TRANSFORMATÖRLER | 1. BÖLÜM

TRANSFORMATÖRLER | 1. BÖLÜM

Transformatör Nedir, Neden Kullanılır?

Trafo nedir, neden kullanılır? Trafo çalışma prensibi nasıldır? Elektrik enerjisini santraller vasıtasıyla üretiyor, enerji nakil hatları ile iletiyor ve daha sonra şehirlerde enerjinin kullanılacak şekilde dağıtımını yapıyoruz. Bu proseste transformatörler (kısa adıyla trafolar) büyük önem arz etmektedir.  Hem şehir şebekelerinde hem de enterkonnekte şebekelerde akım/gerilim değerlerinin ve kayıpların kontrol edilmesiyle optimum verimlilik sağlanır.

Genel anlamda transformatörler (trafolar) elektrik enerjisinde gerilimin bir değerden başka bir değere dönüşümünü yapan elektriksel cihazdır. Trafolar, kendisine gelen gerilimi değiştirdiği için teoride gücün sabit kaldığını düşünecek olursak doğal olarak akımı da değiştirmiş oluyor. Böylece sistemin hem gerilimini hem de akımını değiştirdiği için kayıpları, iletken kesitleri, anahtarlama mekanizması gibi parametreleri de değiştireceğinden elektrik enerjisinin kontrolü istenilen ölçüde yapılabilmektedir. Hareketli bir parçası olmadığı için motor, generatör (alternatör) gibi diğer elektrik makinelerine göre daha verimlidir. %99’lara yakın verimlilikleri vardır ancak yine de kayıplardan dolayı çıkış gücü bir miktar azalacaktır.

Trafo Çalışma Prensibi

Trafo temel çalışma prensibi, elektromanyetizma yasalarına dayanmaktadır. Transformatörlerde birincil sargı (primer sargı) ve ikincil sargı (sekonder sargı) olmak üzere iki sargı bulunur. Bu sargılar yalıtılmış, silisli saclardan oluşan bir çekirdek etrafına sarılır. Elektrik enerjisi, primer sargıya uygulandığında, bu sargıda bir akım oluşur ve bu akım manyetik bir alanın oluşmasına neden olur. Primer sargıdaki akımın büyüklüğü ve yönü, manyetik alanın büyüklüğünü ve yönünü belirler. Bu manyetik akı, çekirdek üzerinden ikincil sargıya iletilir ve ikincil sargı üzerinde bir EMF (elektromotor kuvvet) indükler. Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasasına göre değişken (alternatif) bir manyetik alan, bir iletkende elektrik akımı üreteceğinden transformatör, bu temel prensibe dayalı olarak çalışır. Sekonder sargı üzerindeki EMF, sekonder devrede bir akımın oluşmasına yol açar. Sekonder sargıdaki sarım sayısı, birincil sargıdaki sarım sayısına göre farklı olduğundan, gerilimin değeri de farklı olacaktır.

Trafo Çalışma Prensibi Önemli Özellikleri

Transformatörler, teorik olarak güç ve frekans değişmeden elektrik enerjisinin gerilim değerini değiştirdiğinden akım değeri de otomatik olarak değişir. Böylece enterkonnekte şebekelerde gerilimi yükselterek dolayısıyla akım düşürülerek enerji iletilir. Akımın düşmesi, iletken kesitlerini düşüreceğinden kayıpları azaltır. Ayrıca iletken maliyetlerini de düşürür. Enerji santrallerinde gerilim 400 V, 690 V, 800 V, 6,3 kV veya 11 kV olarak üretilir. Bir yükseltici (step-up) trafo vasıtasıyla şebekenin kullanım durumuna göre, orta gerilime daha sonra ise yüksek gerilime çıkarılır. Enerji iletim hatlarıyla güç, uzun mesafeler kat ettikten sonra yine bu sefer indirici (step-down) trafolar ile önce orta gerilime daha sonra günlük hayatta kullanıma uygun alçak gerilim (400V veya 220 V) seviyesine indirilir. Türkiye’de orta gerilimde transformatörler 15,8 kV, 31,5 kV veya 34,5 kV seviyelerinde kullanılıyorken, yüksek gerilimde bu değerler 110 kV, 154 kV veya 380 kV’dur. Başka ülkelerde farklı gerilim değerleri kullanılmaktadır.

Trafoların verimlerinin %99 mertebelerinde olmasından dolayı şebekedeki kayıpları düşük oranda etkilidir. Elektrik şebekelerinde çok sayıda transformatör kullanıldığı için kayıplarda yapılacak küçük iyileştirmeler bile tüm sistemin verimliliğinde büyük katkılar sağlamaktadır. Bu yüzden trafo üreticileri, %99 olan verimi daha yukarıya, %100’e yakın bir seviyeye çıkarmaya çalışmaktadır.

Transformatörlerin iletkeni ya alüminyum ya da bakır sargıdır. Bakır sargılı trafolar halen günümüzde kullanılmaktadır ancak maliyetinden dolayı artık alüminyum sargılı trafolar daha çok tercih edilmektedir. Alüminyum daha düşük maliyette bir iletken olduğu için bakıra göre mukavemeti daha sert olsa da teknolojinin gelişmesiyle aynı kayıplarda ve test değerlerinde alüminyum sargılarla trafolar üretilebilmektedir.

Transformatör Çeşitleri Nelerdir?

Faz sayısına göre trafolar; monofaze ve trifaze olmak üzere iki çeşittir. Trifaze yani üç fazlı transformatörler güç sistemleri ve dağıtım şebekelerinde kullanılırken, monofaze transformatörler genelde alçak gerilim otomasyon sistemlerinde veya güç elektroniğinde kullanılmaktadır.

İzolasyon şekillerine göre trafolar; kuru tip ve yağlı tip trafolar. Kuru tip transformatörler, patlama özelliği olmadığı için insanların yoğun olduğu alanlarda (hastane, otel, tiyatro alanları vb.) kullanılırken, yağlı tip trafolar ise fabrikalarda, güneş enerjisi tesislerinde vb. yerlerde dış ortama açık ve ağır şartların olduğu yerde kullanılır.

Kullanım yöntemine göre trafolar; güç trafoları, dağıtım trafoları, indirici ve yükseltici trafolar, ölçü transformatörleri, özel amaçlı transformatörler. Transformatörler uygulamaya göre istenildiğinde her türlü kullanıma uygun olarak üretilebilir. Burada sadece birkaç tipin verildiğini belirtmek gerekir çünkü daha fazla trafo tipi de bulunmaktadır. Güç transformatörleri enerji santrallerinde veya şehir & enterkonnekte şebekelerde kullanılır. Güç değerleri yaklaşık 5 MVA ile 1000 MVA arasında değişir. Dağıtım transformatörleri ise en fazla 5 MVA’ya kadar üretilirken, şehir şebekelerindeki orta gerilimi başka bir orta gerilime veya 400 V’luk alçak gerilime dönüştüren trafolardır. İndirici (step-down) ve yükseltici (step-up) trafolar ise aslında birer dağıtım veya güç transformatörleridir. Sadece primer sargılarına gelen gerilimin değerini eğer sekonder sargılarında düşürüyorsa indirici tip (step-down), yükseltiyorsa yükseltici tiptir (step-up). Ölçü transformatörleri ise karşımıza akım transformatörleri ve gerilim transformatörleri olarak çıkar. Bu trafolar, akım ve gerilim sinyallerinin doğru bir biçimde ölçülmesinde kullanılmaktadır. Özel amaçlı transformatörler ise çok geniş bir yelpazeye sahiptir. Birkaç tip örnek verecek olursak; izolasyon trafoları, yüksek frekans darbe transformatörleri vb. gibi trafo tipleri sayılabilir.

Bu belirtilen trafo tipleri, transformatörlerin sadece birkaç çeşidini kapsar. Her bir transformatör türü, belirli bir uygulama veya işlev için tasarlanır ve farklı özelliklere sahiptir. Uygulamanın gereksinimlerine ve çalışma koşullarına bağlı olarak farklı transformatör türleri kullanılır. Bu makalede daha çok endüstriyel tesislerinde, güç ve enerji sistemlerinde kullanılan transformatörlerden bahsedilse de bunların yanında transformatörler yaygın şekilde elektronik cihazlarda, güç elektroniğinde ve otomasyon sistemlerinde de kullanılmaktadır. Sonuçta gerilimi sadece 220 V ve üzeri devrelerde değil, mV mertebelerinde veya 220 V ve altındaki değerlerde kullanılan elektronik, haberleşme, telekomünikasyon, tıbbi cihazlar gibi yapılarla da büyük ölçüde kullanılmaktadır.