DAĞITIM TRAFOLARININ SEÇİMİ

dağıtım trafolarının secimi

Nihat TAY LAN

UDK: 621.314.21 : 621.316

ÖZET

Bir güç dağıtım şebekesinde dağıtım trafolarmda ki nominal güç, dağıtım şebekesinde kaybolan gücü minimum yapacak şekilde tasarlanmalıdır. Eğer bu kural gözönünde tutulmazsa, güç kaybı kabul edi lemeyecek düzeye çıkar. Diğer yandan, ekonomik bir kısıtlama gözetilmezse tasarımın maliyeti çok büyür. Bu nedenle tasarımın teknik ve ekonomik yönleri arasında bir denge kurularak optimal bir yaklaşım gerekir. Bildiri, bu problemi, özellikle Türkiye'deki uygulama olanakları açrsından tar tışmaktadır.

SUMMARY

The power rating of the eguîpment and other rela ted items such as cables in a power distribution network must be designed so that a minimum of energy is lost in the distribution system. If this rule is not observed the energy losses may be unacceptably high. If on the other hand an economic limitation is not taken into considera tion the design can be too costly. Therefore a trade off exist between the technical and the economical asnects of the design leading to an overall optimal approach. The article discusses this problem with a particular emphasis on the application prospects in Turkey.

Ülkemizde son zamanlarda yılda tahminen 20 000 adet dağıtım trafosu kullanılmaktadır. Gereksiz olarak her bir trafoda bir üst güç kademenin kul lanılması halinde fiyat farkı ortalama 20 000 TL olduğuna göre sadece trafolarda her sene 400 nil yor. TL boşuna sarf edilmiş olacaktır. Yanlış se çimden dolayı meydana gelen fazla kayıplar daha acıklı bir tablo çizmektedir.

Örneğin 80 kVA yerine gereksiz olarak 100 kVA seçildiği düşünülürse sadece boşta demir kaybı farkı 60 W'tır. Bunun bir yıllık değeri ise 60x8760 = 525 kWh olur. Ülkemizde halen 150 000 civarında dağıtım trafosu vardır, bunun 50 000 adedinin tesadüfen doğru seçildiğini kabul eder sek, geriye kalanların meydana getirdiği boşta kayıp;

525 x100 000 = 52 500 000 kWh olur.

Bu sayıya bundan sonra her yıl 20 000 trafo daha eklenebileceği düşünülürse işin önemi ortaya ç ı kar. Enerji sıkıntısının had safhada olduğu şu günlerde generatörlerimizden bir tanesi sırf bu

Nihat Tay lan, ESAS

kayıplar için çalışıyor demektir. Konumuz dışı olan orta ve büyük güç trafolarda da yanlış se çilenler bu hesaba eklenirse durumun ne kadar önemli olduğu rahatça görülür.

Bunun yanında ülkemizce zor hesaplardan ve seçici koruma hesaplarından kaçınmak amacı ile hâlâ dal budak şebekeyi dağıtım şebekesi olarak kullanmak, hem kayıpları ve malzeme sarfını artırmakta, hem de işletme emniyetini düşürmektedir. Ayrıca dal budak şebekede alıcıların bağlandığı noktalarda gerilim düşümleri gözlü şebekelere na zaran 4 misli daha büyük olmaktadır, bunun da en düstriye ne kadar zararlı etki yaptığını görüyo ruz. Dal budak şebekede ilk kuruluşta geleceği düşünerek trafo gücünü ve kablo kesitlerini büyük rezervli tutmak veya her yeni grubun bağlandığın da trafo gücünü ve kablo iletken kesitini artır mak gerekir (Ülkemizde yapıldığı gibi). Aynı güç ve aynı gerilim düşümünde dal budak şebeke yatı rımı, gözlü şebekeye nazaran % 40 daha fazladır.

Enerji üretimi+yüksek gerilim dağıtımı+orta ge rilim şebekeleri+ alçak gerilim şebekeleri siste minde, yani enerjinin oluşumundan müşteriye sunu munu sağlayan sistemde orta ve alçak gerilim şe bekelerinin yatırım giderlerinin % 50 olduğu bi lindiğine göre, ülkemizde incelenmesi ele alın mayan bu konunun önemi kendiliğinden meydana çı kar. Dördüncü Beş Yıllık Plana göre 1987 yılına kadar 123 milyar TL enerji üretim tesisleri, 228 milyar TL iletim ve dağıtım sistemlerinin ya tırım gideri olarak hesaplanmıştır. Bu miktarla rın 175 milyar TL'si orta ve alçak gerilim şebe keleri için sarf olunacaktır. Ayrıca 1987'den sonra bu rakamların çok katlı olarak artması ge rektiği bilinmektedir. Buna göre orta ve alçak gerilim şebekelerinde sadece trafo seçimi değil, ciddi araştırmaların yapılmasının neler sağlaya cağı meydanda olup, enerji ile ilgilenen her tek nik elemanın bu konuya eğilmesi ülkede büyük ener ji tasarrufu sağlayacak't ir.

Orta ve alçak gerilim şebekelerinin, belli bir süreç içinde (20 30 sene) yıllık giderleri (ka pitali geri ödeme gideri+kayıp gideri+ işletme gideri) minimum olacak şekilde planlanmalıdır. Ayrıca orta ve alçak gerilim şebekelerinin geniş letilme (tevsii) giderleri yüksek gerilim şebeke lerinden daha fazla olduğu için ileriki yük ar tışlarını hesaba katan çok titizce hazırlanmış bir planlama gerekir.

Avrupada büyük kentlerde kayıplar % 13 dolayında dır. Memleketimizde aynı büyüklüklerdeki şehir lerde kayıpların çok daha büyük değerler aldığını biliyoruz, buna göre elektrik aygıtları, kablo ve iletkenleri ve şebeke planlamasını optimum seçmek le ve bütün sanayi alıcılarına kondansatör ilave etmeyi sağlamakla uzun seneler çekeceğimiz enerji sıkıntısında oldukça büyük ferahlama temin edil miş olacaktır. Konu dışı olmakla beraber bir ça lışmamızın sonucunu burada belirtmek yerinde olur; TEK'in indirici trafo merkezlerine bağlana cak uygun kondansatörler vasıtası ile santrallar daki generatörleri Cos<J>'yi bire yakın çalıştırmak la, kayıplardaki düşmeler ve hatların boşalması bir yana 456 MW tasarruf sağlanabiliyor. Yani bir Elbistan santralı; bu kondansatör ilave işlemi (ithal ve montaj) iyi bir organizasyon ile 5 6 ay içerisinde gerçekleştirilebilir.

A) DAĞITIM ŞEBEKELERİ

Elektrik şebekelerinin dal budak, ring veya gözlü şebeke olarak seçilmesinde yük yoğunluğu, yük ağırlık merkezlerinin miktarları ve besleme emni yeti rol oynar. Dağıtım t r a f o l a r ı a l ı c ı (tüketici) alanında ya b i r noktada toplanır veya sahanın de ğişik noktalarına y e r l e ş t i r i l i r . Çoğu kez yük ağırlık merkezlerine y e r l e ş t i r i l i r ; böylece alçak gerilim şebeke kablolarının uzunlukları, k e s i t l e ri ve dolayısıyla kayıpları ekonomik s ı n ı r l a r içinde tutulabilir.

DAĞITIM ŞEBEKE CİNSLERİ

1. Dal Budak Şebekeler

Dağınık küçük a l ı c ı l a r ı besler, besleme emniyeti düşüktür. Bu şebekelerde koruyucu sistemler ola rak sigortalar, a ş ı r ı akım r ö l e l i ş a l t e r l e r kul lanılır.

2. Ring Şebekeler

Değişik güçteki ve birbirinden uzakta birçok a l ı c ı l a r ı besler, işletme emniyeti yüksektir. Bu şe bekelerde sigorta, seri açan a ş ı r ı akım r ö l e l i şalterler kullanılır.

3. Gözlü Şebekeler

Değişik çeşitte alıcıların bağlandığı birçok yük ağırlık merkezlerinin beslendiği şebekelerdir, besleme emniyeti çok yüksektir. Bu şebekelerde si gorta ve röleli gözlü şebeke şalterleri kullanı lır.

Ring ve gözlü şebekeler yük alışverişini sağladı ğı ve dolayısıyla şebeke gerilimini sabit tuttu ğu gibi tam bir işletme emniyeti de sağlar. Ayrı ca yük atmalarını da kolaylıkla karşılar. Bunlar dan başka bu tip şebekelerde kayıplar ve tesis masrafları daha düşüktür. Gözlü şebekelerde top lam gücü karşılıyan tek bir trafo merkezi kulla nılmayıp, bunu ufak güçlere ayırıp uygun düğüm noktalarına yerleştirmekle şebeke iletken ve kab lo kesitlerini küçültmek mümkün olur. Bu trafo merkezlerini seçerken her bir trafo merkezinin besleme sahası yarı çapı 300 metre mesafeyi geç meyecek şekilde düşünülmelidir.

B) DAĞITIM TRAFOLARI SEÇİMİ

Şebekelerde kullanılan dağıtım t r a f o l a r ı 1600 kVA güce kadar olan t r a f o l a r d ı r . Bunlar üretim çeşi dine göre:

a) Yağlı trafolar b) Askarel trafolar (Klofenli trafolar) c) Kuru trafolar olarak üç grupta toplanmıştır. Bunlardan klofenli trafo yangın tehlikesinin mümkün olabileceği yer lerde kullanılır. Zira klofen soğutma ve izolas yon temin edici özelliğinin yanısıra yangını, alevi, arkı söndürücü özelliği de haizdir. Ayrıca yağa nazaran kimyasal ve ihtiyarlama mukavemeti çok yüksek olduğundan bakım giderleri çok düşük tür. Yağlı trafolar yangın tehlikesine karşı özel

tedbir almaya gerek olmayan yerlerde kullanılır. Kuru trafolar ise yer darlığı olan yerlerde kul lanılır ve yarucı olmayan reçine veya silisyum ile izole edildiklerinden yangın tehlikesi olan yerlerde de kullanılabilirler.

Dağıtım trafolarında bağlantı şekli olarak yüksek gerilim sargıları yıldız veya üçgen, alçak geri lim sargıları ise yıldız veya zikzak tercih edi lir. Bunlardan Yyo bağlantı şeması 1600 kVA güçlü trafolara kadar kullanılır. Yıldız noktası nomi nal akımın % 10 değerine kadar devamlı yüklene bilir, Z 25'ine kadar 1,5 saat ve % 20'sine kadar 3 saat yüklenebilir. Bu bağlantı motor alıcıları nın bağlandığı şebekeler için uygun olup, yüksek temas gerilimine (sıfırlamada) karşı tedbir alın mış şebekelere uygun değildir. Bu bağlantıda pri merin yıldız noktasını iyi bir şekilde toprakla mak gerekir, aksi halde sekonderde aşırı gerilim ler meydana gelebilir. Dy5 bağlantı şeması ise 315 kVA güçlerin üstünde kullanılır. Yıldız nok tası nominal akımla devamlı yüklenebilir. Bu bağ lantı köy ve endüstri şebekeleri için uygundur. Üçüncü harmonik ve zayıf akım bozucu (radyo enter ferans) tesiri yoktur. Dengesiz yüklenme tehlike sine karşı da uygundur. Bağlantı grubu Yz5 (Yıl dız Zikzak bağlantı) 250 kVA güce kadar kullanı lır. Yıldız noktası nominal akımla devamlı yükle nebilir. Köy ve endüstri şebekeleri için uygundur. Kuru trafolarda bağlantı grubu genellikle Yyo ve ya Dy5 olarak seçilir.

Dağıtım trafolarında gerilim düşümünü küçük tuta bilmek, yük darbelerinin büyük gerilim düşümleri meydana getirmesini önleyebilmek için trafo kısa devre gerilimi Uk = % 4 dolayında alınır. Büyük çe güçlü endüstri tesislerinde buna karşılık kısa devre akımını küçültebilmek için kısa devre geri limi % 6 alınır. Muhtelif noktalardan beslenen dağıtım şebekelerinde trafolar arasındaki mesafe 300 iretrenin altında ise kısa devre empedansları eşit alınmalıdır.

Konunun en kritik yönü en uygun (optimum) trafo gücünün seçilebilmesidir. Trafo gücü gereğinden büyük seçilirse trafo, trafo merkezi ve merkezden çıkan iletken ve kabloların maliyetinde gereksiz yükselmeler olacak, kayıplar aşırı derecede arta caktır. Trafolar gereğinden küçük seçilirse bu defa da kısa zamanda genişletmeye gitmek gereke cek, bu da ek bir masrafı getirecektir.

Optimum trafo gücünü tesbit için önce "eşzamanlı lık" (diversite) faktörünü seçmek gerekir. Eşza manlılık faktörü (g) çekilen maksimum gücün şebe keye bağlanan alıcıların nominal güçleri (plaka güçleri) toplamına oranıdır. Bütün alıcı veya alıcı gruplarının aynı zamanda devreye girmemesi veya kısmi yükle çalışması sebebi ile bu faktör birden küçüktür ( g < 1 ) . Alıcı adedi çoğaldıkça ve alıcı çeşidi arttıkça faktör küçülür. Ayrıca ring ve gözlü şebekelerde bu faktör dal budak şebekelerinden daha küçük değerdedir.

Eşzamanlılık faktörünü seçerken gelecekteki yük artışlarını da hesaba katmak gerekir. Eşzamanlı lık faktörü deney ve benzeri şebekelerde yapılan ölçmelerle saptanabilir. Köy ve kasaba elektrifi kasyonu dağıtım şebekelerinde birçok alıcıların bağlandığı ana dağıtım iletken veya kablolarında bu faktör (0,5) ve bir veya iki alıcının bağlan

dığı iletken veya kablolarda 0,7 alınabilir. Bu şebekeleri besleyen trafoların gücünün saptanma sında dal budak şebekelerde 0,12 0,45 arasında, gözlü şebekelerde ise 0,1 0,27 arasında, endüstri şebekelerinde bu faktör, motor ve diğer alıcıla rın miktarı gözönüne alınarak ve bu alıcıların yüklenme değerleri tesbit edilerek 0,4 0,8 arasın da seçilir. Örnek olarak Almanya'da asenkron motor üreten bir fabrikada 5 adet 315 kVA trafolu gözlü şebeke ile beslenen ilave takım tezgahları ve presler atölyesi için Siemens mühendisleri eşza manlılık faktörünü 0,42 alarak trafo güçlerini tesbit etmişlerdi. Örneğin 25 000 iğlik bir doku ma fabrikasında bu faktör rahatlıkla 0,5 alınabi lir. Bu örnekler bir fikir vermek içindir. Opti mum bir seçimde şebekeye bağlanacak aygıtların çalışma rejimlerini iyi incelemek gerekir.

Seçilen eşzamanlılık faktörünü alıcıların Kurulu güçlerinin (nominal güç) toplamı ile çarparak şe bekeyi besleyecek güç elde edilir.

Bundan sonra gözlü şebekede trafoların biri her hangi bir nedenle devreden çıktığı zaman geriye kalan diğer trafolar % 20 aşırı yüklenme ile bu gücü verebilecek şekilde trafo sayısı saptanır. Eğer tesis, alçak gerilim tarafından veya yüksek gerilim tarafından paralel bağlanmış muhtelif trafo merkezleri ile beslenmeyip, bir tek merkez den besleniyorsa (dal budak şebeke) buradaki pa ralel çalışacak trafo adedini saptamak için tra folardan biri devreden çıktığı vakit diğer trafo ların yükün % 75'ini karşılaması gerektiği dikka te alınmalıdır. Bu şekilde beslenen endüstri te sislerinde (fabrikalarda) normal hallerde paralel trafo adedi üçün üzerine çıkmamalıdır. Aksi halde hem tesis giderleri ve hem de işletme güçlükleri artar.

Endüstri (fabrika) şebekelerinde gözlü şebeke sistemini sağlamakla diğer avantajları yanında, hesaplanan trafo güçleri toplamının aynı şebeke yi besleyecek dal budak şebekeye nazaran % 30 da ha düşük oluşu büyük fayda sağlar. Ülkemizde her yıl kurulmakta olan 3 MW ve bunun üstündeki güç leri çeken (20 MW kadar güç çeken fabrika sayıla rı da küçümsenmeyecek sayıdadır) fabrikalar göz önüne alınırsa bu % 30 değerinin ne anlam ifade fîttiği kolaylıkla belirlenebilir.

Projecilere, montajcılara, bütün enerji planlayı cılarına eşzamanlılık faktörü seçimi hakkında bir ölçek verebilmek için ilk akla gelen çözüm tarzı Enerji Bakanlığı Enerji Dairesi, Elektrik Mühen disleri Odası ve diğer kuruluşlardan seçilecek bir grubun her tip kurulmuş fabrikada, örneğin Antalya'da And Birlik'in yüzbin iğlik 11 adet 1250 kVA trafo ile beslenen fabrikasında tam ka pasite ile çalışırken trafoların yük değerleri ve bunun gibi işletilmekte olan bütün fabrikalar da aynı testlerin yapılması, kurulacak yeni fab rikalarda optimum trafo seçimi için en gerçek eşzamanlılık faktörleri ölçeği olarak mühendis örgütleri tarafından yayınlanabilir.

Kaynak: Attilla Tamer, 1976 1977 ADMMYO diploma çalışması.

mühencfsft dünyası

uygulamalar

bir DA motorunun hız ve fazının giriş denetim sıklığı ile karşılaştırarak denetlenmesi

Küçük bir DA motorun hız ve fazı sıklık karşılaştırıcısı olarak çalışan bir Norton iş lem yükselteci ile denetlenebi lir, tşlem yükselteci iki sık lığın farkını yükseltir:

V , = K(f, çıkış

z

f,ı/ )

V

: ortalama çıkış gerilimi

ÇİKİŞ

K : katsayı

fi : dıştan uygulanan denetleme sıklığı

motor miline bağlı üzeri

delikli diskten elde edi len sıklık.

Geri besleme için motor miline bağlı diskin ışığı kesmesinden yararlanılarak fj sıklığı 03 foto tranzistoru ve TD2 tümle şik devresi (tekdurumu karar lı devre) üzerinden LM3900 Nor ton yükseltecinin evirici giri şine uygulanmıştır. Motor ya vaşken karşılaştırıcı çıkışı (vçıkı§) W 11 yüksek olma süre si düşük olma süresinden uzun olacağından, bununla orantılı olarak Q2 tranzistoru daha uzun süre doyumda kalır, dola yısı ile ortalama olarak moto ra da çok gerilim uygulanarak motor hızı artırılır. f kon trol sıklığı motor hızından üretilen f den küçük olduğu ı zaman ise karşılaştırıcı daha az ortalama gerilim vereceğin den motor yavaşlar.

Motor hızı ile denetleme girişi arasındaki faz TD3 tekdurum ka rarlı devresinin darbe süresi ile belirlenir ve denetleme giriş işaretinin yükselme ve düşme zamanları arasında olmak üzere R değişken direnci ile değiştirilebilir. Başarılabilen faz kilitlemesi ±250 us'dir. Rl direncini değiştirerek mo tor hızı 240 3600 dönü/dakika arasında değiştirilebilir (fj ve f 4 ile 60 arasında deği şirken) .

Devrede D2 diyotu motordan ge len ani gerilimleri azaltır, Q2 tranzistoru motorun gücüne göre bir soğutucu üzerinde ol malıdır. Eşit aralıklı 8 de lik delinmiş ve motor miline bağlanmış bir diskin iki yanı na konmuş lamba ve foto tran zistor fı sıklık darbelerinin üretilmesini sağlamaktadır.

taban kavramalı mantık (tkm) elemanları

Gelecekte sayısal uziletişim dizgelerinde kullanılmak için g e l i ş t i r i l e n Taban Kavramalı Mantık (TKM) devrelerinin na nosaniyealtı hızlarda çalışa rak 1 x 109 bit/saniye mertebe sinde ileçişimi olası kılacağı düşünülmektedir.

Taban kavramalı akım anahtarı ve yayıcı izleyicisinden olu şan TKM elemanları 2,2 Volt gerilim kullanırlar (Yayıcı Kavramalı Mantık YKM tan kü çük) . TKM devreleri diğer dev relerden daha az güç harcarlar ve yükselme, düşme zamanları ve gecikme süreleri 300 piko saniye kadardır. TKM elemanla rı yok sayılabilecek kadar kü çük Miller sığaları olması ve gerilim kaynağına seri sadece bir ısıya duyarlı taban yayıcı eklemi kullaması özelliklerin

Toprok

Motor miline bağlı dönen kesici disk hız ve faz denetimi için geribesleme sağlıyor.

( 0JV) VEE ( 22V)

Şekil 1. TKM mantık geçit evirici