R410A gazının transformatör yalıtım malzemesi olarak kullanılması
Using R410A gas as transformer insulation material
Yazar: EZGİ GÜNEY
Danışman: PROF. DR. OKAN ÖZGÖNENEL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, günümüz koşullarında, büyük şehirlerdeki elektrik gücü talebindeki keskin artışın üstesinden gelmek için enerji sistemlerinin en önemli ekipmanlarından biri olan dağıtım transformatörlerinin, yalıtım maddesi olan transformatör yağı ve SF6 gazına karşı güçlü bir alternatif olduğu öngörülen R410A gazı ile en ekonomik ve çevre dostu yolla yolla karşılanabilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, R410A gaz yalıtımlı transformatörlerin tasarım ve imalatının gerçekleştirilebilmesi için gerekli olan ön-bilgi deneysel ve bilgisayar benzetim çalışmaları ile sağlanmıştır.
Tasarım için, işletmelerde kullanılmakta olan  34.5 / 0.4 kV  50 kVA gücünde dağıtım transformatörünün gerçek boyutları dikkate alınarak AutoCAD ortamında çizilmiş bire bir modeli kullanılmıştır. Modele sargılar dışında, transformatörün tankı, demir çekirdeği, boyundurukları, geçit izolatörleri, ark boynuzu ve yalıtkan destek gibi ayrıntılar eklenmiştir. Ana tankı, tasarım yüksek basınca dayanabilmesi ve gazın homojen bir biçimde dağılmasına olanak verebilmesi için silindirsel yapıda yapılmıştır.
Tezin benzetim çalışmaları, tasarlanan R410A yalıtımlı dağıtım transformatörünün elektrostatik, darbe gerilimleri ve ısıl analizlerini kapsamaktadır. Elektrostatik ve darbe gerilim analizleri için 3 boyutlu modelleme, ısıl analiz için ise 2 boyutlu eksenel model kullanılmıştır. Elektrostatik analiz için  sabit bir çözüm, darbe gerilimleri ve ısıl analiz için ise zamana bağlı çözümler kullanılmıştır. Analizlerin tamamı COMSOL®Multiphysics 5.2a benzetim programında gerçekleştirilmiştir.
Tezin deneysel çalışmaları için, daha önceden SF6 için tasarlanmış olan gaz yalıtımlı gerilim ölçü transformatörü kullanılmıştır. R410A'nın performansını karşılaştırmak için transformatör hava, SF6 ve R410A ile doldurulmuş ve her bir gaz için kısmi deşarj testi yapılmıştır.
Gerek benzetim gerek deneysel çalışmaların sonucunda, R410A gazının yalıtım ve soğutmada performansı yağ ve SF6 gazına paralellik göstermiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda R410A yalıtımlı transformatörünün risksiz, düşük maliyetli, kompakt ve çevre dostu bir transformatör olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, in today's conditions, distribution transformers, which are one of the most important equipment of energy systems to overcome the sharp increase in electrical power demand in big cities, are used in the most economical and environmentally friendly way with R410A gas, which is predicted to be a strong alternative to insulating transformer oil and SF6 gas. For this purpose, the preliminary information that is required for the design and manufacture of R410A gas-insulated transformers has been provided by experimental and computer simulation studies.
For the design, the actual dimensions of the 34,5/0,4 kV 50 kVA power distribution transformer that is used in the industries were taken into account and the identical model drawn in the AutoCAD environment was used. In addition to the wires, details such as the transformer's tank, iron core, yokes, bushings, arc horn, and dielectric support have been added to the model. The main tank is made in a cylindrical structure so that the design can withstand high pressure and allow the gas to be distributed homogeneously.
The simulation studies of the thesis cover the electrostatic, impulse voltages and thermal analyzes of the designed R410A insulated distribution transformer. 3D modeling was used for electrostatic and impulse voltage analysis, and 2D axial model was used for thermal analysis. A stationary solution was used for electrostatic analysis, and time dependent solutions were used for impulse voltages and thermal analysis.All analyzes were performed in the  COMSOL®Multiphysics 5.2a simulation program.
For the experimental studies of the thesis, a gas insulated voltage transformer, which was previously designed for SF6, was used. In order to compare the performance of R410A, the transformer was filled with air, SF6 and R410A and a partial discharge test was performed for each gas. 
As a result of both simulation and experimental studies, the performance of R410A gas in insulation and cooling showed parallelism with oil and SF6 gas. In line with these results, it has been found that the R410A insulated transformer is a risk-free, low-cost, compact and environmentally friendly transformer.