( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ϕ ( ) ( ) ( )A ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )
advertisement
TRANSFORMATORLAR Genel Elektriksel Özellikleri ve Gücünün Belirlenmesi TURGUT ODABAŞI 1. Fiziksel Temeller 1.1. Giriş Transformatorler gerilim ve akımın ölçülmesi veya sinyal ve gücün taşınması gibi özel maksatlar için dizayn edilirler. Transformatorun dizayn ihtiyaçları; uygulamanın gerekliliklerine göre belirlenir. Örneğin ölçü transformatorlarında primer devreden sekonder devreye mümkün olduğu kadar tam transfer edilmesi , sinyal transformatorunda sinyalin mümkün olduğu kadar minimum distorsiyonla transfer edilmesi ve güç transformatorlarında ise belirlenen güç frekansında gerilim bir seviyeden diğer bir seviyeye değiştirilerek güç transferinin minimum güç kaybında gerçekleştirilmesi istenir. İnceleme konusu güç ve dağıtım transformatorlarının genel elektriksel özellikleri ve söz konusu transformatorların taşıma ve dağıtım güçlerinin belirlenmesidir. 1.2. Sistem geriliminin seçimi Enerji üretimi yapılan büyük istasyonlardan bu istasyonlara uzak mesafelerde bulunan enerji tüketimi yapılan bölgelere enerji iletimi yapılmaktadır. Elektrik enerjisi taşınmasındaki yüksek gerilim miktarı aşağıda verilen ifadeler yardımıyla belirlenebilir. Enerji nakil hattında 3-fazdaki kayıp p(%) p(kW ) = 3.R (Ω ).I 2 ( A) (1) ULL (kW) sistemin faz arası gerilimi olmak üzere taşıma sistemi üzerinden nakladilen aktif güç P (kW ) = 3.U LL (kV ).I ( A).Cosϕ (2) Denklem 2 akım için düzenlenirse I= P(kW ) 3.U LL (kV ).Cosϕ .( A) (3) ve 1 eşitliğinde yerine konursa p(kW ) = P(kW ). R(Ω ) U LL (kV ) .Cos 2ϕ 2 2 (4) 4 eşitliğindende görüleceği üzere iletim kayıpları sistem gerilimi arttıkca azalmaktakdır. 4 ifadesi gerilime göre düzenlenirse belirlenen hat kaybına göre gerilim değeri belirlenebilir. P (kW ) R (Ω ) . (5) elde edilir. U LL (kV ) = Cosϕ p (kW ) Sistem gerilimi seçimi bir ekonomik denge problemidir. Yüksek sistem gerilimi taşıma kayıplarını azaltır fakat diğer yandan hat , kablo, bağlantı elemanları ve transformator maliyetleri artar. 1.3. Gerilim oranı ve Gerilim düşümü(veya yükselmesi) Transformatorda gerilim oranı transformatorun sekonderi açıkken yani sekonder terminallerine herhangi bir yük bağlanmadığı şartlarda ölçülen primer ve sekonder sargılar arasındaki sarım oranıdır. Transformator yüklendiğnde sekonder gerilim sadece sargılar arasındaki orana bağlı olarak değişmeyip aşağida açıklanan faktörlere bağlı olarak değer alacaktır .Bu faktörler • • • Transformatorun skonder terminallerindeki U2 gerilimi ve ve I2 sekonder akımı arasındaki ϕ açısı I2 sekonder yük akımının değeri Transformatorun ZT kısa devre empedansı ve bu empedansın r ve (+,− ) jx bileşenleri dir Şekil 1: Transformatorun eşdeğer diyagramı Bu eşdeğer diyagramda Z0 Transformatorun boşta kayıplarını gösteren empedans(Boşta transformator empedansı Z transformatorun kısa devre empedansı U20 Transformatorun boşta sekondere gerilimi U2 Transformatorun sekonderine ZL yük empedansı bağlandığında sekonder terminallerinde oluşan gerilim ZL Transformatorun sekonderine bağlanan yük empedansı Şekil 2: Transformatorun vektör diyagramı Sekonderine yük bağlı olmadığı durumda transformatorun sekonder terminallerinden okunan U20 boşta gerilim değeri ; transformatorun sekonderine ZL yükünün bağlanması ile U20 gerilimi U2 değerine düşer. Şekil 2 deki vektör diyagramı dengeli 3-fazlı ve simetrik yüklenmiş sisteme göre hazırlanmıştır.Miknatıslama akımı nominal akımın %1 değerine haiz olduğu için etkisi vektör diyagramı çiziminde ihmal edilmiştir. Vektör diyagramından ( ∆U 2 = I 2 .r.Cosϕ + I 2 .x.Sinϕ + U 20 − U 202 + I 2 .r.Sinϕ − I 2 .x.Cosϕ ) 2 (6) ∆U 2 gerilim düşümü U 20 ile U 2 aritmetik bir farktır. u r ve u x aktif ve reaktif kısa devre gerilimleridir. n= I 2N I2 S = 2 transformatorun yüklenme oranı I 2N S2N Transformatorun anma(nominal) akımı olmak üzere ∆U 2 = n.(u r .Cosϕ + u x .Sinϕ ) + 1 − 1 − n 2 .(u r .Sinϕ − u x .Cosϕ ) 2 (7) U 20 ∆U 2 uϕ = → uϕ′ = u r .Cosϕ + u x .Sinϕ → uϕ′′ = u r .Sinϕ − u x .Cosϕ yazarak % cinsinden 7 U 20 ifadesi uϕ = n.uϕ′ + 100 − 100 2 − uϕ′′ (8) yazılarak ve 8 ifadesi Mc-Lauren serisine açılarak 2 4 1 (n.uϕ′′ ) 1 (n.uϕ′′ ) uϕ = n.uϕ′ + . + . ... (9) ifadesi elde edilir. 2 10 2 8 10 6 Söz konusu ifadede transformatorun kısa devre empedans değeri u kr < %20 ise 9. ifadede 3. terim hesaba katılmaz u kr < %4 ise 9. ifadede 2. ve 3. terim hesaba katılmaz Herhangi bir S 2 (kVA) yükü ile yüklenen transformatorun sekonder gerilimi uϕ (10) olacaktır. U 2 = U 20 .1 − 100 7 ifadesinde u r çok küçük olduğundan yaklaşık olarak u r ≈ 0 ve u x ≈ u kr alındığında söz konusu ifade büyük bir yaklaşıklıkla I2 S .u kr .Sinϕ = 2 .u kr .Sinϕ (11) yazılabilir. Bu ifade yardımıyla I 2N S2N transformator da her hangi biryüklenmede veya yük darbesinde transformatorun sekonder terminallerinde meydana gelecek gerilimin değeri belirlenebilir. ∆u (% ) = n.u kr .Sinϕ = Transformatorun empedans gerilimi U kr ( kısa devre gerilimi ; transformatorun sekonder terminalleri kısa devre edilmişken transformatorun sekonderinden I 2 N anma akımı geçmesini sağlamak için transformatorun primerine uygulanan gerilimdir. U kr = 3.I 2 N .Z K (12) Anma empedans gerilimi (eski deyimle nisbi kısa devre gerilimi) empedens geriliminin transformatorun anma gerilimine oranının yüzdesi olarak ifade edilir. ukr = U kr .100 (13) U 20 Pkr .100 (14) S TN Pkr transformatorun anma gücünde yüklenme durumunda empedans kayıpları. Aktif kısa devre gerilimi Reaktif kısa devre gerilimi u x = u kr2 − u r2 (15) ur = Örnek Transformator karakteristik değerleri Anma gücü S TN = 2500kVA Empedans kayıpları Pkr = 24kW (İmalatcı kataloğundan alınır) Empedans gerilimi u kr = %6 Cosϕ = 0,8(Sinϕ = 0,6) Tam yükteki U 2 gerilimi bulunacaktır. ur = Pkr 24 .100 = .100 = %0,96 S TN 2500 u x = u kr2 − u r2 = 6 2 − 0,96 2 = %5,923 n =1 ∆U 2 = n.(u r .Cosϕ + u x .Sinϕ ) + 1 − 1 − n 2 .(u r .Sinϕ − u x .Cosϕ ) 2 = U 20 = 1(0,0096.0,8 + 0,05923.0,6 ) + 1 − 1 − 12 (0,0096.0,6 − 0,06.0,6 ) = 0,045 2 ∆U 2 = 0,045.U 20 U 2 = U 20 − ∆U 2 = (1 − 0,045).U 20 = 0,955.U 20 1.4 .Transformatorun çıkış gücü S r (kVA) transformatorun anma(nominal )gücü I r ( A) transformatorun anma(nominal )akımı S 2 (kVA) verebileceği çıkış gücü uϕ . (16) S 2 = S r .1 − 100 Transformatorun sekonderindeki güç faktörü Cosϕ ise , çekilen aktif güç P2 uϕ .Cosϕ (17) P2 = S r .1 − 100 ÖRNEK Yukarıdaki örnekte karakteristikleri verilen transformatorda uϕ′ = u r .Cosϕ + u x .Sinϕ = 0,96.0,8 + 5,923.0,6 = 4,312 uϕ′′ = u r .Sinϕ − u x .Cosϕ = 0,96.0,8 − 5,923.0,8 = −4,162 (− 4,162) = 4,4 1 (n.uϕ′′ ) uϕ = n.uϕ′ + . = 1.4,312 + 2 2 10 200 2 2 Transformatorun verebileceği çıkış gücü uϕ 4,4 = 25001 − S 2 = S r .1 − = 2390kVA 100 100 Transformatorun verebileceği aktif güç uϕ 4,4 .Cosϕ = 2500.1 − P2 = S r .1 − .0,8 = 1912kW 100 100 1.5. Kısa devre empedansı Transformator kullanıcıları transformatorun kısa devre empedansını bilmek zorundadır. Kısa devre empedansının bilinmesiyle • • • Mevcut ünitelerle paralel işletme Gerilim düşümünün sınırlandırılması Kısa devre akımının sınırlandırılması ve kısa devre hatalarına karşı koruma sistemi belirlenebilir. Yüksek değerli kısa devre empedansına sahip transformatorlarda yüksek transformator iç gerilim düşümleri ve kısa devre halinde düşük değerli kısa devre akımları meydana gelir. Küçük değerli kısa devere empedansına sahip transformatorlarda bunun tersi olur. Kısa devre empedansının belirlenmesi için aşağıda verilen esaslar göz önünde bulundurulmalıdır. • • Darbeli yüklere haiz sistemlerde kullanılan transformatorlarda dinamik stablite açısından transformatorların iç gerilim düşümlerinin küçük olması istenir.Bu nedenle kısa devre empedansı küçük seçilir. Darbesiz yüke haiz devrelerde kısa devre akımını düşük değerde tutmak için transformatorların kısa devre empedansları yüksek seçilir. • Transformatorların paralel işletme durumlarında paralel bağlama akım darbelerini azaltmak ve kısa devre akımlarını düşük tutmak için kısa devre empedansı büyük olan transformatorlar kullanılır. ZT kısa devre empedansı genellikle ukr (pu. Veya %) olarak ifade edilir. I r .Z T .( pu ) (18) Ur I .Z u kr = r T .100(% ) (19) Ur Bu ifadeler 1-fazlı transformatorlar için geçerlidir. u kr = 3-fazlı transformatorlar için I r .Z T .( pu ) (20) Ur I .Z u kr = 3. r T .100(% ) (21) Ur u kr = 3 Ölçülen kısa devre gerilim değerine dayanarak Z ohm cinsinden aşağıda verilen formülden hesaplanır. ZT = Z= u kr (% ).U r u kr (% ) U r2 = . ⇒ (22) 1-fazlı transformator için 100.I r 100 S r u kr (% ).U r = 3.100.I r u kr (% ) U r2 . ⇒ (23) 3-fazlı sistemler için 100 S r 3-fazlı transformator için primer taraftan görünen kısa devre empedansı u kr (% ) U r21 . (24) 100 S r 3-fazlı transformator için sekonder taraftan görünen kısa devre empedansı Z 1TR = Z2 = u kr (% ) U r22 . (25) 100 S r 24 ve 25 ifadeleri birbiri ile orantılanırsa 2 2 N Z 1 U r1 = 1 (26) ifadesi elde edilir. = Z2 U r2 N2 Z kısa devre empedansı R aktif ve jX reaktif bileşenlerden meydana gelir. PL transformator anma yükü ile yüklendiğinde yük kayıpları olmak üzere PL (27) , X = Z 2 − R 2 (28) 2 Ir Buna göre 1-fazlı transformator için R.I r ur = .( pu ) Ur (29) R= ur = R.I r .100(% ) Ur (30) 3-fazlı transformator için R.I u r = 3. r .( pu ) (31) Ur R.I u r = 3. r .100(% ) (32) Ur u r ile PL yük kayıpları ve Sr transformator anma gücü arasında basit bir ifade bulunabilir. R.I r R.I r2 P = = L .( pu ) (33) Ur U r .I r S r Aşağıda verilen ifadeler 1- fazlı ve 3- fazlı transformatorun her iki tipi için geçerli ifadelerdir. P u r = L .( pu ) (34) Sr ur = ur = PL .100.(% ) (35) Sr u X = u z − u r (pu,%) (36) 1.5. Kısa devre akımı ve kısa devre dayanımı Transformatorun verebileceği maksimum kısa devre akımı Ir .100 (37) u kr Transformatorun izin verilen kısa devre süresi t max = 0,5.u kr (saniye) (38) amprik ifadesiyle yaklaşık olarak belirlenebilir. İzin verilen kısa devre süresi transformatorun verebileceği transformatorun sekonder terminallerinde meydana gelebilecek maksimum kısa devre akımı esas alınarak imalatcı firma tarafından belirlenir ve transformator plakasında görülebilir. Ancak transformatorda primer tarafta şebeke hat bağlantı empedanslarından dolayı (37) ifadesiyle belirlenen büyüklükten daha düşük maksimum kısa devre akımı meydana gelir.Bu nedenle transformatorun sekonder terminallerinde oluşabilecek IK = maksimum kısa devre akımını belirlemek için enerji alınan yerden bağlantı hatları dahil besleme devresi ile beraber kısa devre akımını hesab etmek gerekir. Kısa devre akımı asimetrik ve simetrik kısa devre akımının birleşimidir.Asimetrik kısa devre akımının tepe değeri simetrik kısa devre akımının χ 2 katıdır. χ 2 faktörü ise UX oranına bağlıdır.Simetrik kısa devre akımı transformatoru termik olarak Ur zorlarken asimetrik kısa devre akımıda transformatoru mekanik olarak zorlar. IEC 76-5 göre χ 2 faktörleri DIN VDE 57 532 Part 5 e göre maksimum kısa devre süresi aşağıdaki değerleri aşmayacaktır. 630kVA kadar...........2 saniye 630 kVA -1250 kVA kadar...........3 saniye 1250 kVA -3150 kVA kadar.........4 saniye 3150 kVA- 200 000 kVA ..............5 saniye 2. Transformatorun aşırı yüklenme kapasitesi 2.1.Doğal hava sirkülasyonu ile soğutulan yağlı transformatorun aşırı yüklenme kapasitesinin DIN-VDE 0536 ya göre tayini. Verilen temel yük ve soğutma sıcaklığında transformatorun aşırı yüklenme maksimum süresinin belirlenmesi için 24 saat süresinde iki farklı yüklenme halinde abaklar aşağıda verilmiştir. Şekil 3:Transformatorun K1 ve K2 ve t değerlerini veren abak Şekil 3 de K1 Başlangıç yükünün transformator nominal gücüne oranı K2 İzin verilen aşırı yükün transformatorun nominal yüküne oranı t K2 aşırı yüklenme süresi (saat) θ a Soğutma sıcaklığı 0C S1 S K → K 2 = 2 → 2 (38) Sr Sr K1 S1 başlangıç yükü , S 2 maksimum izin verilen yük, S r transformatorun nominal gücü. Normal şartlar altında K 2 ; 1,5 değerini aşmamalıdır. Örnek 1: 1250 kVA gücünde ONAN soğutmalı transformatorun temel yüklenmesi 750 kVA dır. 200C başlangıç sıcaklığında 4 saat süre ile aşırı yüklenme değeri bulunacaktır. K1 = 750 = 0,6 şekil 12a dan t=4 saat süre için K 2 = 1,29 1250 Aşırı yüklenme S 2 = K 2 .S r = 1,29.1250 = 1612kVA K1 = Aşağıdaki tabloda yağ soğutmalı transformatorların izin verilen aşırı yüklenmeleri DIN 42 500 göre verilmiştir. Tablo 1 İzin verilen aşırı yüklenme süresi (dakika) K2 Ortalama hava sıcaklığı 10 0C (24 saat ortalaması) K1 =..... 1 0,9 0,8 0,7 0,5 0,25 t(dakika) Ortalama hava sıcaklığı 20 0C (24 saat ortalaması) K1 =..... 0,9 0,8 0,7 0,5 0,25 t(dakika) Ortalama hava sıcaklığı 30 0C (24 saat ortalaması) K1 =..... 0,8 0,7 0,5 0,25 t(dakika) Ortalama hava sıcaklığı 40 0C (24 saat ortalaması) K1 =..... 0,7 0,5 0,25 t(dakika) 492 246 149 98 68 50 29 18 249 320 383 419 152 199 246 276 101 135 172 198 71 96 126 146 51 70 95 114 39 53 72 89 25 32 44 56 15 18 26 34 147 225 263 98 156 187 69 112 139 51 84 105 38 64 81 30 49 64 19 29 40 13 18 24 Transformator DIN 42 500 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 2,0 Sürekli yüklenme 461 572 625 658 230 296 333 358 139 184 211 231 92 124 145 162 64 83 105 119 35 48 59 68 21 28 35 42 700 392 260 137 140 84 53 729 417 282 206 158 98 63 605 313 191 131 93 68 39 22 659 350 221 152 110 82 48 27 715 394 256 182 135 103 62 38 750 423 282 204 154 119 75 48 2.2. Kuru tip transformatorların izin verilen aşırı yüklenmeleri aşağıda verilen şekildev görülen eğrilerden belirlenebilir. a.) 50kVA-315kVA güçleri b.) 400kVA-2500kVA güçleri İzin verilen sıcaklık yükselmesi B sınıfı izolasyon için 80 K, F sınıfı izolasyon için 100K Şekil 4: Dökme reçine transformatorların izin verilen aşırı yüklenmeleri. 3. Transformatorların Gücünün Belirlenmesi Güç tayininde iki durum göz önüne alınır. 3.1. Darbesiz yük çekilmesi durumunda Transformatorun gücünün tayini. Darbesiz yük ; ticarethaneler , şehir şebekeleri , fabrikalar , iş hanları gibi yerlerdeki elektrik tesislerinde göz önüne alınır. Bu gibi yerlerde oluşabilecek yük darbeleri transformatorun sekonder terminallerinde %5 den fazla gerilim düşümü meydana getirmiyorsa darbesiz yük esasına göre transformator gücü belirlenir. Bu sistemlerde transformator için güç ihtiyacı belirlenirken kullanım faktörü kU , eş zamanlık faktörü k S ve sistemde etkili harmonik üreten cihazlar var ise harmoniklerin şebekeyi yükleme durumu ve gelecekteki yük artışı göz önüne alınır. kU kullanım faktörü : Normal işletme şartlarında tesise bağlanacak yükün tüketimi nominal gücünden az olabilir .Zira herhangi bir makinayı tahrik edecek bir elektrik motoru piyasada tahrik edilen makınanın gücüyle aynı olarak bulunmaz ve tahrik edilen makinanın gücünün bir üst standard güçte motor kullanılırÖrneğin 40kVA elektriksel güçte olan bir elektrik motoru şebekeden 30kVA güç çekebilir veya 15kVA gücünde olan bir takım tezgahı enfazla 8kVA yüklenebilir.Böyle durumlarda şebekeye bağlanan herbir tüketicinin çekebileceği gerçek yükün tahmininde kullanım faktöründen faydalanılır. Kullanım faktörünün her bir tüketici için ayrı ayrı uygulanmalıdır.Bu faktör endüstriyel tesislerde motorlar için 0,75-0,8 arası uygulanabilinirken ,akkor telli lambalarda 1 olmaktadır. Güç prizlerine bağlanacak cihazlar için cihazların yüklenme durumu ayrı ayrı ele alınmalıdır. k S eşzamanlık faktörü : Ana dağıtım ve tali dağıtım panaoları gibi her bir yük grupları için ayrı ayrı belirlenir. Bu faktörün tayini her bir devredeki tüketicilerin azami devrede olmalarına bağlı olan tüketim şartlarının ve tesisin detaylı olarak bilinmesini gerektirir. Bu sebeble genel uygulama için hassas değerler verilmesi mümkün olmamakla birlikte rast gele tahmin edilmesi durumunda ; tesisin gerektiği gibi çalışamıyacak derecede düşük değerlerde boyutlandırılmasına veya gereğinden fazla yatırım masraflarına yol açacak şekilde aşırı boyutlandırılmasına sebeb olur.Eş zamanlık faktörü tesisin dizayn safhasında en fazla yüklenebileceği durumu tesbit edilerek uzman projeci tarafından belirlenmelidir Harmonik Yüklenmesi Transformatorlardan akan harmonik akımlardan dolayı sargılardaki kayıpları ve eddy akımlarından dolayı transformator demir çekirdeğindeki demir kayıplarını arttırılar. Buna ilave olarak gerilim harmonikleri histerizisten dolayı demir kayıplarına neden olurlar. Akımın THD (toplam harmonik distorsiyon) un karesi olarak sargılardaki kayıplar artar. Transformatorda harmoniklerden dolayı İlave Yüklenmenin tahmin edilmesi. Transformatorlara bağlı lineer yükler için harmonik bastırıcı filtre elemanları kullanılmıyorsa transformatorlar sistemde ortaya çıkan harmonikler tarafından ilave olarak yüklenirler ve harmonik yüklenmeler transformator hesabında göz önüne alınmalıdır. Transformatorun ilave yüklenmelerini belirlemek için • Şehir dağıtım şebekelerinde harmonik distorsiyon seviyesi nisbeten düşük olduğundan %10-15 demir kayıplarında artış göz önüne alınır.. • Aşağıda verilen transformator için azalma faktörünü belirlemek için ilgili eğriden faydalanılır (IEEE 519 Application Guide 1996) Şekil 5:Transformatora bağlanan lineer yükün toplam yüke oranına göre transformator azalma faktörü UTE C15-112 standardı transformator için azalma faktörünü harmonik akımların fonksiyonu olarak aşağıda verilen ifade ile belirlemiştir. k= 1 40 → Th = 1 + 0,1.∑ h1, 6 .Th2 h=2 I h = I 52 + I 72 + I 112 + I 132 + ... I 1 Temel harmonik Ih (39) I1 Örnek 2: Aşağıda verilen yükleme durumunda Kompresör frekens konvertörü ile devreye alınacaktır. Yükleme durumu ve kullanım faktörleriyle eş zamanlık faktörü aşağidaki çizelgede belirtimiştir. Transfomatordan çekilşecek yük 92 kVA olarak görülmektedir. Ancak lineer olmayan yüklerden dolayı seçilecek transformator bu yüklerin üstünde harmonık akımlar tarafından yüklenecektir Lineer olmayan yükler 28x0,9+(3,6+1+2)0,9=31,14 kVA Çekilen toplam güce oranı 31,14 .100 = %34 şekilden transformator azalma faktörü 92 %30 olarak bulunur. 92 = 131kVA (1 − 0,30) Seçilen standard transformator gücü 160 kVA olacaktır . Transformatorun harmoniklerle birlikte çekeceği yük Eğer harmonikler göz önüne alınmasaydı transformator standard gücü 100kVA olarak 131 = 1,31 %31 kadar aşırı yüklenecektir. belirlenecek ve transformator 100 Şekil 6: Örnekle ilgili yüklenme çizelgesi Gelecekteki yük artışı: Transformatorun gücü belirlenirken sistemin gelecekteki genişlemesi ve bu genişlemeye bağlı yük olabileck artışlarının göz önüne alınması gerekir. Bunun için proje yapım safhasında gerekli bilgilerin temin edilmesi ve buna göre toplam gücün belirlenmesi ve ayrıca ana panoda gerekli güçte yedek çıkış fiderlerinin göz önünde bulundurulması gerekir. Tesisin gelecekteki genişlemesi için herhangi bir bilgi yoksa transformatorun gücü %25 kadar daha fazla alınmalı ve ana dağıtım panosunda bu yükü karşılayacak en az bir adet yedek çıkış fideri bulundurulmalıdır. Örnek 3: Yukarıda bulunan toplam güç için gelecekte olabilecek yük artışı 92x(1,25)=115 kVA 31,14 Lineer olmayan yüklerin toplam güce oranı .100 = %21 eğriden transformator 151 azalma faktörü %23 olrak belirlenir. 151 Transformatorun harmoniklerle birlikte çekeceği yük = 196,10kVA (1 − 0,23) Seçilen standard transformator gücü 200 kVA olacaktır . 3.2. Darbeli yük çekilmesi durumunda Transformatorun gücünün tayini. Büyük güçte elektrik motorlarına direkt yol verilmesinde şebekeden motor nominal devir hızına erişinceye kadar nominal akımının 6-7 katı kadar şebekeden yol alma akımı çeker . Bu gibi şebekelerde eğer güç besleme sisteminde bulunan enerji hatları ve özellikte transformator çekilen yol alma akımı göz önüne alınmadan seçildiğinde yüksek değerde gerilim çökmelerine ve bunun sonucu olarak sistemde aydınlatma devrelerinde fliker olaylarına ve motor klemenslerine yeterli yol alma momenti sağlayamayacak kadar aşırı düşük gerilim gelmesiyle motorların yol almamasına ve aşırı gerilim düşümleri nedeniyle diğer elektrik cihazlarının devre dışı olmasına kısaca sistemin dinamik stablitesinin bozulmasına neden olunur. Dinamik stablitenin bozulmaması için darbeli yük durumlarında transformator ana dağıtım panosunun ana baralarında gerilim düşümünün %10 dan fazla olmaması istenir. Yukardaki kriterler göz önüne alındığında aşağıdaki kabullere göre darbeli yük durumlarında transformator gücü tayin edilir. • Enerjinin temin edildiği 154 /35 kV indirici merkezdeki ana indirici transformatorun yüklenme durumunun uygun olması ve darbeli yük çekimi sırasında aşırı yüklenmeye neden olmaması gerekir. Bundan dolayı projelendirme safhasında mutlaka enerji dağıtım idaresiyle yüklenme durumu hakkında bilgilendirme yapılmalı ve bilgi alınmalı ve gerekli değişikliklere gidilmelidir.Eğer gerekli mutabakat sağlanırsa Motorun yol alma sırasında darbeyi azaltmak için yol vermeyi devreye gerekli güçte şönt kapasitor bağlayarak sağlamalıdır.(Söz konusu sistem ETMD dergisi Ekim 2004 sayısında Elektrik Motorlu Tahrik Sistemlerinin Boyutlandırılması yazısında açıklanmıştır.) Her ne kadar indirici transformator sekonder gerilimi sabit tutmak için yükte otomatik kademe değiştirici ile donatılmış isede aşırı yüklenme durumunda sekonder gerilim artık sabit tutulamaz. • • İndirici Merkezle Transformator arasında Uygun kesitte Enerji nakil hattı veya kablo hattı çekilmelidir. Darbeli yük çekimi sırasında Enerji nakil hattı ile transformatordaki toplam gerilim düşümü transformator sekonder terminallerinde %10 değerini aşmamalıdır. Bu ise %10 gerilim düşümünün ne kadarlık kısmının enerji nakil hattında ne kadarlık kısmının transformatorda olacağı sorusunu ortaya çıkarır. Bu ise optimum maliyeti verecek ekonomik denge problemidir. Darbeli yük çekme durumunda kullanılan orta gerilim seviyesinde kullanılabilecek azami iletken kesitinde hat üzerindeki gerilim düşümünün %10 değerinin üstüne çıkması ile sonuçlanan yük ve hat uzunluğu durumlarında artık YG/OG indirici merkezin; tesisin yakınlarına yapılması gereğini ortaya çıkarır. I S Transformatorun gücü ∆u (% ) = n.u kr .Sinϕ = 2 .u kr .Sinϕ = 2 .u kr .Sinϕ (11) I 2N S2N İfadesinden hareketle bulunur. S 2 = ∑ S transformatorun sekonderinden çekilen toplam yük S 2 N = S T transformator için gereken güç olmak üzere S T için düzenlenirse ∑ S .u .Sinϕ (40) ifadesiyle elde edilir. ST = kr ∆u (% ) u kr transformatorun empedans gerilimi (nisbi kısa devre gerilimi) (%) Örnek 4: Şekil 7: Şekilde 7 de görülen sistemde TR2 , sekonderindeki 31.5kV gerilimi sabit tutmak için yükte kademe değiştiriciye haiz TR1 indirici transformatorla 3x3/0 PIGEON hatla bağlantısı yapılmıştır. Şekildeki yükleme durumunda motora direkt yol verildiğinde 6,3 kV barada gerilim düşümünün %10 u aşmaması için gerekli transformator gücü bulunacaktır. Motora yol verildiğinde Cosϕ = 0,35 → Sinϕ = 0,937 Motorun yol alma da çektiği güç S MS = S MS .Cosϕ + S MS .Sinϕ = 11,24.0,35 + 11,24.0,937 = 3,94 + j10,53MVA SL2=850 kVA yükün Cosϕ = 0,95 → Sinϕ = 0,312 olduğundan S L 2 = S L 2 .Cosϕ + S L 2 .Sinϕ = 0,85.0,95 + 0,85.0,312 = 0,81 + j 0,27 MVA SL1=3,2MVA yüke ait güç faktörü Cosϕ = 0,95 → Sinϕ = 0,312 olduğundan S L1 = S L1 .Cosϕ + S L1 .Sinϕ = 3,2.0,95 + 3,2.0,312 = 3,04 + j.1MVA Yol verme sırasında Enerji nakil hattından çekilen yük ∑S = S ∑S MS + S L1 + S L 2 = 7,79 + j.11,8MVA = 7,69 2 + 11,8 2 = 14,13MVA 11,8 = 56,57 0 7,79 Güç faktörü ise Cosϕ = Cos56,57 = 0,551 → Sinϕ = 0,835 Toplam yükün faz kayma açısı ϕ = arctan Enerji Nakil Hattındaki gerilim düşümü ∆U = ∑ S .10 3. U LL ∆U = 233Volt 3 .LENH .(R ENH 1 .Cosϕ + X ENH 1 .Sinϕ ) = 3. % olarak gerilim düşümü ∆u = ∆U 0,233 .100 = .100 = %0,74 olacaktır. U LL 31,5 14,13.10 3 .0,63.(0,338.0,551 + 0,348.0,835) 31,5 TR2 transformatoru sekonder baralarında en fazla %10 gerilim düşümüne izin verildiğinden transformatorda izin verilen gerilim düşümü ∆u = %10 − %0,74 = %9,29 olmalıdır. TR2 transformatorunun yol verme sırasındaki yükü ∑ S = (3,94 + j10,53) + (0,81 + j 0,27) = 4,75 + 10,80 ∑S = 11,79 MVA Transformator gücü S T = ∑S .u kr .Sinϕ ifadesi yardımıyla ∆u (% ) u kr = %8 alındığında gereken transformator gücü ∑S 11,79 .8.0,835 = 8,47 MVA ∆u (% ) 9,29 Standard güç olarak 10 MVA seçilir. ST = .u kr .Sinϕ = u kr = %6 alındığında gereken transformator gücü ST = ∑S ∆u (% ) .u kr .Sinϕ = 11,79 .6.0,835 = 6,35MVA 9,29 Standard güç olarak 6,3 MVA seçilir. 4. Tansformatorların Paralel Çalıştırılmaları Halinde Yük Dağılımı Paralel çalışan transformatorlar aynı gerilim çevirme oranına sahip fakat farklı kısa devre empedansına sahip ise transformatorlar arasındaki yük dağılımı aşağıdaki ifadeye göre belirlenir. u K min (41) u KI PI transformatorunun üzerine aldığı yük PNI transformatorunun nominal gücü u KI transformatorunun kısa devre empedansı u K min n adet paralel çalışan transformatorlarda en küçük kısa devre empedansı PI = PNI . Örnek 4: 3-adet transformator paralel çalışacaktır. 1. Transformator. Nominal gücü 800 kVA ,kısa devre empedansı %4,4 2. Transformator. Nominal gücü 500 kVA ,kısa devre empedansı %4,8 3. Transformator. Nominal gücü 315 kVA , kısa devre empedansı %4,0 u K min = %4,0 1. Transformatorun üzerine alabileceği maksimum yük PN 1 = P1 . u K min 4 = 800. = 728kVA u K1 4,4 2. Transformatorun üzerine alabileceği maksimum yük u K min 4 = 500. = 417kVA uK 2 4,8 3. Transformatorun üzerine alabileceği maksimum yük PN 2 = P2 . u K min 4 = 315. = 315kVA uK3 4 3-adet transformator paralel işletmede azami olarak toplam PN 3 = P3 . PTOP = PN 1 + PN 2 + PN 3 = 728 + 417 + 315 = 1460kVA yüklenebilir. KAYNAKLAR Use and Maintenance of ELVIM Oil immersed Distribution Transformers Groupe Schneider Harmonic detection and Filtering Groupe Schneider Transformers Siemens Power Engineering Guide Electric Installation Handbook Volume1 Siemens Electrical Engineering Handbook Siemens Switchgear Manual ABB Distribution Transformer Handbook ABB
