Transformatör Testleri BEST BALIKESİR ELEKTROMEKANİK SANAYİ TESİSLERİ A.Ş. Tesis 1 :
Ağır Sanayi Bölgesi No 149 10040 Balıkesir / Türkiye
Tel. : + 90 266 241 82 00
Tesis 2 :
Fax : + 90 266 241 52 36
Organize Sanayi Bölgesi 198 Ada 2 Parsel Balıkesir / Türkiye
Tel. : + 90 266 281 10 70
Fax : + 90 266 281 10 69
www.besttrafo.com.tr
[email protected]
Transformatör Testleri Sayfa :
1
Giriş : Bu kitapçıkta Güç Transformatörlerinin test ve ölçümleri sırasında uygulanan yöntemler, test ve ölçüm devreleri, hesaplamalar ve değerlendirme kriterleri ele alınmıştır. Kitağçığın sonunda BEST Balıkesir Transformatör Fabrikası laboratuvarlarına ait donanımlar ile ölçme ve test cihazlarının tanıtımı verilmiştir. Transformatörlerin yalıtım dayanım seviyeleri, elektriksel karakteristikler ve değerlendirme için ulusal ve uluslararası standartlar ile müşteri şartnamelerine bakılmalıdır. Aşağıda testler ve ölçmelerin tanımları bir liste halinde verilmiştir.
Rutin Testler : Sayfa 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Sargı dirençlerinin ölçümü Çevirme oranı ölçümü ve bağlantı grubu kontrolu Yükteki kayıp ve kısa-devre geriliminin ölçümü Boştaki kayıp ve boştaki akımın ölçümü Yalıtım testleri Uygulanan gerilim testi Endüklenen gerilim testi Kısmi-boşalma ölçümü Yükte kademe değiştirici testleri
2 4 7 10 12 14 15 18 21
Tip Testler : 10. Sıcaklık artış (ısınma) testi 11. Yıldırım-Darbe gerilim testleri
22 26
Özel Testler : 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Açma-kapama (manevra) darbe gerilim testi Kapasite ve tan ölçümü Sıfır-Empedans ölçümü Gürültü (ses seviyesi) ölçümü Akım ve gerilim harmoniklerinin ölçümü Yalıtkanlık direnci ölçümü
Laboratuvar test ve ölçme donanımları ve cihazları listesi
Hazırlayan :
Haluk Odoğlu
30 32 34 36 40 41 42
Haziran 2009 ( 3. Basım )
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
2
1- Sargı Dirençlerinin Ölçülmesi Transformatör sargı ve terminal bağlantılarının kontrol edilmesi ve hem daha sonraki ölçmelerde referans olarak ve hem de yük kayıplarının referans (örneğin 75C) sıcaklığındaki değerlerinin hesaplanmasında kullanılması amacıyla ölçüm yapılır. Sargı dirençleri, doğru akım uygulanarak yapılan bir ölçüm olup sıcaklığa çok bağlıdır. Sıcaklığa göre düzeltme işlemi aşağıdaki bağıntılara göre hesap edilir:
R2 R1
235 t 2 235 t1
(bakır için)
R2 R1
R2 : t2 sıcaklığındaki sargı direnci,
225 t 2 225 t1
(alüminyum için)
R1 : t1 sıcaklığındaki sargı direnci
Bu nedenle sargı dirençleri ölçülürken sıcaklıklar da ölçülmeli ve kayıtlarda mutlaka ölçümdeki sıcaklık ta kaydedilmelidir. Sargı dirençleri, sargıların tüm bağlantı terminalleri arasında ve tüm kademelerde ölçülür. Bu sırada sargı sıcaklığı da uygun şekilde ölçülmeli ve katdedilmelidir. Kullanılan ölçme akımı bir aküden elde edilebileceği gibi bir sabit akım kaynağından da temin edilebilir. Ölçme akımının değeri ise; doğru ve kesin bir ölçmeyi yerine getirebilecek kadar yüksek, ancak sargı sıcaklığını değiştirmeyecek kadar da küçük olmalıdır. Uygulamada bu değer mümkün olduğu durumlarda 1,2xI0’ dan büyük 0,1xIN ’den küçük olmalıdır. Transformatör bir R direnci ile buna seri olarak bir L indüktivitesinden oluşur. Bu durumda devreye bir U gerilimi uygulanırsa;
Ölçme akımının değeri :
i
R t U (1 e L ) R
olacaktır. Burada zaman sabitesi L/R oranına bağlıdır.
Ölçme akımının artması ile çekirdek doyacak endüktans azalacaktır. Böylelikle akımın doyma durumuna daha kısa zamanda erişmesini sağlanacaktır. Devreye akım verildikten sonra ölçü değerlerinin okunması için akımın stasyoner (doymanın tamamlanması) durumuna kadar beklenilmesi gerekir, aksi takdirde ölçüm hataları ortaya çıkacaktır. Ölçme devresi ve ölçümün yapılışı Transformatör sargı dirençleri; ya akım-Gerilim yöntemi ya da köprü yöntemleri ile ölçülebilir. Sayısal ölçme cihazları kullanıldığında ölçme duyarlılığı daha da artırılabilir. Akım-gerilim yöntemi ile ölçme ile ilgili bir devre şekil 1.1’de gösterilmiştir. Akım – gerilim yönteminde ölçülmekte olan sargıdan geçen akım, devre üzerinde bulunan değeri bilinen standart bir direnç üzerinden de geçmekte ve böylece her iki direnç üzerinde (sargı direnci ve standart direnç) oluşan gerilim düşümleri karşılaştırılmak suretiyle bilinmeyen direnç (sargı direnci)
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
3
belirlenebilmektedir. Bu sırada dikkat edilmesi gereken nokta akım devresinin kapatılması ve açılması sırasında oluşabilecek yüksek gerilimlerden korunması için gerilim ölçümünde kullanılan voltmetrenin bu sırada devrede tutulmaması gerekir. a A
A
b
B
DC Kaynak
V
c
C N
Şekil 1.1: Akım-Gerilim yöntemi ile direnç ölçülmesi Köprü yönteminde ise bilinmeyen (ölçülen) bir direncin, bilinen bir dirençle karşılaştırılması esasına dayanır. Köprünün kollarından akan akımın dengelenmesi durumunda galvanometreden akan akım sıfır olacakyır. Genel olarak küçük değerli dirençler (örneğin: 1 ohm) Kelvin köprüsü ile, büyük değerli dirençler (örneğin: 1 ohm) ise Wheatstone köprüsü ile ölçülebilir, böylelikle ölçme hataları en aza indirilmiş olur.
R1
R2
R
R3
Rx
Rx
a
G
G
R4
rN
b RN
RS
R
R’3 A
Şekil 1.2: Kelvin köprüsü
Şekil 1.3: Wheatstone köprüsü
Kelvin Köprüsünde ölçülen direnç;
Rx RN
R1 R2
( R1 = R3 ve R2 = R4 )
Wheatstone Köprüsünde ölçülen direnç;
Rx = R
a b
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
4
2- Çevirme Oranı Ölçümü ve Bağlantı Grubu Kontrolü Bir transformatörün iki sargısı arasında boştaki gerilimlerinin oranına çevirme oranı adı verilir. Ölçmenin amacı; sipariş spesifikasyonunda verilen boşta gerilim oranlarının doğrulanması, gerek sargıların ve gerekse bağlantıların durumunun belirlenmesi ve varsa sorunların irdelenmesi. Ölçmeler transformatörün tüm kademelerinde ve tüm fazlarında yerine getirilir. Ölçme devresi ve ölçümün yapılışı 2.1
Çevirme Oranı Ölçümü
Çevirme oranı ölçümü, iki değişik yöntemle yapılabilir; a. köprü yöntemi b. sargıların gerilim oranlarının ölçümü ile a). Çevirme oranının ölçümü bir köprü(cihaz) kullanılarak bir fazlı gerilimin sargı çiftlerinden birine uygulanması ve diğer sargıda meydana gelen endüklenen gerilimin köprüde oranlarının ölçümü esasına dayanır. Ölçmeler tüm fazlarda ve tüm kademelerde birbiri ardısıra tekrarlanır. Ölçüm sırasında ancak aynı magnetik akının oluştuğu sargı çiftleri arasındaki çevirme oranı ölçülebilir. Yani vektör diyagramında bir birine paralel olan vektörlerin oluştuğu sargı çiftleri arasında çevirme oranı ölçülebilir (şekil 2.1, 2.2, 2.3 ). Ölçme gerilimi genellikle 220 V a.c. 50 Hz’dir ancak diğer gerilim seviyelerine haiz cihazlar da olabilir. Ölçme cihazının duyarlılığı ≤ 0,1%’dir. 1 2
~ 220 V
U2
U1
1
Test edilen transformatör
3
Sıfır pozisyon göstergesi
3
2
Ayarlanabilir kademeli transformatör (standart)
U1 Köprünün ve YG sargısının uyarım gerilimi (220 V, 50 Hz)
U2 AG sargısında endüklenen gerilim Şekil 1.-1: Çevirme oranı ölçme köprüsü bağlantısı Teorik çevirme oranı = YG sargı gerilimi / AG sargı gerilimi
Transformatöre ait teorik boşta çevirme oranı alet üzerinde kademeli transformatörde ayarlanır, ‰ hata göstergesinde denge oluşuncaya kadar değiştirilir. Bu hata göstergesinde okunan değer transformatörün gerçek çevirme oranına olan sapmasını ‰ olarak gösterir.
Sapma
ölçülen
çevirme oranı olması gereken çevirme oranı olması gereken çevirme oranı
%100
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
5
b). Çevirme oranı ölçülecek sargı çiftelindeki gerilimler aynı anda ölçülerek oranları belirlenebileceği gibi, gerilim oranlarının ölçümü yönteminde genellikle bu amaç için üretilmiş sayısal cihazlar kullanılabilir. Bu cihazlarla çevirme oranlarının ölçümü ile birlikte, bağlantı grubu belirlenmesi ( üç fazlı ölçme cihazı ile ) ve ölçüm sırasında çekilen akım da ölçülebilir. Söz konusu vektör çiftlerinin gerilimlerinin oranlanması yöntemi, aynı zamanda vektörler arasıdaki açının ( faz kaymasının ) ölçülmesine de olanak sağlar. Boşta çevirme oranındaki sapma 2.2
≤
% 0,5 olmalıdır.
Bağlantı grubu Belirlemesi
Çok fazlı transformatörlerde giriş ve çıkış sargılarının bağlantılar transformatörün tipine bağlı olarak yıldız ( Y ) üçgen ( D ) veya zikzak ( Z ) bağlanmış olabilir. Yüksek gerilim ile alçak gerilim sargıları arasındaki faz açısı 0 ile 360 arasında değişir. Vektöryel gösterimde YG sargısı saat 12 (0) gösterirken, diğer sargıların bağlantı grubundaki sayıları gerçek veya sanal yıldız noktasına göre saat’in diğer sayılarını gösterir. Örneğin Dyn 11 bağlantı grubunda YG sargısı üçgen, AG sargısı yıldız olup iki sargı arasında 330 (11x30) faz farkı vardır. YG ucu saatin 12 (0) noktasını gösterirken AG ucu 11 ‘i (330 sonra) gösterecektir. Bağlantı grubu tanımı yalnız üç fazlı transformatörlerde geçerlidir. Bağlantı grubu gösteriminde yüksek gerilimli sargı önce (esas alınarak) verilir. Diğer sargılar onu izlerler. Vektör yönleri ve doğrultuları olarak bağlantılar doğru olarak yapıldığı takdirde köprünün dengelenmesi mümkün olacaktır. Ayrıca voltmetre yardımı ile de bağlantı grubu yada polarite kontrolü yapılabilir. Bu kontrolde doğru akım veya alternatif akım kullanılabilir. Alternatif akım yöntemi ile ilgili bağlantılar standartlarda ayrıntılı olarak belirtilmişlerdir. Bu yönteme ilişkin bir örnek aşağıda vektör diyagramı üzerinde gösterilmiştir. 12
11
I
i III
A
1 2
ii
n II
iii 6
Ölçmenin yapılış sırası:
a 3
n
a'
4
c'
n' C
c b'
b B
1)- ABC fazlarına 3 fazlı gerilim uygulanır 2)- faz-arası gerilim (örneğin AC) ölçülür 3)- C ile n kısa-devre yapılır 4)- B ile b arasındaki gerilim ölçülür 5)- A ile c arasındaki gerilim ölçülür
Şekil 1-2: Bağlantı grubu gösteriliş ve ölçümü Vektör diyagramından da görüldüğü gibi Dyn 11 grubu olabilmesi için A.c > AB > B.b bağıntısının gerçekleşmesi gerekir. Diğer fazlar başlangıç için esas alınarak aynı prensipler uygulanabileceği gibi diğer bağlantı gruplarının saptanmasında da aynı prensiplerden yararlanılır.
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
Grup I
II
Bağlantı III I
Bağlantı
III
0
Yy 0 ii iii
i
II
i
III
i
III
Yd 1 i ii
6
II
i
Yz 5
Dd 6
Dz 6
Dy 11
Yz 11
II iii
iii
i
III
Yy 6 ii iii
Dy 5
I
ii I
Yz 1
ii
III
5
Dy 1
II
iii II
Dz 0
I
Yd 1 i ii iii
I
Dd 0
ii
III
1
Bağlantı
II
iii I
6
I III
II
ii
iii i
I
1
II
III
Yd 11 i A iii
I III
II i
iii
ii
YG ve AG bobinlerinin aynı sarım yönleri esasına ve IEC 60076 ya göre tablo düzenlenmiştir
Şekil 2.3: IEC 60076-1 standardına göre bağlantı gruplarından bazıları Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
7
3- Kısa-Devre Kayıpları ve Kısa-Devre Gerilimi Ölçümü Kısa-devre kayıpları ve kısa-devre gerilimi transformatörün işletmedeki performansı ile ilgilidir. Müşteriye garanti edilen ve raporlanan değer olup işletme ekonomisi yönünden önemlidir. Kısa-devre gerilimi ise özellikle transformatörlerin paralel çalışmaları sırasında önemli bir kriterdir. Kısa–devre kayıpları aynı zamanda ısınma testinde de kullanılan bir veridir. Kısa-devre gerilimi ; sargı çiftlerinden birisi kısa devre edilmiş durumdayken sargı çiftlerinden anma akımının akmasını sağlayan ve birincil sargıya uygulan gerilimdir. Bu sırada ölçülen aktif kayıplara kısa-devre kayıpları adı verilir. Şayet ayar sahası %5ten fazla ise ölçmeler anma kademesinin dışında en düşük ve en yüksek kademelerde de tekrarlanır. Kısa-devre kayıpları, yük akımının sargıda oluşturduğu “ Joule “ kayıpları(doğru akım/DC kayıpları) ile kaçak ( dağılma ) akılarının sargı, çekirdek sıkıştırma düzenleri, kazan duvarları ve şayet var ise manyetik ekranlama üzerinde oluşan ek kayıplardan (alternatif akım/AC kayıpları ) meydana gelir.
Ölçme devresi ve ölçmenin uygulanışı:
a
A
3
3
b
B
c
C 1
N 2
6
n
4
C A
A
A A
W W
W
W
v v v
5
1- Besleme kaynağı 2- Besleme (ara) Trafosu 3- Ölçü Akım Trafoları 4- Ölçü Gerilim Trafoları
5- Power Analyzer 6- Test edilen trafo C- Kompanzasyon Kondansatör grupları
Şekil 3.1: Kısa-devre kayıpları ölçme bağlantı şeması
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
8
Genel olarak transformatörün YG sargıları tarafından beslenirken AG sargıları kısa-devre edilir. Ölçme sırasında akım mümkün olduğunca anma akımı IN değerinde olmalı yada bu değere yakın olmalıdır. Ölçüm sırasında gerilim oldukça sinüs biçiminde ve transformatörün anma frekansında olmalıdır. Ölçüm sırasında her fazın gerilimi, akımı ve kısa-devre kayıpları ölçülmelidir. Besleme kaynağının gücü, ölçme sistemini beslemeye yetmediği durumlarda, kondansatörler ile kompanzasyon yapılarak reaktif güç karşılanmalıdır. Ölçmeye başlamadan önce transformatör sargı/yağ sıcaklığının stabil hale gelmesi gerekir. Ölçmelere başlamadan önce sargı/yağ sıcaklığının ve sargı dirençlerinin ölçülmesi gerekir. Uygulanan akımla sargı sıcaklığının yükselmesini önlemek için ölçme işlemi kısa sürede tamamlanmalı ve ölçme akımı da %25.. %100 anma akımı değerinde tutulmalıdır. Böylece sargı sıcaklık yükselmesinin oluşturacağı ölçme hataları en az düzeye çekilmiş olur. Kayıplar standartlarda belirtilen bir referans sıcaklık (örneğin 75C) esas alınarak düzeltilmesi ve değerlendirilmesi gerekir. Ölçümün yapıldığı sıcaklıkta ( tm ) bulunan kısa-devre gerilimi Ukm ve kayıplar (Pkm )bu referans sıcaklığa göre düzeltilirler. Sargı dirençlerinde meydana gelen doğru-akım/DC kayıplar direnç değerleri arasında ölçülen dirençler) olmak üzere ; 2
RYG ve RAG (faz-
2
Doğru-akım kaybı = tm ölçme sıcaklığındaki PDC = 1,5.( I1 .RYG + I2 .RAG ) dir. AC / Ek kayıplar = tm ölçme sıcaklığında Pac = Pkm- Pdc
dir.
Referans (75C ) sıcaklığındaki kayıplar:
t 75C t t Pk PDC R PAC R m tR t m tR 75
tR : 235 oC Bakır için ( IEC’ ye göre ) 225 o C Aliminyum ( IEC’ ye göre )
olur.
Kısa-devre gerilimi :
Ölçme sıcaklığında (tm)
uRM 100
Pkm SN
ukm 100
Ukm UN
% “omik/DC ” bileşen,
Referans (75C) sıcaklığında:
uR 100
Pk SN
%
u xm
u 2 km u 2 RM
%
% “endüktif /AC” bileşen
uk u 2R u 2 xm
%
Kısa devre kayıpları ve kısa-devre gerilimleri ölçme, hesaplama ve düzeltme işlemleri anma kademesi ile en yüksek ve en düşük kademelerde yapılmalıdır.
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
9
Büyük güçlü transformatörlerde ve reaktörlerde ölçümü oluşturan devre endüktif olduğundan güç faktörü (Cos ) çok küçük olacaktır (Cos : 0,01 ...... 0,003, veya açı = 1..... 10 dakika). Bu nedenle ölçü akım ve gerilim trafolarında oluşan hatalar çok büyük olacaktır. Bu durumda ölçüm sonuçlarının bir çarpan ile düzeltilmesi gerekir. Ölçme devresi hata düzeltme bağıntıları :
(
Pkd Pkm 1
E(%) 100
)
Pkd :
Düzeltilmiş kayıp
Pkm :
Wattmetreden okunan kayıp
E ( % ) : Toplam hata E(%) = E( % ) + Ei ( % ) + Eu ( % )
E( % ) : Ölçme hatası Ei ( % ) : Akım trafosu çevirme oran hatası Eu ( % ): Gerilim trafosu çevirme oranı hatası
cos Eδ (%) 1 100 cos δ
dır.
Burada = i - u dur.
i : Akım trafosu faz hatası u : Gerilim trafosu faz hatası Ölçü transformatörlerinde faz hataları dakika cinsinden verildiğinden;
E ( % ) = + 0,0291. (i – u ). tg
olur.
Şayet ölçme akımı anma akımı “ IN ” den farklı ise, kısa-devre gerilimi ve kısa-devre kayıpları anma akım değeri için şöyle hesap edilir; Uk Ukm
IN Im
Pk Pkm (
IN 2 ) Im
Ukm : Ölçülen kısa-devre gerilimi Pkm : Ölçülen kısa-devre kayıpları UK : Anma akımındaki kısa-devre gerilimi
Im : Ölçülen test akımı Pk : Anma akımındaki kısa-devre kayıpları
Transformatörün, anma frekansından farklı bir frekansta kısa-devre kayıpları ve gerilimi ölçülmesi durumunda aşağıda belirtilen formüllere göre düzeltme yapılmalıdır: Kısa-devre gerilimi :
Uk Ukm
fN fm
Kısa-devre kaybı : Pk PDC PAC (
fN 2 ) fm
Burada : Ukm : fm ölçme frekansında kıasa-devre gerilimi
Pac : fm frekansında ek kayıplar
Uk : fN anma frekansında kısa-devre gerilimi
Pk : fN anma frekansında kısa-devre kayıpları
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
10
4- Boştaki Kayıp Ve Boştaki Akımın Ölçülmesi Boşta kayıplar transformatörün işletmedeki performansı ile yakından ilgilidir. Transformatör işletmede kaldığı sürece de bu kayıplar oluşur. Bu nedenle boşta çalışma kayıpları işletme ekonomisi yönünden çok önemlidir. Boşta çalışma kayıpları aynı zamanda ısınma testinde de kullanılan bir veridir. Transformatörde boştaki kayıp ve akımı ölçümü, sargı çiftlerinden biri (genellikle YG sargısı) boşta tutulurken diğer sargının anma gerilimi ve frekansında beslenmesi ile yapılır. Bu test sırasında boşta akım (Io) ile boştaki kayıplar (Po) ölçülür. Ölçülen kayıplar besleme geriliminin şekline ve frekansına çok bağlıdır. Bu nedenle gerilimin biçimi oldukça sinüs ve anma frekansında olmalıdır. Normalde besleme gerilimi transformatörün anma geriliminin ( UN ) %90’ı ile %115’i arasında değişen eşit aralıklarda arttırılarak ölçümler yapılır, böylece anma gerilimindeki değerleri de bulunabilir. Boştaki kayıplar ve akımlar:
Transformatörün boştaki kayıpları; transformatör çekirdeğindeki demir kayıpları, yalıtkan malzemedeki dielektrik kayıpları ve boştaki akımın ortaya çıkardığı bakır kayıpları diye üç ana başlıkta toplanır. Bunlardan son ikisi değer olarak çok küçük olduğundan etkili değildir ve ihmal edilirler. Dolayısıyle boştaki kayıpların belirlenmesinde sadece demir kayıpları göz önünde bulundurulur. Ölçme devresi ve ölçmenin uygulanışı:
A
a
3
3
B
b
C c 1
n 2
6
4
A
A
A A
W W
W
W
v v v
5
1- Besleme kaynağı 2- Besleme (ara) Trafosu 3- Ölçü Akım Trafoları
5- Power Analyzer 6- Test edilen trafo 4- Ölçü Gerilim Trafoları
4-1: Boşta çalışma kayıpları ölçme bağlantı şeması
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
N
Transformatör Testleri Sayfa :
11
Genel olarak standartlara göre besleme geriliminin etkin (U) değeri ile ortalama (U') değeri arasında %3 den daha az bir fark olması durumunda dalganın biçimi ölçmeler için uygun olarak kabul edilir. Besleme geriliminin sinüs biçiminden farklı olması durumunda ise ölçülen boştaki kayıpların bir hesaplama yöntemi ile düzeltilmesi gereklidir. Bu durumda gerilimin etkin/effektif ( r.m.s) değeri ile ortalama (mean) değeri farklıdır. Her iki voltmetrede ölçülen değer eşitse herhangi bir düzeltmeye gerek yoktur. Ölçümler sırasında transformatöre besleme gerilimi U´ ortalama değer voltmetresi ile uygulanır. Böylece öngörülen endüksiyon oluşturulur ve bunun sonucunda histeresis kayıpları doğru olarak ölçülmüş olur. Eddy-akım kayıpları ise aşağıdaki bağıntılara göre düzeltilmelidir. Pm Po (P1 k P2 )
Pm : Ölçülen kayıp P0 : Gerilimin sinüs-biçimli olması durumunda boştaki kayıplar 2
P0 = Ph + PE = k1 . f + k2 . f
Burada : U k U'
2
P1 : Toplam kayıplardaki histerezis kayıp oranı (Ph) = k1 . f 2
P2 : Toplam kayıplardaki Eddy akım kayıp oranı (PE) = k2 . f
50 Hz ve 60 Hz için soğukta yönlendirilmiş saçlarda P1= P2 =% 50 ’dir. Böylece P0 boştaki kayıp: P0
Pm olur. P1 k P2
IEC 60076-1 ‘e göre ;
Burada: P1 = P2 =0,5
Pm = P0.( 1+d )
dir.
olarak hesaplanır. Burada
U U d dir. U
Boşta kayıp ölçümü sırasında aynı zamanda transformatörün boşta çektiği akımın etkin değeri de ölçülür. Genel olarak üç fazlı transformatörlerde üç fazdaki akımın ortalaması alınarak değerlendirilir. Transformatör boşta çalışma ölçümlerinden önce doğru akım veya bileşenleri ile magnetize edilmiş olabilir (direnç ölçümü veya darbe testleri). Bu nedenle çekirdeğin demagnetize edilmesi gerekir. Bunun için anma geriliminden daha yüksek bir gerilimle uygun bir zaman süresince (bir kaç dakika boyunca gerilimin en yüksek ve en düşük değeri arasında artırılıp azaltılarak yapılması) beslenmesi ve daha sonra ölçümlerin yapılması gerekir. Üç fazlı transformatörlerde boştaki akımlar hem simetrik değil ve hem de genlikleri de eşit değildir. Gerilim ve akımlar arasındaki faz açıları her üç fazda farklı olabilir. Bu nedenle her üç fazdaki wattmetrede sapmalar da eşit olmayabilir. Bazen wattmetrelerden biri 0(sıfır) bazende negatif (-) değerde olabilir.
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
12
5 - Transformatörlere Uygulanan Yalıtım Testleri Transformatörün yalıtım dayanımı ile ilgili beklentilerin doğrulanması için aşağıda belirtilen yalıtım testleri uygulanır. Müşteri tarafından başka bir şekilde talep edilmemişse, bu testler aşağıdaki sırada uygulanır (IEC 60076-3) : anahtarlama darbe testi : transformatörün terminalleri ve sargılarının topraklı kısımlara ve diğer sargılara karşı dayanımı ile, sargı içinde ve sargı boyunca dayanımın doğrulanması için yapılır. yıldırım darbe testi : transformatör bağlantı terminallerine gelen yıldırım darbelerine karşı transformatörün yalıtımının dayanımının doğrulanması için yapılır. uygulanan gerilim testi : transformatörün hat ve nötr bağlantı terminalleri ile bunlara bağlı sargıların, topraklanmış kısımlara ve diğer sargılara karşı dayanımının doğrulanması için yapılır. endüklenen gerilim testi ( kısa ve uzun süreli ) : transformatörün bağlantı terminalleri ile bunlara bağlı sargıların topraklanmış kısımlara ve diğer sargılara karşı, gerek fazlar arasında ve gerekse sargı boyunca dayanımının doğrulanması için yapılır. kısmi-boşalma ölçümü : transformatörün yalıtım yapısında, işletme koşulları altında belirlenmiş seviyenin altındaki kısmi-boşalma özelliğinin doğrulanması için yapılır.
Standartlara göre transformatör sargıları, en yüksek işletme gerilimi Um ve buna bağlı olarak verilen yalıtım seviyeleri tanımları yapılmıştır. IEC 60076-3 ‘e göre transformatörlerin yalıtım seviyeleri ve uygulanacak yalıtım testleri aşağıda bir tablo halinde verilmiştir.
sargı yapısı
düzgün yalıtılmış düzgün ve kademeli yalıtılmış
En yüksek Işletme gerilimi
testler yıldırım darbe
anahtarlama darbe
uzun süreli AC
kısa süreli AC
( LI )
( SI )
( ACLD )
( ACSD )
tip ( not 1 )
uygulanmaz
uygulanmaz ( not 1 )
rutin
rutin
72,5 Um 170
rutin
uygulanmaz
özel
rutin
rutin
170 Um 300
rutin
rutin ( not 2 )
rutin
özel ( not 2 )
rutin
rutin
rutin
rutin
özel
rutin
Um kV
Um 72,5
300
uygulanan gerilim testi
Not 1 : Bazı ülkelerde Um 72,5 kV transformatörlerde de rutin test olarak uygulanır ve ACLD testi rutin veya tip testi olarak uygulanır. Not 2 : Şayet ACSD testi belirtilmiş ise SI testi uygulanmaz.
Bir transformatörde bir veya birden fazla kademeli yalıtılmış sargı durumu söz konusu ise, endüklenmiş gerilim testi ile şayet öngörülmüş ise anahtarlama darbe testi enyüksek Um gerilimli sargıya göre belirlenir. Bu arada daha düşük Um gerilimli sargılarda öngörülen test gerilimine erişmek
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
13
mümkün olmayabilir. Bu durumda, kademe değiştiricinin en uygun pozisyonu ile sargılar arasındaki oran öyle ayarlanabilir ki düşük Um gerilimli sargı mümkün olan en uygun değerine erişebilir. Bu durum kabul edilebilir ( IEC 60076-3). Yıldırım darbe ( LI ) testi sırasında kesik dalga da talep edilmişse, bu durumda kesik dalganın tepe değeri tam dalganın 1,1 katıdır ( % 10 daha yüksek ). Yüksek gerilim sargısı Um > 72,5 kV olan transformatörlerde yıldırım darbe ( LI ) testi, transformatörün tüm sargıları için rutin bir testdir. Yalıtım testlerinin tekrarı :
Transformatörün iç yalıtımında değişiklik yapılmamış, sadece bakım yapılmış veya işletmede olan bir transformatörde yalıtım testlerinin yapılması söz konusu olduğunda, bu durumda müşteri ile herhangi bir anlaşmada yapılmamış ise, test gerilimleri orijinal test değerinin %80 ‘ i ile yapılır. Ancak uzun süreli endüklenen gerilim testi ( ACLD ), her durumda orijinal değerin % 100 ‘ ü ile tekrarlanır. Fabrika testleri yapılmış yeni transformatörlerde , testlerin tekrar edilmesi daima orijinal değerin % 100 ‘ ü ile yapılır ( IEC 60076-3 bölüm 9 ).
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
14
6- Uygulanan Gerilim Testi Bu testin amacı; sargıların, topraklanmış olan çekirdek, diğer sargılar ve konstrüktif parçalar ile kazan’a karşı yalıtımı dayanımının ön görülen test gerilimi ile kontrolüdür. Böylece işletmedeki sistem dengesizlikleri, arıza durumları ve işletme hatalarında ve de geçici(transient) olaylarda oluşan aşırı gerilimlere karşı transformatör yalıtımının dayanımının doğrulanması yapılmış olur.
Test devresi ve testin yapılışı
5
4
1
A
a
B
b
C
c
N
Vef
6
3
2 A
Û
7
8
V
1- Gerilimi ayarlanabilir transformatör
2- Akım transformatörü ve ampermetre
3- Test transformatörü giriş gerilim voltmetresi
4- Test transformatörü
5- Kapasitif gerilim bölücü
6- Efektif gerilim voltmetresi
7- Tepedeğer voltmetresi (Tepedeğer/
2)
8- Test edilen transformatör
Şekil 6.1: Uygulanan gerilim testi bağlantı şeması Uygulanan gerilimle yapılan testler sırasında test gerilinin frekansı transformatörün anma frekansında ya da bu frekansın %80’ inden az olmayan bir frekansta yapılmalıdır. 60 Hz transformatörler de böylece 50 Hz ile test edilebilir. Gerilimin formu ise olabildiğince sinüs biçimli ve tek fazlı olmalıdır. Bu test; üniform yalıtılmış sargılar ile kademeli (üniform olmayan) yalıtılmış sargıların yıldız noktasının (nötr noktasının) testlerinde uygulanır. Gerilim uygulanan sargıların her noktası test gerilimi ile test edilmiş olur. Kademeli yalıtılmış sargıların giriş terminallerinin (faz girişlerinin) yalıtkanlık testleri, endüklenen gerilim testi sırasında yerine getirilmiş olur. (Bölüm 7). Test gerilimi, gerilim bölücü yardımı ile ölçülür. Test gerilimi; gerilimin tepe değerinin 2 ’ye bölümü olarak voltmetreden okunmalıdır. Test süresi 1 dakikadır. Test edilen sargının tüm terminalleri bir birine bağlanmalı ve buraya gerilim uygulanmalıdır. Bu sırada test edilmeyen diğer sargıların terminalleri de kendi aralarında biri birine bağlanmalıdır. Test edilmeyen sargılar ile kazan ve çekirdek topraklanmalıdır. Buşing tipi akım transformatörlerinin sekonder sargıları bir birine bağlanmalı ve topraklanmalıdır. Test sırasında akım sabit kalmalı ve herhangi bir atlama meydana gelmemelidir.
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
15
7- Endüklenen Gerilim Testi Bu testteki amaç, gerek fazlar arasında ve gerekse sarımlararası ile bobinler arasındaki yalıtımın dayanım ayrıca kademeli yalıtılmış sargıların giriş terminalleri ile toprak arasındaki dayanımın kontrolüdür. Test sırasında, normal olarak test gerilimi, düşük gerilimli sargıya (genelde AG sargısı) uygulanır, bu sırada diğer sargı(lar) açık bırakılmalı ve bir noktadan topraklanmalıdır. Test gerilimi, transformatörün anma geriliminden çok daha yüksek olacağından, trafo çekirdeğinin aşırı doymasını önlemek için test frekansı anma frekansının iki katından az olmamak üzere yüksek olmalıdır. Test gerilim seviyesi en yüksek işletme gerilimli sargının Um’ değerine göre seçilir. Diğer sargılar ise mümkün olduğunca kendi işletme gerilimine en yakın test seviyesinde olmalıdır. Test gerilimi YG terminaline bağlanmış bir gerilim bölücü üzerinden yada bu gerilim bölücü ile birlikte ayarlamış AG tarafındaki bir gerilim trafosu ve voltmetreden ölçülebilir. Bunun dışındaki diğer bir yöntem ise şayet mevcut ise kondansatör tip buşinglerindeki ölçü-tap ucuna bağlanan bir tepe-değer ölçü aleti ile test geriliminin ölçülmesidir. Test süresi 15 saniyeden az olmamak üzere aşağıdaki bağıntıya göre hesaplanır; 120 saniye
x
( Anma frekansı / Test frekansı )
Test sırasında herhangi bir atlama, gerilim çökmesi veya akımda anormal artış meydana gelmemiş ise test başarılmış olur. Bölüm 5 deki tabloda görüldüğü gibi, IEC 60076-3 standardında, endüklenmiş gerilim testleri; kısasüreli ve uzun-süreli olarak ve transformatörün en yüksek işletme gerilimi 72,5 kV’ tan küçük yada büyük oluşuna göre sınıflandırılmıştır. Buna göre farklı rutin, tip ve özel deneyler uygulanır. En yüksek işletme gerilimi 72,5 kV’tan küçük transformatörlerde kısmi-boşalma ölçümü zorunlu tutulmamıştır. 72,5 kV’tan büyük transformatörlerde ise endüklenmiş gerilim deneyleri sırasında kısmi-boşalma ölçümü yapılması da zorunlu tutulmuştur. Kısa süreli endüklenen gerilim testi ( ACSD ) : a)
Düzgün yalıtılmış sargılar
Test bağlantısı transformatörün işletmedeki bağlantısı gibidir. Test edilen transformatöre üç fazlı ve simetrik bir gerilim uygulanır. Test gerilimi normal olarak anma geriliminin iki katıdır. Bu gerilimin uygulanan gerilim testindeki gerilimi aşmamasına dikkat edilmelidir, bunun için test edilen transformatörün kademesi uygun olan bir pozisyona alınmalıdır. Test geriliminin değeri; gerek fazlar arasında, gerekse faz-toprak arasında, AG tarafında hassas bir gerilim transformatörü üzerinden ölçülür. Test bağlantısı
1- Senkron generatör 2- Test trafosu 3- Akım trafosu ve ampermetre 4- Gerilim trafosu ve voltmetre 5- Test edilen trafo
G 3~ 1 2
W
c
V
b
U
a A
N 3
C B A 5
N
V 4
Şekil 7.1: Endüklenen gerilim testi bağlantı şeması
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
16
Um < 72,5 kV olan transformatörlerde normal olarak kismi boşalma ölçümü uygulanmaz. Test süresi yukarıda açıklandığı gibidir. Uygulanacak gerilim seviyesi standartta verilmiştir. Um > 72,5 kV olan transformatörlerde normal olarak bu test kısmi boşalma ölçümü ile birlikte yapılır. Gerilim seviyeleri ve uygulama süreleri aşağıda şekil 7.2 de verilmiştir. Kısmi boşalma için ölçüm ve değerlendirme seviyeleri:
U 2 1,3 U m / 3
faz – toprak ve U 2 1,3 U m
faz – faz
C A : 5 dakika B : 5 dakika C : deney süresi D : dakika E : 5 dakika Um : En yüksek işletme gerilimi
D
B A
E U2
U1
U2
1,1.U m / 3
1,1.U m / 3
Şekil 7.2: Test süresi gerilim-zaman değişimi b) Kademeli yalıtılmış sargılar
Üç fazlı transformatörlerde bu test için iki değişik yöntem uygulanır : 1. 2.
Kısmi-boşalma ölçümü ile birlikte faz – toprak arasındaki dayanım testi. Kısmi-boşalma ölçümü ile birlikte , yıldız noktası topraklı durumda fazlar arası dayanımın testi. Bu test yukarıda a) bölümünde açıklandığı gibi uygulanır.
Tek fazlı transformatörler için sadece faz – toprak testi uygulanır. Üç fazlı transformatörlerde, test gerilimi tek fazlı olarak faz terminallerine uygulanır. Her faz için test bir biri arkasından tekrarlanır. Böylelikle her YG faz girişine bir defa ön görülen test gerilimi uygulanmış olur. Bu tip trafolarda endüklenen gerilim testi ile faz terminallerindeki uygulanan gerilim testi aynı anda yerine getirilmiş olur. Tek fazlı gerilim uygulaması , faz – toprak testinde U 1,5 U m / 3 olmalıdır.
2
Faz – faz testinde ise , kısmi – boşalma ölçümünde U2 = 1,3 . Um olarak alınır. Bu değer Um = 420 ve 550 kV , test değeri ise 460 kV ve 510 kV olan transformatörlerde kısmi boşalma gerilim seviyesi faz-faz testinde U2 = 1,3 . Um ve faz-toprak testinde ise U , U m /
G 3~
1- Senkron generatör 2- Test trafosu 3- Akım trafosu ve ampermetre 4- Gerilim trafosu ve voltmetre 5- Test edilen trafo 6- Kapasitif gerilim bölücü
1 2
N
olarak alınır.
W
c
C
V
b
B
U
a
A
A V 3
5
N
4
V
6
Şekil 7.3: Kademeli yalıtılmış sargılarda tek fazlı endüklenen gerilim testi bağlantı şeması
Bu dokümanın her hakkı BEST Elektromekanik Sanayi Tesisleri. A.Ş.’ne ait olup, saklıdır. Önceden izin alınmadan çoğaltılması yasaktır. Bu doküman değişikliğe tabidir.
Transformatör Testleri Sayfa :
17
Şekil 7.3 deki test bağlantısı YG yıldız noktası 1/3 test gerilimine göre yalıtılmış bir transformatör için verilmiştir. Uzun süreli endüklenen gerilim testi ( ACLD ) : düzgün ve kademeli yalıtılmış sargılar için.
Üç fazlı transformatörlerde, ya tek fazlı bağlantı ile terminallere sırasıyla uygulanır yada simetrik olarak üç fazlı bağlantı ile uygulanır. Yıldız noktası ( mevcut ise ) test sırasında topraklanır, diğer sargılar yıldız bağlı ise yıdız noktasından, üçgen bağlı ise herhangi bir terminalinden yada besleme kaynağı üzerinden topraklanır. Testin uygulanma süresi ve değerleri şekil 7.4 ‘ de verilmiştir. C A : 5 dakika B : 5 dakika C : deney süresi D : Um300 kV için 60 dakika Um
