Güç Sistemleri Analizi Dersi 3. Ünite Sorularla Öğrenelim

Güç Transformatörleri

1. Soru

Bir elektrik makinası olan transformatörü neden kullanırız açıklayınız.

Cevap

Elektrik enerjisinin en önemli özelliklerinden biri de üretildiği santrallerden çok uzaktaki bölgelere kolayca taşınabilir olmasıdır. Bu taşıma işleminin verimli bir şekilde yapılabilmesi için gerilimin efektif değerinin yeteri kadar büyük olması gerekir. 
Bilindiği gibi elektrik enerjisi, iki farklı tipte olmak üzere; doğru akım (DC) ya da alternatif akım (AC) olarak üretilir. Doğru akımla üretimde, yüksek gerilimli enerji iletimi son zamanlarda büyük önem kazanmıştır fakat şu an için istenilen seviyelere gelememiştir. Teknoloji her geçen gün ilerlediğinden dolayı, enerji sistemlerinde doğru akım kullanımı ilerleyen zamanlarda üst seviyelere çıkacaktır. Buna karşılık; alternatif akım tipindeki elektrik enerjisinin gerilimi, iletimde kullanılmak için, transformatörler vasıtasıyla alçaltılıp yükseltildiğinden günümüzde elektrik enerjisinin alternatif akım ile iletilip kullanılması daha fazla yaygındır. Transformatör, ideal olarak kabul edildiğinde (üzerinde oluşan kayıplar ihmal edildiğinde) alternatif akımın gücünü ve frekansını değiştirmeden gerilim değerini istenilen seviyelere yükseltmeye veya alçaltmaya yarayan bir çeşit elektrik makinesidir. Elektrik enerjisinin alternatif akımla taşınmasında transformatörün önemli rolü vardır ve enerji sistemlerinin yapı taşlarından biridir. Santrallerde jeneratörler yardımı ile üretilen elektrik enerjisinin gerilimi çok yüksek değildir. Jeneratör çıkış gerilimleri 0,4-3,3-6,3-10,6-13,0-14,7-15,8 ve 35 kV mertebelerindedir. Bu gerilimler; enerjinin çok uzak bölgelere taşınabilmesini sağlayacak kadar yüksek olmadığından gerilimin yükseltilmesi ancak transformatör ile gerçekleştirilir.  


2. Soru

Gerilim yükseltme ve alçaltma işlemi için gerekli olan transformatör tiplerini açıklayınız.

Cevap

  • Alçaltıcı Transformatörler: Birincil (primer) sargısına uygulanan gerilim değerini ikincil (sekonder) sargısından daha düşük bir değer olarak elde ettiğimiz transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler adı verilir.
  • Yükseltici Transformatörler: Birincil sargısına uygulanan gerilim değerini ikincil sargısından daha yüksek bir değer olarak elde ettiğimiz transformatörlere yükseltici tip transformatörler adı verilir.


3. Soru

Transformatörler çeşitli özellikleri dikkate alınarak sınıflandırılır. Bu özellikler nelerdir? Transformatör tiplerine göre sıralayınız.

Cevap

  1. Manyetik nüvenin yapılış şekline göre:
    1. Çekirdek tipi
    2. Mantel tipi
    3. Dağıtılmış nüve tipi
  2. Faz sayısına göre:
    1. Birincil ve ikincil sargı da aynı sayı da faza sahip olanlar
    2. Birincil ve ikincil sargı da farklı sayı da faza sahip olanlar
  3. Soğutma şekline göre:
    1. Kuru transformatörler
    2. Yağlı transformatörler
  4. Kuruluş yerlerine göre
    1. İç mekanlarda kullanılan tip
    2. Açık havada kullanılan tip
  5. Sargı tiplerine göre
    1. Silindirik sargı
    2. Dilimli sargı
  6. Çalışma prensibine göre
    1. Sabit akımlı
    2. Sabit gerilimli
  7. Sargı durumlarına göre
    1. Yalıtılmış sargılı
    2. Oto-transformatörler
  8. Soğutucu cinsine göre
    1. Hava ile soğutulan
    2. Yağ ile soğutulan
    3. Su ile soğutulan
  9. Kullanılış amaçlarına göre
    1. Güç transformatörleri
    2. Ölçü transformatörleri
    3. Çeşitli aygıt ve makinalarda kullanılan diğer transformatörler


4. Soru

İdeal transformatörü açıklayınız.

Cevap

Transformatörün sinüssel uyartımda ve kararlı durumda çalıştığı kabul edilmektedir. (s:69, Şekil 3.1); sargılar üstündeki fazör gerilimleri E1 ve E2 , N1 adet sargısı olan birincil sargıya ait I1 fazör akımı ve N2 adet sargıya sahip olan ikincil sargıdan çıkan I2 fazör akımı ile gösterilmektedir. Ayrıca çekirdekte oluşan ?c fazör akısı ve Hc fazör manyetik alan yoğunluğu ile gösterilmektedir. Çekirdeğin kesit alanı Ac, ortalama manyetik alan uzunluğu cl ve sabit kabul edilen manyetik geçirgenliği µc olarak ifade edilmektedir.
İdeal bir transformatör için aşağıdakiler kabul edilir:  Sargıların direnci sıfırdır ve bu yüzden sargılardaki I2R kayıplarının değeri sıfır olur.  Çekirdek geçirgenliği µc sonsuzdur; bu da sıfır çekirdek relüktansına (manyetik direnç) karşılık gelmektedir. Kaçak akı yok olarak kabul edilir; tüm akı, çekirdek ve sargılarda sınırlandırılmıştır. Çekirdek kaybı yok.


5. Soru

Tek-Faz pratik transformatör eşdeğer devresini açıklayınız.

Cevap

Pratik transformatörün ideal transformatörden farkları aşağıda açıklanmıştır. Pratik transformatörde;

  1. Sargılarda direnç vardır.
  2. µc çekirdek geçirgenliği sonludur.
  3. Manyetik akı tamamen çekirdek ile sınırlı değildir.

Çekirdek üzerinde gerçek ve reaktif güç kayıpları vardır


6. Soru

Birim sistemin avantajları nelerdir açıklayınız.

Cevap

Güç sistemlerinde kullanılan voltaj, akım, güç ve empedans gibi nicelikler genellikle birim sistem ile ya da bu niceliklerin baz değerlerinin yüzdesiyle ifade edilirler. Baz değer; aynı zamanda taban değer yada referans değer olarak da adlandırılır. Örneğin, baz gerilimi 20 kV olarak belirtilmişse ve uygulanan gerilim 18 kV ise bu gerilim değeri; birim sistemde, (18/20)=0,9 birim ya da %90 olarak ifade edilir. Güç sistemlerindeki matematiksel hesaplamalar gerçek niceliklerden ziyade birim niceliklerle yapılır. Birim sistemin bir avantajı; uygun baz nicelikleri seçilerek transformatör eşdeğer devresindeki matematiksel işlemler basitleştirilebilir. Birim sistemde ifade edilen voltaj, akım, harici empedans ve admitans değerleri; transformatörün bir sargısından diğer sargısına yönlendirildiğinde değişmediğinden ideal transformatör sargıları görmezden gelinebilir. Bu yüzden birim sistem kullanımı; yüzlerce transformatörü içeren orta büyüklükteki güç sistemlerinde büyük bir avantaj sağlayabilir. Birim sistem; transformatörün bir sargısından diğerine yönlendirirken ciddi hesaplama hataları yapılmasına izin vermez. Birim sistemin diğer bir avantajı da; cihazların anma değerleri baz değer olarak kullanıldığında, benzer tip elektrikli cihazların birim empedansları birbirine yakın dar bir sayısal aralık içinde olur. Bu yüzden, birim empedans verilerinde hata var ise bu hatalar, bilgi sahibi birisi tarafından birim miktarlarıyla hızla kontrol edilebilir. Buna ek olarak, üreticiler genellikle etiket değerlerini; transformatör ve makinelerin empedanslarının birim değerleri ya da yüzdeleriyle belirtirler. Birim değerler aşağıdaki gibi hesaplanabilir; birim=değer gerçek/değer baz değer
Burada gerçek değer, sayının gerçek birimdeki değeridir. Baz değer ise gerçek değer ile aynı birime sahiptir, bu yüzden birim değer boyutsuzdur. Ayrıca, baz değer her zaman gerçek bir sayıdır. Bu nedenle birim değerin faz açısıyla gerçek değerin faz açısı aynıdır. Güç sistemlerinde bir noktada iki bağımsız baz değeri rasgele seçilebilir. Genellikle baz gerilimi VbazLV  ve baz kompleks gücü Sbaz1?  ; tek-faz devreler ya da üç-faz devrelerin tek fazı için seçilir. Birim sistemde elektrik kanunlarının geçerli olabilmesi için diğer baz değerleri için (s:79 Denklem 3.30-33)’deki ilişkiler kullanılmalıdır. (s:79 Denklem 3.30-33) denklemlerinde üç-fazlı devreler için kullanılan; “LN” ve “1? ” indisleri “hat nötr arası ” ve “faz-başına veya tek-faz” terimlerini ifade etmektedir. Ayrıca bu eşitlikler, indisler ihmal edildiğinde, tek-fazlı  devreler için de geçerlidir.
Hesaplamalarda baz değerler için aşağıdaki iki kural kabul edilir:

  1. Sbaz1? değeri, ilgili güç sisteminin tamamında aynıdır.
  2. Transformatörün herhangi bir tarafındaki baz gerilim oranı, transformatörün anma gerilim oranlarıyla aynı seçilir.

Bu iki kural uygulandığında, transformatörün bir tarafından diğer tarafına yönlendirme yapılırken kullanılan birim empedans değeri değişmeden kalır.


7. Soru

Oto-transformatörleri genel hatları ile avantaj ve dezavantajlarından bahsederek  açıklayınız.

Cevap

Tek-faz çift sargılı bir transformatör (s:88 Şekil 3.14(a))’da iki ayrı sargısıyla, aynı transformatör (s:88 Şekil 3.14(b))’de ise iki sargısı seri bağlanmış olarak gösterilmiştir. (s:88 Şekil 3.14(b))’deki bağlantı şekline oto-transformatör denir. (s:88 Şekil 3.14(a))’deki bildiğimiz genel tek-faz transformatörde; çift sargı ortak çekirdek akısı üzerinden manyetik olarak birleştirilmiştir. Oto-transformatörde ise, Şekil 3.14(b), sargılar hem elektriksel hem de manyetik olarak birleştirilmiştir. Ototransformatörlerin birim kaçak empedansları bilinen genel transformatörlerden daha küçüktür;
Bunun sonucunda hem daha küçük seri-gerilim düşümü oluşur (avantaj) hem de daha yüksek kısa-devre akımları (dezavantaj) oluşur. Oto-transformatörlerin ayrıca daha düşük birim kayıpları (daha yüksek verim), daha düşük uyarma akımları ve sarım oranı çok büyük değilse daha az maliyetleri vardır. Sargıların elektriksel bağlantıları; kısa süreli aşırı gerilimlerin oto-transformatörden kolayca geçmelerine izin verir.
Eş değer devre elemanları  bulunurken transformatörlere iki farklı  test uygulanır. Bunlar; kısa-devre ve açık-devre testleridir. Güç sistemlerinde kullanılan gerilim, akım, güç ve empedans gibi nicelikler genellikle birim sistem ile ya da bu niceliklerin baz değerlerinin yüzdesiyle ifade edilirler.
Birim sistemin bir avantajı; uygun baz nicelikleri seçilerek transformatör eşdeğer devresindeki matematiksel işlemler basitleştirilebilir. Transformatör tek-fazlı olmalarının yanında üç-fazlı  olarak da üretilirler.
Üç-fazlı sistemlerde bu tip transformatörlerin ciddi faydası  vardır. Ayrıca Oto-transformatörde ise, sargılar hem elektriksel hem de manyetik olarak birleştirilmiştir. Ototransformatörlerin birim kaçak empedansları bilinen genel transformatörlerden daha küçüktür. Bunun sonucunda hem daha küçük seri-gerilim düşümü¨ oluşur (avantaj) hem de daha yüksek kısa-devre akımları (dezavantaj) oluşur


8. Soru

Elektrik enerjisinin en önemli özelliklerinden biri de üretildiği santrallerden çok uzaktaki bölgelere
kolayca taşınabilir olması ile gerilimin efektif değerinin yeteri kadar büyük olması arasında nasıl bir ilişki vardır?

Cevap

Elektrik enerjisinin en önemli özelliklerinden biri de üretildiği santrallerden çok uzaktaki bölgelere
kolayca taşınabilir olmasıdır. Bu taşıma işleminin verimli bir şekilde yapılabilmesi için gerilimin efektif değerinin yeteri kadar büyük olması gerekir.


9. Soru

Elektrik enerjisinin üretildiği iki farklı akım nelerdir?

Cevap

Bilindiği gibi elektrik enerjisi, iki farklı tipte olmak üzere; doğru akım (DC) ya da alternatif akım
(AC) olarak üretilir. Doğru akımla üretimde, yüksek gerilimli enerji iletimi son zamanlarda büyük önem kazanmıştır fakat şu an için istenilen seviyelere gelememiştir.


10. Soru

Günümüzde elektrik enerjisinin alternatif akım ile iletilip kullanılması daha fazla yaygın olmasının nedeni nedir?

Cevap

Teknoloji her geçen gün ilerlediğinden dolayı, enerji sistemlerinde doğru akım kullanımı ilerleyen zamanlarda üst seviyelere çıkacaktır. Buna karşılık; alternatif akım tipindeki elektrik enerjisinin gerilimi, iletimde kullanılmak için, transformatörler vasıtasıyla alçaltılıp yükseltildiğinden günümüzde elektrik enerjisinin alternatif akım ile iletilip kullanılması daha fazla yaygındır.


11. Soru

Transformatörlerin işlevi nedir?

Cevap

Transformatör, ideal olarak kabul edildiğinde (üzerinde oluşan kayıplar ihmal edildiğinde) alternatif akımın gücünü ve frekansını değiştirmeden gerilim değerini istenilen seviyelere yükseltmeye veya alçaltmaya yarayan bir çeşit elektrik makinesidir.


12. Soru

Jeneratör çıkış gerilimleri hangi düzeylerdedir?

Cevap

Santrallerde jeneratörler yardımı ile üretilen elektrik enerjisinin gerilimi çok yüksek değildir.
Jeneratör çıkış gerilimleri 0,4-3,3-6,3-10,6-13,0-14,7-15,8 ve 35 kV mertebelerindedir.


13. Soru

Enerjinin çok uzak bölgelere taşınabilmesini sağlayacak kadar yüksek olmadığı durumlarda gerilimin yükseltilmesi nasıl gerçekleştirilir?

Cevap

Santrallerde jeneratörler yardımı ile üretilen elektrik enerjisinin gerilimi çok yüksek değildir.
Jeneratör çıkış gerilimleri 0,4-3,3-6,3-10,6-13,0-14,7-15,8 ve 35 kV mertebelerindedir. Bu gerilimler; enerjinin çok uzak bölgelere taşınabilmesini sağlayacak kadar yüksek olmadığından gerilimin yükseltilmesi ancak transformatör ile gerçekleştirilir.


14. Soru

Alçaltıcı transformatörlerin işlevi nedir?

Cevap

Alçaltıcı Transformatörler: Birincil (primer) sargısına uygulanan gerilim değerini ikincil (sekonder)
sargısından daha düşük bir değer olarak elde ettiğimiz transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler adı verilir.


15. Soru

Yükseltici Transformatörlerin işlevi nedir?

Cevap

Yükseltici Transformatörler: Birincil sargısına uygulanan gerilim değerini ikincil sargısından daha
yüksek bir değer olarak elde ettiğimiz transformatörlere yükseltici tip transformatörler adı verilir.


16. Soru

Manyetik nüvenin yapılış şekline göre Transformatörler nasıl sınıflandırılmaktadır?

Cevap

Transformatörler çeşitli özellikleri dikkate alınarak sınıflandırılır:
1. Manyetik nüvenin yapılış şekline göre:
a. Çekirdek tipi
b. Mantel tipi
c. Dağıtılmış nüve tipi


17. Soru

Transformatörler soğutma şekline göre nasıl sınıflandırılmaktadır?

Cevap

Soğutma şekline göre:
a. Kuru transformatörler
b. Yağlı transformatörler


18. Soru

Transformatörler kuruluş yerlerine göre nasıl sınıflandırılmaktadır?

Cevap

Kuruluş yerlerine göre
a. İç mekanlarda kullanılan tip
b. Açık havada kullanılan tip


19. Soru

Transformatörler soğutucu cinsine göre nasıl sınıflandırılmaktadır?

Cevap

Soğutucu cinsine göre
a. Hava ile soğutulan
b. Yağ ile soğutulan
c. Su ile soğutulan


20. Soru

Güç sistemlerinde kullanılan voltaj, akım, güç ve empedans gibi nicelikler genellikle hangi değerle ifade edilir?

Cevap

Güç sistemlerinde kullanılan voltaj, akım, güç ve empedans gibi nicelikler genellikle birim sistem ile ya da bu niceliklerin baz değerlerinin yüzdesiyle ifade edilirler.


21. Soru

Baz değer farklı olarak nasıl adlandırılır?

Cevap

Baz değer; aynı zamanda taban değer yada referans değer olarak da adlandırılır.


22. Soru

Baz gerilimi 20 kV olarak belirtilmişse ve uygulanan gerilim 18 kV ise bu gerilim değeri; birim sistemde nasıl ifade edilir?

Cevap

Baz gerilimi 20 kV olarak belirtilmişse ve uygulanan gerilim 18 kV ise bu gerilim değeri; birim sistemde, (18/20)=0,9 birim ya da %90 olarak ifade edilir.


23. Soru

Uygun baz nicelikleri seçilerek transformatör eşdeğer devresindeki matematiksel işlemler basitleştirilebilir, bu durumun avantajı nedir?

Cevap

Birim sistemin bir avantajı; uygun baz nicelikleri seçilerek transformatör eşdeğer devresindeki matematiksel işlemler basitleştirilebilir. Birim sistemde ifade edilen voltaj, akım, harici empedans ve admitans değerleri; transformatörün bir sargısından diğer sargısına yönlendirildiğinde değişmediğinden ideal transformatör sargıları görmezden gelinebilir. Bu yüzden birim sistem kullanımı; yüzlerce transformatörü içeren orta büyüklükteki güç sistemlerinde büyük bir avantaj sağlayabilir.


24. Soru

Birim sisteminde cihazların anma değerleri baz değer olarak kullanılmasının avantajı nedir?

Cevap

Birim sistem; transformatörün bir sargısından diğerine yönlendirirken ciddi hesaplama hataları yapılmasına izin vermez. Birim sistemin diğer bir avantajı da; cihazların anma değerleri baz değer olarak kullanıldığında, benzer tip elektrikli cihazların birim empedansları birbirine yakın dar bir sayısal aralık içinde olur. Bu yüzden, birim empedans verilerinde hata var ise bu hatalar, bilgi sahibi birisi tarafından birim
miktarlarıyla hızla kontrol edilebilir. Buna ek olarak, üreticiler genellikle etiket değerlerini; transformatör ve makinelerin empedanslarının birim değerleri ya da yüzdeleriyle belirtirler


Kayıt Yenileme (Ders Ekle Sil)
7 Şubat 2022 Pazartesi