Bibliographic Metadata

Title
Verteilung von planaren Wirbelströmen in Modell-Transformatorkernen zufolge von GIC's (geomagnetisch induzierten Strömen) / von Halil Vahap Kayataş
AuthorKayataş, Halil Vahap
CensorPfützner, Helmut ; Mulasalihovic, Edin
Published2008
DescriptionVIII, 58 Bl. : Ill., zahlr. graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2008
Annotation
Zsfassung in engl. Sprache
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)planare Wirbelströme, PECs/ Dünnschichtfilmtechnik / geomagnetisch induzierte Ströme, GICs / Streufelder / Feldvektorsensor
Keywords (EN)planar eddy currents, PECs / thinfilm-technique / geomagnetically induced currents, GICs / leakage fields / field vector sensor
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-25093 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Verteilung von planaren Wirbelströmen in Modell-Transformatorkernen zufolge von GIC's (geomagnetisch induzierten Strömen) [5.74 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Transformatoren zählen zu den effizientesten Maschinen, die die Menschheit jemals erfunden hat. Die größten Transformatoren arbeiten mit einem Wirkungsgrad von 99.75%. Dennoch ist die Größe der Verluste, die durch Transformatoren verursacht werden, beträchtlich. Um den Verlusten auf den Grund zu gehen, wurden zahlreiche Messungen vorgenommen. Dies wurde unter anderem mit Thermistoren und einem sogenannten Feldvektorsensor vorgenommen. Die Untersuchungen konnten dabei nur auf der Oberfläche des Modelltransformators durchgeführt werden. Der Grund dafür ist, dass der Feldvektorsensor zu dick ist, um Ergebnisse auch in einzelnen Schichten des Blechpaketes zu liefern, u. a. in Anbetracht von Deformationen der magnetische Laminate. Ziel dieser Arbeit war es somit einen neuartigen Sensor zu entwickeln, mit dem man sowohl die Oberfläche als auch das Innere des Modelltransformators untersuchen kann, ohne die Laminate in ihrer Form zu verändern und die Flussverteilung zu verfälschen. Neben der bereits bestehenden Messmethodik aufbauend auf der Verwendung des Feldvektorsensors, wird in dieser Arbeit für die Bewältigung der komplexen Aufgaben ein anderer Lösungsweg gewählt, nämlich eine innovative "Dünnschichttechnik". Sie basiert auf der Verwendung dünner leitfähiger Bahnen, die an der Oberfläche eines sogenannten Sensorbleches verlegt werden.

Diese Bahnen kontaktieren gezielt ausgewählte Stellen der Sensorbleche und werden auf dem kürzesten Weg zu den an der Stirnseite angebrachten sogenannten Kontaktierungsbalkons geführt. Mit Hilfe dieser Balkons können aus Wirbelströmen resultierende Spannungsgrößen problemlos außerhalb des Kerns abgegriffen werden. Sie werden an eine Datenaquirrerangsbox (DAQ, data acquisition devices) geführt und mit einem PC ausgewertet. Eine grundlegende Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, für die Anwendungen der Dünnschichttechnik in Frage kommende Materialien einzugrenzen und auf ihre Tauglichkeit als Grundsensorelement zu untersuchen. In einer komparativen Art und Weise, belegt durch zahlreiche Untersuchungen, werden die Eigenschaften zweier, nämlich Gold und Silber, in engere Wahl kommender Materialien, dargestellt.

Zahlreiche Untersuchungen zeigten, dass Silber als Grundelement für die Dünnschichttechnik wesentliche Vorteile gegenüber Gold aufweist und den gestellten Anforderungen am besten nahe kommt. Als Vorteile ergeben sich Reparierbarkeit, bessere Festigkeit und Leitfähigkeit, als einziger Nachteil ist die höhere Dicke. Alle Untersuchungsresultate dieser Arbeit basieren letztlich auf der Anwendung von Silber.

Da es ein sehr großer Messaufwand wäre, alle vorgegebenen 128 Regionen des Modell - Transformators zu untersuchen, werden nur ausgewählte und strategisch wichtige Bereiche wie z.B. Overlaps, T-joint, und vier Felder vom S- und R-Schenkel bearbeitet. Dabei zeigte sich, dass die planaren Wirbelströme (PECs, planar eddy currents) hauptsächlich auf der Oberfläche des Transformators durch die Streuflüsse entstehen. Diese Streuflüsse münden auf der Oberfläche, seitlich und durch den cooling duct in die Laminate ein. Dies kann man an den Tiefenprofilen erkennen.

Anhand des Querprofils ist zu erkennen, dass die PECs vor allem an den Rändern der Laminate auftreten.

Die Möglichkeiten für industrielle und akademische Implementierung der innovativen Dünnschichttechnik werden ausführlich behandelt. Dazu wird eine LabVIEW Software-Applikation entwickelt, mit besonderem Augenmerk auf Einfachheit der Bedienung und schneller Auswertung der aufgenommenen Daten.

Abstract (English)

Transformers rank among the most efficient machines, which mankind ever invented. The largest transformers work with an efficiency of 99.75%. The size of the losses, which are caused by transformers, is considerable nevertheless. In order to go to the losses on the reason, numerous measurements were made. This was made among other things with thermistors and a so-called field vector sensor. The investigations could be accomplished thereby only on the surface of the model transformer. The reason for it is that the field vector sensor is too thick, in order to supply results also in individual layers of the bundle of laminates, among other things considering of deformations magnetic laminates.

An aim of this work was to develop a new sensor, with one both the surface and the inside of the model transformer can be examined without to change the laminates in their form and falsify the flux distribution.

Apart from measuring methodology constructing on the use of the field vector sensor, already existing, in this work for the management of the complex tasks another solution method is selected, i.e. an innovative "thin-film technique ". It is based on the use of thin conductive lines, which are moved at the surface of a so-called sensor sheet metal.

These lines contact aimed selected places of the sensor sheet metals and they are led on the shortest way to the face side of attached so-called contacting balcony. With the help of this balcony voltage (resulted through eddy currents) can be measured problem-free outside of the core.

They will be led to a DAQ (data acquisition devices) and evaluated with a PC. A fundamental task of this work consisted of limiting and examining for their efficiency as basic sensor element for applications of the thin-film technique in question coming materials. In a comparative way, occupied by numerous investigations, the characteristics of two, i.e. gold and silver, into closer choice of coming materials, are represented.

Numerous investigations showed that silver exhibits as basic element for the thin-film technique substantial advantages opposite gold and the requirements posed best close comes. As advantages result repairable, better stability and conductivity, as only disadvantage is the higher thickness. All results of investigation of this work are based finally on the application of silver.

Since it would be a very large measuring expenditure to examine all given 128 regions model - transformer, so only selected and strategically important ranges are e.g. worked on like Overlaps, T-joint, and four fields by S- and R-limb. It showed up that the planar eddy currents (PECs) result mainly on the surface of the transformer from the leakage fluxes. These leakage fluxes flow on the surface, sidewise and cooling ducts. One can recognize this by the depth profiles. On the basis the transverse profile one sees also that the PECs arises particularly at the edges of laminate.

The possibilities for industrial and academic implementation of the innovative thin-film technique are treated in detail. In addition a LabVIEW software application is developed, with special attention on simplicity of the operation and fast evaluation of the taken up data.