Yüksek gerilim transformatörlerinde optimum izolasyon
Optimum insulation in high voltage transformers
Yazar: EMRE ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ERTAN YANIKOĞLU
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Transformatörlerdeki yalıtım sistemlerinin dizaynı temel olarak yalıtım malzemesindeki selülozun transformatör yağı ile kullanımına (etkileşimine) dayanır. Yüzyıldan daha fazla süredir transformatör yalıtım dizaynları ve üretim metotları bu bilgi üzerine temellendirilmiştir. Yalıtım dizaynında yağ ile emprenye edilmiş yalıtım malzemeleri üzerindeki alan dağılımı temel kriter olarak alınmalıdır. Ayrıca yalıtım düzenleri dizayn eğrilerine göre oluşturulurlar. Bu dizayn eğrileri onlarca yıllık tecrübe denemeler testler işçilik kaliteli üretime bağlı olarak çıkarılmıştır..Yağ soğutmalı transformatörlerin imal edilmesi için gerekli hammaddenin giderek azalması, bu materyallerin fiyatlarının pahalı ve dalgalı olması transformatör üreticilerinin maliyetleri, ağırlıkları ve boyutları düşürmek için alternatif çözümler bulmalarını gerekli kılmıştır. Bu tez sargı çıkış düzeneği aracılığıyla sargı çıkış düzeneği dizayn prosesini anlatır. Sargı çıkış düzeneği, yüksek gerilim sargılarının sonlarını geçit izolatörlerinin alt bağlantı noktalarına bağlayan yalıtım parçalarını ve bağlantı elemanlarıdır. Dom çaplarını belirlemek elbette kullanılacak çelik ve mineral yağ miktarını etkileyecektir ve bu tüm transformatörün materyal maliyetleri için önemlidir. Sargı çıkış düzenekleri bu mesafelerin düşürülmesine olanak tanıyıp transformatör üreticilerinin maliyetlerini azaltmıştır.Sargı çıkış düzeneklerinde elektrostatik alan dağılımı çok düzensizdir. Geometriler ve yapılar alan dağılımını optimize edecekmiş gibi düzenlenmelidir. Bu en uygun form için ise geometriler kavramak karşılaştırabilmek gereklidir.Transformatör kartonundan yapılan yalıtım paravanaları geniş yağ kanallarını dar yağ kanallarına bölmek için kullanılır. Transformatör kartonu yağın elektriksel dayanımını arttıran ve daha güvenli sınırlar sağlayan saf selüloz liflerine sahiptir. Dizayn yapılırken önemli nokta Sargı çıkış düzeneği paravanalarının alan uygun yapıda yapılması yani elektrik alan çizgilerine dik eş potansiyel eğrilere paralel yapıda olmasıdır.

Abstract:
The general knowledge about transformer Insulation System Design is based on the use of cellulose in insulations which is basically used in mineral oil. For more than one hundred years, transformer design and manufacturing methods are based on this knowledge. In insulation design, field stress distribution between oil impregnated solid insulations is taken as the fundamental criteria. This stress is distributed in accordance with the permittivity of insulating materials and the geometry. Furthermore the insulation arrangement is constituted according to the design curves. They are based on decades of experience and depend upon manufacturing, process, workmanship, quality of materials and so on.Deficiency of materials that are essential for producing oil-cooled transformers, such as Grain Oriented Silicone Steel, Copper, Mineral oil, and their increasing and fluctuating prices necessitate finding alternative solutions to reduce the cost, weight and dimensions of the transformers. This thesis aims to demonstrate optimizing process by means of 'lead exits'. The lead exit is an insulation component and connecting element between high voltage winding end and the bottom of the bushing end. High voltage winding end can be positioned at the top or in the middle of the axial height of the coil. Common practice for each lead system is the phase current through a turret to the bushing bottom end. The turret diameter depends on system voltage and design of the lead exit. Determining of the turret diameter will certainly affect the quantity of steel, mineral oil, etc., and this is important for both material cost and the weight and dimensions of the transformers. Lead exit allows reducing the clearances and the diameter of turret therefore provide saving from materials for power transformer manufacturers.The field stress distribution of such a lead exit is highly non-uniform. The geometries of the structures should be arranged to optimize the field stress distribution. For this optimization, it is necessary to comprehend and compare the geometries.Insulation barriers, made from Transformer board, are used for subdividing large oil gaps into smaller oil gaps. Transformer board has pure cellulose fibers that increase the oil strength and provide a higher safety margin. While designing lead exit barriers the important point is to obtain the 'field conform' structure, i.e. electrical field patterns are perpendicular to barriers and equal potential field patterns are parallel with barriers.