Mobil Trafo Merkezi Nedir?
Mobil trafo merkezi, elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında kullanılan, taşınabilir bir trafo ünitesidir. Bu merkezler, özellikle geçici veya acil durumlarda enerji ihtiyacını karşılamak için tasarlanmış, tekerlekli bir platform üzerine monte edilmiş kompakt sistemlerdir.
Bilim ve teknolojinin gelişmesi, enerji kesintisinin minimum düzeye indirilmesinde etkin rol oynamaktadır. Sadece enerjinin sürekliliği değil, daha fazla enerji tüketimi için de ihtiyacın karşılanması ve buna göre önceden birçok tedbirin alınması gerekmektedir. Modern toplumlarda uzun süreli enerji kesintilerine artık tahammül kalmamaktadır. Günümüzde insanların akıllı telefonlarını bile şarj etmek için yanlarında yedek batarya taşıdıkları düşünülecek olursa, insanların enerji kesintilerine çok fazla tahammülü olmadığı anlaşılabilmektedir. Evlerde elektrik kesintisi yaşandığında bile hemen tüketiciler elektrik dağıtım şirketlerini telefon veya mail yağmuruna tutmaktadırlar. Konutların, apartmanların dışında elektrik enerjisine daha çok ihtiyacı olan hastaneler, fabrikalar, okullar vb. gibi yapılarda elektrik kesintisi olması durumunda can ve mal kayıpları gelebilir, büyük maddi zararlar oluşabilir. Bu tür durumların üstesinden gelmek, bir nevi çözüm sunabilmek adına enerji kesintileri süresince tüketicilerin enerjisiz kalmaması adına mobil trafo merkezlerinin kullanılması önerilmektedir.
Neden Mobil Trafo Merkezine İhtiyaç Duyarız?
Trafo merkezlerinin bakım-onarım durumlarında beslediği bölge, bakım sırasında enerjisiz kalmaması için geçici olarak mobil trafo merkezleri ile beslenebilir. Örneğin bir mahallenin trafo merkezi eski tip, açık şalt tesisi olabilir. Trafo merkezi eski tip bir transformatör binası, açık tip kesici ve ayırıcılardan oluşabilir. Artık trafo merkezinin yeni tip, TEDAŞ şartnamelerine uygun beton köşk, SF6 gazlı kesicili ve ayırıcılı modüler hücrelerden oluşan kompakt tip monoblok bir beton köşk içerisinde bir trafo merkezi olarak restore etmek gerekebilir. Üretilen yeni tip trafo merkezinin fabrika testleri, saha ve montaj işleri, devreye alınması ve TEDAŞ kabulü biraz zaman almaktadır. Bu tür durumlarda trafo merkezinin restorasyonu sırasında mobil trafo merkezleri geçici çözüm olarak kullanılabilmektedir. Mobil trafo merkezleri sadece geçici enerji ihtiyaçlarında değil, hızlı enerji ihtiyacı artışlarında da şebekesi kapasitesini artırmak için kullanılmaktadır. Örneğin bir bölgeye göç dalgası yaşandığında veya nüfusu hızla arttığında o bölgeyi besleyen transformatör merkezinin gücü artık yeterli olmayabilir. Bu durumda ek enerji desteği olarak mobil trafo merkezleri kullanılabilmektedir. Uzun süreli, ciddi enerji kesintilerinde ve trafo arızalarında mobil trafo merkezi kullanılması önerilmektedir.
Genelde mobil trafo merkezleri 380 kV trafo merkezi veya 154 kV trafo merkezi (özellikle TEİAŞ 154 kV trafo merkezi) olarak kullanılmaktadır. Orta gerilimde örnekleri daha azdır. Bina tipi trafo merkezlerine veya PB-1 prefabrik trafo köşklerine göre daha hafiftirler. Açık tip şalt merkezlerine bağlanabilirler. Direk tipi trafo merkezleriyle pek kullanılmaz. İndirici trafo merkezi veya yükseltici trafo merkezi olarak kullanılabilirler.
Bir bölgede birçok olay enerji kesintilerine neden olabilir. Bu nedenlerden ilk akla gelenlerden biri doğal afetlerdir. Depremler, heyelanlar, fırtınalar, kasırgalar vb. doğa olayları elektrik direklerinin yıkılmasına, kısa devre arızalarına, yüksek veya orta gerilim dağıtım merkezlerinin zarar görmesine sebep olabilir. Bunun yanında doğal afet sebebiyle bir trafo merkezinde transformatör patlaması veya orta gerilim hücre içerisindeki akım-gerilim transformatörlerinin patlaması gibi nedenlerle trafo merkezi çalışmaz hale gelebilir, beslediği bölgeyi enerjisiz bırakabilir. Doğal afet veya trafo merkezinde meydana gelebilecek herhangi bir arıza sebebiyle enerjisiz kalan bölge geçici olarak mobil trafo merkezleri ile beslenebilir ve bölgenin geçici enerji ihtiyacı giderilebilir. Bir ülkede savaş durumu söz konusu olabilir. Havadan yağan bombalar, füzeler, düşen uçaklar vb. durumlar nedeniyle bölgedeki hastaneler, üretim santralleri, fabrikalar, askeri bölgeler, trafo merkezleri zarar görebilir. Savaş bölgesinde, ilk hedef alınan noktalardan biri transformatör merkezleridir. Savaş durumlarında da mobil trafo merkezleri enerji ihtiyaçlarında en çok talep edilen ürünler arasında yer alır. Transformatör merkezlerinde büyük hasarlar meydana gelir. Savaş esnasında yeni bir trafo merkezi inşa etmek yerine enerji ihtiyacı için mobil trafo merkezleri kullanmak önemli bir çözüm olmaktadır.
Mobil trafo merkezlerinin kullanılma nedenlerinden biri de enerjinin uzun mesafelere götürülerek kullanılması durumudur. Yüksek güce ihtiyacı olan bölgelere düşük akımlarla enerji ihtiyacını sağlayabilmek için kullanılmaktadır. Örnek olarak bir tünel veya baraj inşaatı projesi sırasında, bu tür şantiyelerin yüksek güç ihtiyacı bulunur. Şantiyelerin uzunluğu 2, 3, 5 veya 10 kilometrelere çıkabilir. Yüksek güç ihtiyacını 400 V alçak gerilimde uzun mesafelerde taşımak çok tercih edilmez. Çünkü enerji kayıpları artar, kablo kesitleri artar ve maliyet yükselir. Dolayısıyla bu tür yüksek mesafelere enerjiyi, orta gerilimde taşıyıp daha sonra alçak gerilime düşürülmesi tercih edilir. Şantiye bölgesine kompakt tip beton köşklü bir trafo merkezi kurmak yerine, mobil trafo merkezlerinin kullanılması daha avantajlı olmaktadır. Ayrıca dağıtım şebekesinin ulaşmadığı ve coğrafi koşulların zor olduğu bölgelere dağıtım şebekesi kurmak hem zor hem de daha maliyetli olur. Bu tür bölgelere genelde askeri üsler veya fabrikalar kurulduğu için bu bölgelere özel mobil trafo merkezleri kullanmak daha avantajlı gözükmektedir.
Mobil trafo merkezlerinin hızlı enerji ihtiyacını karşılaması, minimum alan kaplaması, minimum bakım gereksinimi, hızlı işletme ve devreye alma süresi, düşük yatırım ve işletme maliyeti nedeniyle anlatılan olası durumlarda kullanılması hem üreticiler hem de tüketiciler açısından büyük avantajlar sağlamaktadır.
Mobil Trafo Merkezi Tasarımı ve Örnek Bir Dağıtım Sisteminde Kısa Devre Analizi (Designing of a compact mobile substation and short‐circuit analysis in a real distribution system)
International Transactions on Electrical Energy Systems dergisinde yayımlanan akademik makalemde MATLAB Simulink programı kullanılarak 1600 kVA, 34.5/0.4 kV mobil trafo merkezi tasarımı ve kısa devre analizini yapılmıştır. Özetini ve DOI numarasını aşağıda bulabilirsiniz.
Yayınlanma Tarihi – Haziran, 2021
DOI Numarası – https://doi.org/10.1002/2050-7038.12903
Yayının giriş özeti aşağıdaki gibidir.
Ülkemizde artan nüfusla birlikte elektrik enerjisine olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Elektrik enerjisi enerji santrallerinde üretilir, yükseltici trafo merkezleri ile gerilim yükseltilir, enerji iletim hatları vasıtasıyla uzun mesafelerce taşınır ve indirici trafo merkezleri ile alçak gerilim seviyesine indirilerek son kullanıcıya ulaştırılır. Enterkonnekte sistemde trafo merkezleri çok kritik öneme sahip yapılardır. Enerji ihtiyacının artışı, trafo merkezlerinin artışına sebep olur. Trafo merkezleri elektrik enerjisinin üretildiği noktadan enterkonnekte sisteme, iletim sisteminden dağıtım sistemine bağlandığı kritik noktalarda yer almaktadır. Ayrıca trafo merkezleri sadece gerilim değiştirilmesine sağlamaz, aynı zamanda enerji dağıtımının da bu merkezlerden yapılmasına olanak sağlar. Bu noktalarda meydana gelebilecek bir arıza, tüm sistemi enerjisiz bırakabilir. Sadece bağlı olduğu tüketim noktasını değil, diğer tüketim noktalarını da enerjisiz bırakabilir. Trafo merkezleri herhangi bir nedenden dolayı devre dışı kalabilir. Bu nedenlerden bazıları; trafonun patlaması, orta gerilim modüler hücrelerdeki ekipmanların zarar görmesi, doğal afetler, savaş durumları vb. durumlar olabilir. Böyle bir durumda ya mevcut sistemdeki arıza çabuk bir şekilde giderilmeli ya da dağıtım sistemine ek enerji takviyesi yapılmalıdır. Bu enerji takviyesi jeneratör sistemleri, mobil trafo merkezleri vb. yöntemler olabilmektedir. Bazı arıza durumlarında mevcut durumdaki arıza hemen giderilemeyebilir. Bu durumda jeneratör sistemleri bir çözüm olabilmektedir. Enerji kesintisi uzun süre olacaksa bu yöntem maliyetli olabilir. Jeneratörler yerine mobil trafo merkezleri kullanılabilir. Elektrik enerjisini tedarik eden kurum veya kuruluşlarda yedekte hazır mobil trafo merkezleri varsa hızlı bir süre içerisinde sistem devreye alınır ve son kullanıcıya enerji verilir. Mobil trafo merkezleri sadece enerji kesintisi nedeniyle kullanılmaz. Aynı zamanda bir bölgeye geçici enerji tedariki durumunda da kullanılabilir. Ayrıca büyük ve uzun mesafeler içeren büyük inşaat projelerinde enerji iletimi yüksek maliyet sebebiyle alçak gerilimden ziyade orta gerilimde yapılır. Bu durumlarda mobil trafo merkezleri kullanıcının tam ihtiyacına yönelik yapılar olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında gerilimi 34.5 kV’dan 400 V’a indiren 1600 kVA anma gücünde indirici tip bir mobil trafo merkezi tasarımı yapılmıştır. Tasarımda mobil trafo merkezinin orta gerilim ve alçak gerilim elektrik dağıtım tek hat şemaları oluşturulmuştur. Orta gerilim devresindeki kesicilerin, ayırıcıların, ölçü transformatörlerinin, dağıtım transformatörün, koruma rölesinin, parafudrların ve modüler hücrelerin seçimi yapılmıştır. Kablo kesitleri hesaplanmıştır. Alçak gerilim devresindeki kesicinin seçimi ve akü redresör grubu hesabı yapılmıştır. Mobil trafo merkezinin metal köşk mimari çizimleri ve ekipmanların köşk içerisindeki yerleşimi yapılmıştır. Daha sonra ise mobil trafo merkezinin topraklama sistemi ile ilgili bilgiler verilmiştir.
Elektrik dağıtım şebekelerindeki en önemli problemlerin başında kısa devre arızaları gelmektedir. Kısa devre arızası her an meydana gelebilir. Dolayısıyla sisteme bağlı tüm ekipmanlar daima kısa devre arızasından korunması gerekmektedir. Eğer koruma yapılamazsa can ve mal kayıpları meydana gelebilir. Mobil trafo merkezi tasarımında seçilen koruma ekipmanları en yüksek kısa devre arıza şartlarına göre seçilmiştir. Tez çalışmasında mobil trafo merkezi tasarımında seçilen ekipmanların en kötü kısa devre şartlarına göre sistemi koruyup korumadığı incelenmiştir. Kısa devre arızaları simetrik ve asimetrik olarak iki farkı tipte incelenir. Simetrik arıza, dengeli üç fazlı kısa devre arızasının meydana geldiği durumdur. Genelde en yüksek kısa devre akımları bu durumda oluşur. Asimetrik (simetrik olmayan) kısa devre arızaları ise faz-toprak, faz-faz ve iki faz-toprak kısa devre arızası olmak üzere üç tipte incelenir. Genelde dağıtım şebekelerinde en çok tek faz-toprak kısa devre arızaları meydana gelir.
Tez çalışmasında MATLAB/Simulink programında bulunan elektrik şebekesi modelleri kullanılarak mobil trafo merkezinin modeli oluşturulmuştur. Mobil trafo merkezinin orta gerilim baralarında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızaları meydana geldiği varsayılmıştır. Çalışmada iki farklı simülasyon yapılmıştır. Birincisi, mobil trafo merkezi direkt 100 MVA kısa devre gücündeki bir gerilim kaynağına (sonsuz güçlü dağıtım şebekesine) bağlı olduğu durum için simülasyon yapılmıştır. Bu simülasyonda önce tam yükte normal çalışma durumundaki osilografik akım ve gerilim grafikleri elde edilmiş, daha sonrasında 34.5 kV orta gerilim barasında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızaları meydana gelmesi durumunda kısa devre akımı hesaplanmış ve osilografik akım ve gerilim grafikleri oluşturulmuştur. İkinci simülasyonda ise tasarlanan mobil trafo merkezinin, İstanbul’un Beykoz ilçesindeki 9 adet trafo merkezinin bulunduğu bir mahallenin dağıtım şebekesine bağlandığı durum incelenmiştir. Bu trafo merkezleri kısa devre gücü 16500 MVA olan, 100 MVA anma gücünde 380/34.5 kV’luk Beykoz GIS indirici merkezden beslenmektedir. Dokuz adet trafo merkezlerinden biri 1600 kVA anma gücündedir. Senaryo olarak bu şebekede işletmede olan 1600 kVA trafo merkezinin arıza yaptığı ve yerine çalışmada tasarımı yapılan 1600 kVA gücündeki mobil trafo merkezinin devre alındığı düşünülmüştür. Gerçek tabanlı bu dağıtım şebekesi MATLAB programının Simulink alt programındaki elektrik şebekesi modelleri kullanılarak modeli oluşturulmuştur. Her bir trafo merkezi bir alt sistem olarak kutucuklar halinde modellenmiştir. Sistemin genel modeli ve her bir trafo merkezinin modelleri gösterilmiştir. Mobil trafo merkezinin bağlı durumda tüm trafo merkezleri tam yükteyken önce mobil trafo merkezinin, arızanın olmadığı normal çalışma durumundaki osilografik akım ve gerilim grafikleri elde edilmiş, daha sonrasında 34.5 kV orta gerilim barasında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızası meydana gelmesi durumunda kısa devre akımı hesaplanmış ve osilografik akım ve gerilim görünümleri elde edilmiştir.
Sonuç olarak elde edilen her iki simülasyon senaryosunda, elde edilen tüm akım ve gerilim değerleri bir tablo haline getirilip sunulmuştur. İki simülasyonda kendi içerlerinde hem normal çalışma simülasyonlarına hem de kısa devre arıza simülasyonlarına bakılarak, tasarımda seçilen ekipmanların normal ve kısa devre çalışma koşullarına uygun olup olmadığı kontrol edilmiştir.
