Trafo Bağlantı Grupları

Transformatör ortak nüve üzerine sarılmış birbirinden elektriksel olarak yalıtılmış iki bobinden meydana gelen hareket etmeyen bir elektrik makinesidir.

Transformatörün bir bobininden zamanla değişen bir akım geçirilirse yani alternatif akım nüvede zamanla değişen bir akı meydana gelir. Nüvenin manyetik iletkenliği ile bu akı diğer bobini de etkileyecek ve ikinci bobinde değişken bir gerilim endükleyecektir. Bu transformatörün şeklidir.

Yüksek gerilim trafosu sargıları;

• Üçgen,
• Yıldız
• Zikzak  olmak üzere üç şekilde bağlanır.

3 fazlı transformatörler de bir fazlı transformatör gibi çalışır. Üç adet aynı özellikteki bir fazlı transformatörün nüveleri birleştirilerek primer ve sekonder sargıları yıldız, üçgen yada zigzag şeklinde bağlanarak meydana getirilir. Hesapları bir fazlı eşdeğer devre üzerinden yapılsa da güç, akım ve gerilim kavramları üç fazlı düşünerek yıldız veya üçgen bağlı olmasına göre hesapları yapılır. Bu yazımızda üç fazlı transformatörlerin bağlantı gruplarını ve grup açılarını inceleyeceğiz.

3 fazlı Transformatörlerin Bağlantı Şekilleri Üçe Ayrılır.

Yıldız Bağlantı: Yıldız bağlantı sembolü“Y” ile gösterilir. Yıldız bağlantı, hem primere ve hem de sekondere aynı şekilde uygulanır. Fazlara ait sargıların birer ucu birleştirilir. Diğer uçlara fazlar uygulanır. Birleştirme noktasına nötr veya yıldız noktası denir.

Yıldız bağlantı, yıldız noktası sıfır olduğu için daha çok sıfırlamanın (nötr) istenildiği yerlerde kullanılır.

Üçgen Bağlantı: Üçgen bağlantı sembolü “D” ile gösterilir. Hem primere hem de sekondere  uygulanabilir. Üçgen bağlantı hem primer hem de sekonder için aynıdır.

Üçgen bağlantıda fazlara ait sargılar birbirleri ile kapalı bir devre meydana getirir. Bu bağlantıda nötr hattı yoktur. Üçgen bağlantı nötr hattı istenmeyen yerlerde kullanılır.

Zigzag Bağlantı: Zigzag bağlantı sembolü “Z” ile gösterilir. Bu bağlantı yalnız transformatörlerin sekonder tarafına uygulanır. Kullanılan iletken miktarı, yıldız veya üçgen bağlantıya göre fazladır. Primer taraf üçgen veya yıldız bağlanır.

Bağlantı için sekonderde aynı sekonderde aynı faza ait eşit gerilimli iki farklı sargı bulunur ve bu sayede fazların dengeli bir şekilde yüklenmesi sağlanmış olur. Sekonderde aynı faza ait eşit iki sargıdan biri başka faza ait nüve üzerindedir.  Transformatör fazlarının eşit yüklenmemesi sonucu dengesiz çalışabilir. Zigzag bağlantı yapılarak bu denge sağlanmaya çalışılır.

Bağlantı Özellikleri

Transformatör sargılarına hangi bağlantıların uygulanacağı transformatörün gücüne, gerilimine, enerjilendireceği sistemin simetrisine (nötr noktasının yüklenme kabiliyetine) ve sistem gerilimine bağlıdır. Üçgen bağlantıda şebekenin her iki fazı bir sargıya uygulanır. Her bir sargı, şebekenin faz arası gerilimi ile beslendiğinden sargıların hem girişini hem de çıkışını aynı derecede yalıtmak gereklidir. Bu sebeple çok yüksek gerilimlerde ( 154 – 380 kV ) tercih edilmez.

Sargılara giren akımlar, şebeke akımından 1,73 oranında daha düşük olduğundan sargılarda kullanılan tel kesiti daha düşük olacaktır. Bununla birlikte sargıları enerjileyen gerilim yüksek olduğundan sipir sayısı da 1,73 kat yüksek olacaktır. Yıldız bağlantı şebekede sıfır (nötr noktası) yaratarak faz arası gerilimden başka faz, nötr geriliminin kullanılmasını sağlar. Alçak gerilim tarafında kullanılır.

Yıldız bağlantıda sargı gerilimi hat geriliminden 1,73 oranında düşük olduğundan yalıtım açısından daha avantajlı olur. Üçgen bağlantının büyük güçlerde ve düşük gerilimde; yıldız bağlantının ise küçük güçlerde ve yüksek gerilimde kullanılması avantajlıdır. Transformatörün primer veya sekonder herhangi bir sargısında üçgen bağlantı bulunmayan transformatörlerde yıldız bağlantıya ilave dengeleme sargısı konularak mıknatıslanma akımındaki harmonik bozuklukların önüne geçilebilir.

Zikzak bağlantıda her bir faz sargısı muhtelif bacaktaki sargı ile seri olarak bağlanır. Böylece akım her ne şartla olursa olsun ikiye bölünmüş olur. Üçgen bağlantı; hem alt hem de üst gerilim sargısına uygulanabilir iken, zikzak bağlantı; yalnızca sekonder sargıya uygulanabilir. Zikzak bağlantı simetrik olmayan yüklerin beslemesinde kullanılır.

• Yıldız–yıldız bağlantı: Ufak dağıtım trafolarında kullanılabilir. Nötr hattı % 10 nun üzerinde yüklenemez.
• Yıldız–zikzak bağlantı: Ufak dağıtım trafolarında kullanılabilir. Nötr hattı % 100 yüklenebilir.
• Üçgen–yıldız bağlantı: Büyük dağıtım trafolarında kullanılabilir. Nötr hattı tam yüklenebilir.
• Yıldız–üçgen bağlantı: Santrallerde kullanılan büyük güç trafoları bu bağlantı grubuna girer.

Transformatörlerde Bağlantı Grupları ve Grup Açıları

Üç fazlı güç transformatörlerinin sargılarının bağlantı grupları ve grup açıları şöyledir.

Güç trafo   bağlantı şekilleri, iki harf ve bir rakamla belirtilir. Örnekle açıkladığımızda Yd1 ifadesinde birinci harf, primer (üst gerilim sargısı) sargının bağlantı şeklinin yıldız olduğunu gösterir.

İkinci harf, sekonder sargının (alt gerilim sargısı) bağlantı şeklinin üçgen olduğunu ifade eder. Rakam ise sekonder ve primer gerilimleri arasındaki grup açısını yani faz farkını gösterir.

Grup Açısı: Transformatörün primerindeki bir fazında gerilim endüklenirken, aynı fazın sekonderinde de bir gerilim indüklenir. Aynı fazın primer ve sekonder sargılarda indüklenen gerilimler arasında bir faz farkı meydana gelir. Meydana gelen faz farkına “grup açısı” denir.

Bağlantı gruplarından grup açısı 30º dereceye bölünür ve bir sabite olarak verilir.

Yd1 örneğinde grup açısı 1 x 30 = 30°dir.

Bağlantı gruplarını ifade etmek için belirlenen kısaltma sembollerinde büyük harfler primer için; küçük harfler ise sekonder için kullanılır.

Aşağıdaki şekilde bir transformatörün grup açıları ve bu grup açılarına karşılık grup açı numaraları gösterilmiştir.

 

Grup açı numaraları  30º ile çarpıldığında bir fazın primer ile sekonderinde indüklenen gerilimler arasındaki faz farkı  bulunur. Bağlama grupları  da yazılırken ilk yazılacak bağlantı şekli büyük harf ile, ikinci yazılacak bağlantı şekli küçük harf ile yazılır. Bu iki harfin yanına grup açı numarası yazılır. Bunu birkaç örnekle açıklamak istersek;

Yy0: Primeri ve sekonderi yıldız bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 0° derece.
Yd11: Primeri yıldız, sekonderi üçgen bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 30° x  11=330° derece.
Dy6: Primeri üçgen, sekonderi yıldız bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 30° x  6=180° derece.

Yz5: Primeri yıldız, sekonderi zigzag bağlı, aynı fazın primer ve sekonderdeki gerilimleri arasındaki faz farkı 30° x 5=150° derece.

Burada göründüğü gibi 0-6 ve 5-11 grup açı numarasına sahip transformatörler birbirlerinden ters yapıya sahiptirler.

Yıldız-yıldız bağlantı; transformatörlerde bir fazdaki gerilim hat geriliminin üçte biridir. Paralel çalışmada en kolay bağlama gruplarından biridir. Faz gerilimi düşük olduğundan sargıların yalıtılması daha kolaydır. Yalıtımı kolay olmasından dolayı yüksek gerilim transformatörlerinde kullanılabilir. Genelde bu tür işletmelerde kullanılan transformatör grubu Yy0’dır.

Üçgen-üçgen bağlantı; grubunda da yine paralel bağlamaya uygun olmasıyla birlikte üç ve üçün katı olan harmoniklerin üçgenin çevresinde dolaşmasından dolayı üçüncül harmonik gerilimleri olmaz. Yıldız-üçgen bağlantı grubuna sahip transformatörlerde de yine üçüncül harmonikler sekonder tarafta üçgenin içinde dolaşır. Bu yüzden üçüncül harmonikler yoktur. Örnek verecek olursak  genelde  Yd5  transformatör grubu büyük santrallerde yüksek güçte kullanılır.

Üçgen-yıldız bağlantı; grubunda ise harmonikler primerde yok edilir. Sekonderinde nötr hattının topraklanması  avantajdır. Genellikle Dy5 grubu transformatörler büyük  güçlü  dağıtım   transformatörleri olarak kullanılır.

Zigzag bağlı transformatörler; üçüncü harmoniklerin bulunduğu, nötr hattında ısınmaların olduğu ve transformatörlerin yıldız noktalarında problemlerin olduğu yerlerde kullanılır. Örneğin Yz5 grubu transformatör küçük güçlü dağıtım transformatörü olarak kullanılır.

Paralel Bağlantılar

Trafolardan çekilen güç nominal güçten büyük olduğu zaman yapılacak iki yöntem vardır.

Bu yöntemlerden birincisi; devredeki transformatörün yerine daha büyük güçte bir transformatör devreye alınır. İkinci yöntem ; ise anma gücü, çekilen güce yeterli olmayan transformatöre gücü paylaşabilecek bir transformatör paralel bağlanır. Transformatörlerin paralel bağlanması yöntemi ile şalt merkezlerinde bakım ve onarım kolaylığı sağlanabilir.

Aynı anma gerilimli üç fazlı transformatör iki yada daha fazla transformatörün üst gerilim sargıları, kendi arasında yada alt gerilim sargıları kendi arasında herhangi bir şart olmadan paralel bağlanabilir. Eğer transformatörlerin alt ve üst gerilim sargılarının her ikisi birden paralel bağlanacaksa aşağıda açıklanan koşullar  yerine getirilmelidir.

Bu koşullar yerine getirilirse transformatörler arasında meydana gelebilecek sirkülasyon akımları önlenir. Nominal güçte yüklenmeleri sağlanır.

• Transformatörlerin bağlantı grupları primer sargı ve sekonder sargı için aynı olmalıdır. Bağlantı grubu birbirinin aynısı olursa alt gerilim sargısının gerilimlerinin de aynı fazda olması sağlanır.
• Transformatörlerin boştaki dönüştürme oranları eşit olmalıdır. Bunun için transformatörün primer ve sekonder gerilimleri her an eşit olmalıdır. Bu koşulla gerilimlerin genliklerinin eşit olması sağlanır. Dönüştürme oranları arasında bir farklılık varsa ve kısa devre empedans gerilimleri arasında %10’dan az bir fark kalacak şekilde olursa paralel bağlanmasına izin verilir.
• Transformatörün anma güçleri  eşit olmalıdır. Gerekli görüldüğünde güçleri arasında 1/3 orana kadar farka izin verilir.
• Paralel bağlanacak transformatörlerin aynı polariteli uçları birbirine bağlanmalıdır. Bu vasıtayla faz sıralarının aynı olması sağlanır. Transformatörlerin birbiri üzerinden kısa devre olması önlenir.
• Transformatörlerin kısa devre gerilimleri birbirine eşit veya aralarındaki oran 1/ 10’dan fazla olmamalıdır. Kısa devre gerilimlerinin eşit olması ile anma akımındaki kısa devre empedanslarının eşitliği ve anma güçleri ile orantılı olarak yüklenmeleri sağlanır.