Nüfus arttıkça elektriğe olan ihtiyaç artmakta, bu da dolaylı olarak trafo kullanımını artırmaktadır. Havalimanları, alış veriş merkezleri, rüzgar santralleri, hastaneler gibi büyük ve kompakt yapıların da benzer şekilde artması, gelişme göstermesi buralarda trafo kullanımını artırmaktadır. İşte bu gibi büyük ve özel yapılarda kullanılan veya kullanılması tercih edilen kuru tip trafo üretimi ülkemizde de son 10 yılda hem yaygınlaştı hem de büyük gelişmeler gösterdi. Yakın gelecekte kuru tip transformatör üretimi başka alanlarda da kullanılacak şekilde yaygınlaşacağı artık herkesin malumudur.



Bu gelişmeler ışığında, üretimi ve kullanımı yaygınlaşan kuru tip transformatörlerin kalitesinin tespitinde en önemli kıstaslardan birisi trafo bobinlerini yalıtmak için kaplanan epoksi reçinenin dökümü ve vakumlanması işlemidir. Çünkü reçine dökümünde, vakumlanmasında ve bobinlerin kurutulmasında meydana gelebilecek istenmeyen olaylar trafo bobinlerinde çok küçük ebatlarda da olsa hava boşluklarına sebebiyet verecektir. Yine reçine içindeki yabancı maddeler veya tozlar ve hava boşlukları kuru tip trafonun bobinlerinde elektrik deşarjlarının oluşmasına ve zamanla artan deşarj miktarıyla bobinlerin hasar görmesine yol açar.

Bu yazıda, kuru tip transformatörlerde oluşan kısmi deşarjların elektriki yapısını, oluşumunu ve ölçümünü inceledik.

 

Trafo izolasyonu içindeki hava boşluğunu veya yabancı maddeleri Şekil 1'de ki ε0 bölgesi olarak gösterebiliriz. Trafo gerilim altında kaldıkça bu bölgede elektriki deşarjlar meydana gelecektir. Buna kısmi deşarj ismini veriyoruz. Kısmi deşarj miktarının artması bu bölgenin iletken hale geçmesini neden olacaktır. Bu da zincirleme etkiyle izolasyonun tamamen bozulmasına ve bobinin hasar görüp sarımlar arası kısa devrelere yol açacaktır.

 

Şekil 1: Trafo İzolasyonu İçindeki Hava Boşluğu veya Yabancı Maddeler

 

Sarımlar arası, sargılar arası veya sargılar ile toprak arası izolasyonun bir kapasite oluşturmasından yola çıkarak kısmi deşarj ölçümü yapılır. Trafo izolasyonundaki kapasiteleri ve deşarj kaynağının kapasitesini Şekil 2'de göstermek mümkündür. Hatalı CF bölgesinde meydana gelen boşalmalar belirli periyotlarla devam eder. Boşalmalar genelde sinüs geriliminin pozitif ve negatif yönde yükselme bölgelerinde meydana gelir. Şekil 2'de Ut(t) trafo üzerindeki gerilimi gösterir iken U'1(t) deşarj gerilimini, I'1(t) ise deşarj akımını göstermektedir. Deşarjlar trafonun herhangi bir fazında meydana gelebilir.


 

Şekil 2: Trafo İzolasyonundaki Kapasiteler ve Deşarj Kaynağının Kapasitesi
 

Ulusoy Elektrik Trafo Test Laboratuvarı'nda, deşarj ölçümü için trafonun her bir fazına paralel olarak kapasiteler (kuplaj kondansatörü) bağlanarak deşarj akımının veya akımlarının kapasiteler arasında sirkülasyon yapması sağlanır. Şekil 3’te tek fazlı eşdeğer devresi gösterilen ölçüm sisteminde Ca kapasitesinde meydana gelen deşarj ile oluşan akım Ck kapasitesi (kuplaj-ölçüm kondansatörü) üzerinden devresini tamamlarken ölçüm kondansatörüne seri bağlı ölçüm empedansı (Zmi) yardımıyla ölçülür. Daha sonra ölçülen akım bir integratör (integral alıcı) devreden geçirilerek elektron yükü (coulomb) miktarı değeri elde edilir. Elde edilen pico (10-12) coulomb (pC) mertebesindeki yük miktarı trafonun o fazının kısmi deşarj seviyesidir.

Şekil 3: Deşarj Ölçüm Sistemi Tek Fazlı Eşdeğer Devresi

Ulusoy Elektrik Trafo Test Laboratuvarı'nın kullandığı gelişmiş kısmi deşarj ölçüm sistemi, kısmi deşarjın sinüs gerilimi üzerinde hangi bölgede olduğunu görsel olarak göstermektedir. Yandaki şekilde verilen örnekte kısmi deşarın olduğu bölgeler ölçüm sisteminde mavi noktalı olarak gösterilmiştir. Bu sayede kısmi deşarın kaynağı konusunda yorum yapabilme imkanı doğmakta ve hata kaynakları ile ilgili arşiv elde edilmektedir.

Kuru tip transformatörler için hazırlanmış olan IEC 60076-11 standardına göre kısmi deşarj seviyesi 10 pC’un altında olmalıdır. Eğer kısmi deşarj miktarı 10 pC’un çok üzerinde ise ve bu durum bobin içindeki hava boşluğu veya yabancı maddelerden kaynaklı ise bobinin zamanla elektriki deformasyonu artıp yanmasına sebebiyet verebilecektir.

Kısmi deşarj limit seviyesinin yağlı tip trafolara (100 pC) nispeten çok az olması ölçüm yapılan test odasının deşarj seviyesinin düşük olmasını gerektirmektedir (< 2pC). Bu da test odasının Faraday kafesi şeklinde yapılması, topraklamanın işletme topraklamasından ayrılması ve çok düşük topraklama direnci değerinin elde edilmesi, enerji kaynağının çok iyi filtrelenmesi ile mümkün olabilmektedir. Aynı zamanda ölçüm sisteminin hassasiyeti de ölçüm sonuçlarına direk etki etmektedir. Ulusoy Elektrik Trafo Test Laboratuvarı'nda olarak Faraday kafesi ortam kısmi deşarj seviyesi 0,8 pC’un altındadır.

Kısmi deşarj seviyesi limit değerinin önümüzdeki yıllarda aşağıya çekilmesi ihtimali kuru tip transformatörlerin üretiminin daha özenli yapılmasını gerektirmektedir. Bobinlerin daldırılarak kaplandığı reçinenin hazırlanması büyük dikkat isteyen bir işlemdir. Çünkü reçine birkaç bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin uygun oranlarda seçilmesi, ısıtılması, dökülmesi, vakumlanması, bobinin sağlamlığını, yanmazlığını sağlamakla birlikte bobin içinde toplu iğne ucu kadar da olsa bir hava boşluğunun oluşmamasına yardımcı olacaktır.



Kısaca özetleyecek olursak kuru tip trafoların üretimi özel dikkat gerektiren bir süreçtir. Üretim kalitesinin tespitinde en önemli kıstas ise kısmi deşarj seviyesidir. Bu seviyenin veya miktarın tespiti de hassas ölçüm sistemi, ortam gürültüsünden arındırılmış test odası, uzman ve teknik personel ile mümkün olmaktadır. Kısmi deşarj seviyesi limit değerlerin çok altında olan bir kuru transformatör, kullanıcısı için uzun yıllar bakım gerektirmeyen ve güvenilir bir ürün olacaktır.

Ulusoy Elektrik, yaklaşık 20 yıldır orta gerilim hücre ve ekipmanları üretiminde edindiği epoksi reçine döküm ve reçineli üretim tecrübesini trafo bobini dökümünde de uygulayarak kaliteli üretimine yeni bir sayfa açmıştır. Bu sayede kuru tip trafo üretiminde hem yurt içinde hem de yurt dışında iddialı bir konuma gelmekle birlikte kuru tip trafo için en önemli kıstas olan kısmi deşarj konusunda neredeyse deşarj olmayan (pd free) trafolar üretip bunları en hassas ölçüm sistemi ve donanım ile tespit etmektedir.


Ulusoy Elektrik Transformatör Fabrikası Tanıtım Filmi





Sinan Emir BOZ
Ulusoy Elektrik Trafo Test Mühendisi

Kaynak: