REFERANS STANDART AKIM TRANSFORMATÖRLERİNDE DUYARLIĞIN AYARLANMASI

UDK: 621.311

Referans Standard Akım Transformatörlerinde Duyarlığın Ayarlanması

Yazan : Prof. L. Stepan Unesco Esperi O. D. T. Ü.

Yazan : Ömer Göncü Elektrik Y. Müh. ETÎBANK

ÖZET :

Son senelerde referans Standard akım transformatörlerinin duyarlığını artırmak İçin ilmi çalışmalar yapılmıştır Duyarlık gerekçe lerini sağlamak için genel olarak aşağıdaki metodlar uygulanmaktadır:

İkaz amper sarım

(a)

= K ora

Toplam prlmer amper

nını artıracak yüksek geçirgenliği (permea

billtesl) bulunan özel alaşımların kullanılma

sı.

(b) Meydana gelen duyarlık hatalarını

azaltmak İçin düzeltme metodlarının kulla

nılmam. Bazı yapı tiplerinde her iki metod

da kullanılmaktadır.

Bu makale, O.D.T.Ü. Elektrik Bölümünde M. Sc. tezi olarak geliştirilmiş, Jcarşılaştırıcı sıfır metodu potansiyometresi ile kullanıla cak çok kademeli Standard akım transforma törünün duyarlık hatalarının ayarlanmasını izah etmektedir.

SUMMABY in recent years consıderable research has been carried out to increase the precision of re/erence Standard current Transformer. in order to meet the reqv.irew.ents, the folloıoing basic methods are generally employed (a) Application of hıgh permeabılity spe cıal alloys lohich ıncreases the ratio of the eiciting ampere tums needed to the total ampere tums apphed, (b) Use of various error adjustment tech nigues, thus moving the error curves in or der to minimize the resulting errors. in some constructions both of these methods may be applied

Thıs paper descrıbes a method of error adrustment of a multirange current transfor mer whıch was designed as a reference stan dard for instrument transformer test set lohich was developed in Electrical Engineer ing department of M.E.T.U as a M. Sc. thesis

DİZAYN ÖZELLİKLERİ

Transformatörün primer anma akım değerle ri 0.15 Amper ile 1200 amper arasında değişmek tedir. Sekonder anına akımı ise Amperdir. Trans formatör 600 Amper samm olarak anma duyar lık golcünün o/o 100 üstünde Ve % 20 altında ça lışacak şekilde dizayn edilmiştir. Çeşitli çevirme oranı temin etmek mümkündür. Sekonder yükün, frekansın ve sekonder anına akımının sabit ol duğu hallerde, kısımlara ayrılmış transformatö rün çeşitli çevirme oranlan için oran ve açı hata ları yaklaşık olarak aynı kalmaktadır. Teorik olarak t>u özellik, kabul edilen primer ve sekon der arasındaki endüklemenin sabit kaldığıdır, Başka bir deyimle, belirli bir çevirme oranı için primer akı endüklemesinin sekonder akı endük lemesine oranı sabit kalmaktadır.

Yapılan deneyler göstermektedirki 0,5/5 çe virme oranı ile 100/5 çevirme oranı arasındaki 18 çevirme oranı İçin primer akı endüklenmesi nin, sekonder akı endüklemesine oranı, oran ha tasında ± % 0.002 açı hatasınde ise ~± 0,3 daki ka duyarlıkla sağlanmıştır. Buna rağmen 0,15/5 Amp. 0.2/5 Amp. ve 0.3/5 Amp. oranlarında, sargı kısımlarındaki kapasitans dağılımı nede niyle hatalar artmıştır. Bunun yamsıra 100 Am

per üzerindeki primer akım değerleri için hata lar diğer çevirme oranlarına nazaran sargı tipi nin değişik durumuna bağlı olarak artmaktadır. Ikl kısma aynlmıg çekirdek spiral şeklinde yük sek geçirgenliği (permeabilitesl) bulunan nikel demir alışımı ,«permalloy»dan sarılmıştır. Orta lama nüve çapının radyal kalınlığa oranı on ola rak seçilmiştir. Böylece ölçülen mıknatıslama gü cü ortalama nüve çapı cinsinden1 yapılan hesap larla elde edilen değerden % 0.3 daha fazladır. Başka bir deyimle seçilen çekirdek boyutları akı yoğunluğu dağılışında yaklaşık olarak bir yek nesaklık sağlamaktadır.

ORAN DÜZELTMESİ

Sekonder devrenin empedansı bir çok hallerde endüktifdir; böylece anma çevirme oranı, çevirme oranından daha büyük olacaktır. Başka bir de yimle oran hatası negatif olacaktır. Negatif oran hatasını azaltmak için genel olarak düzeltme ya pılır. Sekonder sargıdan çıkarılacak bir sarım çok kabaca bir düzeltme olacağından bir sarımın bir kısmı kadar bir düzeltme yapabilecek başka bir metod kullanmak gereklidir. Çok kullanılan kısmî sarım düzeltmesinin imalâtta tatbik ediliş şekil, Şekil 1 (a)da görüldüğü gibi çekirdeği I ve

•sr~

(o) (*)• /

n diye İki kısma ayırmaktır. En yakın taan sarım her iki çekirdekteki sargıdan da çıkarılır, son kısmi sarım düzeltmesi 1 numaralı çekirdek üze rine yapılır.

iki çekirdek parçasının İdeal durumda, amper

sarım bağıntıları (Sekil 1. b) §u şekilde ifade

edilebilir.

,

ı I. Çekirdekte:

Is Ns + Np [ (im Sin 0 + Ivır Cos ğ) + J <Im Cos :ğ — j Iw Sin 0)] = IpNp

İL Çekirdekte:

Is (Ns 1), + Np [(im Sin, $ + Iw Coe 0) ı+ j (Imı Cos g ,+ Iw Sın $)] := İp Np, Iin, ve Iw İkâz akımının mıknatıslama ve kayıp bileşenleri, ğ sekpnder akımın açısıdır.

Kuplaj sargısının (Ns) açık devre olduğu hal de; ise, iş Na + Np (I. devre m. m. k. j = Is (Ns 1) '+ Np (II. devre m. m, k.).

I. devre mmk = (im Sin 0 + ^ C o s 0) + j (im Cos $ — Iw iSin ğ)

TL. devre mmk = (im Sin 0 + Iw Cos ğ) + j(Im Cos $ — Iw Sin 0)

Denklem iki çekirdek parçasının ayrı man

yetik özeüikte olmadığını gösterir (Sekonder an

ma akımı Is =5 Amp, Isxl = 5 Ampere sarım

dır) . l/n = İstenilen kesirli sarımın düzeltmesi

AH

olsun,' çekldek kısminin oranı n =

oldu

ÂI

ğunda, kdplaj sargısı I. ve H. çekirdekleri üze

rinde N3 ve nN3 olabilir.

Kuplaj sargısı kapalı bir devre tegkil etti ğinde, istenilen dengeleme ancak belirli bir yük durumunda elde' edilecektir. Amper sarım den gelemesi çekirdek endüMenmesinin bir "fonksi yonu olduğuna göre, aynı zamanda transforma törün • hakiki yükünde sarım düzeltmesinin de fonksiyonu olacaktır. Yukarıda izah edilen dü zeltme efektif olmasına rağmen, gerçekleştiril mesi bilhassa ufak belirli düzeltmeler için bir hayli zordur.

Kesirli sarım düzeltmesi için daha basit bir metod çekirdeği iki eğit parçaya ayırmaktır. Bu metod standard referans akım transformatörüne başarıyla tatbik edilmiştir. 120 sarımdan mü teşekkil sekonder sargı her iki parçanın üze rine sarılmış, son kesirli sarım ise parçalardan birinin üzerine rl ve r2 dirençlerini .teşkil ede cek şekilde manganinden sarılmıştır (şekil 2).

Genel olarak, meydana getirilen ,bu kapaJU

çevre sekonder sargının kısa devre edilmiş ke

sirli sarımı olarak kabul edilebilir. Böylece

% + 0.03 arasında |bir düzeltme yapacak, aynı

zamanda amper sarım dengelemesini rl ve r2

nin uygun seçilmesiyle temin etmek mümkün

olacaktır. Bu metod yalnız olarak oran hatasjnı

azaltacak fakat açı hatası üzerinde çok az te

sir gösterecektir. (Şekil 3 (a) ve (b) «n» diren

cinin değeri istenilen sarım düzeltmesi gözönün

de bulundurularak 0.05 Ohm olarak seçilmiştir.

Devrede bulunan sekonder akımı iki uc arasın

da aynı fazda bir gerilim meydana getirmekte

dir, «n» ve «r2» (rl + r2 = 1.065 Ohm) diren

cinden meydana gelen kapalj çevrede endükle

nen gerilim de sekonder de endüklenen gerilim

le aynı fazda olup

Sekonder elektromotor kuvveti '

e=

•— volt

genliğindedir.

Elektrik Mühendisliği' 157

M,.. ,.„„,.„

=2

Endüklenen gerilim ve gerilim düşümlerinin vek törel toplamı kapalı çevrede bir akım meydana getirecek ve çekirdek I dengelenecektir.

Çekirdek I, Çekirdek n den daha az bir akı yo ğunluğunda dizayn edilmiştir. Buna sebep oran hatasındaki düzeltmenin açı hatasına tesirini mi nimum kılmaktır. Bunu sağlamak amacıyla İki çekirdek parçasında ki akı yoğunluğu % 10 farklı alınmıştır. Bu durumda da dengeleme sar gılan 20 ve 22 sarım olarak sarılmıştır.

FAZ AÇISI DÜZETMESİ :

Üçüncü bir sargıya bağlanacak kapasltif yük.akım transformatörlerinin açı hatasını ek si yöne iter. Kapasitif akım akı ile yaklaşık olarak 180° de olduğundan ve ikaz akımı açısına bir parça eklediğinden faz açı hatası azalır. Transformatörün sekonder devresi endüktlf ise oran hatasına pozitif yönde ietkl eder. Fakat transformatör sekonder devresinin yükü resis tif İse kapasltif düzeltme oran hatasjna kaçak reaktanslar az olduğu için kaçak reaktans ora nında bir tesir gösterir. Kapasitif empedansın

frekans ve dalga şekline doğrudan bağlı olduğu göz önünde bulundurulmalıdır. Eğer faz açı ha tasında ufak bir düzeltme gerekiyorsa yukarda bahsedilen tesir ihmal edilebilir.

Transformatörün tersiyer sargısı 2x420 sa rım 0 3 mm 0 telden sarılmıştır, tkl bobin tek sıra halinde birbirine ters yönde çekirdek etra fında dağıtılarak iki toprak şildinin araşma sa rılmıştır.

NETİCELER :

Yukarıda (bahsedilen teknikler kullanılarak İmal edilen transformatörün yapılan deneyler so nucunda elde edilen neticeler Şekil 3 de gösteril miştir. Elde edilen neticeler göstermektedirki; transformatör üzerinde yapılan oran ve açı ha tası düzeltmeleri oran hatasmda transformatörü 6 misli daha hassas açı hatasında ise sıfır etra fında değişen bir duyalığa eriştinmiştir. Böylece düzeltmeler sonucu elde edilen transformatör etalon olarak kullanılabilecek duyarlığa eriş miştir.

Z3

VI 0018 0 017

| CPÎ6

as' • 0.014

0.4 0013 o* 0.012 ar 0.011

Q1

Q0«

İKA)

0 01 01 o 03

KAY M

0.5 v\ 06

0? M 08 U.

03 10 11 u

ETALON AKIM TRANSFORMATÖRÜ HATA EĞRİLERİ YÜK_ MEWK BURDEN CİHAİI

Şekil: 3 a t>

Elektrik Mühendlsliei 167

FAZ KAY MASI

§' (DAKİKA)

AK İ t i HATASI h%

8 Ü S o fc>

ff> 9* O)

*

»•»

O O

D o

.o o

«^

S!

§

n

o 5,

•a

9 . ••

2 o

X m

xm

S

«7

5xxmev

m

ın *>

ta