TRANSFORMATÖRLERDEKİ İÇ DEŞARJLARIN LOKALİZASYONUNA AİT YENİ BİR METOD

VDK: 621.814.2

Transformatörlerdeki İç Deşarjların Lokalizasyonuna Ait Yeni Mefod rî

Yazanlar :

A. VEVERKA A. HOBN

Çeviren : Tahsin ABMAY tiler Bankası

ÖZET :

Transformatör sargıları izolasyonu içinde meydana gelen deşarjların yerini lokalize etmeye yarayan bu metod, iki ucu sen ve müşterek kondansatör noktası toprağa bağlanmış transformatörün sargısında bir deşarj vasıtasıyle meydana getirilen osilasyonlann kullanılması esasına dayanmaktadır.

Degar] noktasının her iki tarafında bulunan iki boüın parçasındakl sargı adedlerinın oranı, bobinlerin uçlarına seri bağlı kondansatör kapasitelerinin ters oranına eşit olduğu teorik olarak bilinmektedir. (Eke bakılması).

Bu metod, iki tip sargı üzerinde ayrı ayrı tahkik edilmiştir.

I. Metodun Prensibi :

Elektrik makinelerinin izolasyon oyuğu için

de meydana gelen deşarjların miktar bakımından

nasıl değerlendirildiği ve kullanılan metodlar

hakkında teknik literatürde detaylı bilgiler bu

lunmaktadır. Bununla beraber, bu deşarjlann lokalize edilmesi de bunların değerlendirilmesi ka

dar önemlidir.

'

Bu makalede, transformatörlerin sargı izolasyon oyuğunda meydana gelen elektrik deşarjlarını lokalize etmek maksadiyle, bir köprü montajının kullanılış şekli ve alternatif bir gerilimin tatbik edilmesiyle nasıl bir sonuca varılacağı hususu açıklanacaktır.

Bu metodun prensip şeması şekil (1) de gösterilmiştir. Kapalı demir çekirdek (Noyau) üzerine sarılmış, tek sıra sargılı bir bobinin uçlan Cj ve C2 kondansatörleri ile demir çekirdeğe seri bağlanmış olsun. Bobin ve çekirdek arasındaki kapasitenin değeri ile Cj ve C2 kapasiteleri aynı mertebede olup, kapasitelerden biri değiştirilebilmektedir. Bobin üzerindeki yardımcı bir noktayı, seri halinde küçük bir kapasite ile bir eklatörün ele> trodlanndan birine bağlayalım, ikinci elektrod seri bağlanmış küçük bir kapasite ile demir çekirdeğe bağlanmış olsun.- •

Eklatörün elektrodlarından" -biri"ile çekirdek arasına alternatif gerilim tatbik edilerek elektrodur arasında yeter seviyede bir deşarj meydana getirilir. Bu, deşarjlar bobin izolasyonuna şekilde görüldüğü gibi ulaşır..

Eklatöre bağlı bobinin yardımcı noktasının her iki tarafındaki bobin parçalarındaki sargılar sıra ile: Nj ve N2 olsun. Burada, iki bobin

parçası ile C^ ve C2 kondansatörlerinin bir köprü devresine ait kollan teşkil ettiği kolayca görülebilir.

Köprü kollarının balans göstericisi olarak kullanılan katodik osilograf, köprünün kollan arasına bağlanmıştır.

Eklatörün elektrodlan arasında bir deşarj olması, osilograf ekranında geçici bir olay olarak görünecektir.

Başlangıçta geçici olay, hızlı osılasyonlar halinde görülür. Bu osılasyonlar bobin parçalannın sargı adedlerine ve bunlarla seri bağlı kapasitelere göre değişmektedir. Deneyler göstermlştırki, NjCj ve N2C2 devrelerinde yavaş osilasyonun dahi olmaması için N,/N_. = C2/C, şartının sağlanması kâfi gelmektedir.

Bu taktirde, osilograf ekranı üzerinde hiçbir yavaş osilasyon dahi görülmez. Bu sonuca göre, deşarjların lokalizasyonu için köprünün denge halini kullanmanın mümkün olduğu görülür.

Bu müşahedenin detaylı teorik nedenleri ekte açıklanmıştır. 166 mm. çapında trlfaze bir transformatörün çekirdeğinin orta bacağı üzerine tek sıra halinde sarılmış, iki bobinden müteşekkil bir sargı üzerinde ilk defa şekil (1) de gösterilen prensip şemasının fonksiyonu tahkik edilmiştir.

îç bobinin çapı 180 mm., dış bobinin çapı 225 mm., her ıkı bobin de 0,25 mm. çapında emaye bakır iletken sargılardan teşekkül etmekte ve her birinde 490 mm. uzunluğunda 1700 adet sargı bulunmakta idi.

109 Nolu CtGRE raporundan çevrilmiştir.

Herbirı 70 pF. olan iki kondansatöre seri bağlı sivri uçlu bir eklatör vasıtasiyle bir deşarj meydana getirilmesiyle izolasyon içinde gerekli deşarj sağlanmıştır.

ŞekiJ (2) de görüldüğü gibi bobin prizi ile çekirdek arasındaki bağlantı yapılmıştır. Başlangıçtaki degarjları sağlamak için bobine tatbik edilen gerilimin etkin değeri takriben 500 volt kadardı.

Tablo (1), bobinin muhtelif prizleri için köp-

N,

rünün dengesine lüzumlu kapasiteleri vermektedir (dış bobinle bağlantı yapılmamıştır).

ikinci defa yapılacak ölçüler için, iki bobin şekilde noktalı olarak gösterildiği gibi seri bağlanmış bulunmakta idi. (C2 kondansatörü ile osilograf aleti 20 ucuna bağlanmıştı.)

Şekil : l — Bir transformatörün izolasyon oyuğu içindeki deşarjların lokalızasyonu ıçm kullanılan prensip şeması.

Muhtelif prizler için köprü yeniden dengelenmekte idi. Tablo (1) de köprünün dengesi için lüzumlu kapasiteler de verilmektedir.

TABLO (I)

Bobinajın bağlantısı

Yalnız îs

Sargılar

Ctl bobin

Eklatörün bağlı olduğu priz No. . N, su

1360 1020 680 2720

Na/N2

0,25 0,67 1,50 0,25

2070 750 340

(pCF2 )

500 500 500 500

c2/c,

0,24 0,67 1,47 0,24

seri olarak bağh

6 8• 10

0,43 1150

0,67 730

1,00 435

500 ' 0,43

0,68

1,15

iç fiobin, her 170 sargıda bir dışarı çıkarılmış bir ucu (prizi) ihtiva etmekte ve bu uçlar da 0,1,2, ...... ,10 şeklinde numaralanmış bulunmakta idi. Böyle.bir devrenin şeması şekil (2) de gös.terilmiştlr. Köprü üzerinde kullanılmış kapasitelerden biri 100 ilâ 2000 pF (piko farad) arasında değişebilir bir kondansatörle diğeri C2 = 500 pF. lık sabit bir kondansatörden ibarettir.

Tablo (l)'in tetkikinden görüleceği üzere, prensip şeması bir bobin için çok 'iyi netice verdiği taktirde, seri bağlı iki bobin için de çok iyi sonuçlar vermektedir. Bu şema devresi yüksek gerilim trafolarının deneyi için müşkülatsız olarak kullanılabilir.

(3) ve (4) No la şekiller, (2) Nolu priz üzerinde dengelenmiş veya dengelenmemiş haller için elde edilmiş osilogramlan göstermektedir.

Şekil • 2 — Bir transformatörün ızalosyonu içinde ki deşarjların lokalizasyonu için kullanılan prensip şemasının kontrol devresi.

Şekil : 3 — Tatbik edilen gerilimin oır periyodu esnasında şekil 2'dekt devrenin dengelenmiş haline göre osılogramını göstermektedir (Deşarj 2 nolu prizden yapılmıştır). • - •• .

4 — Şekil 2'de gösterilen devrenin dengelenmiş haline göre elde edilmiş osilogıamı göstermektedir. (Deşarj 2 nolu orta priz üzerinden yapılmıştır)

U. Metodun transformatörlere uygulanması:

Bu ntetod, çevresi 166 mm. olan trifaze bir transformatör orta bacağa üzerine sarılmış 20 bobinden müteşekkil sargılan ihtiva eden bir transformatörde tahkik edilmiştir.

Her bobinin iççapı 212 mm., dış çapı 254 mm., yüksekliği 10 mm. Her bobin 0,8 mm. çapında emaye telden 200 sargıyı ihtiva etmekte idi. Yanyana bobinler arasında 7 mm. kadar aralık mesafesi bulunmakta ıdı. Sargıların uzunluğuma boyu 333 mm idi. Ara prizler bütün sargılarda birbirine bağlanmıştı. Bu bobinajın içinde, seri .bağlanmış sargılan ihtiva eden iki bobinden müteşekkil diğer bir sargı sistemi bulunmakta idi. Bu iki bobinden her biri 1,5x4,5 mm. ölçüsünde yassı iletkenden 68 sargıyı ihtiva ediyordu.

Bu sargıların iç çapı 188 , ve uzunluğu 350 mm. kadardı.

ölçüyü yapmak için bu iki bobinin bir ucu açık ve diğer ucu demir çekirdeğe bağlanmıştı.

Şekil (5) de söz konusu transformatör devresi şematik olarak görülmektedir. Köprü, tablo (H) de verilmiş C2 gibi rsabit bir kapasiteyi ,ve C^.jjlbi değişebilir bir kondansatörü ihtiva ediyordu.

10 pF ilk bir kapasite ile seri bağlanmış eklatörde meydana getirilen bir deşarj vasıtasiyle izolasyon oyuğunda sün'i bir deşarj meydana getirilir.

Şekil . S — Bir transformatördeki İç deşarjların lo kalızasyonunda kullanılan devre değerleri

C3 = 18000 plkofarâd, C4.= 4 mikrofarad C.. = 6000 pikofarad, R = 64000 ohm, L = 50 mH.

Sargılara tatbik edilen deşarjları başlatacak gerilimin etkin değeri 500 volt kadardı.

Köprünün denge göstergesindeki hassasiyeti arttırmak ve osilograf ekranı üzerindeki yavaş osilasyonun kayıp olmasını sağlamak maksadlyle şekil (5) üzerinde görüldüğü gibi köprünün çaprazı (diyagonali) üzerine yeni bir devre eklenmiştir.

Kullanılan sabit değerler şeklin altında verilmiştir. Köprünün dengesiz bulunması halinde, C3 C4 L devresi uçlarındaki gerilim tesiriyle mümkün olduğu kadar alçak bir frekansla osilasyon sağlanır.

. Muhtelif ara priz noktalan için dengelenmiş bir köprünün kapasite değerleri tablo (ü) de verilmiştir. Bu tablonun tetkikinden görüleceği üzere, Nj/N2 .ve C2/Ct oranlan birbirine çok yakın ve eşit değerlerde bulunmaktadır.

Şekil (6), (5) prizi için dengelenmiş köprünün diyagonali üzerindeki gerilimin bir osllogramını göstermektedir.

TABLO (ü) :

Priz No

2 3 4 5 -6 7 8 9

Sargı t ıdetleri

Nx

4:00

1VN,

0,11

0,25 0,43 0,67 1,00 1,50 2,33 4,00 9,00 .

1990 2350 1515 940 1640 1790 1780 1140

C2 (pF)

490 990 990 990 2450 4220 7010 10230

0,/C,

0,104

0,246 0,422 0,655 1,05 1,495 2,36 3,98 9,00

NOT

pasiteleri

için

kesin

kalıcı olarak

kapasitelere ait düzeltmeyi yüksek değerler seçilir.

önlemek

bakımından

C,,

ve

ka-

'Elektrik Mühendisliği 123

Şekil : 6 — S noiu orta priz için dengelenmiş öir Köprünün diyagonal uçlarındaki gerilimin osilogramı (sekil 5'üeki devre için).

Şekil (7), C2 = 990 pF ve Cj = 750 pF olması halinde köprünün dengesiz olması haline ait osilogramı göstermektedir.

in. Teorik açıklama (EK) :

Faz sargılarından birine tatbik edilmiş alternatif akımla, izolasyon çukurları içindeki deşarjların birbiri üzerine meydana geldiğini göstermek bakımından, gerilimsiz bobinaja şarj edilmiş (x) kapasiteli bir kondansatörün deşarj noktasına bağlanması ile şekil (9) daki gibi deşarj olayını meydana getirelim..

Şekil : 7 — Cj = 750 ptkofarad, C, = 990 pıkofarad değerleri için dengelenmemiş köprîı ile sekil 6'deki osilogramm aldığı şekil.

Şekü (8), G! = 2040 pF için şekil (7) gibi dengesiz köprüye ait osllogramı göstermektedir.

Şekil . 8 — Cj = 2040 pıkofarad, C2 = 990 pikofarad değerleri için dengelenmemiş köprü ile şekil 6'dakl osilogramin aldığı şekil.

NETÎCE :

Eğer sargılarının iki ucuna seri bağlanmış kapasiteler vasıtasiyle toprağa bağlanmış olursa, teorik mütalaa ve deney sonuçlan göstermlştirki, bir transformatör izolasyonu içindeki çukurlarda meydana gelen deşarjların yerlerini tayin için, transformatörün sargılarında serbest deşarjlar vasıtasiyle meydana getirilen yavaş osilasyonların kullanılması ile alternatif yüksek gerilim altında bir deney yapılması mümkündür.

Şekil (1) de gösterilen bir elektrik köprüsünün kullanılması esasına dayanılarak, izolasyon içindeki deşarj yerlerini lokalize etmek yoluna gidilmektedir.

Şekil • 9' — Bir transformatörün izolasyon ğunâaki t>ır deşarjin lokalizasyonunu analiz etmeye yarayan eşdeğer de»re.

S anahtarının kapatılmasından sonra, şekil (9) üzerindeki gelişmeyi takip edelim. Deşarj noktasının her iki tarafındaki sargı kısımlarına ait elektrik değerleri, sırası ile :

— Lokalize edilmiş endüktanslan Lt ve L2> — Lokalize edilmiş dirençleri Rj ve R2, — l'e eşit kuplaj kat sayısına göre (kaçak lar ihmal edilerek) karşıt endüktansı M ile gösterelim.

Deaarjı takip eden geçici olayda, deneyle tayin edilmiş, oldukça yavaş; olan osilasyonların kullanılması prensip! esas alınır. Bu takdirde, aşağıdaki bağıntıları yazabiliriz •

M = V LrL2 S anahtarını (D kapamadan önce, (x) kondansatörünün (U0) gerilimi ile şarj edilmiş, olduğunu kabul edelim. Anahtann kapatılmasından son ra, deşarj noktasının üstünde ve altındaki her iki sargı kısımları için £ sağıdaki diferansiyel denklemleri elle ederiz.

Uo —l/x. j-U,+i2) dt = RJ.İJ + L1.di/dt+ l/Ct.

Ot

f irdt — M.di2/dt

(2)

U0 —l/x. J" (i1+l2)dt = R,.i2+ L2.di2/dt+l/C2.

f İ2.dt — M.dij/dt

, (3)

11 ve i., akımları şekil (9) üzerinde gösterilmiştir.

CAKSON - WAGNER transformasyonu kullanarak :

U 0 - l / p x . U0 — l/px

— pMI2

(4)

pU.I.+1/pC, (5)

(4) ve (5) denklemlerinden faydalanarak, I2'yı Ij'e göre ifade edebiliriz :

Rj+pLj + 1/pCj+pM (6)

R2+pL,9+l/pC2+pM

Osllografa bağlanmış A ve B noktalan arasındaki gerilimin sıfıra eşit olması şartını (köprünün dengede olması halini) yazalım: Bu takdirde :

p2C1kN1(kN1+kN2)+ pCjrNj = p2C,kN2(kN1+kN2) + PC2rN2

Buradan : N1C1(p2k2N1+p2k2N,+pr) = N2C2(p2k2N1+

12)

N! G! = N,C2 veya C,/C2 = N2/N1 elde edilir.

Deşarj noktasının lokalizasyonu için şekil (9) daki dengelenmiş köprünün kullanılabileceğini (12) denklemi göstermektedir. Ayrıca, şekil (9) daki dengelenmiş köprüde dolaşan akımları tayın için (7) denklemindekı şartlar yeterli görülmektedir.

Değişik şekilde yazılmış (4) denkleminden :

VA = VB VA - VT = VB — VT« I,/pCI=I2/pC2 ...... (7)

(6) denkleminde I2 için bulunan değeri (7) denkleminde yerine koyarsak :

R1+pL1+l/pCI+pM

R2+pL2+l/pC2+pM

C2/C, =

+pC1.R1+ll.C,

------------------— ...

(8)

(L2+M)

(1) denklemindeki M değeri (8) denkleminde yerine konursa :

— (pM — (13)

I-j/Ii değeri yerme (7) denklemindeki değeri konursa :

— (pM— l/px)C2/C1 Ayrıca (1) denkleminden M değerini ve (10) ve (11) denklemlerinden C2/Cl değerlerini yerlerine koyarsak :

l=

...... (9)

Sıkı kuplaj halinde : V Lj = k.Nj : VL^ = k.N2 .................. (10)

Diğer tarafdan : yazabiliriz.

(11)

Burada k ve r miktarları birer sabite ve Nj ve Nj değerleri de alt ve üst sargılardaki sanm sayılarını göstermektedir.

(10) ve (11) denklemlerinden elde edilen değerleri (9) denkleminde yerine koyarsak :

T—

Al

Buradan :

j — l/px_

— l/px) (14)

U.

Rj+l/pC! bulunur.

...... (14a) /C1)

Değiştirilmiş bu son ifade, (x) kondansatörünün devreye sokulmasından sonra, şarj akımının LjRjC, osilasyonsuz köprü kolu üzerinde dolaştığını gösterir.

Bu sonucun L,2R2C2 köprü kolu için de muteber olduğu, deneylerle tahkik edilmiştir.

Elektrik Mühendisliği J 23

as.