HTS Süperiletken Transformatör Hakkında Genel Bilgi

cmlozel

Üye
Katılım
15 May 2011
Mesajlar
21
Puanları
1
Yaş
34
SÜPER İLETKEN (HTS) TRANSFORMATÖRLER

Yıllar önce makinalar tasarlanırken sağlamlığı, maliyeti ve güvenirliği ön planda olurdu. Artık günümüzde bu özelliklerin yanına bir yenisi olan verimlilik eklendi. Belki de bu özelliklerin içinde günümüz şartlarında en önemlisi de verimlilik esasıdır.

Hepimizin de yakından takip ettiği gibi dünyada ve ülkemizde her yıl sayısız enerji verimliliği üzerine sempozyumlar toplantılar yapılmakta ve bunu sağlayabilmek için bir çok adımlar atılmaktadır. Tasarlanan elektrik makinalarında kayıpların minimize edilmesi için bir çok çalışma yapılmaktadır. Makalenin konusu olacak transformatörler bu makinaların en başında gelmektedir. Önce ki konulardan biri olan gaz izoleli transformatörlerin de üzerinde bir verime sahip olan süper iletken tranformatörlerin yapılmış bir prototip üzerinden genel özellikleri üzerine bilgi vermeye çalışacağım.

Kayıpların azaltılması için atılmış en önemli adımlardan ve çalışmalardan biride süperiletkenlik kavramıdır. Süperiletkenlik belirli maddelerin kritik sıcaklık (T[SUB]c[/SUB]) denilen sıcaklığın altında soğutulduklarında elektrik akımına karşı sıfır direnç göstermeleridir.

Süperiletkenler (Üstüniletkenler)Bazı element ve alaşımlar belirli bir sıcaklık (Kritik sıcaklık: Tc) altına soğutulduklarında akımı dirençle karşılaşmadan geçirerek elektriksel iletkenlikleri sonsuza ulaştırırlar. Başka bir özellikleri de içlerindeki manyetik akıyı mükemmel bir diyamanyetiklik özelliği göstererek dışarı itmeleridir. Bu diyamanyetik özellik göstermeleri Meissner etkisi olarak tanımlanır.
Meissner Etkisi
W. Meissner ve R. Ochsenfeld tarafından 1933 yılında gözlemlenen bu etkide, manyetik alan içindeki bir süperiletken,kritik geçiş sıcaklığına (Tc) kadar soğutulduğunda manyetik alan çizgileri süperiletkenin dışına itilir. Manyetik alanın bu şekilde dışarlanması Meissner etkisi olarak bilinir ve bu etki bir süperiletkenin içinde B=0 (B: manyetik alan yoğunluğu) olacak şekilde davrandığını gösterir. Manyetik alanın dışlanması, perdeleme akımları (shielding currents) olarak bilinen ve uygulanan manyetik alana eşit ve zıt yönde alan oluşturacak yönde süperiletken yüzeyinde akan elektrik akımından dolayı meydana gelir. Meissner etkisinin en iyi gösterimi levitasyon durumundaki kalıcı mıknatıs deneyidir.
HTS (Yüksek Sıcaklık İletkenliği)
HTS iletkenkerinin en büyük avantajı sıvı hidrojen yerine tercihen sıvı nitrojen kullanılarak kritik sıcaklığa soğutulmasıdır. Çünkü sıvı hidrojenle soğtulması çok pahalı ve büyük hacim gerektirir. Bunun için cryogenic denilen sistemler geliştirilmiştir. Cryogenic sistem; yağsız sıvı azot ile kapalı devre çalışmaktadır. Bakım trafonun enerjisini boşlatmaksızın yılda birkez yapılabilir. Arıza durumunda trafo tam yükte 4 saat, boşta ise saat çalışabilmesi büyük avantaj sağlamaktadır.

HTS transformatörler;
· Geleneksel trafolara göre daha küçük boyutlara ve ağırlığa sahiptir.
· Alışılmış trafoların aksine soğutma için trafo yağı yerine sıvı nitrojen kullanıldığından yangın riski en azdır. CO2 emisyonu yok denecek kadar az olduğu için çevreye dost bir tasarıma sahiptir.
Bu özelliklerin bize sağladığı en büyük getirisi ise; nüfüs yoğunluğunun çok olduğu yaşam alanlarında, binalarda güvenle kullanılabilmesidir.
· Günümüzüde kullanılar bakır sargılar yerine yüksek verimli HTS iletkenlerin kullanılması ile iletkenin direncinin sıfıra yakın olması, meydan gelen kayıpları ortadan kaldırmakta ve enerji kaybını en aza indirmektedir. HTS transformatörün toplam enerji verimi %98 oranında dır.
· Transformatörün ömrünü etkileyen nominal gücün üzerinde çalışma yeteğine sahip olup sıcaklığa bağlı olan transformatör ömrü ise oldukça uzundur.


Transformatör Sargıları;

HTS sargılar sıvı azot içinde soğutulmuş, elektriksel ve ısıl olarak çekirdekten yalıtılmış bir ortamda bulunmaktadırlar. Sargıların taşıyabileceği kritik akım seviyesi bilindiği üzere manyetik alanın yönüne ve şiddetine bağlıdır.


Yukarıda ki grafikte de görüldüğü gibi bobinin paralel olarak 0[SUP]0[/SUP] açısıyla manyetik alana yerletirilmesi sargıların dayanacağı max. Akımın en büyük değerini alacağını gösteriyor.

Bu parallelliği yakalayabilmek için iki tip sargı uygulanabilmektedir. Bunlar heisel ve dilimli sargıdır. Dilimli sargının heisel sargıya göre uygulanması daha kolaydır. Çünkü hiesel sargıda bobin sarımı yapılırken meydana gelebilecek herhangi bir hatada sargının sökülüp yeniden sarılması gerekmektedir. Ancak dilimli sargıda böyle bir hata durumun da sadece hatanın meydana geldiği dilimin değiştirilmesi yeterli olacaktır.

Yüksek gerilimle çalışılan çoğu uygulamalarda dilimli sargı tercih edilir. Soğutma ve yalıtım konusunda oldukça avantaj sağlanmaktadır. Kaçak akıyı sınırlamak için her iki primer sargı arasına bir sekonder sargı konulmuştur. Sargılarda iletken olarak Bizmut Stronsiyum Kalsiyum, Bakır Oksit kısa ismi BSCO-2223 olan HTS iletken kullanılır.

Transformatörden normal iletkenlik duruma geçişte, hata akımı snırlama fonksiyonu kullanılabilir. Bir hatadan sonra anma akımı 100-200 msden daha az süre içinde akabilir. Kalıcı zarar vermemesi için hata akımı yaklaşık 50 ms sonra kesilmelidir. Hata akımı nedeniyle ısınmadan sonra trafonun anma akımı taşıyabilmesi için 10 sn geçmesi gerekir. Bu şekilde acil toparlanmanın mümkün olabilmesi için max. hata akımı, ek reaktörler kullanılarak 1000 ms ye çıkarılabilir. Reaktörler 100 ms içinde devreye alınabilirse hata akımı 3 katına kadar sınırlanabilir.
Buda hatanın giderilebilmesi için ek süre sağlar. Kısa devre süresince soğutucu ortamın bir kısmı buharlaşacaktır. Soğuyan buhar kontrollü bir şekilde bırakılabilir. Bu kontol ise cryogenic sistem tarafından sağlanır.
Reaktörlerin bir diğer artısıda trafonun ve yükün devreye ilk bağlandıkları anda çekecekleri aşırı akımları azaltarak trafonun devreden çıkmasını engeller. Buradan çıkaracağımız sonuç ise HTS uygulanmış trafoda %120 oranında aşırı yüklenmenin sağlanabileceğidir.

Cumali ÖZEL
KOU Elektrik Mühendisliği
 
Otomatik sigorta bulunduğu devreyi yüksek akım ve kısa devre akımlarından koruyan bir anahtarlama elamanıdır.
Zaman rölesi bir diğer ifade ile zaman saati adı verilen sistem süresi belli olan bir aralıkta araya girmesi veya çıkması amaçlanan elektrik sisteminin kontrol edilmesinde kullanılmak için tasarlanmıştır.
trafolarda verim zaten çok yüksek. %98-99 civarında. bence %99,5'den daha yukarısı kastediliyor. eğer iletken kaybı yoksa zaten geriye demir kaybı kalır. eğer sacıda amorphous metal core kullanırsan (1,3T için 0,2-0,3W/kg) %99,9 yakalanır.
 
Yorumunuz için teşekkür ederim.

Sizin bahsettiğiniz transformatör güç tranformatörleri,
burada yapılan çalışma dağıtım transformatörleri için, dağıtım transformatörlerinde verim %60-70 seviyesinde olup bakır ve demir kayıpları çoktur. Süper iletkenle yapılan transformatörün amacı kayıpları minimize edip kayıpları en aza indirmek ve verimi %98-99 seviyesine çıkarmaktır. Aşırı yüklenme orasını iste %120 seviyelerine çıkabiliyor.
 
dağıtım transformatörlerinde de verim çok yüksektir. örneğin 50kVA 36kV Türkiye için Pfe:230W Pcu:1050W Verim:%97,47 cosQ:1
güç arttıkça verim de artar. 2500kVA 36kV için Pfe:3800W Pcu:24000W Verim:%99,85 cosQ:1
 

Forum istatistikleri

Konular
127,958
Mesajlar
913,911
Kullanıcılar
449,606
Son üye
rasit.

Yeni konular

Geri
Üst