Trafo Sargıları ve Trafo İzolasyonu

Transformatör sargıları, bir transformatörün devre bileşenleridir ve elektromanyetik enerji dönüşümünün temel parçalarıdır. Belirli bir desene göre sarılmış yalıtımlı tellerden (genellikle bakır veya alüminyum) yapılırlar ve elektromanyetik indüksiyon prensibi yoluyla enerji iletirler.

1. Ana Fonksiyonlar

• Manyetik alan oluşturma: Primer sargıya alternatif akım verildiğinde alternatif bir manyetik alan oluşur.
• Elektromotor kuvvetin indüklenmesi: Bu alternatif manyetik alan, sekonder sargıdan geçerek sekonder sargıda bir elektromotor kuvveti (voltaj) indükler.
• Gerilimin değiştirilmesi: Primer ve sekonder sargıların dönüş oranı ayarlanarak gerilim artırılabilir veya azaltılabilir.

2. Sargı Çeşitleri (gerilim düzeyine ve bağıl konuma göre sınıflandırılır)

• Yüksek-gerilim sargısı: Daha yüksek gerilime dayanıklı sargı. Genellikle daha küçük bir kablo kesitine-sahiptir (çünkü akım nispeten küçüktür), ancak yüksek izolasyon gerektirir.
• Düşük-gerilim sargısı: Daha düşük gerilime dayanıklı sargı. Genellikle daha büyük bir kablo kesitine-sahiptir (çünkü akım nispeten büyüktür) ve nispeten daha düşük yalıtım gereksinimlerine sahiptir.

Yapısal olarak çekirdekteki dizilişlerine göre esas olarak iki türe ayrılırlar:

(1) Eşmerkezli sargı:

• Yapı: Yüksek-voltaj ve düşük-voltaj sargıları, farklı çaplarda silindirik şekiller halinde sarılır ve çekirdek koluna eşmerkezli olarak yerleştirilir.
• Ortak düzenleme: Yalıtımı kolaylaştırmak için, düşük-voltaj sargısı genellikle iç tarafa (çekirdeğe daha yakın) ve yüksek-voltaj sargısı ise dış tarafa yerleştirilir. Bunun nedeni, düşük-voltaj sargısı ile çekirdek (topraklanmış) arasındaki yalıtımın işlenmesinin daha kolay olmasıdır.
• Uygulama: Çoğu güç transformatörü (özellikle daha büyük kapasiteye sahip olanlar) bu yapıyı kullanır. Üretim süreci nispeten basittir ve yapı sağlamdır.

(2) Aralıklı sarma:

• Yapı: Hem yüksek-voltaj hem de düşük-voltaj sargıları disk şekillerine dönüştürülür ve çekirdek elemanın yüksekliği boyunca dönüşümlü olarak istiflenir.
• Avantajları: Sargılar arasında azaltılmış sızıntı akışı, yüksek mekanik mukavemet ve güçlü kısa-devre direnci.
• Uygulama: Esas olarak büyük elektromanyetik kuvvetlere dayanması gereken elektrikli fırın transformatörleri ve kaynak transformatörleri gibi özel transformatörler için kullanılır.

3. Sargılar için Ana Gereksinimler
Elektriksel performans: Uzun-süreli çalışma gerilimine ve geçici aşırı gerilime (yıldırım çarpması gibi) dayanmalıdır.
Mekanik performans: Yapı, kısa devreler sırasında oluşan muazzam elektromanyetik kuvvetlere deformasyon olmadan dayanabilecek kadar güçlü olmalıdır.
Termal performans: Uzun-süreli yük altında sıcaklık artışının sınırı aşmamasını sağlamak için iyi bir ısı dağılımına sahip olmalıdır.
İşlem performansı: Sarma işlemi basit, ekonomik ve güvenilir olmalıdır.

Sargının farklı kısımlarını birbirinden izole eden ve sargıyı topraklanmış parçalardan (göbek ve yağ deposu gibi) ayıran malzeme sistemidir. Transformatörün-devre dışı bir parçasıdır ancak transformatörün güvenliğini ve ömrünü belirler.
1. Ana Fonksiyonlar

• Potansiyel İzolasyonu: Kısa devreleri önlemek için farklı potansiyellere sahip iletken parçaları (yüksek ve alçak gerilim sargıları ve çekirdekten gelen sargılar gibi) güvenilir bir şekilde ayırır.
• Isı Dağıtım Kanalı: Yalıtım malzemeleri (trafo yağı gibi) genellikle soğutma ortamı olarak görev yapar ve sargı ve çekirdek tarafından üretilen ısıyı aktarır.
• Mekanik Destek: Yalıtım malzemeleri (yalıtım levhası gibi) ayrıca sargıların sabitlenmesine ve desteklenmesine yardımcı olur.

2. Yalıtım Sınıflandırması (Yer ve İşleve Göre)
Transformatör yalıtım sistemi genellikle iki ana kategoriye ayrılır:

• İç Yalıtım: Transformatör yağ tankının içinde bulunur, dış havayla doğrudan temas etmez.
• Ana Yalıtım: Sargılar ile topraklanmış parçalar arasındaki (çekirdek ve yağ deposu gibi) ve farklı voltaj seviyelerindeki sargılar arasındaki (yüksek-gerilim ve düşük-voltaj sargıları arasındaki gibi) yalıtımı ifade eder. Bu, transformatör yalıtım sisteminin çekirdeğidir ve transformatörün voltaj seviyesini belirler.
• Boyuna Yalıtım: Aynı sarım içindeki yalıtımı ifade eder; örneğin sarımlar arasındaki yalıtım (dönüş-dönüşten-dönüş yalıtımına), sarım katmanları arasındaki yalıtım (katman- ila-katman yalıtımı) ve sarım bölümleri arasındaki (bölüm-bölümden{-bölüm yalıtımına) izolasyon.
• Dış İzolasyon: Transformatör dışındaki havaya maruz kalan izolasyon parçalarını, özellikle de buşinglerin üstündeki (yağ tankının dışındaki) izolasyonu ifade eder. Yalıtım gücü esas olarak hava koşullarına ve kaçak mesafesine bağlıdır.

3. Ana Yalıtım Malzemeleri
Transformatörlerin (özellikle yağa-daldırılmış transformatörlerin) yalıtımı kompozit bir sistemdir. Ortak malzemeler şunları içerir:
(1)Sıvı Yalıtım Malzemeleri:

• Mineral Trafo Yağı: En yaygın kullanılanıdır. Fonksiyonlar şunları içerir: yalıtım (havadan çok daha yüksek dielektrik dayanımı), ısı dağıtımı (konveksiyon yoluyla ısıyı uzaklaştırır), koruma (oksijeni izole eder, malzemenin yaşlanmasını geciktirir).
• Sentetik veya Doğal Ester Yalıtım Yağı: Silikon yağı veya bitkisel yalıtım yağı gibi, yangına dayanıklılık gereksiniminin yüksek olduğu yerlerde yaygın olarak kullanılır.

(2) Katı Yalıtım Malzemeleri:

• Yalıtım Kağıdı, Yalıtım Levhası: Dönüş yalıtımı, katman yalıtımı, sarımlar arası ayırıcılar ve yalıtım silindirleri için kullanılır. Yağlı-kağıt kompozit yalıtım sistemi, transformatör yalıtımının en klasik ve güvenilir türüdür.
• Epoksi Reçine: Kuru-tip transformatörlerde yaygın olarak kullanılır ve döküm yoluyla sağlam bir genel yalıtım oluşturur.
• NOMEX® Kağıdı: Yaygın olarak kuru-tip veya özel transformatörlerde kullanılan, yüksek-ısıl dirençli, yüksek performanslı aromatik poliamid kağıt.

Transformatör sargıları, elektromanyetik enerji dönüşümünü sağlamaya yönelik 'devre kanalları' iken, transformatör izolasyonu, farklı potansiyellere sahip bileşenleri güvenli bir şekilde ayıran 'koruma sistemi'dir; yalıtım, sargılar için 'zırh' görevi görür, normal çalışmaları için güvenlik sağlar ve kısa{0}devre kazalarını önler. İkisi birbirini tamamlar ve birlikte transformatörün performansını, voltaj seviyesini ve operasyonel güvenilirliğini belirler.