Transformatör Nedir?

   Transformatör Faraday yasasının doğrudan uygulanmasıdır.1831 yılında Faraday iki ayrı sargıyı bir demir nüve üzerine sararak oluşturduğu basit bir test düzeninde, sargılardan birine bağlanan doğru gerilimin kesilmesi anında diğer sargıda darbe geriliminin olduğunu tespit etmiştir. Bu olaydan sonra transformatör teknolojisi araştırılmaya başlanıyor.1884’de M:DERY ve K.ZIPERNOVSKY tarafından 1400 VA, 120/72 Volt, 40 Hz’lik ilk transformatör üretimini,1890’dada 3 fazlı transformatör üretimi gerçekleştiriliyor.

Transformatörler elektromanyetik endüksiyon yoluyla elektrik enerjisini; aynı frekansta, fakat gerilim ve akımda bir veya birkaç devreye dönüştüren ve hareket etme kabiliyeti olmayan statik elektrik makineleridir. Transformatörler santralden çıkan elektrik enerjisinin konutlara kadar ulaşımında kilit rol almaktadır. Çünkü transformatörler santralden çıkan elektrik enerjisi gerilimini yükselterek hem enerji kaybını azalmasını sağlayacak bu da ekonomik kazanç olarak geri dönecektir.

Günümüzde üretilen transformatörler yağlı ve kuru tip olmak üzere iki ayrı grup altında toplanmaktadır.
Yağlı transformatörler 36 kV 25 MVA, kuru tip transformatörlerin üretimi yapılmamaktadır.
Transformatörler ile ilgili araştırmalar devam etmekte olup, kimyasal enerjinin elektrik enerjiye dönüştürebildiği bilinmektedir. Fakat şu ana kadar hiçbir yöntemin transformatörü ortadan kaldırılması söz konusu değildir. Bugünkü teknolojik bilgilere göre, belki yarıiletkenler teknolojisi geliştirilebilir ve bulunmadığından, yakın gelecekte bununda gerçekleşmesi beklenmektedir. Tabii ki bu durumda gerilim değiştirme işinde tek seçenek transformatördür.

Gerilim değiştirme işi neden bu kadar gerekli?
Örneğin: Basit olarak; kullanma gerilimi 220 Volt, enerjinin üretildiği yer 1000 km. uzakta ve üretim gücü 220MVA olsun. Burada çekilecek olan akım: I=220.000.000/220=106A’dir. İletim hattındaki akım yoğunluğu 4A/mm2 seçilse iletken kesiti: Q=106/4=0.25 m2  İletim hattının bakır olduğunu düşünürsek 1 metre iletken 2225 kg. 1000 km. hat için (İki iletken kullanarak) 4.45 milyon ton bakır kullanılmalıdır. Bakırın kg.‘ının yaklaşık olarak bugünkü fiyatının 800.000 TL. olduğu kabul edilirse, toplam bakır maliyeti 3.56*1015 TL. yan, 3.56 katrilyon TL. olmaktadır.

Ayrıca enerjinin iletilebilmesi için gönderilen uçtan görülen direncin:
R=22
V/106 A=0,0000222 ohm. olması gerekir. (Gerilim düşümünün <% 10 olması için)
Hâlbuki bizim hattımızın direnci=1.000.000/57*250.000=0,07018 ohm. olacaktır. Bizim hattımız yaklaşık 3190 misli daha büyük dirence sahiptir. Bu hat ile ancak 313,5 m. Uzaklığı kadar enerji taşınabilir.
Gerilim 220 Volt yerine kV ile taşınırsa bu defa akım 1000 A. olacak, aynı akım yoğunluğunda iletken kesiti 250 mm2. ‘ye inecek, toplam bakır ağırlığı 4450 ton, maliyeti de 3.56 milyar TL. olmaktadır.
Böylece iletken geriliminin 1000 misli arttırılarak, bakır maliyeti de 1000 misli azalacaktır. Tabii ki buna uygun direk, izolatör ve koruma düzeni temin edilebilecektir.
Gönderilen uçtan görülen 0,022 ohm. olması gerekirken, bizim hattımız, 70.2 ohm  olmaktadır. Bu da gösteriyor ki bu enerji nakil hattı uygun değildir.
Buradan da görülmektedir ki, yüksek gerilim ile enerji iletimi bu kadar önemli ve zorunludur. Bu işi de sağlayan transformatör olmaktadır.

Transformatörün Manyetik, Elektrik ve Mekanik Özellikleri:
Transformatör esas olarak manyetik bir çekirdeği etrafına sarılmış iki sargılı hareketsiz bir elektrik makinesi olarak düşünülebilir. Bugünkü modern transformatörlerde birden fazla sargı, sargılardan çıkan kademe ayar uçları bulunmaktadır.
Çekirdekler manyetik özellikleri yükseltilmiş ve soğukta haddelenmiş saç levhaların, modern makinelerde dilme ve kesme işlemlerinden sonra dizimleriyle oluşmaktadır. Büyük güçlü transformatörlerde saçlar arasına uygun miktarda soğutma kanalları konularak soğutulması sağlanır. Çekirdek dizildikten sonra iletken olmayan bantlarla sarılıp sıkıştırılarak bir kütle oluşturulur.
Sargılar ise, çeşitli şekillerde oluşturulur. Silindirik olarak diskler halinde ya da katlar halinde sarılır ve çekirdeklerin bacaklarına yerleştirilir. Sargılar için yalıtım ve soğutma sorunları vardır. Teknik olarak en önemli sorun yalıtımdır. Bu nedenle her transformatörün yalıtım durumunun uygunluğunun tespiti için kesin sonuç, test gerilimlerinde test edilmesi ile edilmektedir.
Sargılardan kısa devre akımlarının geçmesi ile manyetik alanların meydana getirdiği problemler vardır. Özellikle güç transformatörleri için, manyetik alanların hesaplanması önemli olmaktadır. Şekil 2:’ de gösterilen sargılardaki manyetik alan değerlerine bağlı olarak iletkenlerde aksiyal ve radyal kuvvetler oluşmaktadır. Bu kuvvetler güç transformatörlerinde küçümsenecek değerler değildir. Örnek verecek olursak 25 MVA gücünde bir transformatörde, kısa devre anında, sargılarda yaklaşık olarak 200 kN değerinde baskı kuvvetleri oluşmakta ve bu kuvvetler sargı iletkenlerinde 70-80 N/mm2 değerinde çekme veya basma kuvvetleri oluşturmaktadırlar. Hesapları iyi yapılmayan, iletkenleri iyi seçilmeyen bir transformatörde kısa devre esnasında oluşacak kuvvetler, iletkenlerin deforme olmasına, kopmasına neden olacaktır.
Geliştirme çalışmaları ile hesap yöntemlerinde elde edilen ilerlemeler malzeme konularında da elde edilmiştir. İlk üretilen transformatör çekirdeği, dökme demir ile üretilmiştir. Aynı yöntem ile bugün değil 100 MVA, 5 MVA gücünde bir transformatörü yapmak söz konusu bile değildir. Zira kayıp değerleri ve ısınma çok büyük olacaktır. 1905 yılında çeliğe silisyum katılarak histeresis ve edyy kayıplarının azaltılması sağlamıştır.
Bu tip pahalı malzemelerin araştırmalarının, silisli saç ve diğer malzemeleri; kâğıtlar, prespanlar, yağlar vb. geliştirilmesi, trilyonluk yatırımlar gerektirdiği için ve pazar payının küçük olduğu yurdumuzda yapılmamaktadır. Bizde araştırma geliştirme konuları, malzeme konularından çok dizaynda önem kazanmaktadır. 50 MVA ve üzerindeki transformatörlerde kaçak manyetik akının önemli etkileri olmaktadır. Bunları önleyip kayıpları azaltmak için, kazan ekranlaması yapılmaktadır. Kazan ekranlaması, saç paketler halinde hazırlanarak, kazan iç yüzeyine yerleştirilmesidir. Bu sadece bir örnektir.