Analysis of Electromagnetic Forces in Distribution Transformer Caused by External Fault

โดย นวพงศ์ นุตาดี

ปี 2556

บทคัดย่อ (Abstract)

ความเสียหายของหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้า โดยเมื่อเกิดความเสียหายขึ้นกับหม้อแปลงไฟฟ้า ต้องใช้เวลานานในการแก้ไขปัญหา ดังนั้น ควรให้ความสำคัญกับหม้อแปลงไฟฟ้าโดยเริ่มตั้งแต่กระบวนการออกแบบ การผลิต และการบำรุงรักษาเพื่อให้อายุการใช้งานของหม้อแปลงไฟฟ้ายาวนานยิ่งขึ้น โดยอายุการใช้งานของหม้อแปลงนั้นจะขึ้นอยู่กับปัจจัยทางไฟฟ้า ความเครียดทางกล ความร้อน และหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือ การลัดวงจร

วิทยานิพนธ์นี้ นำเสนอการสร้างแบบจำลองหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย เพื่อศึกษาแรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น โดยใช้โปรแกรม MATLAB/simulink และไฟไนต์เอลิเมนต์ มาเปรียบเทียบกันในขณะที่หม้อแปลงทำงานในสภาวะปกติ และขณะที่เกิดการลัดวงจรแบบสมมาตรโดยการใช้โปรแกรม MATLAB/simulink นั้นเป็นการสร้างแบบจำลองวงจรแม่เหล็กไฟฟ้า ส่วนโปรแกรมไฟไนต์เอลิเมนต์ เป็นการจำลองภาพโครงสร้างของหม้อแปลง จากนั้นนำไปหาค่าความหนาแน่นของเส้นแรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อนำไปคำนวณค่าแรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น

ผลการศึกษาพบว่า ทั้งในสภาวะปกติ และลัดวงจรแบบสมมาตร การจำลองหาแรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โดยโปรแกรม MATLAB/simulink และไฟไนต์เอลิเมนต์ ให้ค่าแรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกันในส่วนของแรงตามแนวแกน ประมาณร้อยละ 44 ซึ่งเป็นแรงที่ส่งผลให้ขดลวดหม้อแปลงเกิดการดีดตัวในแนวขนานกับแกนเหล็ก ค่าแรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นแตกต่างกันนี้ เกิดจากความแตกต่างในการใส่ข้อมูลของตัวแปรต่างๆ ในโปรแกรมแต่ละชนิด ดังนั้นในการจำลองหม้อแปลงไฟฟ้า ควรเลือกวิธีการจำลองที่เหมาะสมเพื่อมาประเมินการทำงานของหม้อแปลงให้ถูกต้อง

Damage of distribution transformers is an important factor that affects reliability of power systems. By this reason, the remedies of transformer problems are complicated and take time to resolve. Consequently, transformers have to be improved the high-quality of administrations in the design process, manufacturing, and maintenance for expanding life time of the transformer which depends on various factors.

In this thesis, a selected distribution transformer has been simulated by using MATLAB/simulink and finite element method (FEM) programs to show an electromagnetic force occurring inside a transformer during normal and short circuit conditions. MATLAB/simulink program was utilized to create a magnetic circuit model comparing to FEM program which was used to draw a transformer structure. The flux density is calculated from each program that was used to determine electromagnetic force in the distribution transformer.

This study demonstrated that, in normal and short circuit conditions, the electromagnetic forces simulated from MATLAB/simulink and FEM programs were slightly different in axial force about 44%, which affects flicking of coils in axial core of transformers. Regarding, there are many different parameters in each program which is calculated the electromagnetic force. Hence, different transformer simulation programs may provide different expected results. Consideration of appropriate simulation program is important to estimate a hold operation of transformer.

Download : การวิเคราะห์แรงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในหม้อแปลงระบบจำหน่าย จากการเกิดลัดวงจรภายนอก