T.C KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

PROJE -3-

AKIM VE GERİLİM TRANSFORMATÖRLERİ

MURAT ŞENDİL ELEKTRİK MÜH.(İ.Ö)

070206045

PROJE DANIŞMANI

Yrd.Doç.Dr.MEHLİKA ŞENGÜL

ARALIK 2011

KOCAELİ

İÇİNDEKİLER Sayfa No

1) GİRİŞ…………………………………………………………………………. 5

1.1) Transformatörlerin Önemi……………………………………………… ... 5

1.2)Transformatörlerin Yapısı…………………………………………………. 5

1.3)Transformatörlerin Çalışma Prensibi………………………………………. 6

1.4)Transformatörlerin Dönüştürme Oranları …………………………………. 7

1.5)Transformatörlerde Verimin Bulunması ........................................................ 8

2) ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ…………………………………………….. 9

2.1) Ölçü Transformatörlerinin Kullanılış Amacı……………………………….. 9

3) AKIM TRANSFORMATÖRLERİ……………………………………………. 9

3.1) Tanımı……………………………………………………………………... 9

3.2) Genel Yapısı……………………………………………………………….. 10

3.3) Akım Transformatörü Prensip Şekli………………………………………. 11

3.4) Akım Transformatörü Kullanılma Amaçları……………………………… 11

3.5) Akım Transformatörü’nün Özellikleri…………………………………….. 12

3.6) Akım Transformatörlerinde Polarite………………………………………. 12

3.7) Kullanıldığı Gerilime Göre Akım Transformatörler Çeşitleri……………. 13

3.7.1) Alçak Gerilim Akım Transformatörleri……………………………… 13

3.7.2) Orta Gerilim Akım Transformatörleri……………………………… 13

3.8) Soğutma Şekline Akım Transformatör Çeşitleri…………………………. 14

3.8.1) Yağlı Tip……………………………………………………………….. 14

3.8.2) Kuru Tip……………………………………………………………….. 14

3.9)Yapılışlarına Göre Akım Transformatör Çeşitleri………………………….. 14

3.9.1) Sargılı Tipi……………………………………………………………… 14

3.9.2) Bara Tipi………………………………………………………………… 15

2

3.10) Kullanıldıkları Yere Göre Akım Transformatör Çeşitleri…………………. 15

3.10.1 )İç Tip (Bina İçi,Dahili)………………………………………………. 15

3.10.2 Dış Tip(Bina Dışı,Harici)………………………………………. .. . .. 15

3.11) Akım Transformatörü Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar………………. 15

3.12) Akım Transformatörü Etiket Değerleri…………………………………….. 16

3.13)Akım Transformatör Testleri………………………………………………... 17

3.13.1) Polarite Tayini………………………………………………………….. 17

3.13.2) Çevirme Oranı Testi…………………………………………………….. 17

4)AKIM TRANSFORMATÖRLERİNİN KARAKTERİSTİK DEĞERLERİ

4.1)Karakteristik Değerler…………………………………………………………. 18

4.1.1) İşletme Gerilim Anma Değeri (Un)………………………………………. 19

4.1.2) Anma Gücü (Nn)………………………………………………………… 19

4.1.3) Sınıf Klas (Cl)…………………………………………………………….. 20

4.1.4) Doyma Katsayısı(Saturasyon Kat Sayısı (n)……………………………… 21

4.1.4.1) Ölçü Akım Trafolarında n<5 ………………………………………… 22

4.1.4.2) Ölçü Akım Trafolarında n>10………………………………………… 22

4.1.5) Akım Çevirme Oranı (Akım Oranı) (k) …………………………………. 22

4.1.6) Anma Akım Değerleri (k)………………………………………………… 22

4.1.7) Termik Anma Akımı (Ith)………………………………………………… 23

4.1.8) Dinamik Anma Akımı (Idyn)…………………………………………….. 24

4.1.9) Akım Transformatörünün Sekonder Sargı Ucunu Açık Kalmamasının Önemi

5)GERİLİM TRANSFORMATÖRLERİ…………………………………………… 25

5.1 Gerilim Transformatörleri……………………………………………………… 25

5.1.1) Tanımı……………………………………………………………………… 25

5.1.2) Şematik Gösterimi………………………………………………………….. 25

5.1.3) Çalışma İlkesi………………………………………………………………. 25

3

5.1.4)Gerilim Transformatörü Yapısı………………………………………………. 26

5.1.5) Gerilim Transformatörü Prensip Şekli………………………………………. 27

5.1.6) Gerilim Transformatörünün Kullanım Amaçları……………………………. 27

5.1.7) Gerilim Transformatörü’nün Özellikleri…………………………………….. 28

5.1.8)Kullanıldıkları Yere Göre Gerilim Transformatör Çeşitleri…………………... 28

5.1.8.1) Faz-Toprak Gerilim Transformatörü…………………………………… 28

5.1.8.2) Faz-Faz Gerilim Transformatörü……………………………………… 29

5.1.9) Kombine(Akım ve Gerilim Transformatörü Birlikte) Ölçü ………………….. 29

5.1.10) Gerilim Transformatörü Siparişinde Dikkat Edilecek Hususlar…………… 30

5.1.11) Gerilim Transformatörü Etiket Değerleri…………………………………… 30

5.2) Gerilim Transformatör Testleri………………………………………………… 31

5.2.1) Polarite Tayini………………………………………………………………….. 31

5.2.2) Isınma Sıcaklık Artışı Testi…………………………………………………… 31

6)GERİLİM TRANSFORMATÖRÜNÜN KARAKTERİSTİK DEĞERLERİ

6.1) Anma Gerilim Değerleri (Up ve Us)…………………………………………… 32

6.2) Anma Gücü (Nn)…………………………………………………………………. 33

6.3) Sınıf Klas (Cl)……………………………………………………………………. 33

6.4) Dayanma Katsayısı (Uk)…………………………………………………………. 33

7) KAYNAKÇA……………………………………………………………………… 34

4

GİRİŞ 1.1) Transformatörlerin Önemi

Elektrik enerjisinin en önemli özelliklerinden biri de üretildiği yerden çok uzak bölgelere

taşınabilmesidir. Bu taşınmanın verimli bir şekilde yapılabilmesi için gerilimin yeteri kadar yüksek olması

gerekir.

Bilindiği gibi elektrik doğru veya alternatif akım şeklinde üretebilir. Doğru akımda yüksek gerilimli

enerji iletimi son zamanlarda büyük önem kazanmıştır. Ancak bu konuda istenilen düzeye gelinmemiş olup

çalışmalar sürdürülmektedir. Buna karşılık alternatif akımlı elektrik enerjisinin gerilimi transformatörler

yardımı ile yükseltilip düşürülebildiğinden, enerjinin alternatif akımla taşınması önemini korumaktadır.

Santrallerde generatörler (alternatörler) yardımı ile üretilen elektrik enerjisinin gerilimi çok yüksek

değildir. Generatör çıkış gerilimleri 0,4 - 3,3 - 6,3 - 10,6 - 13,0 - 14,7 - 15,8 ve 35 kilovolt (kV)

değerlerindedir. Bu gerilimler enerjinin uzak bölgelere taşınmasını sağlayacak kadar yüksek olmadığından

yükseltmeleri gerekir. Gerilimlerin yükseltilmesi ise ancak transformatörlerin yardımı ile gerçekleştirilir.

Transformatörler, gerilimi alçaltma ve yükseltme şekline göre iki çeşittir.

Alçaltıcı Transformatörler: Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından daha alçak bir

şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler denir.

Yükseltici Transformatörler: Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından daha yüksek

bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere yükseltici tip transformatörler denir.

1.2) Transformatörlerin Yapısı

Transformatörler ince özel silisli saçalardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bunun

üzerine,yalıtılmış iletkenlerle sarılan sargılardan oluşur.En basit şekilde iki sargı bulunur.Bu sargılardan

birine PRİMER veya birinci devre diğerine ise SEKONDER veya ikinci devre adı verilir. Primer ve

sekonder sargılarının birbirlerine elektriksel bir bağlantısı yoktur. Ancak özel olarak yapılan oto

transformatörlerinde her iki sargı elektriksel olarak birbirleri ile bağlantılıdır. Şekil:1–1.’de bir

transformatörün basit yapısı görülmektedir.

5

Transformatör sargılarına gerilim değerlerine göre alçak gerilim sargısı veya yüksek gerilim sargısı gibi

isimler de verilmektedir. Güvenlik için kullanılan özel yalıtıcı transformatörler dışında, primer ve sekonder

gerilimleri birbirinden farklıdır. Transformatörlerin primer sargıları uygun gerilimdeki bir alternatif akım

devresine bağlandığında sekonder sargılarından değişik değerde fakat aynı frekansta başka bir alternatif

gerilim alınır.

Primer gerilimi, sekonder geriliminden büyükse, bu çeşit transformatörlere düşürücü veya alçaltıcı

transformatörler primer gerilimi sekonder geriliminden küçükse, bu çeşit transformatörlere yükseltici

transformatörler adı verilir. Buna göre transformatör; sargıların birisinden geçen bir alternatif akım

sistemini, elektromanyetik endüksiyon etkisi ile öteki sargısına aynı frekanslı fakat farklı şiddet ve gerilimde

başka bir akım sistemine dönüştüren statik bir elektrik makinesi olarak tanımlanabilir.

Manyetik nüvede sargıların bulunduğu kısma ayaklar ve bacaklar denir. Ayakları birleştiren alt ve üst

parçalara ise boyunduruk adı verilir.

1.3) Transformatörlerin Çalışma Prensibi Şekil: 1–1.’ de görülen primer sargılarına alternatif bir gerilim uygulandığında, bu sargı değişken bir

manyetik alan oluşturur. Bu alan üstünde sekonder sargının da bulunduğu manyetik demir nüve üzerinden

devresini tamamlar. Primere uygulanan alternatif gerilimin zamana bağlı olarak her an yön ve şiddeti

değiştiğinden, manyetik alanın da her an yön ve şiddeti değişir. Bu alanın sekonder sargılarını kesmesi

(veya kavraması da denir) ile bu sargılarda alternatif bir gerilim indüklenir. Görüldüğü gibi primer ve

sekonder sargılarının birbirleri ile elektriksel hiç bir bağlantıları olmadığı halde 2.devrede manyetik

endüksiyon yolu ile bir gerilim oluşabilmektedir. Transformatörün primer sargılarına doğru gerilim

uygulandığında, demir nüve üzerinde gene bir manyetik alan oluşur. Ancak bu manyetik alan, sabit bir

alandır. Bu alanın yön ve şiddeti değişmediğinden sekonder sargılarında bir elektro-motor-kuvvet (emk.)

indüklenmesi söz konusu olamaz. Çünkü indüksiyon kurallarına göre, değeri değişen manyetik alanlar

6

tarafından etkilenen sargılarda endüksiyon gerilimleri oluşabilir. Doğru akımın verilişi ve kesilişi sıralarında

sekonderde endüksiyon gerilimleri görülebilir. Ancak manyetik alanın değişimi sürekli olmadığından,

transformatör doğru akımda kullanılamazlar.

1.4) Transformatörlerin Dönüştürme Oranları

Bir iletkende emk indüklenebilmesi için o iletkenin sabit bir manyetik alan içinde hareket ettirilmesi

veya değişen bir manyetik alan içinde bulundurulması gerekir. Birinci durum doğru akım generatörleri’nin

çalışma prensibini, ikinci durum ise transformatörlerin çalışma prensibini oluşturur. Daha önceki konularda

da açıklandığı gibi, bir transformatörün birinci devre sargılarına alternatif bir gerilim uygulandığında ikinci

devre uçlarına bir yük bağlanmasa da yani ikinci devre uçları açık olsa da, birinci devre sargılarından çok

küçük bir boş çalışma akımı (Ib) geçer. Geçen bu akımın oluşturduğu değişken (alternatif) akım, sekonder

sargılarını keserek bu sargılarda alternatif bir emk indüklenir. İndüklenen bu emk’in frekansı, birinci

devreye uygulanan gerilimin frekansına eşittir.

Transformatör boştaki akımının oluşturduğu manyetik akının sekonder sargılarını kestiği ve boştaki

nüve kayıplarının sıfır olduğu varsayılırsa böyle bir transformatör ideal transformatör olarak tanımlanır.

İdeal transformatörlerde sekonder sargıları kesen kuvvet çizgilerinin tamamı, birinci devre sargılarını da

keser. Bu durumda transformatörün her iki sargısının her bir sarımında aynı değerde gerilim

indüklenir.Buna, her iki sargının sipir başına endüklenen gerilimleri aynıdır diyebiliriz. Primer ve sekonder

sargılarda endüklenen bu gerilimler aynı akı tarafından oluşturulduğundan aralarında bir faz farkı yoktur.

Yani birinci ve ikinci devrede indüksiyon yolu ile oluşan gerilimler aynı fazdadır.

Transformatörün primerinde oluşan E1 emk’i Lenz kanununa güre kendisini oluşturan U1 gerilimine

ters yönde olup yaklaşık olarak eşit değerdedir. (Gerçekte E1 emk.’i U1 den % 1 ila % 2 kadar küçüktür.)

Transformatörün her iki sargısında sipir başına endüklenen gerilimler aynı olduğundan 1. ve 2. devre emk.

larının birbirine oranı, sipir sayılarının oranına eşit yazılabilir.

2

1

2

1

N

N

E

E = Bu eşitliği2

1

2

1

N

N

U

U = şeklinde de gösterebiliriz. Bu eşitliklerdeki harflerin anlamları

şöyledir:

E1 ... Primerde indüklenen emk (Volt)

E2 ... Sekonderde indüklenen emk (Volt)

U1 ….. Primer gerilimi. (Volt)

U2….. Sekonder gerilimi. (Volt)

N1 ... Primerin sipir sayısı.

N2…… Sekonder sipir sayısı.

7

Transformatörlerin verimleri çok yüksek olduğundan 1. ve 2. devre güçleri birbirine eşit yazılabilir. Buna

göre volt-amper (VA) olarak1. ve 2. devre güçleri,

S1 = U1 . I1 ; S2 = U2.I2 şeklinde belirtilir. Kayıpsız transformatörde S1= S2 olduğundan U1 .I1 = U2.I2 ve

2

1

2

1

I

I

U

U = yazılabilir. Bu eşitliği 2

1

2

1

N

N

U

U = ile birleştirip yazarsak, transformatörlerin (K) ile belirtilen

dönüştürme oranlarını bu1muş oluruz. Buna göre transformatörlerde dönüştürme oranı:

2

1

1

2

2

1

N

N

I

I

U

U K === şeklinde yazılabilir. Transformatörlerin dönüştürme oranları gerilimler bakımından

şu şekilde yazılır:

rilimisekondergetörün Transforma

gerilimiprimer törün Transforma K =

Bir transformatörün dönüştürme oranı bilinirse bundan faydalanarak primer ve sekonder gerilimleri, sipir sayıları ve akımları bulunabilir.

1.5) Transformatörlerde Verimin Bulunması Transformatörlerde verim iki şekilde bulunur:

a-Direkt metotla verimin bulunması;

Bu metotla daha çok küçük güçlü transformatörlerde uygulanır.Sekonder yükü sıfırdan başlanarak tam

yüke kadar yavaş yavaş arttırılır.Her yükte primer ve sekonderdeki wattmetreden okunan değerler alınarak

n=P2 / P1 şeklinde verimi bulunuz.

b-Endirekt metotla verimin bulunması;

Endirekt metotla verimin bulunması büyük güçlü transformatörlerde uygulanır.Bunun için boş çalışma

deneyi ile, transformatörün demir kayıpları;kısa devre deneyi ile bakır kayıpları bulunur.

Bundan sonrada n=PA / PA + Pk şeklinde verim bulunur.

8

ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ

2.1) Ölçü Transformatörlerinin Kullanılış Amacı

Alternatif akımda yüksek gerilim ve büyük akımların ölçü aletleri ile ölçülmesi çok zor ve tehlikelidir.

Çünkü ölçü aletinin yüksek gerilimlerinin yalıtılması ve alet bobinlerinin yüksek akımlara dayanacak

kesitlerde yapılması belli değerlerden sonra mümkün olamaz Bu nedenle yüksek gerilim ve büyük akımların

ölçülmesi için ölçü transformatörlerin kullanılır, Ölçü transformatörleri yardımı ile yüksek gerilimler ve

büyük akımlar, transformatörün ikinci devresinde, ölçü aletlerinin ölçebileceği değerlere inilir. Ölçü

transformatörleri, ölçümlerin güvenlik içinde kolay ve doğru bir şekilde yapılmasını sağladığı gibi,

çalışanları da yüksek gerilimlerden korur.

Ölçü transformatörlerinin sekonderlerine, ampermetreler, voltmetreler, wattmetreler, çeşitli röleler ve

bazı kontrol aygıtları bağlanabilir. Ölçü transformatörlerinin yüklerine yalnız ölçü aletleri oluşturduğundan,

anma güçleri küçüktür. Buna göre ölçü transformatörlerini, ölçü aletlerin ölçme sınırlarını genişletmek için

kullanılır denebilir.

Ölçü transformatörleri genel olarak akım ve gerilim ölçmelerde kullanılır. Buna göre iki ayrı özellikte

ölçü transformatörü yapılmıştır.

Bunlar:

1 — Akım transformatörleri

2 — Gerilim transformatörleridir.

AKIM TRANSFORMATÖRLERİ

3.1) Tanımı

Bağlı oldukları devreden geçen akımı istenen oranda küçülterek, bu akımla sekonder terminallere bağlı

aletleri besleyen ve onları yüksek gerilimden izole eden özel trafolara, akım transformatörleri denilir. Akım

transformatörü şekil 3.1’deki sembollerle gösteril

9

Şekil 3.1 Akım transformatörlerinin sembolleri

3.2) Genel Yapısı

Bir akım trafosunun genel olarak yapısı, şekilde görülene benzer olup, bu şekilde işaretlenen

bölümlerden oluşur.

Şekil 3.2 Akım Transformatörünün Yapısı

Primer Sargı: Demir nüve üzerine sarılmış, bir/iki sipir sayılı ve kesitçe,öngörülen akım değerine

uygun bir sargıdır.

Sekonder Sargı:Demir nüve üzerinde primere göre ters yönde sarılmış ve sarım sayısı(akım oranı

kadar)fazla,kesitçe küçültülmüş yeterli akım değerinde bir sargıdır.

Sekonder sargı, akım transformatörünün, ölçü aletlerinin, sayaçların, rölelerin ve benzer aygıtların akım

devrelerini besleyen sargıdır.

Sargı Terminalleri: Primer sargının ana devreye ve sekonder sargının, (Ölçü / Koruma) devresine

bağlantısını temin etmek üzere gövde dışına çıkarılmış terminallerdir. Primer sargı terminalleri, şekilde

görüldüğü üzere üst bölümde, sekonder sargı terminalleri, alt bölümde ve yanda yer alır.

Gövde: Geçmişte, içi izolasyon yağı ile doldurulmuş metal gövdeli olarak üretilen; akım trafolarının

yerine, hem gövdeyi ve hem izolasyonu sağlayan (reçine/epoksi türü) katı izolasyon maddelerinin

kullanımına geçilmiştir.

Demir Nüve: Manyetik akı ortamını sağlayan demir nüvenin kesiti ve diğer nitelikleri, o akım

trafosunun bazı karakteristik değerlerini belirler. Bir akım trafosunun ölçü veya koruma amaçlı

kullanımı, güç, doyma katsayısı ve doğruluk sınıfı gibi karakteristik değerlerin farklı olmasını

gerektirir. Bu nedenlerle; akım trafoları kulanım amaçlarına göre farklı üretilirler. Bir merkezde hem

ölçü ve hem de koruma söz konusu olduğunda, farklı karakteristik değerlere sahip farklı akım

trafolarının kullanımı gerekecektir. Farklı karakteristikli iki akım trafosunun, aynı gövde içinde

üretildiği tipler, ekonomik bir çözüm olarak sunulmaktadır.

10

Şekil:3.4’te böyle bir akım trafosunun blok şeması görülmektedir. 1 nolu (1s1 ve 1s2) sekonder

terminaller ölçü devresi için, 2 nolu (2s1 ve 2s2) terminaller koruma devresi için kullanılabilir.

Şekil 3.4 Koruma ve Ölçme Akım Trafosu

3.3) Akım Transformatörü Prensip Şekli

Akım transformatörleri çalışma ve parçaları bakımından trafolara çok benzemektedir. Fakat akım

transformatörleri sekonderi kısa devre çalışan ve sekonder çıkış akımı belirli oranda (ölçme ve koruma

röleleri için) sınırlandırılmış özel bir trafodur. Şekil 3.5'te akım transformatörünün prensibi verilmiştir.

Şekil 3.5 Akım Transformatörünün Prensip Şekli

3.4) Akım Transformatörü Kullanılma Amaçları

Akım transformatörlerinin kullanma amaçlarını şu şekilde sıralayabiliriz:

Ölçü aletlerini ve koruma rölelerini primer geriliminden izole ederek, güvenli çalışmaya imkân sağlar.

Değişik primer değerlerine karşılık standart sekonder değerler elde edilir.

11

Ölçü transformatörlerinin kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesine

imkan verir.

Büyük akımlar ölçmede daha ekonomik bir çözümdür.

3.5) Akım Transformatörü’nün Özellikleri

Akım transformatörlerinin en önemli özellikleri şunlardır:

Primer devresinden geçen akımı, dönüştürme oranına göre sekonder devreye aktarır.

Akım transformatörleri sekonder devreleri, kısa devre durumunda çalışır.

Primer sargıları kalın ve az sarımlı veya sadece baradan oluşur.

Sekonder sargıları ise, ince telli ve çok sarımlıdır.

Akım transformatörlerinin primer ve sekonder sargılarının giriş ve çıkış uçları, değişik harflerle ifade

edilir.

Şekil 3.6.Akım Transformatörünün Giriş ve Çıkış Uçlarının Harflerle Gösterimi

Akım transformatörlerinin bazı ölçü aletleri ile bağlantısında polaritesi önemlidir.

Aynı akım transformatörü ile birkaç ölçü aleti kullanılabilir.

Akım transformatörlerinin, ölçme hassasiyetlerine göre sınıfları: 0,1-0,2-0,5-1 ve 3 olmak üzere

sınıflandırılır.

Koruma devrelerinde 3 sınıfı, sayaçlarda 0,2-0,5 sınıfı, ölçü aletlerinde 1 sınıfı akım transformatörleri

kullanılır.

Akım transformatörlerinin sekonder ucu mutlaka topraklanmalıdır.

Akım transformatörleri nominal akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilir.

3.6) Akım Transformatörlerinde Polarite

Bir akım trafosunun primer ve sekonderindeki polarite uçları, primer sargıya akımın giriş veya çıkış

yönüne göre, sekonder sargıdaki akım yönünün belirlenmesi anlamına gelir. Primer sargıya akımın girdiği

veya akımın çıktığı ucu polarite olarak kabul etmek mümkündür. Ancak, akımın primere girdiği ucu polarite

olarak kabul etmiş isek; sekonder sargıdan akımın çıktığı ucu polarite olarak almalıyız.Şekil 3.7 (a)(b)

12

Akımın primer sargıdan çıktığı ucu polarite olarak kabul etmek de mümkündür. Bu takdirde, sekonderde

polarite ucu, akımın sekonder sargıya girdiği uç olacaktır. Şekil 3.7. (c) ve (d)

Aşağıdaki şekilde, primer için yapılan polarite kabulüne göre, sekonder polarite uçları belirlenmiş ve

işaretlenmiştir.

Şekilde de görüleceği üzere, primer akımın giriş yönü dikkate alınmadan;

P2 Primer ucu polarite olarak seçilmişse S2 sekonder polarite ucu olacaktır.

P2 Primer ucu polarite olarak seçilmişse S2 sekonder polarite ucu olacaktır.

Şekil 3.7.Polarite

3.7) Kullanıldığı Gerilime Göre Akım Transformatörler Çeşitleri

3.7.1) Alçak Gerilim Akım Transformatörleri

Alçak gerilim şebekelerinde kullanılan akım trafolarıdır. Dağıtım transformatörü çıkışı fazlar arası 400

V olan gerilimdir. Bu gerilim ile çalışan iş yerleri ve fabrikalarda kullanılan akım trafolarıdır. Alçak

gerilimde kuru tip akım transformatörleri kullanılır.

Resim 3.1.AG Akım Transformatörleri

3.7.2) Orta Gerilim Akım Transformatörleri

Alçak gerilim şebekeleriyle yüksek gerilim şebekeleri arasında köprü görevi yapan orta gerilim

şebekeleridir. Enerji iletiminde en çok kullanım alanına sahip şebekelerdir. Ülkemizde 3-36 KV kadar olan

şebekelerdir. Bu şebekelerde kullanılan akım transformatörleri kuru tip akım trafolarıdır.

13

Resim 3.2.Orta Gerilim Akım Transformatörleri

3.8) Soğutma Şekline Akım Transformatör Çeşitleri

3.8.1) Yağlı Tip

Bu tip akım transformatörlerinde yalıtkanlığı genellikle izolasyon yağı sağlar. Kuru tip akım

transformatörlerine göre, terleme veya yağ sızıntısı yapmak suretiyle kirlenme gibi kötü özellikleri vardır.

Yüksek gerilimde kullanılan akım transformatörleri yağlı tip transformatörlerdir.

3.8.2) Kuru Tip

Akım transformatörlerinin iletken kısımları birbirinden ve şaseden katı yalıtkan malzemelerle

yalıtılmışlardır. Bu tip trafolarda yalıtım maddesi olarak zift, kâğıt, reçine ve vb. malzemeler

kullanılmaktadır. Genellikle alçak gerilimde kullanılan akım transformatörleri kuru tip olarak yapılırlar.

Ekonomik bakımdan ucuz, ancak herhangi bir arızada tamirleri zordur.

3.9)Yapılışlarına Göre Akım Transformatör Çeşitleri

3.9.1) Sargılı Tipi

Bu tip akım transformatörlerinin primer sargıları tek bir iletken değil, sarımlardan oluşur. Primer ve

sekonder sargıları aynı manyetik devre üzerine sarılmıştır.

Şekil 3.8 Sargı Tipi Akım Transformatörü

14

3.9.2) Bara Tipi

Bu tip akım transformatörlerinde primer sargıyı şebekedeki faz iletkeni oluşturur. Bara tipi akım

transformatörlerinin bazılarında primer sargı, transformatörün orta kısmına yerleştirilmiş bir iletkendir. Bazı

akım transformatörlerinde orta kısım boştur. Bu orta kısımın içerisinden bara veya iletken

geçirilir.Genellikle panolarda kullanılır.

Şekil 3.9 Bara Tipi Akım Transformatörü Resim 3.3 Buşing Akım Transformatörü

Bunun yanı sıra bazı güç transformatörlerinin buşinglerine yerleştirilen akım transformatörlerine

buşing tipi akım transformatörü denir.

3.10)Kullanıldıkları Yere Göre Akım Transformatör Çeşitleri

Akım transformatörleri kullanıldıkları yere göre ikiye ayrılır:

3.10.1 )İç Tip (Bina İçi,Dahili)

Genellikle dış etkilere karşı mukavemeti az olan transformatörlerdir. Daha ziyade kapalı yerlerde

(transformatör merkezlerindeki kabinler, panolar vb.) kullanılırlar.

3.10.2 Dış Tip(Bina Dışı,Harici)

Yapılışları bakımından dahili tip akım transformatörlerine göre ortam şartlarına karşı daha dayanıklıdır.

Şalt sahalarında kullanılan akım transformatörleri harici transformatörlerdir.

3.11) Akım Transformatörü Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar

Bir akım transformatörü siparişi verilirken şunlara dikkat edilmelidir:

Faz-faz arası nominal (anma veya çalışma) gerilimi (34.5 kV gibi)

Dönüştürme oranı (amper) (200/5 gibi)

Sekonder kademe sayısı (100/5-5 gibi)

Sınıfı ve kullanma amacı, (1-3 gibi)

Doyma kat sayısı, n (n ≤5 ölçme, n ≥10 koruma )

Gücü VA olarak veya ohm cinsinden (30 VA, 0.5Ω gibi)

15

Tipi: (Dahili, harici, geçit, bar, yağlı, kuru gibi)

3.12) Akım Transformatörü Etiket Değerleri

Bir akım transformatörü etiketinde şunlar bulunur:

• Çalışma sınıfı, akım transformatörlerinin hassasiyetlerini belirler, ölçme için 0,1-0,2-0,5-1-3-5, koruma

için 5P-10P grupları kullanılır.

• Sekonder anma akımı “Is” (nominal sekonder akımı) trafoların sekonder akımları (özel olarak yapılanlar

hariç) 1-2-5 ve 10 A olarak yapılır. Sekonder tarafına bağlanan ölçü aletleri bu akımlara göre imal edilir.

En çok kullanılan sekonder akımı 5 A’dır. Transformatör ve cihazlar arası uzaklık büyükse sekonder

akımı 1 A olarak alınır.

• Primer anma akımı ”Ip” (nominal primer akımı), Transformatörün çalışma akımıdır. Primer akımları,

10-12-5-15-20-25-30-40-50-60-75-100 sayılarının 5 veya 10 katıdır. Akım transformatörleri primer

akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilirler. Bu durumda (sekonderi 5A olan trafoda) sekonderinden

6A geçer.

• Akım dönüştürme oranı, primer akımının, sekonder akımına oranına denir. Transformatör etiketlerinde

75/5A, 100/5A, 1000/5A gibi belirtilir.

• Sargı oranı, “ns” primer ve sekonder sargıların birbirine oranına denir. İdeal bir akım transformatöründe

sargı oranı ile dönüştürme oranı birbirine eşittir.

• Kullanma gerilimi “kV”

• Doyma kat sayısı(aşırı akım faktörü) “n”, ölçü aletlerinde emniyet kat sayısı olarak tanımlanır. Ölçü

transformatörlerinde n ≤ 5 olmalıdır. Koruma transformatörlerinde n ≥ 10-15-20 olabilir.

• Anma frekansı ”Hz”, akım transformatörlerinin çalışma frekansıdır.

• Yalıtkan tipi

• Termik anma akımı “Ith”, bir akım transformatörünün, bir saniye süre ile hasar görmeden dayanabileceği

primer akımının efektif değeridir. Bu değer etikette kA veya primer akımının katları şeklinde gösterilir.(10

kA veya 200 x In gibi)

• Dinamik anma akımı “Idyn”, primer şebekedeki bir kısa devre anında, ilk periyotta geçecek darbe

akımının yol açacağı mekanik kuvvetler açısından, akım transformatörünün dayanacağı primer akımın

maksimum değeridir. Akım transformatörlerinin termik anma akımlarının 2.5 katı kadardır. Akım

transformatörleri Idyn akımlarına göre izole edilirler. Idyn akımları etikette verilmeyebilir.

16

3.13)Akım Transformatör Testleri

3.13.1) Polarite Tayini

Primer ve sekonder terminallerinin polarite tespitleri imalatçılar tarafından yapılmış durumdadır.

Yukarda belirtilen kurala göre yapılmış bu işaretleme, polarite uçlarının belirlenmesi için yeterlidir.

Ancak imalatçıların zaman zaman yanlış işaretleme yapmaları sonucu bu kuralın uygulanması yetersiz

kalabilmektedir. İşte bu olasılık nedeniyle, yapılacak basit bir test ile polaritenin tespiti gerekir.

Bunun için şekil 3.10’daki basit devrenin kurulması gerekli ve yeterli olacaktır. Pilin ve DC

ampermetrenin (+) uçlarının, primer ve sekonder devrelerde varsayılan (P1 ve S1) polarite uçlarına

bağlanmış olmasına dikkat edilmelidir.

Anahtar kapatılır ve izleyen birkaç saniye içinde ampermetrenin sapması gözlenir.

Sapma saat ibrelerinin dönüş yönünde ise, yapılan işaretleme doğrudur. Ampermetre ibresi ters

saparsa yapılan işaretleme yanlış demektir. Şekil 3.10 (a)‘da doğru; Şekil 3.10 (b) de ise yanlış bir

işaretlemenin sonuçları gösterilmiştir. Bu durumda, genellikle sekonder polarite ucunun değiştirilerek

S2’nin polarite kabulü edilmesi gerekir.

Şekil 3.10 Polarite Tayini

3.13.2) Çevirme Oranı Testi

Temel deneylerden olan çevirme oranı ölçümü, hem fabrikalarda hem de sahada kolaylıkla yapılabilen

bir testtir. Transformatör sargılarının sarım sayılarının projeye uygun olup olmadığını tespit edebildiğimiz

tek test olması nedeniyle çok önemlidir. Ayrıca yine bu test yardımı ile trafo sargılarında herhangi

bir iletken kopukluğu ya da kısa devre arızası olup olmadığını kolayca tespit edebiliriz.

Prensip olarak primer (YG) sargısı sarım sayısının, sekonder (AG) sargısı sarım sayısına oranı şeklinde

düşünülerek test yöntemi geliştirilmiş ve ÇEVİRME ORANI KÖPRÜLERİ imal edilmiştir. Bu köprülerle

17

test yapılabilmesi için öncelikle testten önce trafoların vektör gruplarının ( ya da bağlantı grubu) bilinmesi

ve fazör diagramlarının incelenmesi gerekmektedir.

Şekilde görüldüğü gibi paralel vektörlere dikkat etmek gerekir. Uygulanacak gerilimlerde gerilim

vektörlerinin paralelliği şarttır.

Bu durumda AB arasına bir gerilim uygular ve bu gerilimi ölçerek na arasından ölçtüğümüz gerilime

oranlarsak çevirme oranını,

AB / na = Çevirme Oranı

Şeklinde bulabiliriz. Daha sonra aynı şekilde sırasıyla BC / nb ve CA / nc oranları ölçülerek bulunur

ve daha önceden hesaplanan teorik oranlarla mukayese edilir. Standartlarda teorik orana nazaran gerçek

oran sapması için ± 0,5 % tolerans verilmiştir. Gerçek oran sapmasının bu toleranslar içinde kalıp

kalmadığına bakılır.

Transformatöre ait teorik boşta çevirme oranı alet üzerinde kademeli transformatörde ayarlanır, ‰

hata göstergesinde denge oluşuncaya kadar değiştirilir. Bu hata göstergesinde okunan değer

transformatörün gerçek çevirme oranına olan sapmasını ‰ olarak gösterir.

AKIM TRANSFORMATÖRLERİNİN

KARAKTERİSTİK DEĞERLERİ

4.1)Karakteristik Değerler

Bir akım trafosunu tanımlayan karakteristik değerlerin bilinmesi ve uygulama alanında gerektikçe

doğru kullanılması önem taşır. Örneğin; hatalı veya eksik değerler ile yapılacak bir sipariş sonucu elinize

geçecek akım trafosu, amaca hizmet etmeyen bir akım trafosu olacaktır. Aşağıda sıralanan bu

18

karakteristik değerler, akım trafosunun etiketinde belirtilmiş olduklarından, bu değerlere Etiket

Değerleri demek de mümkündür.

1) İletme Gerilim Anma Değeri [Un]

2) Anma Gücü [Nn]

3) Sınıf (Klas) [ Cl ]

4) Doyma Katsayısı (Saturasyon Katsayısı) [n]

5) Akım Çevirme Oranı [k]

6) Anma Akım değerleri

7) Termik Dayanım Anma Akımı [Ith]

8) Dinamik Dayanım Anma Akımı [Idyn]

Bu değerlerin bir akım trafosunda neyi ifade ettikleri ve bu değerler için kabul edilen standartlar

aşağıda açıklanacaktır.

4.1.1) İşletme Gerilim Anma Değeri (Un)

Bu değer, akım trafosunun; izolasyon yönünden; kullanılabileceği işletme geriliminin ( 6.3,

kV, 10.5 kV, 15 kV, 34.5 kV şeklinde) üst değerini gösterir.

4.1.2) Anma Gücü (Nn)

Akım Trafosunun sekonderine bağlanabilecek cihazların (akım devreleri) toplam gücü ile, cihaz

bağlantısında kullanılacak kablo gücünün toplamı akım trafosunun gücünü belirler. Bu yüzden sekondere

bağlanacak cihaz güçlerinin bilinmesi ve akım trafosu ile cihazlar (pano) arasında kullanılan kablo

gücünün hesaplanması gerekir. Cihaz bağlantı kablosu gücünün (Nk) hesabı şöyle yapılır. Kablo kesiti (S);

kablo boyu (L) ve iletken cinsi (Cu/Al) bilinen değerlerinden, kablo direnci (Rk) bulunur ve Nk= Is2.R

formülünden hesaplanacak değer kablo gücünü verir.

Sayısal Örnek:

k = 56 ohm/mm2.m q = 2,5 mm2 ve L = 100 m ise

Rk=2 x L / k x q Rk=1,43 ohm bulunur.

Nk=Is2.R formülünde Is=5 Amp için, Nk=52 x 1.43 Nk=35,75 VA bulunur.

Kablo nedeni ile gelen bu ek yük, uzun kablo kullanımının gerekli olduğu (örneğin TR Tank Koruma

yapılan) durumlarda, akım trafosunun 1 Amp sekonder akımlı olarak seçilmesi gerekebilir. Yukarıdaki örnekte

böyle bir trafonun seçilmiş olması durumunda kablo yükü sadece 1.43 VA olacaktır. 2x4 veya 2x6 mm2

gibi daha büyük kesitli kablo kullanımı da çözüm olabilir. Akım trafosunun anma gücü, aynı zamanda

19

bu akım trafosunun sekonderine seri olarak bağlanabilecek Ohm cinsinden empedansı ifade eder. Bu

nedenle bazı akım trafo etiketlerinde VA cinsinden güç yerine Ohm cinsinden empedans verilir.

Örneğin 1,2 ohm gibi bir değer verilmişse, bu trafo anma gücünün, Nn = 52 x 1,2 = 30 VA. olarak verilmesi

ile aynı anlama gelmektedir. Günümüzde kullanılan elektronik teçhizatın, akım trafosundan çektiği

güçler çok düşüktür. Küçük merkezlerde bağlantı kablo boyları da fazla uzun olmadığı için, bu merkezlerde,

korumada kullanılacak akım trafolarının 15 VA. gücünde olması genellikle yeterli olmaktadır.

4.1.3) Sınıf Klas (Cl)

Bir akım Trafosunun sınıfı (doğruluk sınıfı); primerden anma akımı akarken, sekonderden akan akımın,

olması gerekenden, % olarak, en fazla ne kadar sapabileceğini ifade eder. Bu sapma (+) veya (-) yönde

olabilir.

Örneğin ; Doğruluk Sınıfı "1" olan bir akım trafosunun primerinden anma akımı geçerken,

sekonderinden, sekonder anma akımının % 99'u ile %101'i arasında bir akım akar. Sekonder 5 Amp ise,

sekonderden geçecek akım 5 x % 99 = 4,95 Amp ile 5 x %101 = 5,05 Amp arasında olacaktır. Bu değer,

akım trafosunun oran hatasından kaynaklanır. Aslında ,doğruluk sınıfı açı hatasını da kapsar ve toplam hata

bir miktar artar.Ancak açı hatası koruma devrelerinde bir önem tasımaz.Oran ile ilgili hatalar, Primerden

geçen akımın değerine bağlı olarak değisiklik gösterir.

Örneğin;

1 Sınıfı (Cl:1) bir akım trafosu Primerinden;

Anma akımının % 10 - 19 ' u geçerken hata % 2

Anma akımının % 20 - 99 ' u geçerken hata % 1.5

Anma akımının % 100 - 120 'si geçerken hata % 1 olur.

Koruma amaçlı akım trafoları genellikle sınıf:3 veya özel durumlar için sınıf:1, ölçü amaçlı akım

trafoları genellikle sınıf:1 veya özel durumlarda sınıf:0,5 olarak üretilirler.

Yukarıdaki açıklamaya uygun olarak bunların , primer akımın anma değerindeki oran hataları % 3 , % 1

veya % 0,5 dir.

Ancak bu hatalar , primerden geçen akım, anma değerinin (% 120 ' sinin) üstüne çıktığında artar ve

doyma sınırına ulastığında Sınıfı:3 olanın akım hatası % 10'a ve Sınıfı 1 olanın akım hatası % 5'e ulasır.

Koruma akım trafolarının, doyma noktasına ulasıldığında gösterdikleri bu hata değerleri sınıf belirlemesinde

esas alınarak, bu akım trafolarının doğruluk sınıfları; genellikle "5P" ve "10P" olarak gösterilir.

Sınıfı 1 olan akım trafo plakalarında Cl:1 veya "5P" , sınıfı 3 olan akım trafolarında Cl:3 veya "10P"

ifadelerine rastlanabilir. TSE tarafından benimsenen gösterilis "5P" ve "10P" dir.

20

4.1.4) Doyma Katsayısı(Saturasyon Kat Sayısı (n)

Bir akım trafosunun primerinden geçen akım artırıldıkça, sekonderinden geçen akım da( akım oranının

belirleyeceği ölçüde) artar. Bu artış primer anma akımının üstüne çıktıkça bir süre devam eder. Primer akım

giderek yükseltildiğinde, önce akım oranı bozulur ve daha sonra sekonderde ki yükselme durur. Primer akım

bu değerin üstüne ne kadar çıkarılırsa çıkarılsın, artık sekonderden geçen akım değişmez. Akım oranının

bozulmaya başladığı noktadaki primer akım değerine, Doğruluk Sınırı, sekonder akımın değişmemeye

başladığı noktaya ise Doyma Sınırı denir. Doğruluk sınırı ile doyma sınırı birbirine çok yakın değerlerdir.

Ancak Doyma (saturasyon katsayısı)'na esas olan değer, doğruluk sınırıdır ve doyma katsayısı bu değere

göre tanımlanır.

Şekil 4.1 Doyma Katsayısı

Doyma katsayısı (n) , doğruluk sınırının, primer anma akımının kaç katı olduğunu belirleyen bir kat sayıdır.

Id = Ip x n n = Id / Ip dir.

Doyma, akım trafosunun nominal gücü ile yüklü olduğu, yani akım trafosunun anma yük empedansını

beslediği durumda tanımlanmıştır.

Sayısal Örnek:

Anma Gücü 30 VA; akım oranı 100/5 A.olan bir akım trafosunun Doyma kat sayısı n=5’dir. Bu akım

trafosuna 30 VA.toplam gücünde cihazlar bağlı iken; primerinden 2000 Amp çekilmektedir.Akım oranı

k=100 / 5=20 olduğuna göre sekonderden 2000/2=100 A.geçmesi beklenirken, bu akım trafosunun doğruluk

sınırı Id=100 x 5=500 A. olduğundan sekonderden ancak Is=500/20=25 Amp geçecektir. Bu; sekondere

bağlı cihazlardan; 25 Amp’den daha büyük bir akım geçemeyecek demektir. Aynı akım trafosu primerinden

yine 2000Amp çekildiğini, ancak doyma kat sayısının n = 10 olduğunu varsaysak; Doğruluk Sınırı Id = 100

x 10 = 1000 Amp olacak ve sekonderden I s = 1000 / 20 Is = 50 Amp geçecektir.

21

4.1.4.1) Ölçü Akım Trafolarında n<5

Ölçü devrelerinde kullanılan akım trafolarında, sekonderden geçecek en büyük akımın sınırlandırılarak

ölçü cihazlarına zarar vermemesi istenir. Bu nedenle ölçü akım trafolarında doyma katsayısının n < 5 veya

en fazla n = 5 olması öngörülür.

4.1.4.2) Ölçü Akım Trafolarında n>10

Koruma devrelerinde ise durum terstir ve primerden geçen yüksek değerli akımların, akım oranına göre

sekondere yansıması tercih edilir. Böylece; arızadan kaynaklanan bu aşırı akım röle tarafından

algılanabilecek ve bu akım için ayarlanan süre içinde arıza izole edilebilecektir. Ancak bu sayede ters

zamanlı röleler hızlı ve selektif olarak çalısabilir. Bu nedenle koruma akım trafolarında doyma katsayısının

n >10 veya en az n = 10 olması öngörülür.

4.1.5) Akım Çevirme Oranı (Akım Oranı) (k)

Akım trafoları, primerden geçen akımı değiştirerek (genellikle küçülterek) sekonder devreye aktaran

cihazlardır. Primer akımın hangi oranda değiştirildiğini belirleyen sayıya, (k) o akım trafosunun “Akım

Oranı” denir. Trafolarda bilinen Amper - Sarım Yasası’ na göre, primerden geçen akım ile primer sarım

sayısının çarpımı, sekonderden geçen akım ile sekonder sarım sayısının çarpımına eşit olmak durumundadır.

Bu yasa; IP x wp = Is x ws eşitliği ile ifade edilir. Eşitliği (Is/Ip) = (ws/ wp) şeklinde düzenlersek, bu

eşitliğin birinci tarafı Akım Oranı, ikinci tarafı ise Sarım Oranı olup birbirlerine eşittirler.

Akım trafosunun bu karakteristik değeri, sarım sayıları veya sarım oranları ile değil, primer ve sekonder

akımlar veya (Ip/Is şeklinde) akım oranları ile ifade edilir.

Akım trafo plakalarında, akım değerleri genellikle ayrı ayrı yazılır.

Örneğin; Primer akım : 40 Amp

Sekonder akım : 5 Amp

Oysa; proje, malzeme siparişi, arıza bildirimi vb. pratik uygulamalarda genellikle akım oranları, Ip/Is

seklinde ifade edilir. Burada “Ip” 20/5 , 50/5 , 150/5 , 100/5 ……. vb .ve “Is” (genellikle) 5 Amp dir.

4.1.6) Anma Akım Değerleri (k)

kım Trafoları karakteristik

değerler yönünden belirlenmiş

standartlara göre üretilirler. Primer

ve sekonder akım için standartların

belirlediği değerler aşağıda

verilmiştir.

22

Sekonder akımlar ise (Is); Sekonder akım için belirlenen standart değerler 1 Amp, 2 Amp veya 5 Amp dir.

Ancak genellikle kullanılan sekonder akım 5 A.dir. Özel amaçlı bazı trafolarda 1 veya 2 Amp olarak farklı

sekonder akımlar tercih edilebilir. Örneğin bazı hallerde tank koruma akım trafoları sekonder akım 1 Amp

olarak seçilebilmektedir. Sekonder akımın çok uzun mesafelere taşınması gerektiği diğer hallerde de,

sekonder akım 1 Amp olarak seçilebilir.

4.1.7) Termik Anma Akımı (Ith)

Oluşan kısa devre akımları, akım trafolarını termik bakımdan zorlarlar. Termik anma akımı ; bir akım

trafosunun; 1 saniye süreyle, zarar görmeden taşıyabileceği maksimum akımın etkin değeri olarak tarif

edilir.

Standartlarda bu değerin; primer akım anma değerinin 100 katı olması öngörülmüştür. Bu değer

Ith=100 In olarak gösterilir. Gösterilmemesi durumunda da bu değer geçerlidir.

Akım Trafosunun kullanıldığı noktadaki kısa devre akım değeri ve devre koruyucuların arızayı temiz-

leme süreleri dikkate alınarak yapılacak hesaplamalar sonucunda; gerek görülmesi halinde;daha büyük

termik anma akımlı trafolar özel olarak üretilir. (200 In , 300 In vb)

Termik anma akımı 1 saniye süre için tanımlanmış olmakla birlikte; arıza akımının temizlenme süresi;

bazen 1 saniyeden kısa ve bazen da 1 saniyeden uzun olabilir. Bu durum dikkate alınarak Termik anma

akımının aşağıdaki bağıntı ile kontrol edilmesi gerekir.

bağıntısından

"t"süresi içinde akım trafosunun taşıyabileceği max kısa devre akımı belirlenir ve bu akımın, o noktadaki

(bilinen/hesaplanan) kısa devre akım ile kıyaslaması yapılır.

4.1.8) Dinamik Anma Akımı (Idyn)

23

Kısa devre akımının ilk periyodunda; kısa devre akımı en büyük tepe değerine ulaşır. Bu değer akım

trafolarını dinamik olarak zorlar. Sargılar arası itme ve çekme kuvvetleri meydana gelir. Akım trafosunun

bu kuvvetlere dayanması gerekir. Bu ilk periyotta zarar görmeyen akım trafosu; izleyen periyotlarda; akım

küçüleceğinden; bunları dinamik yönden rahatça karsılar. Dolayısı ile dinamik zorlanmayı; akımın ilk

periyottaki tepe değeri belirler.

Standartlarda akım trafolarının; Termik anma akımının 2,5 katına dayanması öngörülmüştür. Özel bir

imalat nedeni ile daha büyük değerler alınmamış ise; akım trafosu etiketinde bu değer belirtilmez.

4.1.9) Akım Transformatörünün Sekonder Sargı UcunuAçık Kalmamasının Önemi

Eğer, akım transformatörünün sekonder sargısının uçları açılırsa veya açık kalacak olursa, bu sargının

mıknatıs alanını azaltma etkisi ortadan kalkar. Primer sargısının meydana getirdiği alan, olduğu gibi demir

nüveden geçer, yani alan çok büyük bir değer alır. Bunun sonucu olarak fazla doyurulmuş demir nüve de

haddinden fazla ısınarak etrafında sarılı olan sargısını yakar. Bundan başka meydana gelen büyük manyetik

akı, sekonder sargı da hayat için tehlikeli olan yüksek gerilimler indükler. Bu sakıncalardan dolayı, akım

transformatörlerinin sekonder uçları hiçbir zaman açılamayacağı gibi devresine de sigorta konulmaz.

Onarım veya ölçü devresindeki bağlantıları değiştirmek gibi sebeplerden açılması gerekirse, ya primer

akımı kesilir veya sekonder sargı uçları önce kısa devre edilir sonra açılır. Bunun için de akım

transformatörünün sekonder devresine bir kısa devre anahtarı konmuştur. Ayrıca yüksek gerilim

tehlikelerine karşı güvenlik tedbiri olarak sekonderin S1 ucu daima topraklanır.

GERİLİM TRANSFORMATÖRLERİ

24

5.1 Gerilim Transformatörleri

5.1.1) Tanımı

Gerilim Trafoları; "primer" dediğimiz esas devre gerilimini, manyetik bir kuplaj ile, (genellikle)

küçülterek "sekonder" dediğimiz ikinci devreye aktarır ve bu devreye bağlı cihazların gerilime duyarlı

elemanlarının enerjilenmesini sağlarlar. Örneğin, voltmetrelere, sayaç ve watmetrelerin gerilim devreleri vb.

Bunun sonucunda; cihazların büyük gerilimler ile zorlanması önlenir.

5.1.2) Şematik Gösterimi

Elektrik şema ve resimlerde, gerilim trafoları değişik şekillerde gösterilebilirler. Aşağıda bu gösteriliş

şekillerine ait örnekler verilmiştir.

Şekil 5.1 Gerilim Transformatörü Şematik Şekli

5.1.3) Çalışma İlkesi

Çalısma ilkeleri, akım trafolarına benzerdir. Primerde oluşan

manyetik akı ile, gücün sekonder devreye aktarılmasına ilişkin

açıklamalar, gerilim trafoları için de geçerlidir. Manyetik devre (nüve)

kayıpları ihmal edilerek, primer ve sekonder devre güçlerinin eşitliği

ilkesinin matematiksel ifadesi aşağıdaki gibi olacaktır.

25

Ayrıca amper sarım yasası uyarınca geçerli olan;

Bağıntısı yazılabilir.

(1) (2) bağıntılarından bu bağıntı elde edilir.

Vp/Vs oranına, “Gerilim Çevirme Oranı” veya “Gerilim Oranı”denir.

Gerilim transformatörlerinde, primer nominal gerilimin sekonder nominal gerilimine oranına "çevirme

oranı" (nu = U1 / U2) denir. Bu oranların değeri primer gerilimine göre değişir. (10/1, 40/1,

100/1.....250/1 gibi). Alette okunan değerler, çevirme oranı ile çarpılırsa primer gerilimi bulunmuş olur.

Örneğin; Primer gerilimi 4.000 V. olan bir gerilim transformatörünün, sekonder gerilimi 100 V. olduğuna

göre, bu transformatörün çevirme oranı 4.000/100 = 40/1' dir. Bu değer 100 V. ile çarpılırsa primerin

nominal gerilimi bulunmuş olur. Sekonder devresine bağlanan voltmetrelerin bazı tipleri; primer gerilimini,

doğrudan doğruya gösterecek şekilde bölümlü olanları da vardır.

5.1.4)Gerilim Transformatörü Yapısı

Gerilim transformatörünün primer sargıları, akım transformatörünün primer sargılarının tersine, çok

sarımlı ince tellerden oluşmuştur. Sekonder sargı ise, nominal yükte kaybın çok az olmasını temin edecek

kalınlıkta tel ile sarılmıştır. Sarım sayısı primer sargıya göre dönüştürme oranı kadar azdır. Manyetik nüve

kesiti gerilim transformatörünün yükü ile orantılıdır. Gerilim transformatörleri faz-toprak, faz-faz arası

yapılırlar.

Şekil 5.2 Gerilim Trafosu Yapısı

26

5.1.5) Gerilim Transformatörü Prensip Şekli

Bir gerilim transformatörü aşağıdaki kısımlardan meydana gelir:

Primer sargı

Sekonder sargı

Manyetik nüve

İzolatör ve yağ kabı

İzolatör ve yağ kapları, yüksek gerilimde kullanılan gerilim transformatörlerinde bulunur. Ayrıca faz-faz

arası gerilim transformatörlerinde çift izolatör bulunur. Şekil 5.3'te faz-toprak tipi gerilim transformatörünün

kısımları görülmektedir.

Şekil 5.3 Gerilim Transformatörünün Kısımları

5.1.6) Gerilim Transformatörünün Kullanım Amaçları

Gerilim transformatörlerinin kullanım amaçlarını şu şekilde sıralayabiliriz:

Ölçü aletlerini ve koruma rölelerini primer geriliminden izole ederek, güvenli çalışmaya imkan sağlar.

Değişik primer değerlerine karşılık standart sekonder değerler elde edilir.

Ölçü transformatörlerinin kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesine

imkân verir.

Büyük gerilimleri ölçmede daha ekonomik bir çözümdür.

27

5.1.7) Gerilim Transformatörü’nün Özellikleri

• Yüksek gerilimi belli bir oranda düşüren ölçüm trafolarıdır.

• Sekonder çıkışları açık devre gibi çalışırlar.

• Bağlantısı yapılırken polaritesine dikkat edilmelidir.

• Primer devresinden geçen gerilim,dönüştürme oranına göre sekonder devreye aktarır.

• Primer sargıları ince ve çok sarımlıdır.

• Gerilim transformatörlerinin primer ve sekonder sargılarının giriş ve çıkış uçları değişik harflerle ifade

edilir.

• Gerilim transformatörlerinin bazı ölçü aletleri ile bağlantısında polaritesi önemlidir.

• Aynı gerilim transformatörü ile birkaç ölçü aleti kullanılabilir.

• Gerilim transformatörlerinin, ölçme hassasiyetlerine göre sınıfları: 0,1-0,2-0,5-1 ve 3 olmak üzere

sınıflandırılır.

• Koruma devrelerinde 3 sınıfı, sayaçlarda 0,2-0,5 sınıfı, ölçü aletlerinde 1 sınıfı gerilim transformatörleri

kullanılır.

• Gerilim transformatörlerinin sekonder uçlarından birine sekonderde meydana gelecek bir kısa devre

önlemek için sigorta konmalıdır.

• Gerilim transformatörleri nominal akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilir.

5.1.8)Kullanıldıkları Yere Göre Gerilim Transformatör Çeşitleri

Kullanıldıkları yere göre gerilim transformatör çeşitleri ikiye ayrılır:

5.1.8.1) Faz-Toprak Gerilim Transformatörü

Bu tip gerilim transformatörleri tek izolatörlü (buşing) gerilim trafolarıdır. Primer sargının çıkış ucu

(polarite olmayan ucu)doğrudan toprağa bağlanır. Primer sargının giriş ucu (polarite uç) şebekenin faz

iletkenine bağlanır.

Ş.4 Faz-Toprak Gerilim Transformatörü

28

5.1.8.2) Faz-Faz Gerilim Transformatörü

Faz-faz arası gerilim transformatörleri ise, şebekede iki faz arasına bağlanan gerilim trafolarıdır. İki

faz arasına bağlanacağından dolayı bu tip gerilim transformatörlerinde iki tane izolatör bulunur. Primer

sargı uçları iki izolatör ile dışarıya çıkartılmıştır. Bu tip gerilim transformatörleri genellikle dengeli yük

çeken orta gerilim şebekelerinde, üç adet faz-toprak arası gerilim transformatörü kullanmak yerine iki adet

faz-faz arası gerilim transformatörü kullanarak gerilim belli bir oranda düşürülür. Bu transformatörler

şekil olarak V harfine benzediklerinden dolayı V tipi gerilim transformatörü de denir.

Şekil 5.5 Faz-Faz Gerilim Transformatörü Resim 5.1 Faz-Faz Gerilim Transformatörü

5.1.9) Kombine(Akım ve Gerilim Transformatörü Birlikte) Ölçü Transformatörünün

Tanımı Yapısı

Aynı yere monte edilmiş akım ve gerilim transformatörlerine kombine ölçü transformatörleri denir.

Ancak bunların yalıtma sorunları oldukça zordur.

Kombine ölçü transformatörü son zamanlarda SF6 gazı ile yalıtılmış şalt kazanları içerisinde, daha

küçük yer işgal ettiği ve yalıtım sorunu SF6 gazı ile sağlandığı için kullanılmaktadır.

Resim 5.2 Kombine Ölçü Transformatörü

29

5.1.10) Gerilim Transformatörü Siparişinde Dikkat Edilecek Hususlar

Bir gerilim transformatörü siparişi verilirken gerekli olan bilgiler:

• Nominal gerilimi

• Dönüştürme oranı

• Gücü

• Tipi

• Aşırı gerilim kat sayısı

• Adedi

5.1.11) Gerilim Transformatörü Etiket Değerleri

Gerilim transformatörünün etiketi üzerinde aşağıdaki değerler yer alır:

• Çalışma sınıfı, gerilim transformatörlerinin hassasiyetlerini belirler, ölçme için 0,1-0,2-0,5-1-3-5,

koruma için 5P-10P grupları kullanılır.

• Gerilim dönüştürme oranı, primer geriliminin, sekonder gerilimine oranına denir. Transformatör

etiketlerinde 1500/100V, 1000/120V gibi belirtilir.

• Sargı oranı, “ns” primer ve sekonder sargıların birbirine oranına denir. İdeal bir gerilim

transformatöründe sargı oranı ile dönüştürme oranı birbirine eşittir.

• Anma yalıtma seviyesi (deney gerilimi) kV, gerilim transformatörünün elektriki zorlanmalara karşı

hasara uğramadan dayanabileceği gerilim.

• Çalışma frekansı “Hz”

• Primer anma gerilimi (nominal primer gerilimi) ”Up”, transformatörün çalışma gerilimidir.

Genellikle 0,3-6,3-10,5-15-30-34,5-60-66-154-380 kV değerleridir.

• Sekonder anma gerilimi, (nominal sekonder gerilimi) ”Us”, Primer tarafına nominal gerilim

uygulandığında, sekonderden alınacak gerilimdir. Faz-faz arası gerilim transformatörlerinde

100-110-115-120 volt, faz-toprak gerilim transformatörlerinde ise bu değerlerin √3’e bölümüdür.

(100/√3 gibi)

• Gücü VA, (3,5 VA gibi)

• Kullanım yeri (dahili, harici), firma adı

30

Şekil 5.6 Gerilim Transformatörü Etiket Değeri

5.2) Gerilim Transformatör Testleri

5.2.1) Polarite Tayini

Bir gerilim trafosunun primer ve sekonderindeki polarite uçları, primer sargıya gerilimin giriş veya çıkıs

yönüne göre, sekonder sargıdaki gerilim yönünün belirlenmesi anlamına gelir.Şekil 5.7 de Primer polarite

ucunun “A” ve sekonder polarite ucunun “a” olarak alınmış olduğu ve polarite olmayan “b” sekonder

ucunun topraklandığı görülmektedir. Faz-Nötr arasına bağlanan gerilim trafolarının, polarite olmayan

primer ucu “B” de, (çalısma ilkesi gereği) topraklanır.

Şekil 5.7 Polarite Tayini

5.2.2) Isınma Sıcaklık Artışı Testi

Sıcaklık artışı testinde gerilim transformatörüne uygulanan gerilimler aşağıdaki gibi olmalıdır:

Anma gerilim yükseltme katsayısı ve gerilim uygulama süresi ne olursa olsun, bir fazlı gerilim

transforma-törlerine birincil anma (faz arası) geriliminin ısıl katsayısına eşit bir gerilim; üç fazlı gerilim

transformatörlerine birincil anma (faz arası) geriliminin 1,2 katına eşit dengeli 3 fazlı bir gerilim

uygulanmalı, teste transformatör kararlı sıcaklığa erişinceye kadar devam edilmelidir. Test sonunda bulunan

sıcaklık artışları standartta belirlenen sınırları aşmamalıdır.

Testte ölçülen sıcaklıklar, saatte 1 °C den çok artmadığında, gerilim transformatörünün kararlı sıcaklığa

eriştiği kabul edilir. Test esnasında ortam sıcaklığı10° 3 0 °C arasında olmalıdır. Birden fazla ikincil sargı

bulunması halinde test her ikincil sargının anma yükünde yapılmalıdır. Sargıların sıcaklık artışları direnç

değişimi metodu ile ölçülmelidir. Diğer kısımların sıcaklık artışları derece veya ısıl çift (thermocouple) ile

ölçülür.

31

GERİLİM TRANSFORMATÖRÜNÜN

KARAKTERİSTİK DEĞERLERİ

Aşağıda sıralanan bu karakteristik değerler, gerilim Trafosunun etiketinde belirtilmiş olduklarından, bu

değerlere "Etiket Değerleri" demek de mümkündür.

1) Anma Gerilim Değerleri [Up ve Us]

2) Anma Gücü [Nn]

3) Sınıf (Klas) [ Cl ]

4) Dayanma katsayısı [Uk]

Bu değerlerin bir gerilim trafosunda neyi ifade ettikleri ve bu değerler için kabul edilen standartlar

aşağıda açıklanacaktır.

6.1) Anma Gerilim Değerleri (Up ve Us)

Trafoların imalatında, bağlanacakları öngörülen şebekenin faz arası standart gerilimleri, gerilim trafola-

rının anma primer gerilimlerinin standardını oluşturur. Dolayısı ile, primer anma gerilimleri, 34,5 kV,15kV,

10,5 kV veya 6,3 kV olacaktır. Bu değerler için üretilmiş gerilim trafolarının, bu değerlere yakın gerilim de-

ğerlerdeki şebekelere bağlanması da mümkündür. Örneğin, 34,5 kV için üretilmiş bir gerilim trafosunun,

33 kV , 31,5 kV veya 30 kV bir şebekeye de bağlanabilir. Ancak, sekonder gerilim de aynı oranda

değişecektir. Talep halinde, var olan farklı şebeke gerilimlerine uygun gerilim trafolarının üretilmesi de

mümkündür. Örneğin 30 kV, 33 kV veya 15,8 kV primer anma değerli trafolar üretilebilir. Anma sekonder

gerilim, faz arasına bağlanan gerilim trafolarında 100 Volt olarak standardize edilmiştir. Faz –Toprak

arasına bağlı geri-lim trafoları sekonder anma gerilimleri, için ise standart değer 100/√3 Volttur.

Faz-Toprak arasına bağlı bazı gerilim trafolarında; izole şebekelerdeki toprak temasını algılayıp sinyal

vermesini sağlayan rezidüel koruma rölelerini enerjilemek amacı ile ikinci bir sargı bulunabilir. Bu sargının

anma değeri 100/3 V olmaktadır. Bir gerilim trafosunun primer ve sekonder gerilim değerleri, genellikle

Gerilim Oranları formatında belirtilir. 34,5 kV gerilim trafoları için örnekler aşağıdadır.

Faz arası bağlı gerilim trafolarında 34,5/0,1 kV

Faz nötr arası gerilim trafolarında (34,5/√3)/(0,1/√3) kV

32

6.2) Anma Gücü (Nn)

Gerilim trafosunun sekonderinden çekilmesi öngörülen en büyük güç, o trafonun anma gücüdür.

Üretimler; standartlar uyarınca; 30 VA, 60 VA ve 90 VA değerlerinde yapılır. Sekondere bağlanacak gücün,

o gerilim trafosunun anma gücünü aşmaması gerekmektedir. Başka bir deyişle, bağlanacak empedansın;

anma gücünün, empedans karşılığının altında olmaması gerekir. I = Us /Z genel formülünden de görüleceği

üzere, “Z” küçüldükçe akım (I) büyümektedir. Bu durum, anma akımına göre boyutlandırılmış sargı kesitini

zorlayacaktır. N = U.I bağıntısında, “I“ yerine yukarıdaki eşitini yazarak, N= Us2 / Z bağıntısı ile

gereğinden küçük değerde empedansların, gücü de büyüttüğü görülmektedir. Nüvenin boyutlandırılması,

aktarılacak anma gücüne göre yapıldığından, gücün büyümesi; kesit dışında; nüvenin de zorlanması

anlamına gelir. Gerilim trafolarında kullanılmayan sargının kısa devre edilmemesi kuralının gerekçesi de bu

bağıntı ile açıklanmış olmaktadır. Kısa devre edilmesi Z=0 demektir.

6.3) Sınıf Klas (Cl)

Bir gerilim trafosunun sınıfı (doğruluk sınıfı); primere uygulanan gerilim sonucu, sekonderde

indüklenen gerilimin, olması gerekenden, % olarak, en fazla, ne kadar sapabileceğini ifade eder. Bu sapma

(+) veya (-) yönde olabilir.

Örneğin; doğruluk Sınıfı "1" olan bir gerilim trafosunun, sekonder anma geriliminin % 99'u ile % 101'i

arasında bir gerilim indüklenir. Sekonder anma gerilimi 100 V. ise, sekonderden 100 x % 99 =99 V ile 100

x %101 = 101 V arasında değişen bir gerilim alınabilecektir. Gerilim trafoları, doğruluk sınıfı “05”, “1” ve

“3” olan üç kategoride üretilmektedir.

Ölçü devrelerinde; genellikle; doğruluk sınıfı “1” veya gerekiyorsa “0,5”, koruma devrelerinde ise,

doğruluk sınıfı “3” olan gerilim trafoları kullanılmaktadır.

Doğruluk sınıfları, primerden anma geriliminin uygulandığı ve sekonderine anma gücünün çekildiği,

durumlar için tanımlanmıstır. Farklı güçlerde, doğruluk sınıf değerinde sapmalar olacaktır.

6.4) Dayanma Katsayısı (Uk)

Bu değer, (diğerlerinde olduğu gibi) gerilim trafolarının genel karakteristik değerlerinden biri olmayıp,

sadece, izole şebekelerde, faz-nötr arasına bağlanan gerilim trafoları ile ilgili bir değeri ifade eder. İzole

şebekelerde bir fazın toprağa teması durumunda, o gerilimi sıfır olurken diğer faz gerilimleri √3 kat artar.

Bu nedenle, faz toprak arasına bağlı gerilim trafolarının bu gerilime dayanması gerekmektedir. Bu

şebekelere bağlanacak gerilim trafolarının dayanmaları gereken değeri belirleyen bu katsayıya Dayanma

Katsayısı denir ve değeri √3 dür.

33

SONUÇ

Bu projemde Akım ve Gerilim Transformatörlerinin yapısını,çalışma,şeklini,özelliklerini,kullanım

amaçlarını,çeşitlerini,karakteristik değerlerini ve hangi testlerden geçirildiklerini vb. konu başlıklarıyla

özetlemeye çalıştım.Bu projemde bana destek olan proje danışmanım Yrd.Dç.Dr. Mehlika Şengül hocama

teşekkür ederim.

34

KAYNAKÇA

• Akım ve Gerilim Transformatörü Testleri Yalçın OYAL Elektrik Y.Mühendisi TEK

• Ölçü Trafoları ve Sekonder Koruma Haldun BÜYÜKDORA

• Ölçü Transformatörleri Hasan ÖNAL

• http://www.besttrafo.com.tr

• Milli Eğitim Bakanlığı Elektrik Elektronik Teknolojisi Ölçü Transformatörleri Kitabı

35

36