Amorf çekirdekli 33/0.4 kV 1MVA dağıtım transformatörü tasarımı ve performans analizi
Amorphous core 33/0.4 kV 1MVA distribution transformer design and performance analysis
Yazar: FATİH IŞIK
Danışman: DOÇ. DR. YILMAZ UYAROĞLU
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Transformatörler elektrik iletim ve dağıtım sistemlerinin en önemli elemanlarındandır. Elektrik dağıtım sistemlerinde çok fazla sayıda kullanılmaktadır. Elektrik enerjisinin üretildiği yerden son kullanım noktasına iletilinceye kadar meydana gelen kayıplar içinde transformatör kayıpları, transformatörlerin çok fazla sayıda bulunması ve sürekli devrede olması nedeniyle oldukça önemli bir yer tutmaktadır.
Transformatör kayıpları yüklenme oranına göre değişen yükte kayıplar ve yüklenme oranına göre değişmeyen boşta kayıplar olarak tanımlanır. Transformatör boşta kayıpları elektrik dağıtım sistemleri toplam kayıpları içinde büyük yer tutmaktadır. Klasik elektrik çeliklerine alternatif olarak geliştirilen amorf metaller çok daha iyi elektrik ve manyetik özelliklere sahiptir. Amorf çekirdekli transformatörlerin boşta kayıp değerlerinin klasik elektrik çelikleri ile imal olunan transformatörlere göre yaklaşık % 60 – 70 oranında daha düşük olduğu uluslararası çalışmalarda görülmüştür.
Bu tezde, ülkemiz elektrik dağıtım sistemi için standartlarda tanımlanan dağıtım transformatörleri güç değerlerinin büyük bir kısmını kapsayan 33/0,4 kV ve 1 MVA gücünde amorf çekirdekli bir dağıtım transformatörü tasarımı, prototip imalatı ve performans analizleri yapılmıştır. Amorf şerit birleşim yerleri geometrisi sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile analiz edilerek belirlenmiştir. Prototip amorf çekirdekli transformatöre rutin testler uygulanarak sonuçlar değerlendirilmiş ve klasik elektrik çelikli aynı özellikte bir transformatör ile kıyaslanarak performans analizi yapılmıştır. Prototip amorf çekirdekli transformatörün harmonik etkisi klasik elektrik çelikli bir transformatör ile kıyaslanmıştır. Gerçek bir elektrik dağıtım sisteminde aynı özellikte klasik elektrik çelikli transformatörün prototip amorf çekirdekli transformatör ile değiştirilmesi sonucu elde edilebilecek enerji tasarruf potansiyeli incelenmiştir.
Prototip amorf çekirdekli transformatör ülkemiz elektrik dağıtım sisteminde kullanılan dağıtım transformatörlerinin çok büyük bir kısmının imal edilebileceğini göstermiş ve klasik elektrik çelikli transformatörlere göre boşta kayıplarının çok önemli miktarda düştüğü gösterilmiştir. Bununla beraber, amorf şeritlerin oldukça ince ve kırılgan olmasının yanı sıra tasarım parametreleri nedeniyle klasik elektrik çelikleri ile imal olunan bir transformatöre göre büyük olması ve amorf malzemenin maliyetinin yüksek olması en önemli olumsuzluklar olarak görülmektedir. Maliyet açısından en iyi çözümlerin bulunabilmesi için teknolojik gelişmeler ışığında çalışmaların devam etmesi gerekmektedir. Devam eden bilimsel çalışmaların eşliğinde bu olumsuzlukların giderilebilir olduğu ve özellikle Hindistan, Çin gibi ülkelerde amorf çekirdekli transformatör kullanım oranının gün geçtikçe arttığı bilinmektedir. Bu çalışmada elde edilen veriler ışığında enerji kaynakları açısından dışa bağımlı olan ülkemizde, elektrik dağıtım sistemlerinde amorf çekirdekli transformatörlerin kullanılmasıyla çok öenmli enerji tasarrufu sağlayabilecektir.

Abstract:
Transformers are among the most important components of electricity transmission and distribution systems. They are most commonly used in electricity distribution systems. Transformer losses which are observed in the process of transmitting and distributing electricity from power plant to the final point of use are significant due to the abundance of transformers that are on service ccontinuously.
Transformer losses are described as load losses that changes depending on loading ratio and unload losses which does not change depending on loading ratio. Unloaded transformer losses make up a large part in total losses of electrical distribution system as they are on service continuously. Amorphous metals, which are produced as an alternative to classical electric steels, have better electrical and magnetic features. It has been observed in international studies that unloaded losses of amorphous cell transformers are about 60-70 % lower than classical steel made transformers.
Design, manufacture a prototype of 33/0,4 kV and 1 MVA amorphous core distribution transformer which covers most of the power values stated in the related standards, therefore, can be used in power distribution systems in Turkey and to make performance analyze were studied in this thesis. Amorphous strip joint points are examined using finite elements method (FEM) and are defined the geometry of joint points. Routine tests were carried out on prototype  amorphous core transformer and the results were evaluated by comparing the same scale classic electric steel transformer performance. The harmonic effect of amorphous core transformer on power systems is examined and compared with that of the classical electric steel transformer. That are examined and possible energy saving is analyzed in a real power distribution system by changing the same scale classic electric steel transformer with the prototype amorphous core transformer.
Prototype amorphous core transformer is significant when the producibility of a huge part of distribution transformers used in the power distribution system in Turkey and the possibility of power savings are considered. On the other hand, higher cost, thinness and fragility of amorphous material along with the larger size of amorphous transformers compared to classical electric steel transformers due to design parameters are significant disadvantages. Trying the prototype amorphous core transformer with new researches in the light of technological developments is necessary in order to enable optimum cost solutions.  The use of amorphous core transformers has been increased in some countries such as China and India in the recent years. The disadvantages can be ameliorated through new studies. In conclusion, our study has shown that significant savings through application of amorphous core transformers in the power distribution systems seem possible in Turkey, which depends highly on foreign energy resources.