Yüksek gerilim model transformatöründe frekansa bağlı kayıp katsayısının yalıtkanlık analizi

Güç trafolarının günümüz enerji dünyasında büyük bir öneme sahip olduğu bilinmektedir. Bu cihazlar oldukça pahalı olmasının dışında sürekli bakıma ihtiyaç duyan elektrik ekipmanlarından biridir. En çok bakıma ihtiyaç duyulan kısmı ise şüphesiz yalıtım sistemleridir. Yağlı kağıt yalıtım sistemleri normal çalışma esnasında bile bozulabilmektedir. Eğer bu bozulmalar zamanında fark edilemezse beklenmeyen arızalar ve plansız elektrik kesintisi gibi durumların dışında, yangın gibi felakete de yol açabilir. Günümüzde hâlâ kullanılmakta olan çok sayıda eskimiş trafo vardır. Eğer bu trafolar çalışabilecek durumdalarsa ömürlerinin uzatılması ve çalışmaya devam etmelerinin sağlanması maliyet açısından önemlidir. Bunu yapmanın yolu da trafonun izolasyon kalitesini arttırmaktan geçmektedir. Eğer biz trafonun izolasyon durumunu öğrenebilirsek, trafonun ömrü ile ilgili daha iyi bilgi sahibi olabiliriz. İşte bu yüzden trafoların yalıtım durumunu öğrenebilmek için bazı yöntemler bulunmuştur(RVM, PDC). Bu yöntemlerin birbirlerine göre bazı avantajları ve dezavantajları olduğu tespit edilmiştir ve araştırmalara devam edilmiştir. En son olarak FDS(frekans alan spektroskopisi) yöntemi geliştirilmiştir. FDS yönteminin diğer iki yönteme göre üstünlükleri bulunmaktadır. Bu çalışmada genel anlamda trafo sargılarından, trafo arızalarından ve nedenlerinden, trafo korumalarından bahsedilmiştir. Bazı koruma cihazları tanıtılmıştır. Ayrıca yukarıda söylenen yöntemlerin avantajlarından ve dezavantajlarından karşılaştırmalı olarak bahsedilmiştir. Farklı yağ oranlarına sahip bir pancake model transformatör geliştirilmiştir. Bu pancake transformatörünün yağ oranları % 85 ila % 0 arasında değişiklik göstermektedir. FDS yöntemi ile pankek deney transformatöründe farklı yağ oranlarında kayıp faktörü ve güç faktörü ölçümleri alınmıştır. Bu ölçümler analiz edilmiştir. Pancake deney transformatöründe sabit gerilim altında, farklı frekanslarda kayıp faktörü, güç faktörü, imajiner(sanal) kapasite ve reel (gerçek) kapasite ölçümleri alınmıştır. Frekans ile kayıp faktörü, güç faktörü, imajiner (sanal) ve reel (gerçek) kapasite değişimleri analiz edilmiştir. Ayrıca nemin, sıcaklığın ve yaşlanmanın da kayıp faktörü ve güç faktörü üzerindeki etkileri yardımcı ölçütler ile değerlendirilmiştir. Frekans büyüklüğünün kayıp faktörünü değerlendirme açısından önemine vurgu yapılmıştır. Bununla birlikte kayıp faktörü ve güç faktörünün eşdeğer devre ve vektör diyagramı yardımıyla birbirleriyle ilişkisinden bahsedilmiştir. Bu iki olgunun düşük, orta ve yüksek frekanslarda davranışının nasıl olduğu bilinmelidir. FDS yöntemine hâkim olabilmek için bu iki olgunun anlaşılması çok önemlidir. Yapılan çalışmalarda FDS ile, yalıtım malzemesindeki bozulmanın tam olarak çevre koşulundan mı yoksa yalıtım bozulmasından mı kaynaklandığı ayırt edilebilmektedir. Deney sonuçları, sıcaklığın ve yaşlanmanın yalıtım malzeme üzerindeki etkisinin FDS sonuçlarını düşük frekanslarda etkilediği görülmüştür. Düşük frekanslarda yapılan çalışmalarda kayıp faktörü, güç faktörü, imajiner(sanal) kapasite ve reel(gerçek) kapasite değerlerinin ölçüm sıcaklığı ve yaşlanma süreleri ile birlikte doğru orantılı olarak arttığı görülmüştür. Ayrıca trafo yalıtımındaki yağ oranı azaldıkça imajiner(sanal) kapasite, reel(gerçek) kapasite ve kayıp faktörü değerlerinin de azaldıkları görülmektedir. Farklı gerilimler uygulanarak (50 V, 75 V, 100 V, 140 V) imajiner(sanal), reel(gerçek)kapasite ve kayıp faktörü değişimleri incelenmiştir. Kapasite eğrilerinin farklı gerilimler altında neredeyse aynı eğrilere sahip olduğu gözlenmiştir. Kayıp faktöründe ise gerilim arttıkça eğrilerin tepe değerlerinin daha yüksek frekanslarda olduğu görülmüştür. Aynı bağlantı noktası ve eşit gerilimler(140 V) altında farklı sargı yerlerinin ölçümleri alınıp grafikleri çizdirilmiştir. CL ve CH için kayıp faktörü, kapasite ve güç faktörü eğrilerinin benzerlik gösterdikleri söylenebilir. Kayıp faktörü ve güç faktörü 0.1 Hz seviyelerinde tepe noktasına ulaşmıştır. C1H1, C1H2, C1H3 için kayıp faktörü, kapasite ve güç faktörü eğrileri ile C2H1, C2H2, C2H3 eğrilerinin benzer oldukları söylenebilir. Fakat CHL için kayıp faktörü, kapasite ve güç faktörü eğrileri diğer durumlardan biraz ayrışmaktadır. CHL'de kayıp faktörü ve güç faktörünün tepe noktası yaklaşık olarak 0.1 Hz de, kapasitenin ise 0.001 Hz seviyelerinde gözükmektedir. Yapılan ölçümler ile tüm bağlantı şekillerinde (CH-B, DG-CH, E-DG ve F-E) ve tüm sargı yerlerinde(CHL, CH, CL, C1H1, C1H2, C1H3, C2H1, C2H2 ve C2H3) güç faktörü, kapasite ve kayıp faktörü eğrilerinin yüksek frekans aralığında birbirlerine çok yakın oldukları bulunmuştur. Ancak bu değerler düşük frekanslarda farklılık göstermişlerdir. Yani bizim için belirleyici olan düşük frekanslardır. Frekans alanı spektroskopisi (FDS), diğer yalıtım teşhis yöntemlerinden(RVM, PDC) daha az gürültülüdür ve transformatörün şeklinden bağımsızdır. Ayrıca dış faktörlerden de en az etkilenen ölçüm yöntemidir. Bu nedenle FDS'nin en etkili ölçüm yöntemi olduğu söylenebilir.