Kabinli kuru tip transformatörlerde soğuma sürecinin CFD analizi ve deneysel çalışmalar ile incelenmesi

Abstract

Kuru tip transformatörler için ısınma önemli problemler arasında yer almaktadır. Isınma hesaplamaları, kabinsiz kuru tip transformatörler için yapıldığından dolayı, kabin etkisi ile transformatörün soğuma performansının nasıl etkilendiği bilinmemektedir. Literatürde kuru tip transformatör sargıları için ısınma analizi ve deneysel çalışmalar yeterince olmasına rağmen, kabinli kuru tip transformatörler için yapılmış analiz veya deneysel çalışma çok fazla bulunmamaktadır. Enerji sektöründe yüksek güvenilirlikleri nedeniyle kuru tip transformatörler önem kazanmaya devam etmektedir. Bu çalışmayla birlikte, her türlü ortamda çalışmaya uygun olan kabinli kuru tip transformatörlerin ısınma analizleri yapılmıştır. Çalışmalarda, 250kVA 33/0.4kV Dyn11 IP31 (kayıp değeri 3kW) kabinli kuru tip transformatör referans olarak alınmıştır. Referans alınan bu transformatör kabini için üç farklı çatı geometrisi denenmiştir. Bu üç farklı kabin geometrisi için, ANSYS FLUENT/CFD analizleri ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Çalışmalar ile birlikte kabin içinde yer alan havanın sıcaklıkları değerlendirilmiştir. Elde edilen veriler birbiri ile karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmalar sırasında transformatör kayıp değerleri ile birebir uyumlu ısıtıcılar kullanılmıştır. Bu ısıtıcılar ise transformatör bobinlerinin ölçülerine göre imal edilen temsili bobinlerinin içine yerleştirilmiştir. Çalışmalar sırasında 158 adet deney ile 1480 adet noktanın sıcaklık değerleri kaydedilmiştir. Elde edilen bu sıcaklıklar birleştirilerek 3D sıcaklık-koordinat grafikleri elde edilmiştir. Deneysel çalışmalar ile elde edilen 3D grafikler ile CFD analiz sonuçları birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Ayrıca kabin duvarlarından meydana gelen ısı transferi miktarları da analizler ile belirlenmiştir. Kabin içinde elde edilen sıcaklık değerleri farklılık göstermesine rağmen, sıcaklık dağılımları çok farklı çıkmamıştır. Bu sonuçlar ile birlikte, gelecek çalışmalarda transformatör ile kabin çatısı arası mesafenin ve havalandırma için oluşturulan formların soğutmaya olan etkisinin araştırılması gerekliliği ortaya çıkmıştır.

Among the most important problems for dry type transformers is heating. Usually heating calculations are made for dry type transformers without cabin. Therefore, it is not known how the cooling performance of the transformer is affected by the cabin. Although the warm-up analysis and experimental studies for dry type transformer windings are sufficient, there is not much analysis or experimental work for dry type transformers with cabins. In the energy sector, dry type transformers continue to gain importance due to their high reliability. In this study, heating analysis of dry type transformers with cabin which are suitable for working in all kinds of environments were made. In this studies, 250kVA 33/0.4kV Dyn11 (loss value 3kW) dry type transformer with IP31 cabin is taken as the reference. Three different roof geometries have been tried for this transformer cabinet. ANSYS FLUENT/CFD analysis and experimental studies were performed for these 3 different geometries. With these studies, the temperature of the air in the cabin was evaluated. The data obtained were compared with each other. For the experimental studies, suitable quartz heat elements for the transformer loss values were used. These heat elements are placed inside the representative coils produced. During the study, 158 experiments were carried out and temperature values of 1480 points were recorded. 3D temperature-coordinate graphs were obtained by combining these obtained temperature values. The results obtained from experimental studies and 3D graphics were found to be consistent with the results of CFD analysis. In addition, mount of heat transfer from cabin walls was determined by the analysis. Although the temperature values obtained in the cabin differed, the temperature distributions were similiar. Fort his reason, the effect of the distance between transformer and cabin roof and geometric form of the air flow gaps on cooling will be investigated in future studies.