Muuntajan sydämen ja puristusrakenteiden kiertovirtalaskenta vakiotuoterakenteella - Heikkinen, Joonas (My University, 2026)
Muuntajalla jännitetaso muunnetaan käyttökohteelle tarkoituksenmukaiseksi. Tässä työssä tarkastelun kohteena ovat öljyeristetyt tehomuuntajat, joita tyypillisesti käytetään sähkönsiirto- ja jakeluverkoissa, voimalaitoksissa ja teollisissa kohteissa. Muuntajan käämien hajavuo sekä suurivirtaisten kiskotusten tai johdosten aiheuttamat magneettikentät aiheuttavat haasteita muuntajan suunnitteluun ja valmistukseen liittyen. Käämeistä ja sisäisestä johdotuksesta aiheutuvat magneettikentät aiheuttavat rakenteissa lisähäviöitä ja niiden seurauksena lämpenemistä. Lisäksi käämeistä ja sisäisestä johdotuksesta aiheutuvat magneettikentät indusoivat suljettuihin silmukoihin kiertäviä virtoja. Näitä virtoja kutsutaan termillä kiertovirta. Muuntajassa tällaisia suljettuja piirejä muodostuu esimerkiksi sydämen ikkunoista sekä aktiiviosan puristusrakenteista. Kiertovirrat voivat aiheuttaa lisähäviöitä sekä paikallisia kuumia pisteitä. Näistä kahdesta paikalliset kuumat pisteet ovat suuri ongelma. Kuumia pisteitä voi esiintyä etenkin huonoissa sähköisissä liitoksissa. Kiertovirtojen kulkiessa huonon sähköisen liitoksen läpi voi liitos alkaa kuumenemaan ja johtaa muuntajan kaasuttamiseen. Huonoja sähköisiä liitoksia ovat esimerkiksi muuntajan sydämessä ikeiden ja pylväiden saumakohdat sekä muut metalli-metalli kontaktipinnat. Sydämen ja puristusrakenteiden luotettava kiertovirtalaskenta on tärkeä osa onnistuneen muuntajan suunnittelu- ja valmistusprosessia. Tässä työssä tavoitteina oli tuottaa kiertovirtalaskennan referenssituloksia usein toistuville muuntajamalleille, analysoida saatuja tuloksia ja selvittää mahdollisia kriittisiä kohtia suunnitteluun liittyen. Työssä oli myös tavoitteena oppia käyttämään uusia kiertovirtalaskentaan tehtyjä ohjelmia sekä arvioimaan niiden toimintaa. Työn alun teoriaosuudessa hyödynnettiin tieteellisiä artikkeleita, kirjallisuutta sekä tutkimuksia. Tutkimusvaihetta alustettiin esittämällä ja vertailemalla sisäisissä ohjeistuksissa esitettyjen projektien mittaus- ja laskentatuloksia, minkä avulla havainnollistettiin laskentatyökalun tarkkuutta sekä toimintaa. Tutkimusvaiheessa tehtiin kiertovirtalaskenta yhdeksälle eri projektille. Projekteista osa oli toimitettu ja osa vielä suunnitteluvaiheessa. Kiertovirtalaskenta toteutettiin kaikille projekteille Exceliin ohjelmoidulla laskentaohjelmalla. Lisäksi osalle projekteista tehtiin elementtimenetelmään perustuvia simulointeja Simcenter Magnet-ohjelmistolla. Työssä vertailtiin Excel-laskentaohjelman sekä Magnet-simulointiohjelman laskemien tulosten eroavaisuuksia. Työhön valituille projekteille ei ollut tehty kiertovirtamittauksia, joten saadut tulokset ovat laskennallisia. Työn tuloksena saatiin luotua taulukot, joissa on esitetty projektikohtaiset kiertovirtalaskennan tulokset. Taulukoista voidaan saada jatkossa vertailupohjaa suunnittelua varten. Lisäksi tuloksiksi saatiin taulukot Excel- ja Magnet-ohjelmien tulosten eroavaisuuksista. Saatujen laskentatulosten ja niiden analyysin perusteella tehtiin myös jatkokehitysehdotuksia.
Keywords: muuntajat; teknologia; magneettikentät; fi=Sähkötekniikka|en=Electrical Engineering|; fi=Sähkö- ja energiatekniikan koulutusohjelma (DI)|en=Degree Programme in Electrical Engineering and Energy Technology|; Sähkötekniikka