be consistent with the results of CFD analysis. In addition, mount of heat transfer
from cabin walls was determined by the analysis. Although the temperature values
obtained in the cabin differed, the temperature distributions were similiar. Fort his
reason, the effect of the distance between transformer and cabin roof and geometric
form of the air flow gaps on cooling will be investigated in future studies.