EN
Bir yerde monte edilen trafo üreticisi , aynı arıza aynı sırayla tekrarlanmaya devam ediyor. Bakım amacıyla bir ped monteli ünite değiştiriliyor. Kablo ucundaki yükselen direk paratoneri arızalanıyor. Ekip paratoneri değiştiriyor, ünitenin enerjisini açıyor ve değiştirilen parça birkaç ay içinde – bazen birkaç hafta içinde – tekrar arızalanıyor. Trafo kendisi rutin her kontrolde temiz çıkıyor. Plakada hiçbir şey yanlış değil. Paratonerleri öldüren şey ferrorezonans olup, bu durum neredeyse hiç paratonerin kusuru değildir.
Ferrorezonansın Gerçekten Ne Olduğu
Bir transformatör çekirdeği doğrusal bir endüktans değildir. Doyma noktasının altında manyetize edici reaktansı yüksektir. Çekirdek doymaya yaklaştıkça bu reaktans çöker. Bu davranışa sahip bir bileşeni, aynı zamanda kapasitans içeren bir devreye yerleştirin — örneğin bir yeraltı kablosunun kılıf kapasitansı, bir kesicinin derecelendirme kapasitansı, bir izolatörün veya bir kondansatör bankasının kapasitansı — ve bir anahtarlama bozukluğu, her iki elemanın tek başına üretemeyeceği bir osilasyona neden olabilir.
Bu tam tanımın kendisidir ve aynı zamanda nedenini de açıklar transformatörlerde ferrorezonans xL = XC eşitliğinden hesapladığınız düzgün rezonans değildir. Doğrusal bir endüktans için tek bir rezonans frekansı ve tek bir kararlı durum vardır. Doyma eğilimli bir çekirdek için ise birden fazla rezonans frekansı vardır ve devre bunlar arasında sıçrayabilir. IEEE Teknoloji Gezgini — Ferrorezonans (https://technav.ieee.org/topic/ferroresonance/) dört temel salınım modunu tanımlar: besleme frekansında temel frekanslı ferrorezonans; besleme frekansının bir kesirinde, en yaygın olarak üçte birinde alt harmonik ferrorezonans; düzensiz dalga formlarıyla karakterize edilen neredeyse periyodik ferrorezonans; ve hiçbir tekrarlayan desen göstermeyen kaotik ferrorezonans. Bu modlarda süregelen aşırı gerilimler, nominal hat geriliminin beş ila altı katına ulaşabilir; bu da dağıtım sarımının yalıtım koordinasyonunun sürekli güç frekansı gerilimine karşı kabul ettiği değeri çok aşar.
Aynı etikete sahip iki ünite tamamen farklı davranış gösterebilir. Bir devrenin yerleştiği mod, endüktans, kapasitans, gerilim büyüklüğü ve başlangıç koşullarına bağlıdır — pratikte bu, anahtarın kapanma anının tam zamanına bağlı demektir. Bu nedenle yalnızca nominal değerler üzerine kurulu bir analiz bu durumu kaçırır ve aynı açma-kapama işlemi yüz kez sorunsuz çalışıp yüz birinci kez başarısız olabilir.
Şu anda bir pedestal monteli spesifikasyon üzerinden çalışıyorsanız, mühendislik ekibimiz, değerlerin sabitlenmesinden önce birincil devreyi sizinle birlikte inceleyecektir. Bize tek hat diyagramını gönderin ve dört koşulu birlikte değerlendirelim.
Uyuşması Gereken Dört Koşul
Ferrorezonans hassastır. Aynı anda dört koşula ihtiyaç duyar: yüksüz ikincil devre, yüksek birincil kapasite, asimetrik tek fazlı açma-kapama , ve hafif bir aşırı gerilimde doyuma ulaşan bir çekirdek — bu nedenle yük akışı analizinde hiç görünmez ve test odasında yeniden üretmesi çok zordur.
| Şart | Neden önemli | Pratikte Nerede Ortaya Çıkar |
| Yüksüz veya hafifçe yüklü ikincil devre | Yük direnci salınımı bastırır; boş bir ikincil devre ise hiçbir bastırma sağlamaz | İkamet alanı açılmadan önce yeni bir yerleşim birimi, mevsimsel tesis kapatılması, yedek olarak tutulan bir ünite |
| Yüksek birincil kapasite | Kablo kılıfı kapasitesi birim uzunluk başına havai hatlardan çok daha yüksektir | Uzun yer altı besleme hattı, yükselen kablo, şebeke kasası, kablolu endüstriyel servis |
| Asimetrik açma-kapama | Bir veya iki fazı izole eder ancak yine de kaynakla kapasitif olarak bağlantılı tutar | Tek fazlı kesiciler, patlamış bir sigorta, tek kutuplu otomatik tekrar kapamalar, dirsek bağlantısı işlemi |
| Hafif aşırı gerilimde doyuma ulaşan çekirdek | Manyetiklenme endüktansı çöker ve devrenin çalışma noktaları arasında atlama yapmasına izin verir | Daha yüksek manyetik akı yoğunluğunda çalışan modern düşük kayıplı çekirdekler ve tasarımlar |
Bu dört unsurdan herhangi birini kaldırırsanız, olay genellikle başlamaz. Bu, oldukça faydalıdır çünkü bu durum, olayı önlemenin dört ayrı tasarım noktası olduğunu gösterir — ve bunların en ucuz olanı neredeyse her zaman açma-kapama düzenlemesidir. Aynı zamanda bu, görüşmenin bir fiyat teklifi aşamasından bir seçim aşamasına geçmesi gereken noktadır ve bu, bir yerde monte edilen trafo üreticisi size ilk olarak sormanız gereken şeydir.
Kimse fark etmeden önce üniteye ne yaptığını
Ekip ilk gördüğü arıza genellikle aşırı gerilim koruma cihazı , tankın içinde değil. Metal oksit paratoner, yalnızca nominal geriliminin üzerinde iletken hâle gelen bir dirençtir. Sürekli ferrorezonans aşırı gerilim, onu iletken duruma getirir ve osilasyonu, mikrosaniye darbeleri için boyutlandırılmış ve belirli bir çalışma döngüsüne göre tasarlanmış bir seramik bloğun içinde ısıya dönüştürür. Eaton’ın yerüstü trafo merkezleri için aşırı gerilim koruması konusundaki referans verileri sınırı açıkça belirtir: Paratonerler aşırı gerilimleri azaltır ancak ortadan kaldırmaz; paratonerin çalışma döngüsü ne kadar yüksekse, o kadar çok iletken malzeme bulunur ve aşırı gerilime dayanma süresi de o kadar uzun olur. Yıldırım için tamamen yeterli olan hafif görev sınıfı dağıtım paratoneri, dakikalarca süren güç frekansı enerjisi için boyutlandırılmamıştır. Eaton referans verileri TC202005EN — Yerüstü Trafo Merkezleri İçin Aşırı Gerilim Koruması (https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/cooper-power-series-transformers/overvoltage-protection-for-pad-mounted-transformers-information-tc202005en.pdf)
Şimşek yakalayıcının arkasında meydana gelen hasar, rutin bir test sırasında daha sessiz ve tespit edilmesi daha zordur. İzolatör yüzeylerinde atlama gerçekleştiği yerde izlenme görülür. Sargı izolasyonu, osilasyonun tepe noktasında delinir ve bu delik genellikle çok küçüktür; bu nedenle bir sarım oranı testi hâlâ geçerli sonuç verebilir. Çekirdek aşırı ısınır çünkü manyetik akı sapması tasarım sınırlarını çok aşar ve ısı, izolasyon ömrünü kısaltan faktördür. Şimşek yakalayıcı arızası genellikle ilk zarar gören bileşendir, tek zarar gören bileşen değildir.
Ayrıca tamamen elektriksel olmayan bir belirti de vardır. Ferrorezonans durumunda olan bir ünite, normal manyetostriksiyon uğultusundan farklı, düzensiz, eşit olmayan ve rölelerin çalışmasından önce ekipmanlar tarafından fark edilebilecek kadar yüksek sesli, düşük frekanslı bir uğultu veya çıngırtı üretir. Bunu bir rahatsızlık değil, bir uyarı işareti olarak değerlendirin.
Tek Fazlı Açma-Kapama, Kontrol Edilebilen Tetikleyicidir
Dört koşul arasında, asimetrik açma-kapama; bir teknik şartname yazanın tek bir maddeyle ortadan kaldırabileceği koşuldur. Tek fazlı açma-kapama üç fazlı bir transformatör bankasında — sigortalar, tek bir yanmış sigorta ya da tek kutuplu otomatik tekrar kapama sistemi nedeniyle — bankanın kısmen enerjilendirilmesine ve kaynakla kapasitif olarak bağlantılı kalmasına neden olur; bu durum kablo beslemeli dağıtım sistemlerinde klasik tetikleyici unsurudur.
IEEE Std C57.105-2019, üç fazlı elektrik sistemlerinde transformatör bağlantılarının uygulanmasına ilişkin kılavuz, bu bağlantı ve açma-kapama etkileşimlerini bir kaza değil, bir tasarım dikkat edilmesi gereken hususu olarak ele alır: IEEE Std C57.105-2019 (https://standards.ieee.org/ieee/C57.105/6121) . Bu standart, bir transformatör bağlantısı ile çevresindeki devre arasındaki etkileşimin bir sistemin düzgün mi yoksa düzensiz mi çalışacağını belirlediği için mevcuttur.
Alanda işe yarayan şey, gösterişsizdir. Yapılandırma izin verdiğinde, tek fazlı kesiciler yerine üç fazı birlikte açıp kapatan bir grup işletimli cihaz kullanın. Tek fazlı cihazların kaçınılmaz olduğu durumlarda, anahtarlama sırasında salınımın enerjisini harcayabileceği küçük ancak kalıcı bir direnç yükünü sekonder üzerine bırakın. Sargıya paralel bağlanan bir sönümleme direnci ya da ferrorezonans bastırma devresi bir sonraki koruma katmanıdır ve aşırı gerilim koruma cihazı sadece yıldırım değil, geçici aşırı gerilim için seçilen bir aşırı gerilim koruyucu (arrester) son katmandır.
Bunların hiçbirine özel donanıma gerek yoktur. Bunun yerine, anahtarlama şeması ile aşırı gerilim koruyucu çalışma döngüsü, kablo döşendikten sonra değil, transformatörün güç sınıfı belirlenirken aynı anda kararlaştırılmalıdır.
Teklif Talep Formuna (RFQ) Eklenmesi Gereken Beş Madde
Sargı bağlantı şekli ve topraklama. Topraklı yıldız (wye) primer bağlantısının kabul edilebilir olup olmadığı belirtilmelidir. Uzun kablo hattında topraklanmamış delta primer bağlantısı, en yüksek riskli düzenleme olup bu cevap, tüm aşırı gerilim senaryosunu değiştirir.
Birincil anahtarlama cihazı türü. Grup olarak çalışan üç fazlı yük kesme anahtarı, üç fazlı otomatik tekrar kapama veya tek fazlı kesici sigortalar. Tek fazlı cihazlar kaçınılmazsa belirtin; çünkü bu durum aşırı gerilim koruma cihazı seçim.
Şimşek yakalayıcı sınıfını, çalışma döngüsünü, maksimum sürekli işletme gerilimini (MCOV) ve geçici aşırı gerilim dayanımını değiştirir. "Şimşek yakalayıcıları dahil" bir özellik belirtimi değildir. Sadece yıldırım değil, aynı zamanda geçici aşırı gerilime karşı boyutlandırılmış şimşek yakalayıcısı isteyin.
Kablo çizelgesi. Her bir birincil segment için iletken kesiti, uzunluğu ve yalıtım türü. Kılıf sığası rezonans devresinin diğer yarısıdır ve adı üzerindeki bir çizelgede görünmez.
İkincil sönümleme. Anahtarlama sırasında ikincil devrede kalıcı küçük bir yük ya da sönüm direnci bırakılıp bırakılmayacağı ve bu yükün nominal değerinin yüzde kaçı olduğunu belirtin.
Bir Yeraltı Tipi Trafo Üreticisinin Sipariş Vermeden Önce Sorduğu Sorular
Uzun ana kablo hatlarına sahip herhangi bir projede, ilk talep ettiğimiz belge adlandırma plakası çizelgesi değildir. Bunun yerine, kablo uzunluklarını ve anahtarlama düzenini gösteren tek hat şemasıdır; çünkü bu iki unsur aşırı gerilim riskinin ihmal edilebilir mi yoksa gerçek mi olduğunu belirler. A yerde monte edilen trafo üreticisi sadece transformatör listesinden fiyat teklifi veren kişi, bir çözüm değil, yalnızca bir birim için fiyat teklifi verir.
Her birim rutin bir test sırasından geçer ve bu süreçte boşta kayıp ve manyetiklenme akımı kaydedilir. Bu iki değer, ferrorezonans sorusunu bir görüşten bir hesaplamaya dönüştüren girdilerdir; isteğinize bağlı olarak bunları sevkiyattan önce danışman mühendisinize ileteceğiz.
Ryan Electric, dağıtım ve güç transformatörlerini 2007 yılından beri, 120.000 m²’lik üretim tesisi, 180’den fazla üretim ve test ekipmanı seti ve 37 patent ile üretmektedir. Şirket, 2023 yılından beri Eaton’un resmi ortak girişimi olarak faaliyet göstermekte olup, bu nedenle aşırı gerilim koruma cihazları (arrester) ve anahtarlama koordinasyonunu transformatör kapsamının bir parçası olarak ele almakta, bunu başkalarının sorunu olarak görmemektedir.
Kuzey Amerika’da yapılan mahalle alt yapı projelerinde sıkça karşılaştığımız bir durum şudur: Uzun bir yeraltı yan hattının ucunda, tek fazlı kesicilerle beslenen küçük üç fazlı bir ünite — 75 kVA ile 500 kVA arası — bulunur ve bu ünite, bir yıl sonra oluşacak bir yükü besler. Listelenen tüm koşullar aynı anda mevcuttur ve saha aylarca boş kalır. Tasarımcı, devreye alma süreci boyunca ikincil tarafta küçük bir omik yük bırakarak grup çalıştırma anahtarına geçtiğinde aşırı gerilim koruma cihazları (arrester) arızaları sona erer.
Kablo ile beslenen bir sistemde pedestal montajlı üniteler belirtiyorsanız, sipariş verilmeden önce bize tek hat şemasını ve kablo programını gönderin. Devrenizin gerçek koşullarına göre anahtarlama düzenini, paratoner özelliklerini ve ikincil sönümlemeyi inceleyeceğiz ve dört koşuldan hangisine sahip olduğunuzu — ayrıca hangilerini zaten tasarımınızla ortadan kaldırdığınızı — size bildireceğiz. Bu, sipariş verilmeden önce yerde monte edilen trafo üreticisi sizinle yapmanız gereken konuşmadır; ilk paratoner arızalandıktan sonra değil.
Yazar hakkında
Bu makale, Ryan Electric trafo mühendislik ekibi tarafından hazırlanmıştır. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), 120.000 m²’lik üretim tesisinde dökme reçine ve VPI kuru tip trafolar, yağlı tip trafolar ile pedestal montajlı üniteler tasarlar ve üretir; Kuzey Amerika, Güneydoğu Asya, Orta Doğu ve Afrika’da veri merkezi, sanayi, kamu hizmeti ve altyapı projelerine hizmet verir.