Core and Winding Design

Core and Winding Design

Himawan Samodra – Pauwels Trafo Asia

ENERGY IS OUR BUSINESS

2222

2

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Core Cutting Type

BLOO – But lap cutting type BLOO:

ƒ Higher no load losses and higher noise generated ƒ Without “V” notch cutting patern

ƒ Approximate 10% used in PTA ƒ Faster stacking time

ƒ Low cutting scrap factor BL01 – But lap cutting type BL01:

ƒ Higher no load losses and higher noise generated ƒ With “V” notch cutting patern

ƒ Approximate 10% used in PTA ƒ Faster stacking time

ƒ High cutting scrap factor SLOO – Step lap cutting type:

ƒ Good no load losses and better noise performance ƒ With “V” notch cutting patern

ƒ 5 and 7 stacking positions with 5 mm steps ƒ Approximate 80% used in PTA

ƒ Longer stacking time ƒ High cutting scrap factor

4444

4

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Optimalisasi Design Core and Winding

ƒ Pada setiap design, terdapat titik volt per turn optimum design dimana nilai evaluasi = “losses kapitalisasi + harga transformer” mencapi titik paling rendah. Titik tersebut dapat bergeser tergantung pada nilai parameternya (unit price dari main materials dan

kapitalisasi (usd/kW) dari komponen losses.

ƒ Misalnya, semakin tinggi harga tembaga, design optimum akan mengarah pada jumlah turn yang lebih rendah (volt per turn tinggi). Volt per turn tinggi harus diimbangi dengan diameter core yang lebih besar untuk mempertahankan flux density pada level tertentu. ƒ Sebaliknya jika harga magnetic steel semakin tinggi, design optimum akan mengarah

pada jumlah belitan yang lebih tinggi. Dalam hal ini, jumlah core steel dapat dikurangi. ƒ Nilai kapitalisasi (usd/kW) ditentukan oleh customer.

ƒ Jika nilai kapitalisasi tinggi, maka design optimum akan mengarah pada design losses yang lebih rendah, dengan menurunkan current density dan flux density.

ƒ Metoda di atas biasanya dipakai oleh customer dalam mengevaluasi atau menentukan peringkat tender yang paling baik.

6666

6

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Winding Type

ƒ Layer ƒ Helical

ƒ Double Helical ƒ Continuous Disc

ƒ Counter Shielded Disc ƒ Interleaved Disc

Layer Winding Type

ƒ Adalah type winding yang paling sederhana dengan jumlah parallel wire yang sangat terbatas, sehingga kemampuan menghantar arus sangat kecil.

ƒ Murah dan mudah dibuat baik menggunakan standard magnet wire ataupun CTC ƒ Digunakan sampai maximum BIL 350 kV.

ƒ Konstruksi winding kurang kokoh dibanding type winding yang lain (helical, disc winding) ƒ Transposisi diperlukan jika ada radial parallel dalam winding untuk menguragi circulating

8888

8

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Helical Type Winding

ƒ Beberapa parallel radial conductors dibelit kearah axial dengan sisipan key spacer ditempatkan antar turn. Termasuk kategori winding yang mudah dikerjakan.

ƒ Maximum jumlah parallel adalah 40 radial. Kemampuan untuk menghantar arus sangat besar, sehingga cocok dipakai untuk LV winding.

ƒ Konstruksi winding sangat kokoh, sehingga baik untuk ketahanan short circuit.

ƒ N-1 jumlah transposition diperlukan untuk mengurang circulating current didalam winding. Letak transposisi biasanya ditentukan berdasarkan magnetic field analysis untuk

mendapatkan circulating current yang paling kecil. ƒ Digunakan sampai maximum BIL 250 kV.

Continuous Disc Winding

ƒ Beberapa parallel conductor dibelit, dimana dalam satu disc terdiri dari beberapa turn (turn per disc). Di antara dua disc disisipkan radial spacers untuk ketahan isolasi dan meningkatkan cooling performance.

ƒ Maximum jumlah parallel adalah 6 parallel radial.

ƒ Digunakan untuk winding dengan jumlah belitan banyak, dengan maximum BIL 550 kV. ƒ Konstruksi winding sangat kokoh, baik untuk ketahanan short circuit.

10 10 10 10

10

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Interleaved Disc Winding

ƒ Serupa dengan continuous disc winding. Perbedaannya adalah setiap disc genap electrical coupling ke disc sebelumnya dibuat melalui brazing. Ini bertujuan untuk meningkatkan seri capacitace dalam winding untuk memperbaiki distrubusi tegangan impulse dalam winding.

ƒ Digunakan untuk winding dengan BIL lebih besar dari 550 kV.

ƒ Keuntungan Æ Kokoh dan distrubusi tegangan impulse yang sangat bagus.

Multi Start Winding

ƒ Digunakan untuk tapping winding

ƒ Distribusi ampere turn merata pada tap winding untuk semua tap position

ƒ Maximum parallel adalah 4 axial parallel. CTC atau normal magnet conductor dapat digunakan.

12 12 12 12

12

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Conductor Type

ƒ Magnet Wire

ƒ Enamelled Conductor ƒ Twin Conductor

ƒ Tripple Conductor

ƒ Continuous Transposed Cable (CTC) ƒ Netting Cable

CTC dengan Paper Insulation

ƒ Kumpulan beberapa parallel wire yang ditransposed secara continuous. Setiap indivudual conductor strip diisolasi dengan enamel 0.1mm PVA, kemudian diisolasi dengan common insulation paper. Giant CTC (CTC berukuran besar) dapat mencapai maximum 84 strand (parallel wire) per cable.

ƒ Strip conductor ukuran kecil Æ bertujuan untuk mengurangi eddy current losses dalam winding dan menurunkan hot spot factor pada bagian top winding.

ƒ Untuk meningkatkan ketahanan terhadap short circuit forces, epoxy bonding digunakan untuk mengikat kumpulan wire strips. Epoxy akan mengalami pengerasan (curing) pada saat dipanaskan pada suhu 120 deg C selama 24 jam.

ƒ Keuntungan Æ meningkatkan winding space factor, reduce winding manufacturing hour. ƒ Kerugian Æ harga lebih mahal, cooling performance lebih jelek.

14 14 14 14

14

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

CTC – Netting Cable

ƒ Serupa dengan CTC biasa, hanya tidak menggunakan paper insulation. Biasanya polyester netting digunakan untuk mengikat kumpulan wire (temporary). Untuk ikatan permanen disarankan menggunakan epoxy bonding sperti pada CTC biasa.

ƒ Dengan menghilangkan paper insulation, cooling performance meningkat karena conductor bersentuhan langsung dengan oil, sehingga dapat digunakan untuk design trafo-trafo besar dengan current density yang lebih tinggi.

ƒ Banyak dipakai untuk Generator Transformer ukuran besar, dimana arusnya sangat besar sehingga sulit untuk didesign dengan helical winding.

Twin Conductor

ƒ Dua conductor strips dimana masing-masing strip diisolasi dengan paper 0.30 mm kemudian digabungkan dan diisolasi dengan common insulation yang lebih tebal. Ada dua type twin conductor (radial twin dan axial twin). Radial twin berfungsi untuk

menurunkan eddy losses secara keseluruhan karena axial main flux, sedang axial twin digunakan untuk menurunkan hot spot factor karena radial flux pada trafo-trafo besar. ƒ Cara di atas dimaksudkan untuk meningkatkan space factor dalam winding, sehingga

dengan arus yang sama diperlukan radial dimensi winding yang lebih kecil. ƒ Mengecilkan ukuran conductor untuk mengurangi eddy current losses. ƒ Mengurangi jumlah mechanical parallel Æ untuk mengurangi winding hour. ƒ Biasanya dipakai untuk HV winding.

16 16 16 16

16

6-4-2009 Temperature Rise TRANSFORMING YOUR NEEDSINTO SOLUTIONS

Fungsi Stabilising Winding

Jika terminals dikeluarkan (tertiary winding) :

ƒ Dapat dikonek ke static capacitor untuk reactive power injection Æ bertujuan untuk memaintain system voltage sampai batas tertentu.

ƒ Sebagai auxiliary voltage untuk external loading. Jika terminals tidak dikeluarkan (stabilising winding) :

ƒ Harmonic ketiga akan mengalir pada closed delta winding, sehingga tegangan yang diinduksikan dan flux core akan sinusoidal (hampir sempurna).

ƒ Akan mensetabilan neutral point Æ zero sequence impedance rendah, unbalanced load dapat dialirkan tanpa menggangu keseimbangan phasa tegangan. Komponen arus zero sequence dilawan oleh arus yang mengalir dalam closed delta stabilising winding. Pada hubung singkat 1 phase, amper-turn yang terjadi pada delta TV winding adalah 1/3 dari amper-turn single phase unbalanced load, sehingga TV winding rating umumnya adalah 1/3 dari nominal rating dari winding utama.