Akım Trafosu Nedir?

Elektrik trafoları

Akım trafosu nedir?

Bağlı oldukları devreden geçen akımı, istenen oranda küçülterek bu akımla sekonder terminallere bağlı aletleri besleyen ve onları yüksek gerilimden izole eden özel trafolara, akım trafosu denir. Akım trafosu, primer akımı ile sekonder akımı orantılı ve bu akımlar arasındaki faz farkı (0°) olan elektrik trafolarıdır. Akım transformatörleri primer denilen esas devreden geçen akımı, manyetik bir kuplaj ile küçültür ve sekonder denilen ikinci bir devreye ve bu devreye bağlı cihazlara aktarır. Bunun sonucunda;

• Cihazların büyük akımlar ile zorlanması,
• OG ve YG devrelerinde, cihazların büyük gerilimler ile zorlanması önlenmiş olur.

Yapısı

Akım trafosunu meydana getiren bölümler;

• Primer sargı ve terminalleri
• Sekonder sargı ve terminalleri
• Manyetik nüve ve gövde

Aynı çekirdek nüve üzerinden primer ve sekonder sargıları yüksek ve alçak gerilimlerde kullanılmak üzere sarılırlar. Primer sargısı kalın bakır telden ve birkaç sipirden sarılır. Sekonder sargısı çok sipirli ince tellidir. Bu sargılar birbirlerine iyi bir şekilde izole edilmişlerdir. Böylece alçak gerilim ve yüksek gerilim devrelerinde cihazların büyük akımlarla zorlanması önlenmiş olur.

Akım Transformatörü Prensip Şekli

Akım tarfoları çalışma prensibi ve parçaları bakımından trafolara çok benzemektedir. Ama akım trafosu, sekonderi kısa devre çalışan ve sekonder çıkış akımı belirli oranda (ölçme ve koruma röleleri için) sınırlandırılmış özel bir trafodur.

Akım tarfosu prensip şeması

Akım Transformatörü Kullanma Amaçları

Ölçü aletlerini ve koruma rölelerini primer geriliminden izole eder, güvenli çalışmaya olanak sağlar. Değişik primer değerlerine karşılık, standart sekonder değerler elde edilir. Ölçü trafolarının kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesine olanak verir. Büyük akımlar ölçmek için ekonomiktir.

Akım Trafosu Özellikleri

• Primer devresinden geçen akımı, dönüştürme oranına göre sekonder devreye aktarır.
• Akım trafoları sekonder devreleri, kısa devre durumunda çalışır.
• Primer sargıları kalın ve az sarımlı veya sadece baradan meydana gelir.
• Akım trafoları sekonder sargıları ise ince telli ve çok sarımlıdır.
• Akım trafosu primer ve sekonder sargılarının giriş ve çıkış uçları, değişik harflerle gösterilir.
• Akım trafolarının bazı ölçü aletleri ile bağlantısında polaritesi önemlidir.
• Aynı akım trafoları ile birkaç ölçü aleti kullanılabilir.
• Akım trafolarının, ölçme hassasiyetlerine göre sınıfları: 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 ve 3 olmak üzere sınıflara ayrılır.
• Akım trafoları, koruma devrelerinde 3 sınıfı, sayaçlarda 0,2 – 0,5 sınıfı, ölçü aletlerinde 1 sınıf kullanılır.
• Akım trafolarının sekonder ucu kesinlikle topraklanmalıdır.
• Akım trafosu nominal akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilir.

Akım Trafosu Çeşitleri

Alçak gerilim devresinde kullanılan akım redüktörleride, transformatörler sargılı ve baralı olarak yapılırlar. Genellikle portatif tipte ve kademeli olarak imal edilirler. Labaratuvar ölçmelerinde ve alçak gerilim devrelerinde kullanılırlar. Primer sargısından çıkarılan uçlar yardımı ile akım büyüklükleri ölçülür. Akım değeri büyüdükçe çevirme oranı da büyür. Bir transformatörün primerinden bir veya birkaç sarım geçirilirse transformatörün ölçme alanı da genişletilmiş olur. Yüksek ve alçak gerilim devresinde primerden geçen akım büyüdükçe sargısı, trafo nüvesinin ortasından geçen yuvarlak veya dikdörtgen kesitli bir hat barasıdır. Bu tip transformatörlere bara tipi akım trafosu denir.

Dahili ve harici tipleri vardır. Sabit yerlerde kuru ve yağlı olarak kullanılırlar. Primer ve sekonderi izole ettikleri gibi transformatörlere komple bir gövde alanı da oluştururlar. Günümüzde imalatı yapılan akım transformatörleri çok iyi yalıtım malzemesi olan sentetik reçine ile yalıtılmaktadır. Akım trafo üreticileri tarafından transformatör çeşitlerine göre akım trafo fiyatları belirlenmektedir.

Kullanıldığı gerilime göre akım transformatör çeşitleri;

AG Akım Trafosu

Bu trafolar alçak gerilim şebekelerinde kullanılır. Dağıtım trafosu çıkışı fazlar arası 400 V olan gerilimdir. Bu gerilim ile çalışan fabrika ve iş yerlerinde kullanılan akım transformatörleridir. Alçak gerilimde kuru tip akım trafosu  kullanılır.

 OG Akım Trafosu

Orta gerilim alçak gerilim şebekeleri ile yüksek gerilim şebekeleri arasında köprü görevi yapar. Enerji iletiminde kullanır. Ülkemizde 3 kV-36 kV kadar olan şebekelerdir. Bu şebekelerde kullanılan akım trafoları, kuru tip akım trafolarıdır.

OG akım trafoları, primer akıma orantılı olan sekonder bir akım meydana getirmek üzere tasarlanmıştır. Şebekenin özelliklerine (gerilim, frekans, akım) uygun olarak trafo imalatı yapılır. Akım trafosu; çevirme oranlarına, doğruluk sınıflarına ve güç değerlerine göre tanımlanır. Doğruluk sınıfı transformatörün çalışma amacına bağlı olarak değişir.

Orta gerilim akım trafoları (3.6kV’ tan 36kV’a kadar, epoksi reçine) ve harici uygulamalar (3.6kV’ tan 52kV’a kadar, epoksi reçine ve yağlı) için imal edilir.

Soğutma Şekline Göre Akım trafosu Çeşitleri

Yağlı Tip

Bu tip akım trafolarında yalıtkanlığı izolasyoyağı sağlar. Kuru trafoya göre, yağ sızıntısı veya terleme yapabilirler. Yüksek gerilimde kullanılan akım trafosu yağlı tip trafodur.

Kuru Tip

Akım trafolarının iletken bölümleri birbirinden ve şaseden katı yalıtkan malzemelerle yalıtılmışlardır. Bu tip transformatörlerde yalıtım maddesi olarak zift, kağıt, reçine ve vb. malzemeler kullanılır. Genel olarak alçak gerilimde kullanılan akım trafoları kuru tip olarak üretilirler. Ekonomik açısından akım trafosu fiyat ucuz, ancak herhangi bir arızada tamiri zordur. Akım ve gerilim trafolarını  yalıtımları aynı prensiple yapılır.

 Yapılışlarına Göre Akım trafosu Çeşitleri

Sargılı Tip

Bu tip akım trafolarının primer sargıları tek bir iletkenden değil, sarımlardan meydana gelir. Primer ve sekonder sargıları aynı manyetik devre üzerine sarılmıştır. Bazı yerlerde çift primer veya çift sekonder sargılı akım trafoları da kullanılmaktadır. Uygulama sırasında, primer akımın zaman içinde büyük farklılıklar gösterdiği durumlarla karşılaşılabilir.

Gelişmeden kaynaklanan yük artışları, sezonluk çalışan yerlerde rastlanan farklı yükler, yazlık konutların yoğun olduğu yerleşim bölgeleri ve benzeri yerler, örnek olarak gösterilebilir. Bu durumlarda, çift primer sargılı akım trafolarının kullanımı tercih edilmektedir.

Bara Tipi

Bu tip akım trafolarında  primer sargıyı, şebekedeki faz iletkeni meydana getirir. Bara tipi akım trafolarının bazılarında primer sargı, trafonun orta bölümüne yerleştirilmiş bir iletkendir. Bazı akım trafolarında orta bölüm boştur. Bu orta bölümün içerisinden iletken veya bara geçirilir. Elektrik panoların da kullanılır.

Bunun yanında bazı güç transformatörleri buşinglerine yerleştirilen akım trafolarına, buşing tipi akım trafosu adı verilir.

Kullanıldıkları Yere Göre Akım trafosu Çeşitleri

Akım trafosu kullanıldıkları yere göre ikiye ayrılır:

• İç Tip ( Bina İçi, Dahili )
• Dış Tip ( Bina Dışı, Harici )

İç Tip (Bina İçi, Dahili): Dış etkilere karşı mukavemeti az olan trafolardır. Kapalı ortamlarda (trafo merkezlerindeki kabinler, panolar vb.) kullanılırlar.

Dış Tip ( Bina Dışı, Harici ): Yapılışları bakımından dahili tip akım trafolarına göre ortam koşullarına karşı daha dayanıklıdır. Şalt sahalarında kullanılan akım trafosu harici trafodur.

Akım Trafosu Etiket Değerleri

• Bir akım trafosu etiketi üzerinde bulunanlar;
• Çalışma sınıfı, akım trafolarının  hassasiyetlerini belirler, ölçme için 0,1-0,2-0,5-1-3-5, koruma için 5P-10P sınıfları kullanılır.
• Sekonder anma akımı “Is” (nominal sekonder akımı) transformatörlerin sekonder akımları (özel olarak yapılanlar hariç) 1-2-5 ve 10 A olarak yapılır. Sekondere bağlanan ölçü aletleri bu akımlara göre imalatı yapılır. En çok kullanılan sekonder akımı 5 A’dır. Trafo ve cihazlar arası uzaklık büyükse sekonder akımı 1 A olarak alınır.
• Primer anma akımı ”Ip” (nominal primer akımı), trafo çalışma akımıdır. Primer akımları, 10-12-5-15-20-25-30-40-50-60-75-100 sayılarının 5 ya da 10 katıdır. Akım transformatörleri primer akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilirler. Bu halde (sekonderi 5A olan trafoda) sekonderinden 6 A geçer.
• Akım dönüştürme oranı, primer akımının, sekonder akımına oranına denir. Trafo etiketlerinde 75/5A, 100/5A, 1000/5A gibi belirtilir.
• Sargı oranı, “ns” primer ve sekonder sargıların birbirine oranına denir. İdeal bir
• akım trafosunda sargı oranı ile dönüştürme oranı birbirine eşittir.
• Kullanma gerilimi “kV”,
• Duyarlılık yükü ve gücü “VA”, güç kat sayısı belirtmek şartı ile sekonder devrenin ohm [anma sekonder akımında voltamper (VA)] cinsinden anlatılnmak istenen empedansıdır.
• Doyma kat sayısı (aşırı akım faktörü) “n”, ölçü aletlerinde emniyet kat sayısı olarak ifade edilir. Ölçü trafolarında n ≤ 5 olmalıdır. Koruma trafolarında n ≥ 10-15-20 olabilir.
• Anma frekansı ”Hz”, akım trafolarının çalışma frekansıdır.
• Yalıtkan tipi.
• Termik anma akımı “Ith”, bir akım trafosunun, bir saniye süre ile zarar görmeden dayanacağı primer akımının efektif değeridir. Bu değer etikette kA ya da primer akımının katları şeklinde gösterilir.(10 kA veya 200 x In gibi)
• Dinamik anma akımı “Idyn”, primer şebekedeki bir kısa devre anında, ilk periyotta geçecek darbe akımının yol açacağı mekanik kuvvetler açısından, akım trafosunun dayanacağı primer akımın maksimum değeridir. Akım trafolarının termik anma akımlarının 2.5 katı kadardır. Akım trafoları Idyn akımlarına göre izole edilirler. Idyn akımları etikette verilmeyebilir.

Akım Trafosu Siparişi

Bir akım transformatörü siparişi yapılırken dikkat edilmesi gerekenler;

• Faz-faz arası nominal (anma veya çalışma) gerilimi (24 kV gibi)
• Dönüştürme oranı (Amper) (200/5 gibi)
• Sekonder kademe sayısı (100/5-5 gibi)
• Sınıfı ve kullanma amacı, (1-3 gibi)
• Doyma kat sayısı, n (n ≤5 ölçme, n ≥10 koruma )
• Gücü VA olarak veya ohm cinsinden (30 VA, 0.5Ω gibi)
• Tipi: (Dahili, harici, geçit, bar, yağlı, kuru gibi)

Akım Trafoları Dönüştürme Oranı

K = I₁ / I₂  eşitliği ile bulunur.

Primer akımının, sekonder akımı oranına akım transformatörünün dönüştürme (çevirme) oranı denir. (n_i=I₁/I₂=50/1 ya da 50/5  600/5 ……gibi).

Örnek olarak: üzerinde 50/5 yazılı bir akım transformatörünün primerinden 50 Amp  geçtiği zaman, sekonderindeki bağlı alet 5 Amp. gösterir. Fakat alet 3 Amp. gösteriyorsa, primerden geçen akım   n_i=I₁/I₂= 50/5=10 Amp.  I=n_i.3=10.3=30 Amp. Örnekte de görüldüğü gibi, akım trafosuna bağlı olan devrelerde primer akımını tayin etmek için ölçü aletinin gösterdiği değeri, trafonun çevirme oranı ile çarpmak gerekir. Çalışma koşullarına göre akım trafo oranları, yükle biraz değişsede (% 0,5 kadar) hassas ölçümler dışında genel olarak sabit kabul edilir.

Akım transformatörlerinin sekonderine bağlanan elemanların iç direnci çok küçük olduğundan, akım trafoları kısa devre durumunda çalışır. Bu nedenle sekonder yüksüz (boş) bırakılmamalıdır. Akım trafosu sekonderi yüksüz bırakılırsa, sekonder devrenin primer devreye ters yönde olan manyetik akı akışı ortadan kalkar. Bu durumda sekonder de sarım sayısı ile orantılı olarak yüksek gerilimler indüklenir ve sargıların izolasyonu bozulur. Ayrıca nüvedeki demir kayıpları artarak nüveyi aşırı derecede ısıtır.

Akım Trafosu Bağlantı Şeması

Akım trafosu bağlantısı yapılırken şebekeye seri bağlanan akım trafosunun sargılarının primer  sargı uçları (K-L) bağlanır. Sekonder sargı uçları (k-l) bağlanır. Röle ve ölçü aletlerinin akım bobinlerine (k-l) uçları bağlanır. Amerikan normlarına göre: Primer sargı uçları (H1-H2), sekonder uçları (x₁-x₂) ile gösterilir. Şekilde de görüldüğü gibi.

Akım trafosu

Akım trafolarının primerinden ne kadar büyük akım geçerse geçsin, sekonderinden orantılı küçük bir akım geçer ve bunun değeri, azami 5 amper (bazen 1 Amper veya 10 Amper) olarak kabul edilmiştir. Bu değeri ölçen ampermetrenin de ölçme alanı minumum 5  amperdir. Sekonder uçları asla açık devre olmamalıdır. Eğer olursa sargının mıknatıs alanını azaltma etkisi ortadan kalkar.

Primer sargının manyetik alanı olduğu gibi demir nüveden geçer, alanın değeri çok büyük olur. Sekonder devrenin primer devreye ters yönde olan manyetik akı akışı ortadan kalkar. Bu durumda sekonderde yüksek gerilim indüklenir. Sargı izalasyonu bozulur. Nüvede demir kayıpları artarak aşırı derecede ısınır. Akım trafosu zarar görür. İndüklenen yüksek gerilimden dolayı çalışanlar açısından tehlikeli durum oluşabilir.

Akım transformatörlerinin sekonder uçları asla açılmaz, devresine de sigorta konulmamalıdır. Ancak sekonder devresinde ki cihazların bağlantılarını değiştirmek ve onarımını yapmak gerekirse ya primer akımı kesilir ya da sekonder uçları kısa devre yapılarak sonra uçlar açılır. Bundan dolayı akım transformatörlerine kısa devre anahtarı konur. Aynı zamanda yüksek gerilim tehlikelerine karşı güvenlik için k uçları topraklanır.

Akım Trafosu Seçimi

Kullanıldıkları yere göre akım trafosu seçimi yapılır. Dahili ve harici tip olanları vardır. Çalışma gerilimine, dönüştürme oranına, çıkış kademe sayısına, kullanma amacına, doyum katsayısına, tipine, omajına göre akım trafosu seçimi yapılır.

Akım Trafosu Hesabı

Akım trafosunun sekonder ucuna bağlanacak cihazların ( akım değeri) toplam gücü ile, cihaz bağlantısında kullanılacak kablo gücünün toplamı akım trafosunun gücünü belirler.

Bundan dolayı sekondere bağlanacak cihaz güçlerinin bilinmesi ve akım trafosu ile panoda bağlı cihazlar arasında kullanılan kablo gücü hesaplanmalıdır.

Cihaza bağlı kablo gücü (N_k) hesabı;

s = Kablo kesiti             L = kablo boyu             Cu/Al = iletken cinsi               R_k = kablo direnci

Nk = I_s². R formül hesabı ile kablo gücü bulunur.

Akım trafosu hesap formülü

Akım trafosu = (kurulu güç x 1000)/(1,73 x 380)

Akım trafosu = (P x 1000)/ (1,73x V)

Akım hesaplanır ve bir üst norm akım trafosu değerleri seçilir. Ülkemizde sekonder çıkışlar genelde 5 A’dir.

NOT: Yüksek gerilim trafoları veya og akım trafosu hesabı yapılırken çıkan sonuçtan bir üst değerdeki akım trafosu dikkate alınmalıdır.

Akım Trafosu Polarite Testi

Akım trafosunun sekonder ucuna (k-l) voltmetreyi bağlayınız. Primer ucuna (K-L) DC pilden (9 volt olabilir) bir gerilim uygulayınız. Voltmetre anlık bir sapma gösterecektir. Voltmetre sapıyorsa polarite testi tamamdır. Ters sapıyorsa (+ , – ) uçlarını değiştiriniz. Tekrar deneyiniz. Normal anlık sapma yapıyorsa trafo sağlamdır. Sapma yapmıyor ise akım trafosu bozuktur.