Ünite 3: Transformatör Merkezleri ve Donanımları

Şalt Sahası ve Transformatör Merkezi

Şalt sahaları , elektrik santrali ile enterkonnekte şebeke arasındaki bağlantıyı sağlayan yüksek gerilim ünitelerinin bir arada bulunduğu tesislerdir.

Elektrik enerjisinin uzaklara taşınabilmesi için gerilimin yükseltilmesi gerekir. Transformatörler merkezleri ve şalt tesisleri bu amaçla kurulmuş en önemli birimlerdir.

Elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan ünitelerden oluşan şalt sahaları ve transformatör merkezlerinde kullanılan çeşitli donanım ve tesis elemanları arasında şunlar bulunur:

• Güç transformatörleri
• Ölçü trafoları (Akım veya gerilim transformatörleri)
• Baraya bağlantı için kullanılan ayrıcılar (Seksiyonerler)
• Devre kesicileri (Disjonktörler)
• Yüksek gerilim sigortaları
• Çeşitli röle ve topraklama elemanları
• Parafudurlar
• Kondansatörler
• Endüksiyon bobinleri.

Transformatör: Üretilen elektrik enerjisinin gücünü değiştirmeksizin akım ve gerilim değerlerini değiştirmeye yarayan elektrik makinelerine transformatör ya da kısaca trafo denir.

Transformatörlerin kullanım amacı gerilimin yükseltilmesi veya alçaltılmasıdır. Transformatörler Lenz Kanununa göre çalışırlar.

Yapıları incelendiğinde transformatörler bir demir çerçeve üzerine sarılmış iki ayrı bobin sarımından oluşur. Bobinlerden birine gerilim uygulanırken diğer bobinden alçaltılmış veya yükseltilmiş gerilim elde edilir. Gerilimin uygulandığı bobine primer (birincil) sarım, diğerine sekonder (ikincil) sarım adı verilir.

Bir transformatördeki primer ve sekonder bobinlere ilişkin gerilim, akım, sarım sayısı, güç parametrelerinin hangi sembollerle temsil edileceğini öğrenmek için Çizelge 3.1’e bakınız!..

İdeal bir transformatörde sekonder sargıda indüklenen gerilimin ( Vs ) primer sargıdaki gerilime ( Vp ) oranı, sarım sayılarının birbirine oranını verir.

Bir transformatördeki gerilim ve akım değerleri ile sarım sayıları arasında bağıntısı yazılabilir. Bu eşitlikte N _P /N _S oranına transformatörün çevirme oranı (dönüştürme) denir ve ? ile gösterilir.

Transformatörün sekonder sarım sayısı N _S , primer sarım sayısı N _P ’den büyük yapılarak alternatif akım yükseltilir. Tersine, eğer transformatörün sekonder sarım sayısı N _S , primer sarım sayısı N _P ’den küçük yapılarsa bu kez alternatif akım alçaltılır.

Güç transformatörleri gerilimi yükseltme özelliklerine göre alçaltıcı (Step Down) veya yükseltici (Step-Up) transformatörler şeklinde sınıflandırılabilir.

Bir transformatörün giriş gücü P _P = I _P V _P , çıkış gücü ise P _S = I _S V _S eşitlikleri ile ifade edilir. Transformatörlerde enerji kaybına yol açan etkenler aşağıdaki gibi özetlenebilir:

• Fuko akımları: transformatörün metal saçlarının içerisinde oluşan ve dairesel olarak dolaşan akımlardır.
• Histerisiz olayı: Transformatörün metal saçlarının mıknatıslanması olayıdır.
• İndüktif reaktans (XL): Transformatörün sargı tellerinin alternatif akım direncidir.

Transformatörde, P _S çıkış gücü, P _P giriş gücüne göre biraz düşüktür. Yaklaşık olarak P _P = P _S kabul edildiğinden, I _P V _P = I _S V _S bağıntısı elde edilir.

Bir transformatörde Z _P primer sargı empedansı, Z _S sekonder sargı empedansı olmak üzere gerilim değerleri için, V _P = I _P Z _P ve V _S = I _S Z _S eşitlikleri de yazılabilir.

Transformatörlerde verim, diğer elektrik makinelerinde olduğu gibi çıkış gücünün ( P _P ) giriş gücüne ( P _S ) oranıyla bulunur ve ? ile gösterilir: , yüzde olarak ise biçiminde de ifade edilebilir.

Akım ve Gerilim Transformatörleri , yüksek akımı ve yüksek gerilimi, ölçü ve koruma cihazları için çok daha düşük değerlere dönüştüren ve ölçü devrelerini primer (birincil) yüksek gerilimlere karşı izole eden cihazlardır.

Akım Transformatörleri: Sekonder(ikincil) akımı ile primer akımı orantılı olan ve bu iki akım arasındaki faz farkı yaklaşık 0° olan transformatörlere akım transformatörleri denir.

En ucuz akım trafosu 300/5, 100/5 gibi tek oranlı olandır. Pratik olması sebebiyle çok oranlı trafolar tercih edilebilir. Bir transformatörde oran değişikliği,

1. Primer sarım sayısını değiştirerek
2. Sekonder sarım sayısını değiştirerek
3. Primer ve sekonder sarım sayısını değiştirerek

şeklinde yapılabilir. Bu üç yöntem içerisinde en ucuz ve avantajlı olan yöntem, primer sarım sayısını değiştirmektir.

Gerilim Transformatörleri: yüksek gerilimin ölçülmesinde kullanılır. Gerilim transformatörlerinin yapısı iki sargılı gerilim düşürücü transformatörlere benzer.

Oto Transformatörler: Primer sargısının bir kısmının ya da tamamının sekonder sargı olarak da kullanıldığı transformatörlere oto transformatörler denir.

Oto transformatörün avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

1. Gerilimi alçaltıp yükseltmek için tek sargı kullanıldığından küçük güçlerde daha az yer kaplar.
2. Çıkış gerilimi istenilen şekilde ayarlanabilir.
3. Normal transformatörlere göre daha az ısınırlar.
4. Verimi yüksektir.
5. Bakır ve demir kayıpları azdır.

Soğutma Şekline Göre Transformatörler , yağlı ve kuru tip olmak üzere iki çeşittir:

Yağlı Tip Transformatörler: Bu tip transformatörlerde yalıtkanlığı sağlamak için izalosyon yağı kullanılır. Yağlı tip transformatörler elektrik santralleri, dağıtım merkezleri, şantiyeler ve trafo merkezleri gibi birçok alanda kullanılırlar.

Öte yandan yağlı transformatörlerin kuru tip akım transformatörlerine göre, terleme veya yağ sızıntısı yapmak suretiyle kirlenme gibi bir dezavantajından söz edilebilir.

Yağlı transformatörlerin hermetik ve genleşme depolu olmak üzere iki çeşidi vardır. Hermetik tipteki transformatörler de hermetik basınç ayarıyla atmosfere kapatılmıştır. Genleşme depolu trafolar ise hermetiklerin aksine yağ atmosferle temas halindedir.

Kuru Tip Transformatörler: Sargıları ve manyetik devreleri yalıtıcı bir sıvı içinde bulunmayan, iletken kısımları birbirinden ve şaseden katı yalıtkan malzemeler kullanılarak yalıtılmış transformatörlerdir.

Şalt Sahası ve Transformatör Merkezi Donanımları

Parafudurlar , yüksek gerilim hatlarında bir nedenle (hat arızaları, ani gerilim yükselmeleri, yıldırım düşmeleri vb.) oluşabilecek yüksek gerilimin enerji iletim hattına zarar vermesini engellemek amacıyla kullanılan koruma elemanlarıdır.

Parafudurlar, yüksek gerilim hattı ile toprak arasına bağlanırlar. Paratonerlere benzer şekilde aşırı gerilimi toprağa iletirler. Normalde yalıtkan olan parafudurlar aşırı gerilim oluşması esnasında üzerlerinden büyük akımlar geçirirler ve aşırı gerilim ortadan kalktıktan sonra yine yalıtkan hallerine geri dönerler.

Her ne kadar parafudur ile paratonerin işlevleri birbirine yakın gibi olsa da bu iki eleman birbirlerine karıştırılmamalıdırlar. Parafudur genellikle akım taşıyan şalt sahası elemanlarını, yüksek gerilimden koruyan eleman iken paratoner ise köprü, kule, minare gibi yüksek yapıları, elektrik santralleri, büyük işletmeleri yıldırımdan korumak amacıyla kullanılan bir tesisattır.

Ayırıcılar , hatta akım kesildikten sonra yüksüz iken devreyi açmaya yararlar. Ayırıcılar uygulamada seksiyoner olarak da bilinir.

İletim hattında akım varken açma kapama manevrası yapamazlar. Ayırıcıların yüksüz durumda devreyi açıyor olması devreyi izole etme amaçlıdır. Hattaki akımı kesemezler.

Kullanım amaçları sistem bakımı ve yenilenmesidir. Ayrıca akım yönlendirmesi gerektiğinde de kullanılırlar. Ayırıcılar genelde kesicilerle birlikte kullanılırlar.

Arıza olan bir yerde bakım çalışması akımı kesmek için önce kesici açılır. Kesici açıldığında devrede hala yük altında bulunan şalt malzemeleri olabilir. Bu nedenle devrenin tamamen izole edilmesi ve güvenle bakım çalışması yapılabilmesi için ayırıcı da açılmalıdır.

Genel olarak bir ayırıcı; şase, mesnet izolatörleri, sabit kontaklar, hareketli kontaklar, mekanik düzen, kilit tertibatı ve yaylardan oluşur.

Orta ve yüksek gerilimlerde kullanılan ayırıcılar, kullanıldıkları yere, gördükleri görevlere ve kumanda şekillerine göre çeşitli sınıflara ayrılabilir.

Bıçaklı Ayırıcılar: Hareketli kontakları bıçak şekline benzediğinden dolayı bu isimle anılan ayırıcılar bina içine veya dışına monte edilebilir. Bıçaklı ayırıcıların hareketli üç tane kontağı vardır ve bunlar aynı anda açılıp kapanırlar. Motor veya elle kumandalıdırlar.

Yapısına göre üç tip bıçaklı ayırıcı vardır. Dahili bıçaklı ayırıcılar şalt binalarında kullanılacakları yere göre duvar veya saç hücreler üzerine monte edilirler. Mekanik kumanda kolu hücre dışında emniyetli bir yerde durur. Sigortalı olabilirler. Harici bıçaklı ayırıcılar , açık hava şartlarında, şalt tesislerinde kullanılırlar. Kumanda kolu ayakta duran bir kişinin açıp kapamasına uygun olması gerekir. Sigortalı bıçaklı ayırıcılar ise devrelerdeki arızaları şebekeye yansıtmayan ve aşırı akımda sigortasını attırarak devreyi açan ayırıcı çeşididir. Bina içinde ve dışında kullanılırlar.

Döner İzolatörlü Ayırıcı: Bu tipteki ayırılar 60, 154, 220, 380, ve 800 kV gibi yüksek ve çok yüksek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılırlar. Çoğunlukla harici tipleri kullanılır. Ama bina içlerindeki yüksek gerilim trafo merkezlerinde de kullanılabilir. Hareketli kontaklarla bağlantılı olan izolatör kendi ekseni etrafında belli açılarda döndürülebilir.

Tek döner izolatörlü ayırıcı ve çift döner izolatörlü ayırıcı olmak üzere ikiye ayrılır. Tek döner izolatörlü ayırıcılarda izolatörlerden biri kendi ekseni etrafında dönebilir. Döner izolatörü ortada olan ve döner izolatörü kenarda olan iki tipi vardır. Çift döner izolatörlü ayırıcılarda ise her iki izolatör de kendi ekseni etrafında 90 derecelik açıyla dönebilir ve bu dönme hareketiyle ayırıcı açılıp kapanır. Bunlar kış mevsiminde buz tutan kontakları kolayca kırıp açmak için kullanılır.

Dikey Ayırıcı: Yakından ve uzaktan kumanda edilebilirler. Döner izolatörü kenarda olan ayırıcının hareketli kontağı yekparedir ve ayırıcı açıkken yere dik durur.

Pantograf Ayırıcı: Döner izolatörler kenarda bulunur. Motor ile uzaktan veya yakından çalıştırılabildiği gibi elle mekaniki olarak da çalıştırılabilir.

Hareketli kontağın çalışma düzenine göre iki çeşidi vardır: Hareketli kontağı yatay çalışan pantograf ayırıcı , hareketli mekanizma mesnedi ve kumanda mekanizması ile karşısında sabit kontağı taşıyan mesnet izolatöründen oluşur. Hareketli kontağı düşey çalışan pantograf ayırıcı sabit dış kontak bara iletkenine bağlıdır. Bu yüzden sabit kontağı taşıyan mesnet izolatörü ve kaidesi yoktur. Tek mesnet üzerine monte edilmiştir. Uzaktan ve yakından kumanda edilebilir.

Ayırıcıların görevlerine göre 6 gruba ayrılır:

1. Hat ayırıcısı
2. Bara ayırıcısı
3. Topraklama ayırıcısı
4. By-pass ayırıcısı
5. Transfer ayırıcısı
6. Bara bölümleyici ayırıcı

Kesiciler , orta ve yüksek gerilim şebekelerinde yük akımını ve kısa devre akımlarını kesmeye yarayan elektrik aletleridir.

Kesicilerin kontakları kapalı durumda iken elektrik güç akışını sağlamakla, kontakları açıkken ise güç akışını durdurmakla görevlidirler.

Kesicilerin en önemli görevi ise kısa devre anında en kısa sürede devreyi açıp arızayı temizlemektir.

Arkın söndürüldüğü ortama göre kesicilerin altı tipi vardır:

1. Yağlı Kesiciler
2. Az Yağlı Kesiciler
3. Havalı Kesiciler
4. Basınçlı Havalı Kesiciler
5. SF6 Gazlı Kesiciler
6. Vakumlu Kesiciler

Kullanılan gerilime göre kesiciler ikiye ayrılırlar:

1. Orta gerilim kesicileri
2. Yüksek gerilim kesicileri

Kesici seçiminde dikkat edilmesi gereken temel özellikler aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır:

1. Anma gerilimi
2. Anma frekansı
3. Sürekli anma akımı
4. Darbe kısa devre akımı
5. Açma süresi
6. Kesme süresi

Bara Sistemleri , elektrik enerjisini kontrol ve kumanda eden mekanizmaları birbirine bağlayan iletkenler olup alüminyum veya bakır gibi değişik metallerden yapılırlar.

Bakır baraların alüminyum baralara göre mukavemetleri de daha fazladır.

Bara; alüminyum veya bakır boru, alüminyum veya bakır lama, çelik özlü alüminyum iletken(St-Al) olabilir. Bunlardan lama şeklindeki baralar dâhili tesislerde kullanılırken boru veya iletken baralar ise harici tesislerde kullanılırlar. Dâhili tesislerde kullanılan baralar, akım yoğunluğunu artırıp soğutmayı sağlamak ve faz sıralarını belirleyerek malzemelerin oksitlenmesini önlemek amacıyla farklı renklerde boyanırlar (R-Kırmızı, S-Sarı, TMavi).

Bara sistemlerini aşağıdaki şeklinde sınıflandırmak mümkündür:

• Tek bara sistemi
• Çift bara sistemi
• Yardımcı bara sistemi
• Santral içi ihtiyaç baraları

Panolar ve Ölçüm Sistemleri: Trafo direğinin yanında bulunan ve tesisin tükettiği elektrik enerjisinin ölçümünün yapıldığı kısma pano denir. Ölçme işlemini yapan sayacın bulunmasından dolayı sayaç panosu da denilmektedir. Ölçüm panosunda üç ana bölüm vardır. Bunlar;

• sayaç bölmesi,
• sabit kompanzasyon bölmesi,
• şalter bölmesidir.

Sayaçlar: Elektrik sayaçları, üretilen veya tüketilen elektrik enerjisi miktarını ölçen aletlerdir. Elektrik enerjisi miktarı Watt-saat (Wh) olarak belirtilir. Bu da watt olarak çekilen güç ile saat olarak bu gücün çekildiği zamanın çarpımını gösterir.

Direk tipi trafo ölçüm panosunda kullanılan elektrik sayacı, kombi tipinde yani 3 fazlı aktif, endüktif ve kapasitif enerjiyi beraber ölçme özelliği olan harici elektronik sayaçtır.

Kumanda Elemanları: Elektrik tesislerinde akım ve gerilimi kontrol etmek ve sorunsuz bir şekilde kontrolü sağlamak amacıyla kumanda elemanları kullanılır. Kullanılan bu kumanda elemanları; kontaktör, aşırı akım rölesi ve zaman rölesidir.

Kontaktör: Aşırı yüklenme durumları dâhil, normal şartlarda akımı kapatma, taşıma ve kesme özelliğine sahip uzaktan kumanda edilebilen anahtarlama elemanlarına kontaktör adı verilir. Kontaktörlerin kompanzasyon, ısıtma cihazlarının devreye girip çıkması, motorlara yol verilmesi gibi daha birçok kullanım alanı vardır.

Kontaktörün diğer anahtarlama elemanlarından en büyük farkı, devreyi daha sık açıp kapamaya elverişli olması ve uzaktan kumanda ile kontrol edilebilir olmasıdır. Kontaktörler; Bobin (elektromıknatıs), palet ve kontaklar dan oluşur.

Aşırı Akım Rölesi: Aşırı akımların elektrik motorlarında meydana getirebilecek zararları önlemek amacıyla kullanılan koruma elemanlarına aşırı akım rölesi denir.Aşırı akım rölesi koruyacağı motora seri olarak bağlanır. Motorun şebekeden çektiği akım röleden geçer.

Zaman Rölesi: İçindeki bobini enerjilendiğinde ya da bobinin enerjisi kesildikten sonra kontakları durum değiştiren rölelere zaman rölesi denir. Otomatik olarak kurulmuş bir sistemin ilk harekete geçtiği andan itibaren, bazı işlemlerin zaman gecikmesiyle yapılması istenebilir. Bu tip durumlarda zaman röleleri kullanılır.

Zaman rölesinin çalışma şekline göre düz ve ters olmak üzere iki çeşit vardır.

Şalterler , devrenin aşırı akım ve gerilim nedeniyle zarar görmesini engellemek ve devreyi normal olarak açıp kapamak amacıyla kullanılan elemandır.

Şalterler kullanıldığı yerlere göre çok çeşitlidir. Piyasada kullanılan en basit şalter elle çalışan mekanik bıçak şalter dir. Bıçak şalterlerin birçok devreyi açan daha büyük şekline paket şalter denir. Şalterlerin yüksek gerilim hatlarında kullanılmasına disjonktör adı verilir.

Sigortalar , doğru akım veya alternatif akım devrelerinde kullanılan cihazları koruyan ve bu cihazlara ait iletkenleri aşırı akım ve gerilimlerden koruyarak devreleri ve cihazları ciddi arızadan koruyan elemandır.