Gerilim Trafosu Seçimi: Doğruluk Sınıfı, Burden ve Bağlantı İçin Pratik Karar Rehberi

Gerilim Trafosu Seçimi: Doğruluk Sınıfı, Burden ve Bağlantı Kararı

Bir OG fiderinin sekonder tarafını projelendirirken masaya iki sayfa gelir: bir yanda enerji analizörü ve sayaç kataloğu, diğer yanda mesafe ve yönlü koruma röleleri. İkisi de aynı gerilim trafosundan beslenecek ama ikisinin gerilim trafosundan beklentisi taban tabana zıttır. Sayaç, anma geriliminin ±%5’lik dar bandında bıçak gibi keskin bir doğruluk ister; koruma rölesi ise arıza anında gerilim sıfıra çökerken bile ölçebilmeyi, yani geniş bir çalışma aralığını önemser. İşte gerilim trafosu (VT) seçimi bu iki beklentiyi tek bir cihazda mı, iki ayrı sargıda mı karşılayacağınıza karar vermekle başlar.

Gerilim trafosu, primerdeki yüksek gerilimi sekonderde standartlaştırılmış bir değere (tipik olarak 100 V, 110 V ya da 110/√3 V) indirerek ölçü ve koruma cihazlarını besleyen, aynı zamanda onları primer geriliminden yalıtan bir cihazdır. Buraya kadarı tanım; asıl mühendislik kararı doğruluk sınıfı, burden ve bağlantı üçlüsünde saklıdır. Aşağıda bu üç ekseni sırayla, sayısal örneklerle ve sahada karşılaşılan hatalarla birlikte ele alıyoruz.

Önce şu soru: ölçme mi, koruma mı?

Seçimin kökü, gerilim trafosundan beslenecek yükün amacına dayanır. Ölçme sınıfı ve koruma sınıfı, IEC 61869-3’te farklı doğruluk mantığıyla tanımlanır ve doğrudan farklı sargıları hedefler.

Ölçme sargıları 0,1 · 0,2 · 0,5 · 1,0 · 3,0 sınıflarıyla belirtilir. Buradaki sayı, anma geriliminin %80–120 bandında ve anma burdeninin %25–100 aralığında izin verilen oransal hata yüzdesidir. Yani 0,2 sınıfı bir gerilim trafosu, bu pencere içinde en fazla ±%0,2 oransal hata yapar. Ticari ölçüm ve enerji sayacı için 0,2 ya da 0,2S; panel göstergesi ve genel ölçüm için 0,5 yaygın tercihtir.

Koruma sargıları ise 3P ve 6P sınıflarıyla anılır. Buradaki mantık farklıdır: hata sınırı, anma geriliminin %5’inden gerilim faktörüne (1,2 · 1,5 · 1,9) karşılık gelen üst değere kadar geçerlidir. Çünkü koruma rölesinin işi tam da gerilimin çöktüğü ya da fırladığı anları görmektir; dar bir doğruluk bandı burada işe yaramaz. 3P sınıfı ±%3 oransal hata verir ve mesafe/yönlü koruma için standart seçimdir.

Pratikte tek bir gerilim trafosu gövdesi içinde iki ayrı sekonder sargı bulunur: biri 0,2/0,5 ölçme, diğeri 3P koruma. Satın alma kararında “tek sargı yeter” diye kırpmak, ileride ya sayacın doğruluğundan ya rölenin görüş açısından ödün vermek demektir.

Doğruluk sınıfını burden aralığı belirler

Doğruluk sınıfı tek başına bir vaat değildir; her zaman bir burden (VA yükü) aralığıyla birlikte anlam kazanır. Bir gerilim trafosunun 0,2 sınıfını tutabilmesi için üzerindeki gerçek yükün anma burdeninin %25 ile %100’ü arasında kalması gerekir. Bu, seçimde en çok atlanan noktadır.

Gerilim koruma rölesinin nasıl çalıştığını bilenler için mantık tanıdıktır: cihazın gerilim girişi belirli bir VA çeker ve bu yükün toplamı gerilim trafosunun sınıfını doğrudan etkiler.

Aşağıdaki tabloda tipik bir OG fiderinin sekonder yükünü çıkarıyoruz:

Toplam yük 9,5 VA çıktı. Eğer 50 VA anma burdenli bir gerilim trafosu seçilirse, çalışma oranı 9,5/50 = %19 olur; bu, %25 alt sınırının altındadır ve ölçme sargısı ilan edilen 0,2 doğruluğunu tutamaz. Doğru seçim 25 VA anma burdenidir: bu durumda çalışma oranı 9,5/25 = %38’e çıkar ve yük, doğruluk penceresinin tam ortasına oturur.

Burada mühendislik yorumu şudur: gerilim trafosunu “ne olur ne olmaz” diye olabildiğince büyük burdenli seçmek, ölçüm doğruluğunu iyileştirmez, tam tersine sekonder yükü alt sınırın altına düşürerek bozar. Burden, yüke göre yakından seçilmelidir.

Gerilim faktörü: yalıtımı topraklama belirler

Gerilim faktörü (voltage factor), gerilim trafosunun sürekli ve kısa süreli olarak dayanabileceği aşırı gerilimi anma geriliminin katı olarak verir. Bu değer, yalıtım tasarımını doğrudan etkilediği için seçimde ihmal edilemez.

IEC 61869-3’e göre sürekli çalışma faktörü tüm sistemlerde 1,2’dir. Kısa süreli değer ise sistemin topraklamasına bağlıdır:

• Doğrudan (etkin) topraklı sistem: 30 saniye için 1,5. Toprak arızasında sağlam fazların gerilimi sınırlı yükselir, çünkü arıza akımı hızla temizlenir.
• İzole veya rezonans (bobinli) topraklı sistem: Otomatik açma varsa 30 saniye, yoksa 8 saat için 1,9. Bu sistemlerde bir faz toprağa değdiğinde sağlam iki fazın gerilimi hat gerilimine kadar tırmanır ve bu durum arıza aranırken saatlerce sürebilir.

İşte bu son madde sahada en pahalı hataların kaynağıdır: izole nötr çalışan bir OG barasına 1,5/30s faktörlü gerilim trafosu takıldığında, sürekli bir toprak arızasında sargı termik olarak zorlanır ve zamanla delinir. Sistemin topraklama biçimi bilinmeden gerilim trafosu sipariş edilmemelidir. Orta gerilim hücre seçimini yaparken hücrenin topraklama konsepti ile gerilim trafosunun faktörü birlikte kararlaştırılmalıdır.

Bağlantı biçimi: yıldız mı, açık üçgen mi?

Gerilim trafosunun bağlantı biçimi, hangi büyüklüğü ölçmek istediğinize göre seçilir.

Yıldız–yıldız bağlantı: Üç fazlı ölçüm ve koruma için standart çözümdür. Her faz için 110/√3 V sekonder verilir; röle ve sayaç faz gerilimlerini ayrı ayrı görür. Faz–toprak arızalarında bireysel faz gerilimlerinin izlenmesi bu bağlantıyla mümkündür.

Açık üçgen (artık gerilim) sargısı: Üç fazın sekonder sargıları seri bağlanarak toprak arızası gerilimini (artık gerilim, 3U0) elde etmek için kullanılır. Normal işletmede üç faz dengeli olduğu için açık üçgen uçlarındaki gerilim sıfıra yakındır; bir faz toprağa değdiğinde ise bu uçlarda toplam 110 V (her sargı 110/3 V) belirir. İzole ve bobinli topraklı sistemlerde toprak arızası tespiti pratikte bu sargı olmadan yapılamaz.

Saha kararı genelde şudur: doğrudan topraklı dağıtım sisteminde faz–toprak arızaları zaten faz akımından görüldüğü için açık üçgen zorunlu değildir; izole ya da rezonans topraklı sistemde ise açık üçgen sargısı ve buna bağlı bir sıfır bileşen aşırı gerilim rölesi neredeyse şarttır.

Uygulamada en sık yapılan hatalar

• Sekonder kısa devre: Akım trafosunun tersine, gerilim trafosunun sekonderi asla kısa devre edilmez. Sekonder kısa devre, sınırsız akım çekilmesine ve sargının yanmasına yol açar. Bu yüzden sekonder devreye mutlaka anma değerine uygun bir koruma sigortası konur.
• Sekonder açık kalması sorun değil, ama koruma kaçar: Gerilim trafosunun sekonderi açık kalırsa cihaz hasar görmez, fakat besledigi röle gerilim göremez ve yanlış çalışabilir. Sigorta atmasını izleyecek bir gerilim trafosu izleme (VT supervision) fonksiyonu koruma rölesinde etkinleştirilmelidir.
• Polarite/faz sırası hatası: Yönlü ve mesafe korumada gerilim ile akımın faz ilişkisi kritiktir. Sekonder uçların polaritesi ters bağlanırsa röle yönü yanlış algılar. Devreye alma sırasında faz açısı vektör diyagramıyla doğrulanmalıdır.
• Toplam burdenin ölçülmeden kabul edilmesi: Kablo uzunluğu arttıkça iletken üzerindeki VA kaybı burden bütçesini yer. Uzun sekonder mesafelerde kesit büyütülmeli ya da bu kayıp burden hesabına eklenmelidir.

Ferrorezonans: gözden kaçan arıza

Gerilim trafosunun kendine özgü bir arıza biçimi ferrorezonanstır. İzole ya da zayıf topraklı sistemlerde, gerilim trafosunun doymuş demir çekirdek endüktansı ile hattın kapasitesi arasında düşük frekanslı, kalıcı bir salınım oluşur. Belirtileri; sekonderde anormal aşırı gerilim, ısınma, gürültü ve zamanla sargı delinmesidir. Şalt manevraları, yük atma ya da tek fazlı toprak arızasının temizlenmesi bu salınımı tetikleyebilir.

Teşhis: Sekonder gerilimlerin dengesiz ve yüksek olması, açık üçgen uçlarında arıza olmadığı halde kalıcı gerilim görülmesi ferrorezonans şüphesi doğurur. Çözüm olarak açık üçgen sargısına bir sönümleme direnci (damping) bağlanır; bu direnç salınım enerjisini ısıya çevirerek olayı bastırır. Direncin değeri ve gücü, gerilim trafosunun anma burdeni ve olası arıza süresine göre seçilir. OG koruma rölesi seçiminde bu senaryoyu görecek bir sıfır bileşen fonksiyonunun bulunması, arızanın erken fark edilmesini sağlar.

Standart çerçevesi ne diyor?

Gerilim trafoları için güncel referans IEC 61869 ailesidir. Genel gereklilikler IEC 61869-1’de, endüktif gerilim trafolarına özgü kurallar IEC 61869-3’te, kapasitif gerilim trafoları (CVT) ise IEC 61869-5’te tanımlanır. Bu seri, eski IEC 60044-2 standardının yerini almıştır; katalog karşılaştırırken üreticinin hangi standarda göre değer verdiğine dikkat edilmelidir.

Pratikte bu standartların söylediği özet şudur: doğruluk sınıfı daima bir burden aralığı ve gerilim bandıyla birlikte geçerlidir; gerilim faktörü ve süresi sistemin topraklamasına göre garanti edilir; ölçme ve koruma sargıları ayrı doğruluk mantığıyla değerlendirilir. Bir gerilim trafosu “0,2 sınıf” diye alınmaz; “25 VA’da, %25–100 yükte, 1,9/8h faktörlü, 0,2/3P çift sargılı” diye şartname yazılarak alınır.

Kapasitif gerilim trafosu (CVT), 100 kV üzeri yüksek gerilim seviyelerinde endüktife göre daha ekonomik olduğu ve hat dalga tuzağı işlevini de üstlendiği için tercih edilir; ancak geçici rejim doğruluğu endüktif tipe göre daha hassas incelenmelidir. Orta gerilim seviyesinde ise endüktif tip standart çözüm olmayı sürdürür.

OG fideriniz için doğruluk sınıfı, burden ve topraklamaya uygun gerilim trafosu şartnamesini birlikte çıkaralım; proje detaylarınızı bize iletin.

📩 gerilim trafosu ihtiyaçlarınız için bize ulaşabilirsiniz.

📧 Teklif ve talepleriniz için: info@electricistanbul.com
🌐 WhatsApp: +90 537 398 12 15