Transformatör Nedir?

Transformatörler, sargılarından birine uygulanan alternatif gerilimi elektromanyetik indüksiyon yolu ile diğer sargılardan aynı frekansta ve aynı güçte iken farklı gerilim ve akım değerlerini elde etmemize sağlayan, hareketsiz elektrik makineleridir. Transformatörler, genellikle enerji iletiminde ve dağıtımında kullanılır. Bunun yanı sıra elektronikte de kullanıldığı yerler vardır. Elektrik enerjisinin santrallerde üretiminden sonra, kullanılacağı yerleşim bölgelerine iletilmesi gerekmektedir. Bu iletim sırasında hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü oluşur. Bunu en az seviyeye getirmek için ya iletken tellerin kesitlerinin arttırılması ya da gerilimin yükseltilmesi gerekir. İletken kesitini arttırmanın maliyeti çok büyük olacağından bu sorun gerilimin transformatörlerle çok yüksek seviyelere getirilmesiyle çözülür. Gerilim yükseltildiğinde güç sabitken akım düşer. Böylece iletkenin akıma gösterdiği direnç yüzünden oluşan ısı ve dolayısı ile enerji kaybı azalmış olur.

Bilindiği gibi, bir transformatör esas itibariyle aşağıdaki kısımlardan oluşur: 

► Manyetik devre,
► Elektriksel devre (Primer ve Sekonder sargılarla transformatörün çıkış uçları), 
► Yalıtım ve soğutma maddeleri, 
► Yardımcı dış soğutma devresi ve gerilim ayar tertibatı (Bazı hallerde mevcuttur.) 

►İlginizi Çekebilir: Transformatör Arızaları ve Sebepleri

Transformatörün tankı tüm ısı kaybını dağıtmalıdır. Dalga duvarlar rulo halinde soğuk haddelenmiş çelikten imal edilmiştir. Hermetik olarak kapatılmış bir transformatörde, çalışma esnasında her zaman sıcaklık değişimi transformatör sıvısında bir miktar hacim değişikliğine neden olur ve bu durum yan duvarlarla veya trafo üstüne monte edilmiş yağ genleşme tankı ile dengelenmelidir. Dalga duvarlı trafolarda mekanik olarak en karmaşık bileşen kapaktır. Çünkü tankı sızdırmaz hale getirmek için cıvata veya kaynak yaparak trafo tankına monte edilirken, aynı zamanda transformatör ekipman bağlantılarının çoğunu barındırır.
 

Dalga duvarlar yeterli olmadığında radyatörler kullanılır. Dalga duvarlar, yüksek güç transformatörlerini soğutmak için yeterli olmayabilir. Radyatörün çalışma prensibi çok basittir. Farklı olarak sadece yağın ısısını dağıtmak için yüzey alanını arttırır. Yük altında, yağ ısındıkça hacim de artar ve ana tankın üst kısmına gelir. Daha sonra bu yağ radyatöre üst vanadan girer ve ısıyı ince radyatör duvarından dağıtarak soğur. Bu soğuk yağ, alt radyatör vanası üzerinden ana tanka geri döner. Bu döngü, transformatör çalıştıkça sürekli tekrarlanır. Transformatör radyatöründe ısının dağılması; Fanlar tarafından sağlanan kuvvetli hava ile daha da hızlandırılabilir. Bu fanlar, radyatör bankına ya da bankın yakınına monte edilmiştir. Bazen, yağın sirkülasyonu yağı soğutmak için yeteri kadar hızlı değildir. O zaman yağ sirkülasyonunu hızlandırmak için bir yağ pompası kullanılabilir.

 

►İlginizi Çekebilir: Elektrik ve Güç Trafoları

Fan soğutması, optimum sıcaklık ve güvenliği korurken, transformatörlerin nominal değerden daha yüksek güce dayanmalarını sağlar. Fanlar ile trafo soğutması dizayn edilirken fanın bulunacağı ortamı göz önünde bulundurmak ve transformatörün sıcaklığını etkileyebilecek faktörleri hesaba katmak oldukça önemlidir. Birçok trafoda, sıcaklık artışını algılayan ve bu artışa tepki veren sıcaklık kontrolcüsü bulunur. Bu kontrolcü sıcaklık artışı sınır değeri geçtiğinde fanların açılmasını sağlar. Hatta daha karmaşık sistemlerde kontrolcü fanların kademe kademe açılarak trafo soğutmasını yapmasını sağlar. Trafo tasarlanırken en optimum soğutma sistemi elde edilmeye çalışılır.

 

 

Transformatörler Bu tip hermetik transformatörde yağ tankı bulunmaz. Transformatör tankındaki dielektrik yalıtım sıvısı (genellikle transformatör yağı) tamamen kapatılmıştır ve atmosfere sıfır temas halindedir. Tasarım, transformatör tankına hava girişini önler, böylece dielektrik sıvının oksidasyonuna izin verilmez. Bu tip trafolar, trafonun sert iklim koşullarında (duman, kirlilik, tozlu ortamlar vb.) monte edileceği veya kullanıcının trafo için düşük bakım tercih ettiği uygulamalarda kullanılır. Bu tip transformatörlerde, yağ genleşmelerinde trafonun zarar görmemesi için yağ tankın belirli bir seviyesine kadar doludur. Bunun yanında, trafo üzerinde ısıya bağlı hacim değişimlerini ölçen ve genleşmenin sınır değerini aşması durumunda yağın dışarı atılmasını sağlayan cihazlar bulunur.
 

Hermetik olarak gaz yastıklı sızdırmaz transformatör, tankın tamamen yağ ile dolu olduğu bir transformatördür. Tank, nem ve oksijenin transformatöre girmesini önleyecek şekilde tamamen kapatılmıştır ve ayrıca azot gazı ile yağın üstüne doldurulmuştur. Transformatör yağı oksijen ve nemle temas ettiğinde kimyasal reaksiyona girer, bu durum transformatör içerisinde izolasyon arızasına neden olur ve transformatörde kısa devre meydana gelebilir veya transformatörün ömrü kısalır.
 

►İlginizi Çekebilir: Trafolarda Kademe Değiştirme İşlemi Nasıl Yapılır?

İç basınç, trafonun yüküne ve sıcaklığına bağlı olacaktır, yük ne kadar yüksekse, basınç o kadar yüksek olur. Gaz yastıklı sızdırmaz transformatörde iç basıncın değişmesiyle hacim değişecektir. Bu hacme göre gaz yastığı genişleme ve büzülme yaparak bir tampon olarak çalışacaktır. Bu özelliği sayesinde yağ genleşmelerinde trafo zarar görmeyecektir.

Yağ tankı, transformatörün en hayati kısmıdır, çünkü yağ tankı çalışma sırasında yağın genleşmesine ve daralmasına müsaade eder. Transformatörün yükü arttığında, yağ sıcaklığı artar, dolayısıyla da yağın toplam hacmi artar. Bu artan yağ hacminin sıkışarak basıncı arttırmasına izin verilmez. Trafonun üst kısmında bulunan yağ tankı genleşen yağa yer açarak olası basınç sorunlarının önüne geçmiş olur. Yağ tankı transformatöre monte edilmezse, tam yüklenme durumunda yüksek yağ basıncı nedeniyle transformatör patlar. Güç trafolarında, yağ tankı ile havanın doğrudan temasını önlemek için teneffüs tertibatı kullanılmaktadır. Bu tertibat, sistemin çalışma fonksiyonunu etkilemeden atmosfer ve trafo yağı arasında kalıcı, esnek ve gözeneksiz bir bariyer sağlar.
 

►İlginizi Çekebilir: Transformatörlerin Üretimi ve Çeşitleri |1.Bölüm

Bu tip transformatörün yağ tankı haznesinin içine NBR malzemeden yapılmış bir hava hücresi yerleştirilmiştir. Silika jel havalandırma ise bu hava hücresinin tepesine bağlanmıştır. Güç transformatöründeki yağ seviyesi, hava hücresinin sönmesi veya şişmesine göre yükselir ve düşer. Hava hücresi söndüğünde, hava hücresinin içindeki hava havalandırma yoluyla dışarı çıkar. Diğer yandan hücre şişirildiğinde, dış hava teneffüs tertibatı yoluyla hava hücresinin içene girer. Hava hücresi ile yağın hava ile doğrudan teması önlenir ve yağın yaşlanma etkisi azalır. Yağ tankında hava hücresinin dışında kalan alan tamamen yağ ile doldurulur. Hava hücresinin dışındaki biriken havanın atmosferle temasını sağlamak için hava hücresinin üst kısmında hava delikleri(teneffüs tertibatı) bulunur. Hava hücresinin içindeki basınç 1.0 PSI'da tutulmalıdır.
 

 

 

Serbest havalandırmalı transformatörler, kapağın altında bir hava yastığı ile donatılmıştır. Hermetik olmadıkları için, yağ daima hava ile temas halindedir. Havanın nemi, filtrelerde dehidre edici tuzlar kullanılarak tutulur. Bu özel filtreler sayesinde trafo yağına nem veya çeşitli partiküllerin karışması mümkün değildir. Bu tasarım, özellikle İngiltere'de tercih edilmektedir.

Elektrik transformatörlerinde sıcaklık artışının ana nedeni bakır kaybıdır. Sıcaklık artışı çözülmezse, trafo sıcaklığı sınırları aşar ve trafo izolasyonu bozulur ve hasar görür. Bu nedenle, transformatör sıcaklığı izin verilen aralıkta tutulmalıdır. Böylece, transformatörün yalıtım ömrünü uzatarak transformatörün güvenli ve sorunsuz çalışması sağlar.


Yüklü ve yüksüz durumdaki kayıpları trafo üreticisinden istemek en doğru yöntemdir, ancak bazen bu veriler mevcut değildir. Bu durumda, sıcaklık artışına göre trafo verimliliğindeki değişim yaklaşık olarak bilinebilir. Örneğin, 80 ⁰C sıcaklığa sahip bir transformatör, 150 ⁰C deki bir trafo ünitesinden % 13-21 daha az işletme enerjisi kullanır. Daha verimli bir transformatör ilk başta daha az atık ısı üretir, ancak transformatörde sıcaklık artışı yalnızca ne kadar ısı üretildiğine değil aynı zamanda bu ısının yayılmasına da bağlıdır. Örneğin, radyatörlü bir transformatör için ısı akışı aşağıdaki gibidir;