Siemens A.Ş. - Enerji@nahtar - Teknik Makale - Siemens A.Ş.
file:///J:/AKIM TRAFOSU DOYMA teknik_makale_.htm
Enerji@nahtar
Teknik Makale Akım transformatörlerinin seçiminde çevirme oranı (Ip/Is), hassasiyet (klas), güç (burden; bağlanabilecek maksimum yüke ait güç [VA]), hassasiyet sınır faktörü (n), kısa devre dayanım akımı (Ith), frekans (Hz) parametrelerini ve birlikte kullanılacağı (röle, ölçü aletleri vb.) cihazları birbirinden bağımsız değerlendirmek çok sık yaşanan yanılgıların temelini oluşturmaktadır. Bu yanılgılardan biri de sekonder gücün tayininde ortaya çıkmaktadır. Çoğu zaman tüketicilerin ve kurumların ihtiyaçlardan bağımsız belirlemiş oldukları güç ve sekonder akım değerleri kullanılıyor, hatta kullanılmak zorunda kalınmaktadır. Gerçek ihtiyaçların, işletme koşullarının ve ölçü transformatörü parametreleri arasındaki ilişkinin ihmali; ekonomik olmayan trafo maliyetleri, yanlış ölçümler, rölelerin koruma görevini yerine getirememesi, sekondere bağlanan cihazların zarar görmesi veya çalışma ömrünün azalması gibi istenmeyen sonuçlara neden olabilmektedir. Sekonder gücün etkisini, sekonderine bir ampermetre bağlanmış olan 50 /5 A, klas 0,5, FS10, 15 VA, 16 kA (1 s), 50 Hz'lik bir ölçü akım transformatörünün üzerinde inceleyerek açıklayalım.
Şekil 1. Akım transformatörünün elektromanyetik eşdeğer devresi Bilindiği üzere Şekil 1'deki sekonder devrenin empedansı Zs= Rs+jXLs'dir. Rs; Rs =Rhat + Ri, hattın direnci ve trafonun iç direncinin toplamı, XLs ise sekonder bobinin endüktansıdır. Sekonder devredeki hat mesafesinin 6 m, kablo kesitinin de 4 mm2 olduğunu kabul edersek, hat kaybı; Bilindiği üzere Şekil 1'deki sekonder devrenin empedansı Zs= Rs+jXLs'dir. Rs; Rs =Rhat + Ri, hattın direnci ve trafonun iç direncinin toplamı, XLs ise sekonder bobinin endüktansıdır. Sekonder devredeki hat mesafesinin 6 m, kablo kesitinin de 4 mm2 olduğunu kabul edersek, hat kaybı;
Phat = R x I2 = 0.535x 52 =1.34 VA hesaplanır:. Akım ölçü aletlerinin tüketim gücü sekonder akıma bağlı olarak değişir. Sekonder akımın 5 A veya 1 A olması dikkate alınarak günümüzdeki standart ampermetrelerin tüketim güçleri araştırıldığında genellikle ~0,3 VA ile maksimum 1,2 VA arasında değiştiği görülür. Bazı ampermetrelerin 0,3 VA'den bile daha az tüketime sahip olduğu da bilinir. Sekonder akımın 5 A olduğu örneğimizde ortalama olarak tüketim gücü ~0,7 VA alınacaktır. Transformatör iç direnci; sekonder akım, kısa devre akımı, talep edilen sekonder yükün büyüklüğüne ve kullanılacak nüvenin boyutlarına göre değişkenlik gösterir bu örnekteki Ri= 0,2 (75oC ) ohm alınabilir. Bu bilgilere ve kabullere bağlı olarak Is=5 A için sekonder taraftaki toplam kayıp güç; Pt_kayıp = P içdirenç + P hat + Pampermetre , Pt_kayıp = 0,2 x 52 + 1.34 + 0.7 , Pt_kayıp = 7,03 VA'dir. Ölçü transformatörleri, istenen ölçüm hassasiyeti (klas), sekonder yük ve iç kayıplar dikkate alınarak üretilirler. Ölçü trafo nüvesinin çalışma noktası ise, ölçü çekirdeği ve koruma çekirdeği olmasına bağlı olarak ayarlanır. Primerden nominal akımın n katı kadar akım geçerken; ölçü çekirdeği mıknatıslanma eğrisinin kırılma bölgesine yakın, koruma çekirdeği ise lineer bölge ile kırılma bölgesi arasında çalışacak şekilde tasarlanırlar. 1) Lineer bölge (ilk kıvrılma ile ikinci kıvrım arasındaki bölge), 2) Diz noktası, kırılma bölgesi, 3) Doyum bölgesi. Örnekteki emniyet katsayısı Fs10 olan ölçü çekirdeği, sekonder tam yük (15 VA) ile yüklü iken;
1 -> 5
18.06.2011 11:55
Siemens A.Ş. - Enerji@nahtar - Teknik Makale - Siemens A.Ş.
file:///J:/AKIM TRAFOSU DOYMA teknik_makale_.htm
primerden 10 x In kadar bir akım geçmesi durumunda (10 x 50=500 A) kırılma bölgesinde /doyma bölgesine yakın çalışması beklenir. Bu nedenle nüvenin istenen emniyet katsayısında doyum bölgesine yaklaşmasını sağlamak için (ya da doyum bölgesine girmesi için) emniyet katsayısından biraz daha küçük bir katsayı (... Bu prensibe göre tasarlanmış ölçü akım trafosunun, gerçek çalışma durumundaki FS faktörünü belirlemek için aşağıdaki eşitlik kullanılır. Tasarlanan (FS x (sekonder güç + iç kayıplar)) = Gerçek (FS x Is'de tüketilen güç) (1) Örnekte, tasarlanan (9 x (15 + 5)) = Gerçek (FS x 7,03), Gerçek FS= 25,6'dır. Bu sonuca göre gerçek çalışma koşullarında söz konusu trafo; primerinden nominal akımın 25,6 katı 50 x 25,6=1280 A'lik, sekonderinden ise 5x25,6= 128 A'lik bir akım geçtiğinde kırılma ya da doyum bölgesinde çalışmaya başlayacaktır. Ancak kullanılan nüvenin mıknatıslanma eğrisine bağlı olarak primerden 16kA gibi bir kısa devre akımı geçtiğinde ise; sekonderde 128 A'den büyük, hatta kA seviyesinde akım oluşabilir. Böylesi büyük akımlara maruz kalan sekonder ekipmanlar ve en kötüsü müdahalede bulunan operatörler zarar görebilir. Özetle ölçü çekirdeğinin emniyet katsayısı, kullanım şartlarına bağlı olarak. emniyetsizlik katsayısı haline gelebilir. Bunun sebebi (1) bağıntısında da anlaşılacağı üzere trafonun gereğinden fazla büyük güçte seçilmiş olmasıdır. Gereken sekonder yük; Ph+PA= 1,34 + 0,7=2,34 VA olmasına rağmen ölçü çekirdeği 15 VA seçilmiş olduğundan sadece ~%15 yüklenmektedir. %15 gibi düşük yüklenme ile çalışma, emniyet katsayısının (FS) aşılmasına sebep olmanın yanında, ölçü çekirdeğinin asıl amacı olan ölçüm işleminin doğruluğunu da etkilemektedir. Söz konusu etkiyi açıklamak için ölçü çekirdeklerinin doğruluk sınıflarının nasıl belirlendiğini incelemek gerekir: IEC 60044-1 standardına göre ölçü çekirdeklerinin doğruluk sınıfları ve bunlara karşılık gelen yüzde hata değerleri; primer akım, nominal akımının %5 ile %120'si arasında ve sekonder yükü de %25 ile %100 arasında değiştirilerek yapılan testler sonucunda belirlenir. Aşağıdaki tabloda IEC 60044-1'e göre ölçü akım trafolarında doğruluk sınıflarına göre müsaade edilebilen akım ve faz hata değerleri yer alıyor.
Doğruluk sınıfı (klas)
(±) Nominal akım yüzdesine göre müsaade edilen akım hatası (%)
(±) Nominal akım yüzdesine göre müsaade edilen faz açısı hatası (dakika)
5
20
100
120
5
20
100
120
0.1
0,4
0,2
0,1
0,1
15
8
5
5
0.2
0,75
0,35
0,2
0,2
30
15
10
10
0.5
1,5
0,75
0,5
0,5
90
45
30
30
1.0
3,0
1,5
1,0
1,0
180
90
60
60
Örnekteki 50/5 A, klas 0,5, 15 VA olan ölçü çekirdeğini bu tabloya göre değerlendirecek olursak: Primerinden 2.5 A geçerken (nominal akımının %5'i) ve sekonderi minimum 3,75 VA ve maksimum 15 VA yüklü iken (15 VA'in min.%25'i ve mak. %100'ü) müsaade edilen akım hatası %1,5'u aşmıyorsa, Primerinden 10 A geçerken (%20'si) ve sekonderi minimum 3,75 VA ve maksimum 15 VA yüklü iken müsaade edilen akım hatası %0,75'i aşmıyorsa, Primerinden 50 A geçerken (%100) ve sekonderi minimum 3,75 VA ve maksimum 15 VA yüklü iken müsaade edilen akım hatası %0.5'i aşmıyorsa, Primerinden 60 A geçerken (%120) ve sekonderi minimum 3,75 VA ve maksimum 15 VA yüklü iken müsaade edilen akım hatası %0,5'i aşmıyorsa Kendi doğruluk sınıfı olan 0,5'i sağladığı sonucuna varılır. Standartta belirtilen koşulların dışındaki çalışma durumunda ise klasını sağlamama riski söz konusudur.
2 -> 5
18.06.2011 11:55
Siemens A.Ş. - Enerji@nahtar - Teknik Makale - Siemens A.Ş.
file:///J:/AKIM TRAFOSU DOYMA teknik_makale_.htm
Örnekteki trafonun hassasiyet bakımından minumum %25 ile yüklenmesi ve emniyet katsayısının da mümkün olduğunca minimize edilmesi gerekir. Bunun için trafonun sekonder gücünü, 15 VA yerine 3,75 VA ya da maksimum 5 VA ve trafo yapılabilirliği mümkünse emniyet faktörünü Fs5 seçmek optimum sonucu verecektir. Özetle ölçü çekirdeğinin sekonder gücünün belirlenmesinde: Đhtiyaç duyulan gerçek güç, Uzun vadede ilave cihazlar olması durumunda gerekecek maksimum güç, Kısa devre anında sekonderden geçecek akım değeri, Sekonder kablo kesitinin, ölçü aletlerinin kısa devre akım değerine dayanımı, Eğer bilinçli olarak gereken güçten büyük bir güç seçilecekse ve doyuma girme akımı dayanım sınırlarını zorlayacak mertebedeyse devrenin ilave sigorta ile korunması, ayrıca trafo dizayn aşamasında üreticinin bilgilendirilmesi unsurlarını dikkate almak gerekir. Koruma çekirdeği sekonder gücünün tayininde de bu unsurlara dikkat edilmesi gerekmekle birlikte, kullanım amacı nedeniyle sekonder güç (burden) ve n faktörüne bakış açısı değişir. Bilindiği gibi koruma akım çekirdeği için "n" faktörü artık koruma faktörü "P" adını alır ve dizayn kriterleri de ölçü çekirdeklerinden farklılık gösterir. Bu yüzden koruma çekirdeğinde, yapılacak koruma tiplerine ve kullanılacak rölelerin özelliklerine de bağlı olarak koruma faktörünün seçiminin ayrıca ele alınması gerekir. Sonuç olarak; ölçü trafolarında ister ölçü çekirdeği, ister koruma çekirdeği olsun unutulmaması gereken; Güç ve n faktörünün birbirine bağımlı parametreler olduğu, Amacına uygun ve güvenli çalışma etikette yazan teknik değerler ile gerçek çalışma koşullarının uyum içinde olmasına bağlıdır. Bu hususlar ve trafo dinamikleri arasındaki etkileşimler dikkate alındığında amaca uygun, operatör ve cihaz güvenliğinin sağlandığı daha ekonomik çözümler de mümkün olacaktır. Notlar: Farklı uygulamalar için Tablo 3'deki hassasiyet sınıflarının dışında başka sınıflar da (örneğin 0,2S, 0,5S... ) mevcuttur.
3 -> 5
18.06.2011 11:55
Siemens A.Ş. - Enerji@nahtar - Teknik Makale - Siemens A.Ş.
file:///J:/AKIM TRAFOSU DOYMA teknik_makale_.htm
Enerji@nahtar - Sayı 28 Haberler Teknik Makale Editör
4 -> 5
18.06.2011 11:55
Siemens A.Ş. - Enerji@nahtar - Teknik Makale - Siemens A.Ş.
file:///J:/AKIM TRAFOSU DOYMA teknik_makale_.htm
Đçimizden Biri Arşiv
Seher Günaltay
[email protected] Enerji Sektörü Güç Sistemleri Analizi Uzmanı
© Siemens AG 2002-2008
5 -> 5
18.06.2011 11:55
