735 kV'LUK KASKAT BAĞLI AKIM TRANSFORMATÖRÜ

UDK : 621.317

735 Kv'luk. Kaskat Bağlı Akım Transformatörü

Yazan Donald L. Johnston and Howard R. Luoas IEEE

1967 (VoL Pas. 86; No? 10

Çeviren Fehim SEYHAN Elekt Yük. Müh/

Etibank

ÖZET :

Bu yazıda 735 KV'luk bir akım transfor matörünün projelendirme ilkeleri açıklanmış ve kaskat bağlantı şeklinin üstünlükleri be lirtilmiştir. Dört kademeli kaskat bağh bir akım transformatörünün projelendirme ve yapı şekli deney neticeleri ile birlikte bu yazıya dahil edilmiştir. Elde edilen neticeler bazt tatbikat sahaları için kaskat bağlantı şeklinin en iyi çözüm olduğunu göstermek tedir.

SUMMARY:

The design conaepts tor 735 kv current transformers are illustrated. The advantages of cascade contruction are elaborated. Const ruction and test data covering the design.. and manufacture o/ a 4 Stage cascade cur rent transformer (CT) ere ineluded. Conclu sions indicate that cascade contruction is the best choice for certain applıcations.

GİRİŞ:

Çok yüksek gerilim değerlerinde, belli bir tatbikat sahası için bir proje mühendisinin en iyi bir çözüm şeklini bulabilmesi İçin değişik çözüm şekillerini, istenen donelere göre bir mu kayesesini yapması gereklidir. Bu yazıda izah edilen akım transformatörü için kaskat bağlan tı şekli aşağıda verilen sebeplerden dolayı tercih edilmiştir.

1 — îstenen "bütün özellikeri ıbu çözCm sekli ile elde etmek mümkündür.

2 — Yalıtkanı daha tesirli bir şekilde kul lanmak mümkündür.

3 — Bu projelendirmenin üniteleri seneler den beri imâl edilen transformatörler olduğu için daha fazla güven sağlamak tadır.

BU PROJELENDİRMEDE İSTENEN ÖZEL LİKLER :

Prlmer akım: 2000 amper

Sekonder akım:' 5 5 5 amper ("üç sekoader dev reli)

Sistem gerilimi: 735 KV

Baz yalıtkanlık seviyesi (BİL): 2200 KV tepe değeri

Yaşda açıp kapama darbe dayanım deneyi: 1350 KV tepe değeri

150/250 ye 3000/5000 silk dalga.

Bir dakikalık endüstri frekanslı yüksek gerilim deneyleri:

Kuru: 960 KV efikas değeri Yaş: 850 KV efikas değeri 465 KV efikas değerinde radyo tesir gerili mi 200 V maksimum

Yukarda verilen özellikleri Bağlıyacak 4 kade meli, bir kaskat akım transformatörü gerçekleş tirilmiş ve yapıda esas alman belli başlı özel likler bu yazıda verilmiştir.

PROJELENDİRMEDE ESAS OLARAK ALI NAN İLKELER :

Yüksek gerilim akım transformatörlerinin boyutlarını minimuma indirmek İçin esas yalıt kan maddesi olarak yağda emdirilmiş kâğıt kul lanmak bütün dizayn mühendisleri tarafından kabul edilen bir gerçektir. Dört değişik yapı şekli kullanmak mümkündür: Belli bir tatbikat sahası için seçme yaparken maliyet, emniyet, çalışma özellikleri ve nakliye kolaylıklar)! yö nündan bir mukayese gözönünde bulundurulur. Kullanılan belli başlı yapı şekilleri Şekil (1) de gösterilmiş ve izahları aşağıda verilmiştir:

KLASİK DİZAYN ŞEKLİ :

Esas yalıtkan primer sargı üzerine yerleşti rilmiş olup kazan toprak gerilimindedir.

TERS ÇEVRİLMİŞ DİZAYN ŞEKLİ :

Esas yalıtkan buşing boyunca aşağıya gelen sekonder sargı üzerine yerleştirilmiş olup bu durumda kazan üzerinde gerilim mevcuttur.

t, ^ t

SEK İ t 1 ;ok yuks.U qerılım d eqer ter mde çalışan muhtelif tkım t r a n j f o r m a t o r ( «r ı han striksıyon s e b i l l e r i

ZtNCİB GEÇME DİZAYN ŞEKLÎ :

Esas yalıktan primer ve" sekonder sargılar üzerine sarılmıştır. Çekirdek sargılar geniş bir buşing İçerisine veya porselen İzolatör üzerine tesblt edilmlş bir metal kazan içerisine yerleş tirilir. Kazan üzerinde yüksek gerilim girig bu gingi vardır. Kazan çalışma geriliminin takri bin yan değerinde olup kazan üzerinde gerilim mevcuttur.

KASKAT DİZAYN ŞEKLİ :

Esas yalıktan birkaç bobin arasında dağıtıl mıgtııf. Bu yazıda İzah edilen akım transforma törü dört'bobinden mütegekkildir. Her bobin tat bik edilen gerilimin yalnız dörtde birini taşır. Sargılar manyetik çekirdekle birbirlerine irti batlandırılmiş olup Şekil (2) de gösterildiği gibi seri olarak bağlanmışlardır. Bir bobin için kul lanılan toplam yalıktan hacmi çalışma gerilimi nin küpü İle değiştiğine göre, teorik olarak 4 kademeli' bir kaskat transformatör için gerekli yalıktan malzemesi tek 'üniteli transformatör

için gerekli miktarın yalnız 1/16 sı kadardır. Yalıtkan malzemesinde elde edilen tasarruf Şek li (3) de gösterildiği gibi bu teorik değerden daha da azdır.

' 4. kademeli bir kaskat transformatörü egde ğer devresi Şekil (4) de gösterilmiştir. Bu şe kilden görüleceği gibi kaskat bağlı bir akım transformatörünün İkaz akımları, tek kademeli bir akım transformatörüne nazaran daha çok olduğu için, kaskat akım transformatörlerinin duyarlık özellikleri tek üniteden İbaret olanlar kadar iyi olmayacaktır. Fakat bu akım transfor matörü için İstenilen duyarlık sınıfını 4 kademe li bir kaskat transformatörle de elde etmek müm kündür. Bu durumda onontaj kolaylıkları ve azalmış olan yalıtkan kütlesini yağda emdirme İçin elde edilen kolaylık kaskat akım trasforma törünü daha cazip bir duruma getirmektedir. Transformatörün iki ayrı ünite olarak imâl edi lip, ünitelerin müstakil olarak test edilebilmesi ilâve bir üstünlük olarak görülmektedir. Daha önemlisi üniteleri müstakil olarak nakletmek mümkün olduğu için nakliye zorlukları mlni

.\'JvE 1. NÜVE 2

£$deq«f ki pasıtıi Jevrt

terminali

SEKll 2

i K ı d e m t ü kaskat b a $ U bir akım t r a n s f o r

ma t ör ü için baql»ntı j t m ı s ı v ı kapasıtıf t i d t q t r

Elektrit Mühendisliği 158

\\

O Ca

K

V,

r,r ,

f.

f

fca

?

la

't t

•b

Ve

•

— — ,

—

II 11 ıı

o:

SEKİL 3 ve pratik

~~

KADEME ADEDİ

! baqlı akım transformatörleri ıq m <eonk uotas vcn hacimleri

Rl L1

L2 R2 R5 L3

Rsl

S£K|L i eşdeğer

Rl P2 R3 Ri L1 L2 L3 n RS1 RS 2 RS3 Bl B2 B3

Sarqı dirençleri Sarqı ka^ak r ei V t anî I arı

Sei*onder sarqı d i r e n ç l e r i Yükler

t K a d e m e l i trır kaskat baqlı akım transtor m atö rOnun

muma indirilmiş olmaktadır, örnek olarak Şe kil (2) de görülen üst kısımdaki iki bobin ayrı birinci ve altdaki iki bobinde ikinci ayrı üniteyi teşkil edebilir.

1964 yılında tamamlanıp ömür deneyine (Life test) tabi tutulan 735 KV'luk akım transforma törünün boyu 732 cm. olup 5675 kg. ağırlıfında dir. îki ayn ünite üst üste konup civatalar va sıtası) ile sıkıştırılmaktadır, ünitelerin elektrik! bağlantısı üst ünitenin alt kısmında mevcut bir kapalil kutu içerisinde yapılmaktadır, ömür de neyi sonunda, darbe dayanım deneyi, devre, açıp kapama ağın gerilimi, ve 60 HZ.'lık yüksek ge rilini deneyi hiç bir zorlukla karşılaşılmadan tekrarlanmı§tır. Bu dizaynla yapılacak olan 40 transformatörün imalâtına başlanmıştır.

ÇOK YÜKSEK GERİLİM GEREKÇELERİ:

735 KVluk bir akım transformatörü dizay nında esas olarak alınması gereken noktalar aşağıda belirtilmiştir;

Elektrlk Mühendisliği 168

1 — Buşingin dış boyutları belirtilen deney gerilimlerinde atlama olmıyacan gekil de seçilmelidir.

2 — Tatbik edilen toplam gerilim üniteler arasında eğit olarak dağılacak şekilde dizayn edilmelidir. Bu durum, bir kade meden diğer kademeye olan toplamı ka pasiteler eşit olacak şekilde' ünitelerin esas kapasitesini ayarlamakla elde edi lebilir.

3 — Yalıtkan malzemesinin seçiminde, bu malzemenin kullanma şeklinde ve yağ da emdirilirken dielektrik güç faktörü nün düşük olması için gerekil titizlik gösterilmelidir. Ancak bu şekilde.ter mik yıpranma önlenebilir.

4 — Çalışma gerilimi ve bu gerilimin üst değerlerinde İç korona İhmal edilecek kadar küçük olmalıdır.

DIŞ PORSF LEN BUŞİNG BOYUTLARI:

Son yıllarda yüksek gerilim buginglert hak kında toplanan bilgi standartların vermiş oldu

ğu yagta açıp kapama a§ın gerilim dayanTm de ney değerleri Tftışinglerin toyunu tesblt için ge rekil kritik faktörü tayin etmekteydi. Genig bir etüd neticesi ve lnterpolasyon hatalarını, karşı lamak İçin yapılan toleranslardan sonra 508 cm boyunda bir buşing bu dizayn için seçilmiştir.

KADEMELİ YALITKAN:

Şekil (2) de sargılar arasındaki gerilim da ğılımını kontrol eden kapasltlf devre görülmek tedir. Transformatörün fiziki boyutları büyü dükçe kaçak • kapasitelerin gerilim dağılımı üze rindeki etkisi artmaktadır. Kaçak kapasitelerin etkisini azaltmak İçin Cp C2, C3 ve C4 sargı ka pasitelerini C G ı , CG, , C G , ve C L , , CL1 Cu kaçak kapasitelerine nazaran dana büyük olacak şekilde dizayn etmek mümkündür. ilâve olarak Cj, G,, C3 ve C4 sargı kapasitelerini ka çak kapasitelerin etkisini kompanse edecek şe kilde ayarlamak mümkündür. Bu noktalara ge rekli itina gösterildiği takdirde sargılar ara sında eşit bir gerilim dağılımı elde etmek müm kündür.

DÜŞÜK OÜÇ FAKTÖRÜ VE YÜKSEK KO RONA BAŞLAMA GERİLİMİ:

Bir yalıtkan maddesindeki kayıplar, Güç fak törü ile doğru orantılı ve tatbik edilen gerilimin karesi ile doğru orantılı olarak artar. Dolayı sıyla yüksek gerilim değerlerinde düşük güç faktörü daha fazla önem kazanır. Korona ka yıpları da gerilimle arttığı İçin çok yüksek ge rilim değerlerinde hiç veya çok az korona kay bı olması tercih edilir.

Gerekil İtinayı görmüş, vakum altında kuru tulmuş ve vakum abrada emdirilmiş kağıt yu karda belirtilen mahzurları giderecek en iyi ted bir olduğu için esas yalıtkan maddesi olarak kul lanılmıştır.

MEKANİK KISIMLARIN DİZAYNI : Kısımlara Ayrılma :

Bu transformatör iki ayrı kısım olarak imâl edilmiştir, her kısmı tamamen ayrjj olup kendi yağ doldurma vanası, genişleme boşluğu ve yağ göstergesi mevcuttur. Alt ve üst ünite kolayca kaldırılıp monte jedilecek şekilde dizayn edil miştir.

Merkezi Sıkıştırma :

Akün transformatörünün her ünitesi altı ya lıtılmış bara vasıtası ile tesbit edilir. Sıkıştırılan sargılar üzerine geler porselen buşlng sargılar üzerine baskı vazifesi yapar. Tesbit haralarının üst kısımlarına takip yayları yerleştirilmiştir. Porselen ve metal tabakalar arasına gelen yu

varlak contalar gerekli şekilde lşlenmi? fatura» lar üzerine gelir. Sıkıştırma kuvveti anormal çalışma şartlarında dahi yağ kaçırmıyacak şe kildedir.

DİELEKTRÎK TESTLER :

Numune testlerinde garanti edilmiş deney neticeleri aşağıda verilmiştir.

60 — HZL'lik DENEYLER

Müstakil bobinler (Yalnız numune bobinler)

250 KV 275 KV 300 KV 325 KV 350 KV

30 Saniye 30 Saniye

5 Dakika 1 Dakika Denenen ünlenin atlaması.

dış yüzey

Müstakil üniteler (Alt ünite»

480 KV 528 KV 585 KV

1 Dakika 1 Dakika 1 Dakika

Transformatörün bütünü

Kuru deney 960 KV 1 Dakika

Yaş deney

860 KV 1 Dalrika

Yaşta atlama 1040 KV

DARBE DAYANIM DENEYI,EP.l

Müstakil üniteler (Alt ünite)

eksi polarıte eksi polarite artı polarite artı polarite

1130 KV 1260 KV 1120 KV 1230 KV

Transformatörün bütünü eksi polarite 2245 KV 5 Darbe artı polarite 2120 2245 KV 5 Darbe eksi polarite 2550 KV 2 Darbe

Yaşta darbe dayanım Deneyi 190/3700 s artı polarite 1370 KV tepe değeri 5 Darbe eksi polarite 1380 KV tepe değeri 6 Darb? eksi polarite 220/2050 s

1600 KV tepe değeri

RADYO GİRİŞİM GERİLİMİ (RİV) DENEY NETİCELERİ 465 KV'da MÜSADAE EDİLEN

MAKSİMUM DEĞER 200 V

Deney Şartlan

Tatbik edilen gerilim (Kv)

Elektrik Mühendisliği 168

Arka cephe artı akım • transformatörü

Arka cephe artı akım transformatörü

2.5

12 14

GÜÇ FAKTÖRÜ ve KAPASİTANS ÖLÇME LERİ:

Transformatörün kapasite değeri: Dlelektrilc dayanım teatinden önce 1968 piko farad ve deneyden sonra 197 pikofarad olarak

ölçülmüştür. Güç faktörü deneyden Önce yüzde 0.65 ve deneyden sonra yüzde 0 546 olarak ölçül müştür. Deneyden önce ve sonra alınan değer , ler arasındaki küçük farklar bir yıpranmayı de ğil deneyde kullanılan bağlantı kablolarının du rumlarından dolayı gelen farktır.

DUYARLIK VE AÇIK DEVRE DENEYİ:

Deneyler aşağıda belirtilen şartlarda yapılmıştır.

1 — Normal çalışma akımlarında ve bütün se konder devreler B.8.0 yükü ile yüklenmiş olarak (Şekil 5)

SKtrt mnrff *• S E K I L 5 7 3 5 WV, 2 0 0 0 S / S / 5 A m p « r l > k k a s k a t a k ı m transformatörü normal M» jçık devre acı,oran nataları

ACIK DEVRE 6ERİLİMİ (Sekondtr dtvrtltrm yatnıı bınsı açık )

s, r r i •i

10 <

An.'i* . 6 4 K a d e m e l i 7 3 5 k V l u k , 2000 5 / 5 / 5 a m p e r l ı k ba q 11 akım t r a n s f o r m a t ö r jnurı sekonder uçlarının birisi a ç ı k k e n be S ten di qı zaman sekonâer qerılrm ler.

2 — Normal akımlarda ve sekonder devrelerin • İkisi B.8.0 yükü İle yüklenmiş, olup üçün cü sekonder açık devre durumunda. (Şekil 5).

3"— Prlmer akım 3190 ampere kadar yükselti

4 — Yağda emdirilmiş kâğıt kullanıldığı tak dirde düşük güç faktörü ve İhmal edilebi lecek seviyede az dahili koronaya haiz bir transformatör yapmak mümkündür.

lip sekonder açık devre gvıliminüı alınma

sı (Şekil 6).

4 — 15000 ampere kadar ağırı akım değerleri 0 için hesaplanan ve deney neticesinde elde

' edilen .açı ve oran hatalar...(Şekil 7) deki

eğrilerde gösterilmiştir.

NETİCE: Bn deneylerden elde edilen neticeler aşağıda su nulmuştur: 1 — Kaskat bağlantı Şekil, 735 KV luk akım transformatörleri için kullanışlı bir çözüm Seklidir.

2 — Röle devrelerim besliyen akım transfor

ri•fo i to nu

•<*„,«,

O— .

—•t/,,

'» '» Tn

• • <Vrj

6^ .

matörleri için sekonder devrelerin birisi nin

açık kalması rölenin normal çalışması için

gerekil hassasiyeti bozmaz. Bir sekonder

devrenin açık kalma durumunun sebep ol

duğu kötü tesiri ağırı akımlarda iyice aza

lır. 3 — Transformatörlerin kısımlara ayrılıp müs

:~l..Jr,t. r B

takil olarak imâl edilebilmesi bu transfor S E K İ L 7 7 J 5 K V t u k 2 O O O 5 / S / 5 j m p e r l ı k k j s k a t

matörlerin test ve nakliye işlemini kolay b a t j l ı a k ı m t r ı n s l o r m j i o r u n u n j $ ı r / a k ı m k j r j

lagtınr.

ter ıstık l e n .

Fb.: Paçallmanı C. 69 • ÜakUdar T«l.: 30 08 06 M a ğ a z a : Renk Ticaret

Kemeraltı C. 21 • Karaköy T»l.: 49 98 98

Alçak Gerilim 6 0 0 kVA ya kadar her cins transformatör 4 0 0 0 ampera kadar hava veya yağ soğutmalı rödresbHer • Tablo tipi voltmetre ve ampermetreler • Alçak gerilim tip akım transformatörleri • SürgülU direnç va Y ol verme direnç leri Her cins Galvanoplastı, Akü şarj. ve manyetik cihazlar için r&dresBrler Otomatik gerilim stablllzatbrleri 50 0 . 1000. 1500 ve 2 0 0 0 VA takatinde

Amerikan ölçü Âletleri Elaclrîc Co. USA

n>uu

Müller & Welgert NOrnbgrg fllçü Âlıtleıl Fabrikaları

BRANDT

Waltar Brandt GmbH Sılınyum y* silikon Fabrikaları

Chauvin Arnoux

Franıız Ölçü Alatttrl

TÜRKİY E MÜMESSİLİĞİ