Transformatör Merkezleri ve Donanımları

Santrallerde üretilen enerjinin iletilmesi ve dağıtılması transformatör merkezleri, şalt sahaları ve trafo postaları ve diğer tesis elemanları yardımı ile yapılmaktadır. Transformatör merkezlerinde bulunan transformatörler, elektrik enerji sistemin en önemli parçasını oluştururlar. Bununla birlikte transformatör merkezlerinde diğer elektrik enerjisi devre elemanlar vardır. Bu elemanlar sırasıyla akım ve gerilim transformatörleri, oto transformatörler, parafudurlar, ayırıcılar, kesiciler, bara sistemleri, pano, ölçme elemanları, kumanda elemanlarıdır

Şalt sahaları, elektrik santrali ile enterkonnekte şebeke arasındaki bağlantıyı sağlayan yüksek gerilim ünitelerinin bir arada bulunduğu tesislerdir.

Elektrik enerjisini toplamaya veya dağıtmaya yarayan ünitelerden oluşan şalt sahaları ve transformatör merkezlerinde kullanılan çeşitli donanım ve tesis elemanları arasında,
• Güç transformatörleri
• Ölçü trafoları (Akım veya gerilim transformatörleri).
• Baraya bağlantı için kullanılan ayrıcılar (Seksiyonerler)
• Devre kesicileri (Disjonktörler)
• Yüksek gerilim sigortaları
• Çeşitli röle ve topraklama elemanları
• Parafudurlar
• Kondansatörler.
• Endüksiyon bobinleri sayılabilir.

Üretilen elektrik enerjisinin gücünü değiştirmeksizin akım ve gerilim değerlerini değiştirmeye yarayan elektrik makinelerine transformatör ya da kısaca trafo denir.

Yapıları incelendiğinde transformatörler bir demir çerçeve üzerine sarılmış iki ayrı bobin sarımından oluşur. Bobinlerden birine gerilim uygulanırken diğer bobinden alçaltılmış veya yükseltilmiş gerilim elde edilir. Gerilimin uygulandığı bobine primer (birincil) sarım, diğerine sekonder (ikincil) sarım adı verilir.

Transformatöre gerilimin uygulanmasıyla ortaya çıkan akım, sargı etrafında bir manyetik alan oluşturur. Bu alan, diğer sargıda bir gerilim ortaya çıkarır. Bu alan aynı zamanda demir çekirdeği ısıtır. Bu nedenle demir çekirdekli transformatörler düşük frekanslarda (genellikle 50 hertz(Hz)) kullanılır.

İndüktif reaktans ( XL ): Transformatörün sargı tellerinin alternatif akım direncidir.

Sekonder(ikincil) akımı ile primer akımı orantılı olan ve bu iki akım arasındaki faz farkı yaklaşık 0° olan transformatörlere akım transformatörleri denir.

Bir transformatörde oran değişikliği:
1. Primer sarım sayısını değiştirerek,
2. Sekonder sarım sayısını değiştirerek,
3. Primer ve sekonder sarım sayısını değiştirerek şeklinde yapılabilir. Bu üç yöntem içerisinde en ucuz ve avantajlı olan yöntem, primer sarım sayısını değiştirmektir.

Normal trafolarda primer ve sekonder olmak üzere iki sargı bulunurken oto transformatörlerde sadece bir sargı vardır. Bu sargı hem primer sargının hem de sekonder sargının görevini yapar. Oto transformatörlerde gerilim dönüşümü tek sargı üzerinden yapıldığından ikinci bir sargıya gerek yoktur. Sargı sayısı düşürüldüğünden kaçak reaktans da azaltılmış olur.

Oto transformatörün avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
1. Gerilimi alçaltıp yükseltmek için tek sargı kullanıldığından küçük güçlerde daha az yer kaplar.
2. Çıkış gerilimi istenilen şekilde ayarlanabilir.
3. Normal transformatörlere göre daha az ısınırlar.
4. Verimi yüksektir.
5. Bakır ve demir kayıpları azdır.

Soğutma şekline göre transformatörler yağlı ve kuru tip olmak üzere iki çeşittir.

Yağlı tip transformatörler, elektrik santralleri, dağıtım merkezleri, şantiyeler ve trafo merkezleri gibi birçok alanda kullanılırlar.

Kuru tip transformatörler, alışveriş merkezleri, fabrikalar, hastaneler, hava alanları gibi enerjinin kesilmemesi gereken bakım için zaman kaybının olmasının istenmediği yerlerde kullanılır.

Parafudurlar yüksek gerilim hatlarında bir nedenle (hat arızaları, ani gerilim yükselmeleri, yıldırım düşmeleri vb.) oluşabilecek yüksek gerilimin enerji iletim hattına zarar vermesini engellemek amacıyla kullanılan koruma elemanlarıdır.

Her ne kadar parafudur ile paratonerin işlevleri birbirine yakın gibi olsa da bu iki eleman birbirlerine karıştırılmamalıdırlar. Parafudur genellikle akım taşıyan şalt sahası elemanlarını, yüksek gerilimden koruyan eleman iken paratoner ise köprü,
kule, minare gibi yüksek yapıları, elektrik santralleri, büyük işletmeleri yıldırımdan korumak amacıyla kullanılan bir tesisattır.

Bu tipteki ayırılar 60, 154, 220, 380, ve 800 kV gibi yüksek ve çok yüksek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılırlar. Çoğunlukla harici tipleri kullanılır. Ama bina içlerindeki yüksek gerilim trafo merkezlerinde de kullanılabilir. Hareketli kontaklarla bağlantılı olan izolatör kendi ekseni etrafında belli açılarda döndürülebilir. Tek döner izolatörlü ayırıcı ve çift döner izolatörlü ayırıcı olmak üzere ikiye ayrılır.

Ayırıcıların görevlerine göre; hat ayırıcısı, bara ayırıcısı, toprak ayırıcısı, by-pass ayırıcısı, transfer ayırıcısı, bara bölümleyici ayırıcılar olmak üzere altı çeşidi vardır.

Kesicilerin kontakları kapalı durumda iken elektrik güç akışını sağlamakla, kontakları açıkken ise güç akışını durdurmakla görevlidirler. Güç akışını kontak elemanları arasındaki teması sağlayarak, durdurmayı ise kontaklar arasındaki elektriksel iletimi keserek yaparlar.

Arkın söndürüldüğü ortama göre kesicilerin; yağlı kesiciler, az yağlı kesiciler, havalı kesiciler, basınçlı havalı kesiciler, SF6 gazlı kesiciler ve vakumlu kesiciler olmak üzere altı tipi vardır.

Kesici seçiminde dikkat edilmesi gereken temel özellikler aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır.

Anma gerilimi: Bir kesicinin anma gerilimi bağlandığı noktada oluşabilecek en yüksek gerilimden küçük olmamalıdır. Ülkemizde genellikle 17,5-72,5-170-245-420 kV anma gerilimli kesiciler kullanılmaktadır.

Anma frekansı: Bu değer kesicinin olduğu şebekenin frekansıdır ve çoğunlukla 50 Hz 'dir.

Sürekli anma akımı: Kesicilerin zarar görmeden sürekli olarak taşıyabildiği akımın etkin değeridir.

Darbe kısa devre akımı: Kesicinin dayanabileceği darbe kısa devre akımının maksimum değeri olarak tanımlanır.

Açma süresi: Bu değer kesicinin kapalı olduğu anla ark kontaklarının tamamen açılmasına kadar geçen süreyi ifade eder.

Kesme süresi: Açma süresinin başlangıcı ile ortamın iyonizasyon olması sırasında geçen süredir.

İletim ve dağıtım şebekelerinde kullanılacak bara çeşitlerinin tespit edilmesinde; yükün miktarı ve cinsi, enerji üretim kaynaklarının sayısı, kullanılacağı yerin özelliği ve enerjinin sürekliliği dikkate alınmalıdır.
Bara sistemlerini,
• Tek bara sistemi
• Çift bara sistemi
• Yardımcı bara sistemi
• Santral içi ihtiyaç baraları şeklinde sınıflandırmak mümkündür.

Elektrik tesislerinde akım ve gerilimi kontrol etmek ve sorunsuz bir şekilde kontrolü sağlamak amacıyla kumanda elemanları kullanılır. Kullanılan bu kumanda elemanları; kontaktör, aşırı akım rölesi ve zaman rölesidir.

Şalterler, devrenin aşırı akım ve gerilim nedeniyle zarar görmesini engellemek ve devreyi normal olarak açıp kapamak amacıyla kullanılan elemandır. Bulundukları devrede daha önceden ayarlandıkları akım değerine ulaştığında devreyi hemen ya da gecikmeli olarak açıp devreyi korumaya alırlar.