KASKAT BAĞLI GERİLİM TRANSFORMATÖRLERİ

TJDK: «31.817.71

Kaskat Bağlı Gerilim Transformatörleri

Yazan: Fehim SEYHAN

Elek. Y. Müh. Etibank

ÖZET :

Bu yazı, yeni tıp bir kaskat gerilim trans formatörü üzerinde "yapılan çalışmaları özet lemektedir, özellikle çok yüksek gerilimlerde çalışacak gerilim trafolarının yalıtım proble mim kolaylaştırmak için düşünülen bu yeni dizayn şekli bir klâsik transformatör ve •ge rilim bölücülerinden müteşekkildir. Tama men aynı dizayn ve konstıüksıyona sahip olan gerilim bölücüsü adetini değiştirerek nominal çalışma gerilimini değiştirmek müm kündür. Gerilim bölücüleri için yuvarlak bir konstrüksıyon şekli yapılmış ve bölücülerin bir buşmg içerisine monte edilmesi mümkün olmuştur. Klâsik dizaynla mukayese edildiği zaman yeni dizaynda çok daha az bakır, saç ve yalıtım maddesi kullanıldığı için daha ekonomikdir.

SUMMARY:

Thıs paper is an account of ıcork carried out on a novel form of ınstrument voltage transformer tohich temce it reguıres consider ably less core materıal andı bnsulation, is smaller and cheaper ' to manu/acture than conventional typea. The transformer is split ınto sections consisting of a main and seve rai voltage deviding transformers which have coupling wındings sothat the total line volt age is dtvided egually amongst tUem. A brief treatment of the design criteria inrolved and the performance of this type of transformer ıs given vıhich, , suggests \ that it has many advantages över conventional types an im portant one being that the voltage rating may be extended to a high etegrece by iden tical voltage dıviding umt$ tnhose form. and constructıon is altoays the same. A transfor mer tor İSİ KV. ıvasdesigned constructed and gave results vıhich Ishotced it to come withın the accuracy class of 0 5%.

KASKAT BAĞLANTIŞEKLt

Kaskat bağlı transformatörleıin çalışma pren siplerini ve avantajlarını daha İyi anlıyabilmek İçin, faz nötr arasına bağljı bir gerilim transfor matöründen bağlayıp muhtelif bağlantı şekilleri ni' İnceleyerek kaskat bağlı gerilim! transforma törleri teorisini kurmaya çalışacağız.

Şekil l'de gösterilen faz nötr arasına bağlan mış bir gerilim) transformatörünün İzolasyon problemi düşünülürken prlmer sargının folr ucu toprağa diğer ucu yüksek gerilim hattına bağlı olduğuna göre gerilim toprak potansiyelinden başlayıp sargı boyunca yükselip, yüksek gerilim hat potansiyeline gelecektir. Bu durumda Şekil 1 de gösterilen yalıtım şeklini tatbik etmek gerek lidir. Primer sargının bir ucu tank ve nüveye karşı nominal çalışma gerilimine yalıtılmalıdır.

Şekil 2'de gösterildiği) gibi primer sargının or ta ucu nüve ve kazana bağlandığı takdirde pri mer sangı, çalışma geriliminin yalnız 1/2'sine ya lıtılmalıdır. Fakat bu durumda nüve kazan top rağa nazaran nominal çalışma geriliminin 1/2'sl ne yalıtılmalıdır. Bir İleri adım daha atıp prtmer sargı bölünüp ayrı nüveler üzerine sanlırsa her ünite nominal gerilimin 1/2'sine yalıtılmalıdır.

Elefctrlk Mühendisliği 145

BUŞIHS

ŞEKIf.1 Bu durumda iki ünite müstakil olarak imAl edilip monte edilebilir. Bütün çalışma şartları altında gerilim dağı lımı eşit olsaydı bu sistem iki üniteli bir kaskat gerilim trafosu olarak çalıçabilecekdl, fakat 11er

de yapacağımız analizden görüleceği gibi bütün çalışma şartları altında ünltelerdeki gerilim da ğılımı eşit değildir. Bundan dolayı gerilim dağı lımını eşitlemek için kuplaj sargıları kullanmak zorunludur.

ŞEKİLU

Yapılacak analiz için Şekil 5 de görülen üç üniteden müteşekkil kaskat bağlı gerilim trans formatörü incelenecek olursa;

Ünite adedi 2'den n adede yükseltilirse her ünite nominal gerilimüı l/n İne yalıtıimalıdır. Şe kU 2 de gösterilen bağlantı, işekli tatbik edildiği takdirde her ünite nominal 'gferilimln yalnjz l/2n sine yalıtılmalıâır."

Şekil 4 de n ünitelik bir kaskat gerilim trafo su görülmektedir. Ünitelerin p'rimer sargılarında herhangi bir gerilim farkı kuplaj sargılarında in düklenen gerilimlerde bir fark meydana getire cekdlr, böylece lndüklenen. bu farklı gerilimler bir sirkülasyon akımı1 yaratıp primer gerilimleri dengellyeceklerdlr.

KASKAT GERİLİM TRANSFORMATÖRLE

RİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ:

'

Bu kısımda kaskat gerilim transformatörleri nin çalışma durumu analizini yapıp dizayn İçin bazı lüzumlu sonuçlara varmaya çahşılacakdır.

ŞEKIU5

I . primer akım I2 : sekonder akım ' tL : yükün çekdlği amper sarım tj : transformatör prensiplerine göre birinci üniteden ikinci üniteye geçen amper sarım t2 : transformatör prensiplerine göre ikinci üniteden üçüncü üniteye geçen amper sarım Nj : ünitelerin primer sarım adedi a^, a^, ai : Sıra ile 1, 2 ve 3'üncü ünitelerin manyetik devrelerini mıknatıslamak İçin gerek il amper sarım

Prlmer amper sarımın bir kısmı manyetik devreyi mıknatıslayacak, geriye kalan kısmı ise transformatör prensiplerine göre sekonder dev reye nakledilecekdlr. Bu prensip mevcut kaskat gerilim transformatörüne tatbik edilirse,

I Nx = at + tx I~NI + \ = i, +lt I~NX + F, = Üs + T L veya

Birinci Ünite tWnci Ünite Üçüncü Ünite d)

T, = 2 1 " ^ — ( J I + J . ) _

(2)

tL = 3I Nx — (aj + aj + 33) ünite adedi n adede yükseltilirse :

(3)

(n ı)'inci ünite için denklem (3) incelenirse eğer;

tn., pozitif olacak (Şekilde kabul edilen t yönü doğrudur) eğer;

t ÜNİTE

2. ÜNİTE ). ÜNİTE

t n , negatif olacak (Şekilde kabul edilen t yö nü ters olacak) eğer;

(n ı)I Nı =

(6)

t n l = 0 (n ı ve n'inci üniteler arasındaki kup laj sargılarından sirkülasyon akımı geçmlyecek dir).

(4), (5) ve (6)'ncı denklemlerden anlaşılaca ğı gibi eğer dizaynda müsait devre parametre leri seçildiği takdirde; t'lerin boşta çalışma anın da negatif, tam yükde pozitif ve bu İki değer ara sında bir yerde sıfır olacağı görülür. Bu hususa dikkat edilmediği takdirde sirkülasyon akımları çok fazla olacak, bunu karşılamak için daha ka lın iletken kullanmak mecburiyeti hasıl olacak ve geçen sirkülasyon akımları açı ve oran hata larını büyütecekdlr.

ÎMAL EDİLEN 154 kV'luk GERİLİM TRANSFORMATÖRÜ :

îmâl edilen 154 kV'luk kaskat gerildin trans formatörü; bir klasik ve üç gerilim bölücüsü ol mak üzere 4 üniteden müteşekkildir.

Dördüncü ünite klâsik şekilde hesap edilmiş ve 25 KV'a izole edilmiş bir gerilim transforma törüdür, diğer 3 gerilim bölücü ünitesi beheri 25 kV'a göre inşa edilmiş olup iki transformatörden müteşekkildir. Gerilim bölücüleri İçin klasik

Elektrlk Mühendisliği 145

4. ÜNİTE ŞEKİL: S konstrüksiyon şekli yerine (Şekil 7) de görüldü ğü gibi sargı ortada ve nüve sargı etrafına da ğılmış vaziyette olmak üzere bir İnşa tarzı ya pılmıştır.

Şekil 7 Bu konstrüksiyon şeklinin en büyük avantajı yuvarlak bir şekle sahip olduğu için bir buşing içersine yerleştirilmesinin mümkün oluşudur. Ya

maddesi kullanılmaktadır ve hepsinden önemlisi yalıtım: problemini basitleştirmektedir.

Yapılan yeni dizayn şeklinin en büyük özelli ği gerilim bülücülerinin yuvarlak bir konstrük siyona sahip oluşu ve bu durumda fazla bir hacım kaybı1 olmadan bir buşing İçerisine yerleştirilme imkânı oluşundadır.

Yapılan ilk prototipin (1963) en büyük deza vantajı gerilim bölücülerinin dış çapının 48 cm oluşu, ıbunun için geniş buşinglerin kullanılma mecburiyeti oluşudur, tik prototipi takip eden çalışmalarjtauzda esas fikir aynı olmakla bera ber gerilim bölücüleri için bazı konstrükslyon de ğişmeleri yapmakla bunları 190 mm İç çapa haiz bir buşing içerisine yerleştirilmeleri mümkün ol muştur.

Bu yazıda izah etmeye çalıştığımız kaskat gerilim transformatörlerinin yalnız faz nötr ara sında çalı§maya müsait olduğunu not etmekte fayda görüyoruz.

Şekil: S — 154 fcv genlim 'translormatöril ünitelerinin monte edilmiş hali.

pılan 154 kV'luk transformatörde son klâalk üni 0,5 te bir kazan İçerisine yerleştirilmiş olup diğer gerilim bölücüleri buşirîg ferisine monte edilmiş 0,« lerdir. Son klâsik ünitenin nüvesi toprak ve ka zana, İrtibatlı olduğu İçin toprak potanslyelinde 0A dir, bu üniteyi takip eden İlk gerilim bölücü üni

»,Î5 tesi İle klâsik ünite nüvesi arasında 31.25 kV ol duğu için aralarında bu değeri kargüıyacak bir 8,5 yalıtım sistemi mevcuttur. Komşu gerilim bölü cü üniteleri arasında 25 kV vardır ve bu değere 0,15 yalıtılmışlardır.

0,1

Tapılan ölçmelerden^sonra bu tranformötörün gerekil sarım sayısı düzeltmesi yapıldıktan sonra 0,15 0.3 sınıfına girebileceği anlaşılmıştır. Şekil 9 da görüleceği gibi ilâve edüenjfher üni|e, hataların 0.1 lineer olmıyarak ' artmasına sebep' olmaktadır: Eklenen ünitelerle hataların artması ünite adedi 0,05 ni sınırlamaktadır.

NIBTÎOE :

Çok yüksek gerilimde yalıtım problemi karşı mıza büyük bir mani olarak çıkmaktadır, Klâsik tdpde dizayn edilen yüksek gerilim trafoları çok büyük, ağır ve pahalı olmaktadır.

'Kaskat gerilim trafolarında .klâsik dlzayn'la ra nazaran' çok daha az bakır, saç ve yaûtim

Şekil : 9

REFERANSLAR : 1) Fehlm Seyhan, Design Construction and. Ope ratlon of Voltage Transformers Connected in Cascade MCc. Thesds O.D.T.Ü. 1966. 2) Harris Electrical Measurements.

Elektrik Mühendisliği 146

Britanya'nın 400 kv Luk İlk Kaskad Gerilim Transformatörüo

Britanya Elektrik Kurumu (Central Electri clty Generating Board) nun Cheshire'deki Dai nes ayırma istasyonunda yapılan, 400 kV luk İlk kaskad gerilim transformatörü prototipinin tec rübe ve kabul muayenelerine alt başarılı ve şü mullü bir çalışmadan sonra, Kurumun proje bö lümü ABI (Associated Electrıcal Industries Ltd) firmasına 34 adet gerilim transformatörü sipariş etmiştir. Kaskad gerilim transformatörü Britan ya'nın 400 kVluk sistemleri için ucuz ve küçük bir elektromanyetik ünite olarak AEI tarafın dan geliştirilmiş olup, iki yıl önce ihraç piyasa sına arz edilen 220 kVluk ünitenin daha geliş tirilmiş bir örneğidir.

Kaskad transformatör, eşdeğeri olan bölücü kondansatörlü gerilim transformatöründen daha küçüktür (548 cm. e karşılık 419 cm), ve 400 kV luk sistemde faz toprak gerilimi için daha has sas bir görünüm sağlamaktadır. Koruma ve ge rilim okumaları maksadlarma münhasıran kul lanılan kondansatörlü gerilim transformatörünün ± % 2 olan duyarlığı (hassasiyeti) 400 kV da ölçme ve konrol maksatları için yetersizdir. Hal buki kaskad bir transformatörle it % 0,25 lik bir hassasiyet elde etmek mümkündür 150 kV lık olan ünite 228600 • 63,5 gerilim oranını haizdir ve tnglllz Standardlan Enstitüsünün BS 3941 : 1965 Standardına uygundur. Kaskad bağlı altı kat ha linde imal edilmiş olup, yağla emprenye edilmiş kâğıt izolasyonludur. Transformatör paslanmaz çelikten mamul bir körükle hermetik olarak (sız dırmaz şekilde) kapatılmış olup özel olarak ge liştirilmiş ve gaz yayımı halinde alarm verecek bir gaz detekslyomı ünitesini haizdir.

Konvanslyonel (mutad) tipte bir gerilim transformatörü tek primer sargıyı haiz olup 132 kVun üstündeki sistemler için tasarlanması ha linde pahalı ve büyük hacimli (cesim) dir. Kas kad gerilim transformatöründe tek primer pren sibi terkedilmiş olup, seri bağlı birkaç bölüm deki primer sargı, beher katın hissesine isabet eden genilımı düşürür. Primer sargının tertip lenmesinde her bir manyetik çekirdek birbirine bakan kenarlarda ıkı sargıyı haizdir, sekonder sargı ise sadece son kat üzerindedir. Katlar ara sında çjift çift olan kuplaj sargıları, primer ve sekonder yük akımlarının akıgı için düşük empe danslı devreler teşkil eder ve katlar arasında ge rilim dağılımını sağlar. Sekonder sargı yüklendi ğinde akım kuplaj sargılarında akarak her kat taki amper sarımların dengesini korur ve primer ve sekonder sargıları arasındaki kaçak reaktan sını azaltarak minimuma lindirir. Çekirdeklerin ve

kuplaj sargılarının toprağa nazaran potansiyel leri, primer sargılan üzerinde seçilmiş noktala ra bağlanmak suretile belirli değerlere tesblt edilmiştir.

n nı

CP c m

P Primer sargı 8 Sekonier sargı. C Kuplaj sargısı

Primer sargının birkaç kattan (prototipte 6 kat, şekilde sadece son iki kat gösterilmiştir) meydana gelmesi sebebile, her katın yalıtım se viyesi sistemin yalıtım seviyesinin bir kesri ka dar olmakta, bunun sonucunda da küçük hacim li bir ünite meydana gelmektedir. Çekirdek ve sargıların bir porselen mahfaza (zarf) içine sığ ması sebebile konvansiyonel dizayna eklenen bü yük kazanlara lüzum kalmamaktadır. Dolayıslle (*) Bu haber makale ile İlgili olduğu İçin burada yayınlanmıştır —Elektrik Mühendisliği — 13

kaskad transformatörler daha küçüktür, daha az yağ: ihtiva eder ve konvansiyonel ünitelere na zaran daha ucuzdur.

Çekirdekler soğuk çekilmiş silisyumlu saç tan yapıimag olup, saç şeridin sarılması ile ya pılmış kademeli kesiti haiz bacaklar dairesel bo binlerin kullanılmasına izin verirler. Prlmer sar gılar çok katlı olup emaye ve kâğıt yalıtımlı iletkenlerle sarılmıştır. Kat aralan yalıtımı bir kaç kâğıt kalınlığından meydana gelmiş olup, iç ten dışa doğru katların eksenel genişliğini azar azar azaltmak suretlle, kat uçlarının çekirdeğe nazaran yalıtımı tedrici olarak (azar azar) ar tırılmıştır.

Sekonder ve kuplaj sargıları kâğıt yalıtımlı bakır şeritlerle tek veya daha fazla katlar ha linde sarılmıştır.

Primer sargının sonuna bağlanmış bir geril me ekranı geçici şartlar altında sarımlar arasın daki elektrik! zorlanmayı minimuma indirir. Her bir prlmer sargının hemen üzerindeki diğer ek ranlar dış katlar üzerindeki zorlanmayı denge ler, kuplaj sargısı da iç katların altında benzer maksatla kullanılır. Sargıları çekirdek üzerinde bir araya getirdikten sonra, hepsi birden, taba

kalar halinde preslenmiş ahşaptan yapılmış mes netler üzerine yerleştirilmiş tek bir ünite teş kil ederek porselen zarfın içine konmuştur. Pri mer sargının hat ucu porselen zarfın tepesinde ki terminal hücresine getirilmiş, primer sargının topraklanmış ucu ve sekonder uçlar ünitenin al tındaki kutunun İçindeki terminallere bağlan mıştır. Bir yardımcı sigorta ve terminal kutusu mesnet konstrüksiyonuna monte edilmek üzere birlikte verilmektedir. Transformatör hermetik (sızdırmaz) olarak kapatılmış olup, sıcaklık de recesindeki değişmeler sebebile yağ hacminde meydana gelen artma ve azalmalar için üst hüc re bir esnek madeni körük ile teçhiz edilmiştir.

Kaskad gerilim transformatörü nominal (an ma) gerilim ve frekansda sıfır ve 150 VA de du yarlık ölçmesi İçin rutin testlere, yüksek gerili me yaşta dayanma, impuls (darbe) gerilimine dayanma, açma kapama aşırı gerilimlerine da yanma, ısınma ve nominal gerilimin % 80, % 100 ve % 120 değerlerinde duyarlık tecrübelerin den meydana gelen tip testlerine tabi tutulmuş tur.

(Proceedings ve Electrical Revlew dergilerin de yayınlanmış haber yazılardan derlenmiştir).

TÜRKİYE ÇİMENTO SANAYİİ T.A.Ş. den ELEKTRİK MÜHENDİSİ ALINACAKTIR

Elâzığ Çimento Fabrikasında çalıştırılmak üzere Elektrik Yüksek Mü hendisi veya Mühendisi alınacaktır.

~ Atanacaklara 4/10195 sayılı kararname esaslarına göre yevmiye ve rileceği gibi lojmanda tahsis olunacaktır.

Ayrıca başarısı görülenler bilgi ve görgülerini arttırmak amaciyle yurt dışına da gönderilecektir.

Taliplilerin Türkiye Çimento Sanayii T.A.Ş. Personel Müdürlüğüne şi fahen veya yazı ile müracaatları ilân olunur.

BASIN : A 17019/3

Elelrtrik Mühendisi]*! 1 J5