Düşük güç elektronik gerilim transformatörü tasarımı ve yapımı
Low power electronic voltage transformer design and construction
Yazar: YUSUF KILINÇ
Danışman: PROF. DR. ALİ FUAT BOZ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Ferrorezonans = Ferroresonance ; Gerilim sistemleri = Voltage systems ; Gerilim transformatörleri = Voltage transformers

Özet:
Güç ağının dağıtımı, ölçümleri ve kontrolünde kullanılan geleneksel çözümler yerine gelişmiş düşük güçlü algılama teknolojilerinin kullanılması, fiziksel sınırlamaları ve diğer nedenlerden dolayı çekirdek ölçü transformatörlerini ortaya çıkarmıştır. Aynı zamanda bu durum, düşük güç gerilim transformatörü tasarımını da beraberinde getirmiştir. Buradan anlaşıldığı gibi, güç merkezlerinde kullanılan analog ölçüm ve kontrol sistemleri artık faydalı ömürlerinin sonuna yaklaşmaktadır. Bunun nedeni, trafo merkezlerinin dijital otomasyon çözümlerine ve daha verimli performans için yeni teknolojilere ihtiyaç duymasına dayanmaktadır. Düşük güç elektronik gerilim transformatörü yapısında herhangi bir demir çekirdek kullanılmadığından, ferrorezonans gibi şebeke bozukluklarına karşı güçlüdürler. Dolayısı ile bu tür yapılarda herhangi bir ferrorezonans oluşumuna rastlanmaz. Hâlihazırda kullanılan gerilim ölçü hücreleri, ölçü testleri yapılırken sonuca etki ederek, yanlış tespit yapılmasına neden olmakta ve aynı zamanda arıza sürelerini de uzatmaktadır. Zira saha ekipleri, yanlış tespite sebep olmamaları için gerilim ölçü hücrelerini tek tek ayırmak için zaman harcamakta, bu da kesinti sürelerini ciddi anlamda uzatmaktadır. Diğer yandan düşük güç elektronik gerilim transformatörleri, ölçü hücresinde herhangi bir sorun teşkil etmeyeceği için ölçü ekipleri zaman kaybetmeden ölçüm işlemine başlayabilmektedir. Düşük güç elektronik gerilim transformatörleri (gerilim sensörü), endüktif gerilim transformatörlerine göre daha küçük boyutları sayesinde, daha az yalıtım malzemesi içerirler. Böylelikle izolasyon malzemesindeki zayıflama riski azalır. Gerilim sensörü kullanımı, yalnızca birkaç voltluk normal çalışma sırasındaki maksimum sekonder sinyal seviyesi sayesinde personel güvenliğini artırır.  Kompakt boyutlardaki gerilim sensörleri hem ölçüm hem de koruma için kullanılabilir ve kolayca panoya entegre edilebilir. Bunun sonucunda, gerilim sensörlerin son derece optimum bir şekilde tasarlanmasına ve pano sisteminin basitleştirilmesine katkıda bulunur.Yüksek gerilim tekniğinde hassas ölçmelerin yapılabilmesi için en önemli faktör, tasarlanan gerilim sensörünün çok az farklılık gösteren çevirme oranına sahip olabilmesidir. Gerilim sensörünün çevirme oranı farklılığı, gerilim bölücü yapısında seçilen dirençlerin sıcaklık katsayısı ile beraber, gerilim değerinin değişimiyle birlikte oluşan çevirme oranındaki hassasiyete, kaçak akımlara ve korona deşarjının meydana gelmesine bağlı olarak değişebilmektedir.
Bu tez çalışmasında, düşük güç elektronik gerilim transformatörü tasarımı geçekleştirilmiştir. Oluşturulan transformatörün IEC 61689-11 standardına göre uygunlukları incelenmiş, gerekli test ve ölçümleri yapılmış ve çevirme oranının doğrusallığı incelenmiştir.

Abstract:
The use of advanced low-power sensing technologies instead of traditional solutions used in the distribution, measurement and control of the power grid has introduced core instrument transformers due to their physical limitations and other reasons. At the same time, this situation has brought about the low power voltage transformer design. As it is understood from here, analog measurement and control systems used in power centers are now approaching the end of their useful life. This is because substations need digital automation solutions and new technologies for more efficient performance. Since no iron core is used in the low power electronic voltage transformer structure, they are strong against grid disturbances such as ferroresonance. Therefore, no ferroresonance formation is encountered in such structures. The voltage measuring cells currently used affect the results during the measurement tests, causing wrong detection and at the same time prolonging the downtime. Because the field teams spend time separating the voltage measurement cells one by one so that they do not cause false detection, which significantly extends the downtime. On the other hand, since low power electronic voltage transformers will not cause any problems in the measurement cell, measurement teams can start the measurement process without losing time. Low power electronic voltage transformers (voltage sensor) contain less insulation material, thanks to their smaller dimensions compared to inductive voltage transformers. Thus, the risk of weakening in the insulation material is reduced. The use of a voltage sensor improves personnel safety due to the maximum secondary signal level during normal operation of only a few volts. The compact size voltage sensors can be used for both measurement and protection and can be easily integrated into the switchboard. As a result, the voltage contributes to the extremely optimal design of the sensors and simplification of the switchboard system. The most important factor for precise measurements in high voltage technique is that the designed voltage sensor can have a slightly different turning ratio. The difference in the conversion ratio of the voltage sensor may vary depending on the temperature coefficient of the resistors selected in the voltage divider structure, the sensitivity in the conversion ratio that occurs with the change of the voltage value, leakage currents and the occurrence of corona discharge.
In this thesis, a low power electronic voltage transformer has been designed. The conformity of the created transformer according to the IEC 61689-11 standard was examined, the necessary tests and measurements were made and the linearity of the conversion ratio was examined.