Çok sargılı transformatörler için kısa devre empedansı ve sargılara etkiyen kuvvetlerin belirlenmesi için yeni bir yaklaşım.
A new approach for determining the short-circuit impedance and electromagnetic forces for multi-winding transformer.
Yazar: KAMRAN DAWOOD
Danışman: DOÇ. DR. BORA ALBOYACI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Transformatörler, elektrik sisteminin en pahalı, kritik ve önemli unsurlarından biridir. Elektrik sisteminin işletilmesi ve güvenirliliği çoğunlukla transformatörün çalışmasına bağlıdır. Kaçak reaktansı ve kısa devre testi, transformatörün tasarımı için ana faktörler arasında yer almaktadır. Kaçak reaktans, transformatör tasarımı için önemli olup transformatörün geometrisine bağlıdır. Bu araştırma elektromanyetik kuvvetlerin araştırılması ve transformatörün kaçak reaktansı üzerine odaklanmıştır. Transformatörün kaçak reaktansı, manyetik akı yoğunluğu, boşta çalışma testi ve kısa devre çalışma testi gibi iki sargılı ve çok sargılı transformatörlerin farklı parametrelerinin hesaplanması için 2 Boyutlu ve 3 Boyutlu modeller kullanılır.
Kısa devre kuvvetleri transformatöre zarar verebilir ve bu güçlerin doğru bir şekilde hesaplanması transformatör tasarımcıları için çok önemlidir. Hesaplama hatası, tasarımın optimum olmamasına yol açabilmektedir. Elektromanyetik kuvvetlerin hesaplanması için birçok farklı analitik yöntem bulunmaktadır. Bununla birlikte, bu analitik yöntemlerde sargı ve nüve malzemesine ait özellikler ve geometrinin karmaşıklığı gibi faktörler yer almaktadır. Sonlu elemanlar yöntemi gibi sayısal yöntem bu faktörleri dikkate alır. Bu çalışmada, çok-sargılı transformatörün farklı kısımlarına etki eden kısa devre kuvvetlerini hesaplamak için 2 boyutlu model geliştirilmiş ve kısa devre akımı da 3-boyutlu model ile doğrulanmıştır. Kuvvet hesaplanırken inrush akımı da dikkate alınmıştır.
Transformatör üreticileri kaçak reaktansının hesaplanması için birçok farklı analitik yöntem kullanmaktadırlar. Bununla birlikte,  analitik yöntemlerin çoğu, iki sargılı transformatörlerin sargıları simetrik olduğunda güvenilirdirler. Bu çalışmada asimetrik iki sargılı ve çok sargılı transformatörlerin kaçak reaktansının hesaplanması için yeni bir yöntem önerilmiştir. Önerilen yöntem de deneysel, analitik ve sayısal yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, önerilen yöntemin diğer analitik yöntemlere kıyasla daha güvenilir olduğunu göstermektedir. Deneysel olarak kaçak reaktansın testi, IEC-60076-1 standardına göre gerçekleştirilmiştir. Bir çok durumda önerilen yöntemin doğruluğu diğer sayısal yöntemlerden daha yüksektir. Ayrıca bu çalışmada sargının eksenel yer değiştirmesinin transformatörün kaçak reaktansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır.

Abstract:
Transformers are one of the most expensive, critical and important elements of the electric power system. Working and stability of the electric power system mainly depend on the working of the transformer.  Leakage reactance and short-circuit test are main factors for considering the design of the transformer. Leakage reactance is one of the most important factors for the transformer designing and it mainly depends on the transformer's geometry. This research mainly focused on the investigation of the electromagnetic forces and leakage reactance of the transformer. 2-dimensional and 3-dimensional models are used for the calculation of the different parameters of the two winding and multi-winding transformers such as leakage reactance, magnetic flux density, no-load test and short circuit test of the transformer. 
Short circuit forces can damage the transformer and accurate calculation of such forces is crucial for the transformer designers. Error in the calculation can result in the non-optimal design. There are many different analytical methods for the calculation of the electromagnetic forces. However, these analytical methods do not the main factors of the transformer such as material properties of the winding and core, and complexity of the geometry. The numerical method like finite element method takes these factors into account. In this study, the 2-dimensional model is developed to calculate the short-circuit forces acting on the different parts of the multi-winding transformer and the short-circuit current is also verified from the 3-dimensional model. Inrush current is also taken into the account during the calculation of the forces 
Transformer designers use many different analytical methods for the calculation of the leakage reactance. However, most of these analytical methods are applicable when transformer windings are symmetric. Furthermore, these methods are just reliable for the two winding transformers. In this work, a new method for the calculation of the leakage reactance is proposed. Proposed method is reliable for the asymmetric windings and this method can also be useful for the multi-winding transformers. Proposed method is also compared with the other experimental, analytical and numerical methods. Results show that proposed method is more reliable as compared to the other analytical methods. An experimental test of the leakage reactance was performed according to the IEC-60076-1 standard. In many cases, the accuracy of the proposed method is higher than the other numerical method. This work also investigates the effect of the axial displacement of the windings on the leakage reactance of the transformer.