HERMETİK TRAFO NEDİR?

Trafolar, özel uygulamalar dışında genellikle yağlı tip trafo ve kuru tip trafo olmak üzere iki ana tipte üretilir. En yaygın kullanılan trafo tipi ise yağlı tip trafolardır. En çok kullanılan yağlı tip trafo tipi hermetik tip trafodur. Bunun başlıca nedenleri, daha düşük maliyete sahip olmaları ve açık hava koşullarına, ağır çalışma şartlarına karşı uzun yıllar boyunca dayanıklı olmalarıdır.

Hermetik trafo, yağlı tip trafo grubunun özel bir çeşididir. Çalışma prensibi, önceki yazılarımızda bahsedilen genel transformatör prensibiyle aynıdır. Hermetik trafoda en kritik konu, izolasyonun ve soğutmanın nasıl sağlandığıdır.

Hermetik Trafo Çeşitleri

Yağlı tip trafo, hermetik trafo ve genleşme depolu trafo olmak üzere iki ana çeşide ayrılır.

Hermetik trafo, vakum altında doldurulmuş özel trafo yağı içerisinde sargıların tamamen dış atmosfere kapatıldığı bir sistemdir. Isınan yağın genleşmesi, trafo kazanının elastik ve dalgalı yapısındaki dalga duvarları sayesinde kontrol altına alınır. Bu sayede trafo yağı ile dış ortam arasında hiçbir temas olmaz.

Genleşme depolu trafo ise sargıların yağ içerisinde olduğu, ancak kazanının bir genleşme haznesi aracılığıyla atmosfere açık olduğu tiptir. Isınan yağ genleşerek kazanın üzerindeki genleşme deposuna doğru akar, soğuduğunda ise geri döner.

Genleşme depolu trafolarda yağın atmosfere açık olması bazı dezavantajlar yaratır. Nem, toz veya sıvı gibi yabancı maddelerin yağa girmesi durumunda izolasyon bozulabilir ve sargılar arasında kısa devre arızası oluşabilir. Bu riski azaltmak için genleşme deposunun hava giriş noktasına silikajel (nem tutucu) konulur. Silikajel, havadaki nemi emer ve trafo yağı ile hava arasında basınç dengesini sağlar. Silikajelin rengi zamanla değiştiği için belirli periyotlarda kontrol edilip değiştirilmesi gerekir.

Hermetik trafo, bu dezavantajları ortadan kaldırdığı için özellikle bakımın zor olduğu veya nemli ortamlarda daha güvenli ve uzun ömürlü bir çözüm sunar.

Aynı zamanda nüve tipine göre de yağı tip trafo çekirdek tipi, mantel tip, dağıtılmış tip olarak üçe ayrılır. Kullanılan trafoların neredeyse tamamına yakın çekirdek tipi olarak üretilmektedir.

Hermetik Trafoların Yapısı

Yağlı tip transformatörlerin genel yapısında şu temel bileşenler bulunur:

• Alüminyum veya bakır sargılar
• Silisli saclardan üretilmiş manyetik nüve (çekirdek)
• Trafo yağı (izolasyon ve soğutma için)
• Kademe değiştirici
• Kazan
• Kablo buşingleri
• Hermetik kontrol rölesi
• Basınç emniyet valfi
• Tekerlekler
• Kontaklı yağ sıcaklığı termometresi

Eğer trafo genleşme depolu tipte ise yukarıdaki bileşenlere ek olarak şu parçalar da yer alır:

• Genleşme deposu
• Buchholz rölesi
• Silikajel (nem tutucu)

Hermetik trafo yapısında ise genleşme deposu, Buchholz rölesi ve silikajel gibi bileşenler bulunmaz. Bunun yerine trafo tamamen vakum altında yağla doldurulur ve dış atmosfere kapalı bir sistem olarak tasarlanır. Bu yapı, hermetik trafo’nun bakım ihtiyacını azaltır ve daha uzun ömürlü çalışmasını sağlar.

Hermetik Trafo Sargıları ve Nüve Yapısı

Transformatör sargıları, uygulamaya göre elektrolitik bakır veya alüminyum iletkenlerden üretilir. Sargılar iki ana gruba ayrılır: alçak gerilim sargıları ve yüksek gerilim sargıları.

• Alçak gerilim sargıları genellikle folyo (levha) veya kağıt izoleli dikdörtgen kesitli iletkenlerden oluşur.
• Yüksek gerilim sargıları ise emaye veya kağıt izoleli yuvarlak ya da dikdörtgen kesitli iletkenlerle sarılır.

Türkiye’de TEDAŞ şartnameleri ve Avrupa Eco Design EU/548 düzenlemelerine göre dağıtım transformatörlerinde (hermetik trafo dahil) genellikle alüminyum sargı kullanılır. Alüminyum sargı, bakıra göre daha düşük maliyetlidir.

Güç transformatörlerinde ise durum farklıdır. Özellikle 10 MVA ve üzeri büyük güçlerde bakır sargı tercih edilir. Çünkü bu güçlerde alüminyum sargı kullanıldığında trafo kazanı daha büyük olmak zorunda kalır ve toplam maliyet artar. Bu nedenle belli bir güce kadar alüminyum sargı, belirli bir güçten sonra bakır sargı kullanmak transformatörlerde optimum maliyet ve performans dengesini sağlar.

Transformatör nüvesi ise soğuk haddelenmiş, elektronları yönlendirilmiş, yüksek manyetik geçirgenliğe sahip silisli saclardan imal edilir. Bu özel saclar, enerji kayıplarını (demir kaybı) minimum seviyede tutarak trafo verimliliğini artırır.

Hermetik Trafo Koruma ve İzleme Sistemleri

Hermetik trafolarda elektronik bir koruma rölesi kullanılır. Bu röle, trafo içindeki gaz tahliyesini, yağ sıcaklığını ve kazan içindeki basıncı sürekli olarak izler ve gösterir. Genellikle 400 kVA ve üzeri güçteki hermetik trafolarda tercih edilir.

Rölenin üzerinde gaz tahliyesi, kazan basıncı ve yağ sıcaklığı için ayrı ayrı ikişer adet kontak bulunur. Operatör tarafından belirlenen limit değerlerine göre alarm veya açma sinyali üretir. Bu sinyal, trafonun bağlı olduğu orta gerilim hücresindeki koruma rölesine gider ve kesiciye açma komutu vererek transformatörü enerjisiz hale getirir.

Buchholz rölesi ise sadece genleşme depolu trafolarda bulunur. Kazan ile genleşme deposu arasında boruyla bağlanır. Bu analog röle, transformatör içindeki küçük gaz birikmeleri, ani yağ hareketleri ve yağ kaçaklarını algılayarak uyarı verir. Hermetik trafodaki elektronik röle gibi çalışır ve aynı şekilde orta gerilim hücresindeki kesiciye açma komutu göndererek trafoyu korur.

Trafo kazanı ise iki farklı yapıda üretilir:

• Radyatörlü kazan
• Dalga duvarlı kazan

Kazan tabanı, alt ve üst kısımları yumuşak çelikten imal edilir. Ön ve yan yüzeylerde bulunan dalga duvarlar, trafo yağının soğuma yüzeyini oluşturur ve ısı transferini sağlar.

Trafo Yağı Özellikleri

Yağlı tip transformatörlerde en önemli bileşenlerden biri trafo yağıdır. Trafo yağı, özel olarak rafine edilmiş mineral bazlı bir yağdır. Elektriksel olarak yüksek yalıtım dayanımına sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda kararlılığını korur.

Hermetik trafo da dahil olmak üzere yağlı tip trafolarda trafo yağı sadece yalıtım görevi yapmakla kalmaz, aynı zamanda sargılardan oluşan ısıyı üzerine alarak soğutma işlemini gerçekleştirir. Isınan yağ genleşir ve ısı transferini sağlayarak sargıların aşırı ısınmasını önler.

Geçmiş yıllarda trafo yağı, sadece transformatörlerde değil, yağlı tip kesiciler, yüksek gerilim kondansatörler ve diğer yüksek gerilim ekipmanlarında da yalıtım ve soğutma amacıyla yaygın olarak kullanılırdı.

Hermetik trafoda yağ tamamen vakum altında doldurulduğu ve dış atmosfere kapalı tutulduğu için yağın oksidasyon ve nem alma riski minimum seviyededir. Bu da hermetik trafonun daha uzun ömürlü ve sorunsuz çalışmasını sağlar.

Trafo yağının en önemli iki özelliği yüksek delinme dayanımı ve iyi ısı iletkenliğidir. Yağ, hem yüksek gerilim hem de alçak gerilim sargılarını çevrelediği için elektriksel yalıtımı çok güçlü olmalıdır.

Yağın içerisine hava, nem, toz veya herhangi bir sıvı girmesi kesinlikle istenmez. Bu maddeler trafo yağının izolasyon özelliğini hızla bozar. İzolasyonun bozulması durumunda sargılar arasında kısa devre arızası oluşma riski çok yükselir.

Hermetik trafoda yağ tamamen vakum altında doldurulduğu ve dış atmosfere kapalı tutulduğu için bu riskler minimum seviyededir. Ancak yine de trafo yağının performansını uzun yıllar boyunca koruması için belirli periyotlarla yağ numunesi alınarak laboratuvar kontrolü yapılması önerilir.

Bu kontroller sayesinde yağın izolasyon değeri, nem oranı, asitlik seviyesi ve diğer kritik parametreleri takip edilerek hermetik trafonun sağlıklı ve uzun ömürlü çalışması sağlanır.

Hermetik Trafo Neden Isınır ve Soğutma Nasıl Yapılır?

Transformatörlerde iki temel kayıp türü bulunur:

• Bakır kayıpları (yükte kayıplar)
• Çekirdek kayıpları (boşta kayıplar – histerezis ve fuko kayıpları)

Bu kayıpların ana ısı kaynağı bakır kayıplarıdır. Histerezis ve girdap (fuko) akımları da ısı üretse de, bakır kaybı bunların toplamından genellikle çok daha yüksektir.

Hermetik trafo’da kazanın içindeki ısı eşit şekilde dağılmazsa trafo sıcaklığı sürekli yükselir. Bu aşırı ısınma, sargılardaki kağıt izolasyonuna ve trafo yağına ciddi zarar verir. Özellikle büyük güçteki trafolarda gerilim ve yük arttıkça sargı ısısı daha da yükselir.

Bu nedenle hermetik trafolarda etkili soğutma çok önemlidir. Soğutma yetersiz kalırsa veya ortam şartları olumsuz olursa sargıların yanması, izolasyon bozulması ve kısa devre arızası gibi ciddi sorunlar ortaya çıkabilir.

Hermetik trafo tasarımı, bu ısı yönetimini en verimli şekilde sağlamak amacıyla özel dalga duvarlı kazan yapısı ve vakum altında yağ doldurma tekniği ile desteklenir.

Ülkemizde transformatörler genellikle maksimum 40°C ortam sıcaklığı ve 1000 metre rakım şartlarına göre üretilir. Irak, Katar gibi sıcak iklimli ülkelerde ise transformatörler 55°C ortam sıcaklığına uygun olarak imal edilir.

Transformatör üretimi sırasında ortam sıcaklığı ile sargı sıcaklık artışının toplamı 105°C’yi geçmemelidir. Bu değeri aşmak, hem yüksek gerilim (YG) hem de alçak gerilim (AG) sargıları arasındaki yalıtkan malzemeleri hem de trafo yağının izolasyon özelliğini bozar.

Bu nedenle Türkiye’de kullanılan hermetik trafo ve diğer yağlı tip trafoların sargı sıcaklığı, 40°C ortam sıcaklığında maksimum 65°C’ye kadar çıkabilir. Sargı sıcaklığı bu sınırı aşarsa trafo kalıcı hasar görebilir.

Yağlı tip trafolar, TEDAŞ şartnamesine göre dağıtım şirketlerine devredilecek projelerde en fazla 1600 kVA gücüne kadar beton köşk (trafo köşkü) içine yerleştirilir. Çünkü beton köşk üreticilerinin havalandırma ve soğutma testleri 1600 kVA gücüne göre yapılmıştır.

Hermetik Trafo Soğutma Kodları

Transformatörlerde kullanılan soğutma yöntemleri aşağıdaki kodlarla belirtilir:

• ONAN (Oil Natural Air Natural): En yaygın kullanılan soğutma tipidir. Yağ doğal dolaşımla ısınan sargılardan ısıyı alır ve trafo kazanının dış yüzeyi (dalga duvarlar) aracılığıyla doğal hava akımıyla ısıyı dışarı atar. Genellikle dağıtım trafolarında (hermetik trafo dahil) tercih edilir.
• ONAF (Oil Natural Air Forced): Yağ doğal dolaşımla hareket eder ancak soğutma fanları devreye girerek radyatörler üzerinden zorlamalı hava üfler ve ısı transferini hızlandırır. Bu tip soğutma genellikle daha yüksek güçlü trafo ve güç trafolarında kullanılır.

Hermetik trafo’da etkili soğutma, trafo ömrünü doğrudan etkileyen en kritik unsurlardan biridir.

Hermetik Trafo Avantajları ve Teknik Şartname

Mineral yağın yüksek dielektrik dayanımı ve etkili soğutma özelliği, hermetik trafo’nun uzun ömürlü ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlar. Hermetik trafo, hareketli parçası olmaması, aşırı akım ve aşırı ısınma durumlarına karşı gelişmiş koruma sistemleriyle donatılabilmesi sayesinde arıza yapması oldukça zor bir elektrik makinesidir.

Hermetik trafo’nun en büyük avantajlarından biri düşük bakım gereksinimine sahip olmasıdır. Periyodik olarak yapılan yağ analizleri ve izolasyon testleri ile trafo durumu kolayca takip edilebilir. Ayrıca yaklaşık %99 seviyesinde yüksek verimlilik sunar.

Türkiye’de yağlı tip dağıtım trafoları için “TEDAŞ MLZ/99.032E Hermetik Tip OG/AG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi” uygulanmaktadır. Ülkemizdeki uygulamalarda 2500 kVA gücüne kadar kullanılacak hermetik trafolar bu şartnameye uygun olarak üretilmek zorundadır.

Bu şartname, hermetik trafonun kalite, güvenlik ve performans standartlarını belirleyen en önemli referanstır.