Gerilim Trafoları

Gerilim trafosu bağlı olduğu devredeki yüksek gerilimi, istenilen oranda küçülterek, sekonder terminallere bağlı cihazları besleyen ve bu cihazları yüksek gerilimden izole eden bir ölçüm yapmaya izin veren trafodur. Peki gerilim trafoları nasıl çalışır? Ya da gerilim trafolarının çeşitleri nelerdir? Gelin bunları hep birlikte inceleyelim.

A- A+

14.01.2019 tarihli yazı 14014 kez okunmuştur.

Gerilim trafosu girişine uygulanan yüksek gerilimi dönüştürme oranından faydalanarak düşürüp çıkışına aktarır. Bu trafolarda faz farkı 0 derecedir.Yapısına bakıldığında karşılıklı iki sargıdan oluştuğu görülmektedir. Primer sargı çok sarımlı ince tellerden oluşurken sekonder sargı az sarımlı ve ince tellerden oluşmuştur. Voltmetre, sayaç ve wattmetrelerin gerilim devreleri örnek olarak gösterilebilir.

Bir gerilim trafosunda primer gerilim değişiklik gösterirken sekonder gerilim genel olarak 100V ile 120V olarak standardize edilmiştir. Aynı zamanda gerilim trafolarının kapasiteleri küçük olup güçleri genellikle 15VA-600VA arasındadır. Bu trafolar ölçme hassasiyetlerine göre sınıflandırılırlar. Sayaçlarda 0,2 -0,5 sınıfını kullanılırken koruma devrelerinde 3 sınıfı trafoları kullanılır.

► İlginizi Çekebilir: Yüksek Gerilim Ölçümünde Kapasitif Gerilim Transformatörleri

Gerilim trafosu için eşdeğer devre şekilde gösterildiği gibidir. Bm üzerinden geçen akım mıknatıslanma akımı olarak adlandırılır ve manyetik akı ile aynı fazdadır. Gc üzerinden geçen akım ise nüve kayıplarını temsil eder. Gc direnç kondüktansını temsil ederken Bm ise sargı süseptansını temsil eder.

Sekonder sargıdan geçen akımın ürettiği manyetik akının düşük bir kısmı devresini havadan tamamlarken büyük bir kısmı ise devresini nüveden tamamlar. Bu eşdeğer devre, sinüzoidal çalışma şartlarında ve kararlı durum için geçerlidir. Eşdeğer devrenin sekonder tarafı primer tarafa aktarılarak Şekildeki T-eşdeğer devre elde edilir.

Faz-Toprak Gerilim Trafoları

Faz-Toprak Gerilim trafoları tek izolatörlü trafolardır. Primer uç direkt olarak toprağa bağlanır. Diğer ucu ise şebekeden gelen faz iletkenine bağlanır.

Faz-Faz Gerilim Trafoları

Faz-Faz gerilim trafosu iki faz arasına bağlanır. İki faz olduğu için iki tane de izolatör kullanılır. Primer sargılar izolatör yardımıyla dışarıya çıkartılır. Bu gerilim trafoları genel olarak dengeli bir şekilde yük çeken OG (Orta Gerilim) şebekelerinde 3 adet Faz-Toprak arası gerilim trafosu kullanmak yerine 2 adet Faz-Faz trafo kullanarak gerilimi belli bir oranda düşürür. Bu elektrik trafoları ‘V’ harfine benzer bu nedenle ‘V’ tipi gerilim trafoları da denir.

Elektromanyetik Gerilim Trafoları

Sistem gerilimi Şekil 1’deki devrenin girişine uygulanmıştır. Bu devrenin vektör diyagramı aşağıda görüldüğü gibidir.

Çıkış gerilimi giriş geriliminin belli bir oranı olmak zorundadır. Devrenin faz ve oran hataları faz diyagramından yararlanılarak hesaplanabilir ;

Kn=Nominal oran
Vs=Sekonder gerilim
Vp=Primer gerilim

Yukarıdaki hesaplamaya göre hata pozitif olursa, çıkış gerilimi nominal değerden daha büyüktür. Eğer ki hata negatif ise çıkış gerilimi nominal değerden daha azdır.(Transformatörün dönüştürme oranının nominal orana eşit olması gerekmez.)
Faz hatası ters sekonder ve primer gerilim vektörleri arasındaki faz farkıdır. Ters sekonder gerilimi primer gerilimin önünde olduğu durumlarda faz hatası pozitiftir.

Kaskad Bağlı Gerilim Trafoları

Yüksek voltajlı alternatif akımı dönüştürmek veya kullanmak için seri bağlanmış iki veya daha fazla transformatörün oluşturduğu bağlantıya Kaskad bağlantı denir.Kademeli gerilim trafosunun yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

► İlginizi Çekebilir: Elektrik ve Güç Trafoları

Tipik bir gerilim transformatörü bir primer sargıya sahiptir.132kV'un üzerindeki gerilimler için yalıtım açısından sorunlar çıkabilir. Kaskad gerilim transformatörü primerden gelen gerilimi bölerek bu sorunların oluşmasını engeller. Gerilim transformatörünün tamamı birkaç transformatörden oluşur ve primer sargıları şekilde gösterildiği gibi seri olarak bağlanmıştır.

Kapasitif Gerilim Trafoları

Yüksek gerilimler için elektromanyetik gerilim trafolarının boyutu, nominal gerilim ile orantılı şekildedir. Buna bağlı olarak maliyeti de değişmektedir. Kapasitif gerilim transformatörü elektromanyetik gerilim transformatörüne göre daha ekonomiktir.
Direnç tipi potansiyel bölücülerde olduğu gibi çıkış gerilimi, yükten ciddi şekilde etkilenir.110V'luk bir çıkış gerilimi için, kapasitörler çıkıştaki hataları sınırlarken hatanın en aza indirilmesi için gerilimin artırılması gerekir. Bunun için ikincil bir gerilim kullanmak ve nispeten ucuz bir elektromanyetik transformatör kullanmak çıkışı normal değere yaklaştırır.

Aşağıdaki şekilde C ve L rezonansa girdiğinde devre tipik bir gerilim transformatörü dönüşür.

► İlginizi Çekebilir: Akım ve Gerilim Trafosu Testleri

Kapasitif Gerilim Transformatörlerinin asıl görevi yüksek gerilim sistemlerinde gerilim ölçümü ve korumasını yapmaktır. Yüksek gerilimi işlenebilecek düzeye düşürerek işlemlerin yapılmasını sağlar.Eğer kapasitif gerilim trafosunun yük empedansı kısa devre yapıyorsa, reaktör gerilimindeki artış sadece reaktör kayıpları ile sınırlıdır;

Q×E2
Q=Rezonans devresinin amplifikasyon faktörü
E2=Yüksüz nokta gerilimi

Eğer ki yardımcı kapasitörler olmazsa bu değer aşırı yüksek olacaktır. Yardımcı kondansatör üzerindeki gerilim, tam nominal çıkışta yüksüze göre daha yüksektir.

Ferro Rezonans

Yardımcı transformatörün uyarıcı empedansı ve potansiyel bölücünün kapasitansi birlikte normal frekansın altında salınım yapan bir rezonans devresi oluşturur.Eğer bu devre bir gerilime maruz kalırsa ortaya çıkan salınım bir dizi frekanstan geçebilir. Bu devrenin temel frekansı ise sistem frekansının üçte birinden biraz daha azdır. Transformatördeki artan akış yoğunluğu, rezonans frekansını sistem frekansının üçte birine yakın değere getirerek endüktansı azaltır. Bileşenlerin değerlerine bağlı olarak temel frekansta veya diğer alt harmoniklerde veya besleme frekansının katlarında salınım mümkündür.

Bazen gerilim transformatörünün içine özel antiferro-rezonans cihazlar yerleştirilir. Her ne kadar bu düzenlemeler ferro-rezonansı bastırmaya yardımcı olsa da, geçici tepkiyi bozma eğilimindedir. Doğru bir tasarım kapasitif gerilim transformatörünün bu etkiyi göstermesini önler. Ama bu etki yalnızca doğrusal olmayan endüktif yükler için mümkündür.

Gerilim Trafolarında Koruma

Gerilim transformatörleri 66 kV'a kadar olan gerilimlerde yüksek kırılma dayanımlı sigortalar ile korunabilir. Daha yüksek gerilimler için bu sigortaları kullanmak doğru değildir. Sekonder devre kablolarında bazı durumlarda aşırı ısınma meydana gelir. Bu durumlarda ana sigorta bile sekonderdeki sorunu çözemeyebilir. Bunun nedeni primer sargı akımının düşük ve kullanılan sigortanın uygun olmamasıdır.

Gerilim trafolarının yapısı güç trafolarından farklıdır. Bir gerilim trafosunun yapısı soğutma, yalıtım ve mekanik tasarımdaki farklılıklardan dolayı güç trafolarından ayrı özellikler gösterir. Nominal çıkış çok nadir eşik değerini aşar.Bu yüzden oluşan ısı fazla sorun yaratmaz.

Orta gerilimdeki trafolar için kuru tip izolasyon sistemi kullanılırken yüksek ve çok yüksek gerilimli sistemlerde yağa batırılmış üniteler kullanılır.

Gerilim Trafoları Nasıl Topraklanır?

Trafoların sekonder devrelerinin tehlikeli seviyelere çıkmasını önlemek için topraklama yapılır. Primer fazı toprağa bağlanan trafonun sekonder kısmı n terminalinden topraklanmalıdır. Kullanılmayan diğer tüm sargılar topraklanmalıdır.

Kaynak:

►Electrical Engineerng Portal
►Electronics Tutorials