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 gerilim transformatörlerinin yapısı , kullanım amaçları ve bakımlarını içeren bilgiler sunacağım.
Gerilim transformatörü ; normal kullanma şartlarında primer gerilimi belirli bir oran dahilinde düşüren ve koruma-ölçü sistemlerine veri girdisini sağlayan teçhizattır. Genelde tek faz olarak üretilirler ve üç fazlı bir sistemde faz gerilimlerinin ölçülebilmesi için üç adet kullanılması gerekir. Faz-Toprak Gerilim Transformatörleri 36-170-420 kV gerilim seviyelerinde kullanılabilir. Bunun yanı sıra Faz-Faz Gerilim Transformatörleri 36 kV gerilim seviyesine kadar kullanılabilir ve üç fazlı böyle bir sistemde faz gerilimlerinin ölçülebilmesi için iki adet gerilim transformatörüne ihtiyaç duyulduğu gibi Faz-Toprak gerilim değeri tespit edilememektedir. 170-420 kV Gerilim 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.
Gerilim transformatörlerini yapısal olarak incelediğimizde ;
Primer Sargı , ince kesitli iletkenlerden çok sayıda sipir sarılmış olup devreye paralel bağlanmıştır ve Sekonder Sargı , kalın kesitli iletkenlerden az sayıda sipir sarılmıştır. Sekonder sargıya ölçü aletleri ve koruma röleleri paralel olarak bağlanır. Mağnetik Nüve , ince silisli saçlar paketlenip preslenerek teçhizat gücüne uygun kesitte yapılmıştır. İzolasyon Malzemesi , yağlı tip gerilim transformatörlerinde kullanılan izolasyon yağı ile , kuru tiplerinde ise sentetik(epoksi) reçine ile sağlanmıştır. Yağın doldurulması esnasında içerisindeki nem ve gaz özel yöntemlerle ayrıştırılır ve yağ dolum işlemi bittikten sonra gerilim 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.
Gerilim transformatörlerinin çalışma prensibi ; primer sargıya tatbik edilen alternatif gerilim , primer sargıdan küçükte olsa bir akım akıtacaktır. Bu akımın manyetik etkisi , nüvede değişken bir Fi manyetik akısını oluşturur. Bu akı nüve üzerinden devresini tamamlar. Böylece sekonder sargıda istenilen değerde gerilim elde edilecektir. Primer gerilim ile sekonder gerilim 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.
Gerilim transformatörlerindeki diğer bir tehlikeli durum ise , sekonder devredeki kısa devre oluşumudur. Sekonder devrede bir kısa devre meydana gelirse sekonderdeki akım büyük ölçüde artar. Bu esnada sekonder sargı çok ısınır , izolasyon bozulur ve gerilim transformatörü hasar görür.
Gerilim transformatörünün hasar görmesini önlemek için sekonder devredeki polarite ucuna (S1) mutlaka uygun sigorta konulması gerekmektedir.
Tesisin normal çalışması sürecince gerilim hemen hemen sabit olduğundan gerilim transformatörleri dar bir çalışma bölgesinde çalışırlar ve bir kısa devre anında gerilim sıfıra düştüğünden gerilim transformatörleri akım transformatörleri gibi zorlanmalara maruz kalmazlar. Gerilim transformatörlerinde hatta yıldırım düşmesi ve geçici olaylar dışında normal işletme koşullarında primer ve sekonder gerilimleri sabittir.
Faz-Faz Gerilim Transformatörleri ; maksimum 36 kV gerilim seviyelerinde kullanılır. F-F arasına bağlandıklarından iki adet buşingi vardır. Bu sistemde Faz-Toprak gerilimlerini ölçemeyiz.
EKAT Yönetmeliğinin Madde 40/b bendine göre ; 24 kV’un üstündeki gerilimlerde, Faz-Toprak gerilim transformatörü kullanılır. Ayrıca aynı madde gereği 36 kV gerilim kademesine kadar transformatör merkezlerinde , gerilim transformatörleri baraya sigortalı ayırıcı üzerinden bağlanacaktır.
Faz-Toprak Gerilim Transformatörleri ; tasarımsal olarak Endüktif Tip ve Kapasitif Tip olarak ikiye ayrılmaktadır.
Endüktif Tip Gerilim Transformatörü ; 1 kV’un üzerindeki her gerilim kademesinde kullanılabilir. Faz-Toprak arasına bağlanır ve her birinde bir buşing vardır. 170-420 kV sistemlerde kullanılan gerilim transformatörlerin primer girişlerine sigorta konulmaz.
Kapasitif Tip Gerilim Transformatörü ; genellikle 170-420 kV gibi yüksek gerilimlerde kullanılır.170 kV Gerilim Transformatörlerinde 1500 ile 45000 pf arasındaki kondansatörler ve 420 Kv Gerilim Transformatörlerinde 1500 ile 95000 pf arasındaki kondansatörler , bağlandığı devre gerilimini düşürerek primer sargısına 3-20 kV arasında gerilim tatbik edilmesini sağlar.
Aynı zamanda bu kondansatörler üzerinden radyo frekansı geçirilerek iletim hatlarından , iletişim ve koruma sistemlerinde kullanılmalarını sağlar. Bu tip gerilim transformatörlerine kaplin kapasitörlü gerilim transformatörü de denir.
Kapasitif gerilim transformatörlerindeki BF bobini ; bağlı olduğu hattı , anahtarlama gerilimleri ve sistemdeki ani gerilim yükselmelerinde ana bobine ters yönde bir indükleme yaparak nüveden , istenmeyen akıları toprağa akıtarak daha güvenli hale getirerek kapasitif deşarjları da yok etme imkanı sağlamaktadır.
Kapasitif gerilim transformatörlerindeki A test ucu , gerilim bobini ucundan alınarak dışarı çıkartılmıştır. Bu uç sayesinde bobinlerin ve kapasitelerin ayrı ayrı ölçülerek test imkanını verir.
İletişimin yapılabilmesi için LVT-A ucu kullanılır. Kuranportör cihazı bağlı olan kapasitif gerilim transformatörlerinde LVT-A bıçağı kapalı olmalıdır. Kuranportör cihazı bağlı olmayan kapasitif gerilim transformatörlerinde ise LVT-A ucu bıçak üzerinden direkt topraklı olmalıdır.
TM tesislerinde kullanılacak gerilim transformatörü seçiminde primer anma gerilimi , sekonder anma gerilimi , dönüştürme oranları , görünür güç , hata sınıfı , işletme şartları göz önünde bulundurulmalıdır. Bu bilgiler teçhizat etiketinde bulunabileceği gibi kullanım kılavuzunda da belirtilmektedir.
Primer anma gerilimi , teçhizatın kullanılacağı devrede primer gerilim seviyesinde görülecek maksimum gerilim değerine göre seçilmesi gereken bir değerdir. Gerilim transformatörleri primer anma geriliminin 1,2 katına sürekli olarak dayanabilmektedir.
Sekonder anma gerilimi , 100-100/√3 -100/3 V olarak çeşitli standartlarda belirtilmiştir. Sistemdeki önemi ise ölçü ve koruma devrelerinde kullanılacak aletlerin gerilim değerleri sekonder anma gerilimine göre seçilir. Sekonder sargının 100/3 V değeri izole sistemlerde toprak koruma amacı için kullanılır.
Dönüştürme oranları , ideal bir gerilim transformatöründe gerilim oranı ile sargı oranı birbirine eşittir.
Görünür güç , gerilim transformatörü hata sınıfının normal sınırlarını aşmadan bağlanabilecek VA cinsinden toplam yüktür. Gerilim transformatörünün etiketinde görünür güç cinsinden verilir.
Gerilim transformatörünün gücü seçilirken gerçek yük değerine göre seçim yapılmalıdır. Gerilim transformatörleri anma yüküne göre kalibre edildiğinden küçük yüklerde oran hatası büyüyecektir. Oran hatası anma yüküne yakın yüklerde minimumdur. Sistemde kullanılan bazı ölçü aletleri ve koruma röleleri ile iletkenlerin , güç kayıpları aşağıdaki tabloda verilmiştir.
| ÖLÇÜ ALETLERİ | GÜCÜ (VA) |
| Tablo Tipi Voltmetre | 3,5 |
| Vatmetre Gerilim Bobini | 5 |
| Varmetre Gerilim Bobini | 5 |
| Üç Fazlı Üç Telli Sayaç (ARON) Gerilim Bobini | 3-5 |
| Üç Fazlı Dört Telli Sayaç Gerilim Bobini | 3-5 |
| Frekansmetre | 1-3 |
| 2,5 mm2 Çift Telli Bakır Kablo (10 m) | 3,6 |
| 4 mm2 Çift Telli Bakır Kablo (10 m) | 2,2 |
| Düşük Yüksek Frekans Rölesi (Nümerik) | <0,5 |
Hata sınıfı(Oranı) , primer gerilim nüvedeki mıknatıslanma akımını ve demir kayıplarını da beslediğinden , primer gerilimin sekonder gerilime oranı tam olarak dönüştürme oranına eşit değildir. Aradaki bu fark oran hatası olarak belirtilir. Oran hatalarının hesaplanması ise IEC 61869-3-2011-07 standardında belirtildiği gibi yapılır.
k_r: Transformatör anma çevirme oranı
U_p: Gerçek primer gerilim
U_(s ): Ölçme koşullarında U_p uygulandığında gerçek sekonder gerilimdir.
Standartlarda hata sınıfları ; 0,1-0,2-0,5-1-3-5 olarak belirtilmiştir. Hata sınıfları aşağıdaki işletme şartlarında geçerli kabul edilir.
İşletme şartları , ölçme amaçlı gerilim transformatörleri için doğruluk sınıfları , anma geriliminin %80-120’si ve anma yükünün %25-100’ü arasında geçerlidir.
Koruma amaçlı gerilim transformatörleri için doğruluk sınıfları ise , anma geriliminin %5’i-%120’si ve anma yükünün %25-100’ü değerleri arasında geçerlidir.
Gerilim transformatörlerinin etiketinde bu değerler C1,SN,3P,6P şeklinde yazılmıştır. Etiketinde 3P ve 6P yazan gerilim transformatörleri koruma amaçlı kullanılacağını belirtir.
Gerilim transformatörleri genel itibariyle bakım ve test gereksinimi en az olan techizatlardandır. Gerilim transformatörlerinde iki tip test yapılır. Bu testler AC İzolasyon (%Pf) ve Oran testleridir. Genel itibariyle dış ortam koşullarında işletilen 170-420 kV Gerilim 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. Gerilim transformatörlerinin bakımlarında hermetik yapı gereği yağ bakımı yapılmaz. Rutin bakımlarda ise pedigot temizliği yapılmaktadır.
Sistemde aktif kullanılan gerilim 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 için 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 gerilim transformatörü can ve mal güvenliğini sağlamak için ivedi şekilde servis harici edilmelidir. Gerilim transformatörlerindeki en ufak yağ kaçakları dahi dikkatle takip edilmelidir çünkü içlerindeki yağ miktarı akım transformatörlerine göre daha azdır. 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:
