TARIFNAME BIR SUPERILETKEN HATALI AKIM SINIRLAYICI TRANSFORMATOR TEKNIK ALAN Bulus, bir transformatörde hatali akimin sinirlanmasini saglayarak hatali akim nedeniyle olusan hasarin azaltilmasini saglamak 'üzere bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör ile ilgilidir. Elektrik enerjisine olan talebin artmasi, güç sistemlerinin sürekli genislemesini ve karmasiklasmasini beraberinde getirmektedir. Yeni 'üretim santrallerinin, hatlarin ve yüklerin devreye girmesi sistemdeki güç akisini ve buna bagli olarak herhangi bir ariza sirasinda ortaya çikacak kisa devre akiminin seviyesini artirmaktadir. Bu durum belirli kisa devre akim büyüklüklerine göre tasarlanan ve/veya seçilen güç sistem ekipmanlarinin dayanim sinirlarinin zorlanmasina, hatta zarar görmesine neden olabilmektedir. Bu nedenle, ariza akimlarinin sinirlandirilmasi her geçen gün önem kazanmaktadir. Ariza durumunda akimin sinirlandirilmasini saglamak için hatali akim sinirlayicilar gelistirilmistir. Hatali akim sinirlayici (HAS) bulunduran sebekede normal kosullar altinda gerilim dalgalanmasi elektrik sebeke yönetmeliginde belirtilen sinirlari asmamalidir. Bu durumda hatali akim sinirlayicilar; güç sisteminin normal çalismasini ve hatlarin özelliklerini etkilememelidir. Hatali akimin ilk tepe degerinin (pikinin) sinirlanmasi için HAS'in hizli bir sekilde devreye girmesi gerekmektedir. Ancak çok hizli bir sekilde empedansin artmasi, devrede istenmeyen y'uksek gerilimlerin olusmasina sebep olabilmektedir. Hoshino vd., 2001a, 2001b; çalisan bir güç sistemi için, sebekede herhangi bir yüksek gerilime neden olmadan, 2-4 ms'lik bir süre ilk pikin sinirlandirilmasi için yeterli oldugu degerlendirilmektedir. Süperiletken hatali akim sinirlayicilarin SHAS'lara göre farki ise sinirlayici olarak süperiletken kullanimidir. Süperiletken kullanimiyla sinirlandirma için aktive olma süresi oldukça kisalip hatali akimin ilk tepe degeri yaklasik 2-4 ms içerisinde sinirlanabilmektedir. Geleneksel HAS'Iarda ise bu süre içerisinde akim sinirlanmasi mümkün gözükmemektedir. Günümüze kadar birçok SHAS tasarimi gelistirilmistir. Bunlar; rezistif, indüktif, doymus demir nüve (çekirdek) ve köprü tipi olarak verilebilir. SHAS tiplerinin farkli olusu ve elektrik sebekesinde olusan hatali akimlarin farklilik göstermesiyle kullanim bölgesine göre farkli teknik özellikler içermektedir. Sebekedeki kullanim amaçlarinin farkli özellikler içermesi nedeniyle SHAS'Iar arasinda anlamli bir mukayese yapmak oldukça zordur. Son yillarda SHAS üzerindeki yapilan arastirmalar ve üretilen prototiplerin rezistif tipte yogunlastigi görülmektedir. Rezistif HAS'larda süperiletken boyunca yüksek gerilim düsümünün olmasi, sönt direncine ihtiyaç duyulmasi ve uzun toparlanma süresi olmasi nedeniyle etkin bir kullanim saglayamamaktadir. Ozellikle toparlanma süresinin uzun olmasi enerjinin verimsiz kullanilmasina neden olmaktadir. Bununla birlikte süperiletken sarim üzerinden hat akiminin dogrudan geçiyor olmasi önemli teknik komplikasyon olusturma potansiyeli barindirmaktadir. Ozellikle düsük sicakliklarda elektriksel yalitimin zarar görme ihtimali bulunmaktadir. Süperiletken kullanim miktarinin yüksek olmasi maliyet açisindan zorunlu bir artis getirmektedir. Maliyet düsürücü teknolojik gelismelere ihtiyaç oldugu degerlendirilmektedir. Sonuç olarak, yukarida bahsedilen tüm sorunlar, ilgili teknik alanda bir yenilik yapmayi zorunlu hale getirmistir. BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulus yukarida bahsedilen dezavantajlari ortadan kaldirmak ve ilgili teknik alana yeni avantajlar getirmek üzere, bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör ile ilgilidir. Bulusun bir amaci, bir transformatörde hatali akim nedeniyle olusabilecek hasari engellemek için bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör ortaya koymaktir. Bulusun bir diger amaci, kisa süreli hata durumlarinda enerji kesintisine gerek kalmaksizin hatanin giderilmesini saglayarak çalismaya devam edilmesini saglayan bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör ortaya koymaktir. Yukarida bahsedilen ve asagidaki detayli anlatimdan ortaya çikacak tüm amaçlari gerçeklestirmek üzere mevcut bulus, katmanli yapida saglanmis bir metal nüveyi, bahsedilen metal nüvenin bir birinci uzantisina saglanmis bir birincil bobini, bir ikinci uzantisina saglanmis bir ikincil bobini içeren; bir hata durumunda olusan hatali akimin sinirlandirilmasini saglamak üzere bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatördür. Buna göre metal nüvenin en az bir üçüncü uzantiyi içermesi; bahsedilen üçüncü uzantiya yerlestirilmis süperiletken durumdayken manyetik akinin üçüncü uzanti üzerinden geçmesini engelleyerek ve hata durumundayken manyetik akinin üçüncü uzantidan geçmesini saglayarak hatali akimin sinirlandirilmasini saglayan bir süperiletken sarimi içermesidir. Böylece hata durumunda olusabilecek hasar engellenerek transformatörün zarar görmesi engellenmektedir. Ayni zamanda hatali akimin kisa sürede sinirlandirilmasi saglanarak transformatörün çalismasi durdurulmasina gerek kalmamaktadir. Bu durum olusan enerji kaybinin azalmasini saglamaktadir. SEKILIN KISA AÇIKLAMASI Sekil 1' de bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatörün temsili bir görünümü verilmistir. BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu detayli açiklamada bulus konusu sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak örneklerle açiklanmaktadir. Bulus, bir transformatörde hatali akimin sinirlanmasini saglayarak hatali akim nedeniyle olusan hasarin azaltilmasini saglamak üzere bir süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör (10) ile ilgilidir. Sekil 1*de gösterildigi gibi, bahsedilen süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör (10) katmanli yapida saglanmis bir metal nüveyi (100) içermektedir. Bulusun mümkün bir yapilanmasinda bahsedilen demir nüve toplamda 23 katmandan olusmaktadir. Bahsedilen katman sayisi kullanim amacina göre farklilik gösterebilmektedir. Nüvenin katmanli yapida saglanmis olmasi metal nüvenin (100) dairesel bir yapiya dönüsmesini saglayarak manyetik aki sizintilarinin minimize edilmesini saglamaktadir. Bulusun mümkün bir yapilanmasinda metal nüve (100) olarak demir nüvenin kullanilmasi tercih edilmektedir. Bulusun mümkün bir diger yapilanmasinda demir nüve için kullanilan sac kalinliginin 0,3 mm olmasi tercih edilmektedir. Bulusun mümkün bir diger yapilanmasinda bahsedilen sac kalinliginin %3,ü kadar silisyum kaplama bulunmaktadir. Metal nüve (100) bir birincil bobinin sarilmasi için bir birinci uzantiyi (101) içermektedir. Bulusun mümkün bir yapilanmasinda bahsedilen birincil bobin alüminyum sargiyi içermektedir. Metal nüve (100) bir ikincil bobinin sarilmasi için bir ikinci uzantiyi (103) içermektedir. Bulusun mümkün bir yapilanmasinda bahsedilen ikincil bobin alüminyum sargiyi içermektedir. Metal nüve (100) birincil uzanti ile ikinci uzanti (103) arasina saglanmis bir üçüncü uzantiyi (105) içermektedir. Süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör (10) bahsedilen üçüncü uzantiya (105) yerlestirilmis bir süperiletken sarimi (106) içermektedir. Bahsedilen süperiletken sarim (106), süperiletken durumdayken ortadaki demir nüveden manyetik akinin geçmesini engellemektedir. Böylece, birincil bobin tarafindan üretilen manyetik aki birincil bobinin çevreledigi birinci uzanti (101) üzerinden ikincil bobinin çevreledigi ikinci uzantiya (103) dogru akarak dolanimini dis çerçeveden saglamaktadir. Hata durumunda (kisa devre aninda) ise; üçüncü uzantidaki (105) metal nüveyi (100) çevreleyen süperiletken sarim (106) normal duruma ani geçis ("quench") yaparak manyetik akinin çogunlukla üçüncü uzantidan (105) geçmesini saglamaktadir. Manyetik aki döngüsü birinci uzantidan (101) üçüncü uzantiya (105) akacak sekilde tamamlanmaktadir. Süperiletken sarima (106) saglanmis sivi azot tanki vasitasiyla isinin azaltilmasi saglanarak transformatörün manyetik aki nedeniyle artan sicakliktan korunmasi saglanmaktadir. Bu durum devrede olusan hatali akimin hizli bir sekilde sinirlanmasini saglamaktadir. Böylece, transformatörün verimli çalismasi saglanarak alüminyum sargilardan kaynakli Eddy akim kayiplarinin ve demir nüvenin lamine yapisi kaynakli manyetik histerezis kayiplarinin minimize edilmesi saglanmaktadir. Süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör (10) vasitasiyla hatali akim hizli bir sekilde devreden uzaklastirilmaktadir. Böylece, kisa süreli hata durumlarinda enerji kesintisine gerek kalmadan hatanin giderilmesi saglanmaktadir. Bu durum enerjinin sürekliligini saglamaktadir. Bulusun örnek bir çalisma senaryosu asagidaki gibi açiklanmaktadir; Süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör (10), üçüncü uzantidan (105) geçen net manyetik akiyi sifirlayici yönde süperiletken sarimin (106) üzerinde ters yönde akim indüklenmesini saglamaktadir. Böylece akimin normal sartlarda üçüncü uzantidan (105) akmasi engellenmektedir. Süperiletken hatali akim sinirlayici transformatörde (10) dogru akim beslemesi bulunmamaktadir. Normal çalisma sartlarinda süperiletken sarimin (106) bulundugu üçüncü uzanti (105) içerisinde net manyetik aki sifir oldugundan süperiletkenin empedansi düsüktür. Hata durumunda ise, süperiletken sarim (106) hizli bir sekilde normal duruma geçtiginden demir nüvedeki net manyetik aki artisiyla birlikte süperiletkenin empedansi da artmaktadir. Böyle bir durumda ikincil bobine bagli korunacak elektrik sebekesine eslik eden manyetik akinin büyük bir kismi süperiletken sarimin (106) bulundugu nüveden geçisi saglanarak hatali akimin ilk tepe degerinde (yaklasik olarak 5 ms içerisinde) sinirlanmasi saglamaktadir. Bulusun koruma kapsami ekte verilen istemlerde belirtilmis olup kesinlikle bu detayli anlatimda örnekleme amaciyla anlatilanlarla sinirli tutulamaz. Zira teknikte uzman bir kisinin, bulusun ana temasindan ayrilmadan yukarida anlatilanlar isiginda benzer yapilanmalar ortaya koyabilecegi açiktir. SEKILDE VERILEN REFERANS NUMARALARI Süperiletken hatali akim sinirlayici transformatör 100 Metal nüve 101 Birinci uzanti 102 Birinci bobin 103 Ikinci uzanti 104 Ikinci bobin 105 Üçüncü uzanti 106 Süperiletken sarim TR TR TR TR