Elektrik iletim ve dağıtımında çokça kullanılan katma değer ve de yüksek maliyetleri olan elektrik makinalarından transformatörler hakkında kısa açıklamalar yapılacaktır. Bu açıklamalar transformatör teorisine girmeden, uygulamada üretim adımlarına göre yapıları hakkında olacaktır.
Transformatörler manyetik devre yapısına göre iki ana grupta toplanabilir. Bunlardan en yaygın kullanılan çekirdek tipidir. Sonraki bölümlerde çekirdek tipi trafolar ele alınacaktır. Transformatörler ve reaktörler yalıtım tipine göre yaygın olarak üç ayrı tipe ayrılır. Bunlar yağ yalıtımlı, kuru yalıtımlı ve gaz yalıtımlı tiplerdir. Gaz yalıtımlı trafolar küçük ve orta güçteki trafolarda kullanılmakla beraber yaygın değildir.
Transformatörler ve reaktörler ayrıca üç ana başlıkta gruplandırılabilir. Bunlardan bazılarının ayrıca kullanım yeri ve özelliklerine göre de ayrı ayrı alt grupları oluşturulabilir. Faz kaydırıcı trafolar iki farklı sistem arasında bağlantıyı sağlar. Farklı faz açılarına sahip iki sistemin bağlanma imkanını sağlar. Ayrıca bununla iki bağımsız sistem arasındaki güç akışı kontrol edilir.
Tek fazlı ve tek bobinli transformatörlerde çokça kullanılan 1/2 çekirdektir. Boyunduruk kesiti bacak kesitinin %50 si kadardır. 1/1 çekirdeğin yüksekliği 1/2 ye göre daha fazladır. Çok bobinli tek fazlı transformatörlerde elektriksel tasarım ve taşıma koşulları göz önüne alındığında, iki çözüm vardır. 2/0 çekirdek sadece elektriksel yönden daha düşük boşta kayıplıdır. Taşıma yüksekliği sınırlaması olması durumunda 2/2 çekirdek seçilebilir. Burada boyunduruk kesiti bacak kesitinin %50 si kadar olacaktır
Normalde küçük ve orta güçteki transformatörlerin çekirdekleri 3/0 biçimindedir. Özellikle taşıma koşulları nedeniyle yüksekliğin sınırlandığı durumlarda 3/2 (5 bacaklı) transformatör çekirdeğine ihtiyaç duyulabilir. Burada boyunduruk ve dönüş bacaklarının kesiti, ana bacak kesitinin %50 si kadardır. Bazı özel transformatörlerde özellikle “Doğrultucu Transformatörlerde” iki katlı (2x3/0) çekirdek kullanılmaktadır.
Seri reaktörlerde, bobinlerin içinde çekirdek olmayan(hava çekirdekli) yapı kullanılır. Şönt reaktörlerde ise tasarıma göre 3/2 veya 3/0 yapıda hava aralıklı (bobinlerin içinde boşluk bırakılmış çekirdek paketlerinden oluşan) bacaklardan oluşan bir yapı sözkonusudur. Burada 3/2 yapıda geri dönüş bacakları kesiti dikdörtgen şekildedir.
Çekirdeğin üretimi : Standart ölçülerde üretilen rulo halindeki trafo saçları öncelikle tasarımlar doğrultusunda belirli enlerde dilimlenir(dilimleme işlemi). Dilimlenerek yeni rulolar haline getirilen saçlar yine tasarımlara göre belirlenen uzunluklarda ve şekillerde kesilir(kesme işlemi). Kesim işlemleri tamamlanan saçlar dizim işlemleri için dizim tezgahlarına alınır.
Klasik dizimde 1 yada 2 saç plakası çekirdek biçimine göre yerleştirilir. Step-lap dizimi: Genellikle çok sayıda saç plakasının (üretim tekniğine göre 5-7 adet) kaydırılması ile oluşturulan bir dizim şekli olan “Step-Lap” yönteminde hem boştaki kayıplar azaltılabilir ve hem de gürültü klasik dizim yöntemine göre düşürülebilir. Step-Lap diziminin dezavantajı bu dizime uygun kesim tesisinin olması gerekmektedir. Modern makinalar bunu sağlayabilmektedir.
Çekirdeklerdeki dizim ve sıkıştırma delikleri kayıpların artmasına neden olur.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Çekirdekte gerek paketlerin sıkıştırma düzeni için ve gerekse dizim sırasında çalışma koşullarını kolaylaştırmak amacıyla delikler öngörülmektedir. Bu delikler saç kesitlerini azaltmakta ve kayıpların artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle mümkün olduğunca delik ölçüleri küçük tutulmalıdır. Büyük güçlü transformatörlerde sıkıştırma düzeni için değişik yöntemler uygulandığından, boyunduruklarda sıkıştırma deliklerine ihtiyaç duyulmaz. Bununla birlikte bacaklarda ve boyunduruklardaki dizim delikleri küçük tutularak kayıplar optimize edilebilir.
Sıkıştırma düzeninin yerine getirdiği fonksiyonlar
:
•
Çekirdek saç
plakalarının sıkıştırılması
•
Kısa-devre kuvvetlerinin karşılanması
•
Aktif kısmın kaldırılması
ve taşınması
3 bacaklı
çekirdek ve sıkıştırma düzeni 5 bacaklı
çekirdek ve sıkıştırma düzeni
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Çekirdekteki sıkıştırma düzeninin uygulama amacı; çok sayıda saç plakalarından oluşan bacakların ve boyundurukların sıkıştırılarak desteklenmesini sağlamak. Kısa devre kuvvetlerini karşılayacak şekilde bobinleri taşımak. Çekirdek, bobinler, bağlantılar ve yalıtım düzeninden oluşan aktif kısmın kaldırma ve taşınma işlemini sağlamak.
Dilimleme ve kesim yerleri, birleşim yerleri, delikler, şekil bozuklukları, sıkıştırmalar ve
işlemler, kayıpları
arttıran etkenlerdir.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Trafo işletmede kaldığı sürece aktif kayıplar oluşur, bu, aynı zamanda çekirdeğin ısınmasına da neden olur. Boşta çalışma kayıpları olarak ta adlandırılan kayıplar ; Çekirdek saçlarında oluşan histeresiz’ten kaynaklanan kayıplar ve Saçlardaki Eddy(sirkülasyon) kayıplarıdır. Gerek saçların dilimlenme ve kesim yerlerinde/kenarlarında, dizim sırasında birleşim yerlerinde, saçlardaki deliklerde, oluşan şekil bozukluklarında, sıkıştırmalar ve işlemler sırasında yapılanlar kayıpları arttıran etkenlerdir.
Dizim işlemi yapılan çekirdeğin dik duruma getirilmesi gerekmektedir. Yatık durumundaki çekirdeğin kaldırma sırasında biçiminin bozulmaması için, dizim tezgahları için özel bir tasarım uygulanır. Resimde görüldüğü gibi çekirdek tezgahta sıkı bir şekilde desteklenerek biçimi uygun halde tutulur.
paketleri ve seramik hava aralığı(seramik takozlar)
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Transformatörlerin aksine, özellikleri gereği şönt reaktörlerde bacak yapıları hava aralıklı özel saç paketlerinden oluşturulmuştur. Hava aralığı için sıkıştırma/basınç ile boyutu değişmeyen seramikler (genellikle) kullanılır (işletme sırasında oluşan titreşimler nedeni ile boyut değişikliği olmaması ve çözülme olmaması gereklidir). Genelde yuvarlak biçimli seramiklerin konum değiştirmemesi için araldit yapıştırıcı ile saç paketlerine yapıştırılır.
5 bacaklı bir şönt reaktöre ait çekirdek ve bobin yerleşiminin şematik görünümü. Bobinler monte edildikten sonra boyunduruk ile yan bacakları birleştiren saç paketleri yerleştirilir ve sıkıştırılır.
Sargının oluşturulması sırasında iletkenden geçen akım göz önüne alınarak iletkenin tipi, kesit ölçüleri, çeşitli etkenler altında bulunacak olan yalıtım ve yapısı ve de kalınlığı belirlenir. İletkenin ve sargının yapısına ve düzenlenişine göre oluşacak gerilim zorlamaları, oluşacak kayıplar ve bunların sonunda oluşacak ısınmalar ve bunların atılması. Ayrıca kısa devreler sırasındaki mekanik zorlamaların karşılanması için sargılara gelecek kuvvetler göz önüne alınır.
Gerek işletmedeki ve gerekse testler sırasında oluşacak zorlamalar göz önüne alınır :
•
İşletme gerilimi
•
Yıldırım darbe gerilimi (tam ve kesikli darbe)
•
Anahtarlama darbe gerilimi
•
Uygulanan gerilim testi
•
Endüklenen gerilim testi
Presenter
Presentation Notes
Sargı tasarımı sırasında, elektriksel zorlamalar için ; Gerek işletmedeki ve gerekse testler sırasında oluşacak zorlamalar(temporary ve transient gerilimler ve de rezonans durumları) göz önüne alınır bunlar : İşletme gerilimi Yıldırım darbe gerilimi (tam ve kesikli darbe) Anahtarlama darbe gerilimi Uygulanan gerilim testi Endüklenen gerilim testi
Tasarım sırasında; sargıların düzenlenmesi de ele alınır Sargı düzenlemesi için : Sargının ölçüleri Sargılar ve diğer bölümler arasındaki ara mesafeler Gerek sargılara ve gerekse diğer kısımlara konulacak yalıtkan bariyerler Sargı üzerindeki ve diğer sargılara olan bağlantılar Sargı üzerindeki ve diğer bölümlere karşı ekranlamalar (ki toprağa karşı ekranlamalar bunlara dahildir) belirlenir.
Sargı tasarımı yapılırken genelde önce uygulanacak sargı tipleri belirlenir. Bu yapılırken sargının elektriksel dayanımı yanında sargıda ve sargının oluşturduğu yüklenme sırasında oluşan kayıplar da dikkate alınır. Genelde sargı tipleri : Kat sargı (tek katlı ve çok katlı, helisel ) Disk sargı( sürekli disk, kapalı disk, iç içe sarılmış/interleaved, ekranlı/shielded) Yükteki kayıplar : • I2R (DC kayıpları / Joule kayıpları ) • Sargı iletkenindeki Eddy akım kayıpları ( ki AC kayıplarının bir kısmını oluşturur ) • Dağılmış akı (Stray Flux ) kayıpları [ kazan kayıpları dahil AC kayıplarının bir kısmı ] Örneğin AC kayıplarının düşürülmesi için iletkenler paralel kollara ayrılarak kesit azaltılması(eninin düşürülmesi) yoluna gidilir. Ayrıca dağılmış akının kazan duvarlarında oluşturacağı kayıpların azaltılması için de kazan ekranlaması yapılır.
Dağılmış akının kazan duvarlarında oluşturacağı kayıpların azaltılması için de kazan ekranlaması (örneğin kazan duvarlarına trafo çekirdeklerinde kullanılan saçlardan tasarımı yapılır ve uygulanır) uygulaması yapılır.
Sargıların yapımında normal iletkenlerin yanında, gereğinde transpoze edilmiş iletkenler de kullanılır (böylelikle paralel olarak düzenlenmiş iletkenlerin boyları eşitlenmiş olur). Bu tür iletkenlerin özellikleri : Özellikle Eddy Kayıpların düşürülmesini sağlar Kısa-devre dayanımını yükseltir Boşluk faktörünü düşürür İşçilik maliyetlerini yükseltir
Ana yalıtım düzeni oluşturulurken : Bobinden bobine yalıtım Bobinden trafonun topraklanmış kısımlara olan yalıtım Genel yapı ve Elektriksel zorlamalar Göz önüne alınır. Sargı içi yalıtım düzeni oluşturulurken de: Sargı içindeki yalıtım (kanallar ve yalıtımı) İletken sarım yalıtımı Diğer parçalar ( ara parçalar, çıtalar … ) İletken geçişleri ve yalıtım İletkenlerin bağlantıları ve yalıtımları Göz önüne alınır. Tüm bunlar tasarlanırken önceden biçim verilmiş (form parçalar) bazı yalıtım malzemelerinden de yararlanılır.
Sargı tasarımı yapılırken birçok elektriksel zorlamalar da göz önüne alınır diye belirtilmişti. Bunlardan biri de Geçici gerilimlerdir(transient gerilimler). Transient gerilimlerin, örneğin yıldırım darbe gerilimlerinin sargı boyunca yapacağı zorlamalar, hem zaman ve hem de sargı bölümlerine göre değişiklik gösterecektir. Sargının ilk bölümlerindeki gerilim farkları/zorlanmalar çok yüksek olacaktır. Zarf (eğrinin salınımlarının kapladığı yüzey) eğrisinden de görüleceği üzere sargı içinde bazı bölümlerdeki gerilimler sargı girişinden(gelen gerilimden) daha yüksek olabilir. Bu durumun ortadan kaldırılabilmesi için sargıdaki seri kapasitenin büyülmesi gerekir.
Sargı içindeki düşük seviyeli seri kapasiteler, özellikle basit sarılmış sargılarda, sargı giriş bölümlerinde büyük gerilim farkından dolayı aşırı zorlamalar oluşturur. Gerilim farkının azaltılması ve böylece zorlamanın düşürülmesi için seri kapasitelerin arttırılması yoluna gidilir. Böylece gerilim dağılımı lineere oldukça yaklaşacaktır. Sargının seri kapasitelerinin yükseltilmesi için uygulanan yöntemlerden ikisi, iç içe sarılmış(interleaved) ve ekranlı(intershielded) sargı yapısı düzenlemesidir.
İç içe sarılmış sargıdaki kaynak işlemlerinin fazlalığı nedeniyle üretim zorlukları yaşanır. Bu hem zaman ve hem de işçilik maliyetlerinde artışa neden olur. Ayrıca kaynak sayısının fazlalığı, kaynak yerlerindeki kalitenin kontrol altına alınmasında zorluk yaratır. Bu nedenle ekranlı sargı daha çok tercih edilir. Ekranlı sargıda, ekran için kullanılan iletken sargı teline göre çok ince ve yalıtılmıştır ve de açık devre olarak düzenlenir. İki komşu sarım arasına yerleştirilir. Akım taşıması söz konusu değildir. Ekran yerleşiminin sargı uzunluğuna göre artırılması ve radyal olarak sarımlar arasında paralel olarak düzenlenmesi ile seri kapasite kontrolü geliştirilebilir. Ayrıca CTC (continuous transposed conductors) tipindeki iletkenlerde uygulanması daha kolaydır.
sabitleri (ε) bölümler arasındaki alan şiddeti hesaplanmasında göz önüne alınır
•
Elektrik alanını
oluşturan elektrotların köşeleri yuvarlak olarak düzenlenir
•
Yüzey yürüme gerilimlerinin azaltılması
için kullanılan bariyerlerin konturları
uygun seçilir
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Sargı düzeni oluşturulurken Aktif kısımdaki sargı ve/veya bölümler arasında oluşturulan bariyerler yağ hacimlerinin bölünmesini sağlar. Dielektrik sabitleri (ε) bu bölümler arasındaki alan şiddetinin hesaplanmasında göz önüne alınır Elektrik alanını oluşturan elektrotların köşeleri daha önce sözü edilen form parçalar ile yuvarlak olarak düzenlenir. Yüzey yürüme gerilimlerinin azaltılması için kullanılan bariyerlerin konturları uygun seçilir. Böylece Rogowski etkisi en aza indirilir. Elektriksel alan dağılımında daha düzgün ve istenilen biçim sağlanır.
Bağlantı İletkenleri seçiminde : Bağlantı iletkenleri, bobinler arası bağlantılar, ayar sargısı bağlantıları ve buşing çıkış iletken bağlantılarında kullanılabilir. İletken seçimi yapılırken ; İletkenin özelliklerine(tipine, biçimine, ölçülerine .. ) Yalıtımına (özellikle buşing çıkışında ekranlamalara) Elektriksel alan dağılımına Kaçak akı iletkenin tipi ve ölçülerine Bağlantı etkilerine Isınmalara Dikkat edilmelidir.
Sargı tasarımı yapılırken, işletme sırasında oluşabilecek mekanik zorlanmalara ve kuvvetlere dikkat edilir. Elektromanyetik alanın oluşturduğu iki kuvvet söz konusudur : Radyal(enine) Aksiyal(boyuna) Radyal kuvvetler nedeni ile iç sargı çekirdeğe doğru itilirken, dış sargı ise dışa doğru genişleme eğilimindedir. Aksiyal kuvvetler nedeniyle de sargıları sıkıştıracak şekilde bir basınç oluşur.
İşletme sırasında oluşan kısa-devreler nedeniyle sargılardaki kuvvetler radyal/enine yönde dışa doğru bir baskı yaratırken bükülmelerde yapar. Aksiyal/boyuna yönde ise, çökmeler ile basınç oluşur ve iletken devrilmeleri görülür.
Kısa-devre kuvvetleri sonucunda sargılarda olan hem radyal ve hem de aksiyal yöndeki değişmeler resimlerde görülmektedir. Bunların örneklerine transformatörlerin arızalanmaları sonrasında yapılan incelemelerde sıkça görülebilmektedir.
Özellikle güç transformatörlerinin sarım tekniğinde iki ayrı düzenleme söz konusu olur : Dikey sarım Yatay sarım Her iki sarımın da avantaj ve dezavantajları vardır. Bobinleri tipleri ve üretim yerlerinin durumları bunların seçiminde önem kazanmaktadır.
bobinin montaj öncesi ön kurutma ve presleme işlemleri için kurutma fırınına alınması
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Fırında kurutulmuş ve dinamik presleme yapılmış bobinler. Özellikle güç transformatörlerinin montaj öncesi kurutulması ve tasarımda verilen ön pres işlemi uygulanması gerekmektedir. Bunun için modern üretim tekniğinde kerosin ile kurutma işleminin uygulandığı özel bobin kurutma fırınlarına gereksinim vardır. Kurutma işlemi sırasında ayrıca dinamik olarak presleme işlemi yapılır. Böylece ön kurutma sonrası ve montaj sırasında bobinin tekrar boy uzaması kontrol altına alınmış olur. Özellikle büyük güçlü/büyük akımlı transformatörlerde kullanılan CTC(continious Transposed Cable) iletkenlerin (epoxy yalıtımlı ve pişirme/kürlenme özelliklerine göre) kurutulması ve preslenmesinde, kurutma fırınlarının tipleri önemlidir.
Transformatör üretim sürecinin sıradaki diğer bir aşaması da bobin montajıdır. Gerek sargılar ve gerekse sargılar arasındaki yalıtım düzeni bu sırada gerçekleştirilir. Tasarımda belirtilen ayrıntılara bu sırada çok özen gösterilmelidir. Aksi durumda, arıza söz konusu olduğunda trafo geri dönüş maliyetleri çok yüksek olan bir üründür.
Fabrikalarda Transformatörlerin Aktif Kısmının Kurutulması
genelde üç
değişik yöntemle yapılmaktadır :
1.
Sıcak hava ile kurutma
2.
Kerosin
buharı
ile kurutma
3.
Düşük frekanslı
( LFH-
Low
Frequency
Heating
) kurutma
Sıcak hava ile kurutma hacmi küçük olan trafolarda(genelde dağıtım trafoları)
uygun olurken büyük güçlü
trafolarda kurutma zamanı
çok uzundur. Bu nedenle
tercih edilmez.
Büyük güçlü
trafolarda kerosin
buharı
ile kurutma zamanı
çok daha kısa
olduğundan uygulamada sıkça kullanılır.
Düşük frekanslı
kurutma genelde sahadaki kurutma işlemlerinde kullanılır. Bunun
yanında dağıtım trafolarının fabrikadaki kurutma proseslerinde de kullanılmaktadır.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Sıcak hava ile kurutma hacmı küçük olan trafolarda(genelde dağıtım trafoları) uygun olur. Bu tür kurutmanın yatırım maliyeti diğerlerine göre daha düşüktür. Dağıtım trafoları için kurutma zamanı genelde yaklaşık 24 saat’tir. Büyük güçlü trafolarda kurutma zamanı çok uzundur. Bu nedenle tercih edilmez. Büyük güçlü trafolarda kerosin buharı ile kurutma, zamanı çok daha kısa olduğundan uygulamada sıkça kullanılır. Özel bir tesis gerektiğinden sıcak hava ile kurutmaya göre daha maliyetlidir. Düşük frekanslı kurutma genelde sahadaki kurutma işlemlerinde kullanılır. Bunun yanında dağıtım trafolarının fabrikadaki kurutma proseslerinde de kullanılmaktadır. Ancak yatırım maliyeti sıcak havaya göre yüksektir Kurutma zamanı kerosin ile kurutmaya göre daha uzundur.
presleme ve de hazırlık işlemleri tamamlanan aktif kısmın kazana montaj işlemi.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Kurutma işlemi tamamlandıktan sonra, bobinlere öngörülen son presleme/sıkıştırma işlemleri yapılır. Böylece kısa-devre kuvvetlerine karşı güvenceye alınır. Gerekli olan son kademe ve terminal bağlantıları ile ayarlamalar yapıldıktan sonra trafo kazanına monte edilir.
Çok yaygın olduğundan bundan sonraki örneklemeler yağlı soğutma üzerine yapılacaktır. Yağ dolaşımının doğal yolla olduğu soğutma tiplerinin (ONAN ve ONAF) yanında, yağın zorlamalı(pompalarla) olduğu yağ dolaşımları da mevcuttur. Dolaşan bu yağın soğutulması ise ya fanlı (hava ile soğutma) ya da su ile yapılır.
Yağ dolaşımının doğal yolla olduğu soğutma tiplerinin yanında, yağın zorlamalı (pompalarla) olduğu yağ dolaşımları da mevcuttur. Dolaşan bu yağın soğutulması ise ya fanlı (hava ile soğutma) ya da su ile yapılır.
Yağ dolaşımının doğal yolla olduğu soğutma tiplerinin yanında, yağın zorlamalı (pompalarla) olduğu yağ dolaşımları da mevcuttur. Dolaşan bu yağın soğutulması ise ya fanlı (hava ile soğutma) ya da su ile yapılır diye belirtilmişti. Sargı içinde ise yağın dolaşımı yönlendirilmiş olarak düzenlenebilir. Bu durumda tanım OD.. İle başlar. Örneğin ODAF (yağın soğutulması hava ile) yada ODWF (yağın soğutulması su ile).
Transformatörlerde ısınan yağın genleşmesi için iki ayrı yöntem uygulanır:
•
Hermetik tip(tam hermetik ve gaz yastıklı
tip). Genelikle
dağıtım ve küçük güçlü
transformatörlere uygulanır.
•
Genleşme depolu tip (balonlu yada balonsuz )
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Transformatörlerde ısınan yağın genleşmesi için iki ayrı yöntem uygulanır: Hermetik tip (tam hermetik ve gaz yastıklı tip). Genelikle dağıtım ve küçük güçlü transformatörlere uygulanır. Genleşme depolu tip (balonlu yada balonsuz ) Tam hermetikte yağın genleşmesi soğutma unitesi olan radyatörlerin genişlemesi ile sağlanır. Gaz yastıklıda ise, yağın üst kısmında kapağın altında genleşecek yağın hacmini karşılayacak kadar azot gazı ile doldurulmuştur. Güç trafolarında ise yağın genleşmesi hacmi genleşme deposunda karşılanır.
Transformatörlerde iki tür genleşme deposu düzenlemesi vardır. Bunlardan balonlu olan dış ortamdan yalıtılmıştır. Açık havanın neminin genleşme deposundaki yağa nüfuz etmesi önlenmiştir. Normal tip (balonsuz) olanda ise dış havaya açıktır. Havanın neminin genleşme deposundaki yağa erişimi hava kurutucu düzenleri üzerinden olmaktadır. Normal ile balonlu arasındaki önemli farklardan birisi de, normal tipte havanın azot ve oksijeni transformatörün genleşme deposundaki yağa ve dolayısı ile tanktaki yağa geçmektedir.
Transformatörlerde kullanılan buşingler çok sayıda tiptir
:
DIN tipi buşing, geçmeli buşing(plug in) ve Kondenser tipi buşing bunlardan en yaygın olanıdır. Bunların yanında özel tipte buşingler de mevcuttur.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Transformatör sargıları ile şebeke arasındaki bağlantıyı sağlayan, buşing tipleri genel olarak DIN tipi, geçmeli tip( plug in) yada kondenser (buşingin aktif kısmı kondansatör oluşturacak tabakalardan yapılmıştır) tipi olarak değişik türde olur. Bunların yanında özel trafolarda (fırın ve doğrultucu trafolar gibi) kullanılan buşing tipleri (boru tip, bara tip … ) de mevcuttur.
Buşinglere kablo bağlantılarının yapıldığı yerlerde talepler doğrultusunda yada teknik gerekçelerle kablo kutusu uygulaması yapılır. Bunlar , Hava yalıtımlı, yağ yalıtımlı, SF6 gaz yalıtımlı olabileceği gibi OG lerde geçmeli buşingler de yapılabilir.
Bazı transformatörlerde ve genellikle reaktörlerde hem gürültünün ve hem de titreşimin azaltılması istenir. Bunun için kazan duvarlarına gürültünün azaltılması için taşyünü paneller yerleştirilir. Ayrıca titreşim rezonans frekansını değiştirerek , titreşimi düşüren lastik emiciler(reaktörlerde) yerleştirilir. Aktif kısmın kazana olan yerleşmesindeki taban ayakları altına lastik yerleştirmesi de gürültü azaltma yöntemlerinden biridir.
Transformatörlerin taşınmasında ; Kara, deniz Hava ve Demiryolu İle taşıma kullanılır. Büyük güçlü transformatörlerin taşınmasında, kara ve demiryolu ile olanlar resimlerde gösterilmiştir.
Taşıma sırasında, özellikle güç transformatörlerinde, öngörülen darbe sınırlarının aşılıp aşılmadığını kontrol etmek için darbe kaydediciler yerleştirilir. Bu kaydediciler tüm taşıma süreci boyunca işlevsel durumda tutulur. Taşıma sonrası kaydedicinin kayıtları gözden geçirilmelidir. Bir olumsuzluk söz konusu ise alınacak önlemler kararlaştırılmalıdır. Bunlara yapılacak saha testleri de dahildir.
Standartlarda belirtilen bu testlerin yanında ayrıca üretim adımlarının değişik aşamalarında, montaj sonrası ve sahada uygulanan testler söz konusudur. Bunların bir kısmı tasarıma veri oluşturur. Bir kısmı ise henüz standartlaşmamıştır. Ayrıca transformatör yağları için bir çok test uygulanmaktadır.
yağ testleri ve gaz analizleri yöntemiyle, yağın ve trafonun durumunu izlemek ve arıza araştırması yapılır. Yağlar üzerinde fiziksel, kimyasal ve elektriksel testler de uygulanarak, kirlenme ve yaşlanma süreçleri sürekli denetlenir. Gelişmekte olan trafo arızaları, yağda erimiş gaz analizi yöntemiyle güvenli bir şekilde izlenebilir.
gerilimler (toprak hatası, yük atma ve düşük frekanslı
rezonans olayları)
kısa süreli (transient) aşırı
gerilimler ( kesici açma ve kapamaları)
Uzun süreli aşırı
gerilimler güç
frekanslı
ve uzun süreli olup bir saniyeden başlayıp onlarca dakikalar sürebilir
Kısa süreli aşırı
gerilimler, cephe süresi nano
saniyeden başlayıp birkaç
mili saniyeye kadar devam eder. Osilasyonlu
ve osilasyonsuz
olmak üzere iki biçimde bulunabilir.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Güç sisteminden kaynaklanan aşırı gerilimler . Bu gruptakiler, güç sisteminde anahtarlama ve hatalardan dolayı aniden oluşan değişiklikler nedeniyle hem uzun süreli(temporary) ve hem de kısa süreli(transient) aşırı gerilimler olabilir. Uzun süreli(temporary) olanlar toprak hatası, yük atma ve düşük frekanslı rezonans olaylarından kaynaklanır. Kısa süreli(transient) olanlar cihazların sisteme alınış ve çıkarılışında ve de harici yalıtım atlamalarında olabilir. Özellikle reaktif yüklerin anahtarlanması sırasında kesicilerde oluşan birden fazla geçici tutuşan akımlar nedeniyle çok dik cepheli 6-7 p.u.aşırı gerilimler ortaya çıkar. Atmosferik olaylardan kaynaklanan aşırı gerilimler. Bu tür aşırı gerilimler, hatta bağlı transformatör terminaline veya yakınına düşen yıldırımlardan oluşur. İstatistiksel incelemelere göre yıldırım akımları 10-20 kA aralığındadır. Yıldırım darbesinin cephe süresi, yıldırım düşmesinin transformatöre olan uzaklığına göre değişir. Uzaklık ne kadar az ise cephe süresi o kadar dik olacaktır. Uzun süreli (temporary) aşırı gerilimlerin sınırlandırılmasına burada değinilmeyecektir.
gerilimlerin transformatör sargılarında oluşturduğu
aşırı
gerilimler
:Anahtarlama işlemleri sırasında düşük ya da yüksek sönümlemeli yüksek frekanslı
osilasyonlar
görülebilir. Düşük sönümlemede osilasyonun
baskın(dominant) frekansı
transformatör
sargılarının rezonans frekanslarından biri ile çakışırsa, sargılar arasında aşırı
gerilimler oluşur ve
bu arızalara neden olabilir.
Kesicilerdeki açma kapama dirençleri bu tip osilasyonları
etkin bir şekilde sönümleyecektir.
Ayrıca monte edilecek olan kapasitörler
de osilasyonların
etkin frekansını
değiştirerek
transformatörün rezonans frekansları
ile çakışmasını
önleyecektir. Bunun için de
transformatörün rezonans frekanslarının bilinmesi gerekir.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Transient Aşırı Gerilimlerin Sınırlandırılması Transformatörler işletme güvencesinin sağlanması için yıldırımdan kaynaklanan transient aşırı gerilimlere karşı korunmalıdır. Gerilimlerin sınırlandırılması için değişik tipte parafudrlar kullanılır. Yüksek frekanslı osilasyonlu gerilimlerin transformatör sargılarında oluşturduğu aşırı gerilimler : Anahtarlama işlemleri sonrasında düşük yada yüksek sönümlemeli kHz ve MHz aralıklarında değişen yüksek frekanslı osilasyonlar görülebilir. Şayet düşük sönümleme söz konusu ise ve osilasyonun etkin (dominant) frekansı transformatör sargılarının rezonans frekanslarından biri ile çakışırsa, sargılar arasında aşırı gerilimler oluşur ve bu arızalara neden olabilir. Kesicilerdeki açma kapama dirençleri bu tip osilasyonları etkin bir şekilde sönümleyecektir. Ayrıca monte edilecek olan kapasitörler de osilasyonların etkin frekansını değiştirerek transformatörün rezonans frekansları ile çakışmasını önleyecektir. Bunun için de transformatörün rezonans frekanslarının bilinmesi gerekir.
seviyelerinde) gerilim oranı, normal çevirme oranından oldukça farklı
olabilir. Bu nedenle diğer sargıya taşınan(transfer olan) gerilim rezonans efektini büyütecek şekilde olursa sargılarda arızaya neden olabilir. Taşınan gerilim aşağıdaki şekillerde olur:
•
Elektromanyetik yolla taşınma
•
Elektrostatik yada kapasitif
taşınma
•
Transformatörün, primer
ve sekonder
sargılarının toprak kapasiteleri ve self endüktanslarının
biçimlendirdiği devrelerinin doğal osilasyonlarının oluşturduğu taşınma .
Taşınan aşırı
gerilimler aşağıdaki koşullarda tehlikeli olabilir :
•
Sekonder
gerilimli sargı
şebekeye bağlı
değilse.
•
Sekonder
sargının gerilimi primer
sargının gerilimine göre çok daha
düşükse.
•
Sargı
tersiyer bir sargı
ise.
Faz terminalleri arasına ve faz toprak arasına bağlanacak parafudrlar
ile önlem alınabilir.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Transformatörlerde taşınan(transfer olan) aşırı gerilimler Yüksek frekanslarda (kHz seviyelerinde) gerilim oranı, normal çevirme oranından oldukça farklı olabilir. Bu nedenle diğer sargıya taşınan (transfer olan) gerilim rezonans efektini büyütecek şekilde olursa sargılarda arızaya neden olabilir. Taşınan gerilim aşağıdaki şekillerde olur: Elektromanyetik yolla taşınma Elektro statik yada kapasitif taşınma Transformatörün, primer ve sekonder sargılarının toprak kapasiteleri ve self endüktanslarının biçimlendirdiği devrelerinin doğal osilasyonlarının oluşturduğu taşınma . Taşınan aşırı gerilimler aşağıdaki koşullarda tehlikeli olabilir : Sekonder gerilimli sargı şebekeye bağlı değilse. Sekonder sargının gerilimi yüksek gerilimli sargıya göre düşükse. Sargı tersiyer bir sargı ise. Faz terminalleri arasına ve faz toprak arasına bağlanacak parafudrlar ile önlem alınabilir.
yok edilmeli veya söndürülmelidir (bastırılmalıdır). Böylelikle sargıdaki gerilimin dahili salınımları
(osilasyonları), osilasyonlu
uyarım durumu için engellenebilir. Bunun için, transformatörün konstrüktif
yapısı
veya sargı
bölümlerinin direkt bağlantıları
yolu ile sonuca varılır.
•
Şebekedeki osilasyonlu
gerilimlerin önlenmesi ile sağlanır, böylece rezonansın harici uyaranı
önlenmiş
olur. Bunun için şebeke konfigürasyonlarında değişiklik
veya uygun yollarla şebekeye ilave elemanların montajı
gereklidir.
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Rezonansın engellenmesi için önlemler Rezonans sırasında oluşan aşırı gerilimlerin önlenmesi amacı ile iki temel farklı yol açıklanabilir. Bunlardan biri transformatördeki dahili sargı rezonansı yok edilmeli veya söndürülmelidir (bastırılmalıdır). Böylelikle sargıdaki gerilimin dahili salınımları (osilasyonları) osilasyonlu uyarımda engellenebilir. Buna, transformatörün konstrüktif yapısı veya sargı bölümlerinin direkt bağlantıları yolu ile erişilir. Diğer bir imkan ise şebekedeki osilasyonlu gerilimlerin önlenmesi ile sağlanır, böylece rezonansın harici uyaranı önlenmiş olur. Bunun için şebeke konfigürasyonlarında değişiklik veya uygun yollarla şebekeye ilave elemanların montajı gereklidir.
değişiklikler hesaplama yolu ile yapılabilir. Bunun için sargının rezonans tehlikesi olan yerlerinde dayanımın arttırılması
veya zorlamanın azaltılması
yoluna gidilir.
Dayanımın arttırılması, her şeyden önce çok büyük transformatörlerde sınırlı
bir şekilde mümkündür. Burada transformatörlerin dış
ölçülerinin tutturulması
yüksek yalıtım açıklıkları
nedeniyle genellikle sınırlandırılmıştır (veya mümkün değildir).
Zorlamanın azaltılması, sargının dahili söndürme (sönümleme) mekanizmalarına etki etme yolu ile yüksek frekanslarda mümkündür. Bu ilk olarak yüksek frekanslarda iletkenin frekansa bağlı
girdap akım kayıpları
ve manyetik değişken alanı
için geçerli olup bunlar örneğin iletken kollarının sayısı
ve sargının tipinden etkilenmektedirler. Bununla beraber tam rezonans'sız sargı
yapılması
mümkün değildir.
Aşırı
gerilimler ve sınırlandırılmaları
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
Transformatörde konstrüktif değişiklikler Transformatörün tasarımı sürecinde rezonans osilasyonlarının önlenmesi amacı ile konstrüktif değişiklikler hesaplama yolu ile yapılabilir. Bunun için sargının rezonans tehlikesi olan yerlerinde dayanımın arttırılması veya zorlamanın azaltılması yoluna gidilir. Dayanımın arttırılması, her şeyden önce çok büyük transformatörlerde sınırlı bir şekilde mümkündür. Burada transformatörlerin dış ölçülerinin tutturulması yüksek yalıtım açıklıkları nedeniyle genellikle sınırlandırılmıştır (veya mümkün değildir). Zorlamanın azaltılması, sargının dahili söndürme (sönümleme) mekanizmalarına etki etme yolu ile yüksek frekanslarda mümkündür. Bu ilk olarak yüksek frekanslarda iletkenin frekansa bağlı girdap akım kayıpları ve manyetik değişken alanı için geçerli olup bunlar örneğin iletken kollarının sayısı ve sargının tipinden etkilenmektedirler. Bununla beraber tam rezonans'sız sargı yapılması mümkün değildir.
için bir diğer olasılık, transformatörün içinde, bir araya toplanmış
elemanlarla sargı
bölümlerinin bağlantısında önlemler almak:
•
Ya, sargıya paralel kondansatör bağlamak suretiyle sargı
kapasitesinin suni olarak büyümesini sağlamak veya
•
RC-devresi formunda söndürme elemanları
ve ZnO
parafudrları
(bunlar ya sargı
boyunca veya sargıya paralel bağlanırlar) bağlamak suretiyle önlemler almak.
Kondansatörlü
bağlantı, sargıdaki gerilimin başlangıç dağılımının lineer yapılması
amacı
ile uygulanır ve bununla rezonans osilasyonların genliğinin küçültülmesi de sağlanmış
olur.
Kondansatör bağlantısının bir diğer kullanım imkanı
sargının bir kısmında rezonans frekanslarının değerlerinin değiştirilmesi (kapasite ve sargının endüktivitesi
rezonans frekansını
oluşturduğundan kapasite değişmesi ile rezonans frekansı
da kendiliğinden değişecektir).
Aşırı
gerilimler ve sınırlandırılmaları
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
(devam) Dahili osilasyonlann bastırılması için bir diğer olasılık, transformatörün içinde, bir araya toplanmış elemanlarla sargı bölümlerinin bağlantısında önlemler almak. Ya, sargıya paralel kondansatör bağlamak suretiyle sargı kapasitesinin suni olarak büyümesini sağlamak veya RC-devresi formunda söndürme elemanları ve ZnO parafudrları (bunlar ya sargı boyunca veya sargıya paralel bağlanırlar) bağlamak suretiyle önlemler almak. Kondansatörlü bağlantı, sargıdaki gerilimin başlangıç dağılımının lineer yapılması amacı ile uygulanır ve bununla rezonans osilasyonlannm genliğinin küçültülmesi de sağlanmış olur. Kondansatör bağlantısının bir diğer kullanım imkanı sargının bir kısmında rezonans frekanslarının değerlerinin değiştirilmesi (kapasite ve sargının endüktivitesi rezonans frekansını oluşturduğundan kapasite değişmesi ile rezonans frekansı da kendiliğinden değişecektir).
Bu yöntem transformatördeki belirli rezonans frekanslarından kaçınılması
ve özel problemlerin çözümü
(şayet yalnızca frekans kaydırılması
yolu ile rezonans zorlaması
ortadan kaldırılacak ise) imkanını
sunmaktadır.
Buna karşın RC-söndürme devresi ve ZnO
parafudr'lar
aşırı
gerilimi direkt oluştuğu yerde sınırlarlar. ZnO
parafudrlar
dahili aşın gerilimlerden korunma için çok etkin bir önlemi oluştururlar.
Aşırı
gerilimler ve sınırlandırılmaları
İTÜ
8 Mart
2012
Presenter
Presentation Notes
(devam) Bu yöntem transformatördeki belirli rezonans frekanslarından kaçınılması ve özel problemlerin çözümü (şayet yalnızca frekans kaydırılması yolu ile rezonans zorlaması ortadan kaldırılacak ise) imkanını sunmaktadır. Buna karşın RC-söndürme devresi ve ZnO parafudr'lar aşırı gerilimi direkt oluştuğu yerde sınırlarlar. ZnO parafudrlar dahili aşın gerilimlerden korunma için çok efektif bir önlemi oluştururlar. Sargıya direkt bağlanmış ZnO parafudrlar ile ilgili olarak bağlantı şeması verilen transformatör resimde gösterilmiştir.
