Piyasada, alışılageldiği üzere Redüktör olarak tanınan ölçü transformatörleri, ölçü aletlerine ve rölelere bağlanmak üzere geliştirilmiş özel trafolardır. Ölçü transformatörleri çeşitleri : Gerilim trafosu ve akım trafosu olmak üzere iki türü vardır. Gerilim trafolarına voltmetreler ile wattmetrelerin gerilim bobinleri; akım trafolarına ampermetreler ile wattmetrelerin akım bobinleri bağlanır. Gerilim ve akım trafoları, yüksek gerilim bulunan sistemlerde yüksek gerilimi ölçü aletlerinden uzak tutar. Alçak gerilim sistemlerinin çok kuvvetli akım bulunan devrelerinde, akımın düşük değerli ampermetre ile ölçülebilmesi için akım trafolarından yararlanılmaktadır.
Ölçü Transformatörleri : Gerilim Trafosu Nedir ?
Ölçü transformatörleri çeşitlerinden Gerilim trafosu basitçe, belirli bir gerilim değerini, çoğunlukla daha düşük olmak üzere, diğer bir gerilim değerine dönüştüren ölçü trafosudur. Gerilim Trafoları (şekil – 1) özellikle çok doğru aktarma oranları ve küçük akı kaçakları olan trafolardır. Sekonder gerilimleri çoğunlukla 100 V. anma güçleri trafonun boyutlarına ve gerilimine göre 5 ile 300 VA arasındadır. Gerilim trafolarının, ölçü aletlerinde olduğu gibi 0,1’den 3’e kadar kalite sınıfları vardır. Ölçme sonuçlarının olabildiği kadar doğru elde edilmesi için, sekonder gerilimleri ve primer gerilimleri arasında bir faz farkı ortaya çıkmamalıdır.
Faz farkı trafonun kalite sınıfına göre 5 ila 40 dakikadan (derece dakikası!) daha küçüktür. İzolasyona göre değerlendirilecek olan (örneğin : 20 kV) gerilim seri gerilim olarak tanınır. Sargı test gerilimi uygulamak suretiyle sargılar arası (örneğin: 50 kV.’da) ve sargı çekirdek arası (örneğin : 65 kV.’da) izolasyonlar kontrol edilir. Bir gerilim trafosu kendi anma gücüne kadar yüklenilecekse, gerilim hataları ve faz farkı belirli sınırlar (tolerans) içinde kalır. Gerilim trafolarına en büyük anma gücüne kadar da aşırı yüklenebilir, ancak bu takdirde gerilim hataları ve faz farkı büyük olur. Sekonder devreye bağlı iletkenlerin ve yüklerin görünen iletkenlikleri (admitanslar) çok büyük ise, çok yüksek akımlar çekilir ve ölçü trafosu tahrip olur. Özellikle gerilim ölçü trafoları sekonder sargı tarafındaki kısa devrelere karşı dayanıksızdır.
Gerilim trafoları çok küçük yük altında ya da yüksüz işletilmelidir.
Gerilim Trafosu Bağlantısı
Yüksek gerilim sistemlerinde kullanılan gerilim ölçü trafolarının sekonder uçlarından biri topraklanmalıdır. (Şekil – 2). Yüksek gerilim sargısından alçak gerilim sargısına bir kaçak olduğunda, akım toprağa geçecek ve bir sigorta sistemi akımını kesecektir. Uygulamada genellikle V terminal topraklanmaktadır.
60 kV’un üstündeki sistemlerde çoğu kez tek terminali izole edilmiş gerilim ölçü trafoları kullanılır. Yüksek gerilim sargısının izole edilmiş terminali yüksek gerilim şebekesinin faz iletkenine, izole edilmemiş terminali toprağa bağlanır.
Gerilim trafolarının sekonderlerine kayıt yapıcı (örneğin : sayaçlar) ölçü aletleri bağlanacaksa, ölçü aleti ile trafo terminalleri arasındaki iletkenler üzerinde gerilim düşmesi en fazla % 0,05 olmalıdır. Bu nedenle bu gibi amaçlar için sekonder devresine sigortalar kesinlikle bağlanmaz.
110 kV.’a kadar olan gerilim ölçü trafoları bina içi sistemlerde kullanılacaksa, çoğunlukla özel bir bakalit dolgusu içine gömülür. Daha büyük gerilimler ve açık arazi sistemleri için kullanılacak gerilim ölçü trafoları, içinde özel trafo yağı bulunan kutularla korunmaktadır.
Ölçü Transformatörleri : Akım Trafosu Nedir ?
Ölçü transformatörleri çeşitlerinden Akım trafoları devrede akan akımı ölçmek amaçlı kullanılır. Ölçü aletleri tarafından yüksek akımların doğrudan ölçülmesi, tehlikeli ve oldukça zor olmasının yanında büyük maliyetler gerektirir. Bu nedenle bu işlem akım trafosu ile yapılır.
Akım trafosu, hangi devreye bağlıysa o devredeki akımı belli bir değere (çoğunlukla 1 A ve 5 A) indirger ve sekonderine bağlanmış ölçme aletlerine ölçüm işleminin sağlıklı yapılmasına adına gerekli olan akım ve yalıtımı sağlamış olur.
Akım trafoları, primer tarafındaki akımı yani ölçümü istenen asıl devreden geçen akımı manyetik bir kuplaj yoluyla küçültür, sekonder tarafına ve bu tarafta bağlı cihazlara ve ölçü aletlerine küçültülen akımı aktarır böylelikle ölçü aletlerinin ve diğer cihazların yüksek akımlar ve yüksek gerilimlerden etkilenmesini engeller.
Akım Trafosu Bağlantısı
Akım trafosunun bağlantısı primer sargısı şebekeye ya da yüke seri bağlanır (şekil – 4). Ana devreden geçen akımın tümü primer sargı içinden akar ve ölçü trafosunun çekirdeğinde manyetik alan çizgileri oluşturur.
Ana devreden geçen akım ile bir ampermetre tarafından yaklaşık kısa devre edilmiş sekonder sargısından geçen akım, ait oldukları sargılar ile ters orantılıdır.
I1 / I2 = N2 / N1
Bu nedenle her iki sargı üzerindeki manyeto motor kuvvetleri eşittir. Her iki manyeto motor kuvveti eşit, ancak karşıt yönlü alanlar oluşturduklarından, demir çekirdekteki manyetik akı yoğunluğu çok küçüktür. Akım trafoları sekonder anma akımları ya 1 A ya da 5 A olabilir. Anma gücü trafonun boyutlarına ve gerilime göre 5 ile 120 VA arasındadır. Akım trafolarının gerilim trafolarında olduğu gibi kalite sınıfları vardır. Akım trafolarının faz farkı gerilim trafolarına göre büyüktür ve kalite sınıfına göre bu açı 5 ile 120 dakika (derece dakikası) arasındadır (60 derece dakikası = 1°).
Seri gerilim diye anılan gerilim ile (örneğin : 0,5 kV) izolasyon kontrol edilir. Ayrıca trafo etiketi üzerinde sargı test gerilimi de verilmektedir. Akım trafosunun kalite sınıfına göre hata toleransları aşılmaksızın, anma akım değerinde hangi güce kadar yüklenilebileceğini akım trafosu anma gücü belirtir. Bunlarda da gerilim trafolarında olduğu gibi, yük çok büyük olmamalıdır. Ölçü transformatörleri çeşitlerinden Akım trafolarında, sekondere bağlanan iletkenlerin ve aletlerin dirençleri yük anlamında kullanılır.
Akım hatasının % 10’luk bir değere yükselmesi için primer anma akımındaki artma miktarı: (n) Aşırı akım katsayısı olarak anılır. Primer termik sınır akımı, bir ölçü trafosunun aşırı ısınmadan, çekebileceği en büyük akım değeridir. Oluşacak manyetik kuvvetler tarafından tahrip edilmeksizin, çok kısa bir süre için ölçü trafosunun dayanabileceği en büyük akım değeri Primer dinamik sınır akımı olarak tanınır.
Akım Trafosu Nasıl Çalışır
Ampermetrelerin ve wattmetre akım bobinlerin iç dirençleri çok küçük olduğundan, akım trafosunun sekonder terminalleri hemen hemen kısa devre edilmiş sayılabilir. Bu ölçü trafolarının sekonder terminalleri arasında kısa devre bir zarar oluşturmaz. Hatta ölçü aletlerinin transferi anında kısa devre durumu kasten yaratılır. Buna karşın akım trafolarının yüksüz çalışması çoğunlukla yasaklanır. Aksi halde primer sargıdan geçen şebeke akımı ölçü trafosunun demir çekirdeği içinde çok büyük bir manyetik akı doğuracak ve bu akı sekonder sargı yüksüz, yani boşta olduğu için sekonder akımı ile zayıflatılamayacaktır. Bunun sonucu yüksüz sekonder sargı üzerinde çok büyük bir gerilim ortaya çıkacak ve trafo izolasyonlarını patlatabilecektir. Ayrıca demir çekirdek aşırı ısınabilecek ve akım trafosu belki bir daha doğru çalışamayacak şekilde manyetik özellikleri değişebilecektir.
Yüksüz çalışmanın engellenmesi gerektiğinden, sekonder devresi üzerinde kesinlikle sigortalar bulunmamalıdır. Büyük akı kaçakları olan ya da demir çekirdekleri çabuk manyetik doyumlu malzemelerden yapılmış akım trafolarında (örneğin: alçak gerilimli akım trafoları) bir düzeye kadar yüksüz çalışmaya göz yumulabilmektedir.
Akım trafoları sadece sekonder sargıları yük altında ya da kısa devre edilmiş iken çalıştırılmalıdır
Akım Trafosu Çeşitleri
Yüksek gerilim sistemlerinde kullanılan akım trafolarında, yüksek gerilimin alçak gerilim tarafına kaçak yapması halinde sistem akımının derhal kesilebilmesi için, sekonder terminali (k) topraklanır (şekil-4). Akım trafolarının primer tarafı tek bir iletken veya bir çok sargıdan oluşabilir. Primerinden tek iletken geçen trafolar Geçmeli akım trafosu (şekil – 5); primerinde birçok sargı bulunan trafolar Sargılı akım trafosu (şekil – 5) olarak bilinir.
Geçmeli akım trafosunda üzerinden ölçülecek akımın aktığı hat iletkeni trafonun bilezik şeklindeki çekirdeği içinden geçirilir. Aynı hat iletkeni bir kaç kez bilezik çekirdek içinden geçirilir ve sarılırsa, aktarma oranı (transformasyon) küçültülebilir.
Şayet geçmeli – akım trafosuna bir kaç hat iletkeni geçirilirse, hat iletkenleri üzerinden geçen akımların yönüne ve şiddetine göre bunların toplamı ya da farkı ölçülebilir. Bu tür çalışan trafolara Toplam akım trafosu denilir ve bunlar, örneğin Kaçak akım sigorta şalterlerine (Hata akım şalteri de denilir) takılır. Penseli akım trafolarında trafo çekirdeği bir pensenin ağızları gibi açılıp yapılabilmektedir (şekil-5). Bu nedenle hat iletkeni kesilmeden, iletken üzerinden geçen akımlar ölçülebilmektedir. Penseli trafolarının bazı tipleri üzerinde ölçü aleti bulunduğundan, bunlar Penseli ampermetre ya da pens multimetre olarak tanınmaktadır.
