Akım Trafosu Nedir? Nasıl Çalışır? Ne İşe Yarar? 

Akım trafosu nedir: Devreden geçen akımı ölçmek için kullanılan ölçü transformatörleridir. Akım trafosu, primer akımı ile sekonder akımı orantılı ve bu akımlar arasındaki faz farkı (0°) olan elektrik trafolarıdır.

Yüksek akımların ölçü aletleri tarafından direkt ölçülmesi, maliyetinin yanı sıra oldukça tehlikeli ve zordur. Bundan dolayı devreden geçen akımın ölçülebilmesi için belirli bir değere indirgenmesi gerekir.

Devreye seri olarak bağlanan akım trafosu, primer devreden geçen akımı manyetik bir kuplaj ile küçültür. Sekonder devresine ve bu devreye bağlı cihazlara aktarır. Sekonder devrede döngüsel akım oluşur. Bu sayede sekonder sargıya paralel bağlanan ölçü aletiyle primer devrede geçen akım miktarı ölçülebilir.

Akım Trafosu Yapısı

• Primer sargı ve terminalleri
• Sekonder sargı ve terminalleri
• Manyetik nüve ve gövde

Aynı çekirdek nüve üzerinden primer ve sekonder sargıları yüksek ve alçak gerilimlerde kullanılmak üzere sarılırlar. Primer sargısı kalın bakır telden ve birkaç sipirden sarılır. Sekonder sargısı çok sipirli ince tellidir. Bu sargılar birbirlerine iyi bir şekilde izole edilmişlerdir. Böylece alçak gerilim ve yüksek gerilim devrelerinde cihazların büyük akımlarla zorlanması önlenmiş olur.

Akım Trafosu Nasıl Çalışır?

Çalışma prensibi ve parçaları bakımından trafolara çok benzemektedir. Ama akım trafosu, sekonderi kısa devre çalışan ve çıkış akımı belirli oranda (ölçme ve koruma röleleri için) sınırlandırılmış özel bir trafodur.

Manyetik demir bir nüve ve üzerine sarılmış primer bir sargı, bu sargıya ters yönde sarılmış sekonder sargı olmak üzere üç bölümden oluşur. Primer sargı üzerinden geçen akım, manyetik demir nüve üzerinde bir manyetik akı oluşturur.

Nüvede oluşan bu akı, sekonder sargı üzerinde bir gerilim indüklenmesine neden olur. ölçü aleti Sekonder sargıya paralel bağlanır. Sekonder devreden geçen akım sarım yönünün ters olması nedeniyle demir nüvede ters yönde bir manyetik akı oluşturur. Oluşan bu akı, primer sargı üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik akıyı dengeler.

Bu nedenle akım trafolarının sekonder uçları mutlaka bir ölçü cihazı veya bir yük ile kısa devre edilmelidir. Yoksa ters yönde bir manyetik akı oluşmayacak ve akı dengelenmediği için manyetik demir nüve ısınarak arızalanacaktır. Ayrıca bu durum sekonder uçlardaki gerilimi artıracağından, teknik elemanlar için tehlike oluşturur.

Akım Trafosu Ne İşe Yarar?

Akım trafoları ölçüm amacıyla kullanılırlar. Ölçü aletlerini ve koruma rölelerini primer geriliminden izole eder, güvenli çalışmaya olanak sağlar. Değişik primer değerlerine karşılık, standart sekonder değerler elde edilir. Ölçü trafolarının kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesine olanak verir. Büyük akımlar ölçmek için ekonomiktir.

Akım Trafosu Özellikleri

• Primer devresinden geçen akımı, dönüştürme oranına göre sekonder devreye aktarır.
• Primer sargıları kalın ve az sarımlı veya sadece baradan meydana gelir.
• Akım trafosu primer ve sekonder sargılarının giriş ve çıkış uçları, değişik harflerle gösterilir.
• Bazı ölçü aletleri ile bağlantısında polaritesi önemlidir.
• Aynı akım trafoları ile birkaç ölçü aleti kullanılabilir.
• Akım trafolarının, ölçme hassasiyetlerine göre sınıfları: 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 ve 3 olmak üzere sınıflara ayrılır. Koruma devrelerinde 3 sınıf, sayaçlarda 0,2 – 0,5 sınıf, ölçü aletlerinde 1 sınıf kullanılır.
• Akım trafolarının sekonder ucu kesinlikle topraklanmalıdır.
• Nominal akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilir.

Akım Trafoları Dönüştürme Oranı

K = I₁ / I₂  eşitliği ile bulunur.

Primer akımının, sekonder akımı oranına akım transformatörünün dönüştürme (çevirme) oranı denir. (n_i = I₁ / I₂ =50 / 1 ya da 50 / 5  600 / 5 ……gibi).

Örneğin: Üzerinde 50 / 5 yazılı bir akım transformatörünün primerinden 50 Amp  geçtiği zaman, sekonderindeki bağlı alet 5 Amp. gösterir. Fakat alet 3 Amp. gösteriyorsa, primerden geçen akım n_i = I₁ / I₂= 50 / 5=10 Amp.  I = n_i . 3 = 10 . 3 = 30 Amp.

Örnekte olduğu gibi, primer akımını tayin etmek için ölçü aletinin gösterdiği değeri, trafonun çevirme oranı ile çarpmak gerekir. Çalışma koşullarına göre akım trafo oranları, yükle biraz değişse de (% 0,5 kadar) hassas ölçümler dışında genel olarak sabit kabul edilir.

Akım transformatörlerinin sekonderine bağlanan elemanların iç direnci çok küçüktür. Bundan dolayı akım trafoları kısa devre durumunda çalışır. Bu nedenle sekonder yüksüz (boş) bırakılmamalıdır. Eğer sekonder yüksüz bırakılırsa, sekonder devrenin primer devreye ters yönde olan manyetik akı akışı ortadan kalkar. Bu durumda sekonder de sarım sayısı ile orantılı olarak yüksek gerilimler indüklenir ve sargıların izolasyonu bozulur. Ayrıca nüvedeki demir kayıpları artarak nüveyi aşırı derecede ısıtır.

Akım Trafosu Bağlantı Şeması

Akım trafosu bağlantısı yapılırken şebekeye seri bağlanan akım trafosunun sargılarının primer  sargı uçları (K-L) bağlanır. Sekonder sargı uçları (k-l) bağlanır. Röle ve ölçü aletlerinin akım bobinlerine (k-l) uçları bağlanır. Amerikan normlarına göre: Primer sargı uçları (H1-H2), sekonder uçları (x₁-x₂) ile gösterilir. Şekilde de görüldüğü gibi.

Akım trafolarının primerinden ne kadar büyük akım geçerse geçsin, sekonderinden orantılı küçük bir akım geçer. Bunun değeri, azami 5 amper (bazen 1 Amper veya 10 Amper) olarak kabul edilmiştir. Bu değeri ölçen ampermetrenin de ölçme alanı minumum 5  amperdir. Sekonder uçları asla açık devre olmamalıdır. Eğer olursa sargının mıknatıs alanını azaltma etkisi ortadan kalkar.

Primer (primary) sargının manyetik alanı olduğu gibi demir nüveden geçer, alanın değeri çok büyük olur. Sekonder devrenin primer devreye ters yönde olan manyetik akı akışı ortadan kalkar. Bu durumda sekonderde yüksek gerilim indüklenir. Sargı izolasyonu bozulur. Nüvede demir kayıpları artarak aşırı derecede ısınır. Akım trafosu zarar görür. İndüklenen yüksek gerilimden dolayı çalışanlar açısından tehlikeli durum oluşabilir.

Akım transformatörlerinin sekonder uçları asla açılmaz, devresine de sigorta konulmamalıdır. Ancak sekonder devresinde ki cihazların bağlantılarını değiştirmek ve onarımını yapmak gerekirse ya primer akımı kesilir. Ya da sekonder uçları kısa devre yapılarak sonra uçlar açılır. Bundan dolayı akım transformatörlerine kısa devre anahtarı konur. Aynı zamanda yüksek gerilim tehlikelerine karşı güvenlik için k uçları topraklanır.

Akım Trafosu Çeşitleri

Kullanıldıkları gerilime, soğutma ve yapım şekillerine göre farklı akım trafosu çeşitlere ayrılır.

• Alçak Gerilim Akım Trafoları
• Yüksek Gerilim Akım Trafoları
• Kuru Tip Akım Trafoları
• Yağlı Tip Akım Trafoları
• Sargılı Akım Trafoları
• Bara Tipi Akım Trafoları

Akım Trafosu Etiket Değerleri

• Sekonder Anma Akımı

Sekonder anma akımı “Is”, akım trafosu sekonderinden alınabilecek akımı belirler. Bu akım değeri kullanılacak koruma rölesine göre 0 ile 5A arası olabileceği gibi bazı özel durumlarda 0 ile 1A arası olabilir. Ölçü devrelerinde sekonder akımı 5A olan akım trafoları tercih edilir.

• Primer Anma Akımı

Primer anma akımı ”Ip” (nominal primer akımı), trafo çalışma akımıdır. 10-12-5-15-20-25-30-40-50-60-75-100 sayılarının 5 ya da 10 katıdır. Akım transformatörleri primer akımlarının %20 fazlasına kadar yüklenebilirler. Bu halde (sekonderi 5A olan trafoda) sekonderinden 6 A geçer.

• Termik Anma Akımı

Termik anma akımı “Ith”, bir akım trafosunun, bir saniye süre ile zarar görmeden dayanacağı primer akımının efektif değeridir. Bu değer etikette kA ya da primer akımının katları şeklinde gösterilir.(10 kA veya 200 x In gibi)

• Dinamik Dayanım Akımı

Dinamik anma akımı “Idyn”dir. Primer şebekedeki bir kısa devre anında, darbe akımında, akım trafosunun dayanacağı primer akımın maksimum değeridir. Termik anma akımlarının 2.5 katı kadardır. Akım trafoları Idyn akımlarına göre izole edilirler. Idyn akımları etikette verilmeyebilir.

• Doyma Katsayısı

Doyma kat sayısı (aşırı akım faktörü) “n”, ölçü aletlerinde emniyet kat sayısı olarak ifade edilir. Ölçü trafolarında n ≤ 5 olmalıdır. Koruma trafolarında n ≥ 10-15-20 olabilir.

• Çalışma sınıfı, akım trafolarının hassasiyetlerini belirler, ölçme için 0,1-0,2-0,5-1-3-5, koruma için 5P-10P sınıfları kullanılır.
• Akım dönüştürme oranı, primer akımının, sekonder akımına oranına denir. Trafo etiketlerinde 75 / 5A, 100 / 5A, 1000 / 5A gibi belirtilir.
• Sargı oranı, “ns” primer ve sekonder sargıların birbirine oranına denir. İdeal bir akım trafosunda sargı oranı ile dönüştürme oranı birbirine eşittir.
• Kullanma gerilimi “kV” tur.
• Duyarlılık yükü ve gücü “VA”dir. Güç kat sayısı belirtmek şartı ile sekonder devrenin ohm [anma sekonder akımında voltamper (VA)]. cinsinden anlatılmak istenen empedansıdır.
• Anma frekansı ”Hz”, akım trafolarının çalışma frekansıdır.
• Yalıtkan tipi.

Akım Trafosu Seçimi

Kullanıldıkları yere göre akım trafosu seçimi yapılır. Dahili ve harici tip olanları vardır. Çalışma gerilimi, dönüştürme oranına, çıkış kademe sayısına, kullanma amacına, doyum katsayısına, tipine, omajına göre akım trafosu seçimi yapılır.

Seçim yapılırken dikkat edilmesi gerekenler;

• Faz-faz arası nominal (anma veya çalışma) gerilimi (24 kV gibi)
• Dönüştürme oranı (Amper) (200/5 gibi)
• Sekonder kademe sayısı (100/5-5 gibi)
• Sınıfı ve kullanma amacı, (1-3 gibi)
• Doyma kat sayısı, n (n ≤5 ölçme, n ≥10 koruma )
• Gücü VA olarak veya ohm cinsinden (30 VA, 0.5Ω gibi)
• Tipi: (Dahili, harici, geçit, bar, yağlı, kuru gibi)

Transformatör çeşitlerine göre akım trafo fiyatları belirlenmektedir.

Akım Trafosu Polarite Testi

Akım trafosunun sekonder ucuna (k-l) voltmetreyi bağlayınız. Primer ucuna (K-L) DC pilden (9 volt olabilir) bir gerilim uygulayınız. Voltmetre anlık bir sapma gösterecektir. Voltmetre sapıyorsa polarite testi tamamdır. Ters sapıyorsa (+ , – ) uçlarını değiştiriniz. Tekrar deneyiniz. Normal anlık sapma yapıyorsa trafo sağlamdır. Sapma yapmıyor ise akım trafosu bozuktur.

 

BENZER KONULAR

Akım Trafosu Hesabı