Güç Trafoları

Elektrik trafoları

Güç trafoları nedir?

Trafolar, enerjinin çeşidini ve frekansını değiştirmeden, genliğini değiştiren elektrik makinesidir. Başka bir tanımlamaya göre, girişine uygulanan alternatif gerilimin frekansını değiştirmeden, gerilim değerini değiştirerek çıkışa veren elektrik makinesidir. Transformatörler, ince silisyumlu saclardan meydana gelen nüve ile bunun üzerine, yalıtılmış iletkenlerle sarılan sargılardan meydana gelir.

Elektrik enerjisinin özelliklerinden biri üretildiği yerden çok uzak mesafelere kolayca taşınmasıdır. Taşımanın verimli olması için gerilim yeteri kadar yüksek olmalıdır. Elektrik enerjisi alternatif ve doğru akım olarak üretilir. Alternatif akımla elektrik enerjisinin gerilimini, transformatörler sayesinde yükseltilip düşürüldüğü için enerjinin taşınmasında güç transformatörleri önemli yer kaplar.  Gücünü ve frekansını değiştirmeden alternatif akımı düşüren ve yükselten elektrik trafoları, AC’ da elektrik enerjisinin taşınması işleminde önemli faktördür.

Santrallerde jeneratörler yardımı ile üretilen gerilim,

alternatif gerilimdir. Jeneratörlerde üretilen gerilim uzak mesafelere taşınacak değerde değildir. Jeneratör çıkış gerilimleri 0, 4-3, 3-6, 3-10, 6-13-14, 7-15, 8 ve 35kV mertebesindedir. Bu değerler yeterli olmadığı için yükseltilmeleri gerekir. Bu alternatif gerilimin yükseltilmesi işlemi trafolar vasıtasıyla kolaylıkla gerçekleştirilir. Uzak mesafelere taşınan elektrik enerjisi, abonelerin kullanması için düşürücü trafolar vasıtasıyla orta ve alçak gerilime düşürülür.

Trafolar santrallerde üretilen elektrik enerjisini yükselterek (yükseltici transformatör) şehir merkezlerinde indirici trafo merkezlerinde ise düşürür. Dağıtım transformatörleri ile şehrin muhtelif yerlerine iletken kablo ile taşınır.

Primere verilen güç ile sekonderden alınan güç trafusun da bellidir.

Primer gücü = U1. İ1. cosφ ise sekonder gücü = U2. İ2. cosφ dir. Güçlerin eşit olacağı düşünülmektedir.

Bundan dolayı, U1. İ1. cosφ = U2. İ2. cosφ şeklinde bir bağıntı elde edilir. Verimi en yüksek makina transformatörlerdir. Verimi bire yakındır. Bazı kayıpları olsa bile verimleri % 98 e çıkar. Düşürücü trafo merkezlerinde ise yüksek gerilimi tekrar düşürerek kullanılır hale getirir.

Örnek olarak;

Enerji üretim merkezinde 10.000 volt üretilen elektrik, güç transformatörleri girdiğinde, çıkış voltajı 154.000 volt olur. Enerji nakil hattından yüksek gerilim transformatörü ile 154 KV/30 KV şalt merkezinde gerilim düşürülür. Oradan da  tekrar enerji nakil hattı ile yüksek voltaj düşürülerek 30 KV/380 Volt’a  şehir merkezlerine dağıtılır.

Güç transformatörleri gerilim kademelidir. Yük altında değiştirilebilir. El ile değiştirilen kademeli trafolarda mevcuttur. (Otomatik olmadığından gerilim altında enerji kesilip önlem alındıktan sonra müdahalede bulunulur). İhtiyaca göre yükseltilir veya düşürülür. Gücünden kayıp vermez.

Trafoların Gerilimine Göre Çeşitleri;

Transformatörler kullanılacağı gerilim sınıfına göre seçilir ve trafo firmaları tarafından imal edilir. Buna göre trafo çeşitleri;

• Alçak gerilim trafoları (0-1 kV)
• Orta gerilim trafoları ( 1-34 kV)
• Yüksek gerilim trafoları (34,5-154 kV)
• Çok yüksek gerilim trafoları (154 kV ve yukarısı)

Güçlü ve büyük trafoların kullanılması gerekli yerlerde 3 fazlı transformatörler yerine tek tek bir fazlı üç tane  trafo kullanılır. Taşıma kolaylığının yanı sıra, tek tek yedek bulundurma açısından da kolaylık sağlar. Ayrıca üçgen yada yıldız bağlantılarının nasıl yapılacağı hakkında bilgi sahibi olmak lazımdır.

Trafolarda Polarite

Transformatörlerin primer ve sekonder sargısının uçları alternatif akımın frekansına bağlı olarak devamlı işaret değiştirir. Bu işaretlere polarite adı verilir.

Polarite Önemi

Transformatör sargılarının polaritelerinin bilinmesi, trafoların birbirleri ile paralel bağlanmalarında yada farklı sargıların kendi aralarında bağlanmasında kolaylık sağlar. Transformatör uçlarının polariteleri dikkate alınmalıdır. Aksi taktirde yanlış yapılan bağlantılar çok tehlikeli sonuçlara sebep olabilir.

Polaritesi Belli Olmayan Trafolar İçin Polarite Tayini

Polarite tayini için çeşitli yöntemler kullanılır.

• Yıldız – Yıldız Bağlantı
• Üçgen – Üçgen Bağlantı
• Üçgen – Yıldız Bağlantı
• Yıldız – Üçgen Bağlantı

Yıldız – Yıldız Bağlantı

Üç tane bir fazlı trafonun güçleri ve gerilimleri eşit, primer sargı uçlarından birer tanesi alınarak beraber bağlanır. Böylelikle primer devresi yıldız olarak bağlanır.

Bu bağlantı şeklinde, demir nüveler ayrı olduğu için polarite dikkate alınır. Trafonun boşta kalan U -V- W uçları şebekeye bağlanır. Böylece primer bağlantı sağlanmış olur. Sekonder bağlantısında iki uç birleştirilir. Boşta kalan diğer iki (U ve V) uca bir voltmetre bağlanır. Sekonder gerilimi ölçülür. Ölçülen sekonder gerilimi  √ 3 kadar fazla göstermesi lazımdır. Eğer düşük gösteriyorsa birleştirilen sargı uçlarından bir tanesinin  ölçüm ucu ile yer değiştirilir. Bundan sonra  W uçu bağlanır. V ve W uçları arasına tekrar bir voltmetre bağlanır. Aynı şekilde ölçülür. Ölçülen uçlar arası (V ve W)  √ 3 kadar volt ölçülür. Gerilim düşük gelirse birleştirilen uçlarla ölçüm ucu yer değiştirilerek bağlantı tamamlanır. Sekonderin ölçüm yapılan uçlarından voltmetre çıkarılır. Sekonderin boşta kalan U-V-W nolu uçlarına yük bağlanarak işletmeye hazır vaziyete getirilir.

Üçgen – Üçgen Bağlantı 

Primeri üçgen bağlamak için şekilde görüldüğü gibi Uz, Vx, Wy uçları birbirlerine bağlayarak, primerin üçgen bağlanması tamamlanır. Primerin U-V-W uçları gerilime bağlanır. Sekonder bağlantısına geçilir. Sekonder bağlantısını yapmak için primerdeki gibi Uz, Vx, Wy uçları bağlarız. Uz uçları arasına voltmetre bağlanır. Faz gerilimleri ölçülür. Bir faz gerilimine eşit bir değer gösterirse iki sargı arasındaki bağlantı doğrudur. Voltmetre ile ölçülen gerilim √3 kadar fazla gösterirse,  yalnız bir sargının bağlantı uçları yer değiştirilir. Bu ölçüm işlemleri sargıların diğer bağlantı uçları arasında tek tek bağlanarak ölçüm işlemleri yapılır. Yani Vx ve Wy uçları arasında yapılır. Üçgen köşelerde bağlantı uçları çıkartılarak yüke bağlanır. Sekonderin üçgen bağlantısı tamamlanmış olur.

Primeri üçgen bağlamak için şekilde görüldüğü gibi Uz, Vx, Wy uçları birbirlerine bağlayarak, primerin üçgen bağlanması tamamlanır. Primerin U-V-W uçları şebeke gerilime bağlanır.

Sekonder bağlantısında iki uç birleştirilir. Boşta kalan diğer iki (U ve V) uca bir voltmetre bağlanır. Sekonder gerilimi ölçülür. Ölçülen sekonder gerilimi  √ 3 kadar fazla göstermesi lazımdır. Eğer düşük gösteriyorsa birleştirilen sargı uçlarından bir tanesinin  ölçüm ucu ile yer değiştirilir. Bundan sonra  W uçu bağlanır. V ve W uçları arasına tekrar bir voltmetre bağlanır. Aynı şekilde ölçülür. Ölçülen uçlar arası (V ve W)  √ 3 kadar volt ölçülür. Gerilim düşük gelirse birleştirilen uçlarla ölçüm ucu yer değiştirilerek bağlantı tamamlanır. Sekonderin ölçüm yapılan uçlarından voltmetre çıkarılır. Sekonderin boşta kalan U-V-W nolu uçlarına yük bağlanarak işletmeye hazır vaziyete getirilir.

 

 

Yıldız – Üçgen Bağlantı 

Güçleri ve gerilimleri eşit üç adet bir fazlı transformatörün primer sargı uçlarından birer tanesi alınarak birbirlerine bağlanır. Böylelikle primer devresi yıldız olarak bağlanmış olur.

Bu bağlantı şeklinde demir nüveler ayrı olduğu için polarite dikkate alınır. Trafonun boşta kalan U -V- W uçları şebekeye bağlanır. Böylece primer bağlantı sağlanmış olur.

Sekonder bağlantısını yapmak için primerdeki gibi Uz, Vx, Wy uçları bağlarız. Uz uçları arasına voltmetre bağlanır. Faz gerilimleri ölçülür. Bir faz gerilimine eşit bir değer gösterirse iki sargı arasındaki bağlantı doğrudur. Voltmetre ile ölçülen gerilim √3 kadar fazla gösterirse,  yalnız bir sargının bağlantı uçları yer değiştirilir. Bu ölçüm işlemleri sargıların diğer bağlantı uçları arasında tek tek bağlanarak ölçüm işlemleri yapılır. Yani Vx ve Wy uçları arasında yapılır. Üçgen köşelerde bağlantı uçları çıkartılarak yüke bağlanır. Sekonderin üçgen bağlantısı tamamlanmış olur.

Yıldız üçgen bağlantı şeması

Bir Nüveli 3 Fazlı Transformatörler

Tek bir nüve üzerine üç faz sargısının birlikte yerleştirildiği trafolara bir nüveli 3 fazlı transformatörler denir.

Standart Gerilim Değerleri

Primer standart anma gerilim değerleri 3, 3-6, 3-10, 5-15, 8-31, 5-34, 5-154 ve 380kV’tur.

Primer standart anma güç değerleri 25-50-100-200-315-200-315-500-800-1000 -1250-2500 ve 5000kVA’dir.

Transformatörlerin nüveleri yapılırken silisli alaşımlı saclar kullanılır. Maliyetten dolayı işçilik ve kayıpların az olması için nüve 0,35 mm kalınlığında imal edilir. Sacların bir tarafı yalıtkan bir tabaka ile kaplıdır. Transformatörün gücüne göre nüvenin kesiti artı işareti, kare, dikdörtgen ya da çok basamaklı biçiminde yapılır. Transformatörlerin nüve kesitleri orta büyüklükte ve küçük olanlarda dikdörtgen, kare ve artı biçiminde, biraz daha büyük olan transformatör de ise nüve çoklu artı biçiminde yapılır. Soğumanın sağlanması açısından büyük olan transformatörlerde demir nüvede aralıklar bırakılabilir.

3 fazlı transformatörlerin manyetik nüveleri genellikle;

1. Mantel tipi nüve
2. Çekirdek tipi nüve

olmak üzere iki tipte trafo imalatı yapılır.

• Mantel Tip Nüve

Mantel tipi 3 fazlı trafonun ortada bulunan bacaklarının kalınlığı yanlarda bulunan bacaklarının kalınlığının iki katıdır. Bundan dolayı fazların manyetik devreleri birbirlerine göre simetrik ve ayrı olmaktadır.

• Çekirdek Tip Nüve

Çekirdek tipi 3 fazlı transformatörün orta bacağının manyetik akı yolu yanlardaki diğer bacaklara göre daha kısadır. sebeple ortadaki bacağın boş çalışma akımı yanlardaki bacaklara göre daha az olur.

Sargılar

3 fazlı transformatörlerde sargılar üzerinde meydana gelebilecek kaçak akıları ve kayıpları önlemek için aynı faza ait primer ve sekonder sargıları üst üste sarılır. 1 fazlı trafoların tersine bunlarda sargılar ile manyetik nüve arasında elektriksel atlama olmaması için düşük gerilim sargısı alta, yüksek gerilim sargısı ise üste sarılır. Alt ve üst gerilim sargılarının da birbiri ile yalıtılması için aralarına presbantlar yerleştirilir.

Sargıların gerilim ve akımlarına göre kesitleri yuvarlak veya dikdörtgen şeklinde iletkenler kullanılır. 3 fazlı transformatör sargıları, yapılışlarına göre silindirik ve dilimli olmak üzere iki çeşittir.

• Silindirik Sargı

Silindirik sargılar büyük akımlı trafolarda alt gerilim sargısı olarak kullanılır. Dikdörtgen şeklindeki büyük kesitli elektrolitik bakır iletkenlerden sarılır. Trafo bacağı boyunca basit ve çift silindirik sargı olarak sarılır. İzolasyonu kolaylaştırmak, trafo yüksekliğini düşürmek ve bobinin manyetik direncini azaltmak için çift silindirik sargılar tercih edilir. Sarım şekilleri, AG sargıları içe sarılır. YG sargıları da dışa sarılarak, üst üste silindirik sargı oluşturulur.

• Dilimli Sargı

Orta güçteki trafoların üst gerilim sargısının yapımında kullanılan bir sargı çeşididir. Kullanılan iletkenler yuvarlak veya lama şeklindeki elektrolitik bakırdan yapılır. Çok büyük akımlarda, akım birikimlerini önlemek için birçok sayıda, kesitleri dikdörtgen olan bobin uçları, sargı içlerinde birbirlerine bağlı şekilde olup sadece dilimin dışında iki uç bulunur.

Trafo Bağlantı Şekilleri

• Üçgen
• Yıldız
• Zik-zak diye üç grupta toplanır.

Üçgen Bağlantı 

Üçgen bağlantıyı yaparken, her bir faz sargısının giriş ucu diğer sargının çıkış ucuyla birleştirilir. Nötr hattı olmayan bu bağlantı primer ve sekonder de aynı biçimde yapılır. Şebeke fazları primer sargılarının giriş uçlarına, sekonder sargılarının çıkış uçlarına da yük bağlanır.

Yıldız Bağlantı 

Yıldız bağlantıda trafonun her faz sargının çıkış uçları yada giriş uçları birbirleriyle bağlanır. Primerde  ve sekonderde aynı biçimde bağlantı yapılır. Sekonderin boşta kalan ucuna yük, şebeke fazları ise primerin boşta kalmış uçlarına bağlanır.

Zikzak Bağlantı

Trafonun sekonder sargısında bu bağlantı uygulanmaktadır.  Bu bağlantıyı yapmak için sekonderde aynı fazın iki sargılı eşit gerilimli olması gerekir. Poleritesi belli olan sargıların bağlantıları kolay yapılır.

Sekonderdeki her fazın sargısı, aynı değerde olan başka bir sargı ile seri bağlanır. Devrenin primer sargısı  yıldız yada üçgen bağlanır.

Güç Transformatör Özellikleri

• Güç transformatörleri, 200 MVA üzeri olan ve TEİAŞ’ ın indirici merkezlerinde ya da barajlarda kullanılan trafolardır.
• En büyük dezavantajlarından birisi, trafo fiyatları çok pahalıdır.
• Güç transformatörleri çok ağırdır ve taşınması büyük bir sorundur.
• Güç transformatörleri hem cebren hava ile hem de yağ ile soğutulmaktadır. Fabrikadan yağsız çıkar, yerine konulduğunda trafo yağı ile doldurulur.
• Güç transformatörleri yağ değişim zamanı gelince özel donanımlı tır araçlarla yerinde yağları değiştirilir.
• Verimleri düşüktür.
• Güç transformatörlerinin işletme bakımları zordur.