Publication: Thermal and structural analysis of oil-type transformators
Abstract
Transformatör, gerilimi bir seviyeden diğer bir seviyeye çevirmeye yarayan elektromanyetik bir cihazdır. Bir devredeki elektrik enerjisini sabit frekans altında başka bir devreye elektromanyetik endüksiyon yoluyla aktarmaya ve gerilim-akım değerini şebekeler arasında artırıp azaltmaya yarayan hareketsiz elektrik makinalarıdır. Özellikle iletim ve dağıtım şebekelerinde gerilim yükseltici ve düşürücü uygulamalarda, işletmelerin verimliliği açısından, yüksek verimli transformatör kullanmak günümüzde büyük öneme sahiptir. Transformatörler kullanım amacı, güç, gerilim, soğutma tipi, izolasyon tipi gibi birçok kategoriye ayrılır. Transformatörler genel olarak, izolasyon malzemelerine göre kuru tip ve yağlı tip olmak üzere 2 tipte kategorilendirilebilir. Buna ek olarak, kullanım amacına göre transformatörler güç ve dağıtım trafoları olarak ikiye ayrılır. Trafoyu yüzeysel olarak bölümlere ayırdığımızda, elektriksel ve mekanik yapılar mevcuttur. Elektriksel yapı, aktif elemanların bulunduğu çekirdek ve iletkenlerin yer aldığı, elektrik enerjisinin aktarımının gerçekleştiği kısımdır. Bu elektrik enerjisi aktarımı esnasında transformatörün yüklenme yüzdesine bağlı olarak iletken kayıpları ve bundan bağımsız olarak çekirdek kayıpları ortaya çıkmaktadır. Ortaya çıkan bu kayıplar aktif kısım olarak adlandırılan yapının, izolasyon yağının ve dolayısıyla transformatör kazanının ısınmasına sebep olur. Bu ısınmanın etkilerini giderebilecek faktörler arasında kazanın boyutu, malzeme cinsi ve soğutma tipine bağlı olarak fiziksel yapısı bulunur. Bu tez çalışmasında örnek olarak bir yağlı tip dağıtım trafosu ele alınacaktır. Çalışmada önce yağlı tip dağıtım trafoları ile ilgili literatür araştırması yapılacak, daha sonra bu tez çalışmasına paralel olarak bir tasarım geliştirilecek, termal ve yapısal simülasyon çalışmaları ile bu tasarım için optimum sonuçlar elde edilerek, tasarıma uygun bir prototip çalışması yapılacaktır. Elde edilen prototip üzerinde çalışma ortamına bağlı olarak mekanik parçaların zorlanması üzerinde çalışmalar yapılacaktır. Bahsedilen prototip ürünün ısınma testi sonuçları ile bu tezde yapılan teorik hesaplama ve analiz sonuçları karşılaştırılacaktır. Böylece ürünün araştırılıp simülasyon ve tasarım sonuçlarının ortaya konulması, kullanımının iyileştirilme amacına ve üretiminin getireceği muhtemel olumlu ve olumsuz etkileri vurgulamaya yöneliktir.
A transformer is an electromagnetic device that converts voltage from one level to another. They are stationary electrical machines that are used to transfer the electrical energy in a circuit to another circuit under a fixed frequency by electromagnetic induction and to increase or decrease the voltage-current value between the networks. It is of great importance to use high-efficiency transformers in terms of efficiency of enterprises, especially in voltage booster and lowering applications in transmission and distribution networks. Transformers are divided into categories such as purpose of use, power, voltage, cooling and insulation type. In general, transformers can be categorized into 2 types as dry type and oily type according to insulation materials. In addition, transformers are divided into power and distribution transformers according to their intended use. When dividing the transformer into sections superficially, there are electrical and mechanical structures. The electrical structure is the part where the active elements are located, the core and the conductors, and the transfer of electrical energy takes place. During this electrical energy transfer, conductor and core losses occur depending on the load percentage of the transformer. These losses cause heating of the so-called active part, the insulation oil, and the transformer tank. Among the factors that can eliminate the effects of this heating are the tank size, the type of material and its physical structure depending on the cooling type. In this thesis, an oil type distribution transformer will be discussed as an example. First of all, a literature search will be made on oil-type distribution transformers, then a design will be developed in parallel with this thesis, optimum results for this design will be obtained with thermal and structural simulation studies, and a prototype study will be made in accordance with the design. On the prototype obtained, studies will be carried out on the stress of mechanical parts depending on the working environment. The heating test results of it will be compared with the results of the theoretical calculation and analysis made in this thesis. Researching the product and revealing the simulation and design results is aimed at emphasizing the purpose of improving its use and the possible positive and negative effects.
A transformer is an electromagnetic device that converts voltage from one level to another. They are stationary electrical machines that are used to transfer the electrical energy in a circuit to another circuit under a fixed frequency by electromagnetic induction and to increase or decrease the voltage-current value between the networks. It is of great importance to use high-efficiency transformers in terms of efficiency of enterprises, especially in voltage booster and lowering applications in transmission and distribution networks. Transformers are divided into categories such as purpose of use, power, voltage, cooling and insulation type. In general, transformers can be categorized into 2 types as dry type and oily type according to insulation materials. In addition, transformers are divided into power and distribution transformers according to their intended use. When dividing the transformer into sections superficially, there are electrical and mechanical structures. The electrical structure is the part where the active elements are located, the core and the conductors, and the transfer of electrical energy takes place. During this electrical energy transfer, conductor and core losses occur depending on the load percentage of the transformer. These losses cause heating of the so-called active part, the insulation oil, and the transformer tank. Among the factors that can eliminate the effects of this heating are the tank size, the type of material and its physical structure depending on the cooling type. In this thesis, an oil type distribution transformer will be discussed as an example. First of all, a literature search will be made on oil-type distribution transformers, then a design will be developed in parallel with this thesis, optimum results for this design will be obtained with thermal and structural simulation studies, and a prototype study will be made in accordance with the design. On the prototype obtained, studies will be carried out on the stress of mechanical parts depending on the working environment. The heating test results of it will be compared with the results of the theoretical calculation and analysis made in this thesis. Researching the product and revealing the simulation and design results is aimed at emphasizing the purpose of improving its use and the possible positive and negative effects.