Güç sistemlerindeki transformatörlerin manyetik alan ekranlaması

Abstract

Elektrik şebekeleri dünyadaki artan aşırı güç ihtiyacını karşılamak için günden güne gelişmektedir. Yüksek güç ihtiyacı, elektriksel şebekeler etrafında özellikle insanların yoğun olduğu konut bölgelerinde yüksek akım değerlerini ve artan elektromanyetik alanları beraberinde getirmektedir. Son zamanlarda yürütülen çalışmalar; alçak frekanslı elektrik şebekesi tabanlı manyetik alanların, çeşitli tipte hastalıklara özellikle bazı tip kanserlere yol açtığını ortaya koymaktadır. Sağlık sorunlarına ek olarak oluşan yüksek manyetik alanların hat endüktansını arttırdığı, dolayısıyla artan reaktif güç kayıplarına neden olduğu bilinmektedir. İstenmeyen elektromanyetik etkiler transformatör merkezlerinde, dağıtım şebekelerinde, havai hatlarda ve hatta evlerde kullanılan düşük güçlü transformatör bulunduran elektriksel aletlerde de oluşmaktadır. Bu çalışmada, elektrik şebekelerinde oluşan istenmeyen manyetik alan etkilerinin bir kısmını engellemek için demir oksit tabanlı elektromanyetik ekranlama malzemesi önerilmiştir. Demir oksit (Fe3O4) manyetik ekranlama konusunda yüksek etkili ferromanyetik malzemedir. Fe3O4 bileşiği demir tabanlı ferromanyetik bir oksitdir. Bu çalışmada ekranlama malzemesi olarak önerilen demir oksit, homojen olarak polimer ile karıştırılmış ve istenen ekranlama malzemesi elde edilmiştir. İstenen fiziksel ve elektriksel özellikleri ile önerilen malzeme boyar madde olarak elektriksel şebekelerde kullanılabilir. Ticari olarak kullanılan ekranlama malzemelerinin çoğu iletken plaka kullanmakta olup, elektrik şebekesine uygulama zorluğu çıkarabilmektedir. Testler sırasında önerilen ekranlama malzemesi elektrik şebeke elemanlarının ürettiği manyetik alanların altında test edilmiş ve performans değerleri elde edilmiştir. Test transformatörü ve güç kablosu bağlantıları, önerilen ekranlama malzemesinin ekranlama kabiliyeti açısından analiz edilmiştir.

Electrical power networks are improving continuously day by day to supply excessive power demand in the world. Higher power demand lead to higher currents and hence accelerated electromagnetic fields around electrical networks especially in residential areas. Recent studies have pointed out that low frequency electrical grid based magnetic fields are consequently resulting in different types of diseases such as various cancers. In addition to health issues, produced magnetic fields tend to increase inductances in the network lines where inductance related reactive losses are causing low efficiency. Unwanted electromagnetic disturbances are initiated on transformer stations, distribution lines, overhead transmission lines and even in low power transformer operated indoor electrical equipment. In this study, in order to eliminate some percentage of the undesired effects of magnetic fields in electrical networks, iron oxide based shielding material is proposed. Iron oxides are ferromagnetic substances which are very effective in terms of electromagnetic shielding capability. Fe3O4 compound is a ferromagnetic oxide which is based on iron. In this study, these proposed iron oxide is homogenously distributed in a polymer matrix and by the aid of this matrix desired shielding substance is produced. With the desired physical and electrical properties proposed material is capable of painting desired electrical equipment. Most of the shielding materials in the market are based on conductive plates which are challenging to apply to electrical equipment. During the tests proposed shielding material is tested under magnetic field generated electrical equipment and corresponding performances are reported. Test transformer and power cable connections are tested and electromagnetic shielding capability of proposed material is analyzed.