Dağıtım transformatörlerindeki dengesiz gerilim etkilerinin sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak değerlendirilmesi ve termal modellemesi
Thermal modeling and evaluation of unbalanced voltage effects on distribution transformer based on finite element
Yazar: ATABAK NAJAFİ
Danışman: PROF. DR. İRES İSKENDER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Gerilim dengesizliği; üç faz gerilimlerine ait etkin değerlerin birbirine eşit olmaması ve/ veya bu gerilimlere ait faz açıları arasında 120'şer derece fark olmaması biçiminde ifade edilen bir güç kalitesi sorunudur. Bu tez çalışmasında Sonlu Elemanlar Yöntemine dayalı dağıtım transformatörlerin tasarımı ve transformatörün tüm bölgelerindeki kayıp hesaplaması, nüve üzerinden akan akı dağılımı ve kaçak akıların hesaplanması ve görüntülenmesi açıklanmıştır. Ayrıca nüve kayıplarındaki artış, detaylı olarak incelenmiştir. Beşinci bölümde iyileştirilmiş elektrik -termal eşdeğer devreye dayalı dengesiz gerilim durumunda transformatörün nüvesinde ve diğer metal parçalarındaki sıcaklık artışı ve ömür kaybı incelenmiştir. Bu modelin literatürde sunulan modellere göre avantajı, sargılar, çekirdek, kazan duvarlarındaki sıcaklıklarının dengesiz gerilim durumunda hesaplanabiliyor olmasıdır. Bu bölümde, transformatörün yük ve çevre sıcaklığının yapay geçmişini oluşturmak için Monte Carlo tekniği kullanılmıştır. Dağıtım trafoları dengesiz gerilim durumunda daha doğru modellenebilmesi için kayıp ve ısınma mekanizmalarının eş zamanlı belirlenmesi ve buna bağlı olarak, yük taşıma kapasitesinin hesaplanması gerçeğe daha yakın sonuçlar verecektir. Bu nedenle dengesiz gerilim durumunda transformatörün farkı bölümlerinde, özellikle nüvesindeki sıcaklık dağılımı asimetrik olduğu için sonlu elemanlar yöntemini kullanarak birleştirilmiş elektromanyetik – ısıl modeli önerilmiştir. Deneysel olarak 250 kVA dağıtım transformatörün deneysel sonuçları ile iyileştirilmiş termal-elektrik modeli ve önerilen birleştirilmiş elektromanyetik – ısıl modeli sonuçları karşılaştırılmış ve yüksek oranda bir benzerlik görülmüştür.

Abstract:
If the the effective value of three phase are not equal with each others and / or if the phase angle between the three phase voltage be different from 120 degrees, expressed as a power quality problem. The design of distribution transformer as well as calculation and visualization of the losses, especially distribution of flux density in transformer core based on finite element method at the different part of transformer structures, are presented. In addition, the increase of core losses, were investigated in detail in this section. In chapter 5, the improved termal model based on thermal- electrical equivalent circuit have been used to estimate the temperature rise under unbalanced voltage at the core an other metal parts of transformer. Temperature in the windings, core legs and tank walls can be calculated under unbalanced voltage based on this improved model, that is the advantages of model compared to the model that presented in the literature. In this section, to create an artificial history of the transformer load and ambient temperature, Monte Carlo technique has been used. To more accurate modeling of transformer under unbalanced voltage losses and heating mechanisms simultaneously should be determined. Consequently, calculation of load capacity will give closer to the real results. Accordingly, since under unbalanced voltage the temperature distribution in the metal parts of transformer especially on transformer core are asymmetric, the coupled electromagnetic-termal model based on finite element method have been proposed to display the three-dimensional heat distribution in the transformer core an other structural parts. The experimental results of 250 kVA distribution transformers have been compared with the improved thermal-electric model as well as the proposed coupled electromagnetic - thermal model. The comparision results shows a high percentage of similarity.