Üç Fazlı Transformatörler (trafolar) yazımıza öncelikle 3 fazlı trafoların yapısı ile başlayalım. 3 fazlı trafo hangi parçalardan oluşur, bu parçalar nelerdir, ne işe yarar bunu öğrenelim. 3 fazlı trafonun sargı bağlantıları ile yazımıza devam edelim.
3 Fazlı Trafo Demir Çekirdeği
Bir transformatör bataryasında bulunan trafoların demir çekirdeklerinin yıldız şeklinde tertiplendikleri düşünülürse üç fazlı bir trafonun demir çekirdeği göz önüne getirilebilir. Her çekirdeğin manyetik akısı, sargısı üzerinden geçen akımla aynı fazdadır. Bu nedenle üç çekirdeğin manyetik akıları arasında 120 şer derecelik faz farkı vardır. Üç çekirdeğin birleşme yerinde (yıldız ekseninde) 120 şer derece faz farklı üç manyetik akının toplamı sıfır olacağından, birleşme yerindeki dikmeler çıkartılabilecektir (şekil – 2). Üçüncü çekirdek dikmesi de aynı düzlem içine getirilirse, en çok kullanılan üç dikmeli çekirdek elde edilmiş olur (şekil-2). Orta dikmede üretilen alan çizgileri her iki yan dikmede üretilen alan çizgilerinden daha kısadır. Bunun için orta dikmedeki mıknatıslama akımı biraz daha küçük olmaktadır. Boşta geçen akımı küçük tutabilmek için, demir çekirdek birbirine bindirmeli olarak tabakalandırılmıştır. (Şekil – 3 a).
Kristal yollu saclar kullanılacaksa, alan çizgilerinin haddeleme yönüne dik düşmemesi için, tek tek sac parçaları uçlarından yatık kesilmelidir. (Şekil – 3 b)
Yuvarlak sargıların demir tarafından daha bolca doldurulabilmesi için, saçlar genişliklerine göre kademelendirilmiştir. (Şekil – 1).
Saçlar izole edilmiş civata, somun ve pres kroşeleri ile birbirlerine sıkıca bağlanırlar.
3 Fazlı Trafo Sargıları
Üç fazlı transformatörlerin kısa devre gerilimleri genellikle küçüktür. Akı kaçaklarını küçük tutmak amacı ile, her çekirdek dikmesi üzerinde yüksek gerilim sargısı ile alçak gerilim sargısı üst üste bulunur. Kaçak yapma tehlikesini önlemek için çekirdek üzerine önce alçak gerilim sargısı; sonra bunun üstüne yüksek gerilim sargısı yerleştirilir (şekil – 1). Genellikle kullanılan sargı göbekleri, fiberden silindir şeklinde yapılırlar. Yağlı trafolarda iletken teller kâğıt ile yalıtılır. Kullanılan özel kâğıt iletken tel üzerine birkaç kat sarılmaktadır. Kuru trafolarda ise vernik emdirilmiş cam ipeği ya da pamuk örgülü teller kullanılmaktadır.
Sargı Türleri
3 fazlı trafo sargı türleri : katlı sargı, bobin sargı ve borulu sargı olmak üzere üç türlüdür.
Katlı sargı
Herhangi bir iplik makarasında olduğu gibi önce en alt kat, sonra bunun üzerine diğer katlar arka arkaya sarılır. Her bir sargı katının başlangıç noktası ile bunun üzerinde bulunan sargı katının bitiş noktası üst üste bulunduğundan, bu iki nokta arasında oldukça yüksek gerilimler ortaya çıkar. Bu nedenle her bir sargı katının diğerinden yalıtılması zorunludur. Katlı sargılar genellikle küçük tip trafolarda kullanılır.
Bobin Sargı
Önce çiftli bobinler sarılarak hazırlanır. Her çiftli bobin, iç kısımlarından birbiriyle bağlantılı iki adet çok katlı tekli bobinden oluşmuştur. Giriş ve çıkış tellerinin uçları dışarıda bulunur. Tekli bobinler, elektrik akımının bobinler içinde üreteceği alan çizgileri aynı yönde olacak şekilde sarılırlar.
Bu şekilde oluşturulan çiftli bobinler yalıtkan silindirler üzerine geçirilir ve dışarıda bulunan bobin uçları lehimlenir . Bu sargı türü orta güçlü trafoların yüksek gerilim sargılarında uygulanmaktadır.
Borulu sargı
Bu sargı tipinde büyük kesitli bir bakır profil tek ya da çok katlı olmak üzere tüm sargı boyunca sarılmıştır. Borulu sargı, örneğin : sargı sayısı küçük ve akım büyük ise, trafoların alçak gerilim sargılarında uygulanmaktadır.
Bazı tür bobin sargılarda lehim yerleri bulunmaz. Bunu sağlayabilmek için, her katında sadece bir sargı bulunan çok katlı iki bobin kesintisiz sarılır. Her iki bobin bağlantısının dışarıda bulunması için ikinci sarılan bobin «baş aşağı» edilmektedir.
Bu tür sargılar güçlü trafoların yüksek gerilim sargıları için uygulanır.
3 Fazlı Trafo Yağ Kazanı
Üç fazlı trafolarda genellikle bir yağ kazanı bulunur. Çekirdek ve sargılar bunun içine yerleştirilmiştir. Yağ, havaya göre ısıyı daha iyi iletmekte, daha iyi yalıtmakta ve nem sızmasına engel olmaktadır.
Yağın soğuyabilmesi için, yağ kazanının dış yüzeyi oldukça büyüktür. Bugün uygulamada kullanılan yağ kazanları: oluklu , borulu ve radyatörlü olmak üzere üç türlüdür.
Trafo kazanları doğutma şekillerine göre belirli sınıflara ayrılır. Aşağıda bu sınıflandırmaların isimlendirmeleri bulunmaktadır.
- ONAN “Oil Natural Air Natural”
- ONAF “Oil Natural Air Forced”
- OFAF “Oil Forced Air Forced”
- OFWF “Oil Forced Water Forced”
- ODAF “Oil Directed Air Forced”
- ODWF “Oil Directed Water Forced”
Daha kuvvetli soğutmanın istendiği yağ kazanlarına ayrıca büyük vantilatörle (şekil – 4) hava üflenmektedir (air forced). 30 MVA ve üstündeki büyük trafolarda sıcak yağ kazan içinden özel pompalarla çekilmekte ve ayrı bir soğutucu üzerinde hava ya da su ile soğutulduktan sonra tekrar kazana pompalanmaktadır(oil forced air forced). Trafolarda kullanılan yağ sıcaklık karşısında genleşir. Sıcak yağ asla hava oksijeni ile karşı karşıya gelmemelidir. Aksi halde derhal kıvamlaşarak sakızlaşabilir. Bunun için kazanın üst kısmına bir yağ genleşme kabı yerleştirilmiştir. Kabın içinde bir miktar yağ bulunur ve bu yağ kabin üstünde bulunan bir havalandırma deliği aracılığı ile dıştaki havayla bağlantı halindedir. Havalandırma deliği genellikle doğrudan doğruya açık bir delik değildir. Delik ağzında nem sızmasını önlemek amacı ile içine kurutucu maddeler konulmuş bir filtre bulunur.
En çok kullanılan kurutucu madde mavi kobalt tuzudur (silikajel). Kuru halde iken mavi görünen bu tuz nem çektikçe rengi pembeleşir. Pembeleşme tüm filtre üzerinde yayıldığında, kurutucu madde artık neme doymuş demektir ve yenisinin takılması gerekir.
Buchholz Rölesi Nedir?
Trafo kazanı ile genleşme kabı arasındaki boru üzerine bir Buchholz rölesi monte edilmektedir. (Şekil – 6). Trafo içinde bir arızanın oluşması halinde (örneğin: bir sargı kaçağında) ortaya gaz halindeki ayrışma maddeleri çıkmakta ya da aşırı basınçlar oluşabilmektedir. Böyle durumlarda hatanın şiddetine göre Buchholz rölesi içinde bulunan şamandıra ve dinamik sürgü bir uyarı sinyali verdirir ya da trafo şalterine komuta ettirir. Buchholz rölesi yağın sızıntı yapması durumlarında da çalışmaktadır.
3 Fazlı Trafo Sargı Bağlantıları
Yüksek gerilim sargısı hem yıldız hem de üçgen bağlanabilir. Yıldız bağlantı halinde sargı başına düşen tur sayısı üçgen bağlantıya değinle daha küçük ancak iletken çapı daha büyüktür. Küçük güçlü trafolarda (örneğin: 500 kVA ‘e kadar) ve çok yüksek gerilim altında çalışan trafolarda yıldız bağlantı tercih edilmektedir.
Alçak gerilim sargısı da üçgen ya da yıldız bağlanabilmektedir. Yüksek gerilim ve alçak gerilim sargıları üçgen bağlanmış trafolar tek fazlı yüklenirlerse, yüklenen çekirdek dikmesi üzerinde bulunan yüksek gerilim sargısı yüksek akım çeker (şekil-7). Bu akım, yüklenmemiş çekirdek dikmelerindeki sargılardan dolaşarak yüksek gerilim sargısına geri döner. Bundan dolayı yüklenen çekirdek dikmesi içinde manyetik akı yoğunluğu şiddetle yükselir ve kaçak akılar artar. Bunun sonucu yüklenmemiş diğer sargılardaki çıkış gerilimleri artar ve yüklenmiş sargıdaki çıkış gerilimi düşer.
Yüksek gerilim sargıları üçgen ve alçak gerilim sargıları yıldız bağlanırsa tek fazlı yüklenme olanaklıdır. Çünkü yüksek gerilim tarafında akım sadece yüklenmiş çekirdek dikmesi üzerinde bulunan sargı içinden geçmektedir (şekil – 7).
Alçak gerilim sargılarının her biri eşit ölçüde iki çekirdek üstüne dağıtılabildikleri takdirde, yüksek gerilim sargıları yıldız bağlantılı olan bir trafoya tek fazlı yüklenme olanaklıdır (şekil – 8). Alçak gerilimlerin vektör diyagramı zik zak şekiller vermektedir. Bu nedenle bu bağlantı türü zikzak devresi (z) olarak da tanınır. Zikzak devresinin yıldız devreye göre özürü : zikzak devresindeki sargı tur sayısının daha fazla olmasındadır.
Uygulamada, alçak gerilim şebekesinde işletilen küçük trafolar için: yıldız – zikzak; büyük trafolar için: üçgen – yıldız bağlantılar kullanılır.
Ototransformatör Bağlantıları
Üç fazlı akımda kullanılan ototrafolar genellikle yıldız bağlanır. Bu trafoların aktarma oranları küçük tutulmakta (örneğin : 220 kV/38 kV) ve geçiş güçleri 500 MVA’e kadar olabilmektedir.
Transformatörlerde Gerilim Ayarı
Bir trafonun işletme gerilimi yüklenmeye bağlı olarak değişir. Çoğunlukla yüksüz gerilim tarafındaki sargı tur sayısını değiştirmek suretiyle gerilimin ayarlanması mümkündür.
Küçük güçlü trafolarda bir sargı komütatörü kullanılır. Bu komütatörün ayarına göre sargıların sarım sayısı % 4 oranında arttırılabilmekte ya da azaltılabilmektedir. Böyle devreler yıldız bağlantı halinde oluşturulur (şekil – 9). Sargı komütatörüne, ancak trafo akımı kesildikten sonra komuta edilebilmektedir.
Daha güçlü trafolarda: bir tür ek sargıları devreye sokan ya da devreden çıkaran kademe şalterleri kullanılmaktadır. Bu ek sargılar trafo sargılarından ayrı bir yerde kendine özel bir devre bobini içinde bulunur. Ek sargıların devreye sokulup çıkarılmasında trafonun gerilime ve yüke bağlı olması önemli değildir.
