Trafo Kayıpları Nelerdir? Nasıl Önlenir?

Trafo kayıpları: Trafoların dönen parçaları olmadığından verimleri yüksek trafolar kullanılmaktadır. Bütün elektrik makinelerinde olduğu gibi elektrik trafolarında da kayıplar da vardır.

Bir transformatörün primerine alternatif bir gerilim uygulayalım. Geçen akımın meydana getirdiği manyetik alanın tamamı ikinci devre (sekonderi) iletkenlerini kesmez. Trafonun nüvesi yetersiz, saclar küflü, bir yüzeyleri yalıtkansız, sarım işçiliği kötü ise primerde oluşan manyetik alanların bir bölümü devresini hava üzerinden tamamlar. Bu manyetik alanlara kaçak akılar veya manyetik kaçak denir. Bunun sonucunda sekonderde indüklenen gerilimde azalmalar olur. Bu kaçak akı geçen akının en fazla %5’ i kadar olmalıdır.

Trafolarda Meydana Gelen Kayıplar

1. Demir kayıpları (nüve kaybı)
2. Bakır kayıpları

Transformatörlerin döner parçaları olmadığından sürtünme ve rüzgar kayıpları gibi bir takım kayıpları yoktur. Demir kayıpları boşta çalışma deneyi ile bakır kayıpları ise kısa devre deneyi ile bulunur.

Trafoda Demir Kayıpları

Demir kayıplarına, trafonun çekirdeğindeki değişen akı sebep olur. Çünkü bu kayıp çekirdekte oluşur. Çekirdek ve nüve kaybı olarak da bilinir.

Demir kayıpları ikiye ayrılır;

• Histeresiz kayıpları
• Eddy (Fuko) kayıpları

Nüve kayıpları bütün çalışma, yüklerde sabittir. Bu kayıplar trafonun boş çalışma deneyi ile bulunur.

Bu kayıplar trafoların boşta çalışmasında oluşan, akımın oluşturduğu bakır kayıplarının dikkate alınmadığı durumda elde edilmektedir.

• P₀ = P_h+ P_e + P_ano

Trafoda Histerisiz Kayıpları

AC’ nin her alternansının yön değiştirmesi sırasında nüve üzerinde çok az bir miktarda mıknatıslık kalır. Bu artık mıknatıs, ters yönden gelen elektrik akımının oluşturduğu manyetik alana karşı koyar. Böylece nüve molekülleri frekansa bağlı olarak yön değiştirir. Yön değiştirme sırasında birbirleri ile sürtünmeleri sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar. Bu da güç kaybına sebep olur. Bu duruma histerisiz kaybı denir. Histeresiz kayıpları da demire, silisyum katarak azaltılır.

Bu kayıplardan histerisiz kayıpları manyetik etki dolayısıyla oluşmaktadır. Manyetik devredeki akımın değerinin ani değişmesine bağlıdır. Sarımın ve B manyetik alan yoğunluğunun değişmesi ile elde edilmektedir. P_h = histerisiz kayıplarını gösterir.

Trafoda demir kaybı formülü P_h    

Burada;

• K_h malzemenin histerezis kayıp katsayısıdır.
• B_m de manyetik alan maksimum yoğunluğudur, birimi Wb / m²,
• f manyetik akı değişimi frekansını
• x faktörü ise, malzemeden malzemeye göre değişen Steinmetz sabitidir.

Demir için değeri 1.6 dır.

Trafoda Fuko (Eddy) Kayıpları

Fuko (eddy akımları) kayıpları ise demirin elektrik akımına gösterdiği elektriksel dirençten kaynaklanır. Bu durumda malzeme bir iletken gibi davranır ve değişken akının etkisi ile demirde gerilim indüklenir. Bu gerilim malzemenin içinde akımların akmasına neden olur ki bu akımlara Fuko (Foucault) akımları denir. Bunların demir içinde serbest olarak akar. Akması ile demirde “jul kayıpları” şeklinde hesaplanan ve ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. P_e = fuko kayıplarını gösterir.

Trafoda fuko kayıpları formülü P_e

Burada;

K_g malzemenin fuko akımları kayıp katsayısıdır. Boşta kayıplar (P₀) da histerisiz ve fuko kayıplarıyla açıklanamayan kayıplar anormal kayıplar olarak adlandırılırlar. Anormal kayıplar;

• Kristal büyüklüğü,
• Madde içindeki gerilmeler,
• Domain duvarı hareketleri,
• Madde içindeki kusurlar,
• Yanlış yerleşimler gibi birçok maddeye ait özelliklere bağlıdır.

Anormal kayıplar formülü P_ano

ile şu şekilde elde edilebilir.

Şekilde kapalı minik halkalar şeklinde oluşan bu akımlara fuko akımları (eddy akımları) denir. Her bir kapalı akım yolundaki akım şiddeti doğrudan indüklenen gerilim ile orantılıdır. Akım şiddeti bu akım yolunun elektriksel direnci ile ters orantılıdır.

Fuko akımları nüvelerde aşırı ısınmaya sebep olur. Isınma ise enerjinin kaybı demektir.  Fuko akımlarını önlemek için trafolarda nüve için ince saclar kullanılır. Bu saclar birbirlerinden yalıtılır. Özdirenci yüksek iletkenler kullanılır. Alternatif gerilimin frekansı yükseldikçe fuko akım şiddeti de artar. Doğru akım devrelerinde frekans bileşeni olmadığı için fuko akımlarından söz edilemez.

Trafoların boşta kayıpları karşılaştırıldığında düşük frekans değerlerinde büyük kısmını histerisiz kayıpları oluşturmaktadır.

Trafoda Bakır Kayıpları

Bakır kaybı transformatör sargıları veya diğer elektrikli cihazların iletkenlerinde oluşur. Birincil (primer, primary) ve ikincil (sekonder, secondary) sargılarında geçirilen akımların oluşturduğu kayıplardır. Bu kayıplar sargı dirençlerinden dolayı meydana gelir. Trafolardaki bakır kayıpları sargıda kullanılan iletkenin direnci ve iletkenden geçen akımın karesi ile doğru orantılıdır.

Düşük frekanslı uygulamalarda kalın kesitli ve düşük dirençli iletkenler kullanılır. Böylece bakır kaybı minimum seviyelere çekilebilir. Sargılardan geçen akımın artmasıyla kayıplarda artar. Bakır kayıpları sargıların ısınması sonucu iletkenlerin omik direncinden dolayı ısı şeklinde ortaya çıkar. Bundan dolayı gücün ısı şeklinde kaybolmasına sebep olur. Transformatör boşta çalışırken çok küçük olan bakır kayıpları dikkate alınmalıdır.

Trafoda Bakır Kayıp Formülü

P iletken = Pcu = I² x R [W] formülü ile bulunur.

Bu kayıpları kısa devre deneyi ile bulmak da mümkündür. Trafonun sekonderine bir yük bağlandığı zaman hem primerden hem de sekonderden bir akım geçer.

Geçen akımlar

• primerde I₁² x R₁
• sekonderde I₂² x R₂

şeklinde bakır kayıpları meydana gelir.

Bakır kayıpları 1000 kVA’ nın altındaki güçlerde, transformatörün görünür gücünün %3’ ü ile %4′ ü kadardır.

Trafoda Manyetik Kaçak Kayıpları

Kuplaj katsayısının 1’den küçük olmasıdır. Yani primer de oluşan manyetik alanın bir kısmının sekonderi kesememesi sebebiyle ortaya çıkan kayıplardır. Geçirgenliği yüksek olan silisyum katkılı saclar kullanılarak manyetik kaçaklar azaltılır.

Trafo Kayıplarında Kaçak Akı Nasıl Azaltılır?

Trafo kayıplarında kaçak akıyı azaltmak için şu işlemler yapılmalıdır;

• Trafonun primer ve sekonder sargıları uygun şekilde sarılmalıdır.
• Trafonun primer sekonder sargılarının üst üste ve aynı ayağa sarılmalıdır.
• Nüve için kullanılan sacların manyetik geçirgenliğinin havaya göre çok yüksek olmalıdır.

İyi kalite trafolarda manyetik kaçak oranı çok az olup, verim yüksektir. Manyetik kaçağın çok olması trafonun boşta çalışırken aşırı akım çekmesinden, fazla ısınmasından anlaşılabilir. Transformatör de TSE belgeli markalar kullanılmalıdır. Kaliteli bir transformatörde kayıp azdır. Şekilde trafoların primer sarımlarında ortaya çıkan manyetik kaçak gösterilmektedir.

Transformatör çektiği elektrik enerjisinin bir kısmını kendisi harcar. Harcanan enerjiye kayıp denir. Kaliteli bir transformatörde kayıp azdır.

Trafo Kayıpları Nasıl Önlenir?

• Trafonun nüvesi yetersiz,
• Saclar paslı,
• Bir yüzeyi yalıtkansız,
• Trafo sarım işlemi kötü ise

primer de meydana gelen manyetik alanların bir kısmı devresini hava üzerinden tamamlar. Bu manyetik alanlara kaçak akılar veya manyetik kaçak denir. Bunan dolayı sekonder de indüklenen gerilimde azalmalar olur. Bu kaçak akı transformatör üzerinden geçen akının en fazla %5’ i kadar olmalıdır.