Bir güç trafo seçerken, yalıtım genellikle tek bir parametre gibi tartışılır. Gerçekte, trafo yalıtım tasarımı içeririki temelde farklı yön: ısı yalıtım performansı ve dielektrik yalıtım gücü.

Termal taraf, yalıtım sisteminin çalışma sıcaklığına, sıcaklık artışına, sıcak nokta sıcaklığına ve termal yaşlanmaya nasıl dayanabileceğini belirler. Dielektrik taraf, transformatörün güç-frekans voltajına, yıldırım darbesine ve diğer geçici aşırı voltajlara dayanabileceğini belirler.

Bu yüzden,termal sınıf ve dielektrik yalıtım seviyesi ayrı seçilmelidirBu iki kavramı karıştırmak yanlış trafo özelliklerine, gereksiz maliyetlere veya yetersiz yalıtım koordinasyonuna neden olabilir.

1. Transformatör Yalıtım Sınıfı Nedir?

ŞartlarSınıf A, E, B, F ve Hgenellikle elektrikli yalıtım sistemlerinin veya yalıtım malzemelerinin termal sınıflandırılmasını tanımlamak için kullanılır.

IEC 60085, elektrikli yalıtım malzemelerinin ve elektrikli yalıtım sistemlerinin termal dayanıklılığını değerlendirmek ve termal sınıfları atamak için kriterler belirler. Önemli olan, standart yalıtım malzemelerinin termal sınıflandırılması ile tam yalıtım sistemlerinin termal sınıflandırılması arasında ayrım yapar. ([IEC Web Mağazası][1])

Tipik referans termal sınıfları şunları içerir:

Bu sıcaklıklar gerekirhayırevrensel transformatör sarma sıcak nokta sınırları olarak yorumlanır.

Bir trafo üreticisi, izin verilen çalışma sıcaklığını belirlemeden önce tam yalıtım sistemini, sıcaklık artışı tasarımını, soğutma düzenini, yükleme koşullarını ve uygulanabilir trafo standartını değerlendirmelidir.

Termal Sınıf Eşit Sıcaklık Yükselmez

Bu ayrım çok önemlidir.

Örneğin:

F sınıfı S100 Ksıcaklık artışı

ve

H sınıfı S125 Ksıcaklık artışı

Termal sınıf, yalıtım sisteminin veya malzemenin termal dayanıklılığını tanımlar. Transformatör sıcaklık artış sınırları, transformatör tasarımına, uygulanabilir standarta ve çalışma koşullarına göre ayrı olarak belirtilmektedir.

Sıvı daldırılmış transformatörler için, IEC 60076-2 özellikle sıcaklık artış gereksinimlerini ve sıcaklık artış testlerini ele alır. ([IEC Web Mağazası][2])

2. Termal Sınıf vs Dielektrik Yalıtım Seviyesi

Bu, trafo yalıtımı seçiminde en önemli kavramdır.

Bu nedenle:

Termal sınıf, yalıtım sisteminin termal dayanıklılığını belirlerken, dielektrik yalıtım seviyesi, trafo yalıtımının elektrik gerilimlerine dayanma yeteneğini belirler.

Transformatörün voltaj derecesini artırmak otomatik olarak termal sınıfın artırılması gerektiği anlamına gelmez.

Örneğin, yüksek voltajlı yağla batırılmış bir güç trafo, düşük voltajlı kuru tipli bir trafo''dan çok daha yüksek bir dielektrik yalıtım seviyesine sahipken geleneksel bir selüloz tabanlı yalıtım sistemi kullanabilir.

Bunlar iki bağımsız tasarım boyutudur.

3. Transformatör Termal Sınıfını Nasıl Seçilir

Doğru termal sınıf seçimi, sadece daha yüksek bir sınıf seçmek yerine gerçek çalışma koşullarıyla başlamalıdır.

Pratik bir seçim süreci beş adıma bölünebilir.

Adım 1: Transformatör Tipini ve İzolasyon Sistemini Tanımlayın

Önce transformatörün olup olmadığını belirleyin:

• Mineral yağ batırılmış

• Ester dolu

• Döküm reçine kuru tipi

• Hava yalıtımlı kuru tip

• Başka bir özel tasarım

Yalıtım sistemi daha sonra bir yalıtım malzemesinin adı yerine tam bir sistem olarak değerlendirilmelidir.

Yağla batırılmış transformatörler

Geleneksel mineral yağla batırılmış transformatörler genellikle selüloz tabanlı yalıtım sistemleri kullanırlar. Tasarım daha iyi termal performans gerektirdiğinde termal olarak yükseltilmiş kağıt ve diğer yüksek sıcaklık yalıtım teknolojileri de kullanılabilir.

Yüksek sıcaklık yalıtım malzemeleri kullanan trafo için, IEC 60076-14 özellikle tasarım, test ve yükleme dikkatelerini ele alır. ([IEC Web Mağazası][2])

Bu nedenle, belirtmek daha iyidir.tam yalıtım sistemi ve termal performansıYağ transformatörünün “A Sınıfı” olduğunu söylemek yerine.

Kuru tip transformatörler

Sınıf F ve Sınıf H yalıtım sistemleri modern kuru tip transformatörlerde yaygın olarak kullanılır.

Uygun seçim şunlara bağlıdır:

• Ortam sıcaklığı

• Yükle profili

• Soğutma koşulları

• Gerekli sıcaklık artışı

• Aşırı yük gereksinimleri

• İzolasyon sistemi inşaatı

• Kurulum ortamı

IEEE standartları ayrıca kuru tip trafo gereksinimlerini ve testleri sıvı batırılmış trafo gereksinimlerinden ayırt eder. ([IEEE Xplore][3])

4. Ortam Sıcaklığı ve Yük Profilini Düşünün

Ortam sıcaklığı, termal trafo seçiminde en önemli faktörlerden biridir.

45°C ortam sıcaklığında sürekli çalışan bir trafo, her ikisi de aynı nominal güce sahip olsa bile 25°C''de çalışan bir trafo''dan önemli ölçüde daha az termal marjına sahiptir.

Aşağıdaki koşullar spesifikasyon sırasında belirlenmelidir:

Harmonik yükler özel dikkat hak ediyor. Düzeltme cihazları, değişken frekans sürücüleri, fotovoltaik inverterler ve diğer güç elektronik yükler sinüs olmayan akımlar ve ek trafo kayıpları üretebilir.

IEEE C57.110, sinüs olmayan yük akımları tedarik ederken trafo yeteneğini değerlendirmek için yöntemler sağlar ve kapsamı içinde hem sıvı batırılmış hem de kuru tip trafo için geçerlidir. ([IEEE Xplore][4])

5. Sarma Sıcak Noktası Sıcaklığını Nasıl Değerlendirilir

Şusarma sıcak nokta sıcaklığıTermal yaşlanma için ortalama sarma sıcaklığından daha önemlidir.

Basitleştirilmiş bir mühendislik konsepti şudur:

Sıcak nokta sıcaklığı = Ortam sıcaklığı + ilgili sıcaklık artması bileşenleri + sıcak nokta onayı

Bununla birlikte, buhayırsabit bir sıcak nokta eğilimi kullanarak evrensel bir hesaplama olarak ele alınır.

Gerçek sıcak nokta sıcaklığı şunlara bağlıdır:

• Transformatör inşaatı

• Sarma geometrisi

• Kayıp dağıtımı

• Soğutma yöntemi

• Yük seviyesi

• Yağ dolaşımı veya hava dolaşımı

• Yalıtım sisteminin termal özellikleri

IEEE, hem sıvı dolu hem de kuru tip trafo uygulamalarında en sıcak nokta sıcaklığını belirlemek için özel bir rehberliğe sahiptir. Örneğin, IEEE C57.134, kuru tip transformatörlerde sabit durumda sarma en sıcak nokta sıcaklığını belirlemek için metodolojileri ele alır. ([IEEE Xplore][5])

Sıvıya batırılmış transformatörler için, sıcaklık artışı tasarımı, IEC 60076-2''in veya ilgili IEEE gereksinimlerine uygun gereksinimlerine ve test yöntemlerine göre değerlendirilmelidir.

Daha İyi Mühendislik Yaklaşımı

Söylemek yerine:

45°C + 115 K + 8 K = 168°C → H sınıfı gereklidir.

Doğru mühendislik yaklaşımı şudur:

Maksimum ortam sıcaklığı → yük profili → transformatör termal modeli → sarma sıcaklığı artışı → sıcak nokta sıcaklığı → yalıtım sistemi termal kapasitesi → Gerekli hizmet ömrü

Hesaplanan veya test edilen sıcak nokta sıcaklığı aşırıysa, olası çözümler şunları içerir:

• Trafo kapasitesinin artması

• Sürekli yüklemeyi azaltmak

• Soğutma geliştirme

• Kayıpları azaltmak

• Sarma tasarımını optimize etmek

• Uygun bir yalıtım sistemi seçmek

• Haklı olduğu yerde yüksek sıcaklık yalıtım teknolojisini kullanmak

Bu yüzden,F Sınıfından H Sınıfına yükseltme, otomatik bir gereksinim değil, sadece olası bir çözümdür.

6. Termal Yaşlanma ve Hizmet Ömrünü Düşünün

Transformatör yalıtımı, termal, elektrik ve çevresel stresler altında yavaş yavaş kötüleşir.

Birçok geleneksel yalıtım sistemi için, yalıtım sıcaklığında 10°C artışı genellikle birparmak kuralıHızlandırılmış termal yaşlanmayı göstermek için. Bununla birlikte, gerçek yalıtım yaşlanması, tam yalıtım sistemine ve aşağıdaki gibi faktörlere bağlıdır:

• Sıcaklık

• Nem

• Oksijen

• Yalıtım malzemesi

• Yağ durumu

• Yükle profili

• Çalışma süresi

Bu nedenle yaygın olarak alıntı edilen “10°C kuralı” evrensel bir ömür denklemi yerine mühendislik yaklaşımı olarak ele alınmalıdır..

Uzun hizmet ömrü gerektiren uygulamalar için, trafo özellikleri, sadece daha yüksek bir termal sınıf gerektirmek yerine beklenen yük profilini ve çalışma koşullarını tanımlamalıdır.

7. Ne zaman Yüksek Termal Sınıfı Düşünmelisiniz?

Transformatör zorlu termal koşullara maruz kaldığında daha yüksek bir termal sınıf uygun olabilir.

Tipik faktörler şunlardır:

Yüksek ortam sıcaklığı

Örnekler şunlardır:

• Çöl tesisleri

• Tropik ortamlar

• Kötü havalandırılmış elektrikli odalar

• Kapalı alt istasyonlar

• Konteynerli alt istasyonlar

Sık aşırı yük

Transformatörün önemli süreler boyunca nominal yükün üstünde çalışması bekleniyorsa, termal tasarım gerçek yük profiline göre değerlendirilmelidir.

Harmonik yükler

Endüstriyel sürücüler, düzelticiler, veri merkezleri, yenilenebilir enerji dönüştürücüleri ve diğer doğrusal olmayan yükler trafo kayıplarını ve ısıtmayı artırabilir.

Sınırlı soğutma

Kuru tip transformatörler için, yetersiz oda havalandırması gerçek çalışma sıcaklığını önemli ölçüde etkileyebilir.

Özel çalışma gereksinimleri

Madencilik, metalurji, demiryolu transiti, yenilenebilir enerji ve diğer uygulamalar özelleştirilmiş termal ve yalıtım tasarımları gerektirebilir.

Bununla birlikte, bu koşullar otomatik olarak H Sınıfının seçilmesi gerektiği anlamına gelmez. Üretici önce tam termal tasarımı değerlendirmelidir.

8. Çevre Koşulları Yalnızca Termal Sınıf tarafından Çözülmemelidir

Bir başka yaygın hata şu varsayımdır:

Sert çevre → H sınıfı yalıtım

Bu mutlaka doğru değil.

Farklı çevre sorunları farklı mühendislik önlemleri gerektirir.

Örneğin, yüksek nem uygun nem koruması ve yalıtım sistemi seçimi gerektirebilir, ancak F Sınıfından H Sınıfına geçmek sorunu otomatik olarak çözmez.

Benzer şekilde, yüksek yükseklik hem termal hem de dielektrik tasarımı etkiler, bu nedenle yalnız termal sınıf sorunu olarak ele alınmak yerine ayrı olarak göz önünde bulundurulmalıdır.

9. Dielektrik Yalıtım Seviyesini Ayrı Seçin

Termal tasarım kurulduktan sonra, trafo dielektrik yalıtım seviyesi ayrı seçilmelidir.

Temel süreç şudur:

Sistem voltajı → Ekipman için en yüksek voltaj (Um) → Yalıtım koordinasyonu → AC dayanıklı → Yıldırım impulsı → Geçerli olduğunda değiştirme impulsu

Orta ve yüksek voltajlı transformatörler için önemli dielektrik parametreler şunları içerebilir:

• Güç frekansı dayanıklı voltaj

• Yıldırım darbesi dayanıklı voltaj (LI veya LIWV)

• Geçerli olduğunda, anahtarlama impulsuna dayanıklı voltaj (SI veya SIWV)

• İç yalıtım koordinasyonu

• Dış boşluklar

• Sürüşme mesafeleri

IEC 60076-3 özellikle trafo yalıtım seviyelerini, dielektrik testleri ve ilgili dış boşlukları kapsar. Bu nedenle, trafo spesifikasyonunun bu bölümü için genel IEC 60076 serisine sadece atıftan çok daha hassas bir referansdır.

Tipik Uygulama Dikkatleri

Üst hat bağlantısı

Yıldırım darbesi yalıtım koordinasyonu, atmosferik aşırı gerilimlere maruz kalma nedeniyle özellikle önemlidir.

Kablo bağlı transformatör

Aşırı gerilim ortamı bir hava hattı bağlantısından farklıdır ve gerçek ağ yapılandırmasına dayanarak değerlendirilmelidir.

GIS bağlı transformatör

Hızlı geçici fenomenler ve gerçek GIS-transformatör arayüzü ek dikkate alınması gerekebilir.

Önemli nokta şudur:

Transformatör termal sınıfı dielektrik yalıtım koordinasyonunun yerine kullanılmamalıdır.

10. Termal Tasarım ve Dielektrik Tasarım Ayrı Doğrulanmalıdır

Bu nedenle iyi tasarlanmış bir trafo özellikleri iki bağımsız bölüm içermelidir.

Bu ayırma teknik özellikleri çok daha açık hale getirir ve yalnızca voltaj veya sıcaklık sınıfına dayanan bir yalıtım sistemi seçme riskini azaltır.

11. Transformatör Yalıtım Testleri ve Doğrulama

Test programı ayrıca termal ve dielektrik doğrulamaya ayrılmalıdır.

Termal doğrulama

Trafo tipine ve uygulanabilir standarta bağlı olarak, şunları içerebilir:

• Sıcaklık artması testi

• Sarma sıcaklık artışı doğrulaması

• Sıcak nokta sıcaklık değerlendirmesi

• Yükleme kapasitesi değerlendirmesi

Sıvıya batırılmış transformatörler için, IEC 60076-2 ilgili sıcaklık artışı çerçevesini ve test yöntemlerini sağlar. ([IEC Web Mağazası][2])

Dielektrik doğrulama

Transformatörün tasarımına ve özelliklerine bağlı olarak, testler şunları içerebilir:

• Uygulamalı voltaj testi

• Indüksiyon voltaj testi

• Yıldırım impuls testi

• Uygulanabilir olduğunda kısmen boşaltma ölçümü

• Belirtildiği gibi izolasyon direnci ölçümleri

Bu testler dielektrik performansı doğruluyor ve termal sınıf doğrulaması ile karıştırılmamalıdır.

Kuru tip trafo için, IEEE C57.12.91, uygulanabilir kuru tip trafo standartları ve kullanıcı özellikleri tarafından belirtilen testler için test yöntemleri sağlar. ([IEEE Xplore][6])

12. Pratik Transformatör İzolasyonu Seçim Örnekleri

“Yüksek sıcaklık = H sınıfı” gibi basit bir kural kullanmak yerine, tam uygulamayı düşünün.

Örnek 1: Geleneksel yağla batırılmış dağıtım transformatörü

Koşullar:

• 10/0.4 kV

• Belirtilen standart koşullar içindeki ortam sıcaklığı

• Kararlı yük

• Düşük harmonik içerik

• Geleneksel dağıtım uygulaması

Geleneksel bir selüloz tabanlı yalıtım sistemi uygun olabilir. Gerçek sıcaklık artışı ve yükleme sınırları geçerli transformatör standardına ve üretici tasarımına göre belirlenmelidir.

Örnek 2: Kapalı döküm reçine transformatörü

Koşullar:

• 10/0.4 kV

• Ticari bina

• Normal ortam sıcaklığı

• Orta yük varyasyonu

Tam termal tasarım gerekli sıcaklık artışı ve hizmet ömrü gereksinimlerini karşılıyorsa F Sınıfı yalıtım sistemi uygun olabilir.

Örnek 3: Yüksek sıcaklık elektrik odasında kuru tip transformatör

Koşullar:

• Yüksek ortam sıcaklığı

• Sınırlı havalandırma

• Önemli yük değişikliği

• Harmonik üretim ekipmanları

Üretici önce gerçek termal performansı hesaplamalıdır. Sonuç olarak ortaya çıkan sıcak nokta sıcaklığına ve gerekli hizmet ömrüne bağlı olarak, çözüm daha yüksek kapasite, daha iyi soğutma, azaltılmış sıcaklık artışı veya daha yüksek sıcaklık yalıtım sistemi içerebilir.

Örnek 4: Yüksek voltajlı güç transformatörü

Yüksek voltajlı bir transformatörhayırVoltajı daha yüksek olduğu için otomatik olarak daha yüksek bir termal sınıf gerektirir.

Dielektrik yalıtım seviyesi sistem voltajı ve yalıtım koordinasyonuna göre seçilmelidir, termal tasarımı ise bağımsız olarak belirlenmelidir.

Bu, trafo yalıtımı seçiminde en önemli prensiplerden biridir.

13. Yaygın Transformatör İzolasyonu Seçim Hataları

Hata 1: Daha yüksek voltaj daha yüksek termal sınıf anlamına gelir

Yanlış.

Gerilim öncelikle dielektrik yalıtım koordinasyonunu etkiler, termal sınıf ise termal dayanıklılıkla ilgilidir.

Hata 2: H Sınıfı her zaman F Sınıfından daha iyidir

Mutlaka değil.

Transformatör zaten gerekli sıcaklık artışı, sıcak nokta ve hizmet ömrü gereksinimlerini karşılıyorsa daha yüksek bir termal sınıf gereksiz olabilir.

Doğru yaklaşım, yalıtım sistemini gerçek çalışma koşullarına göre seçmektir.

Hata 3: Termal sınıf doğrudan sıcaklık artışını belirler

Yanlış.

Termal sınıf ve trafo sıcaklık artış sınırları ilişkilidir ancak birbirine değiştirilebilir değildir.

Hata 4: Ortalama sarma sıcaklığı sıcak nokta sıcaklığıyla aynıdır

Yanlış.

Sarma sıcak noktası ortalama sarma sıcaklığından önemli ölçüde daha yüksek olabilir ve sıcak nokta sıcaklığı termal yaşlanmayı değerlendirmek için önemlidir.

Hata 5: Daha yüksek bir termal sınıf her sert çevre koşulunu çözer

Yanlış.

Nem, toz, tuz sis, kimyasal kirlilik ve yükseklik kendi tasarım dikkatelerini gerektirir.

Hata 6: İzolasyon termal sınıfı BIL''i belirler

Yanlış.

Yıldırım darbesi yalıtım seviyesi dielektrik yalıtım tasarımının bir parçasıdır ve uygulanabilir yalıtım koordinasyonu ve trafo standartına göre seçilmelidir.

14. Transformatör İzolasyonu Seçimi Kontrol Listesi

Bir trafo spesifikasyonunu sonlandırmadan önce aşağıdakileri doğrulayın:

15. Hangi Standartlar Dikkat Edilmeli?

Kesin standartlar trafo tipine ve hedef pazara bağlıdır, ancak uluslararası bir trafo özelliği geliştirirken aşağıdaki önemli referanslardır:

IEC 60085 - Termal değerlendirme ve elektrik yalıtımının belirlenmesi. Elektrikli yalıtım malzemelerinin ve yalıtım sistemlerinin termal dayanıklılığını değerlendirmek için kriterler belirler. ([IEC Web Mağazası][1])

IEC 60076-2Güç transformatörleri, Bölüm 2: Sıvı batırılmış transformatörler için sıcaklık artışı. ([IEC Web Mağazası][2])

IEC 60076-3Güç transformatörleri, Bölüm 3: Yalıtım seviyeleri, dielektrik testler ve dış boşluklar.

IEC 60076-14 — Yüksek sıcaklık yalıtım malzemeleri kullanan sıvı batırılmış güç transformatörleri. ([IEC Web Mağazası][2])

Kuzey Amerika projeleri için, geçerli IEEE/ANSI standartları trafo tipine ve proje gereksinimlerine göre seçilmelidir. Örneğin, IEEE C57.12.01, kuru tip dağıtım ve güç trafo için genel gereksinimleri kapsar, IEEE C57.110 ise sinüs olmayan yük akımları ile trafo yeteneğini ele alır. ([IEEE Xplore][3])

Sonuç

Doğru trafo yalıtım seçimi asla sadece seçmeye azaltılmamalıdırSınıf A, B, F veya H.

Güvenilir bir seçim süreci iki bağımsız tasarım sorusunu ayırmalıdır:

Termal tasarım

Ortam sıcaklığı → Load → Soğutma → Sıcaklık artışı → Sıcak nokta sıcaklığı → Termal yaşlanma → Hizmet ömrü

ve

Dielektrik tasarım

Sistem voltajı → Um → Yalıtım koordinasyonu → AC dayanıklı → LI / BIL → SI geçerli olduğunda

Termal sınıf yalıtım sisteminin termal dayanıklılığını tanımlarken, dielektrik yalıtım seviyesi elektrik stresine dayanma yeteneğini belirler. IEC 60085, IEC 60076-2, IEC 60076-3 ve IEC 60076-14, her uygulama için tek bir “transformatör yalıtım sınıfı” sağlamak yerine bu tasarım sürecinin farklı parçalarını ele alırlar. ([IEC Web Mağazası][1])

Transformatör alıcıları ve mühendisleri için en iyi yaklaşım, en yüksek yalıtım sınıfını seçmek değil, yalıtım sistemini, termal performansı ve dielektrik yalıtım seviyesini gerçek voltaj, yük, çevre ve hizmet koşullarına göre belirlemektir.