Ölçü akım transformatörlerinin matematiksel modeli ve sinizoidal olmayan şartlarda simulasyon ile performansının incelenmesi

Abstract

Enerji sistemlerinde; seçici ve hassas koruma uygulamalarına verilen önemin artmasıyla seçici korumada çok önemli görevler üstlenen röleler üzerine yapılan araştırmalara ağırlık verilmiştir. Ancak bilindiği üzere röleler kendilerine iletilen akım ve/veya gerilim verilerine bağlı olarak çalışmaktadır ve rölelerdeki hızlı gelişmelere karşılık akım ve gerilim bilgisini ileten transformatörlerdeki (instrument transformers) gelişmeler daha yavaş seyir etmektedir. Bu sebeple, son teknolojiye göre geliştirilen rölelerin güvenilir olarak fonksiyonlarını yerine getirebilmeleri için, transformatörler ile çalışma şekillerinin, uyumunun incelenmesi gerekliliği doğmaktadır. Bu tezde, akım transformatörlerinin yapısı, çalışma prensibi, özellikle manyetik devresi incelenmekte ve akım transformatörünün matematiksel modeli araştırılmıştır. Ayrıca hayati önemi olan koruma akım transformatörlerinin sinizoidal ve sinizoidal olmayan şartlarda performansı; EMTP/ATP'de histeresiz olgusu ihmal edilip saturasyon etkisi dikkate alınarak simulasyon ile incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda; manyetik devre modeline ilişkin iki ayrı metod teorik olarak oluşturulmuştur. Bu iki metodun akım transformatörlerinin matematiksel modelinde uygulanabilirliğinin sayısal örneklerle ispatı ve deneyle doğrulanması ile ilgili çalışmalar halen devam etmektedir. EMTP/ATP'de gerçekleştirilen parametrik analiz sonucunda ise DC bileşen içeren dalga formunun, akım transformatörünün sınıfını olumsuz yönde en çok etkileyen parametre olduğu anlaşılmıştır. Bu simulasyon çalışması, akım transformatörünün modeline histeresiz etkisi eklenerek detaylandırılabilir, geçici rejimlerdeki dalga formlarının akım transformatörünün sınıfına etkisinin ve transformatörün kayıplarındaki değişimin incelenmesi ile daha da geliştirilebilir.

Following the increase of importance of the selective, sensitive and realiable protection applications on energy systems, the volume of the researches and improvements on relays also increased. On the other hand, although the relays work depending on the current and/or voltage information that one provided from instrument transformers, improvements on the instrument transformers progress slower than the relays. This is the main motivation on the studies about modern instrument transformers and relays that works under nonsinusoidal conditions. In this thesis; construction and working prenciple, especially magnetic circuits of current transformers are investigated and examined by using mathematical model of the current transformers. In addition, performance of the current transformers under sinisoidal and nonsinisoidal conditions are investigated by EMTP/ATP including saturation but ignoring the hysteresis effect of ferromagnetic material. Studies about application of those methods on mathematical model of current transformers are still under development. As a result of parametrical analysis which are under taken by means of ATP/EMTP, it is concluded that performance of the current transformer is under influence of DC components of current waveform. The studies on simulation will be extended by considering hysteresis and transformer losses as a future work.