Trafo Nedir Ne İşe Yarar

Bir trafo, yan yana duran, aynı demir çekirdek üzerine sarılmış iki bobinden oluşur. Yükseltici bir (step-up) trafoda, bu bobinlerden İkincisinin sarım sayısı birincisindekinden fazla, örneğin n katı kadardır. Birinci bobinden geçen AC akım, bu bobinde zamanla değişen bir manyetik akı üretmektedir. Bu akı ikinci bobinde, daha fazla sayıda sarım halkasının içinden geçmekte olduğundan, n katı kadar daha büyük bir akı oluşturur. Dolayısıyla, ikinci bobindeki toplam akının zamanla değişim hızı, birincidekinden n katı kadar daha büyüktür. Faraday yasası gereği, bu durum ikinci bobin­deki gerilimin birincidekinin n katı kadar daha büyük olması anlamına gelir (ε = N.dΦ/dt).

Buna karşılık, ikinci bobindeki akım birincidekine göre n katı kadar azalır. Öyle olması gerekir zaten ki güç. P=V.I, trafo kayıplarını da göz önünde bulundurmak kaydıyla. korunmuş olsun. Trafo, içi yağ dolu bir kutunun içine yerleştirilmiştir. Yağın amacı, hem güç aktarımında so­run yaratabilen nemi uzak tutmak, hem de sıçramalara karşı, bobinleri kutu çeperinden yalıtmaktır. Trafolar­da maliyeti ve ulaşılabilen gerilim dü­zeylerini belirleyen ana etken, bu yalıtım sorunu. Alçaltıcı bir (step-down) trafoda ise, tam tersine, ikinci bobin­deki sarım sayısı birincidekinden daha azdır.

Bu yüzden, gerilimi yükseltmek yerine düşürürler. Trafoların ilk bakış­ta biraz gizemli görünebilen bu işlevi, bir bakıma dişli çarklarınkine benzer. Nasıl ki küçük bir çarktan, yarıçapı ve dolayısıyla da diş sayısı, varsayalım n katı kadar büyüğüne aktarılan tork n misli büyür ve fakat bu arada açısal hız da aynı oranda küçülürken, torkla açısal hızın çarpımı olan güç sabit kalıyorsa: burada da ona benzer şekilde. Ya da hidrolik bir benzetmeyle, hidrolik pompa ve asansörler gibi… İçi sıkıştırılamaz bir akışkanla dolu kapalı bir kabın yalnızca, biri diğerinkinin n misli geniş yüzey alanına sahip iki piston çıkışı varsa; küçük pistona F kuvveti uyguladığımızda, basman akışkan içerisinde aynen dağılımı (Pascal Yasası) gereği, büyük pistonun yüzeyinde F’nin n katı kadar bir kuvvet oluşur.

Fakat buna karşılık, büyük kuvvete d kadar yol katettirebilmemiz için, küçük kuvvetin uygulama noktasını d ’nin n misli kadar hareket ettirmemiz lazımdır. Yani güç ve enerji korunur. Trafoların bu, dişli çarklara ya da hidrolik pompalara benzeyen basit ve maliyeti düşük yapısı nedeniyleydirki, AC gerilimi yükseltip alçaltmak, bu işlemi DC gerilimle yapmaya oranla çok daha kolaydır. Gerçi şimdi artık DC gerilimi, trafoların AC’de yaptığı gibi, yüksek verimle değiştiren ‘katı hal’ aygıtları var. Fakat geçen yüzyılın başlarında bu teknoloji yoktu. Edison’un şirketi DC güç dağıtmaya başlamışken. Tesla’nın geliştirdiği AC ge­rilimin rakip Westinghouse şirketi tarafından benimsenmesi üzerine iki şirket arasında patlak veren akım savaş­larının AC’nin zaferiyle sonuçlanmış olmasının ana nedeni buydu. Prizimi­ze elektrik böyle gelir. Sektöre emeği geçen isimsiz kahramanlara saygıyla…

Trafo Merkezi

Büyük santrallarda çalıştırılan ti­pik bir jeneratörün. 33,3kV gerilimle, tümüyle dirençlerden oluşan bir grup yüke, 15kA akım sağlamakta olduğunu varsayalım. Jeneratör bu durumda. P = 500Mw = 5xl0⁸ J/s güç üretmektedir. Türbindeki mekanik güç %100 verimle elektrik gücüne dönüştürülüyor olsun. Gerçek değer %99’a yakındır. Türbinin sağlaması gereken torkun; dönme hızı 3000 devir/dk = 50 devir/s = 100Π rad/s olduğuna göre; P = ωT ilişkisinden, T = (5xl0⁸J/s)/( 100Π rad/s) = 159 kN.m (kilo Newton-metre) olması gerekir. Kanatların ortalama uzunluğu L = 30 cm olsa, üzerlerinde F = T/L = 159/0.3 = 530 kN kuvvet var demektir; yani 54 ton kütlenin ağırlığı…

Emre amade 500 MW’la; bir konutun günlük elektrik enerjisi tüketimi 2,5-3,5 kWh olmakla birlikte, maksimum güç gereksinimi 2,5-3,0 kW kadar olduğundan, diyelim 2’şer kW ’tan 250.000 konuta elektrik gücü sağlanabilir. Ancak, santraller güvenlik ve çevre gerekçeleriyle, yerleşim birimlerinden uzakta ya da taşınması güç olan enerji kaynakla­rının yakınında kurulur. Ayrıca, potansiyel tüketiciler farklı yerleşim merkez­lerinde yaşadığından, gücün her birinin ayağına kadar iletilmesi gerekir. Öte yandan, belli bir gücün iletimi sırasında yolda karşılaşılan kayıplar, gerilimin tersiyle azalır. Dolayısıyla, iletim kayıplarının en azda tutulabilmesi için, önce jeneratör çıkışındaki 33,3 kV’luk gerilim: 380 ya da 765 kV, hatta 1 milyon volta varan çok yüksek düzeylere yükseltilir. Bu işlem, santral çıkışındaki ana trafo istasyonunda yapılır. Ondan sonrası, birden fazla koldan yola çıkan ‘yüksek gerilim ağında gerçekleşir.