FIRAT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK TESİSLERİ LABORATUVARI DENEY FÖYLERİ

Transkript

1 FIRAT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK TESİSLERİ LABORATUVARI DENEY FÖYLERİ ELEKTRİK TESİSLERİ ANABİLİM DALI ELAZIĞ 2013 I

2 GĠRĠġ 4. sınıfın bahar yarıyılında yapılan Elektrik Tesisleri Laboratuvar Deneyleri, temel olarak Elektrik Güç Sistemlerine ilişkin konuları kapsayacak şekilde hazırlanmıştır. Bu laboratuvar çalışmasının amacı, öğrencilerin derslerde gördükleri elektrik enerjisinin üretimi, dağıtımı ve tüketimine ilişkin bir kısım önemli konuları deneyler yardımıyla pekiştirmek ve pratikte karşılaşılan diğer bir kısım konuları da uygulama yoluyla öğrenmektir. Öğrencilerin; laboratuvara gelmeden önce sadece deney föylerini değil, aynı zamanda deney konusu ile ilgili ders notlarını da gözden geçirerek deneylere hazırlıklı gelmesi, pratik çalışmaların verimini artıracaktır. Laboratuvar çalışmalarının yararlı ve başarılı geçmesini dileriz. Elektrik Tesisleri Anabilim Dalı LABORATUVAR DENEY NO. VE ĠSĠMLERĠ: DENEY-1: Transformatörlerde Aşırı Akım Koruma DENEY-2: Reaktif Güç Kompanzasyonu DENEY-3: Ölçü Transformatörleri DENEY-4: Güneş Enerjisinden Elektrik Enerjisi Elde Edilmesi DENEY-5: Elektrik Kumanda Devreleri ve PLC İle Programlama DENEY-6: Şebeke İle Paralel Çalışan Senkron Generatör DENEY-7: Asenkron Motorlara Yol Verme ve Hız Ayarı Yöntemleri DENEY-8: Yüksek Gerilim İzolatörlerinde Yüzey Kaçak Akımlarının Ölçülmesi II

3 LABORATUVARIN ĠġLEYĠġĠ ĠLE ĠLGĠLĠ KURALLAR: 1- Deneylerin %80 ine devam zorunluluğu vardır. 2- Öğrenciler deneylerin başlama saatinde laboratuvarda bulunmalıdır. Geçerli bir mazeret nedeniyle geç kalan öğrenciler, deneylere katılabilmek için laboratuvar sorumlusu öğretim üyesinden izin almak zorundadır. 3- Her bir deney için, grup adına bir öğrenci tarafından hazırlanmış tek bir rapor istenecektir. Raporlar, gruptaki öğrenciler tarafından sırayla hazırlanacaktır. Rapor notu, gruptaki tüm öğrencilerin deney notu olacaktır. Raporları tamamen veya kısmen aynı olan grupların raporları, değerlendirme dışı bırakılacaktır. Kötü (%40 ve daha düşük notla değerlendirilen) rapor hazırlayan öğrenciler, özellikle uyarılacaklardır. 4- Raporlar el yazısı ile hazırlanacaktır. Bilgisayardan, sadece tablo ve grafikler için yararlanılacaktır. 5- Raporlar, deneyin yapılış tarihinden itibaren en geç 1 hafta sonra laboratuvar teknisyenine teslim edilecektir. Zamanında teslim edilmeyen raporlar değerlendirilmeye alınmayacaktır. 6- Laboratuvar sorumlusunun haberi olmaksızın, herhangi nedenle deney ertelenmeyecektir. 7- Tüm deneylerin tamamlanmasından sonraki hafta, telafi haftasıdır. 8- Ara sınav haftasında deneyler yapılmayarak deneyler 1 hafta ileri kaydırılacaktır. 9- Ara sınav notu, her bir deneydeki hazırlık sorularının %35 i, öğrencinin deney süresince katılımı ve performansının %35 i ve deney raporunun %30 u olacak şekilde belirlenecektir. 10- Genel ve bütünleme sınavları deneylerle ilgili konulardan teorik olarak yapılacaktır. UYARILAR: 1- Deney sorumlusunun izni olmadan kesinlikle deneye setine enerji vermeyiniz! 2- Yüksek gerilim ve akım seviyelerinde deney yaptığınızı unutmayınız ve herhangi bir açık uçlu kabloya dokunmayınız! 3- Laboratuvara yiyecek ve içecek maddeleri ile birlikte girmeyiniz! 4- Hesap makinalarınızı yanınızda bulundurunuz! III

4 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:1 TRANSFORMATÖRLERDE AġIRI AKIM KORUMA 1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; şebekede kısa devre veya aşırı yüklenme sonucu oluşan aşırı akımların güç transformatörleri üzerindeki etkilerini, bunlara karşı alınacak önlemleri, rölelerle gerçekleştirilen koruma devrelerini, bu rölelerin bağlantılarını, özelliklerini ve ayarlarını incelemek ve öğrenmektir. 2. TEORĠ Transformatörün beslediği devrede yalıtım malzemelerinin sıcaklık, aşırı gerilim, dış etkiler, yaşlanma vb. nedenlerle özelliğini kaybetmesi sonucu faz iletkenlerinin birbirleriyle ya da toprakla temas etmesi durumuna kısa devre (k.d.) denir. Bu durumda devreden, anma akımına oranla büyük değerli k.d. akımı akar. Transformatörü aşırı yükleyen, yani sargılarından aģırı akım çekilmesine neden olan diğer bir etki de, anma yükünün üzerinde bir yükü (aşırı yük) besleme zorunda kalmasıdır. Aşırı yüklenme, transformatörün termik etki sonucu yanmasına neden olan bir aşırı akım oluşturur. Genel olarak 20 0 C çevre sıcaklığında anma işletme akımının %20 fazlası (1,2.I n ) Maksimum İşletme Akımı olarak kabul edilir. Bu değerin üstündeki akımların geçmesi, Aşırı Yüklenme durumudur. Çevre sıcaklığının artması durumunda Aşırı Yüklenebilme değeri azalır, sıcaklığın düşmesi durumunda ise Aşırı Yüklenebilme değeri artar. Bu özelliğe bağlı olarak, güç transformatörlerinin soğutulması yoluyla daha fazla güçte çalıştırılması mümkün olur. Güç transformatörlerinden aşırı akımlar çekilmesine neden olan k.d. arızası, iç ve dış arıza olmak üzere iki şekilde meydana gelebilir. İzolasyon; pamuk, ipek, kağıt ve izolasyon yağı gibi maddelerle sağlandığından, zamanla aşırı akım ya da aşırı gerilim etkilerinden dolayı bu maddelerde izolasyon seviyesi düşer. Bu durumda sarımlar, sargılar veya sargı-tank arasında izolasyon seviyesi düşük zayıf noktalar oluşur. Bu zayıf noktalar aşırı akım veya aşırı gerilim gibi bir zorlanma sonucu, hatta normal işletme koşullarında dahi iç arızaların oluşmasına sebep olabilir. 1. İç arızalar a. Sarımlar arası kısa devre b. Sargılar arası kısa devre c. Sargı ile tank arasında kısa devre 2. Dış arızalar a. Fazlar arası kısa devre b. Faz-toprak kısa devresi c. Aşırı yüklenme Güç transformatörünün beslediği devrede (bara ve fiderlerde) oluşan dış arızaların nedenleri ise şu şekilde özetlenebilir: - Aşırı gerilim sonucu izolatör üzerinde ark oluşması - Buşing veya izolatörlerin kırılması ya da çatlaması - İletkenlerin rüzgarda sallanması veya kar, buz yükü nedeniyle birbirine yaklaşması - İletken kopması, direk yıkılması, bir ağacın enerji iletim hattına yaklaşması - Güç transformatöründen beslenen müşterilerin aşırı yük çekmeleri Güç transformatörünün primer ve sekonder sargılarını aşırı akımlara karşı korumak amacıyla Transformatör Giriş Aşırı Akım Koruma ve Transformatör Çıkış Aşırı Akım Koruma tedbirleri uygulanır. Bu amaçla kullanılan koruma rölelerinin çalışma akımları, transformatörün anma akımına bağlı olarak seçilir ve genellikle anma akımının %20 fazlası esas alınır. Zaman ayarı ise, transformatörün kısa devreye dayanma süresine bağlı olarak belirlenir. Transformatör GiriĢ AĢırı Akım Koruması, primer sargıyı aşırı yüklenmeye karşı korumak amacıyla yapılır. Ayrıca fider koruma, transformatör çıkış aşırı akım koruma ve transformatör öz koruma tertiplerinin de artçısı olarak görev yapar. Transformatör ÇıkıĢ AĢırı Akım Koruması ise, güç transformatörünün sekonder sargısını aşırı yüklenmeye karşı korumak amacıyla yapılır. Ayrıca fider koruma tertiplerinin de artçısı durumundadır. 1

5 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 1 Transformatörün primer tarafında bulunan giriş aşırı akım korumasına ilişkin aşırı akım röleleri, primer tarafta bulunan akım transformatörleri üzerinden beslenirler ve bunların çalışma zamanı, çıkış aşırı akım rölelerinden daha büyük seçilir Rölelerle Ġlgili Temel Tanımlar Çalışma Akımı : Aşırı akım rölesinin ayarlandığı akımdır (I ç ). Röle bu akımda çalışmaya başlar. Kuplaj akımı da denir. Çalışma Zamanı : Bir aşırı akım rölesinin, çalışma akımının üzerinde bir akımla beslendiği anda, kontağın kapattığı ana kadar geçen süre olarak tanımlanır ve t ç ile belirtilir. Güç : Bir aşırı akım rölesinin beslendiği akım transformatörünün sekonderinden çektiği güç değeridir. VA ile belirtilir. Kısa Süreli Dayanma Akımı : Aşırı akım rölesinin bir saniye süre ile taşıyabileceği maksimum akım değeridir. Dinamik Dayanma Akımı : Aşırı akım rölesinin bir periyot süre ile taşıyabileceği maksimum akım değeridir. Sürekli Dayanma Akımı : Aşırı akım rölesinin sürekli olarak taşıyabileceği maksimum akım değeridir. Örnek: 3CM tipi aşırı akım rölesinde; kısa süreli dayanma akımı, minimum ayar değerinin 100 katı, dinamik dayanma akımı, minimum ayar değerinin 500 katı ve sürekli dayanma akımı, ayar akımının 2 katıdır AĢırı Akım Rölelerinin ÇalıĢma Karakteristiklerine Göre Sınıflandırılması Aşırı akım röleleri, uygulamada karşılaşılan her türlü ihtiyaca cevap verebilecek karakteristiklerde imal edilmişlerdir. Bu karakteristiklerden, koruma amacına uygun olan röle seçilir ve kullanılır: a) Ani çalışmalı aşırı akım röle karakteristiği b) Sabit zamanlı aşırı akım röle karakteristiği c) Ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği d) Belli minimumlu ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği e) Ani elemanlı ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği f) Ani elemanlı sabit zamanlı aşırı akım röle karakteristiği g) Çok ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği h) Aşırı ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği Aşırı akım rölelerinin çalışma karakteristikleri (Akım-Zaman eğrileri), t = f(i) ile verilir. Bu fonksiyon K genel olarak, t şeklindedir (K, bir katsayı). Burada n in çeşitli değerlerine göre, değişik eğimlere n I / Iç sahip karakteristikler elde edilir: n=0 için t = K = sabit (b tipi röle karakteristiği) n=1 için t K (c tipi röle karakteristiği) I / Iç n=2 için... K 2 I / Iç t (d tipi röle karakteristiği) Sabit veya Ters Zamanlı Röle Kullanılmasının ġartları: Sabit zamanlı röle çoğunlukla yalıtılmış sistemlerde kullanılır. Rölenin bağlı olduğu noktadan önceki reaktans (kaynak reaktansı) X s ve o noktadan sonraki reaktans (şebeke reaktansı) da X şe olsun. Genel olarak rölenin bağlı olduğu sistemin üretim kapasitesi küçükse (X s >> X şe ) ve üretim fazla değişmiyorsa, arıza akımı '' arıza yerine göre değişmiyor demektir. Yani I k nün sabit olması söz konusudur ve bu durumda sabit zamanlı röle kullanılır. Arıza akımının, üretim kapasitesi ile ve arıza yeri ile fazla değiştiği hallerde ters veya çok ters zamanlı röle kullanmak daha uygun olur. Nötrü doğrudan topraklı sistemlerde (X s /X şe ) < 2 durumu, kriter olarak alınabilir. 2

6 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: AĢırı Akım ve Toprak Rölelerinin Kullanılma Yerleri Aşırı akım ve toprak rölelerinin yapıları ve çalışma özellikleri aynıdır. Ancak akım tepleri (akım ayar değerleri) farklıdır. Mesela aşırı akım rölelerinin akım tepleri; (3-12) A, toprak rölelerinin ise (0,8-2) A arasında değişir. Bu rölelerin nerelerde ve kaç adet kullanılacağı, korunacak donanımın bağlı olduğu şebekede oluşacak fazlar arası ve faz-toprak arızalarında, arıza akımlarının dağılış biçimine göre belirlenir. Şekil 1 i ele alalım. Bu şebekenin 1, 2, 3, 4, 5, 6 noktalarına konulacak koruma sistemlerinde toprak rölesi gerekmez. Çünkü şebekenin U 2 gerilimli bölümü, üçgen bağlantı nedeniyle topraktan tamamen yalıtılmıştır ve bu bölümde oluşacak faz-toprak arızalarında toprak akımı akmaz. ġekil 1. Güç sistemlerinde aşırı akım ve toprak rölesi kullanımı (Örnek 1) Şekil 2 de transformatörün primer tarafında sıfır bileşen akımı akmayacağı için toprak rölesine gerek yoktur. Transformatörün kaynak tarafı üçgen olduğundan en az iki faza röle konulmalıdır. Üç aşırı akım rölesi kullanılması korumanın güvenilirliğini arttırır. Arıza sırasında akım transformatörlerinin sekonder akımları birbirine zıt yönde olduğundan, akım transformatörlerinin nötründen geçen akım sıfır olur ve bu noktaya konulacak toprak rölesi çalışmaz. Transformatörün sekonder sargısı doğrudan topraklı olduğundan, bu kısımda meydana gelecek faz-toprak kısa devresinde I n = 3.I o toprak akımı akar. Minimum olarak (iki aşırı akım + toprak) düzeni gerektirir. ġekil 2. Güç sistemlerinde aşırı akım ve toprak rölesi kullanımı (Örnek 2) Şekil 3 de kaynak (hat başı) transformatörü ile hat sonu transformatörü arasındaki bölgede bir faz-toprak arızası meydana geldiğinde, toprak akımı her iki transformatörün yıldız sargısından da geçecektir. Hat sonu transformatörünün sekonder sargısı üçgen olduğundan sıfır bileşen akımları bu bölüme intikal etmez. Yani üçgen tarafta toprak rölesi gereksizdir. Şekilde sembol içerisindeki I, aşırı akım ve I 0, toprak rölesini göstermektedir. Röle sayıları da sembollerin altında yazılmıştır. 3

7 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 1 ġekil 3. Güç sistemlerinde aşırı akım ve toprak rölesi kullanımı (Örnek 3) İki aşırı akım ve bir toprak rölesi kullanılması durumunda dikkat edilmesi gereken; orta fazda koruma olmamasına rağmen, bu faza akım transformatörü konulması ve bunun çıkışının diğer fazların çıkışı ile yıldızlanmasıdır. Şekil 4 de, iki transformatör arasındaki hattın F noktasında meydana gelecek bir faz-toprak arasında 3.I o akımı, hat sonu transformatörü üzerinden devresini tamamlayacaktır. Ancak hat başı transformatörünün önüne (üçgen tarafına), buradaki sargı üçgen olmasına rağmen daha güvenilir bir koruma sağlamak için iki yerine üç adet aşırı akım rölesi konulmuştur. Çünkü arızalı olmayan fazlardan I o akımı akarken, arızalı fazlardan 2.I o akımı akacak ve arızalı olmayan fazlarda I o akımı röleyi çalıştırmaya kafi gelmese bile, arızalı fazlardan akan 2.I o akımı, bu fazdaki röleyi çalıştıracaktır. Burada toprak rölesinin kullanılmasının hiçbir faydası olmaz. Çünkü gerek arızada, gerekse normal işletmede üç faz akımının toplamı sıfır olacaktır. ġekil 4. Güç sistemlerinde aşırı akım ve toprak rölesi kullanımı (Örnek 4) Primeri doğrudan topraklı hat sonu transformatörlerinin sekonder sargıları üçgen ise X o değeri küçük olduğundan, hattaki arızalarda, hat sonu transformatörleri de devreden çıkmaktadır. Bu transformatör olduğu takdirde X o büyümekte ve geçen arıza akımı küçüleceği için çalışmaya devam edebilmektedir Doğru Akım Kumanda Sistemleri D.a. sistemleri, santral ve transformatör merkezlerinin en önemli yardımcı sistemlerinden biridir. Genellikle koruma rölelerini çalıştırma ve kesici açma bobinlerine açma kumandası gönderme görevini yaparlar. Ayrıca merkezlerde, acil durumlarda (a.a. kesilmesinde) aydınlatmayı da sağlarlar. Rölelerin kesicileri açtırmaları, sekonder devrede bulunan kesici açma bobinlerin enerjilendirmeleri ile olur. Bu enerjilendirme işlemi dört şekilde yapılabilir: a) Sekonder Devreden Geçen Arıza Akımının, Kesicinin Açma Bobininden Geçirilmesi (Seri Açtırma) Şekil 5 de görüldüğü gibi; röle, kesici açma bobinin kısa devre eden kontağını arıza anında açarak, arıza akımının kesici açma bobininden geçmesini sağlar. Bu sistemin olumlu yanı, başka bir yardımcı ünite (a.a. veya d.a.) gerektirmemesidir. Olumsuz yanı ise, arıza akımının yeterli düzeyde olmaması halinde (bazı toprak arızaları), kesicinin açma bobinini çalıştırmamasıdır. Bu tür kumanda sistemi küçük dağıtım merkezlerinden kullanılabilir. 3,3 ve 6 KV luk sistemlerde 150 MVA, 15 KV luk sistemlerde ise 250 MVA arıza düzeyine kadar bu açtırma şekli uygulanabilir. Arıza akımlarının röle kontaklarını tahrip etmemesi için ayrıca seri şok bobinleri kullanılır. 4

8 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 1 ġekil 5. Sekonder akım ile kesici açma bobinini enerjilendirme (Seri açtırma) b) A.a. Besleme Kullanarak Açma Bobinini Enerjilendirme Şekil 6 da görüldüğü gibi rölelerin çalışması halinde, röle kontakları kapanır ve yardımcı a.a. kaynağı aracılığı ile kesicinin açma bobini enerjilenir. c) D.A. Besleme Kullanarak Açma Bobinini Enerjilendirme Bu sistemde de Şekil 6 daki bağlantı kullanılır. D.a., akü grupları ile elde edilir. Aküler, yeterli güçte gerilim transformatörleri veya servis transformatörleri üzerinden beslenen redresörlerle şarjlı tutulur. Bu sistemde, korunan devrede oluşan arızalar aküleri etkilemeyeceğinden, arızaların yeri ve düzeyi önemli olmamakta ve her türlü arıza güvenlikle giderilebilmektedir. Ancak doğru akım sistemlerinde akülerin bakımı çok önemlidir. Bakımsız kalan aküler, arıza anında rölelerin çalışmasına rağmen kesicileri açtıramayacağı için büyük tahribata neden olabilir. D.a. gerilim seviyesi ve akü grubunun kapasitesi, istasyon büyüklüğüne ve kullanılan donanımın d.a. tüketimine göre seçilir V d.a. kademeleri yaygındır. ġekil 6. Yardımcı bir a.a. kaynağı ile kesici açma bobinini enerjilendirme d) Kondansatör ġarj Düzeni Küçük tesislerde kullanılır. D.A. beslemeli açtırma gibidir. Burada kaynak olarak kondansatör kullanılır. Şekil 7 de görüldüğü gibi, giriş tarafından beslenen gerilim transformatörü bir kondansatörü yükler. Bu besleme bir redresör tarafından sağlanır. 5

9 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 1 ġekil 7. Kondansatör yardımıyla kesici açma bobinini enerjilendirme 3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1.Deneyde Kullanılan Elemanlar Kesici Akım Transformatörü Reosta Aşırı Akım Rölesi Toprak Rölesi Tekrar Kapama Rölesi D.a. Güç Kaynağı Ampermetre Voltmetre Aktif ve Reaktif Enerji Sayaçları 3.2.Deneyin YapılıĢı Şekil 8 de verilen bağlantıya uygun olarak hazırlanan deney sisteminde; 1- Kesici kapalı iken, 220 V luk besleme yardımı ile yük üzerinden akım geçirilir. Yük akımına bağlı olarak akım transformatörünün sekonderinden geçen akım, röle üzerinde ayarlanan referans değerden büyük olursa; güç kaynağı kesicinin açma bobinini enerjilendirir ve kesici kontakları açılır. 2- Kesicinin açılmasını müteakip, ayarlanan süre sonunda Tekrar Kapama Rölesi kesicinin kapama bobinini enerjilendirir ve otomatik olarak kesici kontaklarının kapanmasını sağlar. 3- Arıza devam ediyorsa, koruma rölesi kesiciyi tekrar açtırır. Eğer geçici arıza söz konusu ise, Tekrar Kapama Rölesinin kesiciyi kapatmasından sonra koruma röleleri kesiciyi açtırmaz ve yükün beslenmesi devam eder. 4- Röleler üzerindeki ayarlar değiştirilerek, yukarıdaki işlemlerin oluşumu tekrar izlenir RAPORDA ĠSTENENLER 1- Ampermetreler ile sayaçların açık bağlantı şemalarını çiziniz. 2- Koruma rölelerinin ayarları ile röle karakteristikleri hakkında bilgi veriniz. 3- Rölelerin zaman ayarları nasıl yapılır? Bir örnek üzerinde açıklayınız. 6

10 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 1 ġekil 8. Aşırı akım koruma deneyinin bağlantı şeması 7

11 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:2 REAKTĠF GÜÇ KOMPANZASYONU 1. DENEYĠN AMACI Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin elektrik enerjisine olan ihtiyaçları gün geçtikçe artmaktadır. Aynı şekilde Türkiye deki enerji talebinin de artışı söz konusudur. Bu talebe cevap verebilmek için mevcut enerji üretiminin devamlı olarak artması gerekir. Buradan üretimin artırılmasına yönelik bazı tedbirlerin alınması gerektiği sonucuna varılabilir. Bu tedbirler; yaz saati uygulaması ve enerji ihtiyacının büyük olduğu puvant saatlerde, enerji sarfiyatını sınırlamak için yüksek ücretli tarifeler uygulamaktır (Akıllı sayaçlar ile bu uygulamaya geçilmiştir). Diğer bir yöntem ise güç katsayısının düzeltilmesidir. Bu deneyin amacı, güç katsayısının düzeltilmesi işlemini genel hatları ile incelemektir. 2. TEORĠ 2.1. Reaktif Güç ve Güç Katsayısı Normalde tüketiciler, şebekeden sadece I gibi bir zahiri akım çekerler. Fakat hem fiziksel hem de matematiksel kolaylık sağlamak için tüketicilerin çektikleri alternatif akımın, teorik olarak biri aktif diğeri reaktif iki bileşenden oluştuğu kabul edilir. Aktif akımın meydana getirdiği aktif güç, tüketici tarafından faydalı hale getirilir. Aktif güç, motorlarda mekanik güce, ısıtıcılarda termik güce ve aydınlatma cihazlarında aydınlatma gücüne dönüşür. Reaktif akımın meydana getirdiği reaktif güç ise faydalı güce çevrilemez. Reaktif güç yalnız alternatif akıma bağlı bir özellik olup, elektrik tesislerinde istenmeyen etkiler oluşturur. Generatörleri, transformatörleri, hatları, bobinleri meşgul eder ve gereksiz yere yükler. Ayrıca bunların üzerinde ilave ısı kayıplarına ve gerilim düşümlerine yol açar. Aktif güç enerjisi normal sayaçlarda tespit edildiği halde, reaktif enerji aktif sayaç ile kontrol edilemez. Reaktif enerjiyi ölçmek için reaktif güç sayacına ihtiyaç vardır. Her ne kadar reaktif güç faydalı güce çevrilemez ise de bundan tamamen vazgeçilemez. Elektrodinamik prensibe göre çalışan generatör, transformatör, bobin ve motor gibi bütün işletme araçlarının normal çalışmaları için gerekli olan manyetik alan reaktif akım tarafından meydana getirilir. Onun için faydalı aktif gücün yanı sıra reaktif güce de ihtiyaç vardır. Şebekeden çekilen akım ile gerilim arasındaki açının kosinüsüne güç faktörü denir ve ile gösterilir. Bir tüketicinin şebekeden çektiği görünür güç S P jq 3 U. I 3U I (1) f h. dır. Burada U f faz-nötr gerilimi, U h hat gerilimi (fazlar arası gerilim) ve I hat akımıdır. Hat akımı I I ji I. cos ji.sin p q (2) şeklinde yazılır. I p aktif akım I q reaktif akımdır. Buradan aktif güç ifadesi P S. cos 3U. I cos 3U. I.cos f h (3) P U. I cos 3U. I.cos (4) 3 f p h p 1 ve 2 nolu denklemden reaktif güç yazılacak olursa Q S sin 3U. I cos 3U. I.sin (5). f q h q olur. Kompleks ifadelerde olduğu gibi bu denklemlerde de şu bağıntılar vardır. 2 2 I (6) I p I q 8

12 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: S P Q (7) ġekil 1. Güç üçgeni 2.2. Reaktif Güç Tüketicileri Reaktif güç tüketimi bakımından tüketicileri iki gruba ayırmak mümkündür. Bunlardan birincisi, sadece ısı enerjisi üreten tüketiciler ile akkor flamanlı lambalar, elektroliz ve galvanoplasti tesisleridir. Bunlar sadece aktif güç çekerler, reaktif güç tüketimi yoktur. İkinci gruba ise elektrik tesislerinde kullanılan manyetik veya statik alan ile çalışan bütün işletme araçları girerler. Bunlar aktif güçle beraber reaktif güç de çekerler. Mesela; düşük uyartımlı senkron motorlar, transformatörler, bobinler, havai hatlar, asenkron motorlar, redresörler, endüksiyon ve ark fırınları, kaynak makineleri vb. Bir seri RL yüküne ait akım, gerilim ve güçlerin değişimleri Şekil 2 de verilmiştir. ġekil 2. Bir seri RL devresine ait akım, gerilim ve güç değişimleri 2.3. Reaktif Güç Üretimi ve Kompanzasyon Reaktif güç ihtiyacını karşılamak için reaktif gücün bir yerde üretilmesi gerekir. Bunu için en eski ve en klasik yol aktif güç gibi reaktif gücün de senkron generatör tarafından üretilmesidir. Reaktif güç üretimi aktif güç gibi santrallerde su kuvveti, akaryakıt, kömür vb. ham madde kullanımını gerektirmez, sadece generatör uyartımı artırılarak reaktif güç üretimi sağlanır. Dolayısıyla bu şekilde üretilen reaktif gücün tüm enerji sistemini meşgul etmesi söz konusu olur. Tüketicilerin normal olarak şebekeden çektikleri endüktif gücün, kapasitif yük çekmek sureti ile özel bir reaktif güç üreticisi tarafından dengelenmesine kompanzasyon denir. Böylece tüketicinin şebekeden çektiği reaktif güç çok azalır. Reaktif güç üretimi için iki işletme aracından yararlanılır: dinamik faz kaydırıcılar ve kondansatörler. 9

13 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Dinamik Faz Kaydırıcı Reaktif güç üretiminde kullanılan dinamik faz kaydırıcıların başında aşırı uyartılmış senkron makinalar gelir. Genel olarak santrallerden gelen enerji nakil hatlarının sonunda ve tüketim merkezlerinin başında şebekeye paralel bir senkron makina bağlanır ve bölgenin reaktif güç ihtiyacını bu makina karşılar. Şebekeye bağlanan senkron makine, şebekeden boşta çalışma kayıplarını karşılayacak kadar az bir aktif güç çeker ve böylece şebekeye istenen reaktif gücü vererek bir reaktif güç generatörü olarak çalışır. Senkron faz kaydırıcıların kayıpları kondansatörlere göre daha yüksek olduğu gibi devamlı bakıma ihtiyaçları da vardır. Güçleri büyük olduğu takdirde ekonomik olarak inşası ve temini mümkün olur. Dinamik faz kaydırıcılar bugün ancak özel hallerde ve ekonomik şartların elvermesi durumunda kullanılırlar Statik Faz Kaydırıcı Reaktif güç üretiminde statik faz kaydırıcıların yani kondansatörlerin üstünlükleri sayılamayacak kadar çoktur. Kondansatörlerin kayıpları nominal güçlerinin % 0,5 i kadardır, bakım masrafları yok denecek kadar azdır. Ayrıca kondansatörlerle istenen her güçte reaktif güç üretimi yapılır. Bu işlem reaktif gücün tüketildiği yerde yani yüke en yakın yerde yapıldığı için, orta ve alçak gerilim şebekeleri reaktif gücün yükünden kurtarılmış olur. Bu nedenle kompanzasyon için en uygun araç kondansatörlerdir. Kondansatörlerin hesabı Kondansatörler alternatif akım şebekesinde bir reaktans gibi tesir ederler. Ohm cinsinden kapasitif reaktans x C 1 C (8) dir. Ohm kanununa göre U gerilimine bağlanan bir kondansatörün çektiği kapasitif akım I U x C. C U. C (9) dir. Bu akım U gerilimine göre 90 önde gider. O halde şebekeye bağlı bir kondansatörün şebekeden kapasitif bir akım çekmesi, şebekeye endüktif akım vermesine eşdeğerdir. Kondansatörün gücü Q U 2.. C I C. C (10) şeklinde elde edilir. Üç fazlı alternatif akım tesislerinde kondansatörler şebekeye veya tüketici uçlarına üçgen ya da yıldız olarak bağlanabilirler. Üçgen bağlamada her iki hat arasındaki kondansatörün kapasitesi C ile ve yıldız bağlamada her faza bağlanan kondansatörün kapasitesi C ile gösterilirse, üçgen bağlama için Q C I C 3U 2 h.. C 3U h. I C VAR (11). C yıldız bağlama için ise, Q C U 2 h.. C 3U h. I C 3I C. C (12) yazılabilir. Yıldız ve üçgen durumu için Q C gücünün eşit olduğu kabul edilirse kapasiteler arasında C 3.C (13) eşitliği bulunur. 10

14 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 2 ġekil 3. Kompanzasyonda güç bileşenleri 2 C=P.(tan -tan )/6..U c Yıldız veya üçgen bağlandıklarında kullanılacak kondansatör değerleri aşağıdaki gibi belirlenir: Üçgen bağlamada; Yıldız bağlamada; C =P.(tan -tan )/(6..U 2 ) C =P.(tan -tan )/ (2..U 2 ) U=U c =Fazlar arası gerilim U= Eğer kondansatörün işletme gerilimi küçükse yeteri sayıda kondansatör seri bağlanır. Seri bağlanacak kondansatör sayısı; Üçgen bağlamada; Yıldız bağlamada; n =U/U c n =U/U c Sayının virgüllü çıkması halinde tam kısmın bir üstü alınır Kompanzasyonun Yararları ġebekedeki Yararları Güç katsayısının düzeltilmesi ile şebekede hissedilir derecede rahatlama olur. Bunu da üç madde halinde özetlemek mümkündür. 1) Şebekenin güç taşıma yeteneğinin artırılması 2) Şebekede ısı kaybının azalması 3) Gerilim düşümü azalması Tüketicideki Yararları Kompanzasyon yolu ile güç katsayısının düzeltilmesi halinde, reakif güç sarfiyatı için enerji dağıtım şirketine verilecek ücret tüketicide kalacaktır. Bu da tüketici için çok önemlidir Kompanzasyon ÇeĢitleri Münferit Kompanzasyon Devamlı olarak işletmede bulunan oldukça büyük güçlü tüketicilerin reaktif güç ihtiyacını sağlamak için; kondansatörlerin yükün ucuna paralel bağlanması ve müşterek bir anahtar üzerinden tüketici ile birlikte devreye alınıp çıkartılmasıdır. 1. Asenkron motor 2. Transformatör 3. Deşarj lambaları Grup Kompanzasyonu Bir çok tüketicinin bulunduğu bir tesiste her tüketicinin ayrı ayrı kondansatörlerle donatılması yerine bunların müşterek bir kompanzasyon tesisi tarafından beslenmesi daha ekonomik ve pratik sonuçlar verir. Bu durumda kondansatörler özel anahtarlar üzerinden ve gerektiğinde kademeli olarak şebekeye bağlanırlar Merkezi Kompanzasyon Grup kompanzasyonunun biraz daha genişletilmesi ile elde edilir. Merkezi kompanzasyonda tüketici sayısı çok olduğundan ve bunların hepsinin sabit güçle sürekli olarak devrede bulunması söz konusu olmadığından, değişen reaktif güç ihtiyacının karşılanması için kapasitelerin de uygun bir şekilde devreye alınıp çıkartılması gerekir. Bu sayede hem düşük hem de aşırı kompanzasyondan kurtulmuş olunur. Bu şekilde yapılan kompanzasyona merkezi kompanzasyon denir. Devreden kondansatör grubu çıkarmak gerektiğinde, devreye ilk alınan kondansatör grubu önce çıkarılır. Kondansatör ani olarak boşalabileceğinden sigortalardan geçecek akım kondansatörlerin nominal değerinden büyük olacaktır. Anma akımının 1.5 katından büyük akımlara izin verebilecek sigortalar seçilmelidir Kompanzasyonla Ġlgili Kavramlar Grup: Rölenin çıkışındaki her bir kontaktöre bağlı olan kondansatör gücüne grup denir. Tesisin reaktif güç ihtiyacı bu grupların devreye alınıp çıkartılması ile kademeli olarak ayarlanır. Küçük kompanzasyon tesislerinde 11

15 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 2 genellikle 3 grup yeterlidir. Orta büyüklükteki tesislerde 5-6 grup ile hassas bir ayar yapılabilir. Büyük tesislerde grup sayısı ye kadar çıkabilir. Ayar dizisi: Grup güçlerinin oranına ayar dizisi denir. Dizide bir grubun gücü en çok kendinden önceki grupların güçlerinin toplamından ilk grup kadar fazla olabilir. C/k değeri: Bu büyüklük, reaktif güç rölesinin faaliyete geçme değerini ifade eder. Burada C kvar cinsinden 1.grubun gücü ve k ise akım transformatörünün çevirme oranıdır. C/k büyüklüğü genellikle 0,01 ile 0,3 arasında değişir Reaktif Güç Kontrol Röleleri Reaktif güç röleleri; otomatik kompanzasyon tesisini denetleyen ve kullanıcının reaktif güç gereksinimini ölçerek buna göre kondansatörleri devreye alan veya devreden çıkaran elemanlardır. Reaktif güç rölesi otomatik kompanzasyon tesisinin beyni olarak düşünülebilir. Ölçüm yaparak veri toplar, bunları değerlendirir, ayar değeri ile karşılaştırır ve kontaktörler aracılığı ile kondansatör gruplarını denetler. Uygun röle seçiminde işletmenin endüktif yük karakteristiği önemlidir. Büyük güçlü endüktif yüklerin bulunduğu işletmelerde az adımda yüksek güçlü kondansatör bataryaları ile kompanzasyon yapılabilir. Küçük endüktif yüklerin devreye sık girip çıktığı işletmelerde ise küçük güçlü çok kademeli sistemler seçilir. Reaktif güç röleleri: - Ayrı bir akım transformatöründen beslenmelidir. - Reaktif gücü sezebilmeleri için akım ve gerilim bilgilerine ihtiyaç duyarlar. Akım bilgisinin alındığı transformatör oranı gereğinden büyük seçilirse, röleye gelen akım bilgisi rölenin sezebileceği değerin altında kalabilir. % potansiyometresiyle rölenin duyarsız olduğu aralık güç ekseninde kapasitif ve endüktif bölgelere kaydırılabilir. Bu aralık 1. kademe kondansatör gücüyle belirlenir. % skala değerleri arasında yapılan ayar ile hesaplanan ortalama Cos değerine ulaşılır. Şekil 4 de bu ayar örnekleri verilmiştir. Şekil 4-a da; %0: Röle endüktif ve kapasitif bölgelerde simetrik değerlerde devreye girip çıkar. Şekil 4-b-c de ise; %50 ve %100: Kademelerin devreye girip çıkması endüktif bölgelerde gerçekleşir. (a) (b) (c) ġekil 4. Reaktif güç rölesi çalışma bölgeleri Röle; taralı bölge içinde kalan reaktif güç değişimlerine cevap vermez. Bu taralı bölgenin genişliği 1.3 c/k kadardır. Röle 1. kademe gücünün 0.65 ini aşan değerlerde etkinleşir. Bu nedenle iyi bir kompanzasyon için uygun c/k değeri ve adımlama seçilmesi önemlidir. Röle; gereğinden fazla kondansatör alıp aşırı kompanzasyon olduğu halde kondansatörleri devreden çıkarmıyorsa, akım transformatörü yük ve kondansatör akımlarını sezecek biçimde bağlanmamıştır. Akım transformatöründen bu akımların geçmesi gereklidir. Sistem yükü endüktif olmasına rağmen röle devreye kondansatör almıyorsa akım transformatörü yanlış fazdadır. Devre endüktif olduğu halde röle kapasitif gösteriyor (kap ışığı yanıyor) ise akım transformatörü bağlantısı ve gerilim bağlantısı uyuşmuyor demektir. 3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyden Önce Ġstenenler 1- Seri bir RL devresinin fazör diyagramını çiziniz. 2- Seri RL yüküne paralel bir kapasite bağlanması durumu için; Şekil 2 deki gibi akım, gerilim ve güçlerin değişimlerini ve fazör diyagramını çiziniz. 3- (13) eşitliğiyle belirtilen durumun avantaj ve dezavantajları nelerdir? deki 3 maddenin ispatını yapınız Deneyde Kullanılan Elemanlar Kompanzasyon panosu Direnç yük bankası İndüktans yük bankası 12

16 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Deneyin YapılıĢı Deneyde Reaktif Güç Kontrol Rölesi (RGKR) ile bir RL yükünün reaktif güç kontrolü yapılacaktır. Öncelikle panodan Şekil 3 deki bağlantının yapılıp yapılmadığı kontrol edilmelidir RGKR nin Bağlanması 1- Röleyi bağlamadan önce Şekil 5 deki bağlantıyı dikkatle inceleyiniz. 2- Akım trafosunu ana şalter çıkışına veya ana giriş sigortalarından birinin ayağına bağlayınız. En çok karşılaşılan hata, akım trafosunun kompanzasyon panosundan sonra bağlanmasıdır. Bu durumda röle çalışmaz. Akım trafosu daima kondansatörlerden önce ve işletmenin ilk girişine bağlanmalıdır. Ayrıca akım trafosundan çıkan telleri en kısa yoldan (panonun demir aksamına ve diğer kablolara sarmadan), tercihen 2x1.5 TTR kablo kullanarak rölenin 1 ve 2 nolu uçlarına bağlayınız. 3- Akım trafosunun bağlı olduğu faz R olsun. Rölenin 4 ve 5 no lu klemenslerine mutlaka diğer iki fazı yani S ve T yi bağlayınız. Bağlantı şeması aşağıda gösterilmiştir. ġekil 5. RGKR nin bağlantı şekli RGKR nin ĠĢletmeye Alınması 1- % ayar düğmesini 0.50 ye getiriniz. (TEİAŞ ın öngördüğü değerdir) 2- Röleyi otomatik konumuna alınız. 3- C/k ayar düğmesini 0.05 e alınız. Devreye endüktif bir yük (örneğin motor) alınız. Röle üzerindeki ind ışığı yanmalıdır. Kap yanıyorsa 4 ve 5 no lu uçları ters çeviriniz. 4- Bundan sonra geriye kalan tek işlem c/k ayarının düzgün olarak yapılmasıdır. Tablo 1 de c/k ayarı için seçim tablosu görülmektedir. Akım Trafosu 1. kademedeki kondansatör gücü / / / / / / / / / / / / / Tablo 1. c/k ayarı için seçim tablosu 13

17 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Kompanzasyon Sisteminde Olabilecek Arızalar 1- Şebekedeki harmonikler dolayısıyla kondansatör ünitelerinde aşırı akımlar meydana gelebilir. 2- Rölenin sık sık devreye girip çıkması ile salınımlar meydana gelebilir. 3- Seçilen kontaktörler, kondansatörleri devreye alırken geçen akım şiddetine uygun seçilmemiş olabilir. 4- Röle çalışamaz. 5- Düşük yükte büyük grupların devreye alınması. 6- Kompanzasyonun yavaş çalışması. 7- Kontaktörlerin kontaklarının yanması. 4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Reaktif gücün önemini belirtiniz. 2- Reaktif gücün şebekede oluşturduğu olumsuzluklar nelerdir? 3- Reaktif güç üreten ve tüketen kaynakları belirtiniz. 4- Düşük güç faktörünün meydana getirdiği sorunlar nelerdir? 5- Kondansatör değerinin bulunuşunu teorik olarak ispatlayınız. 14

18 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:3 ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERĠ 1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı, ölçü aletleri ve koruma röleleri için kullanılan ölçü transformatörlerini tanımak ve incelemektir. Yüksek akım veya gerilimi belirli bir oran dahilinde düşürerek ölçü aletlerini ve röle devrelerini besleyen cihazlara ölçü transformatörleri denir. Yüksek gerilim tesislerinde akım değeri büyük ve gerilim yüksek olduğundan, kullanılacak aletlerin üretiminin pahalı oluşu ve yüksek gerilim işletme personelinin hayati tehlikeye maruz kalması nedeniyle ölçü transformatörlerine ihtiyaç duyulur. Akımı belirli bir oranda düşürenlere akım transformatörleri, gerilimi belirli bir oranda düşürenlere de gerilim transformatörleri denir. Ölçü transformatörlerinin kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesini sağlar. Bu transformatörlerin temel kullanım amaçları şöyle sıralanabilir: a) Ölçme ve koruma taçhizatını primer gerilimden izole ederek güvenli çalışmayı sağlamak. b) Değişik primer değerlerine karşılık standart sekonder değerler elde ederek, sekonder teçhizatın her devrede kullanılmasını sağlamak. c) Koruma rölelerinin çeşitli uygulamalarına imkan sağlamak. 2. TEORĠ 2.1. Akım Transformatörleri Akım Transformatörlerinin Yapısı Şekil 1 de görüldüğü gibi akım transformatörleri; manyetik nüve, primer sargı, sekonder sargı, gövde ve izolatör kısımlarından oluşur. Akımı düşürmek amacıyla kullanıldıklarından primer sargıları kalın kesitli ve az sarımlı, sekonder sargıları ise ince kesitli ve çok sarımlıdır. ġekil 1. Akım transformatörünün yapısı Akım Transformatörlerinde Doğruluk Sınıfı Ölçü transformatörleri yüksek akımı dönüştürmeleri anında gerek sargıların direnci gerekse nüve kalitesinden dolayı belli bir hata yaparlar. Bu hata transformatörlerin nominal çalışma şartlarında meydana gelen bir değerdir ve ölçü transformatörünün oranına göre % olarak ifade edilir ve 0.2 sınıflı ölçü transformatörleri laboratuvarlarda, sınıflı ölçü transformatörleri hassas ölçmelerde, - 1 sınıflı ölçü transformatörleri endüstriyel ölçmelerde, - 3 sınıflı ölçü transformatörleri koruma devrelerinde, kullanılır. % 25 ve daha küçük oranlı çalışma şartlarında ölçme hatası artar Akım Transformatörlerinde Sargı ÇeĢitleri Akım transformatörlerinin sekonderine bağlanacak ölçü aletinin empedansının etiket değerinin üzerine çıkması durumunda akım transformatörleri aşırı yüklenmiş olur. Bu durumda transformatörün, daha büyük güçlü 15

19 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 3 bir transformatörle değiştirilmesi yerine, mevcut transformatörün sargı bağlantıları değiştirilir. Transformatörler birden fazla sargılı veya kademeli yapılırken akım ve sargı arasındaki dönüştürme oranının sabit tutulması gerekir. Sargı çeşitleri; 1) Primeri tek, sekonderi tek sargılı akım transformatörleri Bu akım transformatörlerinin primeri ve sekonderi tek sargılı olduklarından sarım sayısı değiştirme imkanı yoktur. Bunların etiketinde tek bir dönüştürme oranı belirtilir (100/5A, 500/5A gibi). 2) Primeri çift, sekonderi tek sargılı akım transformatörleri Bu akım transformatörlerinin primerinde özellikleri birbirinin aynı iki adet sargı mevcuttur. Primer sargılar kendi aralarında seri ve paralel bağlanmak suretiyle aynı şebeke gerilimi altında farklı primer akım değerlerinde kullanılırlar. Transformatörün etiketinde iki ayrı primer akım değeri vardır ( /5A gibi). 3) Primeri tek sargılı, sekonderi kademeli akım transformatörleri Primer akım değerinin yüksek olduğu ve sık sık değiştiği yerlerde kullanılan bir akım transformatörüdür. Primerinde ve sekonderinde birer sargı mevcuttur. Ancak sekonder sargının değişik kademelerinden ara uçlar çıkartılmıştır. Bu akım transformatörlerinin primer sargısı, etiketinde yazılı olan en yüksek primer akıma göre izole edilir. Transformatörün etiketi /5A gibi olabilir. Kademe değiştirme işlemi primerden geçen akıma göre yük altında gerçekleştirilebilir. Transformatörde kullanılmayan kademe uçları kesinlikle kısa devre edilmez. ġekil 2. Primeri tek sargılı, çift sekonderli ve sekonderi kademeli akım transformatörleri 4) Primeri tek, sekonderi iki sargılı akım transformatörleri Bu tip transformatörler, sekonderden iki ayrı devreyi beslemek için kullanılırlar. Akım transformatörünün nüvesi iki tanedir. Primer sargının yarısı nüvenin birine, diğer yarısı ise ikinci nüve üzerine sarılmıştır. Sekonder sargılar ise, ayrı nüveler üzerine sarılmıştır. Dolayısı ile iki ayrı transformatör gibi çalışır. Primerinden, etiketinde yazılı olan nominal primer akım geçtiğinde, sekonder sargılardan aynı anda ayrı ayrı 5 er Amper elde edilir (200/5-5A gibi). Bu akım transformatörlerinin sekonder sargılarının biri ölçü amaçlı, diğeri ise koruma amaçlı kullanılır. 5) Primeri tek sargılı, çift sekonderli ve sekonderi kademeli akım transformatörleri Bu tip akım transformatörlerıi sekonderi kademeli ve sekonderi çift sargılı akım transformatörlerinin özelliklerini taşırlar. Bu akım transformatörleri ile hem primerden geçen şebeke akımını hem de transformatörün gücü arttırabiliriz. Bu akım transformatörlerinin etiketi /5-5A gibi olabilir Akım Transformatörlerinde Termik ve Dinamik Dayanım Akım transformatörlerinin kullanılacağı şebeke kısa devre akımları ve bu akımlara dayanma sınırı, akım transformatörlerinin termik ve dinamik durumu için bilinmelidir. Bir akım transformatörünün, bir saniye süreyle hasar görmeden dayanabileceği primer akımının efektif değerine termik anma akımı (I th ) denir ve imal edildiği standarta bağlı olarak, nominal akımın katı arasında olabilir. Primer şebekedeki bir kısa devre anında, ilk periyotta geçecek darbe akımının yol alacağı mekanik kuvvetler açısından akım transformatörünün dayanabileceği primer akımının maksimum değerine dinamik anma akımı (I dyn ) denir. Akım transformatörleri genel olarak termik anma akımının 2.5 katı mertebesindeki dinamik anma akımına göre izole edilirler Akım Transformatörlerinde Doyma Ölçü aletlerini besleyen akım transformatörlerinde primer akımının 1,2.I n değerine kadar transformatör doymaya girmez. Primerde meydana gelen bir kısa devre sonucunda akım çok arttığı için demir çekirdekte 16

20 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 3 doyma oluşur ve sekonder akımı aynı oranda artış göstermez. Bu özellik ölçü aletlerinin aşırı akımdan korunmasını sağlamış olur. Röleler nominal çalışma akımında devre dışıdırlar. Kısa devre akımı akması durumunda ise faaliyete geçerler. Röleleri besleyen akım transformatörleri; genellikle aşırı akım bölgesinde çalıştıklarından, kısa devre akımlarını doğru ve orantılı bir şekilde sekondere geçirmeleri gerekir. Bu tip transformatörlerde doyma daha geç başlamaktadır. Akım transformatörlerinin besleyecekleri devreye göre doyma (aşırı akım) katsayısı belirlenir. Nominal yük ile yüklenen bir akım transformatöründe primer akımı gittikçe arttırılırsa belirli bir akım değerinden sonra doymaya başlar. Doyma akımı ile nominal akım arasındaki orana doyma katsayısı(n) denir. Ölçü aletlerini besleyen akım transformatörlerinin etiketinde n < 5, röle devrelerini besleyen akım transformatörlerinin etiketlerinde ise n >10 olarak yazılır. n = I doyma /I n (1) Akım transformatörlerinin etiketinde yazan (n<5 veya n>10 şeklinde) doyma katsayıları, gerekli hallerde test edilerek bulunmalıdır Akım Transformatörlerinde Polarite ve Önemi Akım transformatörlerinin sekonderine bağlanan bazı ölçü aletleri (wattmetre, sayaç vb.) ve koruma röleler için akım yönü önemli bir faktördür. Bu tip ölçü aletlerinin ve rölelerin bağlantılarında akım yönünün bilinmesi gerekir. Primerde akımın giriş, sekonderde akımın çıkış uçlarına polarite uçları; bu uçları belirleme işlemine de polarite tayini denir. Akım transformatörlerinde polarite tayini iki amaçla yapılır. Birincisi, yukarıda belirtildiği gibi primerde akım giriş, sekonderde akım çıkış uçlarını belirlemek için, ikincisi ise imalatçı firma tarafından belirlenmiş olan bu uçların doğru işaretlendiğinden emin olmak için yapılır. Ayrıca polarite tayini sonucunda transformatörün uçlarının kopuk olup olmadığı da kontrol edilir Gerilim Transformatörleri Gerilim transformatörleri bağlı oldukları devredeki primer gerilimi belli oranda küçültülerek, bu gerilimle sekonder terminallerine (çıkışlarına) bağlı cihazları besleyen özel transformatörlerdir Gerilim Transformatörlerinin Yapısı Şekil 3 de görüldüğü gibi gerilim transformatörleri; manyetik nüve, primer sargı, sekonder sargı, gövde ve izolatörler kısımlarından oluşur. Gerilim transformatörlerinin primer sargıları çok sarımlı ve ince kesitli, sekonder sargıları ise nominal yükte kayıpların az olmasını temin edecek kalınlıkta ve primer sargıya göre çevirme oranı kadar az sarımlıdır. Gerilim transformatörlerinin yükü daha ziyade voltmetre, wattmetre ve sayacın gerilim bobinleri gibi empedansı yüksek alıcılardır. Bu bakımdan primer kısmı gerilim altında iken sekonder kısmın açık bırakılması tehlike oluşturmaz. ġekil 3. Gerilim transformatörünün yapısı 17

21 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Gerilim Transformatörlerinin Elektriksel Devresi ġekil 4. Gerilim transformatörlerinin elektriksel devresi Sekonder empedansı Z olan bir transformatörde; I 2 akımının olabilmesi için transformatörün E 2 gibi bir e.m.k. sı olmalıdır. Primer sargı, ölçülmesi istenen U 1 şebeke gerilimine bağlanır ve sekonder sargıdan elde edilen alçak gerilim yardımıyla ölçü aletleri ve röleler beslenir Gerilim Transformatörlerinde Doğruluk Sınıfı Türk standartlarında ölçme amaçlı gerilim transformatörleri için % 25 ile % 100 yükleri arasında ve % 80 ile %120 primer gerilimlerde hata sınıfı ve 3 olarak verilmiştir Gerilim Transformatörlerinde Polarite Akım bobinlerinde akımın giriş yönü önemli olduğu gibi, gerilim bobinlerinde de akımın giriş yönü önemlidir. Uçların yanlış bağlanması halinde ölçü aleti ya ters sapma yapar ya da eksik değer gösterir. Bu nedenle polarite uçlarının bilinmesi gerekir. Gerilim transformatörlerinin polarite tayinini yapmak için, akım transformatörlerinin polarite tayininde kullanılan elemanlar gereklidir. 3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyde Kullanılan Elemanlar Ototransformatör, Akım transformatörü, Ampermetre, Voltmetre, Galvanometre, Pil veya akü Akım Transformatörlerinde Doyma Katsayısının Tayini Akım transformatörlerinin etiketinde yazan (n<5 veya n>10 şeklinde) doyma katsayıları, gerekli hallerde aşağıdaki deney yapılarak bulunur. Bunun için Şekil 5 de gösterilen devre kurulur. ġekil 5. Deneyin bağlantı şeması Şekil 5 de örnek olarak alınan çift sekonderli akım transformatörünün bir sekonderine, varyak ile sıfırdan başlamak üzere gerilim uygulanır. Primer ve diğer sekonder açık durumdadır. Ampermetre ve voltmetreden okunan akım ve gerilim değerleri belli aralıklarla tespit edilip yazılır. Güvenli bir değer elde etmek için 1 A e kadar çıkmak genellikle yeterlidir. Elde edilen değerler ile akım-gerilim karakteristiği çizilir (Şekil.6). 18

22 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 3 ġekil 6. Akım transformatöründe doyma akımının belirlenmesi Akımın ilk değerleri için gerilim artışları oldukça lineerdir. Akımın %50 artışına karşı, gerilim artışının %10 a düştüğü noktaya (Diz noktası, K n ) karşı düşen akım değeri, doyma değeridir. Örnek: 200/5-5 A ; VA ; 1+3 sınıfı ; n<5, n>10 olarak verilen bir akım transformatörünün testi sonunda, ölçü devresi için diz noktası, 200 ma e karşılık 11 volt; koruma devresi için 400 ma e karşılık 65 volt olarak bulunmuştur. Ölçü devresi için doyma değerinin bulunması: Nominal yükünde sekonder direnç, 2 I nom.r N nom formülünden yararlanarak R 30/ 25 1, 2 bulunur. Akım transformatörünün sekonder iç direnci, R=0.2 Toplam direnç, R= =1.4 dur. Doyma anında sekonderden geçecek gerçek akım; ölçülmüştür. 11 I doyma 7. 9A 1.4 I doyma 7.9 Bunu nominal akımına oranlarsak, n 1. 6 < 5 dir. I 5 Koruma devresi için doyma noktası: R ii =0.1 bulunmuştur. Toplam direnç, 65 R= =1.3 ; I doyma 50 A; doyma, 1.3 nom n I doyma I nom bulunmuş olur. Bu test ile hem uçları işaretlenmemiş akım transformatörlerinin ölçü ve koruma devreleri bulunmuş, hem de etiket değerleri kontrol edilmiş olur Akım Transformatörlerinde Polarite Tayini Akım transformatörlerinde polarite tayini yapabilmek için, öncelikle transformatörün herhangi bir yere bağlantısının olmaması gerekir. Polarite tayini yapılacak transformatör için Şekil 7 deki bağlantı kurulur. 19

23 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 3 - Pil Veya Akü + P1 P2 S1 S2 + - G ġekil 7. Deneyin bağlantı şeması 4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Akım transformatörlerinin kısa ve açık devre edilme durumlarını inceleyiniz. 2- Akım transformatörlerinde k ucunun topraklanma nedenini belirtiniz. 3- Akım transformatörlerinin elektrik devresini çiziniz. 4- Deneyde elde edilen verilere göre V = f (I) grafiğini çiziniz. 5- Aktif ve Reaktif sayaçların devreye bağlantı şemalarını çiziniz. 6- Gerilim transformatörlerinin kullanım amaçlarını kısaca açıklayınız. 20

24 1. DENEYĠN AMACI FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:4 GÜNEġ ENERJĠSĠNDEN ELEKTRĠK ENERJĠSĠ ELDE EDĠLMESĠ Elektrik enerjisi tüketiminin gelişmişliğin bir göstergesi halini aldığı çağımızda, birincil enerji kaynaklarının sürekli tükenmekte oluşu ve bu kaynakların enerji üretimi için yakılmaları esnasında ortaya çıkan ekolojik bozulmalar, bugün enerji konusunu acil olarak çözülmesi gereken bir problem olarak ortaya koymaktadır. Bu problemin çözümlerinden birincisi yenilenebilir enerji kaynaklarının bulunması, ikincisi ise tüketimin ekonomik olarak kabul edilebilecek en alt düzeye indirilmesi biçiminde özetlenebilir. Türkiye, yenilenebilir enerji kaynaklarının çeşitliliği ve potansiyeli bakımından zengin bir ülkedir. Coğrafi konumu nedeniyle büyük oranda güneş enerjisi almaktadır. Ülkemiz, birçok ülkede bulunmayan jeotermal enerjide dünya potansiyelinin %8 ine sahiptir, hidrolik enerji potansiyeli açısından da dünyanın sayılı ülkelerindendir. Rüzgar enerjisi potansiyeli oldukça fazladır. Bu enerji kaynaklarının maliyetleri oldukça azdır, yenilenebilir oldukları için tükenmezler ve konvansiyonel yakıtların aksine çevre ve insan sağlığı için önemli bir tehdit oluşturmazlar. Bu deneyin amacı; yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisinin önemini vurgulamak, güneş pillerinin yapısını ve çalışma prensibini öğretmek ve küçük bir fotovoltaik sistem tasarımı yapmaktır. 2. TEORĠ 2.1. GüneĢ Enerjisi Güneş enerjisi çevre kirliliğine yol açmayan tükenmez bir enerji kaynağıdır. Bir kaç yıl öncesine kadar ekonomik görülmeyen güneş enerjisi, yakıt fiyatlarındaki yüksek artışlar nedeniyle bazı kullanım alanlarında oldukça ekonomik duruma gelmiştir. Fizyon enerjisinin en büyük kaynağı, dünyaya zarar vermeyecek bir mesafede olan güneştir. Nitekim petrol, kömür ve atom enerjisi gibi birincil enerji kaynaklarına alternatif olarak güneş enerjisi çok umut vericidir. Güneşten dünyaya gelen enerjinin yoğunluğu, atmosferin üzerinde m 2 başına 1,35 kw kadardır. Bu yoğunlukta dünya çapının kapladığı alana gelen güneş gücü MW düzeyindedir. Dünyanın tüm yüzeyine bir yılda düşen güneş enerjisi, TET (Ton Eşdeğeri Taşkömürü) ya da TEP (Ton Eşdeğeri Petrol) gibi görkemli boyuttadır. Bir başka deyişle, bir yılda gelen güneş enerjisi miktarı, bilinen kömür rezervinin 50 katı ve bilinen petrol rezervinin 800 katı kadardır Türkiye de GüneĢ Enerjisi Türkiye nin güneş enerjisi gücü ilk kez 1970 yılında, bir bilimsel araştırma kapsamında hesaplanmıştır. Belirlenen olgulara göre, Türkiye nin yıllık güneşlenme süresi saat olup, maksimum değer saat ile Temmuz ayında ve minimum değer 97.8 saat ile Aralık ayında görülmektedir. Güneşlenme süresi yönünden en zengin bölge yılda saat ile Güneydoğu Anadolu Bölgesi dir. Karadeniz Bölgesi yılda saat ile en düşük değere sahiptir. Güneş radyasyon yoğunluğuna gelince, Türkiye ortalaması yıllık cal/cm 2.gün kadardır. En yüksek değer cal/cm 2.gün ile Temmuz ayında ve en düşük değer de cal/cm 2.gün ile Aralık ayında belirlenmiştir. Güneydoğu Anadolu Bölgesi için yıllık ortalama güneş radyasyon yoğunluğu cal/cm 2.gün düzeyinde iken, bu değer Karadeniz Bölgesi nde cal/cm 2.gün düzeyine düşmektedir. Yapılan değerlendirme sonuçları temel alınarak Türkiye nin bütün yüzeyine bir yılda düşen güneş enerjisi kuramsal biçimde hesaplanmış ve TET bulunmuştur. Bir varsayım olarak, bu enerjinin binde birinin %30 verimle toplanması koşuluyla, yılda kullanılabilecek enerji miktarı TET ya da TEP olarak belirlenmiştir. Ülkemizde 1990 lı yıllara kadar bir kaç kamu kurumunun şebekeden uzak yerlerdeki tesisleri dışında, güneş pilleri ile enerji kullanımı gerçekleşmemiştir. Günümüzde ise, temiz enerji kaynağı olması nedeniyle, özellikle şebekeye bağlı tipte olmak üzere fotovoltaik (FV) uygulamalar yaygınlaşmaya başlamıştır. 21

25 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: GüneĢ Enerjisinin Kullanım Alanları Güneş enerjisinin kullanımı, gündelik yaşam yapısından ve konutlardan başlamakta; haberleşmeye, tarıma, endüstri kesimine, elektrik santrallerine, askeri hizmetlere ve uzaya kadar uzanmaktadır. Güneş enerjisinin günümüzde önem kazanan uygulamaları; oldukça yaygınlaşan güneşli su ısıtıcılarının dışında, güneşle ısınan binaların yapımı, güneş enerjisinin elektriğe çevrilmesi, güneş enerjili su pompalarının tarımsal sulamada kullanılması, geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretiminde güneş enerjisinden yararlanılması biçiminde sıralanabilir. Ayrıca güneş enerjisinin kullanıldığı alanlara hesap makineleri, radyo, TV ve uydu alıcıları, radar ve meteoroloji istasyonları, havaalanları ve helikopter pist ışıklandırmaları, denizcilik uygulamaları, mobil telefonlar, karavanlar, sokak ve bahçe aydınlatmaları ilave edilebilir. Bugün için güneş enerjisinin kullanılmasındaki genel amaç, alışılagelen birincil kaynak fosil yakıtların tutumlu ve ölçülü kullanımına yardımcı olmaktır. Dünya yapay enerji bunalımı, güneş enerjisinin teknolojik gelişimini ve geleceğini büyük ölçüde etkileyerek özellikle üç uygulamaya ağırlık kazandırmıştır. Bunlar; 1- Yapıların ısıtılmasında güneş enerjisinin kullanılması, 2- Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülerek kullanılması ve güneş elektrik santrallerinin geliştirilmesi, 3- Geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretilmesinde güneş enerjisinin kullanılması. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretimi teorik olarak dört grup halinde toplanabilir. 1- FV üretim tesisleri 2- Dağınık kollektör sistemi (Distributed collector system) olarak sembolize edilen solar termik küçük santrallar 3- Merkezi kuleli aynalar 4- Güneş havuzları üretim tesisleri 2.2. GüneĢ Pilleri Fotovoltaik terimi, ışıktan gerilim üretilmesi anlamına gelmektedir. FV piller için kullanılan ortak terim güneş pilleri olmakla birlikte, piller her türlü ışık altında gerilim üretebilirler. Güneş pilleri, üzerine güneş ışığı düştüğünde, enerjinin korunumu yasasına uygun olarak, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren elektronik düzeneklerdir. Bu enerji çevriminde herhangi bir hareketli parça bulunmaz. Güneş pilleri; uzun ömürlü, dayanıklı, kayda değer bir çevre kirliliği oluşturmayan yarı iletken aygıtlardır. Çalışmaları sırasında hiç bir elektriksel sorun çıkarmazlar ve çok az bakım gerektirirler. Modüler yapıda olan güneş pilleri birbirlerine seri ve paralel bağlanabilirler. Çok küçük güç gereksinimlerini karşılayabildikleri gibi, kendi başına bir güç santralı gibi de çalışabilirler. Verimlerinin düşük ve ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olması güneş pili sistemlerinin en büyük dezavantajıdır. Ancak zamanla maliyetinin şebeke elektriği ile yarışabilecek düzeye geleceği umulmaktadır. Güneş pilinin üstünlükleri şu şekilde sıralanabilir. Güneş enerjisini elektrik enerjisine %25 gibi yüksek bir verimle çevirir. Sınırsız çalışma ömrüne sahiptir. Fabrikasyon üretimi kolaydır. Dışarıdan herhangi bir yardımcı optik düzen veya verimi arttırmak için bir önlem alınmaksızın tatmin edici bir verimle çalışır. Çıkış gücü/ağırlık oranı yüksektir. Temiz bir enerji kaynağıdır. Güneş pilinin kötü yanları ise şunlardır. Pahalıdır. Birçok uygulamada depolama elemanına ihtiyaç gösterir (Özellikle geceleri ve bulutlu havalarda). Çok fazla güneş ışığı alan bölgelerde yüksek sıcaklık nedeniyle verim düşer GüneĢ Pilinin Karakteristikleri Güneş pili denilen fotovoltaiklerin üst yüzeyinde, pil tarafından üretilen akımı toplayan ve genellikle bakırdan yapılan negatif kontaklar vardır. Kontakların altında 150 mm. kalınlığında, yansıtıcı özelliği olmayan bir kaplama tabakası vardır. Bu tabaka olmazsa, silisyum üzerine düşen ışınımın üçte birine yakın kısmını yansıtacaktır. Bu kaplama tabakası, pil yüzeyindeki yansımayı önler. Pilin ön yüzeyi, normal olarak yansıyan ışığın bir kısmını daha yakalayabilmek amacıyla, piramitler ve konikler şeklinde dizayn edilir. Yansıtıcı olmayan kaplamanın altında, pilin elektrik akımının ortaya çıktığı yapı bulunur. Bu yapı, iki farklı katman halindedir. N- katmanı, fosfor atomları eklenmiş silisyumdan oluşan ve pilin negatif tarafını oluşturan katmandır. P-katmanı ise, bor atomları eklenmiş silisyumdan oluşur ve pilin pozitif tarafıdır. İki katman arasında, P-N kavşağı denilen, pozitif ve negatif yüklü elektronların karşılaştığı bir bölge bulunur. Pilin arka yüzeyinde, elektronların girdiği pozitif kontak görevi gören arka kontak yer alır. 22

26 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 Foton soğurulması ile oluşan yük taşıyıcılar çoğunlukla oldukları bölgelere doğru sürüklenirler. Bu durumda eklemden bir I S akımı geçer. Böylece P-tipi bölge pozitif, N-tipi bölge negatif olarak yüklenir. I S akımının geçişi P-N ekleminin ileri yönde eğilimlenmesine neden olur ve bu durumda eklemdeki gerilim duvarı alçalır. Eklemin bir dış bağlantısı yoksa, bu ileri yöndeki eğilimlemeden dolayı ileri yönde (P ve N ye doğru) bir I akımı geçer. Bu I akımının geçişi, N-tipi bölgeyi pozitif yükleyeceğinden, çoğunluk yük taşıyıcılarının geçişine engel oluşturan gerilim duvarı, çoğunluk yük taşıyıcılarının geçişine engel oluşturacak duruma gelinceye kadar sürer. Yeniden foton soğurulması olur. Eklemde varolan elektrik alan, oluşmuş olan elektron-boşluk çiftini ayırarak bunların eklemi aşmalarını sağlar. Böylece gerilim duvarının çökmesi, sonra yükselmesi sürüp gider ve açık devre durumunda I S akımı ile dengelenmiş olur. P-N eklemi dışarıdan bir R L yük direnci ile sonlandırılırsa I S akımının I L kadar kısmı dış devreden akar, böylece P-N eklemi ışık enerjisini elektrik enerjisine çevirmiş olur. I S akımı I S I I L (1) bağıntısı ile verilir. İleri yöndeki akım I = I 0 (e ev k. T -1) + I L (2) şeklindedir. Renk ve sıcaklık bileşimleri verilen bir ışık demeti için I S akımı ışık şiddeti ile orantılıdır GüneĢ Pilinin EĢdeğer Devresi ġekil 1. Işık enerjisinin elektrik enerjisine çevrilmesi Bir FV pil, fotonların oluşturduğu akımın geçmesini sağlayan bir diyota paralel bağlı basit bir akım kaynağı gibi davranır. e V I R AkT L L S I L I S I 0 exp 1 Burada, A : 1-5 arasında bir sabit (eğriye uygun keyfi olarak seçilecek) R S : Pil seri direnci R SH : Paralel direnç I L : Pil çıkış akımı I S : Işığın ürettiği akım I 0 : Diyot saturasyon akımı e : Elektron yükü V L : Pil terminal gerilimi k : Boltzman sabiti T : Mutlak sıcaklık V R L SH (3) ġekil 2. Güneş pili eşdeğer d.a. modeli 23

27 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 Üstel işlevdeki V L + I L R S ifadesi gerçekte diyot voltajı V ye eşittir. Şekil 1 ve Şekil 2 de görülen R S direnci pilin iç direncini oluşturur. Şekil 2 ye göre gerilim düşümleri için V=V L + I L R S (4) ve buradan V L = V - I L R S (5) yazılabilir. Verilen bir I S için V L yük gerilimi V L k T e I I S L ln 1 RS I (6) L I 0 olur. V L yi arttırmak için I 0 akımını (eklem ters akımını) azaltmak gerekir. Düzgün olmayan eklem, arzu edilmeyen yabancı maddeler ve kristal yapıdaki boşluklar, I 0 akımının artmasına neden olurlar. ġekil 3. Güneş pili I-V öz eğrisi Yükten geçen akım aynı zamanda R S direncinden geçtiği için, verilen I L akımı için pilin içinde bir gerilim devresi olacağından yük direnci uçları arasındaki gerilim farkı azalır. Şekil 3 den görüleceği gibi kuramsal olarak çizilen eğri (R S = 0) ile uygulama sonuçlarına göre çizilen eğri (R S = 4 ohm) arasında büyük bir uyum vardır. Yüke sağlanan güç V L ve I L ile sınırlanan dikdörtgen ile verilmektedir. İç direnç çıkış gücünün azalmasına neden olur. (6) bağıntısında görülen I S akımı ışık yeğinliği ile orantılı olduğundan, aynı dalga boyunda fakat farklı yeğinlikteki ışık demetleri için I L nin dolayısıyla V L nin aynı olmayacağı açıktır. Açık devre durumunda I L = 0 dır. I L = I S - I 0 (e ev k. T -1) (7) bağıntısı I S = I 0 (e ev k. T -1) (8) biçimine girer ve buradan açık devre gerilimi için V 0 V I ln I S / 0 1 T (9) kt eşitliği bulunur ( V T ısıl güç). e Eğer T sabit kalırsa V 0, ışık yeğinliği ile orantılı olmak üzere I S ve I 0 ın fonksiyonu olarak değişir. 24

28 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: GüneĢ Pilinin Verimi Verilen bir V için yük direncinden geçen akım I L = I S - I = I S - I 0 (e ev k. T -1) (10) ve çıkış gücü ev k. T P=I L V = I I ( e ) S 0 1 V (11) dir. Bu eşitliğin V ye göre türevi alınarak sıfıra eşitlenir ve gerekli düzenlemeler yapılırsa, maksimum verim için m ( evmax / k. T) VMAXIS ( 1 ev / k. T) N E MAX ph ph (12) bağıntısı bulunur. Burada N ph fotonların sayısı, E ph bir fotonon ortalama enerjisidir. Bu bağıntı basitleştirilebilir. Bunun için kısa devre akımı I Kn şeklinde yazılır. Burada K yansıma, geçirgenlik ve çarpışmadan ileri S gelen kayıpları içine alan bir sabittir. Eğer K yaklaşık olarak 1 veya ph ev max / kt birden çok büyük kabul edilirse m n N ph ph V MAX. E ph (13) biçiminde yazılabilir.bu bağıntı silisyum için uygulanırsa; n ph birim yüzeye birim zamanda gelen ve bir elektronboşluk çifti oluşturabilecek yeterli enerjiye sahip foton sayısı (silisyum için 2/3 N ph ) ve maksimum güç geriliminin fotonların getirdiği enerjinin 1/3 kadarı olduğu dikkate alınırsa, verim için bulunan kuramsal değer %22 olur Fotovoltaik Sistem Tasarımı Şekil 4 de küçük bir FV sistemin blok şeması görülmektedir. ġekil 4. Küçük bir FV sistem tasarımı Bir FV sistem tasarımı yapmadan önce; ilk olarak sistemin kurulacağı bölgede, aylara göre dağılmış metre kareye düşen ortalama günlük güneş enerjisini bilmek gerekir. Gerekli olan bu bilgi bölgeye en yakın olan meteoroloji istasyonundan elde edilebilir. FV sistem tasarımı yapılırken önce sistemin kurulacağı yerdeki elektrik tüketimini hesaplamak gerekir. Bunun için kullanılacak olan elektrikli cihazların enerji harcamaları (güç harcamaları ve kullanım zamanları) bilinmelidir. FV sistem tasarımları genel olarak enerji eşitliği esas alınarak 25

29 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 yapılır. Elektrik harcamaları haftalık kullanım saatleri ile çarpılarak, haftalık a.a. ve d.a. enerji tüketimi hesaplanır. FV levhalar güneş enerjisini direkt olarak elektrik enerjisine dönüştürürler. Tipik bir FV levha güneşli açık havada 12 volt, 10 amper, yani yaklaşık 120 watt elektrik üretebilir. Levhalar, elde edilen gerilimi artırmak için seri olarak, akımı artırmak için ise paralel olarak bağlanırlar. Güneşten maksimum enerjiyi toplayabilmek için FV levhaların gün boyunca en çok güneş gören güney yönüne bakmaları ve bulunan eyleme göre zamana bağlı olarak yatay ile belirli bir eğimde olmaları gerekir. Güneş enerjisi değişen ve her zaman olmayan bir enerji türüdür. Güneş doğmadan önce, güneş battıktan sonra veya kapalı ve bulutlu havalarda güneş enerjisi olmadığından, toplanan fazla enerjinin depolanıp böyle zamanlarda kullanılması gerekir. Bu amaçla yüksek kapasiteli (mesela 100 Ah) bataryalar kullanılır. Genel olarak bir bataryanın ömrünü artırmak için kapasitesinin %80 den fazla deşarj olmaması gerekir. FV sistemlerde güneş olduğu zamanlarda bataryaların tamamıyla dolduktan sonra akım almalarını (overcharge) önlemek gerekir. Fazla şarj bataryanın ısınmasına, sıvı kaybına ve batarya ömrünün kısalmasına yol açar. Regülatör, FV levhalar ile bataryalar arasına konur ve bataryaların fazla şarj almalarını önler. İnverter, 12 veya 24 voltluk düşük doğru akımı voltluk alternatif akıma dönüştürür. Çok küçük uygulamalarda inverter yerine doğrudan düşük gerilim ve doğru akımla çalışan elektrikli cihazlar da kullanılabilir. 3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyde Kullanılan Elemanlar Fotovoltaik levha Regülatör Akü (12 volt) Statik inverter (500 VA) Direnç kutusu Ampermetre Voltmetre Doğru akım motoru Ampül 2.4. Deneyin YapılıĢı FV levha Inverter Regülatör A V V Akü ġekil 5. Deneyin bağlantı şeması 1- FV levhanın çıkışına bir voltmetre bağlayarak gerilimi ölçünüz. 2- FV levhanın üzerine düşen güneş ışığı miktarını adım adım azaltarak voltmetredeki gerilimi kaydediniz. 3- FV levhanın çıkışına bir direnç bağlayarak, dirençten geçen akımı ve gerilimi ölçünüz. 2. adımdaki işlemi yaparak, akım ve gerilim değerlerini kaydediniz adımdaki işlemi değişik direnç değerleri için tekrarlayınız. 5- Şekil 5 deki devreyi kurunuz adımdaki işlemi yaparak, akım ve gerilim değerlerini kaydediniz. 7- İnverterin çıkışına bir ampül bağlayınız ve inverteri on konumuna getiriniz. Bu durumda inverter üzerindeki ikaz lambalarına dikkat ediniz. 26

30 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 8- Regülatörün çıkışına bir d.a. motoru bağlayarak motoru çalıştırınız ve bu durum için akım ve gerilim değerlerini kaydediniz. 4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Deneyde almış olduğunuz değerlerden yararlanarak, değişik direnç değerleri için güneş pilinin akımgerilim karakteristiğini ölçekli olarak çiziniz. 2- Deneyin yapılışı kısmındaki 6. adımda almış olduğunuz değerlerden yararlanarak, akım-gerilim karakteristiğini ölçekli olarak çiziniz. 3- Deneyin yapılışı kısmındaki 6. adımda, FV levhanın üzerine düşen güneş ışığı miktarı azaltıldığı halde niçin inverterin çıkış gerilimi değişmedi? 4- Doğru akım motoru çalışınca, FV levhanın gerilimi ve akımı nasıl değişti? Niçin? 27

31 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:5 ELEKTRĠK KUMANDA DEVRELERĠ VE PLC ĠLE PROGRAMLAMA 1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; elektrik kumanda devreleri ve bu devrelerde kullanılan elemanlar hakkında bilgi vermek, çeşitli kumanda ilkelerini öğretmek, otomasyonun en önemli unsurlarından birisi olan PLC (Programmable Logic Controller) cihazını tanıtmak ve PLC ile programlamayı öğretmektir. 2. TEORĠ Elektrik kumanda devreleri ve elemanları yaklaşık 20 yıl öncesine kadar oldukça popülerdi. Son yıllarda yarı iletken teknolojisindeki gelişmeler nedeniyle, yarı iletken elemanlar da elektrik kumanda devrelerinde kullanılmaya başlanmıştır. Bu durum elektrik kumanda devrelerinde eskiden de kullanılan bazı elemanların etkinliğini değiştirmemiştir. Ayrıca bu devreler PLC programlanmasında kullanılan bazı dillerin (ladder) anlaşılmasında da yararlı olmaktadır. Elektrik kumanda devreleri, güç devresi ve akım yolu (kumanda) devresi olmak üzere birbirini tamamlarlar. Bu devrelerde kullanılan elemanlardan bazıları şunlardır: Kontaktörler, start (başlatma) butonu, stop (durdurma) butonu, iki yollu buton, zaman röleleri, sinyal lambaları, sınır anahtarları, aşırı akım röleleri, manyetik şalterler, selenoid valfler, termostatlar, paket şalterler, faz sırası röleleri ve faz kesilme röleleri. Bu elemanları ve çalışmaları hakkındaki kısa bilgiyi aşağıdaki gibi verebiliriz: 2.1 KUMANDA ELEMANLARI, YAPISI VE ÇEġĠTLERĠ Kumanda Butonları Start Butonu: Başlatma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde açıktır. Butona basılınca, açık olan kontak kapanır. Buton üzerinden etki kaldırıldığında, kapanan kontak hemen açılır. Bunlara ani temaslı buton da denir. Şekil 5.1 de start butonu ve sembolü görülmektedir. ġekil 5.1. Start butonu.ve sembolü. Stop Butonu: Durdurma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde kapalıdır. Butona temas edilince, kapalı olan kontak açılır; temas olduğu sürece açık kalır. Butondan temas kalkınca kontaklar normal konumunu alır. Şekil 5.2 de stop butonu ve sembolü görülmektedir. ġekil 5.2. Stop butonu.ve sembolü Ġki Yollu Kumanda Butonu: Start ve stop butonunun birleşiminden oluşmuştur. Kapalı kontak stop butonu olarak açık kontak ise start butonu olarak kullanılır. Şekil 5.3 de iki yollu kumanda butonu ve sembolü görülmektedir. ġekil 5.3. İki yollu kumanda butonu.ve sembolü Sinyal Lambaları: Bir kumanda elemanın veya devresinin çalışıp çalışmadığını ışıkla gösteren elemana sinyal lambası denir. 5, 12, 24, 110, 220 V AC/DC gibi çeşitli gerilimlerde çalışan tipleri mevcuttur. 28

32 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Sınır Anahtarları Mekanik bir etkiyle kontakları konum değiştiren elemanlardır. Şekil 5.4 de mekanik sınır anahtarları ve sınır anahtarının sembolü görülmektedir. ġekil 5.4. Mekanik sınır anahtarı sembolü ve çeşitleri. Hareketli aygıtlarda bir hareketi durdurup başka bir hareketi başlatan ve aygıtın hareket eden parçası tarafından kumanda edilen elemanlara sınır anahtarı denir. Sınır anahtarının normalde biri kapalı, diğeri açık iki kontağı mevcuttur. Sınır anahtarları bant sistemlerinde, takım tezgahları gibi hareketli sistemlerde kullanılır Zaman Röleleri Otomatik kumanda devrelerinde alıcıların belli süre çalışmalarını veya durmalarını sağlayan elemana zaman rölesi denir. Zaman rölesinin yapısında gecikme ile konum değiştiren kontaklar, ani konum değiştiren kontak gurupları ve bobin bulunur Kontaktörler Elektrik devrelerini açıp kapamaya yarayan ve tahrik sistemiyle uzaktan kumanda edilebilen büyük güçlü elektromanyetik anahtarlara kontaktör denir. Aşırı yük işletme şartları dahil,normal devre şartlarında akımları kapamaya, taşımaya ve kesmeye yetenekli uzaktan kumanda edilebilen anahtarlama düzenekleridir.kullanım yerleri çok çeşitlidir; elektrik motorlarına yol verilmesinde, kompanzasyon, ısıtma cihazlarının devreye girip çıkması gibi neredeyse bütün devrelerde ve sistemlerde kullanılırlar.çalışma ve kullanma tarzı bakımından kontaktörü diğer anahtar türlerinden ayıran en önemli özeliği devreyi daha sık açıp kapamaya ve aynı zamanda uzaktan kumandaya elverişli olmalarıdır Kontaktörler; elektrik devrelerinin bağlantı işlemlerinde, bütün motor kumandalarında, ışık, kuvvet, sinyalizasyon ve bunlar gibi doğru ve alternatif akımda çalışan bütün tesislerde devrenin açılıp kapanmasını temin eden elektromanyetik şalterlerdir.kontaktörlerin en önemli kullanılış alanı doğru ve alternatif akım devrelerinin kumanda edilmesidir. Kontaktörler vasıtasıyla her güçteki motorlara yol verme devir, sayısı kontrolü gibi işler kolaylıkla sağlanabilmektedir. Şekil 5.5 de bir kontaktörün görünüşü ve çalışma yapısı görülmektedir. ġekil 5.5. Kontaktör görünüşü ve çalışma yapısı. Röleler, küçük akımlı değişik kumanda sistemlerinde, bir devreyi açıp kapama amacı ile, kontaktörler ise motor devrelerinde veya büyük akımlı devrelerde enerji şalteri olarak kullanılırlar. Kontaktör ve rölelerin bobin çalışma gerilimleri genellikle küçük gerilimlidir. Böylece elektrik enerjisinden koruma önlemi alınmaksızın, çok büyük akımlı ve gerilimli devrelere emniyetle kumanda etmek mümkün olur. Kontaktörün çektirme bobinine enerji verildiğinde, alt gövde silisli sacları üzerinde bir manyetik alan indüklenir.bu manyetik alan üst gövde silisli saclarını kendisine doğru çeker.üst gövde silisli sacları üzerinde bulunan hareketli kontak bloğuna monte edilmiş olan hareketli kontak baraları ile birlikte aşağıya doğru çekilir. Bu çekilme işlemi sonunda,hareketli kontaklar sabit kontaklara temas eder, bu arada açtırma yayının mukavemetini de yenerek silisli saclar birbirleriyle yüzeysel temas sağlarlar.böylece devre tamamlanarak akım iletilmiş olur. Çektirme bobinin enerjisi kesildiğinde, açtırma yayı üst gövde silisli sacını ve dolayısıyla hareketli kontağı yukarıya doğru iterek,sabit kontakla temasını keser. Böylece devreden akım geçişi engellenmiş olur. 29

33 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Röleler Küçük değerli bir akım ile yüksek güçlü bir alıcıyı çalıştırabilmek (anahtarlayabilmek) için kullanılan elemanlara röle denir. Röleler; elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bobinden meydana gelir. Rölenin bobinine gerilim uygulandığında, röle enerjilenir; paletini çeker ve kontakları konum değiştirir. Gerilim kesildiğinde de kontakları eski konumuna gelir. Röle içinde bulunan demir nüve üzerine geçirilmiş makaraya ince telden çok sipirli olarak sarılmış bobine akım uygulandığında, N-S manyetik alanı oluşur. Bu alan ise bobinin içindeki nüveyi elektromıknatıs hâline getirip, paletin kontaklarının konumunu değiştirmesini sağlar. Akım kesilince elektromıknatıslık ortadan kalkar; esnek gergi yayı, paleti geri çekerek kontakları ilk konumuna getirir. Röle bobini enerjisizken bazı kontaklar açık, bazıları ise kapalı durumdadır. Anlatımlarda kolaylık olması için bobin enerjisizken açık olan kontaklara normalde açık kontak denir. Kapalı olan kontaklar ise normalde kapalı kontak olarak adlandırılır. Şekil 5.6 da röle görünüşü ve kontak yapısı gösterilmektedir Paket ġalterler ġekil 5.6. Röle görünüşü ve kontak yapısı. Bir eksen etrafında dönebilen, art arda dizilmiş birkaç dilimden oluşan çok konumlu şalterlere paket şalterler denir. Elektrikle çalışan aygıtları kontaktörlerle veya rölelerle kumanda etmek her zaman ekonomik olmaz. Bu nedenle küçük güçlü, basit makinelerin çalıştırılması genellikle paket şalterlerle yapılır. Paket şalterler kumanda devrelerinde butonların yerine kullanılabilir Sayıcılar Sayıcı, girişine uygulanan verileri saymaya yarayan bir elemandır. Sayıcılar, ardışık diyagram içerisinde numaraları kontrol etmek ve göstermek amaçları ile kullanılır. Sayıcılar, toplam sayıcı ve ön değer sayıcısı olmak üzere ikiye ayrılabilir. Toplam sayıcı, saymaya ve sayılan değeri ekranında göstermeye yarar. Herhangi bir çıkış kontağı yoktur. Ön değer sayıcısı ise, önceden belirtilmiş olan değere kadar giriş verilerini sayar ve bu değere ulaşıldığı anda çıkış kontağını aktif eder. Ön değer sayıcıları hemen hemen toplam sayıcıların sahip olduğu tüm özelliklere sahiptir Sigortalar Elektrik besleme hatları ile devrede çalışan alıcıları aşırı yüklere, kısa devrelerin oluşturacağı yüksek akımlara ve bunları kullanan insanları gelebilecek muhtemel kazalara karşı korumak için kullanılan devre elemanıdır. Elektrik devrelerine seri bağlanırlar. Üzerinde yazılı değerden fazla akım geçtiğinde devreyi açarlar AĢırı Akım Röleleri DC ya da AC ile çalışan motorlar, herhangi bir nedenle normal değerin üzerinde akım çektiğinde sargıların ve tesisatın zarar görmemesi için akımın en kısa sürede kesilmesi gerekir. Motorun akımını kesme işleminde kullanılan aşırı akım röleleri manyetik ve termik esaslı olmak üzere iki çeşittir. Bunlardan en önemlisi termik röledir. Termik AĢırı Akım Rölesi: Termik aşırı akım rölelerinde motor akımı, normal düzeyde iken ısıtıcı teller fazla sıcaklık oluşturmadığından bimetaller bükülmez. Ancak alıcının çektiği akım istenilen seviyenin üzerine çıkacak olursa krom-nikel ısıtıcıların yaydığı sıcaklık artarak bimetallerin bükülmesine yol açar. Bükülen bimetaller, termik rölenin tırnağını iterek kontaklara konum değiştirtir. Bunun sonucunda ise motoru çalıştıran kontaktörün enerjisi kesilir. Reset (kurma) butonuna basıldığında ise termik aşırı akım rölesi eski hâline döner Termistörler Termistörler, yarı iletken sıcaklık hissedici elemandır. Seri bağlı üç elemanlı ve rölesi ile birlikte takım hâlinde satılırlar. Belirli sıcaklık derecesinde elektriksel dirençleri artar veya azalır. 30

34 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Selenoid Valfler Elektrik akımının manyetik etkisinden yararlanılarak yapılan selenoid valfler ile elektrik enerjisi doğrusal hareket enerjisine dönüştürülür. Sistemde, sıvı veya gaz haldeki akışkanı elektrik sinyaliyle uzaktan kumandalı bir şekilde açıp kapatabilmeye yararlar. Valfin açık veya kapalı yapılış şekline göre valf, yerçekimi etkisi ile, yay etkisi ile veya akışkanın kendi basıncıyla normal konumda iken elektrik sinyali ile meydana gelen magnetik bir alanın sağladığı hareket vasıtası ile normalin aksi konuma girer (açık ise kapatır, kapalı ise açar) Motorlar Otomasyon işlerinde kullanılan motorlar yapılacak işe göre seçilir. Bunlar doğru akım veya alternatif akımda çalışan motorlar olabilir. Günümüzde genellikle alternatif akım motorları kullanılmaktadır. Bunların yapıları basit, ucuz ve bakım masrafları düşük olduğundan tercih edilmektedirler. Bu motorlar PLC ye bir röle veya kontaktörler yardımıyla bağlanırlar ELEKTRĠK KUMANDA DEVRESĠ ÇĠZĠMĠ Kumanda devrelerinde, çok çeşitli elemanlar kullanılır. devre şemaları, standart hale getirilmiş semboller yardımı ile çizilir. Ülkemizde, Alman-Amerikan-Fransız-Rus ve TSE Standartlarına göre çizilmiş şemalara rastlanır. Tablo 5.1 de, TSE (TS 3629) için geçerli önemli semboller ve işaretleri liste halinde verilmiştir.devre şemaları genel olarak iki bölümde çizilir: Güç Devresi (Ana Akım Akış Devresi) Şeması Kumanda Devresi (Dizpozisyon) Şeması Güç Devresi ġeması: Bu şema şebeke ile motor arasında, motorun çektiği akım yolu şemasıdır. Yani enerji akışını gösteren ana hatlarla, ana devre elemanlarını gösterir. Kumanda devre şemasına göre, daha kalın çizelgelerle çizilir. Kumanda Devresi ġeması: Bu şema, ana devre elemanlarına ait kumanda cihazlarının irtibatlarını gösterir. Güç devresindeki motorun yol verme koşulları ve devrenin özellikleri, bu şemalarda görülür. Kumanda devre şemaları, güç devresi şemalarına göre, daha ince çizelgelerle gösterilir. Tablo 5.1. Kumanda devre elemanları ve sembolleri. Örnek 1: Üç fazlı bir asenkron motor aşağıda verilen şartlar altında çalıştırılmak isteniyor. S1 start butonuna basıldığında asenkron motor çalışmaya başlayacaktır. S0 stop butonuna basıldığında asenkron motor duracaktır. Asenkron motorun çalıştığını L1 lambası gösterecektir. Ayrıca asenkron motor aşırı akım rölesi ile korunacaktır. Gerekli güç ve kumanda şemasını çiziniz. 31

35 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 ġekil 5.7. Örnek 1 için kumanda ve güç devresi şeması. Örnek 2: Üç fazlı bir asenkron motor S1 butonuna basıldığında ileri yönde S2 butonuna basıldığında geri yönde çalışacaktır. S0 stop butonuna basıldığında duracaktır. Asenkron motor ileri veya geri yönde çalışırken, yön değiştirilmesi gerektiğinde önce S0 stop butonuna basılıp asenkron motor durdurulacak daha sonra istenilen yön butonuna basılıp çalıştırılabilecektir. Asenkron motorun ileri yönde çalıştığını L1 lambası, geri yönde çalıştığını L2 lambası gösterecektir. Ayrıca asenkron motor aşırı akım rölesi ile korunacaktır. Gerekli güç ve kumanda şemasını çiziniz. ġekil 5.8. Örnek 2 için kumanda ve güç devresi şeması PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Programlanabilir Lojik Kontrolörler (PLC), otomasyon devrelerinde yardımcı röleler, zaman röleleri, sayıcılar gibi kumanda elemanlarının yerine kullanılan mikroişlemci temelli cihazlardır. Bu cihazlarda zamanlama, sayma, sıralama ve her türlü kombinasyonel ve ardışık lojik işlemler yazılımla gerçekleştirilir. Bu nedenle karmaşık otomasyon problemlerini hızlı ve güvenli bir şekilde çözmek mümkündür. PLC nin üstünlüklerini sıralarsak: Daha kolay ve güvenilirdirler. Daha az yer tutar ve daha az arıza yaparlar. Yeni bir uygulamaya daha çabuk adapte olurlar. Kötü çevre şartlarından kolay etkilenmezler. Daha az kablo bağlantısı isterler. Hazır fonksiyonları kullanma imkanı vardır. Giriş ve çıkışların durumları izlenebilir. ġekil 5.9. PLC modülü ve örnek bir uygulama. 32

36 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: PLC ile Röle Sistemleri Arasındaki Farklar Kontrol devresinin işlevi yazılımla sağlandığından, kontrol devresini tasarlamak, röleli bir devrenin tasarımından daha kolaydır. Bütün kontrol işlevleri yazılımla gerçekleştiğinden, farklı uygulama ve çalışma programlarını sağlamak son derece kolaydır ve donanımın değiştirilmesine gerek kalmaksızın yazılımın değiştirilmesi yeterlidir. Röleli kontrol devrelerine göre çok daha az yer kaplarlar. Küçük kontrol devrelerinde röleli kontrol sistemi daha ucuz olur. Güvenilirliği yüksek, bakımı kolaydır. Devrelerde arıza aramayı kolaylaştırır. Bilgisayarla ve diğer kontrolörle haberleşme olanağı vardır. Bu özelliği, bilgisayarlı otomasyon işlemine olanak sağlar. Arıza yapma ihtimali azdır. Bir PLC için arızalar arası ortalama süre yaklaşık olarak 8000 saattir. Kötü çevre koşullarında, özellikle tozlu ortamlarda, röleli kumanda devrelerine göre daha güvenlidir PLC Parçalarının Yapısı ve Fonksiyonları Merkezi ĠĢlem Birimi (CPU) : Bu birim işlemci - bellek modülleri ve güç kaynağı arasındaki haberleşmeyi sağlar. CPU ifadesi işlemci ifadesi ile aynı anlamda kullanılmaktadır. İşlemci sürekli olarak makineyi veya prosesi kontrol edecek olan programın derlenmesini ve icrası için bellek ile karşılıklı haberleşme içindedir. Şekil 5.10 da PLC merkezi işlem birimi ve elemanları gösterilmektedir. ġekil PLC merkezi işlem birimi ve elemanları. CPU nun büyük bir bölümünü oluşturan işlemci-bellek birimi programlanabilir denetleyicilerin beynidir. Bu birim mikroişlemci, bellek çipleri, bellekten bilgi isteme ve bilgi saklama devreleri ve programlama aygıtlarıyla işlemcinin ihtiyaç duyduğu haberleşme devrelerinden oluşur. İşlemci zamanlama, sayma, tutma, karşılaştırma ve temel dört işlemi içeren matematik işlemleri gerçekleştirilebilir. Hafıza (Bellek Elemanları): PLC lerde kullanılan hafıza tipi genellikle EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory ) olarak adlandırılan silinebilir, programlanabilir, salt okunabilir hafızalar kullanılmaktadır. PLC ler ilerde anlatılacak olan Ladder Diyagramı veya deyim listesine göre programlanırlar. Bu programlar EPROM hafızaya kaydedilerek saklanır ve bu hafızadan merkezi işlem birimine gönderilir. Güç Katı: PLC içerisindeki elektronik devrelerin çalışması için gerekli olan gerilimi istenilen seviyede temin eder. Şebeke gerilimi 220 VAC veya 24 VDC olan tipleri mevcuttur. Her CPU üzerinde 24 VDC algılayıcı besleme çıkışı yer almakta olup bu kaynak lokal girişler veya genişleme modüllerinin röle bobinlerini beslemek için kullanılabilir. Eğer güç gereksinimi CPU nun sağlayabileceğinden fazla ise, harici bir 24 VDC güç kaynağı kullanılmalıdır. Her durumda 24 VDC kaynağı girişlere ve röle bobinlerine manuel olarak bağlamalıdır. GiriĢ/ÇıkıĢ Bölümü: İşlemciyi (CPU) PLC nin beyni olarak kabul edersek, giriş/çıkış (Input / Output) birimini de PLC nin duyu organları olarak kabul edebiliriz. Giriş modülü kontrol edilen makinelerden, işlemciden veya dışarıdan bir anahtardan ya da algılayıcıdan aldığı sinyali kabul ederek kullanılmasını sağlar. Çıkış modülleri denetleyicinin, çıkıştaki makinenin ya da işlemin kontrolü için 5 V DC, 12 V DC veya 220 V AC lik çıkış sinyalleri sağlarlar. Bu çıkış sinyalleri, optik izolatörler veya güç elektroniği elemanları kullanılarak yüksek akımların kontrolü sağlanır. Şekil 5.11 de PLC nin giriş ve çıkış elemanlarının prensip şeması görülmektedir. 33

37 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 ġekil PLC giriş-çıkış elemanları PLC GiriĢ Elemanları ve PLC ye Bağlantıları Temaslı Algılayıcılar Kontaktörler ġalterler-anahtarlar: Kontak konumunu fiziksel hareket ile değiştiren kumanda elemanlarıdır. Bunların değişik tipleri vardır. Örneğin, basmalı anahtarlar, mafsallı anahtarlar, dokunmatik anahtarlar, ışıklı anahtarlar vb. Şalterler genelde iki tipte yapılırlar. 1-Kalıcı tip anahtarlar-şalterler. 2-Butonlar (geri dönüşlü şalterler) Mekanik Sınır Anahtarları Butonlar: Start Butonu, Stop Butonu, İki Yollu Kumanda Butonu. Şekil 5.12 de buton, anahtar, çift yollu kumanda butonu ve kontaktörlerin PLC ye bağlantısı görülmektedir Temassız Algılayıcılar ġekil Buton ve kontaktörün PLC ile bağlanması. 1) Endüktif Temassız Algılayıcılar: Algılayıcı içerisinde bulunan osilatör elektromanyetik değişken bir alan üretir ve bu alan algılayıcının aktif yüzeyinden çıkarak ön tarafına yayılır. Elektriksel iletken olan bir nesne (metal) algılayıcıya yaklaştırılırsa, elektromanyetik değişken bir alana girdiği için üzerinde gerilim indüklenerek içersinde fuko akımları oluşur. Böylece osilatör daha çok akım çeker ve gerilim seviyesi düşer. Gerilimin düşmesi bir karşılaştırıcı tarafından değerlendirilerek çıkış katına sinyal gönderilir. Çıkış katında anahtarlama işlemi yapılarak algılayıcı çıkış sinyali elde edilir. Algılayıcının önünde herhangi bir metal nesne olmadığı sürece bu gerilim aynı seviyede kalır ve karşılaştırıcı reaksiyon göstermediği için çıkış sinyali alınmaz. Şekil 5.13 te endüktif algılayıcının prensip şeması verilmiştir. ġekil Endüktif sensör ve yapısı. 2) Kapasitif Temassız Algılayıcılar: Burada fiziksel büyüklüklerin elektriksel sinyale çevrilmesinde kapasite değişiminden yararlanılır. Bu kapasite değişimi iki yolla yapılmaktadır. Bir plaka sabit ve diğeri hareketli olmak üzere, plakalar arası mesafe (d) değiştirilmek suretiyle kapasite değişimi sağlanabilir. Algılanacak nesne dielektrik elemanını oluşturacak şekilde kapasite değişimi sağlanabilir. Kapasitif yaklaşım algılayıcılardaki fonksiyon buna dayanmaktadır. Kapasitif yaklaşım algılayıcıları 34

38 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 hem iletken olmayan (plastik, tahta, cam, porselen vb.) hem de iletken olan (metaller) nesneleri algılamak için endüstride kullanılırlar. Şekil 5.14 de kapasitif sensörler ve yapısı görülmektedir. ġekil Kapasitif sensör ve yapısı. 3) Optik Temassız Algılayıcılar: Fotoelektrik sensörler veya fotoseller, ışık emisyon prensibiyle çalışan elektronik malzemelerdir ve bir verici ya da ışık kaynağı ile bunların ışınlarını alan bir alıcıdan oluşurlar. Vericide bulunan ışık kaynağı belirli bir frekansta ışık yayar. Alıcı ise bu kaynaktan belirlenen frekanstaki ışığın alınmasında kullanılır. Kullanılan ışık kızılötesidir. Sensör, vericiden gönderilen ışık frekansı ile alıcıdan gelen ışık frekansının karşılaştırmasını yapar. Eğer aynı frekansta ışık alırsa çıkışını aktif hale getirir. Şekil 5.15 de çeşitli tipteki fotoelektrik sensörler gösterilmiştir. ġekil Çalışma yapılarına göre fotoelektrik sensörler. KarĢılıklı Fotoelektrik Sensörler: Karşılıklı tip fotosellerde ışık gönderici ve alıcısı ayrı ayrı monte edilmişlerdir. İki tarafta da pencere ve odaklama mercekleri bulunur. Alıcı gönderilen ışığı aldığı sürece reaksiyon gösterilmez. Işık bariyeri arasına ışığı engelleyen bir cisim girdiğinde alıcı anahtarlama yapar. Reflektörlü Fotoelektrik Sensörler: Reflektörlü tiplerde gönderici ve alıcı aynı gövde üzerindedir. Reflektör ışığın tekrar geri yansımasını sağlamak için sensörün karşısına yerleştirilir. Reflektör algılama mesafesinin içinde olmalıdır. Yansıma kalitesi yüksek bir reflektör ile algılama mesafesi artabilir. Cisimden Yansımalı Fotoelektrik Sensörler: Cisimden yansımalı fotosellerde, gönderici ve alıcı tek bir gövde içine yerleştirilmiştir. Gönderici ışığı, algılama mesafesi içindeki objeden geri yansıma yapar ve bu yansıma alıcı tarafından algılanır. Normal cisimden yansımalı tip fotosellerde algılama mesafesi, objenin renk ve yüzey şekline bağlı olarak değişir PLC ÇıkıĢ Elemanları ve Bağlantı Özellikleri ÇıkıĢ Kontrol Lambaları Selenoid Valfler Röle ve Motorlar Şekil 5.16 da PLC giriş ve çıkış elemanlarının PLC modülüne bağlantısı gösterilmiştir. ġekil PLC giriş ve çıkış elemanları 35

39 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: PLC Ġle Programlama PLC programları, devre sembolleri (merdiven diyagram) kullanılarak yapılabileceği gibi doğrudan komutlar (öğretici dil) ile de yapılabilir Merdiven (Ladder) Diyagram ile Programlama Merdiven diyagramı ile programlamada semboller kullanılır. Röleli kontrole alışık olanlar için merdiven diyagramı ile program yapmak daha kolaydır. Fakat komutların kullanımını da mutlaka öğrenmek gerekir. Merdiven diyagram ile program yazmak röleli kontrolde çizilen ardışık diyagrama çok benzemektedir. Fakat ardışık diyagramda kullanılan semboller ile merdiven diyagramında kullanılan semboller farklıdır. Şekil 5.17 de basit bir devre gösterilmektedir. Rölenin bobin ve kontağı ardışık diyagramda gösterilir. Fakat merdiven diyagramda, rölenin bobin ve kontağını çizmeye gerek yoktur. PLC de hangi giriş şartlarında hangi çıkış ya da çıkışların aktif olacağını belirtmek yeterlidir. PLC, rölenin fonksiyonlarına da sahiptir. Bu nedenle röleyi çizmeye gerek yoktur. Aşağıdaki diyagram X1 ( a kontak), X2 ( b kontak) ve Y0 ın kullanıldığı bir ardışık diyagramı ve merdiven diyagramını göstermektedir. 3. DENEYĠN YAPILIġI ġekil Basit bir devrenin merdiven diyagramı Deney 1- Asenkron Motorların Ġki Yönlü ÇalıĢtırılması: Üç fazlı asenkron motorların devir yönlerinin değiştirilmesi, iki fazın yerlerinin değiştirilmesi ile olmaktadır. Motor bir yöne doğru dönerken, motorun enerjisi kesilmeden diğer yöne döndürülmeye çalışılması motorlara zarar vermektedir. Bu nedenle kontak emniyetli çalıştırma kullanılır. Bu çözüm ile motorun enerjisinin kesilmeden diğer yönde çalıştırılması engellenmiş olur. Şekil 5.18 de sistemin güç ve kumanda devresi gösterilmektedir. Uygulama: ġekil Asenkron motorların iki yönlü çalıştırılmasına ait güç ve kumanda devresi. İki yönlü çalışmaya ait kumanda devresinin çalışmasını açıklayınız. PLC yazılımının yüklü olduğu bilgisayarda Step-7 Microwin PLC programını çalıştırınız. Şekil 5.18 deki PLC programını gerçekleştiriniz. Yazdığınız programı S7-200 PLC ye yükleyiniz. Gerekli elemanları PLC setine bağlayarak, PLC setine enerji veriniz ve programın ve sistemin çalışmasını Microwin programından online gözlemleyiniz. Aynı programı motoru otomatik olarak 10 sn sola, sonra 25 sn sağa döndürecek şekilde nasıl yapabiliriz? 36

40 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 ġekil Asenkron motorların iki yönlü çalıştırılmasına ait PLC programı. Ġnput Adresi Output Adresi Stop Butonu I0.0 İleri Yön Kontaktörü İleri Yön I0.1 Geri Yön Butonu Kontaktörü Geri Yön Butonu I0.2 Q0.0 Q0.1 Tablo 5.2. İki yönlü çalışmaya ait PLC giriş ve çıkış adresleri. Deney 2- Asenkron Motorlara Yıldız-Üçgen Yol Verme Özellikle büyük güçlü motorların kalkınma anında çektikleri akım oldukça yüksektir (Yaklaşık nominal akımın 3 katı yüksek akım çekerler). Bu dezavantajdan kurtulmak için, motor ilk önce yıldız çalıştırılır. Böylece motor sargılarına daha düşük gerilim uygulanmış olur. Uygulama: Yıldız-üçgen yol vermeye ait kumanda devresinin çalışmasını açıklayınız. PLC yazılımının yüklü olduğu bilgisayarda Step-7 Microwin PLC programını çalıştırınız. Şekil 5.20 deki PLC programını gerçekleştiriniz. Yazdığınız programı S7-200 PLC ye yükleyiniz. Gerekli elemanları PLC setine bağlayarak, PLC setine enerji veriniz ve program çıktılarını gözlemleyiniz. Yıldız yol alma süresini 6 sn yapabilmek için gerekli işlemleri yapınız. ġekil Yıldız-üçgen yol vermeye ilişkin kumanda ve güç devresi. 37

41 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 ġekil Yıldız-üçgen yol vermeye ilişkin PLC programı Ġnput Adresi Output Adresi Start butonu I0.0 Ana kontaktör Q0.0 Stop butonu I0.1 Yıldız çalışma kontaktörü Q0.1 Üçgen çalışma kontaktörü Q0.2 Tablo 5.3. Yıldız-üçgen yol vermeye ait PLC giriş ve çıkış adresleri. Deney 3- PLC ile Sensör ve Sayıcı Uygulaması Bir dolum tesisinde cisimden yansımalı bir fotoelektrik sensör (I02) ile konveyör üzerinde hareket eden şişeler sayılmaktadır. Bu sensör 10 adet şişeyi saydıktan sonra, etiketleme makinesi (Q0.0) çalışmakta ve etiketleme işlemi bitince, etiket sensörü (I0.3) sayıcıyı sıfırlayarak, bandı tekrar çalıştırmaktadır. Bu işlemi gerçekleştirecek uygun PLC programını tasarlayınız. Uygulama: ġekil Endüstriyel bir şişeleme ve dolum tesisi. PLC yazılımının yüklü olduğu bilgisayarda Step-7 Microwin PLC programını çalıştırınız. I0.2 girişine bağlı sensörün önünden 10 parça geçtiğinde Q0.0 çıkışı aktif edilecek, I0.3 girişine bağlı sensör algıladığında ise sayıcı sıfırlanacaktır. Şekil 5.22 deki PLC programını gerçekleştiriniz. Yazdığınız programı S7-200 PLC ye yükleyiniz. Gerekli elemanları PLC setine bağlayarak, PLC setine enerji veriniz ve program çıktılarını gözlemleyiniz. Program ileri yönlü bir sayıcı kullanılarak nasıl gerçekleştirilir? 38

42 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 5 ġekil Sayıcı ile ilgili örnek PLC programı. 4. RAPORDA ĠSTENĠLENLER 1- Deneyde yapılan güç ve akım yolu şemalarını çizerek, çalışmalarını adım adım açıklayınız. 2- Asenkron motorlarda / klemens bağlantısı nasıl yapılır? Asenkron motorlarda / yol vermeye neden gerek duyulur? Hangi güçlerde bu yol verme yöntemi kullanılır? 3- / yol verme süresi ne kadardır ve bu süre nasıl belirlenir? 4- Direkt yol verilen 3 fazlı asenkron motorla tahrik edilen bir band sistemi ile A-B-C noktaları arasında yük taşınmaktadır. Yük A ya konulunca band çalışmakta, B ye gelince 30 saniye beklemekte ve C ye gelince durmaktadır. Yükün B de durduğu bir sinyal lambası ile ikaz edilmektedir. Güç ve akım yolu şemalarını çiziniz? PLC programını yazınız. 39

43 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:6 ġebeke ĠLE PARALEL ÇALIġAN SENKRON GENERATÖR 1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; senkron generatörün şebekeyle paralel çalışabilmesi için gereken şartların sağlanması ve paralel bağlanan senkron generatörde aktif ve reaktif güç ayarının gerçekleştirilmesidir. 2. TEORĠ Günümüzde senkron generatörlerin bağımsız olarak bir yükü beslemesi uygulamalarına pratik hayatta pek az rastlanılmaktadır. Senkron generatörler lokal (tek başına) olarak ancak acil ihtiyaç gereken uygulamalarda kullanılmaktadır. Genellikle birçok generatörle veya enterkonnekte şebekeyle paralel olarak çalıştırılırlar. Paralel çalışmanın birçok avantajı vardır. Bunlar: a) Birkaç generatör; bir generatörün tek başına besleyebileceği bir yükten daha büyük bir yükü besleyebilir. b) Paralel çalışan generatörlerden oluşan güç sistemlerinin güvenilirliği yüksektir. Herhangi bir generatör devre dışı olsa bile, bu generatörün beslediği yük grubu diğer generatörlerden beslenebilir. c) Paralel çalışan generatörlerden oluşan güç sistemlerinde generatör bakımı kolaylıkla yapılabilir. d) Paralel çalışan generatörler yerine yüksek güçlü bir generatörle bir yük grubu beslenebilir. Ancak, yükün bir kısmı devrede olmadığında, generatör nominal şartlarda çalıştırılmadığından verimli kullanılmamış olur. İşte bu nedenlerle senkron generatör, ya diğer generatörlerle ya da şebekeyle paralel çalıştırılır. Bir generatörün diğer generatörlerle veya sonsuz güçlü şebekeyle (enterkonnekte sistemle) paralel çalıştırılabilmesi için bazı şartların yerine getirilmesi gerekir. Bu şartlar aşağıdadır. ġekil 1. Bir generatörün enterkonnekte şebekeye veya diğer bir generatöre paralel bağlanması 1) Paralel bağlanacak generatörün frekansı, şebeke frekansıyla aynı olmalıdır. Paralel bağlanacak makinanın generatör olarak çalışabilmesi için makina frekansı şebeke frekansından biraz büyük tutulmalıdır. Bu şart yerine getirilmezse senkron generatör ve şebeke (veya diğer generatör) arasında aktif sirkülasyon akımları akar. Eğer frekanslar arasındaki fark %1 den büyük olursa senkron generatör ve senkron generatörü tahrik eden sistemin milleri burulabilir. Niçin? (Nedenini öğreniniz) 2) Generatör gerilimiyle şebeke geriliminin genlikleri eşit olmalıdır. Paralel bağlama esnasında gerilimler arasındaki fark %10 u aşarsa; senkron generatör ve şebeke (veya diğer generatör) arasında yüksek değerli reaktif sirkülasyon akımları akar. Niçin? (Nedenini öğreniniz) 3) Senkron generatör ve şebekenin faz sıraları aynı olmalıdır. 40

44 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 6 ġekil 2. Şebeke ve generatör faz sıraları (farklı faz sırası) Faz sıraları yukarıdaki gibi farklı olursa; A fazları açısından bir problem oluşmaz. Ancak, B ve C fazlarından çok yüksek akımlar geçer ve makinenin bu sargıları yanabilir. 4) Senkron generatör ve şebekenin aynı isimli fazlarının faz açıları (faz farkları) aynı olmalıdır. Yukarıdaki teorik bilgilerle paralel bağlamada aşağıdaki işlem basamakları gerçekleştirilir: İlk olarak senkron generatör tahrik edilir. Devir sayısı senkron devirin biraz üzerinde tutulur. Şebeke ve generatör frekansları frekansmetreyle ölçülür ve tahrik makinesinin devir sayısıyla frekanslar eşitlenir. İkinci aşamada senkron generatörün uyarma sargısına gerilim uygulanır ve uç gerilimi enterkonnekte şebeke gerilimiyle aynı yapılır. Üçüncü aşamada faz sıraları ve faz farklarının aynı olması sağlanır. Şartlar yerine getirildiğinde şebekeye paralel bağlanılabilir Faz Sırası Kontrolü Senkron generatör ve şebeke fazlarına küçük güçlü bir asenkron motor bağlanır. Asenkron motorun aynı dönüş yönünün elde edildiği faz sıralanışı doğru sıralanıştır. İkinci yöntem üç yanan lamba bağlantı yöntemidir. Bu yöntemde lambalar aşağıdaki gibi bağlanır. ġekil 3. Paralel bağlı senkron generatörlerin blok şeması Eğer tüm lambalar karanlık ve parlak olarak aynı anda yanıyorlarsa; sistemler aynı faz sırasına sahiptir. Eğer lambalar sırasıyla yanıyorlarsa, zıt faz sırasına sahiptirler. Bu durumda faz sırası değiştirilmelidir Faz Farkı Kontrolü Faz farkını kontrol için kullanılan yöntemler aşağıdadır. a) Senkronoskop : Enterkonnekte şebekeye bağlanacak generatörün frekansı, şebeke frekansından büyük olursa (istenen durum) senkronoskop saat ibresi yönünde döner. Aksi takdirde saat ibresinin tersi yönünde döner. Senkronoskop düşey pozisyonda durduğunda gerilimler aynı fazdadır ve şebekeye bağlanmak için anahtar kapatılabilir. b) Sönen Lamba Yöntemi : Şebekeye veya sisteme paralel bağlanacak generatörün frekansı şebeke frekansına yaklaştıkça lambaların yanıp sönme periyodu uzar. Lambaların sönük olduğu periyodun tam ortası, anahtarın en güvenilir şekilde kapatılacağı andır. c) Parlak Lamba Yöntemi : Sönen lamba bağlantısında lamba sönmüş gözükse bile bir gerilim farkı olabilir. Bu da paralele geçişde sorunlar doğurabilir. Parlak lamba yönteminde de lambalar yanıp sönerler, ancak en parlak yanma anı senkronizasyon anıdır. Bu yöntemde de lambaların tam yanık olduğu durumlarda 60 ο lik bir hata olabilir. Bu nedenle 3 fazlı devrelerde pek tercih edilmez. d) Dönen Lamba Yöntemi : Senkronizasyon anında iki parlak yanan, bir sönen lamba bağlantısından ibarettir. Siemens Halske yöntemi olarak da bilinir. İki lamba grubu farklı fazlara, bir lamba grubu da aynı isimli fazlara bağlanır (Generatörün R si ile şebekenin R si gibi). Lambaların parlaklığı bu yöntemde sıra ile değişir. Lambaların yanıp sönme hızı alternatörün frekansı konusunda da bir bilgi sahibi olmamızı sağlar. 41

45 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 6 Senkronizasyon anında aynı isimli fazlara bağlanan lamba grubu söner. Diğer iki lamba grubu ise aynı parlaklıkta yanar. ġekil 4. Dönen lamba bağlantısı Bu yöntemde aynı isimli fazlara bağlı lamba senkronizasyon anında söner. Ancak bu lamba üzerindeki gerilim; lamba flamanını ısıtmayacak değerde iken de lamba sönmüş görülür. Bundan dolayı mevcut gerilim senkronizasyon anında olması gereken değerden daha büyük olabilir. Bu durumu önlemek için sönen lambanın bağlandığı fazlara bir sıfır voltmetresi de bağlanır ve gerilim buradan izlenir. 3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyden Önce Ġstenenler 1- Deneye gelmeden önce yuvarlak ve çıkık kutuplu senkron generatörlerin aktif güç-frekans, reaktif güçgerilim değişimlerini ve fazör diyagramlarını çiziniz. 2- Senkron generatörün gerilim üretimini ve gerilimin genliğiyle frekansının nasıl ayarlanabileceğini araştırınız Deneyde Kullanılan Elemanlar DA şönt motor (Senkron generatörün devir sayısını, dolayısıyla frekansını ayarlamak için) Senkron generatör Frekans metre (2 adet). Set üzerinde hazır. Voltmetre (2 adet). Set üzerinde hazır. Dönen lamba sistemi. Set üzerinde hazır. Köprü kontrolsüz doğrultucu. Senkron generatör uyartım sargısına uygulanacak DC gerilim için. Senkronoskop anahtarı (kontaktör) Universal avometre (sıfır voltmetresi olarak) 3.3. Deneyin YapılıĢı 1- Bir santralde generatör hareket kaynağı ya bir dizel motor grubu, ya bir buhar türbini ya da su türbinidir. Yapılacak deneyde bu işlev bir doğru akım motoruyla yerine getirilecektir. Doğru akım motoru şönt veya kompunt olarak bağlanabilir. Deneyde doğru akım motoru şönt olarak bağlanmıştır. Motorun hızı uyarma sargısına bağlı hız ayar direnciyle ayarlanmaktadır. 2- Deneyde DA motoru, senkron generatör ve senkronizasyon sisteminin bağlantısı önceden yapılmıştır. Hem kompleks olması, hem de uzun süreye gereksinim göstermesinden dolayı bağlantı önceden hazırlanmıştır. Bağlantı detayları deney esnasında bağlantılar yerlerinden çıkarılmadan incelenebilir. 3- Deneydeki işlem basamakları aşağıdadır. a) DC ve AC şebeke açılır. Bu durumda senkronizasyon panosundaki lambaların yandığı görülür. b) Doğru akım motoruna yol verilir ve hızı 1500 devire yaklaştırılır. c) Kontrolsüz doğrultucunun girişindeki varyak ile doğrultucu giriş gerilimi değiştirilerek senkron generatörün uyarma sargı gerilimi arttırılır. Senkron generatörün uç gerilimi şebeke gerilimine eşitlenir. d) Bu işlemlerin sonunda lambaların dönerek yanıp söndüğü görülür. e) Lambaların dönüş hızı mümkün olduğunca yavaşlatılır ve saat dönüş yönünde dönme sağlanır. f) Aynı isimli fazlara bağlı olan lambanın söndüğü an, sıfır voltmetresinden de izlenir. Sıfır voltmetresindeki gerilim fazlar arası gerilimin %10 undan daha düşük bir değere geldiğinde, senkronizasyon butonuna basılarak paralele girilir. Deney esnasında sıfır voltmetresindeki gerilim 10 V un altına düşünce paralele girme, darbesiz bir girişi sağlayacaktır. Şebekeyle paralel bağlandıktan sonra; 1) Aşağıdaki değerleri kaydediniz. Her bir deney aşaması için ölçeceğiniz değerleri kaydedeceğiniz, aşağıdaki tabloyu deneye gelmeden hazırlayınız. 42

46 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 6 Generatör terminal gerilimi : Generatör akımı : P ( W ) : Cos : Q ( VAR ) : f e : Sayaç dönüş yönü : DC makinenin uyarma akımı : AC generatör uyarma akımı : AC generatör uyarma gerilimi : 2) DC motorun uyarmasını kademeli olarak (%1 kadar) azaltınız ve tablodaki değerleri kaydediniz. Bu durumda senkron ve doğru akım modellerinin çalışma modlarını belirtiniz. Güç değerlerini yorumlayınız. Senkron makine ile şebeke arasında nasıl bir güç alışverişi olur? Yorumlayınız. 3) Bu konumlardan herhangi birinde senkron generatörün uyarma akımını iki kademe için her bir kademede %1 kadar arttırınız. Yukarıdaki tabloda bulunan değerleri alınız ve sonuçları yorumlayınız. 4) Hem DC makine, hem de SM nin uyartımlarını başlangıç konumuna getiriniz. DA makinesinin uyarma akımını yine aynı kademelerde iki ayrı konum için arttırınız. Tabloda bulunan değerleri alınız ve sonuçları yorumlayınız. 5) DA makinesinin uyarma akımının arttırıldığı durum için; senkron makinenin uyartım akımını %1 lik aralıklarla 2 kademe arttırıp, azaltarak tablodaki değerleri elde ediniz. Sonuçları yorumlayınız ve I f, I a değişimini çiziniz. ġekil 5. Senkron generatörü tahrik eden dc motor bağlantı şeması 4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Deneyin yapılışı kısmında istenilen yorumları ayrı ayrı yapınız ve istenilen grafikleri çiziniz. 2- Senkron generatörün fazör diyagramını çizerek sonuçları yorumlayınız. 3- Senkron makine devir sayısı, aktif güç, uç gerilimi, reaktif güç değişimlerini elde edip yorumlayınız. 4- Senkronizasyon anahtarı yüksüz durumda açılırsa ne olur? Yorumlayınız. 43

47 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 6 ġekil 6. Deney seti senkronizasyon bloğu bağlantı şeması 44

48 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:7 ASENKRON MOTORLARA YOL VERME VE HIZ AYARI YÖNTEMLERĠ 1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; asenkron motorlarda kullanılan direkt yol verme, ototransformatörle yol verme ve sadece bilezikli asenkron motorlarda kullanılan rotora direnç ilave ederek yol verme yöntemlerini incelemek ve asenkron motorlarda stator gerilim değerinin değiştirilmesi ile hız ayarı ve sadece bilezikli asenkron motorlarda kullanılan rotor devresine direnç ilave ederek hız ayarı yöntemlerini incelemektir. 2. TEORĠ 2.1. Asenkron Motorlarda Yol Verme Yöntemleri Bir asenkron motor dururken, n=0 ve s=1 dir. Bu durumda motorun stator sargısına nominal gerilim uygulandığında, motor bağlı olduğu şebekeden nominal akımının 5-6 katı daha büyük bir akım çeker. Büyük güçlü motorlarda ve bunların çalışabileceği zayıf şebekelerde (iç empedansı oldukça büyük) bu akım, şebeke geriliminde azalma meydana getirir. Bu tip motorların çok olması halinde ise, şebeke bu akımı sağlayamayabilir. O halde motorun yol alma akımını sınırlamak lazımdır. Pratikte kullanılan yol verme yöntemleri aşağıdaki gibi sıralanabilir. 1. Doğrudan doğruya şebekeye bağlanarak yol verme 2. Ototransformatörle yol verme 3. Stator yanına tristör yada direnç bağlayarak yol verme 4. Yıldız üçgen yol verme 5. Rotora direnç ilave ederek ya da tristör kullanarak yol verme (Bilezikli motorlara yol verme) Doğrudan Doğruya ġebekeye Bağlanarak Yol Verme Motorları besleyen şebekenin büyüklüğü, bu yöntemle yol verilecek motorların gücünü belirler. Doğrudan doğruya bağlama ile yol verme, yurdumuzda bir kaç beygir güçlü (5 kw a kadar) motorlar için uygulanabilir. Bu yöntemin yararları, yol verme işleminin sade ve gerekli tesisatın ucuz olmasıdır. Ayrıca büyük akımla yol alma, ivmenin büyük olmasını ve motorun nominal hızına daha kısa zamanda ulaşmasını sağlar Ototransformatörle Yol Verme Yöntemin esası, yol alma akımını küçük tutmak için, stator sargılarına düşük gerilim uygulamaktır. Motor hızlandıkça, bu gerilimde artırılır ve nominal gerilime çıkartılır. Stator akımı I S, stator gerilimi U S ile orantılıdır. Ayrıca M k devrilme momenti ise stator geriliminin karesi (U S 2 ) ile orantılıdır. O halde I S akımını uygulanan gerilimle azaltırken M k da azalacaktır. Bu nedenle kalkış momenti (M b ) nin, yük momentinden (M y ) büyük olup olmadığı (M b >M y ) kontrol edilmelidir. ġekil 1. Bilezikli asenkron motora uygulanan değişik gerilimlerdeki moment-hız karakteristikleri Asenkron makinanın güç akış diyagramı: 45

49 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: U S.( Rr / s) Mn, 2 Rr 2 S RS X T s Mb U S 2 S X T, 2..n s s, 60 n S 60. f p S, s k R X r T Bilezikli Asenkron Motorların Rotoruna Direnç Ġlave Ederek Yol Verme Rotora direnç ilave ederek yol verme, rotorunda fırça-bilezik bulunan ve sargı uçları dışarıya çıkarılmış olan rotoru sargılı motorlarda gerçekleştirilebilir. ġekil 2. Bilezikli asenkron motorda rotora seri direnç bağlayarak elde edilen moment-hız karakteristikleri 46

50 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 7 Devrilme kaymasının S k =R r / X T bağıntısında eğer R r direncini değiştirirsek S k da değişir. M k devrilme momenti R r ne bağlı olmadığından değişmez. Şekil 2 deki moment devir sayısı karakteristiğinden görüleceği gibi, rotor sargılarına ilave bir direnç bağlamakla hem kaynaktan çekilecek akım sınırlanır hem de M b kalkış momenti büyütülür. Başlangıç momentinin rotora direnç ekleyerek büyütülmesinin, motorun milinde M y gibi bir yük momenti varsa büyük bir avantajı vardır. Başlangıç anında yük momenti M y, başlama momenti M b den büyükse yani M y >M b ise motor harekete geçemez. Motorun harekete geçmesi için başlama momentini büyültmek gereklidir. Bunun için rotor devresine direnç ilave ederek motorun başlama momenti büyütülür ve M b >M y olduğunda motor hareket eder. Motor nominal hızına gelince ilave dirençler devre dışı bırakılır Asenkron Motorlarda Hız Ayarı Yöntemleri Asenkron motorun normal çalışma bölgesinde devir sayısı yükle çok az değişim göstermektedir. Endüstride bir çok iş makinası, değişik bir kaç devir sayısı ile çalışabilen ya da çoğu zaman sürekli hız ayarı yapılabilen motorlara ihtiyaç gösterir. Asenkron motorun ucuz olması, fırça ve kollektörünün bulunmaması nedeni ile az arıza yaparak sürekli çalışma imkanının bulunması, bu motorların yaygın olarak kullanılmasına ve hız ayarının da yine asenkron motorlar yardımı ile yapılmasına yol açmıştır. Asenkron motorlarda hız ayarı ilkeleri aşağıdaki gibi sıralanabilir. 1. Statora uygulanan gerilimin frekansının değiştirilmesi 2. Statora uygulanan gerilim değerinin değiştirilmesi 3. Stator sargısı kutup sayısının değiştirilmesi 4. Rotora bağlanan direncin değiştirilmesi 5. Rotor sargılarına dış kaynaktan gerilim uygulanması Statora Uygulanan Gerilim Değerinin DeğiĢtirilmesi Asenkron motorun momentinin, gerilimin karesi ile doğru orantılı olarak değiştiği bilinmektedir. Gerilim nomina1 değerinin yarısına düştüğünde moment dörtte birine düşer. Momentin hızla değişimi değişik stator gerilimleri için Şekil 3 de gösterilmiştir. Aynı şekil üzerinde, bir yükün dönme sayısı ile yük momenti arasındaki karakteristik de gösterilmiştir. Şekilde belli bir yük momenti için stator gerilimi nominal değerinde iken, motorun dönme sayısı n 1, yarı gerilimde ise n 2 dir ve n 2 < n 1 dir. Böylece dönme sayısı, belli bir yük için prensip olarak stator geriliminin değeri ile ayar edilmiş olur. Maksimum momentin değeri ve moment, stator geriliminin karesi ile değiştiğinden, gerilim azaldığında moment de karesel olarak azalacağından, bu hız ayar yöntemi endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, küçük güçlü sincap kafesli motorlarda, vantilatör tahrikinde kullanılmaktadır. ġekil 3. Bilezikli asenkron motora uygulanan değişik gerilimlerdeki moment-hız karakteristikleri Rotora Bağlanan Direncin DeğiĢtirilmesi Ġle Hız Ayarı Rotor sargısına direnç ilave ederek hız kontrolü, ancak uçları bilezik-fırça üzerinden dışarıya alınmış olan bilezikli motorlarda yapılabilir. Bilezikli asenkron motorun, rotora ilave edilen dirençlerle moment karakteristiğinin değiştirilebileceği yol verme bölümünde gösterilmişti. Rotor sargısına bağlı seri dirençlerin değişik değerleri için moment-hız karakteristiği Şekil 4 de gösterilmiştir. Bilezikli asenkron motorda R 1 <R 2 < R 3 dirençlerinin rotor sargısına ilave edilmesi ile değişik moment-hız karakteristikleri elde edilir. Şekil 4 de yük momentine ait karakteristik, motor moment karakteristiklerini n 1, n 2 ve n 3 devir sayılarında keser. Böylece belli bir yük için, rotorun R 1 direncinde devir sayısı n 1, R 2 direncinde n 2 ve R 3 direncinde de n 3 olur. Büyük rotor direncinde P 3 noktasındaki çalışmada yük momentinin küçük değişmeler göstermesi halinde hız çok değişirken, P 1 noktasında da (örneğin küçük rotor dirençlerinde) hız az değişir. 47

51 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 7 Rotor sargısına direnç ilave ederek yapılan hız kontrolünün sakıncası dirençlerdeki ısı kayıplarının verimi düşürmesi ve ek kayıplara yol açmasıdır. ġekil 4. Bilezikli asenkron motorda rotora seri direnç bağlayarak elde edilen moment-hız karakteristikleri 3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyde Kullanılan Elemanlar Asenkron motor Doğru akım motoru Ototransformatör Yol verme hız ayar direnci Yük direnci Pendel seti AVO metre Güç ölçer 3.2. Deneyin YapılıĢı Asenkron Motorlara Ototransformatörle Yol Verme ve Statora Uygulanan Gerilim Değerini DeğiĢtirerek Hız Kontrolü Deneyi Şekil 5 deki bağlantı şemasında verilen montajı hazırlayınız. Sonra ototransformatörün sekonder devresine bağlanmış olan voltmetreye bakarak, ototransformatörün sekonder gerilimini sıfır değerinden başlayarak anma gerilimine kadar artırınız. Yol verme durumunda rotor sargısına bağlı durumda olan reosta sıfır konumundadır. Yani rotor sargısına ilave direnç eklenmemiştir. Bu durumda asenkron motorun statoruna uygulanan gerilim arttıkça rotorun devir sayısı da durmadan artar ve nominal gerilimde en büyük değerine ulaşır. Daha sonra asenkron motoru nominal gerilimde, bir dinamofren ile yavaş yavaş yükleyiniz ve motorun momentini boşta çalışma değerinden, anma değerine kadar kademeli olarak ayarlayınız. Her kademe için I (akım), P el (giriş gücü), M (moment) ve n (hız) değerlerini ölçerek tablo halinde yazınız. Daha sonra bu deneyi Us =342, 304 ve 266 voltta tekrarlayız Bilezikli Asenkron Motorun Rotor Sargısına Direnç Ġlave Ederek Yol Verme ve Hız Ayarı Deneyi Şekil 5 deki bağlantı şemasında verilen montajda, yol vermede uçların bileziklere temasını sağlayan ve fırçalara bağlı bulunan, yıldız bağlı yol verme direncini basamak basamak küçültünüz. Bu durumda rotor devir sayısı durmadan artar ve yol verme direncinin sıfıra eşit yapılması, yani rotor uçlarının kısa devre edilmesi halinde en büyük değerine ulaşır. İlk önce rotora ilave edilen R il =0 iken motoru dinamofren ile yükleyiniz. Asenkron motorun momentini, boşta çalışma değerinden anma değerine kadar kademeli olarak ayarlayınız. Her kademe için I, P el, cos, M ve n değerlerini ölçerek tablo halinde hazırlayınız. Aynı deneyi gerilimi nominal gerilimde sabit tutarak, yol verme direncinin değişik basamaklarında tekrarlayınız ve her ilave direnç değerinde I, P el, cos, M ve n değerlerini ölçerek tablo halinde hazırlayınız. 48

52 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 7 ġekil 5. Bilezikli asenkron motorun değişik rotor dirençlerinde ve değişik stator gerilimlerinde işletme karakteristiklerinin çıkarılmasına ait bağlantı şeması 4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Her iki deneyde (stator gerilimini değiştirerek ve rotor sargılarına direnç ilave ederek) ölçtüğünüz değerlerden yararlanarak; s (kayma), P mek (çıkıģ gücü), (verim) değerlerini hesaplayınız. 2- Ölçdüğünüz ve hesapladığınız değerlerden yararlanarak; I=f(n), M=f(n), P el =f(n), P mek =f(n), =f(n) ve cos = f(n) eğrilerini çiziniz. 49

53 FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI DENEY NO:8 YÜKSEK GERĠLĠM ĠZOLATÖRLERĠNDE YÜZEY KAÇAK AKIMLARININ ÖLÇÜLMESĠ 1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; yüksek gerilim izolatör test yöntemlerini öğrenmek, kirlenme atlaması hakkında bilgi sahibi olmak ve kuruda ve yaşta izolatör yüzeyindeki kaçak akımları incelemektir. 2. TEORĠ İzolatörler, elektrik hava hatlarında ve tesislerinde iletkenleri taşımaya ve elektriksel izolasyonu sağlamaya yarayan porselen, cam veya epoksi reçineden yapılmış araçlardır. İzolatörler, deşarj ve atlamalar sonucu ortaya çıkan termik zorlanmalara, açık hava tesislerinde kar, buz ve rüzgarın neden olduğu mekanik kuvvetlere, kirlenme neticesi sis ve çiğin sebep olduğu elektriksel izolasyon zayıflamasına maruz kalırlar. Bu nedenle izolatörler üzerinde yapılacak testlerle bu özellikler bakımından yeterli nitelikte olduklarının kontrol edilmeleri gerekmektedir. İzolatör testleri çeşitli ülkeler ve milletlerarası kuruluşlarca kabul edilen standartlarda tarif edilmişlerdir. Bu testlerin ortak amacı, izolatörün servis şartlarında karşılaşacağı elektriksel, mekanik, termik vb. zorlanmaları en iyi şekilde laboratuvar ortamında temsiledebilmektir. İzolatörler üzerinde yapılan standart testler imalat ve kalite kontrol vazifesi yanında yeni tiplerin geliştirilmesine de yardımcı olmaktadır. İzolatörler üzerinde genellikle aşağıda açıklanan standart muayene ve testler yapılmaktadır Yüksek Gerilim Ġzolatör Testleri Ġmalat Testleri Mekanik Test Zincir izolatörleri en az 10 saniye süre ile 24 saatlik mekanik dayanıklılık test yükünün %60 ına eşit bir germe yükü altında tutulur. Tek parçalı izolatörlerin testinde ise bu yük 24 saatlik mekanik dayanıklılık test yüküne eşit olarak alınır ve 1 dakika süre ile uygulanır Yüksek Frekans Testi İzolatörler 10 saniye süre frekansı ( ) khz olan bir alternatif gerilime maruz bırakılır ġebeke Frekanslı Test Bu testte izolatörlere şebeke frekanslı ( Hz) gerilim uygulanır. Gerilim, zincir izolatörlerin metal parçaları arasına uygulanır. Fakat istenirse izolatörler baş aşağı olarak ve içinde yan iletken yuvasını örtecek kadar derinlikte su bulunan bir metal kaba yerleştirilir. Gerilim kap ile izolatörün tespit yuvasının hemen hemen tepesine kadar doldurulmuş olan su arasına uygulanır. Porselenin elektriksel dayanımını azaltmamak kaydıyla, su yerine metal elektrotlar da kullanılabilir.test gerilimi, izolatörlerden bir tanesinde her 4 veya 5 saniyede bir atlama meydana getirecek değerde olmalıdır. Bu gerilim en az 5 dakika süre ile ve devamlı olarak test edilecek izolatörlere uygulandığında delinme meydana gelmemelidir Tip Testleri Tip testlerinin amacı; izolatörün şekil, büyüklük ve teçhizatının özelliklerini tespit etmektir.her tip izolatör için bu tipe ait partide bulunan izolatörler arasından ayrılan sınırlı sayıda izolatörlere uygulanan testlerdir. Bu testlerin sonucuna göre partideki izolatörlerin tümü hakkında karar verilir. Tip testleri iki grup halinde uygulanır. Birinci gruba giren testlerle izolatörün şekil, büyüklük ve teçhizatının özellikleri; ikinci gruba ait testlerle de bunun dışında kalan özellikleri ve kullanılan malzemenin niteliği doğrulanır Birinci Grup Testler Bu gruba giren testler, darbe atlama gerilimi testi ile bir dakikalık şebeke frekanslı gerilime dayanma testinin kuru ve yaşta yapılmasından ibarettir.testlerden önce izolatörler temiz ve kuru olmalıdır. Test için izolatörün tespiti, ya kullanılacağı yerdeki normal çalışma şartlarına ya da standartlarda belirtilen testlerin yapılmasını sağlayacak özel şartlara uygun olmak üzere iki yöntemle yapılır. 50

54 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 Birinci yöntemde, zincir izolatörlerden taşıyıcı izolatör zincirleri normal çalışma şartlarına uygun olarak metal parça ve kısımları takıldıktan sonra metal bir konsola düşey durumda asılır. Konsol, izolatör zincir boyunun an az 1.5 katı ve zincir ekseninden her iki tarafta bir metreden az olmayan uzunlukta bulunmalıdır. Başka bir cisim, izolatör zincirine bir metreden az olmamak kaydıyla izolatör boyunun 1.5 katı kadar bir mesafeden daha yakında olmamalıdır. Zincirin kullanılacağı işletmedeki iletken çapına yakın çaptaki bir iletken, yatay düzlemde ve ekseni konsol ile 90 0 lik bir açı yapacak şekilde tesbit edilir. Bu iletken, en az izolatör zincir uzunluğunun 1.5 katı boyunda olmalı ve zincir ekseninden her iki tarafa en az birer metre uzanmalıdır. İletkenin uçlarından konsola atlama olmaması için gerekli tedbirler alınmış olmalıdır. Bu durumda test gerilimi iletken ile konsol arasına uygulanır. İkinci yöntemde, zincir izolatörü ve izolatör zincirleri mesnetlerine düşey olarak en az bir metre uzunluğunda topraklanmış tel halat veya uygun bir iletkenle asılır. İzolatör zincirine başka cisimlerin uzaklığı, bir metreden az olmamak üzere zincir boyunun 1.5 katından daha yakın olmamalıdır. İzolatör zincirinin iletken bağlanacak tarafına yatay düzlemde tesbit olunacak boru veya çubuk şeklindeki iletkenin üst yüzeyinden alt izolatörün en yakın kenarına kadar olan mesafe, alt izolatör çapının %50 'si ile %70 'i arasında olmalıdır. İletkenin çapı kuruda ark mesafesinin %1.5 'i civarında ve en az 25 mm olmalıdır. İletken uzunluğu, izolatör veya zincir boyunun 1.5 katından küçük olmamak üzere, izolatör ekseninden her iki tarafa en az birer metre uzanmalıdır. İletkenin uçlarından herhangi bir atlama olmaması için gerekli tedbirler alınmalıdır. Test gerilimi iletken ile toprak arasına uygulanır. a) Darbe atlama gerilimi testi : Darbe gerilimi testi, darbe generatörü ile yapılır. Test, tercihen normal rutubetli (beher m 3 havada 11 gram su) atmosferde yapılmalıdır. Bunun mümkün olmadığı hallerde rutubet düzeltme katsayısı hesaba katılmalıdır. İzolatör zinciri, zincir izolatörü veya mesnet izolatörü yukarıda bahsedilen şartlar altında kuru olarak testten geçirilir. Darbe generatörü 1.2/50 pozitif yarı dalga verecek şekilde ayarlanır ve gerilim %50 darbe atlama gerilimi değerine yükselinceye kadar artırılır. Bu değer en az 20 darbe uygulanarak doğrulanır. Gerilim ölçüldükten sonra polarite değiştirilerek yukarıdaki işlem tekrarlanır. İzolatörler bu teste, delinme veya kırılma gibi herhangi bir hasar göstermeden dayanabilmelidir. %50 atlama geriliminin standart atmosfer şartlarına irca olunan pozitif ve negatif polarite değerlerinin, beyan edilen değerlerinin altında olup olmadığına bakılır. b) Şebeke frekanslı test : Test geriliminin frekansı Hz arasında bulunmalı ve gerilim dalgasının şekli yaklaşık olarak sinüs eğrisi biçiminde olmalıdır. Gerilim değeri, küresel elektrodlar kullanılması yoluyla veya bu yolla bulunan değere göre %3 'den fazla fark göstermeyen başka bir yöntemle tesbit edilir. Gerilimin bu suretle tesbit olunan tepe değerini ye bölmekle bu test için gerekli gerilimin efektif değeri bulunur. Testler tercihen normal rutubet (beher m 3 havada 11 gram su) şartlarındaki atmosferde yapılmalıdır. Rutubet şartları değişik bulunduğu takdirde, normal değere irca edilmelidir. Endüstriyel frekansta kuruda atlama testi havanın nisbi rutubeti %55 'i aştığı zaman yapılmamalıdır. İzolatör kısa devre durumunda iken ve devrede önceden tesbit olunan test gerilimi meydana geldiği zaman, devreden geçecek alternatif akımın değeri 0.1 amperden az olmayacak şekilde transformatör ve test devresi ayarlanmış olmalıdır. c) Kuruda bir dakikalık test : İzolatöre kuruda bir dakika süre ile uygulanacak test gerilimi, kuruda bir dakikalık beyan edilen normal frekanslı test geriliminden atmosfer şartları gözönünde bulundurularak elde edilir. Bulunan test geriliminin yarı değeri ani olarak izolatöre uygulanır ve 10 saniyeden az olmayan bir süre içerisinde bu gerilim test gerilimi değerine yükseltilir. Bu değerdeki test gerilimi bir dakika süre ile izolatöre uygulanır. İzolatörde herhangi bir atlama meydana gelmemelidir. d) Yaşta bir dakikalık test : İzolatör zinciri, zincir izolatörü veya mesnet izolatörü düzeltilmiş test gerilimi altında, gerilim uygulanmasından önce 5 dakika süre ile ve teste başlandıktan sonra test süresince suni yağmur altında bırakılarak yaşta bir dakikalık şebeke frekanslı testten geçirilir.suni yağmur izolatörden en az 3,5 m uzaklığa yerleştirilen ve suyu izolatörün üzerine yağdıran püskürtücüler yardımı ile sağlanır. Suni yağmurun yağış şiddetini ölçmek için cm çapındaki yağış ölçme kabı veya yağmur şiddetini ölçme cihazı kullanılır. Ölçü kaplarının ağzı izolatör veya izolatör zincirinin ortasından geçen yatay düzlemde bulunacak tarzda yerleştirilir. Atmosferik şartlara göre düzeltilerek bulunan test geriliminin yarı değerine eşit bir gerilim izolatöre uygulanır ve sonra 10 saniyeden az olmayan bir sürede bu gerilim test gerilimi değerine yükseltilir. Test gerilimi bir dakika süre ile izolatöre uygulanır.izolatör yaşta atlama gerilimi, yaşta bir dakikalık test geriliminin %75 'inin 5-30 saniye içerisinde ve değişmeyen bir hızla atlama gerilimine yükseltilmesi suretiyle elde edilir. Yaşta atlama gerilimi, atmosfer şartlarına göre düzeltilmek suretiyle birbirini izleyen 10 gerilim değerinin okunması ve kaydedilmesi suretiyle tesbit olunur. 51

55 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: Ġkinci Grup Testler İmalat testlerinde olumlu sonuç alınan izolatörlerden ayrılacak numuneler sırayla; boyutların doğrulanması, sıcaklık değişimi, 24 saatlik mekanik dayanıklılık, kısa süreli elektromekanik kırılma yükü, mekanik kırılma yükü, delinme, gözeneklilik (porozite) ve galvanizlenme niteliği testlerine tabi tutulur. Zincir izolatörlerinden alınan numune grubu birbirine yakın eşitlikte üç kısma bölünür. Bunların hepsine boyutların doğrulanması ve sıcaklık değişimi testleri uygulanır. Bundan sonra birinci kısma 24 saatlik mekanik dayanıklılık ve kısa süreli elektromekanik kırılma yükü testleri, ikinci kısma mekanik kırılma yükü ve gözeneklilik testleri, üçüncü kısma delinme ve galvanizlenme niteliği testleri uygulanır. Mesnet izolatörlerinden alınan numune grubu birbirine yakın eşitlikte iki kısma bölünür. Her iki kısma boyutların doğrulanması ve sıcaklık değişim testleri uygulandıktan sonra, birinci kısma mekanik kırılma yükü ve gözeneklilik testleri, ikinci kısma delinme ve galvanizli parçalar varsa galvanizleme niteliği testleri uygulanır. a) Boyutların doğrulanması : Gerekli ölçü aletleri ile izolatör numuneleri boyutlarının ait oldukları imalat resimlerindeki boyutlara uyup uymadıkları kontrol edilir. b) Sıcaklık değişimi testi : Zincir izolatörleri sabit metal kısımları ile birlikte, mesnet izolatörleri ise iletkensiz ve tesbit demirsiz olarak, musluk suyu sıcaklığından 70 0 C daha fazla bir sıcaklıktaki su banyosuna, başka bir ara kap kullanılmaksızın hızla tamamen daldırılır ve bu suyun içinde bekletilir. Daha sonra hızla çıkarılan izolatör bekletilmeden, içinde musluk suyu bulunan soğuk banyoya tamamen daldırılır ve belirli bir süre bekletilir. Bu ısıtma ve soğutma işlemi arka arkaya beş defa tekrarlanır. Bir banyodan diğer banyoya geçiş süresi 30 saniyeyi aşmamalıdır. Banyolardaki su miktarı izolatörün tamamının daldırılmasına ve su sıcaklığının 5 0 C 'den fazla değişmemesine yetecek kadar bol olmalıdır. İzolatörler, 5. defa soğuk banyodan çıkarıldıktan sonra muayene edilerek çatlamadıkları ve sırlarında herhangi bir bozulma olmadığı tesbit edilmelidir. İzolatörler, porseleni veya sırı çatlamadan, delinme olmadan ve mekanik kırılma meydana gelmeden bu testlere dayanmalıdır. c) 24 saatlik mekanik dayanıklılık testi : Bu test sadece zincir izolatörlerine uygulanır. İzolatörler 24 saat süre ile eksenlerine uygulanan "24 saatlik beyan edilen mekanik test yükü" ne eşit bir gerilme yüküne tabi tutulur. Bu testten sonra izolatörler, bir dakika süre ile imalat testlerinden, endüstriyel frekans testine delinmeden ve kırılmadan dayanabilmelidir. d) Kısa süreli elektromekanik kırılma yükü testi : Bu test sadece zincir izolatörlere uygulanır. İzolatörlerin metal kısımları arasına şebeke frekanslı gerilim ile mekanik gerilme yükü aynı anda uygulanır. Uygulanan test gerilimi, test şartları altında kuruda atlama geriliminin %90 'ına eşit olup bu değer bütün test süresince muhafaza edilir. Gerilme yükü, beyan edilen elektromekanik kırılma yükünün %20 'si oranında ve düzgün bir hızla, izolatörde hasar veya kırılma meydana gelinceye kadar artırılır. Beyan edilen yükten daha aşağı bir değerde delinme veya kırılma meydana gelmemelidir. e) Mekanik kırılma yükü testi : Zincir izolatörlerine beyan edilen mekanik kırılma yükünün yarısına eşit bir gerilme yükü uygulanır. Bu gerilme yükü metal kısımlar arasına uygulanarak dakikada beyan edilen mekanik kırılma yükünün %20 'si oranında, düzgün bir hızla kırılma hasıl oluncaya kadar artırılır.mesnet izolatörleri; test sırasında uygulanan yükle, farkına varılabilir bir şekil değişmesi meydana gelmeden dayanabilen sabit bir mesnede tesbit edilmelidir. Beyan edilen mekanik kırılma yükünün yarısına eşit bir yük, mesnedin eksenine dikey olarak, izolatörün yan iletken yuvasının yüzeyinde bu yuvayı saran bir tel halat ile uygulanır. Bu gerilme yükü, dakikada beyan edilen mekanik kırılma yükünün %20 'si oranında, düzgün bir hızla kırılma oluncaya kadar artırılır. f) Şebeke frekanslı delinme testi : İzolatörler temizlenip kurutulduktan sonra, atlamayı önleyecek uygun bir yalıtkan madde ile dolu kabın içerisine tamamen daldırılırlar. Kap metal ise, bu kabın boyutları, izolatörün herhangi bir parçası ile kabın yan yüzeyleri arasındaki en kısa mesafe, izolatörün en büyük siper çapının 1.5 katından az olmayacak büyüklükte seçilmelidir.test gerilimi, zincir izolatörlerinde metal bağlantı parçaları arasına, mesnet izolatörlerinde ise metal mesnet ile izolatörün iletken yuvasına bağlanan iletken arasına uygulanır. Gerilim hızla, beyan edilen kuruda 1 dakikalık şebeke frekanslı test gerilimine çıkarılır. Sonra saniyede 1000 V 'luk düzgün bir artışla izolatör delininceye kadar bu gerilim yükseltilir. g) Havada aşırı gerilim darbesi testi : İstenildiği takdirde şebeke frekanslı delinme testi yerine bu test yapılabilir. İzolatör devreye bağlanmadan önce, darbe generatörü, cephesi beyan edilen diklikte bulunan pozitif bir gerilim dalgası verecek şekilde ayarlanmalı ve bu dalganın tepe değeri beyan edilen darbe gerilimi değerine eşit olmalıdır. İzolatöre 20 darbe uygulanmalı ve bu test sırasında izolatör delinmemelidir. 52

56 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 h) Gözeneklilik (porozite) testi : İzolatör kırıkları, etil alkolçözeltisinde hesaplanacak süre kadar bekletilir. Bu şekilde bekletilen izolatör kırıkları, yıkanıp kurutulduktan sonra tekrar kırılarak renkli fuksin çözeltisinin porselen içine veya sır ile porselen arasına sızıp sızmadığı, rengin yayılıp yayılmadığı kontrol edilir. i) Galvanizlenme niteliği testi : İzolatörlerin metal kısımları benzin veya diğer uygun yağ eriticilerine daldırılarak temizlenir, temiz ve yumuşak bir bezle kurulanır. Sonra %2 sülfürik asit çözeltisine daldırılarak 15 saniye bekletilir. Bu metal parçalar temiz su ile iyice yıkanıp, yumuşak bir bezle kurulanır.daha sonra her metal parça, filtre edilmiş ve yoğunluğu 20 0 C 'de 1,170 0,01 olan bakır sülfat çözeltisine 4 defa birer dakika süreyle tamamen daldırılır. Bu testte çözelti ve metal parçalar hareket ettirilmemelidir. Her daldırıştan sonra numune yıkanmalı ve akar su altında fırçalanmalıdır. Son daldırış hariç olmak üzere dikkatlice kurulanan bu parçalar çözeltiye tekrar batırılmalıdır. Dördüncü daldırıştan sonra deney parçaları yüzeyine yapışmış ve su altında fırça ile giderilmeyen kırmızı metal bakır kalıntıları bulunmamalıdır Ġzolatörlerde Fiziksel Kirlenme ve Kirlenme Atlaması Kirlilik teriminin izolatör yönünden özel bir anlamı vardır. Çünkü kirlilik, izolatör yüzeyinde iletkenliği artırarak izolatör performansını düşüren ve zaman zaman arızalara yol açan bir etkidir. Atlamaya yol açacak kadar fazla deniz orjinli kirle kaplı izolatörler çok yakından bakılsa bile temiz görülebilir. Bununla birlikte endüstriyel tozlar veya çimento ile ağır biçimde kirlenmiş izolatörler, elektriksel bakımdan yeni izolatör gibi davranabilir. Bunun nedeni atlamaya sebep olan yüzey iletkenliğinin miktar yönünden önemsiz olmasıdır. Atlama, tuz ya da endüstriyel asit gibi kirlerin suyla çözünmesiyle meydana gelir.izolatör yüzeyindeki artıklar performansı önemli ölçüde etkiler. Deniz ve göl tuzları, petrokimya endüstrisi artıkları ve asit üreten tesis artıkları gibi suda çözünen kirler daha önemlidir. Hem çözünen, hem de çözünmeyen kirler harekete geçmek için su gerektirirler. Bu nedenle sis, çiğ ve kırağı kirlenme atlaması yönünden önemli artıklardır. Karbon, bazı metal oksitler veya metal içeren tozlar su yok iken dahi iletken hale gelebilirler. Maddeleri izolatör yüzeyine taşıyan temel etkiler; yerçekimi kuvveti, yüklü parçacıkların elektrostatik çekimi, yüksek permitiviteli parçacıkların büyük elektrik alan yoğunluklu bölgelere göçü, çözelti veya süspansiyonların buharlaşıp aerodinamik olarak tutulmaları şeklinde sayılabilir. İzolatör yüzeyinin kirlenmesinde, aerodinamik tutulma en önemli etkidir. Havada asılı parçacıklar, izolatör yüzeyine aktığında izolatör şekline bağlı olarak özellikle akışın ikiye ayrıldığı noktalarda oluşan durgun bölgede ve daha ağır olan parçacıklar girintilerde tutulurlar. Rüzgar tünellerinde yapılan kirlenme deneyleri ile kirletilen bazı izolatörlerin kir dağılımı Şekil 1 de verilmiştir. Şekiller üzerindeki harfler kir yoğunluklarını göstermektedir (H:Ağır M:Orta L:Hafif Z:Sıfır ). Şekil 1 den görülebileceği gibi kir, rüzgarın doğrudan çarptığı yüzeylerde ve girintilerde daha çok olmaktadır. Farklı yapıdaki izolatörlerin kir tutma miktarları çok değişmektedir. Üst yüzeylerde az kir toplanmakla beraber, özellikle endüstriyel bölgelerdeki karbon ve bazı metal tozları bu yüzeylerde alt kısımlara göre daha fazla bir iletkenlik oluşturabilir. ġekil 1. Kir tutulmasının şekille değişimi Yüksek gerilim izolatörleri; kıyıya yakın bölgelerde tuzdan, endüstriyel alanlarda toz ve kimyasal artıklardan dolayı kirlenmeye maruz kalırlar. Böyle bir izolatör kuru iken çok küçük bir kapasitif kaçak akım geçer ve gerilim dağılımı basit olarak elektrostatik alanla tanımlanır. Kir tabakasının yağmur, sis, rutubet vb. etkenlerle ıslanması sonucu iletken hale gelen kirli yüzey boyunca akan kaçak akımlar yüzeyde enerji kaybına sebep olurlar. Enerji kayıp yoğunluğunun büyük olduğu, özellikle izolatörün dar kısımlarındaki kirli bölgeler daha fazla ısınarak kurur ve "kuru band" denilen kısımların oluşmasına yol açarlar. Bunun sonucunda yüzey 53

57 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 boyunca gerilim dağılımı bozularak, homojen olmayan bir yapıya dönüşür. Kuru band bölgelerindeki gerilim düşümü havanın dayanımını aşınca ön deşarjlar oluşur. Ön deşarjlar çoğunlukla söner; bazı şartlarda ise, yüzeye yayılarak kısa devre ile sonuçlanan atlama olayını meydana getirirler. Atlama sonucu meydana gelen yüksek akımlı ark enerjinin kesilmesine, birçok izolatörün tahrip olmasına ve hatta enerji nakil hattının eriyerek kopmasına sebep olabilir. Bir yüksek gerilim izolatöründe kirlenme atlaması için üç ana şart veya beş kademe gereklidir. 1- İzolatör yüzeyinde iletken kir filminin teşekkülü a) İzolatör yüzeyinin kir tabakası ile kaplanması b) Kir tabakasının rutubet tesiri ile ıslanması 2- Kirli izolatör yüzeyinde ön deşarjların teşekkülü a) Kuru bandların oluşması b) Kuru bandlar boyunca ön deşarjların tutuşması 3- Ön deşarjların yüzey boyunca yayılması ve kısa devre Eğer bu beş kademeden herhangi biri tamamen kontrol altına alınabilirse, kirlenme atlaması problemi kesin olarak çözülecektir. Pratikteki gözlemlerden izolatör yüzeyinde kaçak akımın ma değerine ulaşması halinde atlamanın meydana geldiği görülmüştür. Ancak sızma akımının değeri ile atlamanın meydana gelip gelmeyeceği arasında kesin bir bağıntı kurmak mümkün değildir. İzolatör yüzeyi üzerinden atlama, yani yüksek iyonizeli bir arkın oluşumu, Şekil 2 de gösterilen birkaç aşama sonucunda gerçekleşir. Atlama aşamaları şunlardır: 1. Yüzey tabakasının ısınması, iletkenlik ve akımın artmasına sebep olur (Şekil2.a). 2. Devam eden ısı, yüzey tabakasında kısmi kurumalara yol açar (Şekil 2.b-c). 3. Daha fazla ısınma, kuru bandlar oluşturur (Şekil 2.d). 4. Kuru bandlar üzerinde düzensiz alan şiddeti dağılımı nedeniyle kısmi arklar başlar. Yerel ısı konsantrasyonu, kısmi arkların pozisyonlarını kuru bandlar boyunca yana doğru değiştirmelerine sebep olur (Şekil 2.d-e-f). Ark sönümü, parıltı başlangıcı ve kuru bölgeler üzerinde hareketli deşarjların başladığı yerler, en yüksek gerilim değişimlerine sahiptir. Bu safha kirli izolatörlerden yayılan yoğun radyo gürültülerinin sebebi olup, şekilde gösterilmemiştir. 5. a) Birçok kısmi arkın birleşmesiyle, izolatörü kaplayan bir tek büyük ark oluşur. Bu ark ısıl etki ile değişik yönlerde yayılır (Şekil 2.i). Bu arada ark sönümü ve dolayısıyla ikinci safhaya dönüş olabilir. b) Ark uçlarının ıslak iletken tabaka boyunca hızlı süpürme hareketi, arkın tamamlanmasına ve atlamaya götürebilir (Şekil 2.m). Sızma aralığının köprülenen son kısmı kuru bir yol izlemez. İlk dört safha kolayca anlaşılır. Çünkü dakikalar veya saatlerce sürebildiklerinden gözlenmeleri kolaydır. Son safha ise, her cm için birkaç yüz voltluk gerilimlerde sızma aralığı boyunca istenmeyen atlamalara sebep olur. Kaçak yolu (sızma aralığı) boyunca izolasyon dayanımını V/cm ye düşüren de bu son safhadaki ark uçlarının hızlı süpürme hareketidir. Son safha elektrotlar arasındaki ark nedeniyle izolasyon şiddetinin düşmesinin sebebidir. 54

58 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 kaçak akım hatları a) g) b) h) c) i) d) k) e) l) f) m ) ġekil 2. Kirlenme atlamasının safhaları 2.3. Ġzolatör Yüzey Kaçak Akımları Porselen Ġzolatörler Ġçin Kaçak Akımların Önemi İzolatörlerdeki kaçak akımlar, daima tehlikeli bir durum oluşturmazlar. Bununla beraber, iletim hatlarının kurulumu ve tasarımında hesaba katılması gereken en önemli faktörlerden biridir. Bir izolatörün içinden akım akmaz, fakat izolatör yüzeyinde Şekil 3 de görüldüğü gibi nispeten düşük dirençli bir yol mevcuttur. Bu yol aslında izolatör yüzeyi ile hava arasındaki ara yüzdür. Bu yolun direnci izolatörün etrafındaki havanın direncinden daha düşüktür ve bunu yüzey kaçak akım yolu olarak isimlendirmek daha doğrudur. Bu yol üzerinde daima küçük miktarlarda kaçak akımlar akar ve bu akımlar hiçbir şekilde tamamen ortadan kaldırılamaz. Bununla beraber, modern izolatörlerin tasarımıyla kaçak akım seviyeleri çok küçük değerlere indirilmiştir. ġekil 3. Porselen izolatörler ve yüzey kaçak akım yolu Yüksek gerilim izolatörlerinin, Şekil 4 de gösterildiği gibi farklı çap ve boyutlarda diskler şeklinde yapılması daha kullanışlıdır. İletim hattında kullanılacak zincir tipi izolatörlerin sayısı, gerilim seviyelerine göre belirlenir. Böylece oluşturulan yüzey, kaçak yolu mesafesinin ve dolayısıyla kaçak yolu direncinin yükselmesi anlamına gelir. Kaçak yolu direnci, izolatörün enerjili ucundan topraklı ucuna kadar olan yüzey uzunluğuyla doğrudan orantılıdır. Kaçak yolu direncinin artmasıyla kaçak akım miktarı azalır. Eğer böyle oluklu yapılar kullanılmazsa, o zaman daha fazla disk ekleyerek izolatör dizisinin tüm uzunluğunu arttırma zorunluluğu ortaya çıkar. Bu maliyet açısından uygun bir yaklaşım değildir. Fakat bunun oluşturacağı daha büyük problem, izolatör 55

59 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 dizisine bağlanan iletkenlerin salınımındaki artıştır. Bu durum, iletkenlerin daha şiddetli titreşim yapmalarına ve hatta kopmalarına sebep olabilir. İzolatörün üst kısmında oluk yapısı kullanıldığında, bu oluklarda şiddetli kir biriktiği, toz ve tuz kirlerinin kolayca oluklara dolduğu ve yağmurla asla yıkanmadığı görülmüştür. Bu nedenle günümüzde, üst kısmı oluklu porselen izolatör imal edilmez. ġekil 4. Zincir tipi izolatör elemanı Şekil 4 de gösterilen biçim, pek çok araştırma ve saha deneyimlerinden sonra ortaya çıkan sonuçtur. Kir birikiminin artmasından dolayı kaçak akım tüm porselen izolatörlerde zamanla artar. Bu artış, bakım zamanına ulaşıncaya veya atlama ile hasar oluşuncaya kadar devam eder. Bakım, izolatörü güvenli seviyede tutmak için her zaman gereklidir. Kaçak akım; yağmur, nem, sıcaklık gibi çevresel etkilerden dolayı değişkendir. Fakat bu değişimler, kir birikimi çok yükselmedikçe dikkate almayı gerektirmez Silikon Kompozit (Polimer) Ġzolatörler Ġçin Kaçak Akımların Önemi Silikon kompozit izolatörler için kaçak akım, hesaba katılması gereken önemli bir faktördür. Bununla beraber, bu izolatörler tasarlanırken yüzey kaçak direncinin çok büyük olduğu varsayılır. Bu yapı, ana destek elemanı olarak fiberle desteklenmiş, dışı polimerik kauçukla kaplanmış bir çubuğa sahiptir. Tüm yapı, tek parça bir izolatör yapmak için iki uçtan birleştirilerek bağlanır. Şekil 5 de gösterildiği gibi tüm izolatör tek parça olduğundan kompozit izolatör olarak adlandırılır. ġekil 5. Kompozit izolatörler Genellikle bir kompozit izolatör, bir esas malzemeden, bağlantı elemanından ve bir kauçuk yalıtkan gövdeden oluşur. Esas malzeme, çekme gücünü dağıtmak için fiberglas ile kuvvetlendirilmiş plastiktir (FRP). FRP de kullanılan güçlendirilmiş fiber, cam ve epoksi reçinedir. Kablolara ve direklere gerilmeyi ileten bağlantı elemanı, dövülmüş çelik, dövülebilir dökme demir veya alüminyum gibi malzemelerden yapılır. Kauçuk gövde elektriksel yalıtımı sağlar ve FRP yi doğa şartlarından korur. Şekil 6 da orta ve yüksek gerilimlerde kullanılan kompozit izolatörlerin yapısı gösterilmiştir. 56

60 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 ġekil 6. Orta ve yüksek gerilim kompozit izolatörlerin yapısı Silikon kompozit izolatörler, seramik izolatörlerle karşılaştırıldığında önemli üstünlüklere sahiptir: Hafif ağırlık-daha düşük yapı ve nakliye maliyetleri Çok yüksek direnç Ağırlığa yüksek dayanım oranı Daha iyi kirlenme performansı Geliştirilmiş iletim hattı estetiği Kompozit polimer izolatörlerin başlıca olumsuz yanları ise şunlardır: Kuru band arklarından ve hava ile temasından dolayı yüzeyinde kimyasal değişimler meydana gelir. Erozyona ve sonunda izolatörün kullanılamaz hale gelmesine yol açabilecek izlerin oluşmasına maruz kalır. Ortalama ömrünü hesaplamak zordur. Uzun süre güvenirli olup olmadığı bilinmez. Arızalı izolatörün tespiti zordur. Sonuç olarak kompozit izolatörlerin kullanımı faydalarına göre değişir. Fakat yaygınlaşmasının en önemli nedenlerinden biri, ağırlığının düşük olmasıdır. Kompozit izolatörün ağırlığı eşdeğer porselen ve cam tipinin sadece %10 u kadardır. Kompozit izolatörler daha hafif direk tasarlamaya veya mevcut hatları yükseltmeye imkan verir. Silikon kauçukların, yağmur sularını damla halinde tutabilme kapasitelerinin yüksek olması, kompozit izolatörleri cam ve porselene göre daha avantajlı hale getirir. Çünkü bu hidrofobik özellik, izolatör yüzeyinden hızlıca su akışını ve dolayısıyla iletkenlik artışını engellemek suretiyle, yalıtım sisteminin yalıtkanlık düzeyinin aniden düşmesini önler. Böylece daha düşük hat kayıpları ve iletim hatlarında kararlı atlama değerleri sağlanmış olur.polimer izolatörlerin hidrofobik özelliği özellikle ıslak ve kirli şartlar altında izolatörün performansına etki edebilir. Hidrofobik özelliğin kaybolmasına, iz ve erozyon oluşumuna ve en sonunda atlamaya yol açan yaşlanma, polimer izolatörlerin başlıca problemidir. Her ne kadar kaçak akım, yaşlanmanın sebebi olsa da yüzey bozulmasının bir göstergesi olarak kullanılabilir. Bu yüzden, kaçak akım dalga şekillerinin parametreleri genellikle polimer izolatörlerin performansının belirlenmesinde kullanılmıştır. Kaçak akım parametreleri ile kir seviyesi ve yüzey bozulmaları (hidrofobik özelliğin kaybolması, kuru band atlamaları ve erozyon gibi) arasındaki ilişkiyi kurmak için birkaç deneme yapılmıştır. Hidrofobik kaybın oluşmasından ve gövdenin zarar görmesinden önce kaçak akım düzeyinin belirlenmesi önemlidir Ġzolatör Yüzey Kaçak Akımlarının Özellikleri Tablo 1 ve Şekil 7 de, farklı deşarj şartları için dalga şekilleri ve frekans dağılımları verilmiştir. 57

61 Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 8 Tablo 1. Farklı deşarj şartları için kaçak akımların dalga şekli ve frekans dağılımları Şekil 7.a, izolatör yüzeyinde deşarj oluşmadığı durumda, kaçak akımın değişimini göstermektedir. Dalga şekli sinüzoidal bir yapıya sahiptir. İzolatör yüzeyinde zayıf deşarjlar görünmeye başladığı zaman akan kaçak akımın dalga yapısı Şekil 7.b de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi bu durumda dalga şekli bozulmuştur. Şekil 7.c, kuvvetli arklar oluştuğu zaman akan kaçak akımın dalga şeklidir. Burada kaçak akımın genliği birkaç yüz miliamperler seviyesindedir. Şekil 7.d, atlama oluştuğu andaki kaçak akım şeklidir. Kaçak akım atlamadan önce hızlıca yükselir. Atlama meydana geldiği zaman kısa devre akımı gözlemlenir. (a) (b) (c) ġekil 7. Kaçak akım dalga şekilleri (d) 58