Elektrik Trafosu

Transformatör(Trafo),  iki veya daha çok elektrik devresini manyetik indüksiyon yardımıyla birbirine bağlayan elektrik makineleridir.  Evimizde kullandığımız cep telefonu veya diz üstü bilgisayarların şarj aletleri ile başlayıp endüstriyel tesislerde veya santrallerde kullanılan çeşitleri dahil olmak üzere çok geniş kullanım alanları vardır.

Elektrik enerjisinin belli bir güçte gerilim veya akımını istenilen düzeye getirmek için sargılarının oranları farklarından faydalanır.

Yukarıda ki formüller sarım sayıları ile akım gerilim değişimini göstermektedir.

Trafolar iki ana başlık altında toplanabilir,

Güç Trafoları, çok yüksek güçlerde, ve yüksek gerilimlerde kullanılırlar, genellikle santrallerde üretilen elektriğin gerilimini yükseltmek, indirici merkezlerde tam tersine gerilimi düşürmek için kullanılırlar.

Dağıtım Trafoları, endüstriyel tesisler, toplu konut alanları gibi yerlerde, elektrik dağıtıcı firmadan gelen 34,5 kV gerilimi tesislerde kullanılan 400 V seviyesine indirmek için kullanılırlar.  Bunların haricinde daha öncelerden kullanılan şuan çok nadir görülen dağıtıcı şirketlerden 10 kV olarak elektrik alan yerlerde kullanılan 10 kV/400 V çeviren trafolarda mevcuttur.

Trafolar, yapısal olarak ikiye ayrılabilir, yağlı tip trafolar, kuru tip trafolar.

  • Kuru Tip Trafolar, nüveleri tamamen kuru tip reçineler ile kaplı olan, soğutması için fanlar kullanılan trafolardır.
    • Yanıcı sıvı içermediği ve kullanılan reçine genellikle yangına karşı korumalı olduğu için yangın ve patlamaya karşı dayanıklıdır.
    • Kuru tip trafoların bakımları yağlı tip trafolara göre daha kolaydır.
    • Kapalı yerlerde kullanım için uygundur.
    • Yalıtımı katı reçine tarafından yapıldığı için
    • Koruma için sadece sıcaklık kontrol sistemi çoğu zaman yeterli korumayı sağlayacaktır.

  • Yağlı Tip Trafolar, nüveleri ve sargıları tamamen yağın içinde olan trafo çeşididir. Genleşme tanklı ve hermetik olmak üzere iki çeşittir. Hermetik tip trafolarda, üretim aşamasında belirli basınçta trafoya yağ doldurulmuş ve tamamen kapatılarak yağın atmosfer ile teması kesilmiştir. Kullanım sırasında yağ kapağının açılmaması dolayısıyla yağ basıncının değişmeden sabit şekilde kalması gereklidir. Genleşme tanklı olan trafolar ise trafo gövdesinin üzerinde bir yağ tankı bulunur, ısınan yağ bu tanka toplanır. Tankın üzerinde yağ göstergesi kontrol edilerek yağın belli bir seviyenin altına düşmesi durumunda müdahale edilmelidir.

Soğutma Şekillerine Göre Trafolar

ONAN (Oil Naturel Air Naturel): ısınan yağ kazanda yükselerek radyatöre gider, burada geniş yüzey alanları sayesinde hava ile soğutma sağlanmış olur.

ONAF (Oil Natural Air Forced): ısınan ve radyatöre yükselen yağ fanlar sayesinde soğutulur. (Fan kullanılır)

OFAF (Oil Forced Air Forced): radyatörde fanlar ile soğutulan yağ, yağ pompaları ile kazan içine gönderilir. (Fan ve yağ pompası kullanılır)

ODAF (Oil Directed Air Forced): radyatörde fanlar ile soğutulan yağ, iletim boruları ile direk sargıların alt tarafına pompalanır. Böylece daha etkin bir soğutma yapılmış olur. (Fan ve yağ pompası kullanılır)

OFWF (Oil Forced Water Forced): radyatörde ki yağ, radyatör etrafından soğutma kanalları geçirilerek soğutulur., pompa ile kazana gönderilir. (Yağ pompası ve su kullanılır)

Kullanım Amaçlarına Göre Trafo Çeşitleri

  • Yükseltici Trafo; girişteki gerilimi yükselterek çıkış olarak veren, sekonder sargı sayısı primer sargısından fazla olan trafolardır, santraller gibi yerlerde kullanılır.
  • Düşürücü Trafo; primer sargısında sargı sayısı sekondere göre daha fazla olan, bu sayede girişteki yüksek gerilim düşürerek çıkışa veren trafolardır, endüstriyel tesislerde kullanılırlar.
  • Ölçü Trafosu; ölçü sistemlerinin yüksek gerilim ve büyük akımlarda çalışması mümkün olmadığı için akım ve gerilimi ölçü cihazlarıyla uyumlu olarak düşüren akım ve gerilim trafolarına genel olarak ölçü trafosu denir.
  • Yalıtım (İzolasyon) Trafosu; amaçları gerilim seviyesini değiştirmek değil, korumadır. Giriş ve çıkışında aynı seviyede ve özellikte gerilim olmasında rağmen iki tarafın birbiriyle herhangi bir bağlantısı yoktur. Bu sayede elektrik çarpmalarına karşı önlem olarak kullanılır, okul hastane gibi yerlerde tercih edilir.
  • Oto Trafo; tek sargı üzerine sarılmış olan, primer sekonder arasında elektriksel bağlantı olan trafolardır. Birden fazla, değişik gerilimlerde çıkış alınabileceği için potansiyometre olarakta kullanılırlar.

 Trafo Kayıpları

Trafolarında diğer tüm elektrik makinelerinde olduğu gibi belli kayıpları söz konusudur. Bu kayıplar demir kayıpları ve bakır kayıpları olarak iki başlık altında toplanabilir.

Bakır kayıpları, genellikle iletkenlerin elektrik akımından kaynaklı ürettiği ısı olarak kullanılırken, transformatörlerde sargıların akımının etkisiyle ürettiği ısı için kullanılan bir terimdir. Transformatörlerdeki bakır kayıpları (harcanan güç olarak düşünülebilir P=RxI²) sargıda kullanılan iletkenin direnci ve iletkenden geçen akımın karesi ile doğru orantılıdır. Düşük frekanslı uygulamalarda kalın kesitli ve düşük dirençli iletkenler kullanılması ile bakır kaybı minimum seviyelere çekilebilir. Bakır kayıpları 1000 kVA’nın altındaki güçlerde transformatörün görünür gücünün %3 ile % 4’ü kadardır.

Demir Kayıpları, nüve ve ya çekirdek kayıpları da denilen bu kayıplar transformatörde boş çalışmada oluşan kayıplardır. Çok küçük olan boştaki akımın oluşturduğu bakır kayıpları dikkate alınmazsa, boş çalışmada yalnız demir kayıpları söz konusu olur.

Demir kayıpları ikiye ayrılır,

Fuko (Fukolt) Kaybı : Bir nüve üzerine sarılmış bir bobinden değişken akım geçirildiğinde nüve üzerinde gerilim indüklenir. Bu gerilim nüvede kapalı çevrimler halinde çok sayıda akım yollarının oluşmasına neden olur. Sadece nüve yüzeyinde değil içinde de aynı olay meydana gelir. Kapalı minik halkalar şeklinde oluşan bu akımlara fuko akımları (eddy akımları) denir. Her bir kapalı akım yolundaki akım şiddeti doğrudan indüklenen gerilim ile orantılıdır. Akım şiddeti bu akım yolunun elektriksel direnci ile ters orantılıdır. (I=V/R)

Histerisiz Kaybı : Demir gibi bazı ferromanyetik maddeler haricî manyetik alana maruz kaldıklarında geçici ya da kalıcı olarak manyetiklik özellik sergilemeye başlar. Bu manyetiklik transformatör üzerinde var olan manyetik alana ters yöndedir ve ısı olarak enerji kaybına neden olur. Bu kayba histerisiz kaybı denir. Histerisiz kaybı, nüve moleküllerinin frekansa bağlı olarak yön değiştirmesi sırasında moleküllerin birbirleri ile sürtünmeleri sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar.