Elektrik trafoları

Elektrik transformatörleri

Transformatör (Trafo) Nedir

Alternatif akım üreten elektrik santralleri çok zaman taş kömürü veya linyit havzalarının baraj ve akarsuların bulunduğu yere inşa edilir. Üretilen bu enerjinin kilometrelerce uzaktaki şehir, kasaba ve köylere iletilmesi gerekir. Elektrik enerjisinin en ucuz ve en az kayıpla iletilmesine yardım eden makineler vardır. Bu makinalar elektrik trafolarıdır.

Bir transformatör şu amaçları gerçekleştirir:

Gerilim değişmesinde gücü sabit tutar. (Çok az kayıp vardır).
Alternatif akımın gerilimini düşürmeye, yükseltmeye yarar.

Trafo Ne İşe Yarar?

Bir elektrik akımının şiddettini, gerilimini veya şeklini değiştirmeye yarayan cihazdır.
Transformatör, iki veya daha fazla elektrik devresinielektromanyetik indüksiyonla birbirine bağlayan bir elektrik aletidir.
Bir elektrik devresinden diğer elektrik devresine, enerjiyi elektromanyetik alan yardımı ile iletir.
Transformatörler elektrik enerjisinin belirli gücünde gerilim ve akım değerlerinde istenilen değişimi yapan makinalardır.

Statik transformatör, bir devrenin elektrik enerjisinin, gerilim ve akım şiddetindeki değişme ile bir başka enerjiye dönüşmesini sağlayan elektromanyetik bir cihazdır. Statik transformatör denmesinin nedeni bu transformatörün hareketli hiçbir parçası olmadığı içindir.

Enerjinin uzak yerlere, bölgelere iletilmesi için yüksek gerilim kullanmak gerekir. Çünkü alçak gerilimle enerji iletiminde akım çok yüksek değer alır. Bu akımı taşıyacak iletken kesitinin büyümesi, tesis için maliyet fiyatı pahalı olur. Elektrik enerjisinin iletiminde gerilim ne kadar yüksek olursa hatlardan geçen akım o oranda küçülür. Hatlarda oluşan kayıplar azalır. Gerilimi yükseltmek veya düşürmek için transformatör kullanılır. Ondan sonra abonelere dağıtılır. Trafo merkezlerinin sağladığı enerjinin sürekliliği ve enerji verimliliği için belirli periyotlarda transformatör kontrol yapılarak trafo yağı ve trafo bakım yapılmalıdır.

Transformatör Yapısı

Transformatörler, birbirine yakın konan iki sargıdan meydana gelir. Bu iki sargı ince demir levhaların üzerine sarılmışsa, demir çekirdekli trafo, eğer demirsiz plastik tüp gibi bir çekirdeğe sarılmışsa buna hava çekirdekli trafo denir.

Bir transformatörü meydana getiren bölümler;

Saç göbek (Çekirdek)
Bobinler

Saç göbek: Sac göbek silusyumlu sac levhalardan yapılır. Sac levhalar arasında fuko akımları doğmaması için levhalar birbiri ile yalıtılır. Sac göbek trafolarda magnetik devreyi meydana getirir. Sac levhaların az veya fazlalığına göre transformatör gücü değişir.

Bobinler: Trafoların üzerinde genel olarak iki bağımsız bobin grubu bulunur. Alternatif akımın uygulandığı bobin grubuna primer (birinci sargı), alternatif akımın alındığı gruba sekonder (ikinci sargı) denir.

Trafo sarımı yapılırken primer ve sekonder sargılarında elektriksel bir bağlantı olmaz. Trafoların primer ve sekonder sargıları birbirlerinden elektriksel olarak izole edildikleri gibi nüveden de izole edilir. Yalıtkan madde olarak; çeşitli yağlar, pres bant, kâğıt, pertinaks, mika, bazı plastik maddeler, pamuk reçine, ağaç takozlar vb gibi maddeler kullanılmaktadır.

Bir trafonun çıkış sargısı, giriş sargılarından daha fazla sayıdaysa çıkış voltajı büyür. Akım şiddeti ise, bu oranın tersiyle değişir. Transformatör yardımı ile gerilimi yükseltmek mümkün olduğu gibi, düşürmek de mümkündür. Transformatör gücü manyetik alanın değişimine bağlı olduğu için, bu alan demir çekirdeği ısıtır.  Bu nedenden demir çekirdekli  transformatör, genel olarak 50 hertz ‘ lik, düşük frekanslarda kullanılır. Demir çekirdeğin tek döküm olarak değil, ince levhalar şeklinde yapılması değişen manyetik alan kaynaklı dairesel Eddy akımlarından kaynaklanacak olan fazla ısınmayı önlemek içindir. Dairesel dönülebilir alan büyüdükçe bu akımlar artar. Bu nedenden dolayı, radyo frekanslarında çalışan transformatörler hava çekirdeklidir.

Transformatörün yapısı

Transformatör Çalışma Prensibi

Transformatörün primer sargısına alternatif bir gerilim uygulandığı zaman, bu sargı değişken bir manyetik alan meydana getirir. Manyetik alan, üstünde sekonder sargısının da olduğu manyetik demir nüve üstünden devresini tamamlar. Primere uygulanan alternatif gerilimin zamana bağlı olarak her yön ve şiddeti değiştiği için meydana getirdiği manyetik alanında her an yönü ve şiddeti değiştiren bu  alanın sekonder sargılarını kesmesi ile primer ve sekonder sargıları arasında elektriki hiçbir bağ olmadığı halde sekonder sargılarıda bir gerilim indüklenmiş olur. Transformatör çalışma prensibi bu ilkeye dayanır.

Birinci bobine uygulanan voltaj sabit olursa, diğer bobinde herhangi bir voltaj oluşmaz. Ancak doğru akım devamlı olarak kapatılır ve açılırsa manyetik alan değişerek bir çıkış oluşur. Otomobillerde bulunan radyo alıcısındaki vakum tüp bu prensiple çalışır.

Eğer her iki sargı tek bir demir çekirdeğe konur ve voltaj uygulanırsa, demir çekirdek manyetize olur. Demir, uygun manyetik özelliklerinden dolayı tercih edilir ve bu suretle manyetik alan konsantre edilmiş olur. Bu yöntemle enerji kayıpları en düşük düzeyde kalır, verim % 97-99,9 gibi değerlere ulaşabilir.

Trafo Çeşitleri

Transformatör çeşitleri; gerilimi yükseltme ve düşürme diye ikiye ayrılır;

Yükseltici transformatör
Düşürücü transformatör

Bunlardan başka trafo çeşitleri; akım trafosu, gerilim trafosu, izalasyon trafosu, ölçü trafoları, güç transformatörleri, kuru tip trafo, yağlı tip tarfo, hermetik tip trafo gibi bunların detaylı açıklamalarını ilgili sayfalarımızda bulabilirsiniz.

Transformatör Kullanım Amacı

Genellikle transformatörler bir elektrik devresinde voltajı düşürmek veya akımı düşürmek, veya voltaj veya akımı yükseltmek için kullanılır. Elektronikte ise esas olarak farklı devrelerdeki yükselticileri birleştirmek, doğru akım dalgalarını daha yüksek bir değerdeki alternatif akıma çevirmek ve sadece belirli frekansları iletmek için kullanılır. İzalosyon amaçlı ve bazen de kondansatör ve dirençler ile birlikte kullanılır. Ölçü aletlerinde özel transformatörler kullanılır.

Transformatörler, elektromanyetik indüksiyonla enerjiyi bir devreden diğer devreye geçirirler. Voltajı değiştirmek, özellikle elektrik enerjisinin, elde edildiği yerden uzak mesafelere nakli sırasında gereklidir. Gerilimi, örneğin 230.000 volt yada daha fazlaya yükselterek iletim sırasında gerekli olan kabloların ağırlığını oldukça azaltır. Böylece diğer alt yapılarda da ekonomi sağlanır.

Güçlü transformatörler kullanım sırasında ısındıkları için yağlı soğutma düzenekleri ile soğutulurlar. Bu tür transformatörler, Buchholz rölesi denilen güvenlik donanımları yardımı ile aşırı ısınmanın zararlı etkilerine karşı korunurlar.

Kullanım Alanları

Transformatörler,  teknik alanlarda veya evlerde çok kullanılmaktadır. Evlerdeki kapı zilli, radyo, teyp gibi araçların çalışması için 220 voltluk gerilimi 8-10 volta düşüren alçaltıcı transformatörlere gerek vardır. Demircilerin kaynak işlerinde kullandıkları transformatörlerin ikinci (sekonder) sargısı, birinci (primer) sargıya göre tel sayısı az olan transformatörlerdir. Sekonder sargı sayısı elde edilen akım şiddeti çok yüksek olduğu için ısı enerjisiyle (W=i2Rt) demir çiviyi eritilebilir yada iki metal levhayı birbirine kaynak yapılabilir.

Eğer sekonder sargı tek sarımdan meydana gelmiş oluklu bir sargıysa, sekonder sargıda çok yüksek akım şiddeti elde edilir. Bu sarım içine konulan kurşun ve kalay gibi metal parçaları ergitir. İndüksiyon fırınlarının temeli bu uygulamadan meydana gelir. Jeneratörlerden alınan elektrik enerjisinin uzak yerlere trafo direkleri ile nakli sırasında iletim hattında ısı şeklindeki kayıpları azaltmak için hatlardaki akım şiddetinin küçük, gerilimin büyük olması gerekir. ( iletkendeki kayıp güç i2.R den bulunur. ) Bu durumda jeneratörden alınan 220 voltluk gerilim , önce değiştirme oranı 10.000/500=20 olan bir transformatör ile yükseltilir. Böylece gerilim yeniden 220 volta düşürülür.

Transformatörlerde Dönüştürme Oranı

Transformatörler de gerilim, sarım sayısı, akı arasındaki bağıntılar: Bir trafoda gerilim ile sarım sayısı, gerilim ve akım şiddeti arasında birer bağıntı vardır.

Gerilim ile sarım sayısı arasındaki bağıntı: Bir transformatör de bobinlerin uçları arasındaki gerilimlerin birbirine oranı, sarım sayıları arasındaki orana eşittir. Yani;

Primer gerilimi / Sekonder gerilimi = Primer sarım sayısı / Sekonder sarım sayısı

U1 / U2 = n1 / n2   formülü ile bellidir. Burada n1 / n2 ye transformatörün değiştirme oranı denir.

Gerilim ile akım şiddeti arasındaki bağıntı: Bir transformatör de bobinlerin uçları arasındaki gerilimlerin birbirine oranı, bobinlerdeki akımların terslerinin oranına eşittir. Yani;

Primer gerilimi / Sekonder gerilimi = Sekonder akımı / Primer akımı

U1 / U2 =  I2 / I1    formülü ile bellidir. Bu bağıntılara göre gerilimi arttıracak olursak bobinlerdeki sarım sayısı artar. Fakat buna karşılık akımda bir azalma olur. Bobinin sarım sayısını azaltacak olursak gerilim düşer. Fakat buna karşılık bir defa da  akım artar. Bu iki bağıntının birinci tarafları eşit olduğu için bağıntıyı;

U1 / U2 = n1 / n2 = I2  / I1   şeklinde de yazabiliriz.

Güç Transformatörleri

Bir transformatör de primere verilen güç ile sekonderden alınan güç bellidir.  Primerin gücü = U1 . I1 . cosφ ise sekonderin gücü = U2 . I2 .cosφ dir. Güçlerin eşit olacağı düşünülürse; U1 . I1 . cosφ= U2 . I2. Cosφ bağıntısı elde edilir. Verimleri en büyük makineler transformatörlerdir. Verimleri hemen hemen bire yakındır. %98’ e kadar verimleri yükselir. Bazı kayıplar dolayısıyla çok az bir enerji kaybı vardır.

Trafo Kayıpları

Bütün elektrik makinelerinde olduğu gibi elektik trafoları kayıpları vardır. Bu trafo kayıpları ikiye ayrılır:

Demir kayıpları (nüve kaybı)
Bakır kayıpları

Transformatörlerin döner parçaları olmadığından sürtünme ve rüzgar kayıpları gibi bir takım kayıpları yoktur. Demir kayıpları boşta çalışma deneyi ile bakır kayıpları ise kısa devre deneyi ile bulunur.

Demir Kayıpları:

Transformatörler de boşta çalışmada oluşan kayıplara demir kayıpları denir. Demir kayıpları histeresiz ve fuko (Fukolt) kayıpları olmak üzere ikiye ayrılır. Nüve kayıpları bütün çalışma, yüklerde sabittir. Bu kayıplar trafonun boş çalışma deneyi ile bulunur.

Histeresiz kayıpları: Nüve moleküllerinin frekansa bağlı olarak yön değiştirmesi sırasında birbirleri ile sürtünmeleri sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar. Histeresiz kayıpları da demire silisyum katarak azaltılır.
Fuko kayıpları:Nüve üzerine indüklenen akımların neden olduğu, ısı şeklinde ortaya çıkan kayıplara fuko akımları (eddy akımı) denir. Fuko kayıpları nüveyi ince saçlardan yapmak suretiyle minimuma indirir.

Bakır Kayıpları: Primer–Sekonder sargılarında geçirilen akımların oluşturduğu kayıplardır. Sargı dirençlerinden dolayı meydana gelir. Sargılardan geçen akımın artmasıyla artarlar. Bakır kayıpları sargıların ısınması ile meydana gelmektedir. Bu kayıplar kısa devre deneyi ile bulunur. Trafonun sekonderine bir yük bağlandığı zaman hem primerden hemde sekonderden bir akım geçer. Geçen akımlar primerde I12 .  R1 ve sekonderde I22. R2 şeklinde bakır kayıpları meydana gelir. Bakır kayıpları 1000 kVA’ nın altındaki güçlerde, transformatörün görünür gücünün % 3’ ü ile %4 kadardır. Trafolarda verim alınan gücün, verilen güce oranıdır. Veya çıkış gücün giriş gücüne oranına verim denir.

Piyasada birçok trafo fabrikaları ve trafo markaları vardır. Transformatör imalatı yapan, trafo üreticilerinden birkaçı;

Best trafo, Eka transformatör, Bese trafo, Eltaş transformatör, Maksan, ABB trafo, Siemens vb gibi. Bu firmaların trafo fiyatları değişmektedir.

Şalt Sahası Nedir?

Kesiciler, ayırıcılar, baralar, transformatör ve yardımcı gereçlerin bir arada tesis edildiği yerlere şalt sahası denir. Şalt sahalarında elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan, elektrik trafosu aracılığıyla alçaltılıp veya yükseltilerek istenilen iletim seviyesine getirilen tesislerdir.
Şalt sahası elemanları gerilimlerin büyüklüğünden dolayı açık alana yerleştirilir. Şalt salonu ünitelerinin montajı kapalı yerlere yapılır. Açık saha da tesis edilenleri de vardır. Büyük açık hava tipi şalt sahaları ve şalt salonları üç şekilde monte edilir:
• Cihaz tipi şalt sahası
• Kiriş tipi şalt sahası
• Toprak üstü şalt sahası
Her üç tip şalt sahasında da ağır olan transformatörler beton üzerindeki raylar üzerine yerleştirilir. Yağlı kesiciler betonarme kaideler üzerine monte edilir.

Cihaz Tipi Şalt Sahası

Arazinin düz olmadığı yerlerde monte edilir. Ölçü trafoları gibi hafif cihazlar çelik çerçeveler üzerine yerleştirilir. Baralar A tipi demir direklere tespit edilerek gergi tipi zincir izolâtörler arasına gergin bir şekilde tesbit edilir. Tesis olarak maliyeti ucuzdur.

Kiriş Tipi Şalt Sahası

Kiriş tipi şalt sahaları yatay ve dikey olarak monte edilen kafes kirişlerden yapılır. Baralar gerilmiş şekilde tutturulan zincir izolâtörler yada mesnet tipi izolâtörler ile kirişler arasına gergin bir şekilde yerleştirilir.
Ayırıcılar ve diğer hafif gereçler kirişler üzerine bağlanır. Kiriş tipi şalt sahaları daha sağlam ve küçük sahaya tesis edilir. Cihaz tipi şalt sahalarına göre tesis maliyeti daha pahalıdır.

Toprak Üstü Tipi Şalt Sahası

Toprak üstü tipi şalt sahalarında ünitelerin montajı beton sütunlar üzerine yapılır. Baralar beton kaideler üzerine yerleştirilen pilonlardaki zincir izolâtörler arasına gergin bir şekilde yerleştirilir. Tesisin yere olan yüksekliği fazla olmadığından maliyet açısından ucuzdur. Toprak üstü tipi şalt sahası için geniş ve düz bir sahaya ihtiyaç vardır. Bu tip şalt sahaları deprem kuşağı ve gevşek zemin toprak kayması olan yerler için uygun değildir.
Trafo şalt sahalarının donanımları:
• Güç transformatörleri
• Kumanda şalterleri
• Bara düzeneği
• Ölçü aletleri
• Koruma elemanları

Güç Transformatörleri

Şalt sahası ekipmanlarından biri güç transformatörleridir. Alçaltıcı veya yükseltici özelliği olan trafolardır. Şalt sahalarının tipine göre en uygun şekilde monte edilir. Saha içerisinde acil durumlarda kolay müdahale etmek için en uygun konuma yerleştirilir.

Kumanda Şalterleri

Transformatörü devreye alıp çıkartmaya yarayan şalterlerdir. Bu kumanda şalterler ayırıcı ve kesicilerdir. Transformatörün çalıştırılmasını veya devre dışı bırakılmasını sağlar.

Bara Düzeneği

Şalt sahalarına giren gerilim hatları ile transformatör arasında düzgün ve emniyetli bağlantı yapmak için kullanılan bakır elemanlardır. Aynı zamanda alüminyum iletken yapılanlarıda mevcuttur.

Ölçü Aletleri

Şalt sahalarına ait akım, gerilim, frekans, güç gibi değerleri ölçen ve gösteren aletlerdir. Tüketilen elektrik enerjisini ölçmek için elektrik sayaçları kullanılır. Orta ve yüksek gerilimde ölçme yapmak için kullanılan akım trafosu ve gerilim trafosu vardır.

Açık Hava Tipi Trafo Merkezi

Yüksek gerilim şalt sahaları elektrik enerjisini üreten kaynaklarla tüketici kaynakları arasındaki güç iletim zincirinin önemli bir halkasını meydana getirir.

Trafo merkezleri iki farklı şekilde tasarlanır. Bunlar;

• Sürekli olarak kullanılan hava yalıtımlı açık şalt sahalı trafo merkezleri (AIS)
• Açık ve kapalı alanlarda kurulan SF6 gazı ile yalıtılmış kapalı ve muhafazalı trafo merkezleridir (GIS).
Çevre koşullarının dikkate alınmadığı ve yer sınırlamasının olmadığı her yerde AIS (AirInsulated Substation) hava yalıtımlı trafo merkezleri kullanılır. AIS’lerin tasarımı 800kV’a kadar ki yüksek gerilimlerde yapılabilmektedir.
AIS’lerin kurulumu maliyetleri düşüktür. Açık şalt sahalı trafo merkezlerinin elamanlarının her biri tesis kurulurken montajı yapılır. Elemanlar açık alanda oldukları için, voltaj altında çalışmak ve dokunmak tehlikelidir. Bu trafo merkezleri hava ve çevre şartlarına direk olarak maruz kalmaktadır. Bir yada daha fazla yüksek gerilim enerji nakil hatlarından elektrik enerjisini alarak, orta gerilim ve alçak gerilim ile abonelerin fiderlerine dağıtan cihazların tesis edildiği yerlere trafo merkezleri denir. Trafo merkezleri gerilimlerin büyüklüğü nedeni ile açık havada bir sahaya yerleştirilir.
Elektrik enerjisi santrallerde üretildikten sonra abonelere ulaşana kadar farklı işlemlerden geçer. Önce enerji santralleri çıkışında elektrik enerjisinin gerilimi yükseltilir. Bu durumda iletim yüksek gerilim ile yapılır. Şehir ve kasabaların girişinde yüksek gerilim (YG) düşürülerek orta gerilim (OG) haline dönüştürülür. Sonra OG dağıtım transformatörleri yardımıyla alçak gerilime çevrilir. Bu işlemler yerine getirilirken çeşitli büyüklükte ve özellikle trafolar kullanılır. Bu trafolar ve yardımcı elemanların monte edildiği yerlere trafo merkezleri denir.

Trafo merkezi monte edilirken dikkat edilmesi gereken özellikler :

• Trafo merkezinin kurulacağı yer veya merkezinin tipi
• Trafo merkezinin içine konulacak transformatörün özelliği
• Transformatörün büyüklüğü
• Trafo merkezi hem estetik, hem de enerji dağıtımı ve emniyet açısından uygun olmalıdır.

Açık Hava Tipi Trafo Merkezi Kurulma Yerleri ve Özellikleri

Trafo merkezleri il ve ilçelerde kurulurken dağıtım ve istimlak kolaylığı sağlayan, zemini dayanıklı, estetiği bozmayan yerlere kurulmalıdır.
Genellikle trafo merkezleri şehir merkezlerinin dışına kurulur. Trafo merkezinin zeminin sağlam olması önemli bir özelliktir. Yüksek gerilim iletim hattına uzak olmaması ve iletim hattı çekiminin zor olmadığı alanlara dikkat edilir. Açık alanda kuruldukları için bütün malzemeler dışarıda olduğundan atmosferik koşullardan etkilenir. Bundan dolayı hava koşularının kötü olduğu yerlerde sık sık arızaların ortaya çıkmasına neden olur.
Açık yer tipi trafo merkezi malzemelerinin yerleştiği alana şalt sahası denir. Şalt sahası ayırıcılar, kesiciler, baralar, transformatör ve yardımcı gereçlerin bir arada tesis edildiği yerdir. Elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan üniteleri bulunan tesistir.

Açık Hava Tipi Trafo Merkezi Donanımları ve Özellikleri

Açık yer tipi transformatörler 150-250 MVA gücündedir. Bu merkezlerdeki 154 kV’a düşürülen enerji belli bölgelere kadar iletim yapılarak YG/OG indirici merkezlerindeki yıldız-yıldız ve yıldız-üçgen bağlı 154/34,5kV,154/10,5kV trafolar kullanılarak gerilim OG seviyesine düşürülür.
Burada kullanılan transformatörler nominal güçleri 25-50-100MVA’dır. OG. sargılarının yıldız noktaları 20 veya 60 ohm’ luk nötr direnci üzerinden topraklanır. Bu dirençler; besledikleri güç trafolarında 25 gerilim kademesi ayarı olup, yük altında değiştirilir. Etiketinde verilen primer ve sekonder anma akımlarının üzerinde belli bir süre (dakika, saat gibi) aşırı yüklenebilir. Bu süreler, imalat sırasında belirtilmiştir. Aşırı yükleme sırasında sıcaklık kontrolü yapılmalıdır. Trafolarda yalıtma, soğutma elamanı olarak yağ ve gaz kullanılır. Türkiye’de daha gaz izoleli trafolar kullanılmaya başlanmamıştır.
Kumanda Elemanları (Şalterler)
Açık şalt sahalarında orta gerilim ve yüksek gerilim sistemlerinde enerji hatlarının açma ve kapama işlemlerini yapan kumanda elamanları kesiciler ve ayırıcılar kullanılır. Kesiciler ve ayırıcılar açma ve kapama işi yapmalarına rağmen yapılarında ve kullanıldıkları yer ve kullanım şekillerinde büyük değişiklikler gösterirler.

Ayırıcılar

Orta ve yüksek gerilim sisteminde yüksüzken açma ve kapama işlemini ayırıcılar yapar. Açma ve kapama işlemi gözle görülür. Ayrıca devreyi topraklama işlemi içinde kullanılır. Kullanım yerine göre çeşitleri;.
• Hat ayırıcısı
• Bara ayırıcısı
• Toprak Ayırıcısı
• By-pass ayırıcısı
• Transfer ayırıcısı
• Bara bölümleyici ayırıcıları
Yapı bakımından yüksek gerilim trafo merkezlerinde döner izolatörlü ayırıcılar kullanılır. Yapı olarak hareketli kontaklara bağlı izolatörlere kendi ekseni etrafında istenen açılarda dönebilen ayırıcılardır. Dahili ve harici çeşitleri mevcuttur. En çok harici tipleri vardır. Yüksek ve çok yüksek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılırlar. Üretici firmalar tarafından 60, 154, 380kV gerilimlerde kullanılan döner izolatörlü ayırıcıların imalatı iki tipte yapılır. Trafo merkezlerinde kullanılan ayırıcıların kontakların açılıp kapanması için yapılan kumanda şekli ise elektrik motoru veya ve basınçlı hava kumanda edilir.

Kesiciler

Yüksek gerilimli ve büyük akımlı şalterler de, yük akımını ve kısa devre akımlarını kesmeye yarayan cihaza kesiciler denir. Yüksek gerilim iletim hatlarında meydana gelen kısa devrelerde ve yük altında açma ve kapama yapan cihazdır. Kesiciler üç fazlı veya tek fazlı kumandalı olabilir. Orta ve yüksek gerilimlerde yük altında yani devreden akım çekilirken hızlı ve emniyetli açma ve kapama yapabilen şalterlerdir. İmalatı dahili ve harici olarak yapılır. Kesiciler arkın söndürüldüğü ortama göre çeşitli tipte imal edilir. Bu kesici tipleri:
• Havalı kesiciler
• Yağlı kesiciler
• Gazlı kesiciler
• Vakumlu kesiciler
Orta ve yüksek gerilim trafo merkezlerinde en fazla gazlı kesiciler kullanılır. Sebebi açma ve kapamalarda meydana gelen arkın hızlı kesilmesi ve yangın tehlikesinin meydana gelmemesi içindir. Yüksek gerilim şalt sistemlerinde SF6 gazlı kesici kullanılır. Büyük şalt sahalarında kesiciler herhangi kısa devredeki akımı veya şebekede oluşabilecek aşırı akımları kesmek için kullanılır. Küçük dağıtım sahalarında ise (şalt sahalarında) recloser devre kesiciler otomatik devre kesicisi ya da dağıtım devrelerinin korunması için sigortalar kullanılır.

Recloser Nedir?

Tekrar kapamalı kesici olup, bir koruma cihazıdır. Havai hatlarının koruması için kullanılmaktadır. Açık hava ve işletme koşullarına dayanıklı bir kesicidir. Arıza üzerine tekrar kapama yapmak için dizayn edilmiştir.

Koruma Elemanları

Yüksek gerilim şalt tesislerinde, enerji nakil hatlarında yüksek arıza akımlarının ve gerilimlerinin oluşturacağı ısı ve diğer olumsuz etkilere karşı koruyucu veya haber verme görevini yapan devre elemanları koruma elamanlarıdır.
Yüksek gerilim enerji iletim hatlarında ve trafo merkezlerinde kullanılan koruma elemanları:
• Sigortalar
• Parafudur
• Kuşkonmazlar
• Kesiciler
• Topraklı ayırıcılar
• Koruma iletkeni
• Topraklama
• Koruma röleleri

Sigortalar

Yüksek gerilim şebekelerinin herhangi bir noktasında oluşan arızanın, arızalı işletme elemanın üzerindeki koruma elemanı tarafından arızanın diğer bölümlere yansımasını önleyerek daha büyük arızaların oluşmasını sigortalar önler.

Parafudur

Yüksek gerilim tesislerinde hat arızaları, yıldırım düşmeleri ve kesici açması gibi manevralar sonucu oluşan aşırı ve zararlı yüksek gerilim şoklarının etkisini parafudrlar önler. İletim hatlarında da oluşan yürüyen dalgaların tahrip etkisini önleyen cihazdır. Devrede iletkenler ile toprak arasında bağlanan ve her türlü elektrik cihazını geçici aşırı gerilimlere karşı koruyan elemandır.

Kuşkonmazlar

Yüksek gerilim enerji hatlarını taşıyan direklerde bulunan traverslerdeki izolatörlerin bağlantı yerinin üst kısmına kuş konması veya yuva yapması istenmez. Bundan dolayı traverslerin bu kısmına kuşların konması için U veya V şeklin de bir kuşkonmaz malzemeleri monte edilir. Arası çapraz bir şekilde galvanizli ince bağlama teli ile bağlanır. Yoksa kuş pislikleri izolatörleri kısa devre ederek toprak arızasına neden olur.

Koruma İletkeni

Örgülü çelik iletkenler olup enerji nakil hatlarına düşebilecek olan yıldırımları üzerine çekip toprağa aktarır. Koruma teli hava hatlarının üzerinde direklerin tepesine koruma teli için imal edilmiş küçük izolatörlerle irtibatlandırılarak çekilir.

Topraklama

İşletme akım devresinin bir noktasının veya tesisin akım taşımayan iletken kısımları ile toprak arasında iletken bir bağlantı yapmaya topraklama denir. Bina yakınında ve iletim hatlarının yakınına kazılan çukurlara bakır çubuk veya galvanizli çubuk veya bakır levhaların gömülmesi ile topraklama elde edilir. Topraklama devresi, elektrik tesislerinde meydana gelen arıza durumunda kısa devre akımlarını insan hayatını tehlikeye sokmayacak şekilde geçişini sağlar.

Topraklama çeşitleri;

• Koruma topraklaması
• İşletme topraklaması
• Yıldırıma karşı topraklama
• Özel topraklama olarak çeşitleri vardır.

Koruma Röleleri

Trafo merkezleri ve enerji iletim hatlarında çeşitli arızalar meydana gelebilir. Bu arızlar kısa devre, istenilmeyen yüksek gerilimler vs. Arızalar sonucunda oluşabilecek tahribatları önlemek için yüksek ve orta gerilim tesislerinin korunması gereklidir.
Enerji iletim hatlarında ve trafo merkezlerinde meydana gelen arızaları haber vermek için kullanılan röleler koruma röleleridir. Rölelere, arızaları sesli veya ışıklı devre elemanları ile bildirir. Bazı rölelerde bildirim yapmadan ayarladıkları büyüklüklere göre devreleri açar. Şebekelerde meydana gelen arızaların etkili ve ekonomik bir şekilde önlenmesi için röleler, devre açıcı elemanlar ve bildirim sistemleri ile birlikte kullanılır. Trafo merkezlerinde ve enerji iletim hatlarında kullanılan koruma röle

Çeşitleri:

• Sekonder aşırı koruma rölesi
• Diferansiyel koruma rölesi
• Toprak kaçağı koruma rölesi
• Bucholz rölesi
• Mesafe rölesi
• Isı kontrol rölesi

İzolatörler

Enerji nakil hava hatlarında kullanılan iletkenlerin, direklere yerleştirilmesine yarayan, iletkenleri taşımaya ve de toprak ile direği iletkenlere karşı izole etmeye yarayan şebeke malzemelerine izolatör denir. Trafo merkezlerinde izolatörler iletkenleri taşıma ve ayrıca bağlantıların tespitinde de kullanılır. İzolatörler elektrik akımına karşı direnci yüksek ve yüksek derecedeki sıcaklığa dayanıklı porselen, cam, epoksi reçineden yapılır. Yapılış tiplerine göre izolatör çeşitleri:
• Mesnet izolatörler
• Zincir izolatörler
• Geçit izolatörleri.

Bara Düzeneği

Aynı cins gerilimlerin toplanıp dağıtıldığı ünitelere bara denir. Bara malzemeleri bakır ve alüminyumdan olmak üzere farklı metallerden yapılır:
• Bakır lama ve alüminyum lama
• Bakır boru ve alüminyum boru
• Çelik özlü (St-Al) alüminyum iletken
Lama şeklindeki baralar iç tesislerde, boru ve iletken baralar da dış tesislerde kullanılır. İç tesislerde kullanılan baralar, faz sırasını belirlemek, malzemelerin oksitlenmemesi önlemek, akım yoğunluğunu artırıp soğutmayı sağlamak amacı ile R- Sarı, S-Yeşil, T-Mor olarak boyanır.
Bara üzerindeki enerji çıkışlar (fiderler) ile dağıtımı yapılır. Baralar yapılarına göre gruplandırılır. Tek bara sistemi, transfer bara sistemi, çift bara sistemi, kare bara sistemi, üç bara sistemi. Dağıtım kesiminde en çok kullanılan tek ve transfer bara sistemidir. Fider kesicilerinde bakım yapılırken enerji kesilir. Enerji kesimini önlemek için bakım sırasında kesici yerine geçen by-pass ayrıcısı konur. Ama by-pass ayrıcı ile besleme sırasında devre korumasız kalır.

Ölçü Aletleri

Trafo merkezinde kullanılan ölçü aletleri her fider için ayrı ayrı bağlanır. Kullanılan ölçü aletleri akım ve gerilim trafoları ile beslenir. Bu ölçü aletleri trafo merkezi içindeki panonun üzerinde bulunur. Trafo merkezinde kullanılan ölçü aletleri:
• Ampermetre
• Voltmetre
• Wattmetre
• Cosinüsfimetre
• Aktif sayaç
• Reaktif sayaç
• Trafo için yağ basıncı
• Mesafe rölesi
• Buchzoll rölesi
• Diferansiyel röle

Ölçü Trafoları

Yüksek gerilimde istenilen değerlerin ölçülmesi için ölçü aletleri doğrudan şebekeye bağlanamaz. Yüksek gerilime uygun değerlerde izolasyonu sağlamak ve uygun büyüklükte cihaz imal etmek zordur. Bundan dolayı ölçü aletlerinin ve koruma rölelerinin devreye bağlanması için yardımcı elemana ihtiyaçları vardır. Akım ve gerilim değerlerini istenilen değerlerde tutan elemanlara ölçü trafoları denir. Ölçü trafoları; akım trafosu ve gerilim trafosudur.

• Akım Trafosu

Primer akımını belirli bir oranda düşüren ve primer akımı arasındaki faz farkı yaklaşık sıfır derece olan ölçü transformatörüdür. Akım trafosu devreye seri bağlanır.

• Gerilim Trafosu

Yüksek gerilimi istenen oranda düşüren ve primer ile sekonder gerilimleri arasındaki faz farkı yaklaşık olarak sıfır derece olan bir trafodur. Devreye parelel bağlanır.

Dağıtım Panoları

Dağıtım panoları elektrik pano çeşitlerinden birisidir. Elektrik enerjisinin elde edilişi, iletimi ve dağıtımında kontrol (kumanda ) ve güvenlik konularında yönetmeliklere uyulması gerekir. Kuvvet tablosu kilitlemeli ve de butonlu olarak bir tesisin kumanda edilmesini sağlar. Tehlikeli durumlarda butona basılarak tesisin enerjisi kesildiği gibi, kilitlenerek enerjinin kontrolü isteğe bağlı duruma getirilir. Ampermetreler ve voltmetreler baralara bağlanan akım trafosu ve gerilim trafosu ile bağlanmıştır.
Devreye start stop butonları hem de röleler kumanda ederler. Amaç enerji kesilmelerinde arızalı yerin ayrılmasını sağlamaktadır. Elektrik panosunun ön yüzündeki mimig diyagramda her gerilim kademesi ayrı renkte belirtilir. Renkler; 380 kV kahverengi, 154 kV kırmızı, 66 kV kavuniçi, 34.5 kV mavi, 15 kV sarı, 10 kV ve aşağı gerilimler yeşil, toprak siyah olur. Elektrik panolarında kullanılan bütün cıvata ve somunlar paslanmaz çelik (kadminyum kaplı) yapılır.

Yangından Koruma

Trafo merkezlerinde yağlı kesiciler ve transformatörler yangın tehlikesini meydana getirebilecek makinelerdir. Trafo merkezlerinde yangın köşeleri bulunur. Burada yangın söndürücü yangın tüpü ve gerekli diğer malzemeler daima hazırdır. Ayrıca trafo merkezlerinde yangını bildirmek için yangın bildirim tesisatı da ayrı olarak çekilir.

Açık Hava Tipi Trafo Bağlantıları

Açık şalt sahalı trafo merkezleri projeleri ve bağlantıları tasarımında beslenecek fider sayısı ve gerilimin değerine göre projelendirilerek gerekli bağlantılar elektrik kuvvetli akımlar yönetmenliğine göre yapılır.
Şalt sahası bir program dahilinde işletilir. Güvenliğin daima en üst seviyede tutulması için sürekli olarak SCADA merkezlerinin gözlem ve denetimindedir. Şalt sahasının işletme programı ve işletmeci görüşü çerçevesinde enerjinin kalitesi, güvenirliği ve çalışanın can güvenliği koruması daima sağlanmak zorundadır.

Trafo Merkezi Emniyet ve Güvenlik Tedbirleri

Açık şalt sahalı trafo merkezleri bir kumanda binası, orta gerilim elemanların bulunduğu bina ve açık şalt sahasından meydana gelmektedir. Trafo merkezinde kullanılacak elemanlar için bağlantılarından önce inşaat yapılması gereklidir. Orta gerilim binası, kumanda binası ve direklerin yerleştirileceği alanda temellerin yapılması gereklidir.

Açık şalt sahalı trafo merkezleri geniş bir alana kuruldukları için önce alanın tümünü kapsayacak geniş bir tel örgü örülür ve gerekli görülen yerlere yüksek duvarlar inşa edilir. Şalt sahaları çitle çevrilir veya yeraltına inşa edilir. Şalt sahalarının çitle çevrilmesindeki amaç topraklanmış metalik çitler ile içeride herhangi bir sebeple meydana gelebilecek bir arıza sırasında insanları ve çevreyi yüksek gerilimden korumak içindir. Tesis gerilimsiz duruma getirilmeden şalt alanına girilemez. Şalt sahaları yeraltına, çitle çevrili muhafazalı açık havada veya özel amaçlı tasarlanmış binalarında bulunur. Çok yüksek binaların içinde birkaç şalt odası olabilir.

Kapalı şalt sahaları kentsel alanlarda trafo merkezleri transformatörlerden gelen sesleri azaltmak, hava koşulları veya nüfuzdan dolayı meydana gelebilecek şalt elemanlarını zararlardan korumak için kullanılır.

Manyetik alanların insan vücuduna olan etkisi önemli hale gelmiştir. Elektrik ve manyetik alana maruz kalan insan vücudunda akımların indüklendiği bilinmektedir. Yapılan incelemeler sonucunda kanser riski öne sürülmüştür.
Bundan dolayı şalt tesislerinin birçok bölgesinden elektromanyetik alan ölçümleri araştırması yapılmaktadır. Yeni trafo merkezleri yakınlarına yeni bir bina veya tesis yapılacaksa enerji hatları çevresinde bu etki ölçülerek önceden gerekli işlemler yapılmalı ve sakıncalar ortaya konulmalıdır. Bu çalışmaların sonucunda enerji hatları çevresinde bulunan insanlar için kanseri olma riski görülmüştür.
Yapılması planlanan tesisler için şalt sahası projesi doğrultusunda, tesislerin güvenilirlik konusu amaç edinilmeli, elektromanyetik alan sınır değerlerini içerisinde barındıran işletmelerin kurulması ve yenilenmesi düzenlemeleri yapılmalıdır.

Kimyasal Bağ Nedir?

06 Ocak 2016 By admin Leave a Comment
Kimyasal bağ kavramımın tarihsel gelişimi: Eski Yunan’dan itibaren madde, atom ve kimyasal bağ kavramlarının gelişimi Demokritos, Aristo, Dalton ve Avogadro gibi Filozof ve bilim insanlarının çalışmalarına dayanarak anlatılmaktadır.
Kimyasal bağ nedir? atomları birbirine bağlayan ve bir arada kalmalarını sağlayan kuvvetlere, verilen bilimsel ad.

Kimyasal bağ ve özellikleri:

Bir bağın oluşması için atomlar tek başına bulundukları zamankinden daha kararlı (az enerjiye sahip) olmalıdırlar. Genelleme yapıldığında bağlar meydana gelirken dışarıya enerji verirler. Atomlar bağ yaparken, elektron dizilişlerini soygazlara benzetmeye çalışırlar. Bir atomun yapabileceği bağ sayısı, sahip olduğu veya az enerji ile sahip olabileceği yarı dolu orbital sayısına eşittir.
Atomlar birleştiği zaman elektron dağılımındaki değişmelerin bir sonucu olarak kimyasal bağlar oluşur. Üç çeşit temel bağ vardır. Kimyasal bağ çeşitleri: iyonik bağ kovalent bağ, metalik bağ.
• İyonik bağ, elektronlar bir atomdan diğerine aktarıldığı zaman meydana gelen bağlara verilen addır. Tepkimeye giren elementlerden birinin atomları, elektron kaybedip pozitif yüklü iyonlara dönüşürken, diğer elementin atomları elektron kazanıp negatif yüklü iyon meydana getirirler. Böylece zıt (artı-eksi) bir şekilde yüklenmiş iyonlar arasındaki http://www.elektrikrehberiniz.com/elektrik/elektrostatik-nedir-13398/ çekim kuvveti, söz konusu iyonları bir kristal içinde tutar.

• Kovalent bağlar,

elektronların bir atomdan diğerine aktarılmaksızın ortaklaşa kullanıldığı bağlara kovalent bağ denir. Tek kovalent bağ, iki atom tarafından bölünmüş yani ortaklaşa kullanılan bir elektron çiftinden ibarettir. Moleküller birbirlerine kovalent bağlarla bağlanmış atomlardan meydana gelir.

• Metalik bağ,

metal ve alaşımlarda bulunan bağlardır. Metal atomları üç boyutlu bir yapı içinde düzenlenirler. Bu atomların en dış elektronları, yapının her tarafında serbestçe dolaşır ve atomların birbirlerine bağlanmasını sağlarlar.

Trafo Bağlantı Grupları

Transformatör ortak nüve üzerine sarılmış birbirinden elektriksel olarak yalıtılmış iki bobinden meydana gelen hareket etmeyen bir elektrik makinesidir.
Transformatörün bir bobininden zamanla değişen bir akım geçirilirse yani alternatif akım nüvede zamanla değişen bir akı meydana gelir. Nüvenin manyetik iletkenliği ile bu akı diğer bobini de etkileyecek ve ikinci bobinde değişken bir gerilim endükleyecektir. Bu transformatörün şeklidir.

Yüksek gerilim trafosu sargıları;

• Üçgen,
• Yıldız
• Zikzak olmak üzere üç şekilde bağlanır.

3 fazlı transformatörler de bir fazlı transformatör gibi çalışır. Üç adet aynı özellikteki bir fazlı transformatörün nüveleri birleştirilerek primer ve sekonder sargıları yıldız, üçgen yada zigzag şeklinde bağlanarak meydana getirilir. Hesapları bir fazlı eşdeğer devre üzerinden yapılsa da güç, akım ve gerilim kavramları üç fazlı düşünerek yıldız veya üçgen bağlı olmasına göre hesapları yapılır. Bu yazımızda üç fazlı transformatörlerin bağlantı gruplarını ve grup açılarını inceleyeceğiz.
3 fazlı Transformatörlerin Bağlantı Şekilleri Üçe Ayrılır.

Yıldız Bağlantı:

Yıldız bağlantı sembolü“Y” ile gösterilir. Yıldız bağlantı, hem primere ve hem de sekondere aynı şekilde uygulanır. Fazlara ait sargıların birer ucu birleştirilir. Diğer uçlara fazlar uygulanır. Birleştirme noktasına nötr veya yıldız noktası denir.

Yıldız bağlantı,

yıldız noktası sıfır olduğu için daha çok sıfırlamanın (nötr) istenildiği yerlerde kullanılır.
Üçgen Bağlantı: Üçgen bağlantı sembolü “D” ile gösterilir. Hem primere hem de sekondere uygulanabilir. Üçgen bağlantı hem primer hem de sekonder için aynıdır.

Üçgen bağlantıda fazlara ait sargılar birbirleri ile kapalı bir devre meydana getirir. Bu bağlantıda nötr hattı yoktur. Üçgen bağlantı nötr hattı istenmeyen yerlerde kullanılır.

Zigzag Bağlantı:

Zigzag bağlantı sembolü “Z” ile gösterilir. Bu bağlantı yalnız transformatörlerin sekonder tarafına uygulanır. Kullanılan iletken miktarı, yıldız veya üçgen bağlantıya göre fazladır. Primer taraf üçgen veya yıldız bağlanır.

Bağlantı için sekonderde aynı sekonderde aynı faza ait eşit gerilimli iki farklı sargı bulunur ve bu sayede fazların dengeli bir şekilde yüklenmesi sağlanmış olur. Sekonderde aynı faza ait eşit iki sargıdan biri başka faza ait nüve üzerindedir. Transformatör fazlarının eşit yüklenmemesi sonucu dengesiz çalışabilir. Zigzag bağlantı yapılarak bu denge sağlanmaya çalışılır.

Bağlantı Özellikleri

Transformatör sargılarına hangi bağlantıların uygulanacağı transformatörün gücüne, gerilimine, enerjilendireceği sistemin simetrisine (nötr noktasının yüklenme kabiliyetine) ve sistem gerilimine bağlıdır. Üçgen bağlantıda şebekenin her iki fazı bir sargıya uygulanır. Her bir sargı, şebekenin faz arası gerilimi ile beslendiğinden sargıların hem girişini hem de çıkışını aynı derecede yalıtmak gereklidir. Bu sebeple çok yüksek gerilimlerde ( 154 – 380 kV ) tercih edilmez.
Sargılara giren akımlar, şebeke akımından 1,73 oranında daha düşük olduğundan sargılarda kullanılan tel kesiti daha düşük olacaktır. Bununla birlikte sargıları enerjileyen gerilim yüksek olduğundan sipir sayısı da 1,73 kat yüksek olacaktır. Yıldız bağlantı şebekede sıfır (nötr noktası) yaratarak faz arası gerilimden başka faz, nötr geriliminin kullanılmasını sağlar. Alçak gerilim tarafında kullanılır.

Yıldız bağlantıda sargı gerilimi hat geriliminden 1,73 oranında düşük olduğundan yalıtım açısından daha avantajlı olur. Üçgen bağlantının büyük güçlerde ve düşük gerilimde; yıldız bağlantının ise küçük güçlerde ve yüksek gerilimde kullanılması avantajlıdır. Transformatörün primer veya sekonder herhangi bir sargısında üçgen bağlantı bulunmayan transformatörlerde yıldız bağlantıya ilave dengeleme sargısı konularak mıknatıslanma akımındaki harmonik bozuklukların önüne geçilebilir.
Zikzak bağlantıda her bir faz sargısı muhtelif bacaktaki sargı ile seri olarak bağlanır. Böylece akım her ne şartla olursa olsun ikiye bölünmüş olur. Üçgen bağlantı; hem alt hem de üst gerilim sargısına uygulanabilir iken, zikzak bağlantı; yalnızca sekonder sargıya uygulanabilir. Zikzak bağlantı simetrik olmayan yüklerin beslemesinde kullanılır.

Yıldız–yıldız bağlantı:

Ufak dağıtım trafolarında kullanılabilir. Nötr hattı % 10 nun üzerinde yüklenemez.

Yıldız–zikzak bağlantı:

Ufak dağıtım trafolarında kullanılabilir. Nötr hattı % 100 yüklenebilir.

Üçgen–yıldız bağlantı:

Büyük dağıtım trafolarında kullanılabilir. Nötr hattı tam yüklenebilir.

Yıldız–üçgen bağlantı:

Santrallerde kullanılan büyük güç trafoları bu bağlantı grubuna girer.

Transformatörlerde Bağlantı Grupları ve Grup Açıları

Üç fazlı güç transformatörlerinin sargılarının bağlantı grupları ve grup açıları şöyledir.
Güç trafo bağlantı şekilleri, iki harf ve bir rakamla belirtilir. Örnekle açıkladığımızda Yd1 ifadesinde birinci harf, primer (üst gerilim sargısı) sargının bağlantı şeklinin yıldız olduğunu gösterir.
İkinci harf, sekonder sargının (alt gerilim sargısı) bağlantı şeklinin üçgen olduğunu ifade eder. Rakam ise sekonder ve primer gerilimleri arasındaki grup açısını yani faz farkını gösterir.

Grup Açısı:

transformatörün primerindeki bir fazında gerilim endüklenirken, aynı fazın sekonderinde de bir gerilim indüklenir. Aynı fazın primer ve sekonder sargılarda indüklenen gerilimler arasında bir faz farkı meydana gelir. Meydana gelen faz farkına “grup açısı” denir.
Bağlantı gruplarından grup açısı 30º dereceye bölünür ve bir sabite olarak verilir.
Yd1 örneğinde grup açısı 1 x 30 = 30°dir.

bara ve bara sistemlerielektrikelektrik trafolarıotomasyontopraklama

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir