FIRAT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ...web.firat.edu.tr/eemuh/download/Laboratuvar/ElektrikTesis/2013/Elk.Tes... · notu, gruptaki tüm öğrencilerin deney

I

FIRAT ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ELEKTRİK TESİSLERİ LABORATUVARI

DENEY FÖYLERİ

ELEKTRİK TESİSLERİ ANABİLİM DALI

ELAZIĞ – 2013

II

GĠRĠġ

4. sınıfın bahar yarıyılında yapılan Elektrik Tesisleri Laboratuvar Deneyleri, temel

olarak Elektrik Güç Sistemlerine ilişkin konuları kapsayacak şekilde hazırlanmıştır. Bu

laboratuvar çalışmasının amacı, öğrencilerin derslerde gördükleri elektrik enerjisinin

üretimi, dağıtımı ve tüketimine ilişkin bir kısım önemli konuları deneyler yardımıyla

pekiştirmek ve pratikte karşılaşılan diğer bir kısım konuları da uygulama yoluyla

öğrenmektir.

Öğrencilerin; laboratuvara gelmeden önce sadece deney föylerini değil, aynı zamanda

deney konusu ile ilgili ders notlarını da gözden geçirerek deneylere hazırlıklı gelmesi,

pratik çalışmaların verimini artıracaktır.

Laboratuvar çalışmalarının yararlı ve başarılı geçmesini dileriz.

Elektrik Tesisleri Anabilim Dalı

LABORATUVAR DENEY NO. VE ĠSĠMLERĠ:

DENEY-1: Transformatörlerde Aşırı Akım Koruma

DENEY-2: Reaktif Güç Kompanzasyonu

DENEY-3: Ölçü Transformatörleri

DENEY-4: Güneş Enerjisinden Elektrik Enerjisi Elde Edilmesi

DENEY-5: Elektrik Kumanda Devreleri ve PLC İle Programlama

DENEY-6: Şebeke İle Paralel Çalışan Senkron Generatör

DENEY-7: Asenkron Motorlara Yol Verme ve Hız Ayarı Yöntemleri

DENEY-8: Yüksek Gerilim İzolatörlerinde Yüzey Kaçak Akımlarının Ölçülmesi

III

LABORATUVARIN ĠġLEYĠġĠ ĠLE ĠLGĠLĠ KURALLAR:

1- Deneylerin %80‟ine devam zorunluluğu vardır.

2- Öğrenciler deneylerin başlama saatinde laboratuvarda bulunmalıdır. Geçerli bir

mazeret nedeniyle geç kalan öğrenciler, deneylere katılabilmek için laboratuvar

sorumlusu öğretim üyesinden izin almak zorundadır.

3- Her bir deney için, grup adına bir öğrenci tarafından hazırlanmış tek bir rapor

istenecektir. Raporlar, gruptaki öğrenciler tarafından sırayla hazırlanacaktır. Rapor

notu, gruptaki tüm öğrencilerin deney notu olacaktır. Raporları tamamen veya kısmen

aynı olan grupların raporları, değerlendirme dışı bırakılacaktır. Kötü (%40 ve daha

düşük notla değerlendirilen) rapor hazırlayan öğrenciler, özellikle uyarılacaklardır.

4- Raporlar el yazısı ile hazırlanacaktır. Bilgisayardan, sadece tablo ve grafikler için

yararlanılacaktır.

5- Raporlar, deneyin yapılış tarihinden itibaren en geç 1 hafta sonra laboratuvar

teknisyenine teslim edilecektir. Zamanında teslim edilmeyen raporlar

değerlendirilmeye alınmayacaktır.

6- Laboratuvar sorumlusunun haberi olmaksızın, herhangi nedenle deney

ertelenmeyecektir.

7- Tüm deneylerin tamamlanmasından sonraki hafta, telafi haftasıdır.

8- Ara sınav haftasında deneyler yapılmayarak deneyler 1 hafta ileri kaydırılacaktır.

9- Ara sınav notu, her bir deneydeki hazırlık sorularının %35‟i, öğrencinin deney

süresince katılımı ve performansının %35‟i ve deney raporunun %30‟u olacak şekilde

belirlenecektir.

10- Genel ve bütünleme sınavları deneylerle ilgili konulardan teorik olarak yapılacaktır.

UYARILAR:

1- Deney sorumlusunun izni olmadan kesinlikle deneye setine enerji vermeyiniz!

2- Yüksek gerilim ve akım seviyelerinde deney yaptığınızı unutmayınız ve herhangi bir

açık uçlu kabloya dokunmayınız!

3- Laboratuvara yiyecek ve içecek maddeleri ile birlikte girmeyiniz!

4- Hesap makinalarınızı yanınızda bulundurunuz!

1

FIRAT ÜNĠVERSĠTESĠ

MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ

ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

ELEKTRĠK TESĠSLERĠ LABORATUVARI

DENEY NO:1

TRANSFORMATÖRLERDE AġIRI AKIM KORUMA

1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; şebekede kısa devre veya aşırı yüklenme sonucu oluşan aşırı akımların güç

transformatörleri üzerindeki etkilerini, bunlara karşı alınacak önlemleri, rölelerle gerçekleştirilen koruma

devrelerini, bu rölelerin bağlantılarını, özelliklerini ve ayarlarını incelemek ve öğrenmektir.

2. TEORĠ Transformatörün beslediği devrede yalıtım malzemelerinin sıcaklık, aşırı gerilim, dış etkiler, yaşlanma

vb. nedenlerle özelliğini kaybetmesi sonucu faz iletkenlerinin birbirleriyle ya da toprakla temas etmesi durumuna

kısa devre (k.d.) denir. Bu durumda devreden, anma akımına oranla büyük değerli k.d. akımı akar.

Transformatörü aşırı yükleyen, yani sargılarından aĢırı akım çekilmesine neden olan diğer bir etki de,

anma yükünün üzerinde bir yükü (aşırı yük) besleme zorunda kalmasıdır. Aşırı yüklenme, transformatörün

termik etki sonucu yanmasına neden olan bir aşırı akım oluşturur. Genel olarak 20 0C çevre sıcaklığında anma

işletme akımının %20 fazlası (1,2.In) Maksimum İşletme Akımı olarak kabul edilir. Bu değerin üstündeki

akımların geçmesi, Aşırı Yüklenme durumudur. Çevre sıcaklığının artması durumunda Aşırı Yüklenebilme

değeri azalır, sıcaklığın düşmesi durumunda ise Aşırı Yüklenebilme değeri artar. Bu özelliğe bağlı olarak, güç

transformatörlerinin soğutulması yoluyla daha fazla güçte çalıştırılması mümkün olur.

Güç transformatörlerinden aşırı akımlar çekilmesine neden olan k.d. arızası, iç ve dış arıza olmak üzere iki

şekilde meydana gelebilir. İzolasyon; pamuk, ipek, kağıt ve izolasyon yağı gibi maddelerle sağlandığından,

zamanla aşırı akım ya da aşırı gerilim etkilerinden dolayı bu maddelerde izolasyon seviyesi düşer. Bu durumda

sarımlar, sargılar veya sargı-tank arasında izolasyon seviyesi düşük zayıf noktalar oluşur. Bu zayıf noktalar aşırı

akım veya aşırı gerilim gibi bir zorlanma sonucu, hatta normal işletme koşullarında dahi iç arızaların oluşmasına

sebep olabilir.

1. İç arızalar

a. Sarımlar arası kısa devre

b. Sargılar arası kısa devre

c. Sargı ile tank arasında kısa devre

2. Dış arızalar

a. Fazlar arası kısa devre

b. Faz-toprak kısa devresi

c. Aşırı yüklenme

Güç transformatörünün beslediği devrede (bara ve fiderlerde) oluşan dış arızaların nedenleri ise şu şekilde

özetlenebilir:

- Aşırı gerilim sonucu izolatör üzerinde ark oluşması

- Buşing veya izolatörlerin kırılması ya da çatlaması

- İletkenlerin rüzgarda sallanması veya kar, buz yükü nedeniyle birbirine yaklaşması

- İletken kopması, direk yıkılması, bir ağacın enerji iletim hattına yaklaşması

- Güç transformatöründen beslenen müşterilerin aşırı yük çekmeleri

Güç transformatörünün primer ve sekonder sargılarını aşırı akımlara karşı korumak amacıyla

Transformatör Giriş Aşırı Akım Koruma ve Transformatör Çıkış Aşırı Akım Koruma tedbirleri uygulanır. Bu

amaçla kullanılan koruma rölelerinin çalışma akımları, transformatörün anma akımına bağlı olarak seçilir ve

genellikle anma akımının %20 fazlası esas alınır. Zaman ayarı ise, transformatörün kısa devreye dayanma

süresine bağlı olarak belirlenir.

Transformatör GiriĢ AĢırı Akım Koruması, primer sargıyı aşırı yüklenmeye karşı korumak amacıyla

yapılır. Ayrıca fider koruma, transformatör çıkış aşırı akım koruma ve transformatör öz koruma tertiplerinin de

artçısı olarak görev yapar.

Transformatör ÇıkıĢ AĢırı Akım Koruması ise, güç transformatörünün sekonder sargısını aşırı

yüklenmeye karşı korumak amacıyla yapılır. Ayrıca fider koruma tertiplerinin de artçısı durumundadır.

Elektrik Tesisleri Laboratuvarı Deney No: 1

2

Transformatörün primer tarafında bulunan giriş aşırı akım korumasına ilişkin aşırı akım röleleri, primer

tarafta bulunan akım transformatörleri üzerinden beslenirler ve bunların çalışma zamanı, çıkış aşırı akım

rölelerinden daha büyük seçilir.

2.1. Rölelerle Ġlgili Temel Tanımlar

Çalışma Akımı : Aşırı akım rölesinin ayarlandığı akımdır (Iç). Röle bu akımda çalışmaya başlar.

Kuplaj akımı da denir.

Çalışma Zamanı : Bir aşırı akım rölesinin, çalışma akımının üzerinde bir akımla beslendiği anda,

kontağın kapattığı ana kadar geçen süre olarak tanımlanır ve tç ile belirtilir.

Güç : Bir aşırı akım rölesinin beslendiği akım transformatörünün sekonderinden çektiği

güç değeridir. VA ile belirtilir.

Kısa Süreli Dayanma Akımı : Aşırı akım rölesinin bir saniye süre ile taşıyabileceği maksimum akım değeridir.

Dinamik Dayanma Akımı : Aşırı akım rölesinin bir periyot süre ile taşıyabileceği maksimum akım değeridir.

Sürekli Dayanma Akımı : Aşırı akım rölesinin sürekli olarak taşıyabileceği maksimum akım değeridir.

Örnek: 3CM tipi aşırı akım rölesinde; kısa süreli dayanma akımı, minimum ayar değerinin 100 katı, dinamik

dayanma akımı, minimum ayar değerinin 500 katı ve sürekli dayanma akımı, ayar akımının 2 katıdır.

2.2. AĢırı Akım Rölelerinin ÇalıĢma Karakteristiklerine Göre Sınıflandırılması Aşırı akım röleleri, uygulamada karşılaşılan her türlü ihtiyaca cevap verebilecek karakteristiklerde imal

edilmişlerdir. Bu karakteristiklerden, koruma amacına uygun olan röle seçilir ve kullanılır:

a) Ani çalışmalı aşırı akım röle karakteristiği

b) Sabit zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

c) Ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

d) Belli minimumlu ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

e) Ani elemanlı ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

f) Ani elemanlı sabit zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

g) Çok ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

h) Aşırı ters zamanlı aşırı akım röle karakteristiği

Aşırı akım rölelerinin çalışma karakteristikleri (Akım-Zaman eğrileri), t = f(I) ile verilir. Bu fonksiyon

genel olarak, n

IçI

Kt

/ şeklindedir (K, bir katsayı). Burada n‟in çeşitli değerlerine göre, değişik eğimlere

sahip karakteristikler elde edilir:

n=0 için t = K = sabit (b tipi röle karakteristiği)

n=1 için IçI

Kt

/ (c tipi röle karakteristiği)

n=2 için 2

/ IçI

Kt (d tipi röle karakteristiği)

.

.

.

Sabit veya Ters Zamanlı Röle Kullanılmasının ġartları: Sabit zamanlı röle çoğunlukla yalıtılmış sistemlerde kullanılır. Rölenin bağlı olduğu noktadan önceki

reaktans (kaynak reaktansı) Xs ve o noktadan sonraki reaktans (şebeke reaktansı) da Xşe olsun. Genel olarak

rölenin bağlı olduğu sistemin üretim kapasitesi küçükse (Xs >> Xşe ) ve üretim fazla değişmiyorsa, arıza akımı

arıza yerine göre değişmiyor demektir. Yani ''kI ‟nün sabit olması söz konusudur ve bu durumda sabit zamanlı

röle kullanılır.

Arıza akımının, üretim kapasitesi ile ve arıza yeri ile fazla değiştiği hallerde ters veya çok ters zamanlı

röle kullanmak daha uygun olur. Nötrü doğrudan topraklı sistemlerde (Xs /Xşe ) < 2 durumu, kriter olarak

alınabilir.


3

2.3. AĢırı Akım ve Toprak Rölelerinin Kullanılma Yerleri Aşırı akım ve toprak rölelerinin yapıları ve çalışma özellikleri aynıdır. Ancak akım tepleri (akım ayar

değerleri) farklıdır. Mesela aşırı akım rölelerinin akım tepleri; (3-12) A, toprak rölelerinin ise (0,8-2) A arasında

değişir. Bu rölelerin nerelerde ve kaç adet kullanılacağı, korunacak donanımın bağlı olduğu şebekede oluşacak

fazlar arası ve faz-toprak arızalarında, arıza akımlarının dağılış biçimine göre belirlenir.

Şekil 1 ‟i ele alalım. Bu şebekenin 1, 2, 3, 4, 5, 6 noktalarına konulacak koruma sistemlerinde toprak

rölesi gerekmez. Çünkü şebekenin U2 gerilimli bölümü, üçgen bağlantı nedeniyle topraktan tamamen

yalıtılmıştır ve bu bölümde oluşacak faz-toprak arızalarında toprak akımı akmaz.

ġekil 1. Güç sistemlerinde aşırı akım ve toprak rölesi kullanımı (Örnek 1)

Şekil 2 ‟de transformatörün primer tarafında sıfır bileşen akımı akmayacağı için toprak rölesine gerek

yoktur. Transformatörün kaynak tarafı üçgen olduğundan en az iki faza röle konulmalıdır. Üç aşırı akım rölesi

kullanılması korumanın güvenilirliğini arttırır. Arıza sırasında akım transformatörlerinin sekonder akımları

birbirine zıt yönde olduğundan, akım transformatörlerinin nötründen geçen akım sıfır olur ve bu noktaya

konulacak toprak rölesi çalışmaz. Transformatörün sekonder sargısı doğrudan topraklı olduğundan, bu kısımda

meydana gelecek faz-toprak kısa devresinde In = 3.Io toprak akımı akar. Minimum olarak (iki aşırı akım +

toprak) düzeni gerektirir.


Şekil 3 ‟de kaynak (hat başı) transformatörü ile hat sonu transformatörü arasındaki bölgede bir faz-toprak

arızası meydana geldiğinde, toprak akımı her iki transformatörün yıldız sargısından da geçecektir. Hat sonu

transformatörünün sekonder sargısı üçgen olduğundan sıfır bileşen akımları bu bölüme intikal etmez. Yani

üçgen tarafta toprak rölesi gereksizdir. Şekilde sembol içerisindeki I, aşırı akım ve I0, toprak rölesini

göstermektedir. Röle sayıları da sembollerin altında yazılmıştır.


4


İki aşırı akım ve bir toprak rölesi kullanılması durumunda dikkat edilmesi gereken; orta fazda koruma

olmamasına rağmen, bu faza akım transformatörü konulması ve bunun çıkışının diğer fazların çıkışı ile

yıldızlanmasıdır.

Şekil 4 ‟de, iki transformatör arasındaki hattın F noktasında meydana gelecek bir faz-toprak arasında 3.Io

akımı, hat sonu transformatörü üzerinden devresini tamamlayacaktır. Ancak hat başı transformatörünün önüne

(üçgen tarafına), buradaki sargı üçgen olmasına rağmen daha güvenilir bir koruma sağlamak için iki yerine üç

adet aşırı akım rölesi konulmuştur. Çünkü arızalı olmayan fazlardan Io akımı akarken, arızalı fazlardan 2.Io

akımı akacak ve arızalı olmayan fazlarda Io akımı röleyi çalıştırmaya kafi gelmese bile, arızalı fazlardan akan

2.Io akımı, bu fazdaki röleyi çalıştıracaktır. Burada toprak rölesinin kullanılmasının hiçbir faydası olmaz. Çünkü

gerek arızada, gerekse normal işletmede üç faz akımının toplamı sıfır olacaktır.


Primeri doğrudan topraklı hat sonu transformatörlerinin sekonder sargıları üçgen ise Xo değeri küçük

olduğundan, hattaki arızalarda, hat sonu transformatörleri de devreden çıkmaktadır. Bu transformatör

olduğu takdirde Xo büyümekte ve geçen arıza akımı küçüleceği için çalışmaya devam edebilmektedir.

2.4. Doğru Akım Kumanda Sistemleri D.a. sistemleri, santral ve transformatör merkezlerinin en önemli yardımcı sistemlerinden biridir.

Genellikle koruma rölelerini çalıştırma ve kesici açma bobinlerine açma kumandası gönderme görevini yaparlar.

Ayrıca merkezlerde, acil durumlarda (a.a. kesilmesinde) aydınlatmayı da sağlarlar.

Rölelerin kesicileri açtırmaları, sekonder devrede bulunan kesici açma bobinlerin enerjilendirmeleri ile

olur. Bu enerjilendirme işlemi dört şekilde yapılabilir:

a) Sekonder Devreden Geçen Arıza Akımının, Kesicinin Açma Bobininden Geçirilmesi (Seri Açtırma)

Şekil 5‟de görüldüğü gibi; röle, kesici açma bobinin kısa devre eden kontağını arıza anında açarak, arıza

akımının kesici açma bobininden geçmesini sağlar. Bu sistemin olumlu yanı, başka bir yardımcı ünite (a.a. veya d.a.) gerektirmemesidir. Olumsuz yanı ise,

arıza akımının yeterli düzeyde olmaması halinde (bazı toprak arızaları), kesicinin açma bobinini

çalıştırmamasıdır. Bu tür kumanda sistemi küçük dağıtım merkezlerinden kullanılabilir. 3,3 ve 6 KV‟luk

sistemlerde 150 MVA, 15 KV‟luk sistemlerde ise 250 MVA arıza düzeyine kadar bu açtırma şekli uygulanabilir.

Arıza akımlarının röle kontaklarını tahrip etmemesi için ayrıca seri şok bobinleri kullanılır.


5

ġekil 5. Sekonder akım ile kesici açma bobinini enerjilendirme (Seri açtırma)

b) A.a. Besleme Kullanarak Açma Bobinini Enerjilendirme

Şekil 6 ‟da görüldüğü gibi rölelerin çalışması halinde, röle kontakları kapanır ve yardımcı a.a. kaynağı

aracılığı ile kesicinin açma bobini enerjilenir.

c) D.A. Besleme Kullanarak Açma Bobinini Enerjilendirme

Bu sistemde de Şekil 6‟daki bağlantı kullanılır. D.a., akü grupları ile elde edilir. Aküler, yeterli güçte

gerilim transformatörleri veya servis transformatörleri üzerinden beslenen redresörlerle şarjlı tutulur. Bu

sistemde, korunan devrede oluşan arızalar aküleri etkilemeyeceğinden, arızaların yeri ve düzeyi önemli

olmamakta ve her türlü arıza güvenlikle giderilebilmektedir. Ancak doğru akım sistemlerinde akülerin bakımı

çok önemlidir. Bakımsız kalan aküler, arıza anında rölelerin çalışmasına rağmen kesicileri açtıramayacağı için

büyük tahribata neden olabilir.

D.a. gerilim seviyesi ve akü grubunun kapasitesi, istasyon büyüklüğüne ve kullanılan donanımın d.a.

tüketimine göre seçilir. 24-48-60-110-220 V d.a. kademeleri yaygındır.

ġekil 6. Yardımcı bir a.a. kaynağı ile kesici açma bobinini enerjilendirme

d) Kondansatör ġarj Düzeni Küçük tesislerde kullanılır. D.A. beslemeli açtırma gibidir. Burada kaynak olarak kondansatör kullanılır.

Şekil 7‟de görüldüğü gibi, giriş tarafından beslenen gerilim transformatörü bir kondansatörü yükler. Bu besleme

bir redresör tarafından sağlanır.


6

ġekil 7. Kondansatör yardımıyla kesici açma bobinini enerjilendirme

3. DENEYĠN YAPILIġI

3.1.Deneyde Kullanılan Elemanlar

Kesici

Akım Transformatörü

Reosta

Aşırı Akım Rölesi

Toprak Rölesi

Tekrar Kapama Rölesi

D.a. Güç Kaynağı

Ampermetre

Voltmetre

Aktif ve Reaktif Enerji Sayaçları

3.2.Deneyin YapılıĢı

Şekil 8 ‟de verilen bağlantıya uygun olarak hazırlanan deney sisteminde;

1- Kesici kapalı iken, 220 V ‟luk besleme yardımı ile yük üzerinden akım geçirilir. Yük akımına bağlı

olarak akım transformatörünün sekonderinden geçen akım, röle üzerinde ayarlanan referans değerden büyük

olursa; güç kaynağı kesicinin açma bobinini enerjilendirir ve kesici kontakları açılır.

2- Kesicinin açılmasını müteakip, ayarlanan süre sonunda Tekrar Kapama Rölesi kesicinin kapama bobinini

enerjilendirir ve otomatik olarak kesici kontaklarının kapanmasını sağlar.

3- Arıza devam ediyorsa, koruma rölesi kesiciyi tekrar açtırır. Eğer geçici arıza söz konusu ise, Tekrar

Kapama Rölesinin kesiciyi kapatmasından sonra koruma röleleri kesiciyi açtırmaz ve yükün beslenmesi devam

eder.

4- Röleler üzerindeki ayarlar değiştirilerek, yukarıdaki işlemlerin oluşumu tekrar izlenir.

5-

4. RAPORDA ĠSTENENLER

1- Ampermetreler ile sayaçların açık bağlantı şemalarını çiziniz.

2- Koruma rölelerinin ayarları ile röle karakteristikleri hakkında bilgi veriniz.

3- Rölelerin zaman ayarları nasıl yapılır? Bir örnek üzerinde açıklayınız.


7

ġekil 8. Aşırı akım koruma deneyinin bağlantı şeması

8





DENEY NO:2

REAKTĠF GÜÇ KOMPANZASYONU

1. DENEYĠN AMACI

Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin elektrik enerjisine olan ihtiyaçları gün geçtikçe artmaktadır. Aynı

şekilde Türkiye „deki enerji talebinin de artışı söz konusudur. Bu talebe cevap verebilmek için mevcut enerji

üretiminin devamlı olarak artması gerekir. Buradan üretimin artırılmasına yönelik bazı tedbirlerin alınması

gerektiği sonucuna varılabilir. Bu tedbirler; yaz saati uygulaması ve enerji ihtiyacının büyük olduğu puvant

saatlerde, enerji sarfiyatını sınırlamak için yüksek ücretli tarifeler uygulamaktır (Akıllı sayaçlar ile bu

uygulamaya geçilmiştir). Diğer bir yöntem ise güç katsayısının düzeltilmesidir.

Bu deneyin amacı, güç katsayısının düzeltilmesi işlemini genel hatları ile incelemektir.

2. TEORĠ

2.1. Reaktif Güç ve Güç Katsayısı

Normalde tüketiciler, şebekeden sadece I gibi bir zahiri akım çekerler. Fakat hem fiziksel hem de

matematiksel kolaylık sağlamak için tüketicilerin çektikleri alternatif akımın, teorik olarak biri aktif diğeri

reaktif iki bileşenden oluştuğu kabul edilir. Aktif akımın meydana getirdiği aktif güç, tüketici tarafından faydalı

hale getirilir. Aktif güç, motorlarda mekanik güce, ısıtıcılarda termik güce ve aydınlatma cihazlarında

aydınlatma gücüne dönüşür. Reaktif akımın meydana getirdiği reaktif güç ise faydalı güce çevrilemez. Reaktif

güç yalnız alternatif akıma bağlı bir özellik olup, elektrik tesislerinde istenmeyen etkiler oluşturur. Generatörleri,

transformatörleri, hatları, bobinleri meşgul eder ve gereksiz yere yükler. Ayrıca bunların üzerinde ilave ısı

kayıplarına ve gerilim düşümlerine yol açar. Aktif güç enerjisi normal sayaçlarda tespit edildiği halde, reaktif

enerji aktif sayaç ile kontrol edilemez. Reaktif enerjiyi ölçmek için reaktif güç sayacına ihtiyaç vardır. Her ne

kadar reaktif güç faydalı güce çevrilemez ise de bundan tamamen vazgeçilemez. Elektrodinamik prensibe göre

çalışan generatör, transformatör, bobin ve motor gibi bütün işletme araçlarının normal çalışmaları için gerekli

olan manyetik alan reaktif akım tarafından meydana getirilir. Onun için faydalı aktif gücün yanı sıra reaktif güce

de ihtiyaç vardır. Şebekeden çekilen akım ile gerilim arasındaki açının kosinüsüne güç faktörü denir ve ile

gösterilir.

Bir tüketicinin şebekeden çektiği görünür güç

IUIUjQPS hf .3.3 (1)

dır. Burada Uf faz-nötr gerilimi, Uh hat gerilimi (fazlar arası gerilim) ve I hat akımıdır. Hat akımı

sin.cos. jIIjIII qp (2)

şeklinde yazılır. Ip aktif akım Iq reaktif akımdır. Buradan aktif güç ifadesi

cos..3cos.3cos. IUIUSP hf (3)

cos..3cos.3 phpf IUIUP (4)

1 ve 2 nolu denklemden reaktif güç yazılacak olursa

sin..3cos.3sin. qhqf IUIUSQ (5)

olur. Kompleks ifadelerde olduğu gibi bu denklemlerde de şu bağıntılar vardır.

22

qp III (6)


9

22 QPS (7)

ġekil 1. Güç üçgeni

2.2. Reaktif Güç Tüketicileri

Reaktif güç tüketimi bakımından tüketicileri iki gruba ayırmak mümkündür. Bunlardan birincisi, sadece

ısı enerjisi üreten tüketiciler ile akkor flamanlı lambalar, elektroliz ve galvanoplasti tesisleridir. Bunlar sadece

aktif güç çekerler, reaktif güç tüketimi yoktur. İkinci gruba ise elektrik tesislerinde kullanılan manyetik veya

statik alan ile çalışan bütün işletme araçları girerler. Bunlar aktif güçle beraber reaktif güç de çekerler. Mesela;

düşük uyartımlı senkron motorlar, transformatörler, bobinler, havai hatlar, asenkron motorlar, redresörler,

endüksiyon ve ark fırınları, kaynak makineleri vb. Bir seri RL yüküne ait akım, gerilim ve güçlerin değişimleri

Şekil 2 ‟de verilmiştir.

ġekil 2. Bir seri RL devresine ait akım, gerilim ve güç değişimleri

2.3. Reaktif Güç Üretimi ve Kompanzasyon

Reaktif güç ihtiyacını karşılamak için reaktif gücün bir yerde üretilmesi gerekir. Bunu için en eski ve en

klasik yol aktif güç gibi reaktif gücün de senkron generatör tarafından üretilmesidir. Reaktif güç üretimi aktif

güç gibi santrallerde su kuvveti, akaryakıt, kömür vb. ham madde kullanımını gerektirmez, sadece generatör

uyartımı artırılarak reaktif güç üretimi sağlanır. Dolayısıyla bu şekilde üretilen reaktif gücün tüm enerji sistemini

meşgul etmesi söz konusu olur.

Tüketicilerin normal olarak şebekeden çektikleri endüktif gücün, kapasitif yük çekmek sureti ile özel bir

reaktif güç üreticisi tarafından dengelenmesine kompanzasyon denir. Böylece tüketicinin şebekeden çektiği

reaktif güç çok azalır.

Reaktif güç üretimi için iki işletme aracından yararlanılır: dinamik faz kaydırıcılar ve kondansatörler.


10

2.3.1. Dinamik Faz Kaydırıcı

Reaktif güç üretiminde kullanılan dinamik faz kaydırıcıların başında aşırı uyartılmış senkron makinalar

gelir. Genel olarak santrallerden gelen enerji nakil hatlarının sonunda ve tüketim merkezlerinin başında şebekeye

paralel bir senkron makina bağlanır ve bölgenin reaktif güç ihtiyacını bu makina karşılar. Şebekeye bağlanan

senkron makine, şebekeden boşta çalışma kayıplarını karşılayacak kadar az bir aktif güç çeker ve böylece

şebekeye istenen reaktif gücü vererek bir reaktif güç generatörü olarak çalışır. Senkron faz kaydırıcıların

kayıpları kondansatörlere göre daha yüksek olduğu gibi devamlı bakıma ihtiyaçları da vardır. Güçleri büyük

olduğu takdirde ekonomik olarak inşası ve temini mümkün olur. Dinamik faz kaydırıcılar bugün ancak özel

hallerde ve ekonomik şartların elvermesi durumunda kullanılırlar.

2.3.2. Statik Faz Kaydırıcı

Reaktif güç üretiminde statik faz kaydırıcıların yani kondansatörlerin üstünlükleri sayılamayacak kadar

çoktur. Kondansatörlerin kayıpları nominal güçlerinin % 0,5 ‟i kadardır, bakım masrafları yok denecek kadar

azdır. Ayrıca kondansatörlerle istenen her güçte reaktif güç üretimi yapılır. Bu işlem reaktif gücün tüketildiği

yerde yani yüke en yakın yerde yapıldığı için, orta ve alçak gerilim şebekeleri reaktif gücün yükünden

kurtarılmış olur. Bu nedenle kompanzasyon için en uygun araç kondansatörlerdir.

Kondansatörlerin hesabı

Kondansatörler alternatif akım şebekesinde bir reaktans gibi tesir ederler. Ohm cinsinden kapasitif

reaktans

C

Cx1

(8)

dir. Ohm kanununa göre U gerilimine bağlanan bir kondansatörün çektiği kapasitif akım

CUx

UI

C

C .. (9)

dir. Bu akım U gerilimine göre 90° önde gider. O halde şebekeye bağlı bir kondansatörün şebekeden kapasitif bir

akım çekmesi, şebekeye endüktif akım vermesine eşdeğerdir. Kondansatörün gücü

C

ICUQ C

...2

(10)

şeklinde elde edilir.

Üç fazlı alternatif akım tesislerinde kondansatörler şebekeye veya tüketici uçlarına üçgen ya da yıldız

olarak bağlanabilirler. Üçgen bağlamada her iki hat arasındaki kondansatörün kapasitesi C ile ve yıldız

bağlamada her faza bağlanan kondansatörün kapasitesi C ile gösterilirse, üçgen bağlama için

C

IIUCUQ C

ChhC.

.3..3 2 VAR (11)

yıldız bağlama için ise,

C

IIUCUQ C

ChhC.

3.3..2

(12)

yazılabilir. Yıldız ve üçgen durumu için QC gücünün eşit olduğu kabul edilirse kapasiteler arasında

CC .3 (13)

eşitliği bulunur.


11

ġekil 3. Kompanzasyonda güç bileşenleri

C=P.(tan -tan ‟)/6. .Uc2

Yıldız veya üçgen bağlandıklarında kullanılacak kondansatör değerleri aşağıdaki gibi belirlenir:

Üçgen bağlamada; Yıldız bağlamada;

C =P.(tan -tan ‟)/(6. .U2)

C =P.(tan -tan ‟)/ (2. .U

2)

U=Uc=Fazlar arası gerilim U=

Eğer kondansatörün işletme gerilimi küçükse yeteri sayıda kondansatör seri bağlanır. Seri bağlanacak

kondansatör sayısı;

Üçgen bağlamada; Yıldız bağlamada;

n =U/Uc n =U/Uc

Sayının virgüllü çıkması halinde tam kısmın bir üstü alınır.

2.4. Kompanzasyonun Yararları

2.4.1. ġebekedeki Yararları

Güç katsayısının düzeltilmesi ile şebekede hissedilir derecede rahatlama olur. Bunu da üç madde halinde

özetlemek mümkündür.

1) Şebekenin güç taşıma yeteneğinin artırılması

2) Şebekede ısı kaybının azalması

3) Gerilim düşümü azalması

2.4.2. Tüketicideki Yararları

Kompanzasyon yolu ile güç katsayısının düzeltilmesi halinde, reakif güç sarfiyatı için enerji dağıtım

şirketine verilecek ücret tüketicide kalacaktır. Bu da tüketici için çok önemlidir.

2.5. Kompanzasyon ÇeĢitleri

2.5.1. Münferit Kompanzasyon

Devamlı olarak işletmede bulunan oldukça büyük güçlü tüketicilerin reaktif güç ihtiyacını sağlamak için;

kondansatörlerin yükün ucuna paralel bağlanması ve müşterek bir anahtar üzerinden tüketici ile birlikte devreye

alınıp çıkartılmasıdır.

1. Asenkron motor

2. Transformatör

3. Deşarj lambaları

2.5.2. Grup Kompanzasyonu

Bir çok tüketicinin bulunduğu bir tesiste her tüketicinin ayrı ayrı kondansatörlerle donatılması yerine

bunların müşterek bir kompanzasyon tesisi tarafından beslenmesi daha ekonomik ve pratik sonuçlar verir. Bu

durumda kondansatörler özel anahtarlar üzerinden ve gerektiğinde kademeli olarak şebekeye bağlanırlar.

2.5.3. Merkezi Kompanzasyon

Grup kompanzasyonunun biraz daha genişletilmesi ile elde edilir. Merkezi kompanzasyonda tüketici

sayısı çok olduğundan ve bunların hepsinin sabit güçle sürekli olarak devrede bulunması söz konusu

olmadığından, değişen reaktif güç ihtiyacının karşılanması için kapasitelerin de uygun bir şekilde devreye alınıp

çıkartılması gerekir. Bu sayede hem düşük hem de aşırı kompanzasyondan kurtulmuş olunur. Bu şekilde yapılan

kompanzasyona merkezi kompanzasyon denir. Devreden kondansatör grubu çıkarmak gerektiğinde, devreye ilk

alınan kondansatör grubu önce çıkarılır. Kondansatör ani olarak boşalabileceğinden sigortalardan geçecek akım

kondansatörlerin nominal değerinden büyük olacaktır. Anma akımının 1.5 katından büyük akımlara izin

verebilecek sigortalar seçilmelidir.

2.6. Kompanzasyonla Ġlgili Kavramlar

Grup: Rölenin çıkışındaki her bir kontaktöre bağlı olan kondansatör gücüne grup denir. Tesisin reaktif güç

ihtiyacı bu grupların devreye alınıp çıkartılması ile kademeli olarak ayarlanır. Küçük kompanzasyon tesislerinde


12

genellikle 3 grup yeterlidir. Orta büyüklükteki tesislerde 5-6 grup ile hassas bir ayar yapılabilir. Büyük tesislerde

grup sayısı 10-12 ‟ye kadar çıkabilir.

Ayar dizisi: Grup güçlerinin oranına ayar dizisi denir. Dizide bir grubun gücü en çok kendinden önceki

grupların güçlerinin toplamından ilk grup kadar fazla olabilir.

C/k değeri: Bu büyüklük, reaktif güç rölesinin faaliyete geçme değerini ifade eder. Burada C kVAR cinsinden

1.grubun gücü ve k ise akım transformatörünün çevirme oranıdır. C/k büyüklüğü genellikle 0,01 ile 0,3 arasında

değişir.

2.7. Reaktif Güç Kontrol Röleleri

Reaktif güç röleleri; otomatik kompanzasyon tesisini denetleyen ve kullanıcının reaktif güç gereksinimini

ölçerek buna göre kondansatörleri devreye alan veya devreden çıkaran elemanlardır. Reaktif güç rölesi otomatik

kompanzasyon tesisinin beyni olarak düşünülebilir. Ölçüm yaparak veri toplar, bunları değerlendirir, ayar değeri

ile karşılaştırır ve kontaktörler aracılığı ile kondansatör gruplarını denetler.

Uygun röle seçiminde işletmenin endüktif yük karakteristiği önemlidir. Büyük güçlü endüktif yüklerin

bulunduğu işletmelerde az adımda yüksek güçlü kondansatör bataryaları ile kompanzasyon yapılabilir. Küçük

endüktif yüklerin devreye sık girip çıktığı işletmelerde ise küçük güçlü çok kademeli sistemler seçilir.

Reaktif güç röleleri:

- Ayrı bir akım transformatöründen beslenmelidir.

- Reaktif gücü sezebilmeleri için akım ve gerilim bilgilerine ihtiyaç duyarlar. Akım bilgisinin alındığı

transformatör oranı gereğinden büyük seçilirse, röleye gelen akım bilgisi rölenin sezebileceği değerin altında

kalabilir.

% potansiyometresiyle rölenin duyarsız olduğu aralık güç ekseninde kapasitif ve endüktif bölgelere

kaydırılabilir. Bu aralık 1. kademe kondansatör gücüyle belirlenir. % 0-100 skala değerleri arasında yapılan ayar

ile hesaplanan ortalama Cos değerine ulaşılır. Şekil 4 „de bu ayar örnekleri verilmiştir. Şekil 4-a „da; %0: Röle

endüktif ve kapasitif bölgelerde simetrik değerlerde devreye girip çıkar. Şekil 4-b-c „de ise; %50 ve %100:

Kademelerin devreye girip çıkması endüktif bölgelerde gerçekleşir.

(a) (b) (c)

ġekil 4. Reaktif güç rölesi çalışma bölgeleri

Röle; taralı bölge içinde kalan reaktif güç değişimlerine cevap vermez. Bu taralı bölgenin genişliği 1.3 c/k

kadardır. Röle 1. kademe gücünün 0.65 ‟ini aşan değerlerde etkinleşir. Bu nedenle iyi bir kompanzasyon için

uygun c/k değeri ve adımlama seçilmesi önemlidir.

Röle; gereğinden fazla kondansatör alıp aşırı kompanzasyon olduğu halde kondansatörleri devreden

çıkarmıyorsa, akım transformatörü yük ve kondansatör akımlarını sezecek biçimde bağlanmamıştır. Akım

transformatöründen bu akımların geçmesi gereklidir. Sistem yükü endüktif olmasına rağmen röle devreye

kondansatör almıyorsa akım transformatörü yanlış fazdadır. Devre endüktif olduğu halde röle kapasitif

gösteriyor (kap ışığı yanıyor) ise akım transformatörü bağlantısı ve gerilim bağlantısı uyuşmuyor demektir.


3.1. Deneyden Önce Ġstenenler

1- Seri bir RL devresinin fazör diyagramını çiziniz.

2- Seri RL yüküne paralel bir kapasite bağlanması durumu için; Şekil 2 ‟deki gibi akım, gerilim ve

güçlerin değişimlerini ve fazör diyagramını çiziniz.

3- (13) eşitliğiyle belirtilen durumun avantaj ve dezavantajları nelerdir?

4- 2.4.1 „deki 3 maddenin ispatını yapınız.

3.2. Deneyde Kullanılan Elemanlar

Kompanzasyon panosu

Direnç yük bankası

İndüktans yük bankası


13

3.3. Deneyin YapılıĢı

Deneyde Reaktif Güç Kontrol Rölesi (RGKR) ile bir RL yükünün reaktif güç kontrolü yapılacaktır.

Öncelikle panodan Şekil 3 ‟deki bağlantının yapılıp yapılmadığı kontrol edilmelidir.

3.3.1. RGKR ’nin Bağlanması

1- Röleyi bağlamadan önce Şekil 5 ‟deki bağlantıyı dikkatle inceleyiniz.

2- Akım trafosunu ana şalter çıkışına veya ana giriş sigortalarından birinin ayağına bağlayınız. En çok

karşılaşılan hata, akım trafosunun kompanzasyon panosundan sonra bağlanmasıdır. Bu durumda röle çalışmaz.

Akım trafosu daima kondansatörlerden önce ve işletmenin ilk girişine bağlanmalıdır. Ayrıca akım trafosundan

çıkan telleri en kısa yoldan (panonun demir aksamına ve diğer kablolara sarmadan), tercihen 2x1.5 TTR kablo

kullanarak rölenin 1 ve 2 nolu uçlarına bağlayınız.

3- Akım trafosunun bağlı olduğu faz R olsun. Rölenin 4 ve 5 no lu klemenslerine mutlaka diğer iki fazı

yani S ve T „yi bağlayınız.

Bağlantı şeması aşağıda gösterilmiştir.

ġekil 5. RGKR ‟nin bağlantı şekli

3.2.2. RGKR’nin ĠĢletmeye Alınması

1- % ayar düğmesini 0.50 „ye getiriniz. (TEİAŞ „ın öngördüğü değerdir)

2- Röleyi otomatik konumuna alınız.

3- C/k ayar düğmesini 0.05 „e alınız. Devreye endüktif bir yük (örneğin motor) alınız. Röle üzerindeki ind

ışığı yanmalıdır. Kap yanıyorsa 4 ve 5 no lu uçları ters çeviriniz.

4- Bundan sonra geriye kalan tek işlem c/k ayarının düzgün olarak yapılmasıdır.

Tablo 1 ‟de c/k ayarı için seçim tablosu görülmektedir.

Akım Trafosu 1. kademedeki kondansatör gücü

5 10 15 20 25 30 40 50 100

30/5 0.83

50/5 0.50 1

75/5 0.33 0.67 1

100/5 0.25 0.50 0.75 1

150/5 0.17 0.33 0.50 0.67 0.83 1

200/5 0.13 0.25 0.38 0.50 0.63 0.75 1

300/5 0.08 0.17 0.25 0.33 0.42 0.50 0.67 0.83

400/5 0.06 0.13 0.19 0.25 0.31 0.38 0.50 0.63

600/5 0.08 0.13 0.17 0.21 0.25 0.33 0.42 0.83

800/5 0.06 0.09 0.13 0.16 0.19 0.25 0.31 0.63

1000/5 0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.20 0.25 0.50

1500/5 0.05 0.07 0.08 0.10 0.13 0.17 0.33

2000/5 0.05 0.06 0.08 0.10 0.13 0.25

Tablo 1. c/k ayarı için seçim tablosu


14

3.4. Kompanzasyon Sisteminde Olabilecek Arızalar

1- Şebekedeki harmonikler dolayısıyla kondansatör ünitelerinde aşırı akımlar meydana gelebilir.

2- Rölenin sık sık devreye girip çıkması ile salınımlar meydana gelebilir.

3- Seçilen kontaktörler, kondansatörleri devreye alırken geçen akım şiddetine uygun seçilmemiş olabilir.

4- Röle çalışamaz.

5- Düşük yükte büyük grupların devreye alınması.

6- Kompanzasyonun yavaş çalışması.

7- Kontaktörlerin kontaklarının yanması.


1- Reaktif gücün önemini belirtiniz.

2- Reaktif gücün şebekede oluşturduğu olumsuzluklar nelerdir?

3- Reaktif güç üreten ve tüketen kaynakları belirtiniz.

4- Düşük güç faktörünün meydana getirdiği sorunlar nelerdir?

5- Kondansatör değerinin bulunuşunu teorik olarak ispatlayınız.

15





DENEY NO:3

ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERĠ

1. DENEYĠN AMACI

Bu deneyin amacı, ölçü aletleri ve koruma röleleri için kullanılan ölçü transformatörlerini tanımak ve

incelemektir.

Yüksek akım veya gerilimi belirli bir oran dahilinde düşürerek ölçü aletlerini ve röle devrelerini besleyen

cihazlara ölçü transformatörleri denir. Yüksek gerilim tesislerinde akım değeri büyük ve gerilim yüksek

olduğundan, kullanılacak aletlerin üretiminin pahalı oluşu ve yüksek gerilim işletme personelinin hayati

tehlikeye maruz kalması nedeniyle ölçü transformatörlerine ihtiyaç duyulur. Akımı belirli bir oranda düşürenlere

akım transformatörleri, gerilimi belirli bir oranda düşürenlere de gerilim transformatörleri denir. Ölçü

transformatörlerinin kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu imal edilmesini sağlar. Bu

transformatörlerin temel kullanım amaçları şöyle sıralanabilir:

a) Ölçme ve koruma taçhizatını primer gerilimden izole ederek güvenli çalışmayı sağlamak.

b) Değişik primer değerlerine karşılık standart sekonder değerler elde ederek, sekonder teçhizatın her devrede

kullanılmasını sağlamak.

c) Koruma rölelerinin çeşitli uygulamalarına imkan sağlamak.

2. TEORĠ 2.1. Akım Transformatörleri

2.1.1. Akım Transformatörlerinin Yapısı Şekil 1 ‟de görüldüğü gibi akım transformatörleri; manyetik nüve, primer sargı, sekonder sargı,

gövde ve izolatör kısımlarından oluşur. Akımı düşürmek amacıyla kullanıldıklarından primer sargıları kalın

kesitli ve az sarımlı, sekonder sargıları ise ince kesitli ve çok sarımlıdır.

ġekil 1. Akım transformatörünün yapısı

2.1.2. Akım Transformatörlerinde Doğruluk Sınıfı Ölçü transformatörleri yüksek akımı dönüştürmeleri anında gerek sargıların direnci gerekse nüve

kalitesinden dolayı belli bir hata yaparlar. Bu hata transformatörlerin nominal çalışma şartlarında meydana

gelen bir değerdir ve ölçü transformatörünün oranına göre % olarak ifade edilir.

- 0.1 ve 0.2 sınıflı ölçü transformatörleri laboratuvarlarda,

- 0.5 sınıflı ölçü transformatörleri hassas ölçmelerde,

- 1 sınıflı ölçü transformatörleri endüstriyel ölçmelerde,

- 3 sınıflı ölçü transformatörleri koruma devrelerinde,

kullanılır. % 25 ve daha küçük oranlı çalışma şartlarında ölçme hatası artar.

2.1.3. Akım Transformatörlerinde Sargı ÇeĢitleri Akım transformatörlerinin sekonderine bağlanacak ölçü aletinin empedansının etiket değerinin üzerine

çıkması durumunda akım transformatörleri aşırı yüklenmiş olur. Bu durumda transformatörün, daha büyük güçlü


16

bir transformatörle değiştirilmesi yerine, mevcut transformatörün sargı bağlantıları değiştirilir. Transformatörler

birden fazla sargılı veya kademeli yapılırken akım ve sargı arasındaki dönüştürme oranının sabit tutulması

gerekir. Sargı çeşitleri;

1) Primeri tek, sekonderi tek sargılı akım transformatörleri

Bu akım transformatörlerinin primeri ve sekonderi tek sargılı olduklarından sarım sayısı değiştirme

imkanı yoktur. Bunların etiketinde tek bir dönüştürme oranı belirtilir (100/5A, 500/5A gibi).

2) Primeri çift, sekonderi tek sargılı akım transformatörleri

Bu akım transformatörlerinin primerinde özellikleri birbirinin aynı iki adet sargı mevcuttur. Primer

sargılar kendi aralarında seri ve paralel bağlanmak suretiyle aynı şebeke gerilimi altında farklı primer akım

değerlerinde kullanılırlar. Transformatörün etiketinde iki ayrı primer akım değeri vardır (100-200/5A gibi).

3) Primeri tek sargılı, sekonderi kademeli akım transformatörleri

Primer akım değerinin yüksek olduğu ve sık sık değiştiği yerlerde kullanılan bir akım transformatörüdür.

Primerinde ve sekonderinde birer sargı mevcuttur. Ancak sekonder sargının değişik kademelerinden ara uçlar

çıkartılmıştır. Bu akım transformatörlerinin primer sargısı, etiketinde yazılı olan en yüksek primer akıma göre

izole edilir. Transformatörün etiketi 400-600-800/5A gibi olabilir. Kademe değiştirme işlemi primerden geçen

akıma göre yük altında gerçekleştirilebilir. Transformatörde kullanılmayan kademe uçları kesinlikle kısa devre

edilmez.

ġekil 2. Primeri tek sargılı, çift sekonderli ve sekonderi kademeli akım transformatörleri

4) Primeri tek, sekonderi iki sargılı akım transformatörleri

Bu tip transformatörler, sekonderden iki ayrı devreyi beslemek için kullanılırlar. Akım

transformatörünün nüvesi iki tanedir. Primer sargının yarısı nüvenin birine, diğer yarısı ise ikinci nüve üzerine

sarılmıştır. Sekonder sargılar ise, ayrı nüveler üzerine sarılmıştır. Dolayısı ile iki ayrı transformatör gibi çalışır.

Primerinden, etiketinde yazılı olan nominal primer akım geçtiğinde, sekonder sargılardan aynı anda ayrı ayrı 5‟

er Amper elde edilir (200/5-5A gibi). Bu akım transformatörlerinin sekonder sargılarının biri ölçü amaçlı, diğeri

ise koruma amaçlı kullanılır.

5) Primeri tek sargılı, çift sekonderli ve sekonderi kademeli akım transformatörleri

Bu tip akım transformatörlerıi sekonderi kademeli ve sekonderi çift sargılı akım transformatörlerinin

özelliklerini taşırlar. Bu akım transformatörleri ile hem primerden geçen şebeke akımını hem de transformatörün

gücü arttırabiliriz. Bu akım transformatörlerinin etiketi 400-800/5-5A gibi olabilir.

2.1.4. Akım Transformatörlerinde Termik ve Dinamik Dayanım Akım transformatörlerinin kullanılacağı şebeke kısa devre akımları ve bu akımlara dayanma sınırı, akım

transformatörlerinin termik ve dinamik durumu için bilinmelidir.

Bir akım transformatörünün, bir saniye süreyle hasar görmeden dayanabileceği primer akımının efektif

değerine termik anma akımı (Ith) denir ve imal edildiği standarta bağlı olarak, nominal akımın 40-100 katı

arasında olabilir.

Primer şebekedeki bir kısa devre anında, ilk periyotta geçecek darbe akımının yol alacağı mekanik

kuvvetler açısından akım transformatörünün dayanabileceği primer akımının maksimum değerine dinamik

anma akımı (Idyn) denir. Akım transformatörleri genel olarak termik anma akımının 2.5 katı mertebesindeki

dinamik anma akımına göre izole edilirler.

2.1.5. Akım Transformatörlerinde Doyma Ölçü aletlerini besleyen akım transformatörlerinde primer akımının 1,2.In değerine kadar transformatör

doymaya girmez. Primerde meydana gelen bir kısa devre sonucunda akım çok arttığı için demir çekirdekte


17

doyma oluşur ve sekonder akımı aynı oranda artış göstermez. Bu özellik ölçü aletlerinin aşırı akımdan

korunmasını sağlamış olur. Röleler nominal çalışma akımında devre dışıdırlar. Kısa devre akımı akması

durumunda ise faaliyete geçerler. Röleleri besleyen akım transformatörleri; genellikle aşırı akım bölgesinde

çalıştıklarından, kısa devre akımlarını doğru ve orantılı bir şekilde sekondere geçirmeleri gerekir. Bu tip

transformatörlerde doyma daha geç başlamaktadır.

Akım transformatörlerinin besleyecekleri devreye göre doyma (aşırı akım) katsayısı belirlenir. Nominal

yük ile yüklenen bir akım transformatöründe primer akımı gittikçe arttırılırsa belirli bir akım değerinden sonra

doymaya başlar. Doyma akımı ile nominal akım arasındaki orana doyma katsayısı(n) denir. Ölçü aletlerini

besleyen akım transformatörlerinin etiketinde n < 5, röle devrelerini besleyen akım transformatörlerinin

etiketlerinde ise n >10 olarak yazılır.

n = Idoyma/In (1)

Akım transformatörlerinin etiketinde yazan (n<5 veya n>10 şeklinde) doyma katsayıları, gerekli hallerde

test edilerek bulunmalıdır.

2.1.6. Akım Transformatörlerinde Polarite ve Önemi Akım transformatörlerinin sekonderine bağlanan bazı ölçü aletleri (wattmetre, sayaç vb.) ve koruma

röleler için akım yönü önemli bir faktördür. Bu tip ölçü aletlerinin ve rölelerin bağlantılarında akım yönünün

bilinmesi gerekir. Primerde akımın giriş, sekonderde akımın çıkış uçlarına polarite uçları; bu uçları belirleme

işlemine de polarite tayini denir.

Akım transformatörlerinde polarite tayini iki amaçla yapılır. Birincisi, yukarıda belirtildiği gibi primerde

akım giriş, sekonderde akım çıkış uçlarını belirlemek için, ikincisi ise imalatçı firma tarafından belirlenmiş olan

bu uçların doğru işaretlendiğinden emin olmak için yapılır. Ayrıca polarite tayini sonucunda transformatörün

uçlarının kopuk olup olmadığı da kontrol edilir.

2.2. Gerilim Transformatörleri

Gerilim transformatörleri bağlı oldukları devredeki primer gerilimi belli oranda küçültülerek, bu gerilimle

sekonder terminallerine (çıkışlarına) bağlı cihazları besleyen özel transformatörlerdir.

2.2.1. Gerilim Transformatörlerinin Yapısı Şekil 3 ‟de görüldüğü gibi gerilim transformatörleri; manyetik nüve, primer sargı, sekonder sargı, gövde

ve izolatörler kısımlarından oluşur. Gerilim transformatörlerinin primer sargıları çok sarımlı ve ince kesitli,

sekonder sargıları ise nominal yükte kayıpların az olmasını temin edecek kalınlıkta ve primer sargıya göre

çevirme oranı kadar az sarımlıdır.

Gerilim transformatörlerinin yükü daha ziyade voltmetre, wattmetre ve sayacın gerilim bobinleri gibi

empedansı yüksek alıcılardır. Bu bakımdan primer kısmı gerilim altında iken sekonder kısmın açık bırakılması

tehlike oluşturmaz.

ġekil 3. Gerilim transformatörünün yapısı


18

2.2.2. Gerilim Transformatörlerinin Elektriksel Devresi

ġekil 4. Gerilim transformatörlerinin elektriksel devresi

Sekonder empedansı Z olan bir transformatörde; I2 akımının olabilmesi için transformatörün E2 gibi bir

e.m.k. ‟sı olmalıdır. Primer sargı, ölçülmesi istenen U1 şebeke gerilimine bağlanır ve sekonder sargıdan elde

edilen alçak gerilim yardımıyla ölçü aletleri ve röleler beslenir.

2.2.3. Gerilim Transformatörlerinde Doğruluk Sınıfı

Türk standartlarında ölçme amaçlı gerilim transformatörleri için % 25 ile % 100 yükleri arasında ve % 80

ile %120 primer gerilimlerde hata sınıfı 0.1 - 0.2 - 0.5 - 1 ve 3 olarak verilmiştir.

2.2.4. Gerilim Transformatörlerinde Polarite

Akım bobinlerinde akımın giriş yönü önemli olduğu gibi, gerilim bobinlerinde de akımın giriş yönü

önemlidir. Uçların yanlış bağlanması halinde ölçü aleti ya ters sapma yapar ya da eksik değer gösterir. Bu

nedenle polarite uçlarının bilinmesi gerekir.

Gerilim transformatörlerinin polarite tayinini yapmak için, akım transformatörlerinin polarite tayininde

kullanılan elemanlar gereklidir.

3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyde Kullanılan Elemanlar

Ototransformatör, Akım transformatörü, Ampermetre, Voltmetre, Galvanometre, Pil veya akü.

3.2. Akım Transformatörlerinde Doyma Katsayısının Tayini

Akım transformatörlerinin etiketinde yazan (n<5 veya n>10 şeklinde) doyma katsayıları, gerekli hallerde

aşağıdaki deney yapılarak bulunur. Bunun için Şekil 5 „de gösterilen devre kurulur.

ġekil 5. Deneyin bağlantı şeması

Şekil 5 „de örnek olarak alınan çift sekonderli akım transformatörünün bir sekonderine, varyak ile sıfırdan

başlamak üzere gerilim uygulanır. Primer ve diğer sekonder açık durumdadır. Ampermetre ve voltmetreden

okunan akım ve gerilim değerleri belli aralıklarla tespit edilip yazılır. Güvenli bir değer elde etmek için 1 A „e

kadar çıkmak genellikle yeterlidir. Elde edilen değerler ile akım-gerilim karakteristiği çizilir (Şekil.6).


19

ġekil 6. Akım transformatöründe doyma akımının belirlenmesi

Akımın ilk değerleri için gerilim artışları oldukça lineerdir. Akımın %50 artışına karşı, gerilim artışının

%10 „a düştüğü noktaya (Diz noktası, Kn ) karşı düşen akım değeri, doyma değeridir.

Örnek: 200/5 - 5 A ; 30+30 VA ; 1+3 sınıfı ; n<5, n>10 olarak verilen bir akım transformatörünün testi

sonunda, ölçü devresi için diz noktası, 200 mA „e karşılık 11 volt; koruma devresi için 400 mA „e karşılık 65

volt olarak bulunmuştur.

Ölçü devresi için doyma değerinin bulunması: Nominal yükünde sekonder direnç,

nomnom NRI .2

formülünden yararlanarak 2,125/30R bulunur.

Akım transformatörünün sekonder iç direnci, R=0.2 ölçülmüştür.

Toplam direnç, R=1.2+0.2=1.4 „dur.

Doyma anında sekonderden geçecek gerçek akım;

AI doyma 9.74.1

11

Bunu nominal akımına oranlarsak, 6.15

9.7

nom

doyma

I

In < 5 „dir.

Koruma devresi için doyma noktası: Rii =0.1 bulunmuştur. Toplam direnç,

R=1.2+0.1=1.3 ; 503.1

65doymaI A; doyma,

105

50

nom

doyma

I

In 10 bulunmuş olur.

Bu test ile hem uçları işaretlenmemiş akım transformatörlerinin ölçü ve koruma devreleri bulunmuş, hem

de etiket değerleri kontrol edilmiş olur.

3.3. Akım Transformatörlerinde Polarite Tayini

Akım transformatörlerinde polarite tayini yapabilmek için, öncelikle transformatörün herhangi bir yere

bağlantısının olmaması gerekir. Polarite tayini yapılacak transformatör için Şekil 7‟deki bağlantı kurulur.


20

Pil

Veya

Akü

+-

P2

P1

S2

S1

G

+

-


4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Akım transformatörlerinin kısa ve açık devre edilme durumlarını inceleyiniz.

2- Akım transformatörlerinde k ucunun topraklanma nedenini belirtiniz.

3- Akım transformatörlerinin elektrik devresini çiziniz.

4- Deneyde elde edilen verilere göre V = f (I) grafiğini çiziniz.

5- Aktif ve Reaktif sayaçların devreye bağlantı şemalarını çiziniz.

6- Gerilim transformatörlerinin kullanım amaçlarını kısaca açıklayınız.

21





DENEY NO:4

GÜNEġ ENERJĠSĠNDEN ELEKTRĠK ENERJĠSĠ ELDE EDĠLMESĠ

1. DENEYĠN AMACI

Elektrik enerjisi tüketiminin gelişmişliğin bir göstergesi halini aldığı çağımızda, birincil enerji

kaynaklarının sürekli tükenmekte oluşu ve bu kaynakların enerji üretimi için yakılmaları esnasında ortaya çıkan

ekolojik bozulmalar, bugün enerji konusunu acil olarak çözülmesi gereken bir problem olarak ortaya

koymaktadır. Bu problemin çözümlerinden birincisi yenilenebilir enerji kaynaklarının bulunması, ikincisi ise

tüketimin ekonomik olarak kabul edilebilecek en alt düzeye indirilmesi biçiminde özetlenebilir.

Türkiye, yenilenebilir enerji kaynaklarının çeşitliliği ve potansiyeli bakımından zengin bir ülkedir.

Coğrafi konumu nedeniyle büyük oranda güneş enerjisi almaktadır. Ülkemiz, birçok ülkede bulunmayan

jeotermal enerjide dünya potansiyelinin %8 ‟ine sahiptir, hidrolik enerji potansiyeli açısından da dünyanın sayılı

ülkelerindendir. Rüzgar enerjisi potansiyeli oldukça fazladır. Bu enerji kaynaklarının maliyetleri oldukça azdır,

yenilenebilir oldukları için tükenmezler ve konvansiyonel yakıtların aksine çevre ve insan sağlığı için önemli bir

tehdit oluşturmazlar.

Bu deneyin amacı; yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisinin önemini vurgulamak,

güneş pillerinin yapısını ve çalışma prensibini öğretmek ve küçük bir fotovoltaik sistem tasarımı yapmaktır.

2. TEORĠ 2.1. GüneĢ Enerjisi

Güneş enerjisi çevre kirliliğine yol açmayan tükenmez bir enerji kaynağıdır. Bir kaç yıl öncesine kadar

ekonomik görülmeyen güneş enerjisi, yakıt fiyatlarındaki yüksek artışlar nedeniyle bazı kullanım alanlarında

oldukça ekonomik duruma gelmiştir. Fizyon enerjisinin en büyük kaynağı, dünyaya zarar vermeyecek bir

mesafede olan güneştir. Nitekim petrol, kömür ve atom enerjisi gibi birincil enerji kaynaklarına alternatif olarak

güneş enerjisi çok umut vericidir.

Güneşten dünyaya gelen enerjinin yoğunluğu, atmosferin üzerinde m2 başına 1,35 kW kadardır. Bu

yoğunlukta dünya çapının kapladığı alana gelen güneş gücü 178·109 MW düzeyindedir. Dünyanın tüm yüzeyine

bir yılda düşen güneş enerjisi, 1.22 ·1014

TET (Ton Eşdeğeri Taşkömürü) ya da 0.814·1014

TEP (Ton Eşdeğeri

Petrol) gibi görkemli boyuttadır. Bir başka deyişle, bir yılda gelen güneş enerjisi miktarı, bilinen kömür

rezervinin 50 katı ve bilinen petrol rezervinin 800 katı kadardır.

2.1.1 Türkiye ‘de GüneĢ Enerjisi

Türkiye „nin güneş enerjisi gücü ilk kez 1970 yılında, bir bilimsel araştırma kapsamında hesaplanmıştır.

Belirlenen olgulara göre, Türkiye „nin yıllık güneşlenme süresi 2608.8 saat olup, maksimum değer 361.8 saat ile

Temmuz ayında ve minimum değer 97.8 saat ile Aralık ayında görülmektedir. Güneşlenme süresi yönünden en

zengin bölge yılda 3015.8 saat ile Güneydoğu Anadolu Bölgesi „dir. Karadeniz Bölgesi yılda 1965.9 saat ile en

düşük değere sahiptir. Güneş radyasyon yoğunluğuna gelince, Türkiye ortalaması yıllık 316.07 cal/cm2.gün

kadardır. En yüksek değer 503.13 cal/cm2.gün ile Temmuz ayında ve en düşük değer de 132.04 cal/cm

2.gün ile

Aralık ayında belirlenmiştir. Güneydoğu Anadolu Bölgesi için yıllık ortalama güneş radyasyon yoğunluğu

341.23 cal/cm2.gün düzeyinde iken, bu değer Karadeniz Bölgesi „nde 246.55 cal/cm

2.gün düzeyine düşmektedir.

Yapılan değerlendirme sonuçları temel alınarak Türkiye „nin bütün yüzeyine bir yılda düşen güneş enerjisi

kuramsal biçimde hesaplanmış ve 1.2·1011

TET bulunmuştur. Bir varsayım olarak, bu enerjinin binde birinin

%30 verimle toplanması koşuluyla, yılda kullanılabilecek enerji miktarı 36·106 TET ya da 23·10

6 TEP olarak

belirlenmiştir.

Ülkemizde 1990 „lı yıllara kadar bir kaç kamu kurumunun şebekeden uzak yerlerdeki tesisleri dışında,

güneş pilleri ile enerji kullanımı gerçekleşmemiştir. Günümüzde ise, temiz enerji kaynağı olması nedeniyle,

özellikle şebekeye bağlı tipte olmak üzere fotovoltaik (FV) uygulamalar yaygınlaşmaya başlamıştır.


22

2.1.2. GüneĢ Enerjisinin Kullanım Alanları

Güneş enerjisinin kullanımı, gündelik yaşam yapısından ve konutlardan başlamakta; haberleşmeye,

tarıma, endüstri kesimine, elektrik santrallerine, askeri hizmetlere ve uzaya kadar uzanmaktadır. Güneş

enerjisinin günümüzde önem kazanan uygulamaları; oldukça yaygınlaşan güneşli su ısıtıcılarının dışında,

güneşle ısınan binaların yapımı, güneş enerjisinin elektriğe çevrilmesi, güneş enerjili su pompalarının tarımsal

sulamada kullanılması, geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretiminde güneş enerjisinden yararlanılması

biçiminde sıralanabilir. Ayrıca güneş enerjisinin kullanıldığı alanlara hesap makineleri, radyo, TV ve uydu

alıcıları, radar ve meteoroloji istasyonları, havaalanları ve helikopter pist ışıklandırmaları, denizcilik

uygulamaları, mobil telefonlar, karavanlar, sokak ve bahçe aydınlatmaları ilave edilebilir.

Bugün için güneş enerjisinin kullanılmasındaki genel amaç, alışılagelen birincil kaynak fosil yakıtların

tutumlu ve ölçülü kullanımına yardımcı olmaktır. Dünya yapay enerji bunalımı, güneş enerjisinin teknolojik

gelişimini ve geleceğini büyük ölçüde etkileyerek özellikle üç uygulamaya ağırlık kazandırmıştır. Bunlar;

1- Yapıların ısıtılmasında güneş enerjisinin kullanılması,

2- Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülerek kullanılması ve güneş elektrik santrallerinin geliştirilmesi,

3- Geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretilmesinde güneş enerjisinin kullanılması.

Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretimi teorik olarak dört grup halinde toplanabilir.

1- FV üretim tesisleri

2- Dağınık kollektör sistemi (Distributed collector system) olarak sembolize edilen solar termik küçük santrallar

3- Merkezi kuleli aynalar

4- Güneş havuzları üretim tesisleri

2.2. GüneĢ Pilleri

Fotovoltaik terimi, ışıktan gerilim üretilmesi anlamına gelmektedir. FV piller için kullanılan ortak terim

“güneş pilleri” olmakla birlikte, piller her türlü ışık altında gerilim üretebilirler. Güneş pilleri, üzerine güneş ışığı

düştüğünde, enerjinin korunumu yasasına uygun olarak, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren

elektronik düzeneklerdir. Bu enerji çevriminde herhangi bir hareketli parça bulunmaz. Güneş pilleri; uzun

ömürlü, dayanıklı, kayda değer bir çevre kirliliği oluşturmayan yarı iletken aygıtlardır. Çalışmaları sırasında hiç

bir elektriksel sorun çıkarmazlar ve çok az bakım gerektirirler. Modüler yapıda olan güneş pilleri birbirlerine seri

ve paralel bağlanabilirler. Çok küçük güç gereksinimlerini karşılayabildikleri gibi, kendi başına bir güç santralı

gibi de çalışabilirler. Verimlerinin düşük ve ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olması güneş pili sistemlerinin en

büyük dezavantajıdır. Ancak zamanla maliyetinin şebeke elektriği ile yarışabilecek düzeye geleceği

umulmaktadır.

Güneş pilinin üstünlükleri şu şekilde sıralanabilir.

Güneş enerjisini elektrik enerjisine %25 gibi yüksek bir verimle çevirir.

Sınırsız çalışma ömrüne sahiptir.

Fabrikasyon üretimi kolaydır.

Dışarıdan herhangi bir yardımcı optik düzen veya verimi arttırmak için bir önlem alınmaksızın tatmin

edici bir verimle çalışır.

Çıkış gücü/ağırlık oranı yüksektir.

Temiz bir enerji kaynağıdır.

Güneş pilinin kötü yanları ise şunlardır.

Pahalıdır.

Birçok uygulamada depolama elemanına ihtiyaç gösterir (Özellikle geceleri ve bulutlu havalarda).

Çok fazla güneş ışığı alan bölgelerde yüksek sıcaklık nedeniyle verim düşer.

2.2.1. GüneĢ Pilinin Karakteristikleri

Güneş pili denilen fotovoltaiklerin üst yüzeyinde, pil tarafından üretilen akımı toplayan ve genellikle

bakırdan yapılan negatif kontaklar vardır. Kontakların altında 150 mm. kalınlığında, yansıtıcı özelliği olmayan

bir kaplama tabakası vardır. Bu tabaka olmazsa, silisyum üzerine düşen ışınımın üçte birine yakın kısmını

yansıtacaktır. Bu kaplama tabakası, pil yüzeyindeki yansımayı önler. Pilin ön yüzeyi, normal olarak yansıyan

ışığın bir kısmını daha yakalayabilmek amacıyla, piramitler ve konikler şeklinde dizayn edilir. Yansıtıcı olmayan

kaplamanın altında, pilin elektrik akımının ortaya çıktığı yapı bulunur. Bu yapı, iki farklı katman halindedir. N-

katmanı, fosfor atomları eklenmiş silisyumdan oluşan ve pilin negatif tarafını oluşturan katmandır. P-katmanı

ise, bor atomları eklenmiş silisyumdan oluşur ve pilin pozitif tarafıdır. İki katman arasında, P-N kavşağı denilen,

pozitif ve negatif yüklü elektronların karşılaştığı bir bölge bulunur. Pilin arka yüzeyinde, elektronların girdiği

pozitif kontak görevi gören arka kontak yer alır.


23

Foton soğurulması ile oluşan yük taşıyıcılar çoğunlukla oldukları bölgelere doğru sürüklenirler. Bu

durumda eklemden bir IS akımı geçer. Böylece P-tipi bölge pozitif, N-tipi bölge negatif olarak yüklenir. IS

akımının geçişi P-N ekleminin ileri yönde eğilimlenmesine neden olur ve bu durumda eklemdeki gerilim duvarı

alçalır. Eklemin bir dış bağlantısı yoksa, bu ileri yöndeki eğilimlemeden dolayı ileri yönde (P ve N ‟ye doğru) bir

I akımı geçer. Bu I akımının geçişi, N-tipi bölgeyi pozitif yükleyeceğinden, çoğunluk yük taşıyıcılarının geçişine

engel oluşturan gerilim duvarı, çoğunluk yük taşıyıcılarının geçişine engel oluşturacak duruma gelinceye kadar

sürer. Yeniden foton soğurulması olur. Eklemde varolan elektrik alan, oluşmuş olan elektron-boşluk çiftini

ayırarak bunların eklemi aşmalarını sağlar. Böylece gerilim duvarının çökmesi, sonra yükselmesi sürüp gider ve

açık devre durumunda IS akımı ile dengelenmiş olur.

P-N eklemi dışarıdan bir RL yük direnci ile sonlandırılırsa IS akımının IL kadar kısmı dış devreden akar,

böylece P-N eklemi ışık enerjisini elektrik enerjisine çevirmiş olur. IS akımı

LS III (1)

bağıntısı ile verilir. İleri yöndeki akım

I = I 0 (eeV k T.

-1) + IL

(2)

şeklindedir. Renk ve sıcaklık bileşimleri verilen bir ışık demeti için IS akımı ışık şiddeti ile orantılıdır.

ġekil 1. Işık enerjisinin elektrik enerjisine çevrilmesi

2.2.2. GüneĢ Pilinin EĢdeğer Devresi

Bir FV pil, fotonların oluşturduğu akımın geçmesini sağlayan bir diyota paralel bağlı basit bir akım

kaynağı gibi davranır.

SH

LSLL

SLR

V

AkT

RIVeIII 1exp0

(3)

Burada,

A : 1-5 arasında bir sabit (eğriye uygun keyfi olarak seçilecek)

RS : Pil seri direnci

RSH : Paralel direnç

IL : Pil çıkış akımı

IS : Işığın ürettiği akım

I0 : Diyot saturasyon akımı

e : Elektron yükü

VL : Pil terminal gerilimi

k : Boltzman sabiti

T : Mutlak sıcaklık

ġekil 2. Güneş pili eşdeğer d.a. modeli


24

Üstel işlevdeki VL + IL RS ifadesi gerçekte diyot voltajı V ‟ye eşittir. Şekil 1 ve Şekil 2 ‟de görülen RS

direnci pilin iç direncini oluşturur. Şekil 2 ‟ye göre gerilim düşümleri için

V=VL

+ IL

RS

(4)

ve buradan

VL

= V - IL

RS

(5)

yazılabilir. Verilen bir IS için VL yük gerilimi

LSLS

L IRI

II

e

TkV

0

1ln (6)

olur. VL ‟yi arttırmak için I0 akımını (eklem ters akımını) azaltmak gerekir. Düzgün olmayan eklem, arzu

edilmeyen yabancı maddeler ve kristal yapıdaki boşluklar, I0 akımının artmasına neden olurlar.

ġekil 3. Güneş pili I-V öz eğrisi

Yükten geçen akım aynı zamanda RS direncinden geçtiği için, verilen IL akımı için pilin içinde bir gerilim

devresi olacağından yük direnci uçları arasındaki gerilim farkı azalır. Şekil 3 ‟den görüleceği gibi kuramsal

olarak çizilen eğri (RS = 0) ile uygulama sonuçlarına göre çizilen eğri (RS = 4 ohm) arasında büyük bir uyum

vardır. Yüke sağlanan güç VL ve IL ile sınırlanan dikdörtgen ile verilmektedir. İç direnç çıkış gücünün

azalmasına neden olur. (6) bağıntısında görülen IS akımı ışık yeğinliği ile orantılı olduğundan, aynı dalga

boyunda fakat farklı yeğinlikteki ışık demetleri için IL ‟nin dolayısıyla VL ‟nin aynı olmayacağı açıktır. Açık

devre durumunda IL = 0 ‟dır.

IL

= IS

- I 0 (eeV k T.

-1) (7)

bağıntısı

IS

= I 0 (eeV k T.

-1) (8)

biçimine girer ve buradan açık devre gerilimi için

1/ln 00 IIVV ST (9)

eşitliği bulunur (e

kTVT ısıl güç).

Eğer T sabit kalırsa V0, ışık yeğinliği ile orantılı olmak üzere IS ve I0 ‟ın fonksiyonu olarak değişir.


25

2.2.3. GüneĢ Pilinin Verimi

Verilen bir V için yük direncinden geçen akım

IL

= IS

- I = IS

- I 0 (eeV k T.

-1) (10)

ve çıkış gücü

P=IL

V = I I eS

eV k T

0 1( ). V (11)

dir. Bu eşitliğin V ‟ye göre türevi alınarak sıfıra eşitlenir ve gerekli düzenlemeler yapılırsa, maksimum verim

için

m

MAX MAX S

MAX ph ph

eV k T V I

eV k T N E

( / . )

( / . )1 (12)

bağıntısı bulunur. Burada Nph fotonların sayısı, Eph bir fotonon ortalama enerjisidir. Bu bağıntı basitleştirilebilir.

Bunun için kısa devre akımı phS KnI şeklinde yazılır. Burada K yansıma, geçirgenlik ve çarpışmadan ileri

gelen kayıpları içine alan bir sabittir. Eğer K yaklaşık olarak 1 veya kTeV /max birden çok büyük kabul edilirse

m

ph MAX

ph ph

n V

N E. (13)

biçiminde yazılabilir.Bu bağıntı silisyum için uygulanırsa; nph birim yüzeye birim zamanda gelen ve bir elektron-

boşluk çifti oluşturabilecek yeterli enerjiye sahip foton sayısı (silisyum için 2/3 Nph) ve maksimum güç

geriliminin fotonların getirdiği enerjinin 1/3 kadarı olduğu dikkate alınırsa, verim için bulunan kuramsal değer

%22 olur.

2.3. Fotovoltaik Sistem Tasarımı

Şekil 4 ‟de küçük bir FV sistemin blok şeması görülmektedir.

ġekil 4. Küçük bir FV sistem tasarımı

Bir FV sistem tasarımı yapmadan önce; ilk olarak sistemin kurulacağı bölgede, aylara göre dağılmış

metre kareye düşen ortalama günlük güneş enerjisini bilmek gerekir. Gerekli olan bu bilgi bölgeye en yakın olan

meteoroloji istasyonundan elde edilebilir. FV sistem tasarımı yapılırken önce sistemin kurulacağı yerdeki

elektrik tüketimini hesaplamak gerekir. Bunun için kullanılacak olan elektrikli cihazların enerji harcamaları (güç

harcamaları ve kullanım zamanları) bilinmelidir. FV sistem tasarımları genel olarak enerji eşitliği esas alınarak


26

yapılır. Elektrik harcamaları haftalık kullanım saatleri ile çarpılarak, haftalık a.a. ve d.a. enerji tüketimi

hesaplanır.

FV levhalar güneş enerjisini direkt olarak elektrik enerjisine dönüştürürler. Tipik bir FV levha güneşli

açık havada 12 volt, 10 amper, yani yaklaşık 120 watt elektrik üretebilir. Levhalar, elde edilen gerilimi artırmak

için seri olarak, akımı artırmak için ise paralel olarak bağlanırlar. Güneşten maksimum enerjiyi toplayabilmek

için FV levhaların gün boyunca en çok güneş gören güney yönüne bakmaları ve bulunan eyleme göre zamana

bağlı olarak yatay ile belirli bir eğimde olmaları gerekir.

Güneş enerjisi değişen ve her zaman olmayan bir enerji türüdür. Güneş doğmadan önce, güneş battıktan

sonra veya kapalı ve bulutlu havalarda güneş enerjisi olmadığından, toplanan fazla enerjinin depolanıp böyle

zamanlarda kullanılması gerekir. Bu amaçla yüksek kapasiteli (mesela 100 Ah) bataryalar kullanılır. Genel

olarak bir bataryanın ömrünü artırmak için kapasitesinin %80 ‟den fazla deşarj olmaması gerekir.

FV sistemlerde güneş olduğu zamanlarda bataryaların tamamıyla dolduktan sonra akım almalarını

(overcharge) önlemek gerekir. Fazla şarj bataryanın ısınmasına, sıvı kaybına ve batarya ömrünün kısalmasına yol

açar. Regülatör, FV levhalar ile bataryalar arasına konur ve bataryaların fazla şarj almalarını önler.

İnverter, 12 veya 24 voltluk düşük doğru akımı 220-240 voltluk alternatif akıma dönüştürür. Çok küçük

uygulamalarda inverter yerine doğrudan düşük gerilim ve doğru akımla çalışan elektrikli cihazlar da

kullanılabilir.


Fotovoltaik levha

Regülatör

Akü (12 volt)

Statik inverter (500 VA)

Direnç kutusu

Ampermetre

Voltmetre

Doğru akım motoru

Ampül



1- FV levhanın çıkışına bir voltmetre bağlayarak gerilimi ölçünüz.

2- FV levhanın üzerine düşen güneş ışığı miktarını adım adım azaltarak voltmetredeki gerilimi kaydediniz.

3- FV levhanın çıkışına bir direnç bağlayarak, dirençten geçen akımı ve gerilimi ölçünüz. 2. adımdaki

işlemi yaparak, akım ve gerilim değerlerini kaydediniz.

4- 3. adımdaki işlemi değişik direnç değerleri için tekrarlayınız.

5- Şekil 5 „deki devreyi kurunuz.

6- 2. adımdaki işlemi yaparak, akım ve gerilim değerlerini kaydediniz.

7- İnverterin çıkışına bir ampül bağlayınız ve inverteri on konumuna getiriniz. Bu durumda inverter

üzerindeki ikaz lambalarına dikkat ediniz.

A V

Inverter Regülatör

Akü

FV levha

V


27

8- Regülatörün çıkışına bir d.a. motoru bağlayarak motoru çalıştırınız ve bu durum için akım ve gerilim

değerlerini kaydediniz.

4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Deneyde almış olduğunuz değerlerden yararlanarak, değişik direnç değerleri için güneş pilinin akım-

gerilim karakteristiğini ölçekli olarak çiziniz.

2- Deneyin yapılışı kısmındaki 6. adımda almış olduğunuz değerlerden yararlanarak, akım-gerilim

karakteristiğini ölçekli olarak çiziniz.

3- Deneyin yapılışı kısmındaki 6. adımda, FV levhanın üzerine düşen güneş ışığı miktarı azaltıldığı halde

niçin inverterin çıkış gerilimi değişmedi?

4- Doğru akım motoru çalışınca, FV levhanın gerilimi ve akımı nasıl değişti? Niçin?

28





DENEY NO:5

ELEKTRĠK KUMANDA DEVRELERĠ VE PLC ĠLE PROGRAMLAMA

1. DENEYĠN AMACI

Bu deneyin amacı; elektrik kumanda devreleri ve bu devrelerde kullanılan elemanlar hakkında bilgi

vermek, çeşitli kumanda ilkelerini öğretmek, otomasyonun en önemli unsurlarından birisi olan PLC

(Programmable Logic Controller) cihazını tanıtmak ve PLC ile programlamayı öğretmektir.

2. TEORĠ

Elektrik kumanda devreleri ve elemanları yaklaşık 20 yıl öncesine kadar oldukça popülerdi. Son yıllarda

yarı iletken teknolojisindeki gelişmeler nedeniyle, yarı iletken elemanlar da elektrik kumanda devrelerinde

kullanılmaya başlanmıştır. Bu durum elektrik kumanda devrelerinde eskiden de kullanılan bazı elemanların

etkinliğini değiştirmemiştir. Ayrıca bu devreler PLC programlanmasında kullanılan bazı dillerin (ladder)

anlaşılmasında da yararlı olmaktadır.

Elektrik kumanda devreleri, güç devresi ve akım yolu (kumanda) devresi olmak üzere birbirini

tamamlarlar. Bu devrelerde kullanılan elemanlardan bazıları şunlardır: Kontaktörler, start (başlatma) butonu,

stop (durdurma) butonu, iki yollu buton, zaman röleleri, sinyal lambaları, sınır anahtarları, aşırı akım röleleri,

manyetik şalterler, selenoid valfler, termostatlar, paket şalterler, faz sırası röleleri ve faz kesilme röleleri. Bu

elemanları ve çalışmaları hakkındaki kısa bilgiyi aşağıdaki gibi verebiliriz:

2.1 KUMANDA ELEMANLARI, YAPISI VE ÇEġĠTLERĠ

2.1.1. Kumanda Butonları

Start Butonu: Başlatma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde açıktır. Butona basılınca, açık olan kontak

kapanır. Buton üzerinden etki kaldırıldığında, kapanan kontak hemen açılır. Bunlara ani temaslı buton da denir.

Şekil 5.1‟de start butonu ve sembolü görülmektedir.

ġekil 5.1. Start butonu.ve sembolü.

Stop Butonu: Durdurma butonudur. Bu butonlarda kontak normalde kapalıdır. Butona temas edilince, kapalı

olan kontak açılır; temas olduğu sürece açık kalır. Butondan temas kalkınca kontaklar normal konumunu alır.

Şekil 5.2‟de stop butonu ve sembolü görülmektedir.

ġekil 5.2. Stop butonu.ve sembolü

Ġki Yollu Kumanda Butonu: Start ve stop butonunun birleşiminden oluşmuştur. Kapalı kontak stop butonu

olarak açık kontak ise start butonu olarak kullanılır. Şekil 5.3‟de iki yollu kumanda butonu ve sembolü

görülmektedir.

ġekil 5.3. İki yollu kumanda butonu.ve sembolü

2.1.2. Sinyal Lambaları: Bir kumanda elemanın veya devresinin çalışıp çalışmadığını ışıkla gösteren elemana

sinyal lambası denir. 5, 12, 24, 110, 220 V AC/DC gibi çeşitli gerilimlerde çalışan tipleri mevcuttur.


29

2.1.3. Sınır Anahtarları

Mekanik bir etkiyle kontakları konum değiştiren elemanlardır. Şekil 5.4‟de mekanik sınır anahtarları ve

sınır anahtarının sembolü görülmektedir.

ġekil 5.4. Mekanik sınır anahtarı sembolü ve çeşitleri.

Hareketli aygıtlarda bir hareketi durdurup başka bir hareketi başlatan ve aygıtın hareket eden parçası

tarafından kumanda edilen elemanlara sınır anahtarı denir. Sınır anahtarının normalde biri kapalı, diğeri açık iki

kontağı mevcuttur. Sınır anahtarları bant sistemlerinde, takım tezgahları gibi hareketli sistemlerde kullanılır.

2.1.4. Zaman Röleleri

Otomatik kumanda devrelerinde alıcıların belli süre çalışmalarını veya durmalarını sağlayan elemana

zaman rölesi denir. Zaman rölesinin yapısında gecikme ile konum değiştiren kontaklar, ani konum değiştiren

kontak gurupları ve bobin bulunur.

2.1.5. Kontaktörler

Elektrik devrelerini açıp kapamaya yarayan ve tahrik sistemiyle uzaktan kumanda edilebilen büyük

güçlü elektromanyetik anahtarlara kontaktör denir. Aşırı yük işletme şartları dahil,normal devre şartlarında

akımları kapamaya, taşımaya ve kesmeye yetenekli uzaktan kumanda edilebilen anahtarlama

düzenekleridir.Kullanım yerleri çok çeşitlidir; elektrik motorlarına yol verilmesinde, kompanzasyon , ısıtma

cihazlarının devreye girip çıkması gibi neredeyse bütün devrelerde ve sistemlerde kullanılırlar.Çalışma ve

kullanma tarzı bakımından kontaktörü diğer anahtar türlerinden ayıran en önemli özeliği devreyi daha sık açıp

kapamaya ve aynı zamanda uzaktan kumandaya elverişli olmalarıdır

Kontaktörler; elektrik devrelerinin bağlantı işlemlerinde, bütün motor kumandalarında, ışık, kuvvet,

sinyalizasyon ve bunlar gibi doğru ve alternatif akımda çalışan bütün tesislerde devrenin açılıp kapanmasını

temin eden elektromanyetik şalterlerdir.Kontaktörlerin en önemli kullanılış alanı doğru ve alternatif akım

devrelerinin kumanda edilmesidir. Kontaktörler vasıtasıyla her güçteki motorlara yol verme devir, sayısı

kontrolü gibi işler kolaylıkla sağlanabilmektedir. Şekil 5.5‟de bir kontaktörün görünüşü ve çalışma yapısı

görülmektedir.

ġekil 5.5. Kontaktör görünüşü ve çalışma yapısı.

Röleler, küçük akımlı değişik kumanda sistemlerinde, bir devreyi açıp kapama amacı ile, kontaktörler

ise motor devrelerinde veya büyük akımlı devrelerde enerji şalteri olarak kullanılırlar. Kontaktör ve rölelerin

bobin çalışma gerilimleri genellikle küçük gerilimlidir. Böylece elektrik enerjisinden koruma önlemi

alınmaksızın, çok büyük akımlı ve gerilimli devrelere emniyetle kumanda etmek mümkün olur.

Kontaktörün çektirme bobinine enerji verildiğinde , alt gövde silisli sacları üzerinde bir manyetik alan

indüklenir.Bu manyetik alan üst gövde silisli saclarını kendisine doğru çeker.Üst gövde silisli sacları üzerinde

bulunan hareketli kontak bloğuna monte edilmiş olan hareketli kontak baraları ile birlikte aşağıya doğru çekilir.

Bu çekilme işlemi sonunda ,hareketli kontaklar sabit kontaklara temas eder, bu arada açtırma yayının

mukavemetini de yenerek silisli saclar birbirleriyle yüzeysel temas sağlarlar.Böylece devre tamamlanarak akım

iletilmiş olur. Çektirme bobinin enerjisi kesildiğinde , açtırma yayı üst gövde silisli sacını ve dolayısıyla

hareketli kontağı yukarıya doğru iterek ,sabit kontakla temasını keser. Böylece devreden akım geçişi engellenmiş

olur.


30

2.1.6. Röleler

Küçük değerli bir akım ile yüksek güçlü bir alıcıyı çalıştırabilmek (anahtarlayabilmek) için kullanılan

elemanlara röle denir. Röleler; elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur.

Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bobinden meydana gelir. Rölenin bobinine gerilim

uygulandığında, röle enerjilenir; paletini çeker ve kontakları konum değiştirir. Gerilim kesildiğinde de kontakları

eski konumuna gelir.

Röle içinde bulunan demir nüve üzerine geçirilmiş makaraya ince telden çok sipirli olarak sarılmış

bobine akım uygulandığında, N-S manyetik alanı oluşur. Bu alan ise bobinin içindeki nüveyi elektromıknatıs

hâline getirip, paletin kontaklarının konumunu değiştirmesini sağlar. Akım kesilince elektromıknatıslık ortadan

kalkar; esnek gergi yayı, paleti geri çekerek kontakları ilk konumuna getirir. Röle bobini enerjisizken bazı

kontaklar açık, bazıları ise kapalı durumdadır. Anlatımlarda kolaylık olması için bobin enerjisizken açık olan

kontaklara normalde açık kontak denir. Kapalı olan kontaklar ise normalde kapalı kontak olarak adlandırılır.

Şekil 5.6‟da röle görünüşü ve kontak yapısı gösterilmektedir.

ġekil 5.6. Röle görünüşü ve kontak yapısı.

2.1.7. Paket ġalterler

Bir eksen etrafında dönebilen, art arda dizilmiş birkaç dilimden oluşan çok konumlu şalterlere paket

şalterler denir. Elektrikle çalışan aygıtları kontaktörlerle veya rölelerle kumanda etmek her zaman ekonomik

olmaz. Bu nedenle küçük güçlü, basit makinelerin çalıştırılması genellikle paket şalterlerle yapılır. Paket şalterler

kumanda devrelerinde butonların yerine kullanılabilir.

2.1.8. Sayıcılar

Sayıcı, girişine uygulanan verileri saymaya yarayan bir elemandır. Sayıcılar, ardışık diyagram içerisinde

numaraları kontrol etmek ve göstermek amaçları ile kullanılır. Sayıcılar, toplam sayıcı ve ön değer sayıcısı

olmak üzere ikiye ayrılabilir. Toplam sayıcı, saymaya ve sayılan değeri ekranında göstermeye yarar. Herhangi

bir çıkış kontağı yoktur. Ön değer sayıcısı ise, önceden belirtilmiş olan değere kadar giriş verilerini sayar ve bu

değere ulaşıldığı anda çıkış kontağını aktif eder. Ön değer sayıcıları hemen hemen toplam sayıcıların sahip

olduğu tüm özelliklere sahiptir.

2.1.9. Sigortalar

Elektrik besleme hatları ile devrede çalışan alıcıları aşırı yüklere, kısa devrelerin oluşturacağı yüksek

akımlara ve bunları kullanan insanları gelebilecek muhtemel kazalara karşı korumak için kullanılan devre

elemanıdır. Elektrik devrelerine seri bağlanırlar. Üzerinde yazılı değerden fazla akım geçtiğinde devreyi açarlar.

2.1.10. AĢırı Akım Röleleri

DC ya da AC ile çalışan motorlar, herhangi bir nedenle normal değerin üzerinde akım çektiğinde

sargıların ve tesisatın zarar görmemesi için akımın en kısa sürede kesilmesi gerekir. Motorun akımını kesme

işleminde kullanılan aşırı akım röleleri manyetik ve termik esaslı olmak üzere iki çeşittir. Bunlardan en önemlisi

termik röledir.

Termik AĢırı Akım Rölesi: Termik aşırı akım rölelerinde motor akımı, normal düzeyde iken ısıtıcı teller fazla

sıcaklık oluşturmadığından bimetaller bükülmez. Ancak alıcının çektiği akım istenilen seviyenin üzerine çıkacak

olursa krom-nikel ısıtıcıların yaydığı sıcaklık artarak bimetallerin bükülmesine yol açar. Bükülen bimetaller,

termik rölenin tırnağını iterek kontaklara konum değiştirtir. Bunun sonucunda ise motoru çalıştıran kontaktörün

enerjisi kesilir. Reset (kurma) butonuna basıldığında ise termik aşırı akım rölesi eski hâline döner.

2.1.11. Termistörler

Termistörler, yarı iletken sıcaklık hissedici elemandır. Seri bağlı üç elemanlı ve rölesi ile birlikte takım

hâlinde satılırlar. Belirli sıcaklık derecesinde elektriksel dirençleri artar veya azalır.


31

2.1.12. Selenoid Valfler

Elektrik akımının manyetik etkisinden yararlanılarak yapılan selenoid valfler ile elektrik enerjisi

doğrusal hareket enerjisine dönüştürülür. Sistemde, sıvı veya gaz haldeki akışkanı elektrik sinyaliyle uzaktan

kumandalı bir şekilde açıp kapatabilmeye yararlar. Valfin açık veya kapalı yapılış şekline göre valf, yerçekimi

etkisi ile, yay etkisi ile veya akışkanın kendi basıncıyla normal konumda iken elektrik sinyali ile meydana gelen

magnetik bir alanın sağladığı hareket vasıtası ile normalin aksi konuma girer (açık ise kapatır, kapalı ise açar).

2.1.13. Motorlar

Otomasyon işlerinde kullanılan motorlar yapılacak işe göre seçilir. Bunlar doğru akım veya alternatif

akımda çalışan motorlar olabilir. Günümüzde genellikle alternatif akım motorları kullanılmaktadır. Bunların

yapıları basit, ucuz ve bakım masrafları düşük olduğundan tercih edilmektedirler. Bu motorlar PLC‟ye bir röle

veya kontaktörler yardımıyla bağlanırlar.

2.2. ELEKTRĠK KUMANDA DEVRESĠ ÇĠZĠMĠ

Kumanda devrelerinde, çok çeşitli elemanlar kullanılır. devre şemaları, standart hale getirilmiş

semboller yardımı ile çizilir. Ülkemizde, Alman-Amerikan-Fransız-Rus ve TSE Standartlarına göre çizilmiş

şemalara rastlanır. Tablo 5.1‟de, TSE (TS 3629) için geçerli önemli semboller ve işaretleri liste halinde

verilmiştir.Devre şemaları genel olarak iki bölümde çizilir:

Güç Devresi (Ana Akım Akış Devresi) Şeması

Kumanda Devresi (Dizpozisyon) Şeması

Güç Devresi ġeması: Bu şema şebeke ile motor arasında, motorun çektiği akım yolu şemasıdır. Yani enerji

akışını gösteren ana hatlarla, ana devre elemanlarını gösterir. Kumanda devre şemasına göre, daha kalın

çizelgelerle çizilir.

Kumanda Devresi ġeması: Bu şema, ana devre elemanlarına ait kumanda cihazlarının irtibatlarını gösterir. Güç

devresindeki motorun yol verme koşulları ve devrenin özellikleri, bu şemalarda görülür. Kumanda devre

şemaları, güç devresi şemalarına göre, daha ince çizelgelerle gösterilir.

Tablo 5.1. Kumanda devre elemanları ve sembolleri.

Örnek 1: Üç fazlı bir asenkron motor aşağıda verilen şartlar altında çalıştırılmak isteniyor. S1 start butonuna

basıldığında asenkron motor çalışmaya başlayacaktır. S0 stop butonuna basıldığında asenkron motor duracaktır.

Asenkron motorun çalıştığını L1 lambası gösterecektir. Ayrıca asenkron motor aşırı akım rölesi ile korunacaktır.

Gerekli güç ve kumanda şemasını çiziniz.


32

ġekil 5.7. Örnek 1 için kumanda ve güç devresi şeması.

Örnek 2: Üç fazlı bir asenkron motor S1 butonuna basıldığında ileri yönde S2 butonuna basıldığında geri yönde

çalışacaktır. S0 stop butonuna basıldığında duracaktır. Asenkron motor ileri veya geri yönde çalışırken, yön

değiştirilmesi gerektiğinde önce S0 stop butonuna basılıp asenkron motor durdurulacak daha sonra istenilen yön

butonuna basılıp çalıştırılabilecektir. Asenkron motorun ileri yönde çalıştığını L1 lambası, geri yönde çalıştığını

L2 lambası gösterecektir. Ayrıca asenkron motor aşırı akım rölesi ile korunacaktır. Gerekli güç ve kumanda

şemasını çiziniz.

ġekil 5.8. Örnek 2 için kumanda ve güç devresi şeması.

2.3. PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)

Programlanabilir Lojik Kontrolörler (PLC), otomasyon devrelerinde yardımcı röleler, zaman röleleri,

sayıcılar gibi kumanda elemanlarının yerine kullanılan mikroişlemci temelli cihazlardır. Bu cihazlarda

zamanlama, sayma, sıralama ve her türlü kombinasyonel ve ardışık lojik işlemler yazılımla gerçekleştirilir. Bu

nedenle karmaşık otomasyon problemlerini hızlı ve güvenli bir şekilde çözmek mümkündür. PLC‟nin

üstünlüklerini sıralarsak:

Daha kolay ve güvenilirdirler.

Daha az yer tutar ve daha az arıza yaparlar.

Yeni bir uygulamaya daha çabuk adapte olurlar.

Kötü çevre şartlarından kolay etkilenmezler.

Daha az kablo bağlantısı isterler.

Hazır fonksiyonları kullanma imkanı vardır.

Giriş ve çıkışların durumları izlenebilir.

ġekil 5.9. PLC modülü ve örnek bir uygulama.


33

2.3.1. PLC ile Röle Sistemleri Arasındaki Farklar

Kontrol devresinin işlevi yazılımla sağlandığından, kontrol devresini tasarlamak, röleli bir devrenin

tasarımından daha kolaydır.

Bütün kontrol işlevleri yazılımla gerçekleştiğinden, farklı uygulama ve çalışma programlarını sağlamak

son derece kolaydır ve donanımın değiştirilmesine gerek kalmaksızın yazılımın değiştirilmesi yeterlidir.

Röleli kontrol devrelerine göre çok daha az yer kaplarlar.

Küçük kontrol devrelerinde röleli kontrol sistemi daha ucuz olur.

Güvenilirliği yüksek, bakımı kolaydır. Devrelerde arıza aramayı kolaylaştırır.

Bilgisayarla ve diğer kontrolörle haberleşme olanağı vardır. Bu özelliği, bilgisayarlı otomasyon

işlemine olanak sağlar.

Arıza yapma ihtimali azdır. Bir PLC için arızalar arası ortalama süre yaklaşık olarak 8000 saattir.

Kötü çevre koşullarında, özellikle tozlu ortamlarda, röleli kumanda devrelerine göre daha güvenlidir.

2.3.2. PLC Parçalarının Yapısı ve Fonksiyonları

Merkezi ĠĢlem Birimi (CPU) : Bu birim işlemci - bellek modülleri ve güç kaynağı arasındaki haberleşmeyi

sağlar. CPU ifadesi işlemci ifadesi ile aynı anlamda kullanılmaktadır. İşlemci sürekli olarak makineyi veya

prosesi kontrol edecek olan programın derlenmesini ve icrası için bellek ile karşılıklı haberleşme içindedir. Şekil

5.10‟da PLC merkezi işlem birimi ve elemanları gösterilmektedir.

ġekil 5.10. PLC merkezi işlem birimi ve elemanları.

CPU‟nun büyük bir bölümünü oluşturan işlemci-bellek birimi programlanabilir denetleyicilerin beynidir. Bu

birim mikroişlemci, bellek çipleri, bellekten bilgi isteme ve bilgi saklama devreleri ve programlama aygıtlarıyla

işlemcinin ihtiyaç duyduğu haberleşme devrelerinden oluşur. İşlemci zamanlama, sayma, tutma, karşılaştırma ve

temel dört işlemi içeren matematik işlemleri gerçekleştirilebilir.

Hafıza (Bellek Elemanları): PLC‟lerde kullanılan hafıza tipi genellikle EPROM (Erasable Programmable Read

Only Memory ) olarak adlandırılan silinebilir, programlanabilir, salt okunabilir hafızalar kullanılmaktadır.

PLC‟ler ilerde anlatılacak olan Ladder Diyagramı veya deyim listesine göre programlanırlar. Bu programlar

EPROM hafızaya kaydedilerek saklanır ve bu hafızadan merkezi işlem birimine gönderilir.

Güç Katı: PLC içerisindeki elektronik devrelerin çalışması için gerekli olan gerilimi istenilen seviyede temin

eder. Şebeke gerilimi 220 VAC veya 24 VDC olan tipleri mevcuttur. Her CPU üzerinde 24 VDC algılayıcı

besleme çıkışı yer almakta olup bu kaynak lokal girişler veya genişleme modüllerinin röle bobinlerini beslemek

için kullanılabilir. Eğer güç gereksinimi CPU‟nun sağlayabileceğinden fazla ise, harici bir 24 VDC güç kaynağı

kullanılmalıdır. Her durumda 24 VDC kaynağı girişlere ve röle bobinlerine manuel olarak bağlamalıdır.

GiriĢ/ÇıkıĢ Bölümü: İşlemciyi (CPU) PLC‟nin beyni olarak kabul edersek, giriş/çıkış (Input / Output) birimini

de PLC nin duyu organları olarak kabul edebiliriz. Giriş modülü kontrol edilen makinelerden, işlemciden veya

dışarıdan bir anahtardan ya da algılayıcıdan aldığı sinyali kabul ederek kullanılmasını sağlar. Çıkış modülleri

denetleyicinin, çıkıştaki makinenin ya da işlemin kontrolü için 5 V DC, 12 V DC veya 220 V AC‟lik çıkış

sinyalleri sağlarlar. Bu çıkış sinyalleri, optik izolatörler veya güç elektroniği elemanları kullanılarak yüksek

akımların kontrolü sağlanır. Şekil 5.11‟de PLC‟nin giriş ve çıkış elemanlarının prensip şeması görülmektedir.


34

ġekil 5.11. PLC giriş-çıkış elemanları.

2.3.3. PLC GiriĢ Elemanları ve PLC’ye Bağlantıları

2.3.3.1. Temaslı Algılayıcılar

Kontaktörler

ġalterler-Anahtarlar: Kontak konumunu fiziksel hareket ile değiştiren kumanda elemanlarıdır.

Bunların değişik tipleri vardır. Örneğin, basmalı anahtarlar, mafsallı anahtarlar, dokunmatik anahtarlar,

ışıklı anahtarlar vb. Şalterler genelde iki tipte yapılırlar. 1-Kalıcı tip anahtarlar-şalterler. 2-Butonlar

(geri dönüşlü şalterler)

Mekanik Sınır Anahtarları

Butonlar: Start Butonu, Stop Butonu, İki Yollu Kumanda Butonu.

Şekil 5.12‟de buton, anahtar, çift yollu kumanda butonu ve kontaktörlerin PLC‟ye bağlantısı

görülmektedir.

ġekil 5.12. Buton ve kontaktörün PLC ile bağlanması.

2.3.3.2. Temassız Algılayıcılar

1) Endüktif Temassız Algılayıcılar: Algılayıcı içerisinde bulunan osilatör elektromanyetik değişken bir

alan üretir ve bu alan algılayıcının aktif yüzeyinden çıkarak ön tarafına yayılır. Elektriksel iletken olan

bir nesne (metal) algılayıcıya yaklaştırılırsa, elektromanyetik değişken bir alana girdiği için üzerinde

gerilim indüklenerek içersinde fuko akımları oluşur. Böylece osilatör daha çok akım çeker ve gerilim

seviyesi düşer. Gerilimin düşmesi bir karşılaştırıcı tarafından değerlendirilerek çıkış katına sinyal

gönderilir. Çıkış katında anahtarlama işlemi yapılarak algılayıcı çıkış sinyali elde edilir. Algılayıcının

önünde herhangi bir metal nesne olmadığı sürece bu gerilim aynı seviyede kalır ve karşılaştırıcı

reaksiyon göstermediği için çıkış sinyali alınmaz. Şekil 5.13‟te endüktif algılayıcının prensip şeması

verilmiştir.

ġekil 5.13. Endüktif sensör ve yapısı.

2) Kapasitif Temassız Algılayıcılar: Burada fiziksel büyüklüklerin elektriksel sinyale çevrilmesinde

kapasite değişiminden yararlanılır. Bu kapasite değişimi iki yolla yapılmaktadır. Bir plaka sabit ve

diğeri hareketli olmak üzere, plakalar arası mesafe (d) değiştirilmek suretiyle kapasite değişimi

sağlanabilir. Algılanacak nesne dielektrik elemanını oluşturacak şekilde kapasite değişimi sağlanabilir.

Kapasitif yaklaşım algılayıcılardaki fonksiyon buna dayanmaktadır. Kapasitif yaklaşım algılayıcıları


35

hem iletken olmayan (plastik, tahta, cam, porselen vb.) hem de iletken olan (metaller) nesneleri

algılamak için endüstride kullanılırlar. Şekil 5.14‟de kapasitif sensörler ve yapısı görülmektedir.

ġekil 5.14. Kapasitif sensör ve yapısı.

3) Optik Temassız Algılayıcılar: Fotoelektrik sensörler veya fotoseller, ışık emisyon prensibiyle çalışan

elektronik malzemelerdir ve bir verici ya da ışık kaynağı ile bunların ışınlarını alan bir alıcıdan

oluşurlar. Vericide bulunan ışık kaynağı belirli bir frekansta ışık yayar. Alıcı ise bu kaynaktan

belirlenen frekanstaki ışığın alınmasında kullanılır. Kullanılan ışık kızılötesidir. Sensör, vericiden

gönderilen ışık frekansı ile alıcıdan gelen ışık frekansının karşılaştırmasını yapar. Eğer aynı frekansta

ışık alırsa çıkışını aktif hale getirir. Şekil 5.15‟de çeşitli tipteki fotoelektrik sensörler gösterilmiştir.

ġekil 5.15. Çalışma yapılarına göre fotoelektrik sensörler.

KarĢılıklı Fotoelektrik Sensörler: Karşılıklı tip fotosellerde ışık gönderici ve alıcısı ayrı ayrı monte

edilmişlerdir. İki tarafta da pencere ve odaklama mercekleri bulunur. Alıcı gönderilen ışığı aldığı sürece

reaksiyon gösterilmez. Işık bariyeri arasına ışığı engelleyen bir cisim girdiğinde alıcı anahtarlama

yapar.

Reflektörlü Fotoelektrik Sensörler: Reflektörlü tiplerde gönderici ve alıcı aynı gövde üzerindedir.

Reflektör ışığın tekrar geri yansımasını sağlamak için sensörün karşısına yerleştirilir. Reflektör algılama

mesafesinin içinde olmalıdır. Yansıma kalitesi yüksek bir reflektör ile algılama mesafesi artabilir.

Cisimden Yansımalı Fotoelektrik Sensörler: Cisimden yansımalı fotosellerde, gönderici ve alıcı tek

bir gövde içine yerleştirilmiştir. Gönderici ışığı, algılama mesafesi içindeki objeden geri yansıma yapar

ve bu yansıma alıcı tarafından algılanır. Normal cisimden yansımalı tip fotosellerde algılama mesafesi,

objenin renk ve yüzey şekline bağlı olarak değişir.

2.3.4. PLC ÇıkıĢ Elemanları ve Bağlantı Özellikleri

ÇıkıĢ Kontrol Lambaları

Selenoid Valfler

Röle ve Motorlar

Şekil 5.16‟da PLC giriş ve çıkış elemanlarının PLC modülüne bağlantısı gösterilmiştir.

ġekil 5.16. PLC giriş ve çıkış elemanları


36

2.3.5. PLC Ġle Programlama

PLC programları, devre sembolleri (merdiven diyagram) kullanılarak yapılabileceği gibi doğrudan

komutlar (öğretici dil) ile de yapılabilir.

2.3.5.1. Merdiven (Ladder) Diyagram ile Programlama

Merdiven diyagramı ile programlamada semboller kullanılır. Röleli kontrole alışık olanlar için

merdiven diyagramı ile program yapmak daha kolaydır. Fakat komutların kullanımını da mutlaka öğrenmek

gerekir. Merdiven diyagram ile program yazmak röleli kontrolde çizilen ardışık diyagrama çok benzemektedir.

Fakat ardışık diyagramda kullanılan semboller ile merdiven diyagramında kullanılan semboller farklıdır.

Şekil 5.17‟de basit bir devre gösterilmektedir. Rölenin bobin ve kontağı ardışık diyagramda gösterilir.

Fakat merdiven diyagramda, rölenin bobin ve kontağını çizmeye gerek yoktur. PLC‟de hangi giriş şartlarında

hangi çıkış ya da çıkışların aktif olacağını belirtmek yeterlidir. PLC, rölenin fonksiyonlarına da sahiptir. Bu

nedenle röleyi çizmeye gerek yoktur. Aşağıdaki diyagram X1 (“a” kontak), X2 (“b” kontak) ve Y0‟ın

kullanıldığı bir ardışık diyagramı ve merdiven diyagramını göstermektedir.

ġekil 5.17. Basit bir devrenin merdiven diyagramı


Deney 1- Asenkron Motorların Ġki Yönlü ÇalıĢtırılması:

Üç fazlı asenkron motorların devir yönlerinin değiştirilmesi, iki fazın yerlerinin değiştirilmesi ile

olmaktadır. Motor bir yöne doğru dönerken, motorun enerjisi kesilmeden diğer yöne döndürülmeye çalışılması

motorlara zarar vermektedir. Bu nedenle kontak emniyetli çalıştırma kullanılır. Bu çözüm ile motorun enerjisinin

kesilmeden diğer yönde çalıştırılması engellenmiş olur. Şekil 5.18‟de sistemin güç ve kumanda devresi

gösterilmektedir.

ġekil 5.18. Asenkron motorların iki yönlü çalıştırılmasına ait güç ve kumanda devresi.

Uygulama:

İki yönlü çalışmaya ait kumanda devresinin çalışmasını açıklayınız.

PLC yazılımının yüklü olduğu bilgisayarda Step-7 Microwin PLC programını çalıştırınız.

Şekil 5.18‟deki PLC programını gerçekleştiriniz.

Yazdığınız programı S7-200 PLC‟ye yükleyiniz.

Gerekli elemanları PLC setine bağlayarak, PLC setine enerji veriniz ve programın ve sistemin

çalışmasını Microwin programından online gözlemleyiniz.

Aynı programı motoru otomatik olarak 10 sn sola, sonra 25 sn sağa döndürecek şekilde nasıl

yapabiliriz?


37

ġekil 5.19. Asenkron motorların iki yönlü çalıştırılmasına ait PLC programı.

Ġnput Adresi Output Adresi

Stop Butonu I0.0 İleri Yön

Kontaktörü

Q0.0

İleri Yön

Butonu

I0.1 Geri Yön

Kontaktörü

Q0.1

Geri Yön

Butonu

I0.2

Tablo 5.2. İki yönlü çalışmaya ait PLC giriş ve çıkış adresleri.

Deney 2- Asenkron Motorlara Yıldız-Üçgen Yol Verme

Özellikle büyük güçlü motorların kalkınma anında çektikleri akım oldukça yüksektir (Yaklaşık nominal

akımın 3 katı yüksek akım çekerler). Bu dezavantajdan kurtulmak için, motor ilk önce yıldız çalıştırılır. Böylece

motor sargılarına daha düşük gerilim uygulanmış olur.

Uygulama:

Yıldız-üçgen yol vermeye ait kumanda devresinin çalışmasını açıklayınız.




Gerekli elemanları PLC setine bağlayarak, PLC setine enerji veriniz ve program çıktılarını

gözlemleyiniz.

Yıldız yol alma süresini 6 sn yapabilmek için gerekli işlemleri yapınız.

ġekil 5.20. Yıldız-üçgen yol vermeye ilişkin kumanda ve güç devresi.


38

ġekil 5.21. Yıldız-üçgen yol vermeye ilişkin PLC programı

Ġnput Adresi Output Adresi

Start butonu I0.0 Ana kontaktör Q0.0

Stop butonu I0.1 Yıldız çalışma kontaktörü Q0.1

Üçgen çalışma kontaktörü Q0.2

Tablo 5.3. Yıldız-üçgen yol vermeye ait PLC giriş ve çıkış adresleri.

Deney 3- PLC ile Sensör ve Sayıcı Uygulaması

Bir dolum tesisinde cisimden yansımalı bir fotoelektrik sensör (I02) ile konveyör üzerinde hareket eden

şişeler sayılmaktadır. Bu sensör 10 adet şişeyi saydıktan sonra, etiketleme makinesi (Q0.0) çalışmakta ve

etiketleme işlemi bitince, etiket sensörü (I0.3) sayıcıyı sıfırlayarak, bandı tekrar çalıştırmaktadır. Bu işlemi

gerçekleştirecek uygun PLC programını tasarlayınız.

ġekil 5.22. Endüstriyel bir şişeleme ve dolum tesisi.

Uygulama:


I0.2 girişine bağlı sensörün önünden 10 parça geçtiğinde Q0.0 çıkışı aktif edilecek, I0.3 girişine bağlı

sensör algıladığında ise sayıcı sıfırlanacaktır.



Gerekli elemanları PLC setine bağlayarak, PLC setine enerji veriniz ve program çıktılarını

gözlemleyiniz.

Program ileri yönlü bir sayıcı kullanılarak nasıl gerçekleştirilir?


39

ġekil 5.23. Sayıcı ile ilgili örnek PLC programı.

4. RAPORDA ĠSTENĠLENLER

1- Deneyde yapılan güç ve akım yolu şemalarını çizerek, çalışmalarını adım adım açıklayınız.

2- Asenkron motorlarda / ∆ klemens bağlantısı nasıl yapılır? Asenkron motorlarda / ∆ yol vermeye

neden gerek duyulur? Hangi güçlerde bu yol verme yöntemi kullanılır?

3- / ∆ yol verme süresi ne kadardır ve bu süre nasıl belirlenir?

4- Direkt yol verilen 3 fazlı asenkron motorla tahrik edilen bir band sistemi ile A-B-C noktaları arasında

yük taşınmaktadır. Yük A „ya konulunca band çalışmakta, B „ye gelince 30 saniye beklemekte ve C

„ye gelince durmaktadır. Yükün B „de durduğu bir sinyal lambası ile ikaz edilmektedir. Güç ve akım

yolu şemalarını çiziniz? PLC programını yazınız.

40





DENEY NO:6

ġEBEKE ĠLE PARALEL ÇALIġAN SENKRON GENERATÖR

1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; senkron generatörün şebekeyle paralel çalışabilmesi için gereken şartların sağlanması

ve paralel bağlanan senkron generatörde aktif ve reaktif güç ayarının gerçekleştirilmesidir.

2. TEORĠ Günümüzde senkron generatörlerin bağımsız olarak bir yükü beslemesi uygulamalarına pratik hayatta pek

az rastlanılmaktadır. Senkron generatörler lokal (tek başına) olarak ancak acil ihtiyaç gereken uygulamalarda

kullanılmaktadır. Genellikle birçok generatörle veya enterkonnekte şebekeyle paralel olarak çalıştırılırlar.

Paralel çalışmanın birçok avantajı vardır. Bunlar:

a) Birkaç generatör; bir generatörün tek başına besleyebileceği bir yükten daha büyük bir yükü

besleyebilir.

b) Paralel çalışan generatörlerden oluşan güç sistemlerinin güvenilirliği yüksektir. Herhangi bir generatör

devre dışı olsa bile, bu generatörün beslediği yük grubu diğer generatörlerden beslenebilir.

c) Paralel çalışan generatörlerden oluşan güç sistemlerinde generatör bakımı kolaylıkla yapılabilir.

d) Paralel çalışan generatörler yerine yüksek güçlü bir generatörle bir yük grubu beslenebilir. Ancak,

yükün bir kısmı devrede olmadığında, generatör nominal şartlarda çalıştırılmadığından verimli kullanılmamış

olur.

İşte bu nedenlerle senkron generatör, ya diğer generatörlerle ya da şebekeyle paralel çalıştırılır.

Bir generatörün diğer generatörlerle veya sonsuz güçlü şebekeyle (enterkonnekte sistemle) paralel

çalıştırılabilmesi için bazı şartların yerine getirilmesi gerekir. Bu şartlar aşağıdadır.

ġekil 1. Bir generatörün enterkonnekte şebekeye veya diğer bir generatöre paralel bağlanması

1) Paralel bağlanacak generatörün frekansı, şebeke frekansıyla aynı olmalıdır. Paralel bağlanacak

makinanın generatör olarak çalışabilmesi için makina frekansı şebeke frekansından biraz büyük tutulmalıdır. Bu

şart yerine getirilmezse senkron generatör ve şebeke (veya diğer generatör) arasında aktif sirkülasyon akımları

akar. Eğer frekanslar arasındaki fark %1 ‟den büyük olursa senkron generatör ve senkron generatörü tahrik eden

sistemin milleri burulabilir. Niçin? (Nedenini öğreniniz)

2) Generatör gerilimiyle şebeke geriliminin genlikleri eşit olmalıdır. Paralel bağlama esnasında

gerilimler arasındaki fark %10 ‟u aşarsa; senkron generatör ve şebeke (veya diğer generatör) arasında yüksek

değerli reaktif sirkülasyon akımları akar. Niçin? (Nedenini öğreniniz)

3) Senkron generatör ve şebekenin faz sıraları aynı olmalıdır.


41

ġekil 2. Şebeke ve generatör faz sıraları (farklı faz sırası)

Faz sıraları yukarıdaki gibi farklı olursa; A fazları açısından bir problem oluşmaz. Ancak, B ve C

fazlarından çok yüksek akımlar geçer ve makinenin bu sargıları yanabilir.

4) Senkron generatör ve şebekenin aynı isimli fazlarının faz açıları (faz farkları) aynı olmalıdır.

Yukarıdaki teorik bilgilerle paralel bağlamada aşağıdaki işlem basamakları gerçekleştirilir:

İlk olarak senkron generatör tahrik edilir. Devir sayısı senkron devirin biraz üzerinde tutulur. Şebeke ve

generatör frekansları frekansmetreyle ölçülür ve tahrik makinesinin devir sayısıyla frekanslar eşitlenir.

İkinci aşamada senkron generatörün uyarma sargısına gerilim uygulanır ve uç gerilimi enterkonnekte

şebeke gerilimiyle aynı yapılır.

Üçüncü aşamada faz sıraları ve faz farklarının aynı olması sağlanır.

Şartlar yerine getirildiğinde şebekeye paralel bağlanılabilir.

2.1. Faz Sırası Kontrolü

Senkron generatör ve şebeke fazlarına küçük güçlü bir asenkron motor bağlanır. Asenkron motorun aynı

dönüş yönünün elde edildiği faz sıralanışı doğru sıralanıştır.

İkinci yöntem üç yanan lamba bağlantı yöntemidir. Bu yöntemde lambalar aşağıdaki gibi bağlanır.

ġekil 3. Paralel bağlı senkron generatörlerin blok şeması

Eğer tüm lambalar karanlık ve parlak olarak aynı anda yanıyorlarsa; sistemler aynı faz sırasına sahiptir.

Eğer lambalar sırasıyla yanıyorlarsa, zıt faz sırasına sahiptirler. Bu durumda faz sırası değiştirilmelidir.

2.2. Faz Farkı Kontrolü

Faz farkını kontrol için kullanılan yöntemler aşağıdadır.

a) Senkronoskop : Enterkonnekte şebekeye bağlanacak generatörün frekansı, şebeke frekansından büyük

olursa (istenen durum) senkronoskop saat ibresi yönünde döner. Aksi takdirde saat ibresinin tersi yönünde döner.

Senkronoskop düşey pozisyonda durduğunda gerilimler aynı fazdadır ve şebekeye bağlanmak için anahtar

kapatılabilir.

b) Sönen Lamba Yöntemi : Şebekeye veya sisteme paralel bağlanacak generatörün frekansı şebeke

frekansına yaklaştıkça lambaların yanıp sönme periyodu uzar. Lambaların sönük olduğu periyodun tam ortası,

anahtarın en güvenilir şekilde kapatılacağı andır.

c) Parlak Lamba Yöntemi : Sönen lamba bağlantısında lamba sönmüş gözükse bile bir gerilim farkı

olabilir. Bu da paralele geçişde sorunlar doğurabilir. Parlak lamba yönteminde de lambalar yanıp sönerler, ancak

en parlak yanma anı senkronizasyon anıdır. Bu yöntemde de lambaların tam yanık olduğu durumlarda 60ο ‟lik bir

hata olabilir. Bu nedenle 3 fazlı devrelerde pek tercih edilmez.

d) Dönen Lamba Yöntemi : Senkronizasyon anında iki parlak yanan, bir sönen lamba bağlantısından

ibarettir. Siemens Halske yöntemi olarak da bilinir. İki lamba grubu farklı fazlara, bir lamba grubu da aynı isimli

fazlara bağlanır (Generatörün R ‟si ile şebekenin R ‟si gibi). Lambaların parlaklığı bu yöntemde sıra ile değişir.

Lambaların yanıp sönme hızı alternatörün frekansı konusunda da bir bilgi sahibi olmamızı sağlar.


42

Senkronizasyon anında aynı isimli fazlara bağlanan lamba grubu söner. Diğer iki lamba grubu ise aynı

parlaklıkta yanar.

ġekil 4. Dönen lamba bağlantısı

Bu yöntemde aynı isimli fazlara bağlı lamba senkronizasyon anında söner. Ancak bu lamba üzerindeki

gerilim; lamba flamanını ısıtmayacak değerde iken de lamba sönmüş görülür. Bundan dolayı mevcut gerilim

senkronizasyon anında olması gereken değerden daha büyük olabilir. Bu durumu önlemek için sönen lambanın

bağlandığı fazlara bir sıfır voltmetresi de bağlanır ve gerilim buradan izlenir.

3. DENEYĠN YAPILIġI 3.1. Deneyden Önce Ġstenenler

1- Deneye gelmeden önce yuvarlak ve çıkık kutuplu senkron generatörlerin aktif güç-frekans, reaktif güç-

gerilim değişimlerini ve fazör diyagramlarını çiziniz.

2- Senkron generatörün gerilim üretimini ve gerilimin genliğiyle frekansının nasıl ayarlanabileceğini

araştırınız.

3.2. Deneyde Kullanılan Elemanlar

DA şönt motor (Senkron generatörün devir sayısını, dolayısıyla frekansını ayarlamak için)

Senkron generatör

Frekans metre (2 adet). Set üzerinde hazır.

Voltmetre (2 adet). Set üzerinde hazır.

Dönen lamba sistemi. Set üzerinde hazır.

Köprü kontrolsüz doğrultucu. Senkron generatör uyartım sargısına uygulanacak DC gerilim için.

Senkronoskop anahtarı (kontaktör)

Universal avometre (sıfır voltmetresi olarak)


1- Bir santralde generatör hareket kaynağı ya bir dizel motor grubu, ya bir buhar türbini ya da su türbinidir.

Yapılacak deneyde bu işlev bir doğru akım motoruyla yerine getirilecektir. Doğru akım motoru şönt veya

kompunt olarak bağlanabilir. Deneyde doğru akım motoru şönt olarak bağlanmıştır. Motorun hızı uyarma

sargısına bağlı hız ayar direnciyle ayarlanmaktadır.

2- Deneyde DA motoru, senkron generatör ve senkronizasyon sisteminin bağlantısı önceden yapılmıştır.

Hem kompleks olması, hem de uzun süreye gereksinim göstermesinden dolayı bağlantı önceden

hazırlanmıştır. Bağlantı detayları deney esnasında bağlantılar yerlerinden çıkarılmadan incelenebilir.

3- Deneydeki işlem basamakları aşağıdadır.

a) DC ve AC şebeke açılır. Bu durumda senkronizasyon panosundaki lambaların yandığı görülür.

b) Doğru akım motoruna yol verilir ve hızı 1500 devire yaklaştırılır.

c) Kontrolsüz doğrultucunun girişindeki varyak ile doğrultucu giriş gerilimi değiştirilerek senkron

generatörün uyarma sargı gerilimi arttırılır. Senkron generatörün uç gerilimi şebeke gerilimine eşitlenir.

d) Bu işlemlerin sonunda lambaların dönerek yanıp söndüğü görülür.

e) Lambaların dönüş hızı mümkün olduğunca yavaşlatılır ve saat dönüş yönünde dönme sağlanır.

f) Aynı isimli fazlara bağlı olan lambanın söndüğü an, sıfır voltmetresinden de izlenir. Sıfır

voltmetresindeki gerilim fazlar arası gerilimin %10 ‟undan daha düşük bir değere geldiğinde,

senkronizasyon butonuna basılarak paralele girilir. Deney esnasında sıfır voltmetresindeki gerilim 10 V

‟un altına düşünce paralele girme, darbesiz bir girişi sağlayacaktır.

Şebekeyle paralel bağlandıktan sonra;

1) Aşağıdaki değerleri kaydediniz. Her bir deney aşaması için ölçeceğiniz değerleri kaydedeceğiniz,

aşağıdaki tabloyu deneye gelmeden hazırlayınız.


43

Generatör terminal gerilimi :

Generatör akımı :

P ( W ) :

Cos :

Q ( VAR ) :

fe :

Sayaç dönüş yönü :

DC makinenin uyarma akımı :

AC generatör uyarma akımı :

AC generatör uyarma gerilimi :

2) DC motorun uyarmasını kademeli olarak (%1 kadar) azaltınız ve tablodaki değerleri kaydediniz.

Bu durumda senkron ve doğru akım modellerinin çalışma modlarını belirtiniz. Güç değerlerini

yorumlayınız. Senkron makine ile şebeke arasında nasıl bir güç alışverişi olur? Yorumlayınız.

3) Bu konumlardan herhangi birinde senkron generatörün uyarma akımını iki kademe için her bir

kademede %1 kadar arttırınız. Yukarıdaki tabloda bulunan değerleri alınız ve sonuçları yorumlayınız.

4) Hem DC makine, hem de SM ‟nin uyartımlarını başlangıç konumuna getiriniz. DA makinesinin

uyarma akımını yine aynı kademelerde iki ayrı konum için arttırınız. Tabloda bulunan değerleri alınız ve

sonuçları yorumlayınız.

5) DA makinesinin uyarma akımının arttırıldığı durum için; senkron makinenin uyartım akımını %1 ‟lik

aralıklarla 2 kademe arttırıp, azaltarak tablodaki değerleri elde ediniz. Sonuçları yorumlayınız ve If, Ia değişimini

çiziniz.

ġekil 5. Senkron generatörü tahrik eden dc motor bağlantı şeması

4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Deneyin yapılışı kısmında istenilen yorumları ayrı ayrı yapınız ve istenilen grafikleri çiziniz.

2- Senkron generatörün fazör diyagramını çizerek sonuçları yorumlayınız.

3- Senkron makine devir sayısı, aktif güç, uç gerilimi, reaktif güç değişimlerini elde edip yorumlayınız.

4- Senkronizasyon anahtarı yüksüz durumda açılırsa ne olur? Yorumlayınız.


44

ġekil 6. Deney seti senkronizasyon bloğu bağlantı şeması

45





DENEY NO:7

ASENKRON MOTORLARA YOL VERME VE HIZ AYARI YÖNTEMLERĠ

1. DENEYĠN AMACI

Bu deneyin amacı; asenkron motorlarda kullanılan direkt yol verme, ototransformatörle yol verme ve

sadece bilezikli asenkron motorlarda kullanılan rotora direnç ilave ederek yol verme yöntemlerini incelemek ve

asenkron motorlarda stator gerilim değerinin değiştirilmesi ile hız ayarı ve sadece bilezikli asenkron motorlarda

kullanılan rotor devresine direnç ilave ederek hız ayarı yöntemlerini incelemektir.

2. TEORĠ 2.1. Asenkron Motorlarda Yol Verme Yöntemleri

Bir asenkron motor dururken, n=0 ve s=1 ‟dir. Bu durumda motorun stator sargısına nominal gerilim

uygulandığında, motor bağlı olduğu şebekeden nominal akımının 5-6 katı daha büyük bir akım çeker. Büyük

güçlü motorlarda ve bunların çalışabileceği zayıf şebekelerde (iç empedansı oldukça büyük) bu akım, şebeke

geriliminde azalma meydana getirir. Bu tip motorların çok olması halinde ise, şebeke bu akımı sağlayamayabilir.

O halde motorun yol alma akımını sınırlamak lazımdır.

Pratikte kullanılan yol verme yöntemleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.

1. Doğrudan doğruya şebekeye bağlanarak yol verme

2. Ototransformatörle yol verme

3. Stator yanına tristör yada direnç bağlayarak yol verme

4. Yıldız üçgen yol verme

5. Rotora direnç ilave ederek ya da tristör kullanarak yol verme (Bilezikli motorlara yol verme)

2.1.1. Doğrudan Doğruya ġebekeye Bağlanarak Yol Verme

Motorları besleyen şebekenin büyüklüğü, bu yöntemle yol verilecek motorların gücünü belirler.

Doğrudan doğruya bağlama ile yol verme, yurdumuzda bir kaç beygir güçlü (5 kW ‟a kadar) motorlar için

uygulanabilir. Bu yöntemin yararları, yol verme işleminin sade ve gerekli tesisatın ucuz olmasıdır. Ayrıca büyük

akımla yol alma, ivmenin büyük olmasını ve motorun nominal hızına daha kısa zamanda ulaşmasını sağlar.

2.1.2. Ototransformatörle Yol Verme

Yöntemin esası, yol alma akımını küçük tutmak için, stator sargılarına düşük gerilim uygulamaktır. Motor

hızlandıkça, bu gerilimde artırılır ve nominal gerilime çıkartılır. Stator akımı IS, stator gerilimi US ile orantılıdır.

Ayrıca Mk devrilme momenti ise stator geriliminin karesi (US2) ile orantılıdır. O halde IS akımını uygulanan

gerilimle azaltırken Mk ‟da azalacaktır. Bu nedenle kalkış momenti (Mb) ‟nin , yük momentinden (My) büyük

olup olmadığı (Mb>My) kontrol edilmelidir.

ġekil 1. Bilezikli asenkron motora uygulanan değişik gerilimlerdeki moment-hız karakteristikleri

Asenkron makinanın güç akış diyagramı:


46

2

2|

|2 )/.(.3

T

r

SS

rS

Xs

RR

sRUMn ,

TS

S

X

UMb

.2

.3 2

, 60

n..2 ss ,

p

fn S

S

.60 ,

T

r

kX

Rs

|

2.1.3. Bilezikli Asenkron Motorların Rotoruna Direnç Ġlave Ederek Yol Verme

Rotora direnç ilave ederek yol verme, rotorunda fırça-bilezik bulunan ve sargı uçları dışarıya çıkarılmış

olan rotoru sargılı motorlarda gerçekleştirilebilir.

ġekil 2. Bilezikli asenkron motorda rotora seri direnç bağlayarak elde edilen moment-hız karakteristikleri


47

Devrilme kaymasının Sk=Rr / XT bağıntısında eğer Rr direncini değiştirirsek Sk ‟da değişir. Mk devrilme

momenti Rr ‟ne bağlı olmadığından değişmez. Şekil 2 ‟deki moment devir sayısı karakteristiğinden görüleceği

gibi, rotor sargılarına ilave bir direnç bağlamakla hem kaynaktan çekilecek akım sınırlanır hem de Mb kalkış

momenti büyütülür. Başlangıç momentinin rotora direnç ekleyerek büyütülmesinin, motorun milinde My gibi bir

yük momenti varsa büyük bir avantajı vardır. Başlangıç anında yük momenti My, başlama momenti Mb ‟den

büyükse yani My>Mb ise motor harekete geçemez. Motorun harekete geçmesi için başlama momentini

büyültmek gereklidir. Bunun için rotor devresine direnç ilave ederek motorun başlama momenti büyütülür ve

Mb>My olduğunda motor hareket eder. Motor nominal hızına gelince ilave dirençler devre dışı bırakılır.

2.2. Asenkron Motorlarda Hız Ayarı Yöntemleri

Asenkron motorun normal çalışma bölgesinde devir sayısı yükle çok az değişim göstermektedir.

Endüstride bir çok iş makinası, değişik bir kaç devir sayısı ile çalışabilen ya da çoğu zaman sürekli hız ayarı

yapılabilen motorlara ihtiyaç gösterir. Asenkron motorun ucuz olması, fırça ve kollektörünün bulunmaması

nedeni ile az arıza yaparak sürekli çalışma imkanının bulunması, bu motorların yaygın olarak kullanılmasına ve

hız ayarının da yine asenkron motorlar yardımı ile yapılmasına yol açmıştır.

Asenkron motorlarda hız ayarı ilkeleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.

1. Statora uygulanan gerilimin frekansının değiştirilmesi

2. Statora uygulanan gerilim değerinin değiştirilmesi

3. Stator sargısı kutup sayısının değiştirilmesi

4. Rotora bağlanan direncin değiştirilmesi

5. Rotor sargılarına dış kaynaktan gerilim uygulanması

2.2.1. Statora Uygulanan Gerilim Değerinin DeğiĢtirilmesi

Asenkron motorun momentinin, gerilimin karesi ile doğru orantılı olarak değiştiği bilinmektedir. Gerilim

nomina1 değerinin yarısına düştüğünde moment dörtte birine düşer. Momentin hızla değişimi değişik stator

gerilimleri için Şekil 3 ‟de gösterilmiştir. Aynı şekil üzerinde, bir yükün dönme sayısı ile yük momenti

arasındaki karakteristik de gösterilmiştir. Şekilde belli bir yük momenti için stator gerilimi nominal değerinde

iken, motorun dönme sayısı n1, yarı gerilimde ise n2 ‟dir ve n2 < n1 ‟dir. Böylece dönme sayısı, belli bir yük için

prensip olarak stator geriliminin değeri ile ayar edilmiş olur.

Maksimum momentin değeri ve moment, stator geriliminin karesi ile değiştiğinden, gerilim azaldığında

moment de karesel olarak azalacağından, bu hız ayar yöntemi endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak,

küçük güçlü sincap kafesli motorlarda, vantilatör tahrikinde kullanılmaktadır.

ġekil 3. Bilezikli asenkron motora uygulanan değişik gerilimlerdeki moment-hız karakteristikleri

2.2.2. Rotora Bağlanan Direncin DeğiĢtirilmesi Ġle Hız Ayarı

Rotor sargısına direnç ilave ederek hız kontrolü, ancak uçları bilezik-fırça üzerinden dışarıya alınmış olan

bilezikli motorlarda yapılabilir. Bilezikli asenkron motorun, rotora ilave edilen dirençlerle moment

karakteristiğinin değiştirilebileceği yol verme bölümünde gösterilmişti. Rotor sargısına bağlı seri dirençlerin

değişik değerleri için moment-hız karakteristiği Şekil 4 ‟de gösterilmiştir. Bilezikli asenkron motorda R1 <R2 <

R3 dirençlerinin rotor sargısına ilave edilmesi ile değişik moment-hız karakteristikleri elde edilir. Şekil 4 ‟de yük

momentine ait karakteristik, motor moment karakteristiklerini n1, n2 ve n3 devir sayılarında keser. Böylece belli

bir yük için, rotorun R1 direncinde devir sayısı n1, R2 direncinde n2 ve R3 direncinde de n3 olur. Büyük rotor

direncinde P3 noktasındaki çalışmada yük momentinin küçük değişmeler göstermesi halinde hız çok değişirken,

P1 noktasında da (örneğin küçük rotor dirençlerinde) hız az değişir.


48

Rotor sargısına direnç ilave ederek yapılan hız kontrolünün sakıncası dirençlerdeki ısı kayıplarının verimi

düşürmesi ve ek kayıplara yol açmasıdır.

ġekil 4. Bilezikli asenkron motorda rotora seri direnç bağlayarak elde edilen moment-hız karakteristikleri


Asenkron motor

Doğru akım motoru

Ototransformatör

Yol verme – hız ayar direnci

Yük direnci

Pendel seti

AVO metre

Güç ölçer


3.2.1. Asenkron Motorlara Ototransformatörle Yol Verme ve Statora Uygulanan Gerilim Değerini

DeğiĢtirerek Hız Kontrolü Deneyi

Şekil 5 ‟deki bağlantı şemasında verilen montajı hazırlayınız. Sonra ototransformatörün sekonder

devresine bağlanmış olan voltmetreye bakarak, ototransformatörün sekonder gerilimini sıfır değerinden

başlayarak anma gerilimine kadar artırınız. Yol verme durumunda rotor sargısına bağlı durumda olan reosta sıfır

konumundadır. Yani rotor sargısına ilave direnç eklenmemiştir. Bu durumda asenkron motorun statoruna

uygulanan gerilim arttıkça rotorun devir sayısı da durmadan artar ve nominal gerilimde en büyük değerine ulaşır.

Daha sonra asenkron motoru nominal gerilimde, bir dinamofren ile yavaş yavaş yükleyiniz ve motorun

momentini boşta çalışma değerinden, anma değerine kadar kademeli olarak ayarlayınız. Her kademe için I

(akım), Pel (giriş gücü), M (moment) ve n (hız) değerlerini ölçerek tablo halinde yazınız. Daha sonra bu deneyi

Us =342, 304 ve 266 voltta tekrarlayız.

3.2.3. Bilezikli Asenkron Motorun Rotor Sargısına Direnç Ġlave Ederek Yol Verme ve Hız Ayarı Deneyi

Şekil 5 ‟deki bağlantı şemasında verilen montajda, yol vermede uçların bileziklere temasını sağlayan ve

fırçalara bağlı bulunan, yıldız bağlı yol verme direncini basamak basamak küçültünüz. Bu durumda rotor devir

sayısı durmadan artar ve yol verme direncinin sıfıra eşit yapılması, yani rotor uçlarının kısa devre edilmesi

halinde en büyük değerine ulaşır. İlk önce rotora ilave edilen Ril=0 iken motoru dinamofren ile yükleyiniz.

Asenkron motorun momentini, boşta çalışma değerinden anma değerine kadar kademeli olarak ayarlayınız. Her

kademe için I, Pel, cos , M ve n değerlerini ölçerek tablo halinde hazırlayınız.

Aynı deneyi gerilimi nominal gerilimde sabit tutarak, yol verme direncinin değişik basamaklarında

tekrarlayınız ve her ilave direnç değerinde I, Pel, cos , M ve n değerlerini ölçerek tablo halinde hazırlayınız.


49

ġekil 5. Bilezikli asenkron motorun değişik rotor dirençlerinde ve değişik stator gerilimlerinde işletme

karakteristiklerinin çıkarılmasına ait bağlantı şeması


1- Her iki deneyde (stator gerilimini değiştirerek ve rotor sargılarına direnç ilave ederek) ölçtüğünüz

değerlerden yararlanarak; s (kayma), Pmek (çıkıĢ gücü), (verim) değerlerini hesaplayınız.

2- Ölçdüğünüz ve hesapladığınız değerlerden yararlanarak; I=f(n), M=f(n), Pel=f(n), Pmek=f(n), =f(n) ve

cos = f(n) eğrilerini çiziniz.

50





DENEY NO:8

YÜKSEK GERĠLĠM ĠZOLATÖRLERĠNDE YÜZEY KAÇAK AKIMLARININ ÖLÇÜLMESĠ

1. DENEYĠN AMACI Bu deneyin amacı; yüksek gerilim izolatör test yöntemlerini öğrenmek, kirlenme atlaması hakkında bilgi

sahibi olmak ve kuruda ve yaşta izolatör yüzeyindeki kaçak akımları incelemektir.

2. TEORĠ

İzolatörler, elektrik hava hatlarında ve tesislerinde iletkenleri taşımaya ve elektriksel izolasyonu

sağlamaya yarayan porselen, cam veya epoksi reçineden yapılmış araçlardır. İzolatörler, deşarj ve atlamalar

sonucu ortaya çıkan termik zorlanmalara, açık hava tesislerinde kar, buz ve rüzgarın neden olduğu mekanik

kuvvetlere, kirlenme neticesi sis ve çiğin sebep olduğu elektriksel izolasyon zayıflamasına maruz kalırlar. Bu

nedenle izolatörler üzerinde yapılacak testlerle bu özellikler bakımından yeterli nitelikte olduklarının kontrol

edilmeleri gerekmektedir.

İzolatör testleri çeşitli ülkeler ve milletlerarası kuruluşlarca kabul edilen standartlarda tarif edilmişlerdir.

Bu testlerin ortak amacı, izolatörün servis şartlarında karşılaşacağı elektriksel, mekanik, termik vb. zorlanmaları

en iyi şekilde laboratuvar ortamında temsiledebilmektir. İzolatörler üzerinde yapılan standart testler imalat ve

kalite kontrol vazifesi yanında yeni tiplerin geliştirilmesine de yardımcı olmaktadır. İzolatörler üzerinde

genellikle aşağıda açıklanan standart muayene ve testler yapılmaktadır.

2.1. Yüksek Gerilim Ġzolatör Testleri

2.1.1. Ġmalat Testleri

2.1.1.1.Mekanik Test Zincir izolatörleri en az 10 saniye süre ile 24 saatlik mekanik dayanıklılık test yükünün %60‟ına eşit bir

germe yükü altında tutulur. Tek parçalı izolatörlerin testinde ise bu yük 24 saatlik mekanik dayanıklılık test

yüküne eşit olarak alınır ve 1 dakika süre ile uygulanır.

2.1.1.2. Yüksek Frekans Testi

İzolatörler 10 saniye süre frekansı (100–300) kHz olan bir alternatif gerilime maruz bırakılır.

2.1.1.3. ġebeke Frekanslı Test

Bu testte izolatörlere şebeke frekanslı (15-100 Hz) gerilim uygulanır. Gerilim, zincir izolatörlerin metal

parçaları arasına uygulanır. Fakat istenirse izolatörler baş aşağı olarak ve içinde yan iletken yuvasını örtecek

kadar derinlikte su bulunan bir metal kaba yerleştirilir. Gerilim kap ile izolatörün tespit yuvasının hemen hemen

tepesine kadar doldurulmuş olan su arasına uygulanır. Porselenin elektriksel dayanımını azaltmamak kaydıyla,

su yerine metal elektrotlar da kullanılabilir.Test gerilimi, izolatörlerden bir tanesinde her 4 veya 5 saniyede bir

atlama meydana getirecek değerde olmalıdır. Bu gerilim en az 5 dakika süre ile ve devamlı olarak test edilecek

izolatörlere uygulandığında delinme meydana gelmemelidir.

2.1.2. Tip Testleri

Tip testlerinin amacı; izolatörün şekil, büyüklük ve teçhizatının özelliklerini tespit etmektir.Her tip

izolatör için bu tipe ait partide bulunan izolatörler arasından ayrılan sınırlı sayıda izolatörlere uygulanan

testlerdir. Bu testlerin sonucuna göre partideki izolatörlerin tümü hakkında karar verilir. Tip testleri iki grup

halinde uygulanır. Birinci gruba giren testlerle izolatörün şekil, büyüklük ve teçhizatının özellikleri; ikinci gruba

ait testlerle de bunun dışında kalan özellikleri ve kullanılan malzemenin niteliği doğrulanır.

2.1.2.1. Birinci Grup Testler

Bu gruba giren testler, darbe atlama gerilimi testi ile bir dakikalık şebeke frekanslı gerilime dayanma

testinin kuru ve yaşta yapılmasından ibarettir.Testlerden önce izolatörler temiz ve kuru olmalıdır. Test için

izolatörün tespiti, ya kullanılacağı yerdeki normal çalışma şartlarına ya da standartlarda belirtilen testlerin

yapılmasını sağlayacak özel şartlara uygun olmak üzere iki yöntemle yapılır.


51

Birinci yöntemde, zincir izolatörlerden taşıyıcı izolatör zincirleri normal çalışma şartlarına uygun olarak

metal parça ve kısımları takıldıktan sonra metal bir konsola düşey durumda asılır. Konsol, izolatör zincir

boyunun an az 1.5 katı ve zincir ekseninden her iki tarafta bir metreden az olmayan uzunlukta bulunmalıdır.

Başka bir cisim, izolatör zincirine bir metreden az olmamak kaydıyla izolatör boyunun 1.5 katı kadar bir

mesafeden daha yakında olmamalıdır. Zincirin kullanılacağı işletmedeki iletken çapına yakın çaptaki bir iletken,

yatay düzlemde ve ekseni konsol ile 900 „

lik bir açı yapacak şekilde tesbit edilir. Bu iletken, en az izolatör zincir

uzunluğunun 1.5 katı boyunda olmalı ve zincir ekseninden her iki tarafa en az birer metre uzanmalıdır. İletkenin

uçlarından konsola atlama olmaması için gerekli tedbirler alınmış olmalıdır. Bu durumda test gerilimi iletken ile

konsol arasına uygulanır.

İkinci yöntemde, zincir izolatörü ve izolatör zincirleri mesnetlerine düşey olarak en az bir metre

uzunluğunda topraklanmış tel halat veya uygun bir iletkenle asılır. İzolatör zincirine başka cisimlerin uzaklığı,

bir metreden az olmamak üzere zincir boyunun 1.5 katından daha yakın olmamalıdır. İzolatör zincirinin iletken

bağlanacak tarafına yatay düzlemde tesbit olunacak boru veya çubuk şeklindeki iletkenin üst yüzeyinden alt

izolatörün en yakın kenarına kadar olan mesafe, alt izolatör çapının %50 'si ile %70 'i arasında olmalıdır.

İletkenin çapı kuruda ark mesafesinin %1.5 'i civarında ve en az 25 mm olmalıdır. İletken uzunluğu, izolatör

veya zincir boyunun 1.5 katından küçük olmamak üzere, izolatör ekseninden her iki tarafa en az birer metre

uzanmalıdır. İletkenin uçlarından herhangi bir atlama olmaması için gerekli tedbirler alınmalıdır. Test gerilimi

iletken ile toprak arasına uygulanır.

a) Darbe atlama gerilimi testi : Darbe gerilimi testi, darbe generatörü ile yapılır. Test, tercihen normal rutubetli

(beher m3 havada 11 gram su) atmosferde yapılmalıdır. Bunun mümkün olmadığı hallerde rutubet düzeltme

katsayısı hesaba katılmalıdır. İzolatör zinciri, zincir izolatörü veya mesnet izolatörü yukarıda bahsedilen şartlar

altında kuru olarak testten geçirilir. Darbe generatörü 1.2/50 pozitif yarı dalga verecek şekilde ayarlanır ve

gerilim %50 darbe atlama gerilimi değerine yükselinceye kadar artırılır. Bu değer en az 20 darbe uygulanarak

doğrulanır. Gerilim ölçüldükten sonra polarite değiştirilerek yukarıdaki işlem tekrarlanır. İzolatörler bu teste,

delinme veya kırılma gibi herhangi bir hasar göstermeden dayanabilmelidir. %50 atlama geriliminin standart

atmosfer şartlarına irca olunan pozitif ve negatif polarite değerlerinin, beyan edilen değerlerinin altında olup

olmadığına bakılır.

b) Şebeke frekanslı test : Test geriliminin frekansı 15-100 Hz arasında bulunmalı ve gerilim dalgasının şekli

yaklaşık olarak sinüs eğrisi biçiminde olmalıdır. Gerilim değeri, küresel elektrodlar kullanılması yoluyla veya bu

yolla bulunan değere göre %3 'den fazla fark göstermeyen başka bir yöntemle tesbit edilir. Gerilimin bu suretle

tesbit olunan tepe değerini ‟ye bölmekle bu test için gerekli gerilimin efektif değeri bulunur. Testler tercihen

normal rutubet (beher m3 havada 11 gram su) şartlarındaki atmosferde yapılmalıdır. Rutubet şartları değişik

bulunduğu takdirde, normal değere irca edilmelidir. Endüstriyel frekansta kuruda atlama testi havanın nisbi

rutubeti %55 'i aştığı zaman yapılmamalıdır. İzolatör kısa devre durumunda iken ve devrede önceden tesbit

olunan test gerilimi meydana geldiği zaman, devreden geçecek alternatif akımın değeri 0.1 amperden az

olmayacak şekilde transformatör ve test devresi ayarlanmış olmalıdır.

c) Kuruda bir dakikalık test : İzolatöre kuruda bir dakika süre ile uygulanacak test gerilimi, kuruda bir dakikalık

beyan edilen normal frekanslı test geriliminden atmosfer şartları gözönünde bulundurularak elde edilir. Bulunan

test geriliminin yarı değeri ani olarak izolatöre uygulanır ve 10 saniyeden az olmayan bir süre içerisinde bu

gerilim test gerilimi değerine yükseltilir. Bu değerdeki test gerilimi bir dakika süre ile izolatöre uygulanır.

İzolatörde herhangi bir atlama meydana gelmemelidir.

d) Yaşta bir dakikalık test : İzolatör zinciri, zincir izolatörü veya mesnet izolatörü düzeltilmiş test gerilimi

altında, gerilim uygulanmasından önce 5 dakika süre ile ve teste başlandıktan sonra test süresince suni yağmur

altında bırakılarak yaşta bir dakikalık şebeke frekanslı testten geçirilir.Suni yağmur izolatörden en az 3,5 m

uzaklığa yerleştirilen ve suyu izolatörün üzerine yağdıran püskürtücüler yardımı ile sağlanır. Suni yağmurun

yağış şiddetini ölçmek için 25-30 cm çapındaki yağış ölçme kabı veya yağmur şiddetini ölçme cihazı kullanılır.

Ölçü kaplarının ağzı izolatör veya izolatör zincirinin ortasından geçen yatay düzlemde bulunacak tarzda

yerleştirilir. Atmosferik şartlara göre düzeltilerek bulunan test geriliminin yarı değerine eşit bir gerilim izolatöre

uygulanır ve sonra 10 saniyeden az olmayan bir sürede bu gerilim test gerilimi değerine yükseltilir. Test gerilimi

bir dakika süre ile izolatöre uygulanır.İzolatör yaşta atlama gerilimi, yaşta bir dakikalık test geriliminin %75 'inin

5-30 saniye içerisinde ve değişmeyen bir hızla atlama gerilimine yükseltilmesi suretiyle elde edilir. Yaşta atlama

gerilimi, atmosfer şartlarına göre düzeltilmek suretiyle birbirini izleyen 10 gerilim değerinin okunması ve

kaydedilmesi suretiyle tesbit olunur.


52

2.1.2.2. Ġkinci Grup Testler

İmalat testlerinde olumlu sonuç alınan izolatörlerden ayrılacak numuneler sırayla; boyutların

doğrulanması, sıcaklık değişimi, 24 saatlik mekanik dayanıklılık, kısa süreli elektromekanik kırılma yükü,

mekanik kırılma yükü, delinme, gözeneklilik (porozite) ve galvanizlenme niteliği testlerine tabi tutulur.

Zincir izolatörlerinden alınan numune grubu birbirine yakın eşitlikte üç kısma bölünür. Bunların hepsine

boyutların doğrulanması ve sıcaklık değişimi testleri uygulanır. Bundan sonra birinci kısma 24 saatlik mekanik

dayanıklılık ve kısa süreli elektromekanik kırılma yükü testleri, ikinci kısma mekanik kırılma yükü ve

gözeneklilik testleri, üçüncü kısma delinme ve galvanizlenme niteliği testleri uygulanır.

Mesnet izolatörlerinden alınan numune grubu birbirine yakın eşitlikte iki kısma bölünür. Her iki kısma

boyutların doğrulanması ve sıcaklık değişim testleri uygulandıktan sonra, birinci kısma mekanik kırılma yükü ve

gözeneklilik testleri, ikinci kısma delinme ve galvanizli parçalar varsa galvanizleme niteliği testleri uygulanır.

a) Boyutların doğrulanması : Gerekli ölçü aletleri ile izolatör numuneleri boyutlarının ait oldukları imalat

resimlerindeki boyutlara uyup uymadıkları kontrol edilir.

b) Sıcaklık değişimi testi : Zincir izolatörleri sabit metal kısımları ile birlikte, mesnet izolatörleri ise iletkensiz ve

tesbit demirsiz olarak, musluk suyu sıcaklığından 70 0C daha fazla bir sıcaklıktaki su banyosuna, başka bir ara

kap kullanılmaksızın hızla tamamen daldırılır ve bu suyun içinde bekletilir. Daha sonra hızla çıkarılan izolatör

bekletilmeden, içinde musluk suyu bulunan soğuk banyoya tamamen daldırılır ve belirli bir süre bekletilir. Bu

ısıtma ve soğutma işlemi arka arkaya beş defa tekrarlanır. Bir banyodan diğer banyoya geçiş süresi 30 saniyeyi

aşmamalıdır. Banyolardaki su miktarı izolatörün tamamının daldırılmasına ve su sıcaklığının 5 0C 'den fazla

değişmemesine yetecek kadar bol olmalıdır. İzolatörler, 5. defa soğuk banyodan çıkarıldıktan sonra muayene

edilerek çatlamadıkları ve sırlarında herhangi bir bozulma olmadığı tesbit edilmelidir. İzolatörler, porseleni veya

sırı çatlamadan, delinme olmadan ve mekanik kırılma meydana gelmeden bu testlere dayanmalıdır.

c) 24 saatlik mekanik dayanıklılık testi : Bu test sadece zincir izolatörlerine uygulanır. İzolatörler 24 saat süre ile

eksenlerine uygulanan "24 saatlik beyan edilen mekanik test yükü" ne eşit bir gerilme yüküne tabi tutulur. Bu

testten sonra izolatörler, bir dakika süre ile imalat testlerinden, endüstriyel frekans testine delinmeden ve

kırılmadan dayanabilmelidir.

d) Kısa süreli elektromekanik kırılma yükü testi : Bu test sadece zincir izolatörlere uygulanır. İzolatörlerin metal

kısımları arasına şebeke frekanslı gerilim ile mekanik gerilme yükü aynı anda uygulanır. Uygulanan test

gerilimi, test şartları altında kuruda atlama geriliminin %90 'ına eşit olup bu değer bütün test süresince muhafaza

edilir. Gerilme yükü, beyan edilen elektromekanik kırılma yükünün %20 'si oranında ve düzgün bir hızla,

izolatörde hasar veya kırılma meydana gelinceye kadar artırılır. Beyan edilen yükten daha aşağı bir değerde

delinme veya kırılma meydana gelmemelidir.

e) Mekanik kırılma yükü testi : Zincir izolatörlerine beyan edilen mekanik kırılma yükünün yarısına eşit bir

gerilme yükü uygulanır. Bu gerilme yükü metal kısımlar arasına uygulanarak dakikada beyan edilen mekanik

kırılma yükünün %20 'si oranında, düzgün bir hızla kırılma hasıl oluncaya kadar artırılır.Mesnet izolatörleri; test

sırasında uygulanan yükle, farkına varılabilir bir şekil değişmesi meydana gelmeden dayanabilen sabit bir

mesnede tesbit edilmelidir. Beyan edilen mekanik kırılma yükünün yarısına eşit bir yük, mesnedin eksenine

dikey olarak, izolatörün yan iletken yuvasının yüzeyinde bu yuvayı saran bir tel halat ile uygulanır. Bu gerilme

yükü, dakikada beyan edilen mekanik kırılma yükünün %20 'si oranında, düzgün bir hızla kırılma oluncaya

kadar artırılır.

f) Şebeke frekanslı delinme testi : İzolatörler temizlenip kurutulduktan sonra, atlamayı önleyecek uygun bir

yalıtkan madde ile dolu kabın içerisine tamamen daldırılırlar. Kap metal ise, bu kabın boyutları, izolatörün

herhangi bir parçası ile kabın yan yüzeyleri arasındaki en kısa mesafe, izolatörün en büyük siper çapının 1.5

katından az olmayacak büyüklükte seçilmelidir.Test gerilimi, zincir izolatörlerinde metal bağlantı parçaları

arasına, mesnet izolatörlerinde ise metal mesnet ile izolatörün iletken yuvasına bağlanan iletken arasına

uygulanır. Gerilim hızla, beyan edilen kuruda 1 dakikalık şebeke frekanslı test gerilimine çıkarılır. Sonra

saniyede 1000 V 'luk düzgün bir artışla izolatör delininceye kadar bu gerilim yükseltilir.

g) Havada aşırı gerilim darbesi testi : İstenildiği takdirde şebeke frekanslı delinme testi yerine bu test yapılabilir.

İzolatör devreye bağlanmadan önce, darbe generatörü, cephesi beyan edilen diklikte bulunan pozitif bir gerilim

dalgası verecek şekilde ayarlanmalı ve bu dalganın tepe değeri beyan edilen darbe gerilimi değerine eşit

olmalıdır. İzolatöre 20 darbe uygulanmalı ve bu test sırasında izolatör delinmemelidir.


53

h) Gözeneklilik (porozite) testi : İzolatör kırıkları, etil alkolçözeltisinde hesaplanacak süre kadar bekletilir. Bu

şekilde bekletilen izolatör kırıkları, yıkanıp kurutulduktan sonra tekrar kırılarak renkli fuksin çözeltisinin

porselen içine veya sır ile porselen arasına sızıp sızmadığı, rengin yayılıp yayılmadığı kontrol edilir.

i) Galvanizlenme niteliği testi : İzolatörlerin metal kısımları benzin veya diğer uygun yağ eriticilerine

daldırılarak temizlenir, temiz ve yumuşak bir bezle kurulanır. Sonra %2 sülfürik asit çözeltisine daldırılarak 15

saniye bekletilir. Bu metal parçalar temiz su ile iyice yıkanıp, yumuşak bir bezle kurulanır.Daha sonra her metal

parça, filtre edilmiş ve yoğunluğu 20 0C 'de 1,170 0,01 olan bakır sülfat çözeltisine 4 defa birer dakika süreyle

tamamen daldırılır. Bu testte çözelti ve metal parçalar hareket ettirilmemelidir. Her daldırıştan sonra numune

yıkanmalı ve akar su altında fırçalanmalıdır. Son daldırış hariç olmak üzere dikkatlice kurulanan bu parçalar

çözeltiye tekrar batırılmalıdır. Dördüncü daldırıştan sonra deney parçaları yüzeyine yapışmış ve su altında fırça

ile giderilmeyen kırmızı metal bakır kalıntıları bulunmamalıdır.

2.2. Ġzolatörlerde Fiziksel Kirlenme ve Kirlenme Atlaması

Kirlilik teriminin izolatör yönünden özel bir anlamı vardır. Çünkü kirlilik, izolatör yüzeyinde iletkenliği

artırarak izolatör performansını düşüren ve zaman zaman arızalara yol açan bir etkidir. Atlamaya yol açacak

kadar fazla deniz orjinli kirle kaplı izolatörler çok yakından bakılsa bile temiz görülebilir. Bununla birlikte

endüstriyel tozlar veya çimento ile ağır biçimde kirlenmiş izolatörler, elektriksel bakımdan yeni izolatör gibi

davranabilir. Bunun nedeni atlamaya sebep olan yüzey iletkenliğinin miktar yönünden önemsiz olmasıdır.

Atlama, tuz ya da endüstriyel asit gibi kirlerin suyla çözünmesiyle meydana gelir.İzolatör yüzeyindeki artıklar

performansı önemli ölçüde etkiler. Deniz ve göl tuzları, petrokimya endüstrisi artıkları ve asit üreten tesis

artıkları gibi suda çözünen kirler daha önemlidir. Hem çözünen, hem de çözünmeyen kirler harekete geçmek için

su gerektirirler. Bu nedenle sis, çiğ ve kırağı kirlenme atlaması yönünden önemli artıklardır. Karbon, bazı metal

oksitler veya metal içeren tozlar su yok iken dahi iletken hale gelebilirler.

Maddeleri izolatör yüzeyine taşıyan temel etkiler; yerçekimi kuvveti, yüklü parçacıkların elektrostatik

çekimi, yüksek permitiviteli parçacıkların büyük elektrik alan yoğunluklu bölgelere göçü, çözelti veya

süspansiyonların buharlaşıp aerodinamik olarak tutulmaları şeklinde sayılabilir.

İzolatör yüzeyinin kirlenmesinde, aerodinamik tutulma en önemli etkidir. Havada asılı parçacıklar,

izolatör yüzeyine aktığında izolatör şekline bağlı olarak özellikle akışın ikiye ayrıldığı noktalarda oluşan durgun

bölgede ve daha ağır olan parçacıklar girintilerde tutulurlar. Rüzgar tünellerinde yapılan kirlenme deneyleri ile

kirletilen bazı izolatörlerin kir dağılımı Şekil 1‟de verilmiştir. Şekiller üzerindeki harfler kir yoğunluklarını

göstermektedir (H:Ağır M:Orta L:Hafif Z:Sıfır ). Şekil 1‟den görülebileceği gibi kir, rüzgarın doğrudan

çarptığı yüzeylerde ve girintilerde daha çok olmaktadır. Farklı yapıdaki izolatörlerin kir tutma miktarları çok

değişmektedir. Üst yüzeylerde az kir toplanmakla beraber, özellikle endüstriyel bölgelerdeki karbon ve bazı

metal tozları bu yüzeylerde alt kısımlara göre daha fazla bir iletkenlik oluşturabilir.

ġekil 1. Kir tutulmasının şekille değişimi

Yüksek gerilim izolatörleri; kıyıya yakın bölgelerde tuzdan, endüstriyel alanlarda toz ve kimyasal

artıklardan dolayı kirlenmeye maruz kalırlar. Böyle bir izolatör kuru iken çok küçük bir kapasitif kaçak akım

geçer ve gerilim dağılımı basit olarak elektrostatik alanla tanımlanır. Kir tabakasının yağmur, sis, rutubet vb.

etkenlerle ıslanması sonucu iletken hale gelen kirli yüzey boyunca akan kaçak akımlar yüzeyde enerji kaybına

sebep olurlar. Enerji kayıp yoğunluğunun büyük olduğu, özellikle izolatörün dar kısımlarındaki kirli bölgeler

daha fazla ısınarak kurur ve "kuru band" denilen kısımların oluşmasına yol açarlar. Bunun sonucunda yüzey


54

boyunca gerilim dağılımı bozularak, homojen olmayan bir yapıya dönüşür. Kuru band bölgelerindeki gerilim

düşümü havanın dayanımını aşınca ön deşarjlar oluşur. Ön deşarjlar çoğunlukla söner; bazı şartlarda ise, yüzeye

yayılarak kısa devre ile sonuçlanan atlama olayını meydana getirirler. Atlama sonucu meydana gelen yüksek

akımlı ark enerjinin kesilmesine, birçok izolatörün tahrip olmasına ve hatta enerji nakil hattının eriyerek

kopmasına sebep olabilir.

Bir yüksek gerilim izolatöründe kirlenme atlaması için üç ana şart veya beş kademe gereklidir.

1- İzolatör yüzeyinde iletken kir filminin teşekkülü

a) İzolatör yüzeyinin kir tabakası ile kaplanması

b) Kir tabakasının rutubet tesiri ile ıslanması

2- Kirli izolatör yüzeyinde ön deşarjların teşekkülü

a) Kuru bandların oluşması

b) Kuru bandlar boyunca ön deşarjların tutuşması

3- Ön deşarjların yüzey boyunca yayılması ve kısa devre

Eğer bu beş kademeden herhangi biri tamamen kontrol altına alınabilirse, kirlenme atlaması problemi

kesin olarak çözülecektir.

Pratikteki gözlemlerden izolatör yüzeyinde kaçak akımın 100-200 mA değerine ulaşması halinde

atlamanın meydana geldiği görülmüştür. Ancak sızma akımının değeri ile atlamanın meydana gelip gelmeyeceği

arasında kesin bir bağıntı kurmak mümkün değildir.

İzolatör yüzeyi üzerinden atlama, yani yüksek iyonizeli bir arkın oluşumu, Şekil 2‟de gösterilen birkaç

aşama sonucunda gerçekleşir.

Atlama aşamaları şunlardır:

1. Yüzey tabakasının ısınması, iletkenlik ve akımın artmasına sebep olur (Şekil2.a).

2. Devam eden ısı, yüzey tabakasında kısmi kurumalara yol açar (Şekil 2.b-c).

3. Daha fazla ısınma, kuru bandlar oluşturur (Şekil 2.d).

4. Kuru bandlar üzerinde düzensiz alan şiddeti dağılımı nedeniyle kısmi arklar başlar. Yerel ısı

konsantrasyonu, kısmi arkların pozisyonlarını kuru bandlar boyunca yana doğru değiştirmelerine sebep olur

(Şekil 2.d-e-f).

Ark sönümü, parıltı başlangıcı ve kuru bölgeler üzerinde hareketli deşarjların başladığı yerler, en yüksek

gerilim değişimlerine sahiptir. Bu safha kirli izolatörlerden yayılan yoğun radyo gürültülerinin sebebi olup,

şekilde gösterilmemiştir.

5. a) Birçok kısmi arkın birleşmesiyle, izolatörü kaplayan bir tek büyük ark oluşur. Bu ark ısıl etki ile

değişik yönlerde yayılır (Şekil 2.i). Bu arada ark sönümü ve dolayısıyla ikinci safhaya dönüş olabilir.

b) Ark uçlarının ıslak iletken tabaka boyunca hızlı süpürme hareketi, arkın tamamlanmasına ve atlamaya

götürebilir (Şekil 2.m). Sızma aralığının köprülenen son kısmı kuru bir yol izlemez.

İlk dört safha kolayca anlaşılır. Çünkü dakikalar veya saatlerce sürebildiklerinden gözlenmeleri kolaydır.

Son safha ise, her cm için birkaç yüz voltluk gerilimlerde sızma aralığı boyunca istenmeyen atlamalara sebep

olur. Kaçak yolu (sızma aralığı) boyunca izolasyon dayanımını 200-400 V/cm‟ye düşüren de bu son safhadaki

ark uçlarının hızlı süpürme hareketidir. Son safha elektrotlar arasındaki ark nedeniyle izolasyon şiddetinin

düşmesinin sebebidir.


55

kaçak akım

hatları

a)

b)

g)

h)

c) i)

k) d)

e) l)

f) m

)

ġekil 2. Kirlenme atlamasının safhaları

2.3. Ġzolatör Yüzey Kaçak Akımları

2.3.1. Porselen Ġzolatörler Ġçin Kaçak Akımların Önemi

İzolatörlerdeki kaçak akımlar, daima tehlikeli bir durum oluşturmazlar. Bununla beraber, iletim hatlarının

kurulumu ve tasarımında hesaba katılması gereken en önemli faktörlerden biridir. Bir izolatörün içinden akım

akmaz, fakat izolatör yüzeyinde Şekil 3‟de görüldüğü gibi nispeten düşük dirençli bir yol mevcuttur. Bu yol

aslında izolatör yüzeyi ile hava arasındaki ara yüzdür. Bu yolun direnci izolatörün etrafındaki havanın

direncinden daha düşüktür ve bunu yüzey kaçak akım yolu olarak isimlendirmek daha doğrudur. Bu yol üzerinde

daima küçük miktarlarda kaçak akımlar akar ve bu akımlar hiçbir şekilde tamamen ortadan kaldırılamaz.

Bununla beraber, modern izolatörlerin tasarımıyla kaçak akım seviyeleri çok küçük değerlere indirilmiştir.

ġekil 3. Porselen izolatörler ve yüzey kaçak akım yolu

Yüksek gerilim izolatörlerinin, Şekil 4‟de gösterildiği gibi farklı çap ve boyutlarda diskler şeklinde

yapılması daha kullanışlıdır. İletim hattında kullanılacak zincir tipi izolatörlerin sayısı, gerilim seviyelerine göre

belirlenir. Böylece oluşturulan yüzey, kaçak yolu mesafesinin ve dolayısıyla kaçak yolu direncinin yükselmesi

anlamına gelir. Kaçak yolu direnci, izolatörün enerjili ucundan topraklı ucuna kadar olan yüzey uzunluğuyla

doğrudan orantılıdır. Kaçak yolu direncinin artmasıyla kaçak akım miktarı azalır. Eğer böyle oluklu yapılar

kullanılmazsa, o zaman daha fazla disk ekleyerek izolatör dizisinin tüm uzunluğunu arttırma zorunluluğu ortaya

çıkar. Bu maliyet açısından uygun bir yaklaşım değildir. Fakat bunun oluşturacağı daha büyük problem, izolatör


56

dizisine bağlanan iletkenlerin salınımındaki artıştır. Bu durum, iletkenlerin daha şiddetli titreşim yapmalarına ve

hatta kopmalarına sebep olabilir.

İzolatörün üst kısmında oluk yapısı kullanıldığında, bu oluklarda şiddetli kir biriktiği, toz ve tuz kirlerinin

kolayca oluklara dolduğu ve yağmurla asla yıkanmadığı görülmüştür. Bu nedenle günümüzde, üst kısmı oluklu

porselen izolatör imal edilmez.

ġekil 4. Zincir tipi izolatör elemanı

Şekil 4‟de gösterilen biçim, pek çok araştırma ve saha deneyimlerinden sonra ortaya çıkan sonuçtur. Kir

birikiminin artmasından dolayı kaçak akım tüm porselen izolatörlerde zamanla artar. Bu artış, bakım zamanına

ulaşıncaya veya atlama ile hasar oluşuncaya kadar devam eder. Bakım, izolatörü güvenli seviyede tutmak için

her zaman gereklidir. Kaçak akım; yağmur, nem, sıcaklık gibi çevresel etkilerden dolayı değişkendir. Fakat bu

değişimler, kir birikimi çok yükselmedikçe dikkate almayı gerektirmez.

2.3.2. Silikon Kompozit (Polimer) Ġzolatörler Ġçin Kaçak Akımların Önemi

Silikon kompozit izolatörler için kaçak akım, hesaba katılması gereken önemli bir faktördür. Bununla

beraber, bu izolatörler tasarlanırken yüzey kaçak direncinin çok büyük olduğu varsayılır. Bu yapı, ana destek

elemanı olarak fiberle desteklenmiş, dışı polimerik kauçukla kaplanmış bir çubuğa sahiptir. Tüm yapı, tek parça

bir izolatör yapmak için iki uçtan birleştirilerek bağlanır. Şekil 5‟de gösterildiği gibi tüm izolatör tek parça

olduğundan kompozit izolatör olarak adlandırılır.

ġekil 5. Kompozit izolatörler

Genellikle bir kompozit izolatör, bir esas malzemeden, bağlantı elemanından ve bir kauçuk yalıtkan

gövdeden oluşur. Esas malzeme, çekme gücünü dağıtmak için fiberglas ile kuvvetlendirilmiş plastiktir (FRP).

FRP‟de kullanılan güçlendirilmiş fiber, cam ve epoksi reçinedir. Kablolara ve direklere gerilmeyi ileten bağlantı

elemanı, dövülmüş çelik, dövülebilir dökme demir veya alüminyum gibi malzemelerden yapılır. Kauçuk gövde

elektriksel yalıtımı sağlar ve FRP‟yi doğa şartlarından korur. Şekil 6‟da orta ve yüksek gerilimlerde kullanılan

kompozit izolatörlerin yapısı gösterilmiştir.


57

ġekil 6. Orta ve yüksek gerilim kompozit izolatörlerin yapısı

Silikon kompozit izolatörler, seramik izolatörlerle karşılaştırıldığında önemli üstünlüklere sahiptir:

Hafif ağırlık-daha düşük yapı ve nakliye maliyetleri

Çok yüksek direnç

Ağırlığa yüksek dayanım oranı

Daha iyi kirlenme performansı

Geliştirilmiş iletim hattı estetiği

Kompozit polimer izolatörlerin başlıca olumsuz yanları ise şunlardır:

Kuru band arklarından ve hava ile temasından dolayı yüzeyinde kimyasal değişimler meydana gelir.

Erozyona ve sonunda izolatörün kullanılamaz hale gelmesine yol açabilecek izlerin oluşmasına maruz kalır.

Ortalama ömrünü hesaplamak zordur.

Uzun süre güvenirli olup olmadığı bilinmez.

Arızalı izolatörün tespiti zordur.

Sonuç olarak kompozit izolatörlerin kullanımı faydalarına göre değişir. Fakat yaygınlaşmasının en önemli

nedenlerinden biri, ağırlığının düşük olmasıdır. Kompozit izolatörün ağırlığı eşdeğer porselen ve cam tipinin

sadece %10‟u kadardır. Kompozit izolatörler daha hafif direk tasarlamaya veya mevcut hatları yükseltmeye

imkan verir.

Silikon kauçukların, yağmur sularını damla halinde tutabilme kapasitelerinin yüksek olması, kompozit

izolatörleri cam ve porselene göre daha avantajlı hale getirir. Çünkü bu hidrofobik özellik, izolatör yüzeyinden

hızlıca su akışını ve dolayısıyla iletkenlik artışını engellemek suretiyle, yalıtım sisteminin yalıtkanlık düzeyinin

aniden düşmesini önler. Böylece daha düşük hat kayıpları ve iletim hatlarında kararlı atlama değerleri sağlanmış

olur.Polimer izolatörlerin hidrofobik özelliği özellikle ıslak ve kirli şartlar altında izolatörün performansına etki

edebilir.

Hidrofobik özelliğin kaybolmasına, iz ve erozyon oluşumuna ve en sonunda atlamaya yol açan yaşlanma,

polimer izolatörlerin başlıca problemidir. Her ne kadar kaçak akım, yaşlanmanın sebebi olsa da yüzey

bozulmasının bir göstergesi olarak kullanılabilir. Bu yüzden, kaçak akım dalga şekillerinin parametreleri

genellikle polimer izolatörlerin performansının belirlenmesinde kullanılmıştır. Kaçak akım parametreleri ile kir

seviyesi ve yüzey bozulmaları (hidrofobik özelliğin kaybolması, kuru band atlamaları ve erozyon gibi)

arasındaki ilişkiyi kurmak için birkaç deneme yapılmıştır. Hidrofobik kaybın oluşmasından ve gövdenin zarar

görmesinden önce kaçak akım düzeyinin belirlenmesi önemlidir.

2.3.3. Ġzolatör Yüzey Kaçak Akımlarının Özellikleri

Tablo 1 ve Şekil 7‟de, farklı deşarj şartları için dalga şekilleri ve frekans dağılımları verilmiştir.


58

Tablo 1. Farklı deşarj şartları için kaçak akımların dalga şekli ve frekans dağılımları

Şekil 7.a, izolatör yüzeyinde deşarj oluşmadığı durumda, kaçak akımın değişimini göstermektedir. Dalga

şekli sinüzoidal bir yapıya sahiptir. İzolatör yüzeyinde zayıf deşarjlar görünmeye başladığı zaman akan kaçak

akımın dalga yapısı Şekil 7.b‟de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi bu durumda dalga şekli bozulmuştur. Şekil 7.c,

kuvvetli arklar oluştuğu zaman akan kaçak akımın dalga şeklidir. Burada kaçak akımın genliği birkaç yüz

miliamperler seviyesindedir. Şekil 7.d, atlama oluştuğu andaki kaçak akım şeklidir. Kaçak akım atlamadan önce

hızlıca yükselir. Atlama meydana geldiği zaman kısa devre akımı gözlemlenir.

(a)

(b)

(c)

(d)

ġekil 7. Kaçak akım dalga şekilleri


59


Y.G. trafosu (2x50 kV)

Y.G. direnci (850 kΩ)

Omik gerilim bölücü

Zincir tipi izolatör

Nem ölçer

Isıtıcı

Veri toplama cihazı (NI 6210)


Deney sistemine ait şema Şekil 8‟de görülmektedir. Her biri 50 kV‟luk iki adet YG transformatörü kaskat

bağlanarak 100 kV‟a kadar gerilim elde edilebilmesi sağlanmıştır. Transformatör çıkış gerilimi, seri bağlı 850

kΩ‟luk bir koruma direnci üzerinden izolatöre uygulanmaktadır. Yüzey kaçak akımına ait dalga şekilleri izolatör

çıkışına bağlanan 500 Ω‟luk direnç üzerinden gerilim bilgisi olarak alınmaktadır. Sistemde oluşabilecek

herhangi bir arıza nedeni ile ölçüm cihazlarının zarar görmesine engel olmak için, bir aşırı gerilim koruyucu

kullanılmıştır. İzolatörde atlama oluştuğunda, transformatörün sekonderine bağlı olan koruma direnci zarar görür

ve izolatör üzerinden büyük bir akım akarsa, 500 Ω‟luk dirençte düşen gerilim yüksek değerlere çıkar. Bu

durumda, dirence paralel bağlı aşırı gerilim koruyucu kısa devre özelliği göstererek osiloskop ve veri toplama

cihazını (NI 6210) korur. Sistemde kullanılan gerilim bölücü yardımıyla transformatör çıkışındaki gerilim ve

ayrıca akım değerleri kontrol ünitesi üzerinden izlenebilmektedir.

Deneyler için gerekli nem değerlerini oluşturmak için test odasına bir su ısıtıcısı konulmuştur. Ayrıca

elektrikli bir ısıtıcı yardımıyla da oda sıcaklığı istenen seviyede tutulmuştur. Sis odasına yerleştirilen bir

vantilatör yardımıyla, oda içerisindeki ısı ve nemin homojen dağılımı sağlanmıştır.

ġekil 8. Deney düzeneği

1- Temiz izolatöre kuru şartlarda 5 kV‟luk alternatif gerilim uygulayınız.

2- Sis odasının nem değerini ölçünüz.

3- Veri toplama cihazı yardımıyla gerilim değerlerini kaydediniz.

4- 10 kV ve 15 kV için de gerilim değerlerini kaydediniz.

5- Sis odasındaki su ısıtıcısını çalıştırarak nemin yükselmesini sağlayınız ve nemi ölçünüz.

6- 5, 10 ve 15 kV için gerilim değerlerini kaydediniz.

4. RAPORDA ĠSTENENLER 1- Deneyde gözlemlediğiniz sonuçları grubunuzla tartışınız.

2- Veri toplama cihazı yardımı ile bilgisayara kaydettiğiniz verileri kullanarak, her durum için ayrı ayrı

gerilim ve akımın zamana bağlı grafiklerini çiziniz.

3- Çizilen grafikleri yüzey kaçak akımları açısından yorumlayınız.

Koruma

Direnci

Kaskat Bağlı

YG Gerilim

Trafosu

(2*50 kV)

Şebeke

Osiloskop

Bilgisayar

Sis Odası

İzolatör

Isıtıcı

Buhar

KaynağıVantilatör

Kontrol

Ünitesi

Gerilim

Bölücü

500 Ω

Aşırı

Gerilim

Koruması

Documents

FIRAT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ...web.firat.edu.tr/eemuh/download/Laboratuvar/ElektrikTesis/2013/Elk.Tes... · notu, gruptaki tüm öğrencilerin deney