Veden alla suoritettujen tehomuuntajan lämpenemiskokeiden terminen analysointi

Abstract

Työn tavoitteena oli tutkia ja analysoida Hitachi Energy Vaasan aiempia suoritettuja vedenalaisen tehomuuntajan lämpenemiskokeita. Lämpenemiskokeiden tulokset laskettiin käyttämällä standardeissa määrättyjä laskentamenetelmiä. Työssä luotiin myös uusi korjattu laskentamenetelmä, jota ei ole standardeissa.

Työ koostuu kirjallisuuteen ja alan julkaisuihin perustuvasta teoriaosuudesta sekä Hitachi Energy Transformers suorittamista lämpenemiskokeisiin perustuvasta empiirisestä osuudesta. Teoriaosuudessa tavoitteena oli perehtyä tehomuuntajan toimintaan ja ymmärtää lämpenemiskokeisiin liittyvät keskeiset käsitteet. Muuntajan tehohäviöt jakautuvat kuormitushäviöihin ja tyhjäkäyntihäviöihin, joiden seurauksena muuntajan sisällä käämit ja eristysneste lämpenevät. Lämpenemiä voidaan vähentää erilaisilla jäähdytystavoilla. Lämpöenergia siirtyy muuntajassa johtumalla, konvektiolla ja säteilyllä. Vedenalaisessa muuntajassa lämpö siirtyy tehokkaammin ympäristöön kuin normaalissa muuntajassa, koska veden lämmönjohtavuus on suurempi kuin ilman.

Empiirisessä osassa tutkittiin neljän eri vedenalaisen muuntajan lämpenemiskokeita ja analysoitiin niiden tuloksia. Muuntajan koestus alkaa tehtaalla, jossa sille suoritetaan standardin asettamat loppukokeet. Tehdaskokeiden jälkeen muuntajalle suoritetaan lämpenemiskokeet vedenalaisessa ympäristössä. Lämpenemiskokeessa mitataan muuntajan lämpötiloja erilaisilla lämpötila-antureilla sekä kuormitushäviöiden suuruutta tehomittarilla. Lämpötila-antureiden ja tehomittarin mitatuista arvoista voidaan laskea muuntajalle korjatut lämpenemät ja kuormitushäviöt käyttämällä standardeissa määrättyjä laskentamenetelmiä. On kuitenkin huomattava, että tehomittari ei voi erottaa muuntajan sisäisiä häviöitä vedenalaisten kaapeleiden häviöistä, koska mittaus suoritetaan ainoastaan kaapeleiden päästä. Tätä varten luotiin uusi korjattu laskentamenetelmä, jolla voitiin laskea kaapeleiden osuus kuormitushäviöistä.

Analysoimalla lämpenemiskokeen mittaustuloksia, saatiin selville, että kaikki tutkitut muuntajat läpäisivät lämpenemiskokeet. Lämpenemiskokeen läpäisy vaatii kaikkien lämpenemien olevan alle standardissa asetettujen rajojen. Laskentamenetelmillä voitiin onnistuneesti laskea muuntajille oikeat lämpenemät sekä kuormitushäviöt.