Orta Gerilim (3150kVA’ya kadar) Dağıtım Transformatörlerinde Verimlilik

Sibel Sarıgül 

ETP Trafo Enerji Verimliliği  Çalışma Grubu 

 

Günümüzde ekolojik tasarım gereksinimleri dünya genelinde önem kazanmıştır. Küresel ısınmaya yol açan CO2 yayımının azaltılması için çok ciddi çalışmalar yapıldığı bilinmektedir. Bu anlamda, sera gazı yayımının azaltılmasına katkı anlamına gelebilecek, her alandaki kayıpların azaltılması desteklenmekte ve istenmektedir. EN 50708-1-1:2020 Standardı (ve öncülleri) ileri bir adım atmış ve dağıtım trafoları için enerji verimliliği tanımlaması yapmış ve trafo kayıplarına (demir kayıpları Po ve bakır kayıpları Pk ) sınırlama getirmiştir. Bu iki değer trafo verimliliğinin yapı taşlarıdır, tasarım ve imalatın konusudur.

Transformatörlerde verimlilik (ƞ) çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanır. Kabaca grafiksel gösterimi aşağıda verilen şekildeki gibidir. Görüldüğü gibi, çıkış gücünün belirli bir değere kadar artmasıyla verim artmakta, kPEI noktasında, tepe verimlilik değerine (PEI) ulaşılmakta, daha sonra transformatör verimi düşmektedir. Bu son iki değer trafo verimliliğinin kilit taşlarıdır ve trafo çalışma karakterinin konusudur.

Verimlilik denklemi özdeş ama farklı iki şekilde yazılabilir:


Standart, ekolojik tasarım talimatları Seviye-2 tablosunda, 3150kVA gücüne kadar her orta gerilim dağıtım trafosu için kabul edilen maksimum kayıp değerleri (Po ve Pk) ayrı ayrı belirtmiştir. 

Genel “Trafo Verimlilik Endeksi” yani EI yük faktörü “k ”  ya göre aşağıdaki şekilde tanımlanır: 



S_r     Trafo anma gücü yani V_rxIr (kVA)

k     Yük faktörü yani Ia/Ir, (0≤k≤1),  burada  Ia:   yük akımı
kSr    “k” Yük faktörüne bağlı iletilen görünür güç yani kxSr (kVA)

P_o     İmalatçıda tarafından tasarım ile öngörülen, test esnasında ölçülen, trafo sertifikasında belirtilen ve işaret plakasına yazılan yüksüz çalışmadaki kayıp yani demir kayıpları (VA).  EN 50708-1-1:2020, Seviye- 2 tablosunda belli nominal güçler için izin verdiği yüksüz çalışmada maksimum Po değerlerini belirtmiştir.

P_c0     Yüksüz çalışma esnasında trafo soğutma sistemi (fan ve pompalar) tarafından çekilen elektriksel güc(VA).

P_k     İmalatçıda tarafından tasarım ile öngörülen, test esnasında ölçülen, trafo sertifikasında belirtilen, işaret plakasına yazılan tam yükteki bakır kayıpları (VA). EN 50708-1-1:2020, Seviye- 2 tablosunda belli nominal güçler için izin verdiği tam yükte maksimum Pk değerlerini belirtmiştir.

P_ck(k)     “k” Yük faktörüne bağlı olarak trafo soğutma sistemi (fan ve pompalar) tarafından çekilen elektriksel güc (VA). Tam yük Pk değerindeki soğutma değeri temel alınarak enterpolasyon ile bulunur.

Tepe Verimlilik değeri yani PEI  Formül A.1 ‘ den  türetilir. Formül A.3 te k nın yerine tanımlanan  kPEI den elde edilen değer ile hesaplanır.

1.    Buna göre: 



Tepe verimlilik değeri transformatörün özgün bir parametresidir ve trafonun verimlilik seviyesini gösterir. Trafolar bu değere göre de sınıflanabilirler. Seviye-2 talimatlarına göre, genellikle 99% ve üzeri bir değerdedir. Ekonomik olmak koşulu ile, bu değer ne kadar büyük olur ise o kadar iyidir. 

2.    PEI değerinin hesabındaki yük faktörü kPEI  Formül A.3’den türetilir. Buna göre:



k_PEI Trafonun en verimli çalıştığı noktadaki yük faktörüdür. Burada demir kayıpları bakır kayıplarına eşittir. Genellikle 30%-50% arası bir değerdir.  Burada tekrar belirtelim, P_ck(kPEI) öğesinin bulunması, P_k değerinde, pompaların ve fanların tükettiği tam gücün “k”ya göre enterpolasyonu ile olur. Eğer pompalar ve fanlar değişken hızla tahrik ediliyorsa, P_ck(kPEI) test ile saptanabilir.

Bu makalemizde EN 50708-1-1:2020 ile tanımlanan verimli trafo kavramı ele alınmış ve verimliliğin önemli 4 değeri incelenmiştir. Hemen belirtelim ki verimli trafo konusu bunlarla sınırlı değildir. Harmonik azaltıcı trafolar, yük çalışma noktasına göre düzenlenmiş trafolar ve başka yaklaşımlar da vardır ancak bir başka makalenin konusu olacaktır.