Elektrik yüksek gerilim (YG) şalt sahalarındaki en önemli teçhizat tartışmasız güç transformatörleridir. Transformatör Merkezlerindeki (TM) birçok teçhizat güç transformatörlerinin korunması için tesis edilmiştir. TM’lerde tesis edilen koruma sistemlerinin doğru işleyebilmesi için doğru veri girdisi gerekmektedir. Doğru veri girdisini ise tesis ettiğimiz sisteme uygun değerlerdeki ölçü transformatörleriyle elde ederiz. Bu yazımda sizlerle YG sistemlerinde kullanılan 170-420 kV akım transformatörlerinin yapısı, kullanım amaçları ve bakımlarını içeren bilgiler sunacağım.
Akım transformatörü; normal kullanma şartlarında primer akımı belirli bir oran dahilinde düşüren ve koruma-ölçü sistemlerine veri girdisini sağlayan teçhizattır. Genelde tek faz olarak üretilirler ve üç fazlı bir sistemde faz akımlarının ölçülebilmesi için üç adet kullanılması gerekir. 170-420 kV Akım transformatörlerinin izolasyonu için yağ kullanılmıştır. Faz-Toprak izolasyonunu sağlamak için ise buşing kullanılır ve kullanılan buşingler tercihe bağlı olarak seramik veya silikon malzemeden imal edilmektedir. Tasarımsal olarak sistemde Buşing Tipi, Kafa Tipi, Kazan Tipi ve Kaskat Tipi Akım Transformatörleri bulunmaktadır.
Akım transformatörlerini yapısal olarak incelediğimizde; Primer Sargı, kalın kesitli iletkenlerden az sayıda sipir sarılmış olup devreye seri bağlanmıştır ve Sekonder Sargı, ince kesitli iletkenlerden çok sayıda sipir sarılmıştır. Sekonder sargıya ölçü aletleri ve koruma röleleri seri olarak bağlanır. Magnetik Nüve, ince silisli saçlar paketlenip preslenerek teçhizat gücüne uygun kesitte yapılmıştır. Akım transformatörlerinin nüvesindeki magnetik akı sabit olmayıp primer akımın büyüklüğüne göre değişir. İzolasyon Malzemesi, yağlı tip akım transformatörlerinde kullanılan izolasyon yağı IEC 60296 standartlarına uygun olması gerekmektedir. Yağın doldurulması esnasında içerisindeki nem ve gaz özel yöntemlerle ayrıştırılır ve yağ dolum işlemi bittikten sonra akım transformatörü hava almayacak şekilde kapatılır bu sayede teçhizata hermetik özellik kazandırılır. Nemden ve gazdan arındırılan bu yağın bakımına gerek duyulmaz herhangi bir sebeple yağın hava ile temas etmesi sonucu hermetik yapısı bozulan ürün ile ilgili üretici firmayla görüşülmesi veya ürünün sistemden çıkarılması uygun olacaktır.
Akım transformatörlerinin çalışma prensibi; primer sargıdan geçen alternatif akım nüvede değişken bir Fi magnetik akısını oluşturur. Bu değişken Fi akısı magnetik nüve üzerinden devresini tamamlar. Bu akının etkisinde kalan sekonder sargıda bir gerilim indüklenir. İndüklenen bu gerilim, akım transformatörünün sekonder devresinden bir akım geçirir. Primer akım ile sekonder akım arasındaki faz farkı yaklaşık sıfır derecedir ve faz farkının sıfır derece olması için sekonder uçların topraklanması yapılırken polarite olmayan (S2) ucundan toprak bağlantısının yapılması gerekmektedir. Sekonder ucun topraklama irtibatını doğrudan şalt toprağı sistemine bağlayabildiğimiz gibi transformatörün gövdesiyle de topraklanabilir. Sekonder sargıların bir ucunun topraklanması emniyet açısından da büyük önem arz etmektedir. Primer sargı ile sekonder sargı arasında meydana gelen bir kısa devrede, primer devre gerilimi, topraklanan sekonder uçtan beslendiği güç transformatörünün yıldız noktası ile devresini tamamlar. Sekonder sargının topraklamasının yapılmaması durumunda olası arıza durumunda, primer devre gerilimi, sekonder de bağlı olan ölçü ve koruma devrelerine tatbik eder. Ölçme ve koruma devresinde meydana gelen bu yüksek gerilim ölçü ve koruma elemanlarında izolasyon delinmesi sonucu İSG açısından risk teşkil etmektedir.
Bağlantı Şeması
TM tesislerinde kullanılacak akım transformatörü seçiminde primer anma akımı, sekonder anma akımı, termik anma akımı, sürekli termik anma akımı, görünür güç, hata sınıfı, işletme şartları ve doyma katsayısı gibi değerler göz önünde bulundurulmalıdır. Bu bilgileri teçhizat etiketinde bulabileceğimiz gibi kullanım kılavuzunda da belirtilmektedir.
Primer anma akımı, teçhizatın kullanılacağı devrede primer gerilim seviyesinde görülecek maksimum akım değerine göre seçilmesi gereken bir değerdir. Türkiye Elektrik İletim Sisteminde kullanılan 170-420 kV akım transformatörlerinin primer anma akım değeri 4000 A kadar mevcuttur.
Sekonder anma akımı, 1-2-5 A olarak çeşitli standartlarda belirtilmiştir. Sistemdeki önemi ise ölçü ve koruma devrelerinde kullanılacak aletlerin akım değerleri sekonder anma akımına göre seçilir. Özellikle Bara Koruma Rölesinin aktif olduğu sistemlerde herhangi bir devrede akım transformatörü değişimi yapılırken sekonder anma akımı bara koruma koordinasyonu açısından büyük önem arz etmektedir. Ayrıca akım transformatörü ile ölçü-koruma aletleri arasında mesafenin uzun olduğu sistemlerde güç kayıplarını veya gerilim düşümünü azaltmak için sekonder anma akımı 1 A seçilmektedir.
Termik anma akımı (Ith), akım transformatörünün termik bakımından dayanabileceği akım değeridir. Akım transformatörü devreye seri bağlandığı için sistemde meydana gelen aşırı yüklenmelere ve arızalara maruz kalmakta ve sargılarda ısınma meydana gelmekte olup termik anma akımı bu noktada önem kazanmaktadır.
Sürekli termik anma akımı, akım transformatörünün nominal akımının 1,2 katı olarak uygulanır. (In*1,2)
Görünür güç akım transformatörü hata sınıfının normal sınırlarını aşmadan bağlanabilecek VA cinsinden toplam yüktür. Sistemimizde bulunan YG akım transformatörlerinin geneli 30 VA güç değerindedir.
Hata sınıfı (Oranı), primer akım nüvedeki mıknatıslanma, histerisiz ve fuko akımlarını da beslemesi sonucu primer akımın sekonder akıma oranının tam olarak dönüşüm oranına eşit olmaması ile ortaya çıkar. Hata oranı özellikle ölçü aletlerindeki hata payını azaltıp artıracağından ekonomik boyutta değerlendirilir. Bu yüzden küçük doyma katsayısı ile yüksek doğruluk elde edebilmek için Nikel alaşımlı saç nüveleri kullanılır. Hassasiyet arttıkça akım transformatörünün değeri de artacaktır. Teçhizat etiketinde Cl-Fs-Sn yazıyorsa ölçüm ve 5P,10P yazıyorsa koruma (Protection) amaçlı kullanıldığı anlaşılacaktır. Normal işletme şartlarında; 0,1 ve 0,2 sınıfı ölçü transformatörleri çok hassas olduklarından genellikle diğer cihazları etalon etmek için kullanılan laboratuar tipidir, 0,5 sınıfı ölçü aletleri hassas ölçmelerde, 1 sınıfı ölçü transformatörleri devresinde sayaç bulunmayan endüstriyel ölçmelerde, 3 ve 5 sınıfı ölçü transformatörleri fazla hassasiyet gerektirmeyen ölçmelerde ve koruma devrelerinde kullanılır.
İşletme şartları, akım transformatörlerinin normal işletmede; primer akımın %50 ile %120 arasındaki değerlerde ve etiketinde belirtilen görünür gücün %25 ile %100 ü arasındaki sekonder yüklerdeki durumudur.
Doyma katsayısı, akım transformatörlerinin sekonderlerindeki akım artışının sınırlandığı noktaya doyma noktası veya bu akım, primer ile sekonder akımın katsayısı şeklinde belirtiliyorsa doyma katsayısı olarak ifade edilir. Primerde meydana gelen bir arızanın sekondere bağlı ölçü aletlerinin izolasyonunu delmeyecek seviyede tutabilmek için sekonder akımın 5 katından önce doyuma ulaşacak şeklide nüve imalatı yapılmaktadır. Bu tip akım transformatörlerinin etiketinde n≤5 veya Fs 5 veya M5 olarak ifade edilir. Koruma devrelerinde kullanılacak akım transformatörleri için ise sekonder akımın en az 10 katından sonra doyuma ulaşacak şekilde nüve imalatı yapılmaktadır.
Akım transformatörleri genel itibariyle bakım ve test gereksinimi en az olan teçhizatlardandır. Akım transformatörlerinde iki tip test yapılır. Bu testler AC İzolasyon (%Pf) ve DC İzolasyon testleridir. Test yaparken unutulmaması gereken en önemli konu ise sekonder uçların hepsi kısa devre edilerek topraklanmalıdır. Genel itibariyle dış ortam koşullarında işletilen 170-420 kV Akım transformatörlerinin testlerinin yapıldığı esnada ortam nem değeri %70’ten büyük ise test sonuçlarında hata payı yükselebilir bu durumun önüne geçebilmek için kuşak atılarak test çalışması yapılır. Akım transformatörlerinin bakımlarında hermetik yapı gereği yağ bakımı yapılmaz. Rutin bakımlarda ise pedigot temizliği yapılmaktadır.
Sistemde aktif kullanılan akım transformatörlerinin yağ seviyeleri TM işletme teknisyenleri tarafından her gün belli aralıklarla yağ seviye göstergesi vasıtasıyla takip edilmelidir. Yağ seviye göstergesi takibi birçok teçhizat arızasını önlemekle birlikte can güvenliği içinse elzemdir. Yağ seviyesi olması gerekenden aşırı düşük ise teçhizatın içerisindeki yağda eksilme olmuş olduğu ve yağın olmadığı noktada hava ile gerekli yalıtımın sağlanamayacağı anlaşılacak olup akım transformatörü can ve mal güvenliğini sağlamak için ivedi şekilde servis harici edilmelidir. Yağ seviyesi olması gerekenden aşırı yüksek seviyede ise teçhizatın içerisindeki yağda yanıcı gaz oluştuğu ve yağın bozulmaya başlayarak izolasyon seviyesinin azalmaya başladığı anlaşılacak olup ivedi şekilde servis harici edilmelidir. Yağ seviye göstergesinde görülen aşırı yükseliş ve düşüşlerin dışında hermetik özellik gereği dış ortam sıcaklığına bağlı yağ genleşmesi veya büzüşmesi yaşanarak yağ seviye göstergesinde hafif düşüşlerin veya yükselişlerin görülmesi ise normaldir.
Yazar: Ömer Ramazan Taşkın / ETMD YK Üyesi
Benzer makaleler:
