Sargı Geometrisinin Kısa Devre Durumunda Dağıtım Transformatörleri Sargı Kuvvetleri Ve Mekanik Deformasyonlarına Etkisinin İncelenmesine Katkılar

Abstract

Transformatör sargılarından geçen akımlar sargılar üzerinde kuvvetlerin oluşmasına sebep olur. Bu kuvvetler akımın karesiyle orantılıdır. Kısa devre durumda kesicilerin akımı kısa sürede kesmesine rağmen transformatör sargıları çok büyük kuvvetlere maruz kaldığından transformatörlerde deformasyonlar oluşabilmektedir. Geri dönüşü olmayan yer değiştirme ve deformasyonlar, transformatörün ilerleyen süreçte karşılaşacağı olası kısa devre durumları karşısında dayanımını düşürecektir. Kısa devrenin gerçekleştiği an da sargılar üzerindeki kuvvetlerin büyüklüğünde etkilidir, fakat transformatörün kısa devrelere dayandığından emin olunması amacıyla transformatörü en çok zorlayacak kısa devre durumu için kuvvet hesaplamalarının yapılması ve bu kuvvetlerin transformatöre etkilerinin incelenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada, üç fazlı bir transformatörün tasarımı, teknik özellikleri aynı olmak kaydıyla silindirik, eliptik ve kare sargılı olmak üzere yapılıp her bir tasarım için en zorlayıcı kısa devre durumu benzetimi yapılmıştır. Silindirik sargılardaki kuvvet dağılımının sargı boyunca hemen hemen eşit olduğu, eliptik sargıların geniş kısımlarındaki ve kare sargıların köşelerindeki kuvvetlerin diğer kısımlara göre daha büyük olduğu görülmüştür. kuvvet büyüklükleri silindirik sargılarda en düşük olup en yüksek kuvvetler kare sargılarda oluşmuştur. Kısa devre durumu mekanik benzetimi için ANSYS yazılımı kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre silindirik sargılarda oluşan deformasyonlar ve mekanik gerilimler en düşük seviyededir. Diğer taraftan en yüksek deformasyon ve mekanik gerilim değerleri kare sargılarda gözlenmiştir.Current passing through transformer windings causes electromagnetic forces, which are proportional to the square of current. Extreme forces on transformer windings may cause damages although circuit breakers interrupt current in a short time period. The forces on windings also depend on the time instant when the short circuit takes place. However, the case that causes maximum force should be simulated to ensure the transformer withstands forces. It is known that irreversible deformations and displacements will reduce the durability of the transformer for the next short-circuit operation. In this study, a three-phase power transformer with same ratings is designed in three different winding geometries namely cylindrical, elliptical and square. For each design, worst-case analysis is performed under short circuit conditions. Force distribution is almost uniform on cylindrical design while it differs in different regions of elliptical and square windings. Force on narrow part of elliptical windings is less than the wide part, which is sharper. Similarly, forces obtained for flat parts of square design are less than those obtained for corner parts are. Additionally, it is observed that maximum forces on cylindrical windings are less than maximum forces on elliptical and square windings. Square windings are subjected to the highest forces. ANSYS software is utilized in order to simulate the mechanical deformation and stress on transformer windings under short circuit. Obtaining the results, it is observed that deformation and stress on cylindrical design is minimum while the deformation and stress on square design is maximum among three designs.