Fabrikada Elektrik Güç Artırımı: Trafoyu Büyütmek mi, Paralel Trafo Eklemek mi?

Fabrikada güç artırımı, ölçülen en yüksek talep (kVA) trafo anma gücüne ya da bağlantı anlaşmasındaki güce yaklaştığında veya planlanan yeni makineler talebi bu sınırların üzerine taşıyacağında gerekir. Bu karar makine etiketlerinin toplanmasıyla değil, mevcut yükün ölçümle doğrulanmasıyla verilmelidir. Etiket güçlerinin toplamı eş zamanlılığı hesaba katmadığı için gerçek talebi çoğu zaman olduğundan yüksek gösterir.

Ölçümde iki kaynak birlikte kullanılır. Birincisi, dağıtım şirketinin ya da OSB'nin sayacından alınan geçmiş yük profilidir; OG abonelerinin çoğu otomatik sayaç okuma sistemi (OSOS) kapsamındadır ve bu sistemden, genellikle 15 dakikalık aralıklarla alınan yük profili verisiyle mevsimsel tepeler görülebilir. İkincisi, AG ana girişe bağlanan bir enerji analizörüyle en az bir tam üretim haftası boyunca yapılan kayıttır. Bu kayıt aktif ve reaktif gücü, güç katsayısını, toplam harmonik bozulmayı (THD) ve faz dengesizliğini birlikte gösterir.

Ölçüm bazen asıl sorunun kapasite olmadığını ortaya koyar. Aktif güç değişmezken güç katsayısının 0,85'ten 0,98'e çıkarılması çekilen görünür gücü yaklaşık yüzde 13 azaltır; bu pay, kompanzasyon revizyonuyla mevcut trafo üzerinde yeniden kazanılabilir. Yüksek harmonik içerik ise trafo kayıplarını ve sıcaklığını artırır; bu yüzden yağlı trafolarda üst yağ, kuru tip trafolarda sargı sıcaklığı kayıtları yük verisiyle birlikte okunmalıdır. Yeni yük listesi de makine bazında kW, güç katsayısı, çalışma süresi ve büyük motorların kalkış yöntemiyle hazırlanır.

Güç artırımı başvurusu, OG'den beslenen bir fabrikada bölgedeki elektrik dağıtım şirketine yapılır; organize sanayi bölgesindeki bir fabrikada ise OSB dağıtım lisansı sahibiyse OSB'ye, değilse bölgedeki dağıtım şirketine yapılır. Süreç genel olarak başvuru, bağlantı görüşü, proje onayı, uygulama, kabul ve anlaşmaların güncellenmesi sırasıyla ilerler. Başvuruyu alan dağıtım şirketi ya da OSB önce besleme fiderinin ve bağlı olduğu trafo merkezinin ek gücü taşıyıp taşıyamayacağını değerlendirir. Kapasite yetersizse şebeke takviyesi ya da farklı bir besleme noktası gündeme gelebilir.

Olumlu görüşün ardından trafo merkezinin revizyon projesi yetkili elektrik mühendisince hazırlanır ve onaya sunulur. Proje; tek hat şemasını, trafo ve hücre seçimini, koruma, kısa devre, kompanzasyon ve topraklama hesaplarını içerir. Ölçü hücresindeki akım trafolarının oranı yeni güce göre değişeceğinden sayaç ve ölçü devresi düzenlemesi de projede yer alır. Uygulama tamamlandıktan sonra tesis kabul edilir, bağlantı ve sistem kullanım anlaşmalarındaki güç güncellenir.

Dağıtım lisansı sahibi OSB'lerde süreç, OSB'nin kendi teknik şartnamesine ve ana trafo merkezindeki boş kapasiteye de bağlıdır; bazı OSB'ler belirli güçlerin üzerinde OG hücre tipini veya koruma rölesini şartnameyle belirler. Bu şartnameyi başvuru aşamasında edinmek sonradan yapılacak proje revizyonlarını önler. OSB içindeki ilk bağlantı sürecini OSB elektrik altyapısı yazımızda ayrıca anlattık.

Mevcut trafoyu büyütmek tesisi tek trafolu yapıda bırakır ve AG tarafını sade tutar; paralel trafo eklemek ise kapasiteyi iki üniteye bölerek yedeklilik ve düşük yükte bir ünitenin kapatılabilmesi esnekliğini sağlar, buna karşılık daha fazla OG hücre, pano ve yer ister. Hangisinin uygun olduğu; trafo odasındaki ya da köşkteki yere, büyüme planına, yükün kritikliğine ve AG tarafındaki kısa devre seviyesine göre belirlenir.

Trafoyu büyütmenin en çok gözden kaçan sonucu AG kısa devre akımının artmasıdır. Kısa devre gerilimi (uk) aynı kaldığında trafonun AG çıkışındaki kısa devre akımı anma gücüyle yaklaşık orantılı büyür: 1600 kVA'dan 2500 kVA'ya geçişte bu akım yaklaşık yüzde 56 artar. Ana şalter ve çıkış şalterlerinin kesme kapasitesi ile bara sisteminin kısa süreli dayanım akımı bu yeni değere göre kontrol edilmelidir. Trafo odasının boyutları, havalandırması ve yağlı trafoda yağ toplama çukuru da yeni üniteye uygun olmalıdır.

Paralel trafo iki şekilde kurgulanabilir. AG barası kuplajla birleştirilip trafolar sürekli paralel çalıştırılırsa kısa devre akımı neredeyse iki katına çıkar ve tüm AG şalt cihazları buna göre seçilmelidir. AG barası iki bölüme ayrılıp kuplaj normalde açık tutulursa kısa devre seviyesi artmaz; trafolardan biri devre dışı kaldığında kuplaj kapatılır ve kritik yükler diğer trafoya aktarılır. Bu düzende iki giriş şalteri ile kuplaj şalteri arasında kilitleme yapılarak üçünün aynı anda kapalı kalması önlenir. Yalıtım tipi seçimini kuru tip mi yağlı tip trafo mu rehberimizde ele aldık.

Trafoların paralel çalışabilmesi için bağlantı gruplarının aynı, dönüştürme oranlarının eşit ve kısa devre gerilimlerinin birbirine yakın olması gerekir; anma güçleri arasındaki oranın da büyük olmaması önerilir. Bağlantı grubu, örneğin iki trafonun da Dyn11 olması, kesin şarttır. Farklı faz kaymasına sahip trafolar paralel bağlanırsa sekonderler arasında kısa devre niteliğinde bir dolaşım akımı oluşur.

Dönüştürme oranındaki küçük farklar bile boşta çalışmada trafolar arasında dolaşım akımına yol açar; bu yüzden oranların çok yakın olması, uygulamada aradaki farkın binde beş mertebesinde tutulması ve kademe değiştiricilerin aynı konumda olması gerekir. Kısa devre gerilimleri farklıysa yükün daha büyük kısmını uk değeri düşük olan trafo alır; farkın yaklaşık yüzde 10 içinde kalması hedeflenir. Anma güçleri oranının 1:2'yi aşmaması da yük paylaşımını dengeli tutar. Trafo uygulama kılavuzu niteliğindeki IEC 60076-8 bu koşulları ayrıntılı ele alır. Yeni trafo sipariş edilirken bu değerler mevcut trafonun etiketinden ve test raporundan alınarak şartnameye yazılmalıdır.

Sahada paralel bağlamadan önce yeni trafoda oran, sargı direnci ve yalıtım direnci ölçümleri, yağlı trafoda ayrıca yağın dielektrik dayanım testi yapılır. Ardından iki trafonun AG çıkışları arasında faz sırası ve faz eşleşmesi kontrol edilir; karşılıklı fazlar arasında gerilim ölçülür ve sıfıra yakın değer görülmeden kuplaj kapatılmaz. Paralel bağlantıdan sonra boşta dolaşım akımı ölçülür, ardından yük altında akımların trafolar arasında nasıl paylaşıldığı kayda geçirilir.

Güç artışında OG hücre, AG pano, kablo ve kompanzasyon yeniden hesaplanmalıdır, çünkü trafo gücü değiştiğinde anma akımları, kısa devre akımları, koruma ayarları ve reaktif güç ihtiyacı aynı anda değişir; yalnız trafoyu değiştirmek tesisin geri kalanını yeni koşullara hazırlıksız bırakır. OG tarafında trafo koruma hücresindeki sigorta değerleri ya da röle ayarları yeni trafo gücüne ve ilk enerjilendirmedeki mıknatıslanma akımına (inrush) göre yeniden seçilir; eski ayarlarla bırakılan koruma, büyük trafonun ani akımında gereksiz açma yapabilir. Bazı dağıtım şirketleri ve OSB'ler belirli güçlerin üzerinde sigortalı yük ayırıcı yerine kesicili ve röleli koruma ister.

AG tarafında ana şalterin anma akımı ve kesme kapasitesi, bara kesitleri ve panonun ısıl kapasitesi kontrol edilir. Trafodan ana panoya giden paralel kabloların sayısı ve kesiti yeni akıma göre artırılır ya da bu bağlantı busbar ile kurulur. Seçicilik çalışması da yenilenir; ana şalter ile çıkış şalterleri arasında koordinasyon kurulmazsa tek bir çıkıştaki arıza bütün fabrikayı karartabilir. Gerilim düşümü ve büyük motorların kalkışındaki gerilim çökmesi de kablo hesabına katılır.

Kompanzasyonda üç nokta sık atlanır. Birincisi, büyük trafonun boşta reaktif tüketimi artar; bunu karşılayan sabit kondansatör grubu yeniden boyutlandırılmalıdır. İkincisi, yeni yükler için kademeli kompanzasyon gücü artırılmalı, harmonik içerik yüksekse kondansatörler harmonik bloklu (detuned) reaktörlerle birlikte seçilmelidir. Üçüncüsü, AG ana girişteki akım trafosu değiştiğinde reaktif güç kontrol rölesindeki akım trafosu oranı ve ayarlar güncellenmezse kompanzasyon yanlış çalışır ve reaktif ceza riski doğar. Son olarak yeni trafonun nötr ve gövde topraklaması bağlanır, topraklama ölçümü tekrarlanır.

Güç artırımı, işlerin büyük bölümü mevcut sistem enerjili kalırken önceden tamamlanıp geçiş bir veya birkaç kısa, planlı kesintiye sıkıştırılarak üretimi durdurmadan uygulanır. Yeni trafo yerine konup testleri yapılır, yeni AG pano bölümleri imal edilip montajı tamamlanır, kablolar çekilip başlıkları hazırlanır; kesinti penceresine yalnız bağlantı ve devreye alma kalır.

Paralel trafo seçeneği bu açıdan avantajlıdır: yeni trafo kendi AG bölümüyle enerjilendirilir, yükler hafta sonu ya da vardiya geçişlerindeki kısa kesintilerle grup grup yeni bölüme aktarılır. Trafo değişiminde ise eski ünitenin sökülüp yenisinin bağlanması tek ve daha uzun bir pencere ister; bu süre genellikle bayram tatiline ya da yıllık bakım duruşuna denk getirilir, gerekirse kritik yükler geçici bir jeneratörle beslenir. OG tarafındaki enerji kesme ve verme işlemleri dağıtım şirketinin ya da OSB'nin manevra programına bağlı olduğundan tarihler önceden onaylatılmalı, yeni trafonun kabul ve enerji verme prosedürü de takvime yazılmalıdır.

Geçişte en kritik kontrol faz sırasıdır; yanlış faz sırası motorların ters dönmesine neden olur ve yük aktarılmadan önce doğrulanmalıdır. İlk üretim haftasında trafo ve pano bağlantıları yük altında termal kamerayla taranır, sıcaklık ve yük kayıtları alınır.

Miratek Elektrik, Türkiye genelinde fabrika ve endüstriyel tesislerde trafo merkezi, OG hücre, AG pano ve kompanzasyon işlerini 1–35 kV aralığında birlikte üstleniyor. Bugüne kadar toplam 120 MVA trafo kapasitesi kurduk, 48 OG hücre montajı yaptık ve 340'tan fazla pano ürettik. Fabrika Elektrik Altyapıları hizmetimiz kapsamında güç artırımını yük ölçümünden geçiş planına kadar tek teknik muhatap olarak yürütüyoruz.