ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ

Transkript

1 1 ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ

2 ÖLÇÜ TRAFOLARI Genel Kavramlar Ölçü Transformatörleri Ölçü cihazları tesislerin ne kadar enerji tükettiğinin belirlenmesinde veya arıza durumlarının oluştuğunun belirlenmesinde kullanılan cihazlardır. Ölçme ve koruma cihazlarının ekonomik ve güvenlik sebebi ile devreye doğrudan bağlanmalarının mümkün olmadığı veya kolay uygulanabilir olmadığı hallerde akımı veya gerilimi indirgemek için kullanılan aletlere denilir. Akım ölçüm için Akım Trafoları, gerilim ölçüm için Gerilim Trafoları kullanılır. Akım Trafoları Gerilim Trafoları 2

3 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım ve Gerilim Transformatörleri SF kv Akım Trafosu Gerilim Trafoları Bir koruma/ölçme sisteminden ölçü transformatörlerinin kullanımı 3

4 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Transformatörleri Akım Transformatörleri Yüksek değerli AC akımlarının ölçülmesi işleminde akım transformatörlerinden faydalanılır. Akım transformatörü hat üzerinden geçen yüksek değerli akımı, ölçü aletinin ölçebileceği değere düşüren ve devreye seri olarak bağlanan bir cihazdır. Akım transformatörünün primeri kalın iletkenlerle az sipirli olarak, sekonderi ince iletkenlerle çok sipirli olarak sarılır. Akım transformatörleri saç nüve üzerine sarılırlar. Nüve ile bobin ve enerji hattı birbirinden iyi izole edilmesi gerekir. Akım transformatörleri tam yükte sekonder akımı 5A olarak üretilirler. 4

5 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Transformatörleri Akım transformatörlerinde ölçme yapılmayacağı zaman sekonder uçlarının kısa devre edilmesi gerekir. Aksi halde oluşacak yüksek gerilimden dolayı tehlikeli sonuçlar olabilir. Ölçü aleti devreye bağlanırken veya devreden çıkartılırken sekonder sargısı mutlaka kısa devre edilmelidir. Akım transformatörlerinin temel devresi 5

6 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Transformatörleri Akım Trafoları Kullanılan akım transformatörlerinin primer akımları değişken olup, sekonder akımları 1A veya 5A olarak imal edilmektedirler. Akım transformatörlerinin primer akımları; 5, 10, 15, 30, 40, 50, 75,100, 125, 150, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000A gibi standart değerlerde imal edilmektedir. 6

7 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Trafoları Kullanım Yerlerine/Montaj Şekline Göre 1. Geçiş / izolatör tipi (bushing type) Primer sargısı için geçiş izolatörü kullanılabilecek şekilde imal edilir. 2. Mesnet tipi (support type) Primer devre iletkeni için bir taşıyıcı (mesnet) görevi yapacak şekilde düzenlenmiş akım transformatörüdür. 7

8 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Trafoları Kullanım Yerlerine/Montaj Şekline Göre 3. Bara tipi (bus type) Primer iletkeni (sargısı) bulunmayan, ancak primer yalıtımı olan, doğrudan bir iletken ya da bara üzerinden bağlanabilen akım transformatörüdür. Bara Tipi 1000/5A Akım Trafosu 4. Kablo tipi (cable type) Kendi primer iletkeni ve primer yalıtımı bulunmayan, yalıtılmış bir kablo üzerinden monte edilebilen akım transformatörüdür. 8

9 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Trafoları Kullanım Yerlerine/Montaj Şekline Göre 5. Manyetik devresi açılabilen (split core); kendi primer iletkeni ve primer yalıtımı bulunmayan, manyetik devresi iki bölüme ayrılmış ve açılabilir yapıdadır. Böylece enerji sistemindeki baraların bağlantılarına dokunmadan akımı ölçülmek istenen baraya kolaylıkla monte edilmesini sağlar. 9

10 ÖLÇÜ TRAFOLARI Akım Trafoları Çalışma Ortamına Göre - Çekirdek Tipine Göre Harici Tip Mesnet Trafosu Dahili Tip Mesnet Trafosu Tek Çekirdek ve Çok Çekirdekli Tip Mesnet Trafosu 10

11 ÖLÇÜ TRAFOLARI Gerilim Transformatörleri Gerilim Transformatörleri Primer anma gerilimi (nominal primer gerilimi) Up, transformatörün çalışma gerilimidir. Genellikle 0,3-6,3-10, , kV değerleridir. Sekonder anma gerilimi, (nominal sekonder gerilimi) Us, primer tarafına nominal gerilim uygulandığında sekonderden alınacak gerilimdir. Faz-faz arası gerilim transformatörlerinde Volt, faz-toprak gerilim transformatörlerinde ise bu değerlerin 3 e bölümüdür. 11

12 ÖLÇÜ TRAFOLARI Gerilim Transformatörü Montaj Şekline Göre Tek Kutuplu Mesnet Trafosu 12 Çift Kutuplu Mesnet Trafosu

13 ÖLÇÜ TRAFOLARI Gerilim Transformatörü Montaj Şekline Göre Gerilim trafoları montaj şekillerine göre iki çeşittir. Mesnet Trafosu Arabalı Tip Trafolar Tek Kutuplu Mesnet Trafosu Tek Kutuplu Sigortalı Arabalı Tip Gerilim Trafosu 3 Fazlı, sigortalı arabalı tip gerilim trafosu 13

14 ÖLÇÜ TRAFOLARI Gerilim Transformatörü Gerilim trafoları çalışma ortamına göre iki çeşittir. Dahili Tip Harici Tip Dahili Tip Gerilim Mesnet Trafosu Harici Tip Gerilim Mesnet Trafosu 14

15 15 ÜÇ FAZLI TRANSFORMATÖRLERIN YAPISI VE ÇALIŞMA PRENSİPLERİ

16 TRANSFORMATÖRLER Üç Fazlı Transformatörler ve Transformatör Bağlantıları Güç dağıtım sistemleri için sıkça üç fazlı gerilim kullanıldığı için, gerilimi yükseltme yada alçaltma için üç fazlı transformatörler ihtiyacımız olması mantıklıdır. Bu kısmen doğrudur, çünkü bir fazlı transformatörler çeşitli konfigürasyonlarda iki adet üç fazlı sistem arasındaki güç dönüşümünü sağlayarak özel üç fazlı transformatöre olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Ancak özel üç fazlı transformatörler, özel görevler için inşa edilirler ve daha az malzeme gereksinimi, daha az boyut ve benzerlerinden daha hafif yapılabilir. 16

17 TRANSFORMATÖRLER Üç Fazlı Transformatörlerin Yapısı Üç Fazlı Transformatörlerin Genel Yapıları Üç fazlı alternatif akım sistemi aralarında 120 faz farkı bulunan üç ayrı fazdan oluşur. Bu sistem üç adet aynı özellikteki bir fazlı transformatörlerin primer ve sekonder sargılarını yıldız veya üçgen bağlantılar yapmak suretiyle elde edilebileceği gibi üç bacağı bulunan ve bu bacaklar arasındaki elektriki açı 120 olacak şekilde tek bir nüve üzerine üç faza ait primer ve sekonder sargılar sarılarak tek parça halinde de oluşturulabilir. Üç fazlı transformatörler primer ve sekonder sargıları üç set olarak yapılmıştır, her bir set demir nüveye monte edilmiş bir bacak etrafına sarılmıştır. Üç fazlı transformatörün yapısı 17

18 TRANSFORMATÖRLER Transformatörlerde Kayıplar ve Verim Üç Fazlı Transformatörlerin Çalışma Prensibi Üç fazlı transformatörlerin çalışma prensibi bir fazlı transformatörlerde olduğu gibidir. Her fazın bobini bir fazlı transformatör gibi çalışır. Akım gerilim ilişkileri ile dönüştürme oranları da bir fazlı transformatörlerde olduğu gibidir. Üç fazlı transformatörlerde görünür güçlerin hesaplanmasında 3 katsayısının dikkate alınması gerekmektedir. Üç fazlı sistemlerde görünür güç S = 3. U. I VA Üç fazlı transformatör nüvesi üç tane bobine sahiptir. 18

19 DAĞITIM TRAFOLARI Genel Tanımlar Güç Transformatörleri Güç Transformatörleri Yüksek gerilim hatlarında gerilimi artırıp azaltmak için kullanılır. Gerilimleri 440kV, 200kV, 110kV, 66kV, 33kV Güçleri genellikle 200 MVA üzeri trafolar bu sınıftadır. Küçük güçlerde maksimum 145kV gerilimde, 5MVA den 40MVA a kadar, Orta güçlerde 72,5kV üstü gerilimlerde, 40MVA den 250MVA a kadar, Büyük güçlerde maksimum 800kV gerilimde, 1000MVA a kadar güçte üretilirler. 19

20 DAĞITIM TRAFOLARI Genel Tanımlar Dağıtım Transformatörleri Dağıtım transformatörleri, Abonelerin ihtiyacı doğrultusunda 11kV - 6,6kV - 3,3kV - 440V - 220V luk orta ve alçak gerilim dağıtım hatlarında kullanılırlar. Dağıtım transformatörleri endüstriyel abonelerde 33kV altı, normal şehir şebekelerinde 380V- 220V elektrik enerjisinin dağıtımında kullanılırlar. Bir faz dağıtım transformatörü Küçük güçlü dağıtım transformatörü Orta güçlü dağıtım transformatörü Büyük güçlü dağıtım 20 transformatörü ( kVA)

21 DAĞITIM TRAFOLARI Genel Tanımlar Güç Transformatörleri Dağıtım Transformatörleri Yağlı Tip Transformatörler Kuru Tip Transformatörler Güç (kva) kV kVA kVA Gerilim (kv) kV 1-36kV 1-36kV 21

22 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Dağıtım Transformatörleri Primer Gerilimler 10, 15, 20, 24, 30, 33, 34,5 ve 36kV Nominal Güçler 25, 50, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500kVA 22

23 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Uygulama Şekilleri S 400kVA S>400kVA 23

24 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Trafolarda Kademe Değiştirme Trafolarda Kademe Değiştirme Sistemin bazen gerilim seviyesinin düşmesi ile trafonun sekonder ucuna bağlı olan tüketicilerin sıkıntı yaşamaması için sekonder geriliminin sabit tutulması gerektiğinden trafolarda kademe değiştirmeye ihtiyaç duyulur. Manuel Olarak: Yüksüz iken uygulanır. Gerilim kademeleri vardır. Otomatik Olarak: Yüklü durumda iken uygulanır. Bir gerilim aralığı vardır. Etiketinde yandaki gibi verilmiş bir kademe ayarı olan transformatörde 34,5kV kademesinde çıkış 400V ise, çıkışı 380V a yaklaştırmak için kademe arttırılır. Hesaplanırsa 35,4KV kademesinde çıkış 389V ve 36,2kV kademesinde 381V olur /35400=389V 24

25 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Soğutma Sistemleri Dağıtım Transformatörlerinde altı tip soğutma sistemi kullanılır. ONAN(Oil Natural Air Natural) ONAF(Oil Natural Air Forced) OFAF(Oil Forced Air Forced) OFWF(Oil Forced Water Forced) ODAF(Oil Directed Air Forced) ODWF(Oil Directed Water Forced) ONAN Soğutmalı Transformatör ONAF Soğutmalı Transformatör 25

26 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Yağlı Dağıtım Transformatörleri No Açıklama 1 Yüksek Gerilim Bağlantıları 2 Alçak Gerilim Bağlantıları 3 Kademe Ayarları 4 Termik Sonda Bağlantı Buatı 5 Plaka 6 Kaldırma Halkaları 7 Topraklama Bağlantısı 8 Tekerlekler 9 Çekirdek 10 Yüksek Gerilim Sargıları 26

27 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Transformatör Koruma Düzenleri Buchholz Rölesi Hermetik Röle Kontaklı Yağ Sıcaklığı Termometresi Basınç Emniyet Valfi Nem Alıcı Kontaklı Yağ Sıcaklığı Termometresi 27

28 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Bağıl Kısa Devre Gerilimi 28

29 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Transformatör Plaka Değerleri 29

30 30 ÜÇ FAZLI TRANSFORMATÖR BAĞLANTILARI

31 TRANSFORMATÖRLER Transformatörlerin Bağlantıları Transformatörlerin Bağlantıları Üç Fazlı Transformatör, üç adet aynı özellikteki bir fazlı transformatörün nüveleri birleştirilerek primer ve sekonder sargıları yıldız, üçgen veya zigzag şekilde bağlanarak oluşturulabilir. Yıldız Bağlantı: Y ile sembolize edilir. Hem primere hem de sekonder tarafa da uygulanabilir. Üçgen Bağlantı: D ile sembolize edilir. Hem primere hem de sekonder tarafa uygulanabilir. Bu bağlantıda nötr hattı yoktur. Zigzag Bağlantı: Z ile sembolize edilir. Bu bağlantı sadece transformatörün sekonder tarafına uygulanır. Primer taraf üçgen veya yıldız bağlanır. Bağlantı için sekonderde aynı fazın eşit gerilimli iki sargısı bulunmalıdır. Transformatör fazlarının eşit yüklenmemesi sonucu dengesiz çalışabilir. Zigzag bağlantı yapılarak bu denge sağlanmaya çalışılır. Yıldız Bağlantı Üçgen Bağlantı Zigzag Bağlantı 31

32 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri Primer ve sekonder sargılar, tam bir ünite oluşturmak için Δ veya Y konfigürasyonlarında bağlanabilir. Bu sargıların birbirine bağlanabileceği çeşitli yol kombinasyonları olabilir. Sargıların ortak yada her bir sargı çiftinin ayrı bir çekirdeğe sarılıp sarılmamasına göre bakılmaksızın transformatör sargı bağlantı seçenekleri aynıdır: Primer - Sekonder Yıldız(Y) - Yıldız(Y) Yıldız(Y) Üçgen(Δ) Üçgen(Δ) - Yıldız(Y) Üçgen(Δ) - Üçgen(Δ) Y ve Δ Bağlantılar Trafo sargısı bağlantıları için bir Y veya Δ konfigürasyonunu seçmenin nedenleri, diğer üç fazlı uygulamalar için olduğu gibidir: Y bağlantıları çoklu gerilim için fırsat sağlarken, Δ bağlantıları daha yüksek bir güvenilirlik seviyesine sahiptir (bir sarım açılmıyorsa, diğer ikisi de yüke tam hat voltajı sağlayabilir). Muhtemelen üç fazlı bir transformatör grubu oluşturmak için üç set primer ve sekonder sargıyı birbirine bağlamanın en önemli yönü, doğru sargı fazlamasına (sargıların "polaritesini" belirtmek için kullanılan noktalar) dikkat etmektir. Δ ve Y faz sargıları arasındaki doğru faz ilişkileri unutulmamalıdır. 32

33 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri Yıldız ve Üçgen Bağlantıların Yapılışı Yıldız Bağlantıda(Y), "Y" nin merkez noktası ya tüm sargıların "-" veya "+" tüm sargı noktalarını birbirine bağlamalıdır. Üçgen Bağlantıda(Δ), Sargı kutupları birbirini tamamlayıcı bir şekilde bağlantılamak zorundadır (+ dan - ye). Sarımlar normal Y veya Δ yapılandırmada gösterilmediğinde bu kademenin doğru yapılması zor olabilir. 33

34 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri Y-Y Transformatör Faz Sargıları Girişler A1, A2, A3 ve çıkışlar B1, B2, B3 "Δ" veya "Y" olabilir. Bir üç fazlı sistemden diğerine güç aktarmak için üç ayrı transformatör birbirine bağlanmalıdır. Y-Y yapılandırması için kablo bağlantıları aşağıdaki gibi gösterilebilir. Y-Y Transformatör Faz Sargıları Nokta ile işaretlenmiş tüm sargı uçlarının, A, B ve C nolu fazlara nasıl bağlandıkları, nokta olmayan uçların, "Y" nin merkezlerini oluşturmak üzere birbirine bağlı olduklarını şekilde gösterilmiştir. "Y" formasyonlarında bağlanmış primer ve sekonder sarımlara sahip olmak, güç sisteminde nötr iletkenlerinin (N1 ve N2) kullanılmasına izin verir. Y-Y Transformatör Faz Sargıları 34

35 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri Δ-Y Transformatör Faz Sargıları Δ-Y Transformatör Faz Sargıları Böyle bir konfigürasyon, nötr olmayan bir kaynak güç sisteminden ikinci güç sisteminde çoklu gerilimlerin (Fazlar arası veya Faz) sağlanmasına izin verir. Δ-Y Transformatör Faz Sargıları 35

36 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri Y Δ Transformatör Faz Sargıları Y Δ Transformatör Faz Sargıları Sekonder sargıların nasıl bağlandığını, bir sargının "nokta" tarafının diğer ucun "noktasız" yanına nasıl bağlandığını, Δ döngüsünü oluşturduğuna dikkat edin. Sargı çiftleri arasındaki her bağlantı noktasında, ikinci güç sisteminin (A, B ve C) bir hattına bir bağlantı yapılır. Y Δ Transformatör Faz Sargıları 36

37 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri Δ Δ Transformatör Faz Sargıları Sekonder güç sisteminde nötr iletkenine ihtiyaç duyulmadığında, Δ konfigürasyonunun doğal güvenilirliği nedeniyle Δ-Δ bağlantı şemaları tercih edilir. Δ Δ Transformatör Faz Sargıları 37

38 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri V or Open-Δ Transformatör Faz Sargıları Bu konfigürasyon "V" veya "Open-Δ" olarak adlandırılır. Tabii ki, iki dönüştürücünün her biri, standart bir Δ konfigürasyonundaki üç transformatörle aynı miktarda güce sahip olmak için iri boyuta getirilmelidir, ancak toplam boyut, ağırlık ve maliyet avantajları çoğu zaman buna değecektir. Bununla birlikte, Δ şeklinden bir sarım seti eksik olduğu zaman, bu sistem artık normal bir Δ-Δ sisteminin hata toleransını sağlamaz. İki transformatörden biri arızalanırsa, yük voltajı ve akımı kesinlikle etkilenir. V or open-δ sadece iki transformatör ile 2 fazlı güç sağlar. 38

39 TRANSFORMATÖRLER Yıldız ve Üçgen Bağlantı ve Özellikleri V or Open-Δ Transformatör Faz Sargıları Transformatörlerde Bağlantı Grupları ve Grup Açıları Transformatörün primerindeki bir fazında gerilim endüklenirken, aynı fazın sekonderinde de bir gerilim endüklenir. İşte aynı fazın primer ve sekonderindeki endüklenen gerilimler arasında oluşan faz farkına grup açısı denir. Ancak bağlantı gruplarında grup açısı 30 ye bölünerek bir sabit verilir. Grup açı numaraları 30 ile çarpıldığın bir fazın primer ile sekonderinde endüklenen gerilimler arasındaki faz farkı bulunur. Bağlama grupları yazılırken ilk yazılacak bağlantı şekli büyük harfle, ikinci yazılacak bağlantı şekli küçük harfle yazılır. Bu iki harfin yanına grup açı numarası yazılır. Yy0: Primeri ve sekonderi yıldız bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 0. Yd11: Primeri yıldız, sekonderi üçgen bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 30x11=330. Dy6: Primeri üçgen, sekonderi yıldız bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 30x6=180. Yz5: Primeri yıldız, sekonderi zigzag bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 30x5= ve 5-11 grup açı numarasına sahip transformatörler birbirlerinden ters yapıya sahiptirler. 39

40 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Bağlantı Grupları Yıldız-yıldız bağlanan transformatörlerde bir fazdaki gerilim hat geriliminin üçte biridir. Paralel çalışmada en kolay bağlama gruplarından biridir. Faz gerilimi düşük olduğundan sargıların yalıtılması daha kolaydır. Yalıtımı kolay olmasından dolayı yüksek gerilim transformatörlerinde kullanılabilir. Genelde bu tür işletmelerde kullanılan transformatör grubu Yy0 dır. Üçgen-üçgen bağlantı grubunda da yine paralel bağlamaya uygun olmasıyla birlikte üç ve üçün katı olan harmoniklerin üçgenin çevresinde dolaşmasından dolayı üçüncül harmonik gerilimleri olmaz. Yıldız-üçgen bağlantı grubuna sahip transformatörlerde de yine üçüncül harmonikler sekonder tarafta üçgenin içinde dolaşır. Bu yüzden üçüncül harmonikler yoktur. Örnek verecek olursak genelde Yd5 transformatör grubu büyük santrallerde yüksek güçte kullanılır. Üçgen-yıldız bağlantı grubunda ise harmonikler primerde yok edilir ve sekonderinde nötr hattının topraklanabilmesi avantajlarındandır. Genellikle Dy5 grubu transformatörler büyük güçlü dağıtım transformatörleri olarak kullanılır. Zigzag bağlı transformatörler, üçüncü harmoniklerin bulunduğu, nötr hattında ısınmaların olduğu ve transformatörlerin yıldız noktalarında problemlerin olduğu yerlerde kullanılır. Örneğin Yz5 grubu transformatör küçük güçlü dağıtım transformatörü olarak kullanılır. 40

41 DAĞITIM TRAFOLARI Dağıtım Transformatörleri Bağlantı Grupları 41

42 KAYNAKLAR OĞUZ, Necati; GÖKKAYA, Muhittin; Elektrik Makineleri I, MEB Yayınları, 1992 PEŞİNT, M.Adnan; ÜRKMEZ, Abdullah; Elektrik Makineleri II, MEB Yayınları, 1992 BAL, Güngör; Doğru Akım Makineleri ve Sürücüleri, Seçkin Yayıncılık, Ağustos 2001 ALTUNSAÇLI, Adem; Elektrik Makineleri I, 2010 Megep notları, Güç Transformatörleri, Ankara