Nanopartikül katkılı transformatör yağlarının elektriksel özelliklerinin belirlenmesi
Determination of the electrical properties of nanoparticle added transformer oils
Yazar: MEHMET KARATAŞ
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS BİÇEN
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Delinme gerilimleri = Breakdown voltages ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Güç transformatörü = Power transformer ; Nano parçacık = Nano particles ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity

Özet:
Enerji sektörünün iletim ve dağıtım sistemlerinde bulunan güç transformatörleri en kritik ve pahalı ekipmanlar arasındadır. Güç transformatörlerin genel yapısı zamanla çok fazla değişmese de malzeme odaklı geliştirmeler sürekli devam etmektedir.  Geçmişten günümüze transformatörlerde kullanılan en yaygın yalıtım sıvıları petrol bazlı mineral yağlardır. Bu yalıtım sıvıları genel olarak transformatörlerde elektriksel yalıtım ve ısı transferi vasıtasıyla soğutma görevlerini üstlenmektedir. Yakın geçmişte mineral yağa alternatif olarak çeşitli yalıtım sıvıları ortaya çıkmıştır. Literatürde çok çeşitli yalıtım sıvıları bulunsa da mineral yağlardan sonra en çok tercih edilenler doğal ester, sentetik ester ve silikon esterlerdir. Her bir yalıtım sıvısı kullanıldığı yere ve kullanım amacına göre seçilmekte olup, geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Son yıllarda ise nanopartikül katkılı yalıtım sıvılarının özelliklerinin belirlenmesi ve performans karşılaştırmaları popüler bir konu haline gelmiştir.  Bu tez çalışması kapsamında yalıtım sıvısı olarak kullanılan mineral yağa nanopartikül olarak adlandırılan iletken, yarı-iletken ve yalıtkan 100 nm' den küçük katı parçacıklar eklenerek, mevcut yağın elektriksel izolasyonunun ve termal iletkenliğinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu nanopartiküller BN, Al2O3, SiO2 ve MgO' dur. Tercih edilen nanopartiküllerin boyutları mümkün oldukça küçük seçilmiştir. Nanopartiküller için karışım yöntemi olarak kütle konsantrasyonu temelinde iki-adımlı karıştırma metodu kullanılmıştır. Kütle konsantrasyonuna göre nanopartikül ağırlıkları hesaplanmış, önce mekanik karışım yapılmış, ardından ultrasonik banyo ile kararlı hale getirilmiştir. Numuneler üzerinde AC delinme gerilimi ölçümü, viskozite tayini ve termal iletkenlik ölçümü gerçekleştirilmiştir. Dört farklı nano-akışkan üzerinde gerçekleştirilen ölçümler neticesinde elde edilen sonuçlar olumlu/olumsuz özellikleri bakımından karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir.

Abstract:
Power transformers are one of the most important and expensive equipment in the transmission and distribution systems of the energy sector. Although the general structure of power transformers does not change much over time, material-oriented developments continue. The most common insulating fluids used in transformers from the past to the present are petroleum-based mineral oils. These insulating fluids generally undertake the functions of cooling by means of heat transfer and electrical insulating in transformers. Various insulating fluids have recently emerged as alternatives to mineral oil. Although there are a wide variety of insulating fluids in the literature, the most preferred ones after mineral oils are natural esters, synthetic esters, and silicone esters. Each insulating fluid is selected according to the place of use and purpose of use, and development studies continue. In recent years, the determination of properties and performance comparisons of nanoparticle-doped insulating fluids has become a popular topic. In this thesis, it is aimed to improve the electrical insulation and thermal conductivity of the existing oil by adding conductive, semi-conducting and insulating solid particles smaller than 100 nm, called nanoparticles, to the mineral oil used as insulating fluid. These nanoparticles are BN, Al2O3, SiO2, and MgO. The sizes of the preferred nanoparticles are chosen as small as possible. The two-step stabilization method based on mass concentration was used as the mixing method for nanoparticles. Nanoparticle weights were calculated according to the mass concentration, first mechanical mixing was made and then stabilized by the ultrasonic bath. AC breakdown voltage measurement, viscosity determination, and thermal conductivity measurement were performed on the samples. The results obtained as a result of the measurements performed on four different nano-fluids were examined comparatively in terms of their positive/negative properties.