7.AC gerilimler
advertisement
AC YÜKSEK GERİLİMLERİN ÜRETİLMESİ § § § Genel olarak yüksek alternatif gerilimler,yüksek gerilim generatörleri ve yüksek gerilim transformatörleri yardımıyla üretilir. Genellikle büyük güçlü yüksek gerilim generatörleri en çok 10 ile 20 kV işletme gerilimleri için imal edilmektedir. Ancak özel amaçlar için 35 kV a kadar gerilimler için imal edilenleri de vardır. Daha büyük gerilimler transformatörler yardımıyla üretilir. Transformatörler yardımıyla gerilim üretilmesi ortak bir Ф magnetik akısının periyodik olarak değişmesine dayanır . 1 AC YÜKSEK GERİLİMLERİN ÜRETİLMESİ § § § e1= - d/dt (w1 Ф1) ve e2= - d/dt (w2 Ф2) Kaçak akı sıfır kabul edilirse Ф1= Ф2= Ф e1/e2 = w1/w2 Bir yüksek alternatif geriliminin zamana göre değişimi, sinüs biçiminden oldukça büyük sapmalar gösterebilir. Yüksek gerilim tekniği bakımından 50 Hz alternatif gerilimin Um tepe değeri ile Uef efektif değeri önemlidir. 2 1 BİR KATLI DENEY TRANSFORMATÖRLERİ Ø Bir katlı deney transformatörleri, eşdeğer devre bakımından güç transformatörlerine göre: • • • • düşük güçlerde imal edilirler. değiştirme oranları büyüktür. demir kayıpları ihmal edilecek kadar küçüktür. doyma olmadığı sürece mıknatıslanma akımı ihmal edilebilir. • YG sargısı öz bir kapasiteye sahiptir. Ø Test transformatörleri 50 Hz için bir fazlı olarak imal edilirler ve ekseriya yüksek gerilim sargılarının bir kutbu topraklanır. 3 BİR KATLI DENEY TRANSFORMATÖRLERİ E: uyarma (Besleme) sargısı, H: Yüksek gerilim sargısı, F: Demir çekirdek, a) Bir kutuplu izole b) Tam izole Burada gerilim oklarının uzunluğu , H yüksek gerilim sargısı ile E besleme (uyarma) sargısı, dolayısıyla F demir çekirdeği arasındaki izolasyonun zorlanma derecesini gösterir. Tam izole sargı, her iki bağlantı ucundan biri üzerinden veya sargıların orta ucundan topraklanabilir, bu durumda gerilim toprağa göre simetrik olur. 4 2 ÇOK KATLI DENEY TRANSFORMATÖRLERİ § Transformatörlerin fiyatları gerilimle orantılı olarak hızla artar. § Birkaç yüz kV’ un üzerindeki alternatif gerilimler bir katlı deney transformatörleri yerine yüksek gerilim sargıları seri bağlı birkaç deney transformatörünün yardımı ile elde edilir. 1. Primer sargılar 2. Sekonder sargılar 3. Tersiyer sargılar 5 ÇOK KATLI DENEY TRANSFORMATÖRLERİ § Bir transformatörün her boyutu gerilimle orantılı kabul edilebilir. Dolayısı ile bir transformatörün hacmi veya ağırlığı gerilimin küpü ile orantılıdır. § U1 gerilimindeki transformatör ağırlığı G1=k.U13 § U2=3U1 gerilimindeki transformatör ağırlığı ise G2=k.U23 = k. 27. U13 olur. G2=27.G1 Bir trafonun 3 katı bir gerilim için imalinde, ağırlığı ilk ağırlığının yaklaşık 27 katı olmaktadır. Seri bağlı 3 deney transformatörü halinde ise ağırlık, 3 adet 1/1 değiştirme oranlı izole besleme transformatörüyle birlikte G2≈ 6. G1 olur. 6 3 ÇOK KATLI DENEY TRANSFORMATÖRLERİ § Burada üst katların besleme sargıları, her defasında bir alt kata ait transformatörün tersiyer sargısı tarafından beslenir. § Üst kat hariç diğer katlar 3 sargılı transformatörler olarak imal edilirler. § Isınma ve kısa devre geriliminin bulunmasında alt katlara ait besleme ve tersiyer sargıların üst kattakinden daha büyük güçler taşıdıklarına, dolayısı ile daha büyük yüklere göre boyutlandırılması gerektiğine dikkat edilmelidir. Her bir sargıdan geçen güç, P nin katları olarak gösterilmiştir. 7 DENEY TRANSFORMATÖRLERİNİN YAPISI § En çok birkaç kVA büyüklüğündeki güçlere kadar, yüksek alternatif gerilimlerin üretilmesinde endüktif gerilim ölçü transformatörleri kullanılır. § Yani küçük güçlü deney transformatörlerinin yapısı aynı deney gerilimi için imal edilmiş gerilim ölçü transformatörünün yapısına benzer. § Takriben 100 kV a kadar olan gerilimler için yalıtkan madde olarak epoksi reçine daha yüksek gerilimler için ise kağıt veya transformatör yağı kullanılır. Transformatör yağı kullanıldığı zaman sert kağıttan paravanlar da ilave edilir. 8 4 DENEY TRANSFORMATÖRLERİNİN YAPISI § Büyük güçlerde sargıların soğutulması için güç transformatörlerinde alınan önlemlere benzer önlemler alınır. Bunlarda yalıtkan olarak paravanlı transformatör yağı veya yağlı kağıt kullanılır. § Reçine ile yalıtılmış deney transformatörlerinde, en azından yüksek gerilim sargısı, epoksi reçine içine daldırılır. § Yağ ile yalıtılmış deney transformatörleri için bir çok konstrüktif çözüm vardır. Kazanlı çözümde aktif kısımlar, yani çekirdek ve sargılar, madeni bir kazan içinde bulunurlar. Bu kazan sargıların uygun bir şekilde soğumasını temin eder. Bu inşa tarzının sakıncası yüksek gerilim geçit izolatörüne ihtiyaç göstermesi ve bununda çok pahalı olmasıdır. 9 DENEY TRANSFORMATÖRLERİNİN İŞLETME ÖZELLİKLERİ Deney transformatörlerinin işletme özellikleri, klasik transformatör eşdeğer şemalarını örnek alarak iyi bir şekilde açıklanamaz. § Deney transformatörlerinde, birinci derecede yüksek gerilim sargısının C2 özkapasitesi ile deney cisminin Cy kapasitesi rol oynarlar. § Ayrıca demir çekirdeğin doyması söz konusu olmadığı sürece mıknatıslama akımı da ihmal edilebilir. § 10 5 DENEY TRANSFORMATÖRLERİNİN İŞLETME ÖZELLİKLERİ § Deney transformatörünün kısa devre empedansı Rk + jwLk ve yüksek gerilim tarafındaki toplam kapasite de C= C2+Cy dır. § Kaide olarak Rk << wLk olduğundan, U2 gerilimiyle U1 gerilimi aynı fazda bulunurlar; dolayısı ile U2 ≈ U1’ . [ 1 / ( 1- w2LkC)] • Bu ifade daima 1 den büyük olduğundan , seri rezonans dolayısı ile sekonder gerilimde kapasitif bir yükselme olur. Bu durum C kapasitesi, Un gerilimi ve fn frekansında In akımı ile dolduğu zaman söz konusu olur. • Uk kısa devre gerilimi de: uk= wLkIn/Un= w2LkC 11 DENEY TRANSFORMATÖRLERİNİN İŞLETME ÖZELLİKLERİ Gerilim yükselmesine özellikle kısa devre gerilimi büyük olan deney transformatöründe ve frekansı yükseltilmiş işletmelerde dikkat etmek gerekir. Bu durumda sekonder gerilim ile primer gerilim arasında sabit bir bağıntı yoktur. Dolayısı ile yüksek gerilim değeri alçak gerilim tarafından yapılan bir ölçme ile tayin edilemez. Aksi halde deney cismini ve transformatörü tehlikeye sokan küçük değerler okunur. 12 6 DENEY TRANSFORMATÖRLERİNİN İŞLETME ÖZELLİKLERİ Deney transformatörleri ve bilhassa kaskad bağlantılar, yapıları itibariyle titreşime elverişli devreler oluştururlar. Primer gerilim ve mıknatıslama akımındaki harmonikler öz titreşimleri uyarırlar ve bunlar da sekonder gerilimde önemli distorsiyonlara sebebiyet verebilirler . Yüksek gerilimdeki harmonikler büyük ölçüdeki yüke ve gerilim değerine bağlı olduğundan, deneylerde yüksek gerilimdeki harmoniklerin ana sinüs eğrisinden en çok %5 fark yapacak değerde olmasına dikkat etmek gerekir. 13 REZONANS DEVRELERİYLE YÜKSEK GERİLİMLER ÜRETİLMESİ Kapasitif yüklü bir deney transformatöründe seri rezonansla sekonder tarafta oldukça büyük gerilim yükselmeleri meydana gelebilir. Bu olay deney transformatörünün kısa devre endüktansı yerine bir yüksek gerilim endüktans bobini koymak suretiyle yüksek alternatif deney gerilimlerinin üretilmesinde kullanılabilir. 14 7 REZONANS DEVRELERİYLE YÜKSEK GERİLİMLER ÜRETİLMESİ Deney cisminin kapasitesi ve endüktans bobininden oluşan seri rezonans devresi , sekonder gerilimi nisbeten düşük bir transformatör yardımıyla beslenir. Böyle bir devre yüksek gerilim kablosunda olduğu gibi kapasitesi büyük bir deney cismi söz konusu olduğu zaman, iyi sonuçlar verir. Devre, harmonikleri az olan iyi bir yüksek gerilim üretir ve seri rezonans devresinin özelliği dolayısı ile deney cismi için gerekli reaktif gücün büyük ölçüde kompanzasyonuna imkan verir. 15 REZONANS DEVRELERİYLE YÜKSEK GERİLİMLER ÜRETİLMESİ Tesla transformatörü, havalı ve eş eksenli yerleştirilmiş primer ve sekonder titreşim devrelerinden teşekkül eder. Sarım sayısı çok olan yüksek gerilim sargısı, yalıtkan bir çerçeve üzerine sarılmıştır. Sargılar arası yalıtım hava veya transformatör yağı ile olabilir. Alçak gerilim sargısı da yalıtkan bir çerçeve üzerine sarılmış olup birkaç sarımdan ibarettir. Tesla transformatörünün alçak gerilim tarafı C1 kondansatörü ve F küresel elektrotları üzerinden besleme devresine bağlanır. 16 8 e biçimi REZONANS DEVRELERİYLE YÜKSEK GERİLİMLER ÜRETİLMESİ C2 kondansatörü yüksek gerilim sargısının, deney cisminin ve ölçme amacıyla kullanılan küresel elektrotların kapasitelerini gösterir. C1 kondansatörü besleme gerilimine ve F küresel elektrotlarının aralığına göre belli bir gerilimle dolar. F’ in faaliyete geçmesiyle C1 kondansatörü boşalır ve Tesla transformatörünün primer sargısında yüksek frekanslı sönümlü titreşimler meydana gelir. Titreşimlerin frekansı yaklaşık olarak f=1/ (2π√(L1. C1)) 17 REZONANS DEVRELERİYLE YÜKSEK GERİLİMLER ÜRETİLMESİ Burada L1 primer devrenin endüktansını gösterir. Primer devredeki titreşim de sekonder devrede titreşim üretir. Endüklenen gerilimin frekansı, iki devreyi akord eden L 2 sekonder devrenin endüktansı olmak üzere L1.C1=L2.C2 olduğu zaman aynı olur. § Bu devre Goodlet tarafından incelenmiş ve gerilimler arasındaki bağıntı: U2/U1=√(ηC1/C2) U1 gerilimi C1’ in doldurulduğu en büyük gerilim U2 C2’ nin doldurulduğu en büyük gerilim η primer devre kapasitesinden sekonder devreye aktarılan enerjinin verimi 18 9
