Elektrik Klavuzu

1

ELEKTRK KILAVUZU

1

TMMOBElektrik Mhendisleri Odas

1954

ELEKTRK KILAVUZU 1

1.Bask, Ankara-Aralk 2011ISBN:978-605-01-0241-3

EMO Yayn No: EK/2011/22

TMMOB Elektrik Mhendisleri OdasIhlamur Sokak No:10 Kat:2 06640 Kzlay Ankara

Tel: (312) 425 32 72 Faks: (312) 417 38 18http://www.emo.org.tr E-Posta: emo@emo.org.tr

621.3 ELE 2011 Elektrik Klavuzu 1 Kitab; Yayna Hazrlayan: EMO Genel Merkez, --1.bs.--Ankara. Elektrik Mhendisleri Odas, 2011

477 s.:24 cm (EMO Yayn No:EK/2011/22; ISBN:978-605-01-0241-3)Elektrik

Ktphane Katalog Kart

DizgiTMMOB Elektrik Mhendisleri Odas

BaskTMMOB Elektrik Mhendisleri Odas

Elektrik Klavuzu

2

ELEKTRK KILAVUZU 1

BALARKEN 7

ELEKTRN TEORS VE TEMELLER 9

Elektriin temelleri 9

Elektrostatik 14

Kapasitrler 16

Manyetik Devreler 18

A.C. Teorisi 23

A.C. devreleri 25

ELEKTRK MALZEMELERNN ZELLKLER 34

Manyetik Malzemeler 34

Bakr ve Bakr Alamlar 43

Alminyum ve Alminyum Alamlar 48

Yaltm Malzemeleri 53

Speriletkenlik 75

YALITKANLAR: PLASTKLER VE KAUUKLAR 78

Kalplama malzemelerinin zellikleri 78

Termoset Malzemeler 79

Termoplastik Malzemeler 83

Elektrik Mhendisliinde Kauuklar 89

YARI LETKENLER VE YARI LETKEN CHAZLAR 94

Elektrik Klavuzu

3

Yar iletkenler 94

Yar iletken cihazlar 98

G uygulamalarnda kullanlan yar iletkenler 103

Dier g cihazlar 106

Tristrler 106

G yar iletkenlerinin uygulamalar 110

Termiyonik Cihazlar 114

Fotoelektrik Cihazlar 127

DORULTUCULAR VE DNTRCLER 130

Giri 130

Metal Dorultucular 130

Dorultucu Ekipmanlar 135

Dntrme Makineleri 143

BLGSAYARLAR VE MKROKONTROLRLER 146

Ofis Tipi ve Ev Tipi Bilgisayarlar 148

Gvenlik 151

Endstriyel Kullanm 151

Mikroilemci Bazl Cihazlar 155

ELEKTRK RETM 157

Senkronize Jeneratr Teorisi 157

Jeneratr tipleri 163

Jeneratr imalat 164

Elektrik Klavuzu

4

Test 170

Jeneratrn Korunmas ve Senkronizasyonu 170

Elektrik ebekesine Balant 171

Jeneratrlerin altrlmas 172

Uyarm Sistemleri 173

Otomatik Voltaj Reglatrleri 175

Kamusal Elektrik Temini in G retimi 180

Endstriyel Elektrik retimi 195

Yksek Btnlkl Enerji Temini 197

Enerji Sorunlarnn zm 198

Hat zeri ifte Dnm 202

UPS in Genel Koullar 206

Dorultucu/Akmlatr arj 207

IGBT nvertr 208

Statik Anahtar 209

zleme ve Kontrol 211

Paralel Konfigrasyonlar 212

Tipik Dzenlemeler 215

Dizel Kesintisiz G Sistemleri 216

Gne Enerjisi 219

LETM VE DAITIM 222

Havai Hatlara likin Yasal Dzenlemeler 225

letim ve Datm Sistemlerinin Verimlilii 231

Elektrik Klavuzu

5

KABLOLAR 234

Yeralt Kablolar 234

Yeralt Kablolar iin Sabit Deerler 249

Tesisat Kablolar 251

TRANSFORMATRLER 255

Transformatrler 255

Transformatrlerde Kol Deitirme 271

TARFELER VE G FAKTR 282

Tarifeler 282

G Faktr Dzeltmesi 288

TESSAT STANDARTLARI 294

IEE Kablolama Ynetmelikleri 294

2001 Basmnda Yaplan Deiiklikler 294

BS 7671: 2001 Ylndaki Dzenlemelerin Ayrntlar 300

Dzenlemelerin ierii 302 Blm 1. Kapsam, Ama ve Temel lkeler 304 Blm 2. Tanmlar 304 Blm 3. Genel zelliklerin Deerlendirilmesi 310 Blm 4. Gvenlik Amacyla Korunma 311 Blm 5. Ekipman Seimi ve malat 321 Blm 6. zel Tesisler veya Yerler 331 Blm 7. Kontrol ve Test 342

Geleneksel Devre Dzenlemeleri 343

Topraklama Hatalar Loopunun Empedans Konusundaki Snrlamalar 347

Kablolarn Akm Tama Kapasiteleri 348

Kablo Destekleme Yntemleri 349

Elektrik Klavuzu

6

Test Yntemleri 353

Elektrik Tesisleri Ynetmelii-Trkiye 360

I.YNETMELN KAPSAMI 360

II. YNETMELN UYGULANMASI UYGULAMA 360

III. TARFLER 361

IV. GENEL HKMLER GERLMLER 378

V. YNETMLE LGL HKMLER : 379 V.A - ELEKTRK TESSATILARINA DAR HKMLER 379 V. B TESSLERN YAPILMASINDA GZ NNDE BULUNDURULACAK KONULAR 381 V. C BALANTI ARTLARI VE TESSN GZDEN GERLMES 382

VI. TEKNK KONULARLA LGL HKMLER 387 VI.A - KORUMA TEDBRLER 387 VI - A.2 AIRI GERLMLERE KARI KORUMA 414 VI - A.3 TOPRAKLAYICILAR 416 VI- A.4 DENEYLER VE DENETIMLER 416 VI-B ELEKTRK MAKNELER-TRANSFORMATRLER VE REAKTANS BOBNLER 420 VI-C (Deiik fade:RG-16/06/2004-25494) ENERJ ODASI, KABLO BACASI(KABLO AFTI), TEK LETME ARALARI 422

VII- ZEL LETME YERLER VE TESSLERE AT EK HKMLER 454

VIII- TEK TESSLER LE ZAYIF AKIM TESSLERNE AT HKMLER 468

Elektrik Klavuzu

7

BALARKEN

Elektrik zerine bu notlar, toplam 800 sayfayan yakndr. ki ayr ksm olarak yaynlanmaktadr. Notlar, Eric Reevesin neredeyse 30a yakn kez derleyerek yaynlanmasn salad, Newnes Electrical Pocket Book kitab temel alnarak bir araya getirilmitir. Kitap, Trkeye de Bileim Yaynlar tarafndan Elektrik Cep Kitab ismiyle evrilmiti. Bilindii gibi bu kitap, ngilteredeki BS standartlar ve ynetmeliklerine uygun olarak yazlmt. Ancak kitabn 23. Basm, BS 7671:2000 (Tesisat Standartlar) byk lde deitirildikten, Avrupa CENELEC (HD 384) ile ilgili kodlarla uyumlulatrldktan sonra kartld. Dolaysyla tesisat ynetmelikleri karlatrldnda ok byk farkllklar olmad grlecektir. Kitapta BS standartlarn anlatld blmlerde, Trkiyedeki standartlar da gsterebilmek iin gerektii yerlerde Elektrik Kuvvetli Akm Ynetmelii ve Elektrik Tesis Ynetmelii de eklendi. Nitekim her iki ynetmelik de tpk ngiltere de olduu gibi Avrupa normalarna uygun olarak yeni dzenlemeler yapldktan sonra yaynlandlar. Notlarn hazrlanmasnda, bu kitabn dnda, R. Dorfun Electrical Engineering Handbook; E.A. Reevesin Cable Management Systems; CIBSEnin internet sitesinden; CENELEC HD 384 kodlarndan; www.elektrikfiyatlari.tk./2011_05_18/turkiye_elek-trik_piyasasi; EECS ynetmeliklerinden, Elektrik Tesis Ynetmelii ve Elektrik Kuvvetli Akm Ynetmelii ile MEGEPin www.megep.meb.gov.tr adresindeki elektrik ve elektronik i tesisat uygulamalar ile ak ve otomotiv uygulamalar ile ilgili sayfalardan yararlanlmtr. Notlarn ilk ksm toplam 470 sayfadr: 12. Blmdeki elektrik tesisat standartlar/ynetmeliklerine kadarlk ksm kapsamaktadr.

Elektrik Klavuzu

8

Sadece ngiltere BS:Standartlar deil ayn zamanda Trkiyedeki Elektrik Tesis Ynetmelii de ilave edilmitir. lk blm Elektrostatik, kapasitrler, AC kuram gibi daha ziyade kuramsal arlkta; 2. Blmde, bakr, aliminyum ve/veya alamlar vb, malzeme zellikleri iinde yer alyor. Plastik ve kauuk malzemelerin elektrik alannda kullanm, yar-iletkenlerin anlatld 4.blmden sonra, rektifiyerler ve konvertrler 5. Blmde anlatlyor. Bilgisayar ve programlanabilen kontrolrlerin ardndan 7. ve 8. Blmde elektriin retimi, datm, ardndan kablolar ve kablolama anlatlmakta; Elektrik Klavuzunun 2. Kitab ise yaklak 300 sayfadr ve Transformatrler, Enstalasyon/montaj aamalar, aydnlatma, motor ve kontrol konusu da ayrntl olarak ele alnm. 15 ve 16. Blmlerde Koruma sistemleri ve stma ve buzdolaplar anlatlyor, son be blmde ise srasyla, otomasyon sistemleri, enstrmantasyon ve lme, elektrik kaynaklar, akl tatlar, batarya sistemleri, kablo iletim sistemleri, entegrasyonu ve son olarak tehlikeli alanlarda elektrik almalar ile ilgili yntemler anlatlmakta.

Bileimden yaynlanan kitab Trkeye Erdemir Fidan kazandrmt. 2011de kendisini kaybettik, neesini, bilgisini, azmini hep hatrlayacaz. evirilerinden yararlanarak birletirilen bu notlar, EMO kanalyla, bu kez e-kitap olarak sunuyoruz, bu e-kitaplara katklarndan dolay, EMO yaynlar ile uraan bata Sn. Emre Metin, Sn.Hakk nl ve Sn.Orhan rc olmak zere tm EMO yetkililerine teekkr ederiz.

Aydn Bodur

Elektrik Klavuzu

9

Elektriin Teorisi ve Temelleri

Elektriin temelleri

Akm. 'Akm' terimi, elektriin ak orann belirtmek iin kullanlmaktadr. Kararl ak durumunda akm, verili bir noktadan bir saniyede geen elektrik miktar olarak tanmlanmaktadr. (Buna karn, 1948 ylndan bu yana akm birimi resmi olarak, bu kuvvetin llmeye son derece uygun olmas dolaysyla da, akmn rettii elektromanyetik kuvvet cinsinden tanmlanmaktadr). Akmn bykl yalnzca elektromotor kuvvete deil, dolat yolun zelliklerine ve boyutlarna da bamldr.

Ohm kanunu. Ohm kanunu, doru akm (d.c.) devresinde, akmn voltajla doru orantl, devrenin direnciyle ters orantl olduunu belirtir. Uygun birimler seilerek, bu kanun aadaki gibi formle edilebilir:

Diren

kuvvetor Elektromot Akm

Bu deikenler iin kullanlan ticari birimler aadaki gibidir:

Akm amper (A) Elektromotor kuvvet volt (V)

Elektrik Klavuzu

10

zdiren ohm ()

Yukardaki byklkleri gstermek iin srasyla I, V ve R'nin kullanlmas durumunda, Ohm kanunu aadaki ekilde yazlabilir:

R

VI

veya V = I x R

Bu kanun yalnzca bir devrenin tamam iin deil, uygun deerlerin kullanlmas konusunda yeterli dikkatin gsterilmesi kouluyla devrenin herhangi bir paras iin de uygulanabilir.

zdiren. Herhangi bir maddenin zdirenci, birim uzunlua ve birim kesit alanna sahip bir parasnn gsterdii direntir.

Sembol birim ohm metredir. Maddelerin zdirenci sabit olmayp scaklklarna baldr. Tablo 1.1'de, srekli kullanlan metallerin ve alamlarn zdirenleri (tersi olan iletkenlik deerleriyle birlikte) verilmektedir.

Bir iletkenin direnci. Birim kesit alan A ve uzunluu l olan birrnek bir iletkenin direnci aadaki denklemle bulunur:

A

lR

ohm milimetre cinsinden verilmise, kullanlan birimler milimetre ve milimetre kare cinsinden olmaldr.

Scaklk katsays. Bir iletkenin herhangi bir scaklktaki direnci aada verildii ekilde bulunabilir?

Rt = R0 (1 + t)

Rt = t C scaklndaki diren R0 = 0 C'deki diren

katsays scaklk katsays olarak adlandrlr ve scaklktaki bir C arta karlk direnteki artn 0 C'deki gerek dirence oran olarak tanmlanabilir. Bakrn katsays 0.004 olarak alnabilir. Scaklk artyla direncin art nemli bir faktrdr ve birok hesaplamada bu faktrn dikkate alnmas zorunludur.

G. G, birim zamanda yaplan i olarak tanmlanmtr. Elektrik g birimi (P) watt'tr (ksaltmas W) ve d.c.'deki gibi kararl akmlar aldmzda

1 W = 1 V x 1 A

Elektrik Klavuzu

11

veya W = V x A

veya sembollerle P = V x I

(Alternatif akmda g hesaplamalar iin sayfa 15'e bakn.) Not: 1 kW = 1000 W

Elektrik Klavuzu

12

ekil 1.1 Grafik semboller BS 3939a gre

Elektrik Klavuzu

13

Enerji. Enerji, g x zaman olarak tanmlanabilir ve elektrik enerjisi aadaki denklemle elde edilir,

Enerji = VIt

Bu denklemde, t zaman gsterir. Elde edilen birim jldr ve 1 saniye boyunca 1 voltluk gerilimde

1 amperlik akm anlamna gelir. Enerji iin pratikte kullanlan birim kilowat saat'tir ve aadaki denklemle verilir:

kWh1000

saatwatt

Tablo 1.1 20 C'de zdiren deerleri

Direnlerde kaybolan enerji. R direncinden I akmn geirmemiz durumunda dirente ortaya kacak voltaj d aada verilmitir:

V = IR

Elektrik Klavuzu

14

Dirente kullanlan wat VI formlyle verildiinden, devredeki g, P = VI = (IR) x I = I2R olacaktr.

(I2R) terimi genellikle bakr kayb veya I2R kayb olarak

bilinmektedir

Benzer ekilde, g de V x (V/R) = V2R biiminde ifade edilebilir.

SI birimleri. SI sistemi (Systeme Internationale) metreyi birim

uzunluk, kilogram birim ktle ve saniyeyi de birim zaman olarak kabul eder. BS 5555'te bu birimler 'SI birimleri iin spesifikasyonlar ve bunlarn katlarnn ve dier baz birimlerin kullanlmas iin tavsiyeler' olarak tanmlanmtr.

Bu kitabn bundan sonraki blmlerinden SI birimleri kullanlmtr ve bunlar elektrik birimlerinin birounu iermektedir. Ancak, bu birimlerle dielektrik sabiti ve geirgenlik sabittir ve aadaki gibi verilmitir:

Dielektrik sabiti 0 = 8.85 x 10-12

farad/metre

Geirgenlik 0 = 4 x 10-7

henry/metre

Bunlar bazen, srasyla, elektrik ve manyetik uzay sabitleri olarak

da bilinmektedir. Maddelerin greli dielektrik sabitleri, r, ve greli

geirgenlikleri, r, vardr ve dolaysyla, vakum ortam iin r ve r deerleri bire eittir.

Elektrostatik Btn cisimler elektrikle yklenmi duruma gelebilirler ve bu da statik elektrik olarak adlandrlr. Bir cisim zerindeki elektrik yk, iki yk arasndaki kuvvetin llmesi yoluyla llr ve bu kuvvet ters kareler kanununa uymaktadr (yani, kuvvet cisimlerin zerindeki elektrik yklerinin arpmyla doru orantl, cisimlerin arasndaki mesafenin karesiyle ters orantldr). Bu durum aadaki denklemle gsterilebilir:

N4 20

21

d

qqF

Bu denklemde, q1 ve q2 coulomb cinsinden elektrik yklerini (sembol C), d, metre cinsinden, iki cisim arasndaki mesafeyi gstermektedir elektrik ykleri arasndaki uzayda, dielektrik

sabiti 0 olan hava veya vakum vardr. N newton cinsindendir.

Elektrik Klavuzu

15

Elektrik yk tayan cisimler baka bir ortamla birbirlerinden ayrlmlarsa, iki cisim arasndaki dielektrik ortamn nispi dielektrik sabitine bal olarak, elektrik yk tayan bu iki cisme etki eden kuvvet farkl olabilir. Nispi geirgenlik ayn zamanda dielektrik sabiti olarak da adlandrlmaktadr.

Bu durumda kuvvet aadaki denklemle verilir:

N4 201

21

d

qqF

Bu denklemde, zel bir yaltkan tr iin r deeri sabittir. Hava

veya vakum iin r deeri birdir.

Alan younluu. Elektrik ykl cisimler bir elektrostatik alan yaratrlar. Bu alann younluu birim elektrik yk zerindeki kuvvet olarak alnr.

Verili bir noktada q elektrostatik yknn yaratt alann younluu aadaki denklemle verilmitir:

V/m4 20 d

qE

Not. Amper, tanmlanm birimdir. Buna gre, coulomb'un tanm, verili bir noktadan bir amperlik bir akmn bir saniye boyunca gemesinin salanmas durumunda akan elektrostatik yk miktardr.

1948 ylnda uluslararas olarak kabul edilen amper deeri, sonsuz uzunlukta, vakum ortamnda, merkezleri arasnda bir metre mesafe bulunan iki iletkenden geii srasnda, iletken boyunca her iletkenin zerinde 2 x 10-7 N/m'lik kuvvet yaratlmasna yol aan akm olarak tanmland.

Dielektrik ak. Yukarda gnderme yapld bi imde bir elektrik yknn yaratt alann, manyetik kuvvet izgilerine benzer biimde varsaymsal kuvvet tpleri olarak dnlen bu tpler, ilgilenilen cismin elektrik yknden etkilenmesi durumunda serbest birim elektrik yk tarafndan kat edilecek yollardr.

Bu tpler sayesinde, dielektrik akm younluu'nu metrekare alan bana kuvvet tplerinin saysna gre elde ederiz. Kendi birimimiz iin, 1 m apnda bir kreyi alp buna bir birim elektrik yk veririz. Bu durumda, krenin yzeyinde, metrekare bana bir kuvvet tp dielektrik akm younluu elde ederiz. Toplam kuvvet tplerinin says, krenin alanna (4) eit olacaktr. Herhangi bir q elektrik yk iin r uzaklndaki dielektrik akm younluu aadaki gibi hesaplanacaktr:

Elektrik Klavuzu

16

2

2C/m

4 r

qD

Herhangi bir noktadaki alan younluunun veya elektrik kuvvetin aadaki formlle verildiini grmtk:

2

04 r

qE

r

Bu durumda, bu denklem ayn zamanda, E = D / r0 biiminde de ifade edilebilir.

Elektrostatik potansiyel. Bir cismin elektrik ykyle yklendii gerilim cismin elektrik ykyle ve kapasitans'yla orantldr, yani C = Q / V'dir. Bu denklemde, V gerilimi, C kapasitans gstermektedir. Bir cismin kapasitans, gerilimi bir volt artrmak iin gerekli elektrik miktar olarak tanmlanmaktadr. Sz konusu gerilim birimi, birim elektrik ykn (1 coulomb) sonsuzdan birim potansiyelin bulunduu noktaya tamak iin yaplan jl cinsinden i olarak tanmlanmaktadr.

Kapasitans. Pratik amalar iin kapasitans birimi volt ve coulomb cinsinden birimlerle kullanlabilecek biimde dzenlenmitir. Bu durumda, birim F ile gsterilen farad'dr ve C = Q / V denklemini elde ederiz ki burada C farad cinsinden, Q coulomb cinsinden, V

volt cinsindendir.

Farad olduka byk bir birim olduundan, pratikte genellikle bir faradn 10-6'na eit olan mikrofarad veya 10-12'sine eit olan pikofarad daha yaygn olarak kullanlr.

Kapasitrler Bir cismin kapasitans dnyaya veya bir baka cisme yaknlyla artar ve bunlarn bileimi kapasitans olarak adlandrlr. Bu iki cisim arasnda bir gerilim fark olduu srece, bu iki cisim arasndaki maddenin dielektrik katsaysndan etkilenen bir kapasitr etkileimi vardr.

Dz plakal kapasitrler. Dz plakal kapasitrler (ekil 1.2) genellikle aralarnda dielektrik olarak kt veya baka malzemelerin kullanld plakalardan yaplmaktadr. Bir dz plakal kapasitrn nominal deeri aadaki denklemle verilir:

C = r0 A / d farad

Elektrik Klavuzu

17

Bu denklemde, A her bir plakann alann, d yaltkan malzemenin kalnln gstermektedir. ok plakadan olumu kapasitrler iin, mevcut paralel balanm kapasitrlerin saysn arpan olarak eklemek gereklidir.

ekil 1.2 Plakal kapasitr

Konsantrik kapasitrler. D iletkenin veya yaltmn yarap r1 m i iletkeninin yarap r2 m olan elektrik kablolar, bir konsantrik

kapasitre edeerdir (ekil 1.3). Bu durumda, dielektrik sabiti r ise (1 m uzunluk iin) kapasitans aadaki denklemde verildii gibi olacaktr:

efarad/metr)e( log

2

21

0

rrC r

/

ekil 1.3 Konsantrik kapasitr

ekil 1.4a Seri kapasitrler

Elektrik Klavuzu

18

ekil 1.4b Paralel kapasitrler

Farkl malzemeler iin r deerleri Hava 1

Kt, mukavva 2 Pamuk erit (lastiklenmi) 2 Yal yaltml dokuma 2 Kt (yalanm) 2 Gomalak 3

Bakalit 6

Parafin mumu 3

Mika 7

Porselen 7

Cam 7

Mermer 8

Kauuk 2.5 Ebonit 2.5

Guta perka 4

Polietilen 2.3

Naylon poliamid (Nomex) 3

Epoksi reine 3.4 Fenolik reine 3.5

Manyetik Devreler

Elektromanyetler. Manyetizmin, bir manyetik devrenin etrafnda akan kuvvet izgileri veya manyetik ak eklini ald varsaylmaktadr. Bu devre demirin btn boyunca olabilir veya bir veya daha ok hava boluu ieren bir demir boyunca olabilir. Transformatrlerin demir ekirdekleri, birincinin bir rneini, lamine demir stator ekirdekleriyle ve aralarnda hava veya

Elektrik Klavuzu

19

hidrojen doldurulmu boluklaryla dvme demir rotorlaryla jeneratrler ikincinin rneini oluturur.

Kuvvet izgileri elektrik devresinin manyetomotor kuvvetiyle doru orantldr ve aadaki denklemle verilir:

m.m.f. = IN amper sarm

Denklemde, I amper cinsinden akm, N bu akm tayan sargdaki veya sarglardaki sarm saysn gstermektedir. Burada verilen m.m.f. birok adan bir elektrik devresinin e.m.f. deeriyle benzemektedir ve diren yerine, manyetik devrenin aknn olumasna 'direnci' olarak dnlebilecek olan relktans kullanlmaktadr. Relktans, aadaki denklem kullanlarak bulunmaktadr:

Relktans = S = 0rA

l amper sarm/weber (At/Wb)

Denklemde, l metre cinsinden manyetik devrenin uzunluunu, A

metre kare cinsinden kesitin alann, r0 malzemenin geirgenliini gstermektedir. Geirgenlik gerek manyetik devrenin bir zelliidir ve yalnzca devreyi oluturan malzemeye gre deil bu malzeme ferromanyetik bir malzemeyse (normal olarak demir) malzemenin ierdii kuvvet izgilerinin saysyla, yani akm younluuyla da deiir Herhangi bir devredeki gerek ak,

relktans

m.m.f

oranyla orantldr ve buradan aadaki ilikiyi elde ederiz:

toplam ak = = S

m.m.f. Wb

Greli geirgenlik, r, her zaman iin herhangi bir ferromanyetik malzemeden yaplm malzemede indklenen kuvvet izgilerinin saysnn (ak younluu) ayn koullarda, bo uzayda indklenen

izgilerin saysna oran olarak verilir. Bo uzayn geirgenlii, 0, btn ilemler ve amalar iin havannkiyle ayn olarak kabul edilebilir ve bunun sonucunda geirgenlik havayla karlatrmal olarak alnan manyetik iletkenlik olarak dnlebilir.

Yukarda toplam ak iin verilen forml ele alarak, bunu m.m.f. ve S deerlerini yerlerine koyarak birletirip aadaki denklemi elde edebiliriz:

Elektrik Klavuzu

20

Toplam ak, = L

INAR 0 Wb

Toplam ak deerini elde ettikten sonra, akm younluu veya metre kare bana akm izgilerinin saysn aadaki ekilde elde edebiliriz:

Ak younluu = B = A

tesla (T)

Tesla, metrekare bana weber deerini gstermektedir. Birok durumda, bir motorun dnen armatrnde olduu gibi

manyetik aknn kullanlabilmesini salamak amacyla, manyetik devrelerde (ekil 1.5) bir hava boluu [:air gap] olacaktr. Byle bir durumda, kullanlabilecek olan aknn yararl ak olarak tanmlanmas allm bir uygulamadr. Byle bir durumda, her zaman iin kenarlarda bir miktar 'knt' [:bulge] olduu grlecektir. Her zaman iin, hava boluunun uzanda daha ksa yollar kat eden birok kuvvet izgisi olacak ve bunun sonucunda hava boluu iindeki gerek ak sarm tarafndan retilenden daha kk olacaktr. Bu iki deer arasndaki oran, aadaki gibi tanmlanan kaak katsaysyla verilmektedir:

ak demirde

ak boluunda hava

ekil 1.5 Manyetik devre

Amper sarm / metre (At/m). Jeneratrler, motorlar, vb. karmak devrelerle ilgilenmek iin manyetik devrenin deiik blmlerinin ayr ayr ele alnmas daha uygundur ve bu amala sabit bir ak younluu vermek iin gerekli amper sarm / metre deerinin

Elektrik Klavuzu

21

tanmlanmas daha uygundur. Yukarda toplam ak iin verilen tam forml kullanarak aadaki banty elde ederiz:

Hl

IN

AB rr 00

Buna gre, geirgenlik ve ak younluu aadaki ifadeyle bantl durumdadr:

Hl

IN

Bu deer mknatslama kuvveti olarak anlmaktadr ve bunun birim uzunluk (rnein, metre) bana amper sarm deerine eit olduu grlecektir.

ekil 1.6 B H erisi

B ve H arasndaki iliki genellikle B H erileri vastasyla verilmektedir (ekil 1.6), fakat farkl bir lek kullanlarak, gerekli olan metre bana amper sarm deerleri okunabilir. ekil 1.6'da bu lek de grlmektedir.

Histeresis. Bir demir paras kademeli olarak manyetize edilip, ardndan yavaa manyetizasyonu giderilirse, akmn sfra dmesinden sonra bile halen kalnt bir manyetizm veya mknatslk kalnts olduu ve aky ortadan kaldrmak iin akmn tersine evrilmesi gerektii grlecektir. Bu durum, manyetizasyon erisinin tamamnn ABCDEF devresiyle gsterildii ekil 1.7'de gsterilmektedir. Mknatslama kuvvetinin ardndan aknn

Elektrik Klavuzu

22

gecikmesi histeresis olarak anlmaktadr ve ABCDEF ekliyle gsterilen tam bir dng srasnda, demir iinde enerji kayb ortaya kmaktadr. Bu sistemin kaybn gsterdiinden histeresis kayb olarak anlmaktadr. Frekans hertz (Hz) cinsinden verilmitir ve 1 Hz = 1 devir/saniye'yi gstermektedir.

ekil 1.7 Histeresis kayplar

Alternatif akm motorlarnda bu kayp sreklidir ve bu kaybn deeri kullanlan malzemelere baldr.

birim m3 hacimde kaybolan wat cinsinden enerji =

nfBk max1

Bu denklemde, kullanlan herhangi bir zel malzeme iin k1 deeri sabittir. n ss, Steinmetz veya histeresis ss olarak bilinmektedir ve bu da kullanlan malzeme tr iin sabittir. Orijinal olarak bu deer 1.6 olarak alnyordu; ancak daha yksek ak younluklarnda alan modern malzemeler iin bu deer 1.6 ila 2.5 arasnda deimekte, hatta daha yksek deerler almaktadr. f Hz cinsinden frekans, ve Bmax maksimum ak younluunu gstermektedir.

Histeresis evrimi civarnda dngsel manyetizasyona maruz braklan hemen btn manyetik malzemeler, ayrca kayplara yol aan endksiyon akm olgusunu da yaayacaktr. Manyetik devrelerin ince levhalar kullanlarak retilmesi ve devrenin zdirencini artran silisyum eklenmesi yoluyla endksiyon akmlarnn bykl azaltlabilir. Silisyum, ayrca histeresis evriminin alann klterek histeresis kayplarn azaltr.

Sonu olarak, endksiyon akm kayb aadaki ifadeyle verilir:

Metrekp bana watt cinsinden kayp = /222

2 effBtfk

Elektrik Klavuzu

23

Bu denklemde, k2 malzeme iin bir baka sabiti, t kalnl, malzemenin zdirencini gstermektedir. Beff, malzemenin (aada tanmlanan) r.m.s. deerine karlk gelen etkin akm younluudur.

Elektrikli makinelerin tasarm srasnda manyetik devre veya demir kayplarn demirin hacmi yerine demirin arlyla ilikilendirmek daha uygundur. k1 ve k2 sabitlerinin uygun biimde ayarlanmasyla bu ilikilendirme kolayca gerekletirilebilir. 1.6 tesla akm younluunda ve 50 Hz frekansta alan 0.3 mm civarndaki modern laminasyonlar iin birleik histeresis ve endksiyon akm kayplar 1'den kk veya 2 W/kg civarnda olabilir.

Seri balanm manyetik yollar. Manyetik yollarn seri olarak balanm birka farkl paradan olumas durumunda, devrenin toplam relktans, deiik paralarn relktanslar toplanarak elde edilir. ekil 1.5'teki halkay ele aldmzda, bunun toplam relktans, demir ksmn relktans hesaplanp hava boluunun relktansyla toplanarak elde edilir. l0 uzunluundaki hava boluunun relktans aadaki formlle verilir:

A

l

0

0

Denklemde, 0'n deeri, 0 = 4 x 10-7

H/m'dir.

A.C. Teorisi

Alternatif akm. Modern alternatrler, btn pratik amalar iin, sinzoidal (yani, sins erisi biiminde) bir e.m.f. retir. e.m.f. ve zaman arasndaki iliki aadaki denklemde verilir:

e = Emax sin t

Bu denklemde, e = anlk gerilimi, Emax = maksimum gerilimi,

t = armatrn ntr eksene gre dnme asn gstermektedir.

Frekans, f hertz olarak alrsak, 'nn deeri 2f olacak, bunun sonucunda denklem de aadaki ekli alacaktr?

e = Emax sin (2f) t

Bu durumda, gerilimin grafii ekil 1.8'de grld gibi olacaktr.

Elektrik Klavuzu

24

ekil 1.8

Akm genellikle gerilimle orantl olduundan (aaya bakn) akm da sinzoidaldir ve aada verildii biimdedir:

i = Imax sin [(2f) t + ]

sabiti akm ve gerilim arasndaki asal yer deitirmeyi gstermektedir ve aada ayrntl olarak aklanmtr.

Ortalama veya mean deer. Mkemmel sins dalgalar iin gerilimin ve akmn ortalama deerleri, maksimum deerlerin 0.636's olarak bulunur ve aadaki denklemlerle verilir.

Eave = 0.636 Emax ve Iave = 0.636 Imax

Ortalama deerler, elde edilecek sonularn gerilimden bamsz olarak yalnzca akma bal olduu elektrikle kaplama, akmlatr arj gibi ilemlerde kullanlmak iin uygundur.

R.m.s. (ortalama karekk deeri. G de dahil her koulda geerli olan deerler

maxmaxr.m.s. 70702

1EEE .

ve maxmaxr.m.s. 7070

2

1III .

r.m.s. deerleridir. Bu deerler, bir devre veya yar devre iin karesi alnm olan ordinatlarn ortalama deerlerinin karekk alnarak elde edilir. (ekil 1.8'e bakn.)

Bunlar, gcn, gerilimin veya akmn karesiyle orantl olduu btn g, aydnlatma ve stma uygulamalarnda kullanlan deerlerdir.

Elektrik Klavuzu

25

A.C. devreleri Diren. Sinzoidal bir e.m.f.'nin bir diren zerine uygulanmas durumunda akm e.m.f. ile ayn fazda olacaktr ve grafik olarak gsterilirse, e.m.f. erisiyle ayn fazda olacaktr (yani, yukardaki

ifadedeki deeri sfr olacaktr). Akm, d.c. iin verilen Ohm kanunuyla uyumlu olacaktr, yani

I = V/R

olacaktr ve burada V uygulanan e.m.f.'nin veya gerilimin r.m.s. deeri, R ohm cinsinden direntir I'nn deeri r.m.s. deeri olacaktr (ekil 1.9'a bakn).

ekil 1.9

ndktans. Bir indktansa sinzoidal bir e.m.f. uygulanmas

durumunda akmn, I = V/[(2f)L] denklemine uyduu grlecektir. Burada, V gerilimi (r.m.s. deeri), f frekans ve L henri cinsinden indktans gsterecek, I'nn deeri, r.m.s. deerini gsterecektir. Akm gerilimin gerisinde kalacak ve oluturduu

grafik ekil 1.10'daki gibi olacaktr. Faz fark 90'dir ( = -90). (2f)L ifadesi indktif rezistans (XL) olarak adlandrlmaktadr.

ekil 1.10

Kapasitans. Bir kapasitre sinzoidal bir e.m.f. uygulanmas

durumunda akm, I = (2f)CV olacaktr. Burada, C farad cinsinden kapasitans gstermektedir ve dier simgelerin karlklar yukarda verildii gibidir. Bu durumda, ekil 1.11'de gsterildii gibi, akm

voltajn 90 nndedir ( = +90). 1/[(2f)C] ifadesi kapasitif reaktans (XC) olarak adlandrlmaktadr ve akm aadaki ifadeyle verilir:

Elektrik Klavuzu

26

CX

VI

ekil 1.11

Seri balanm diren ve indktans. ekil 1.12'de gsterilen her devrede akm aadaki denklemdeki ifadeyle tanmlanr:

22

LXR

VI

Bu ifadede, XL, indktansn reaktansn (XL = (2f)L) gstermektedir. (R2 + XL

2)1/2

ifadesinde empedans (Z) olarak

adlandrlmaktadr ve bu durumda, I = V/Z'dir. Akm gerilimin

gerisinde kalacak, ancak gecikme as, , R ve XL'nin greli deerlerine bal olacaktr a, (ekil 1.12a'da gsterilen as) tan = XL/R ilikisiyle belirlenecektir.

Seri balanm diren ve kapasitans. Bu trden bir devre iin akm aadaki ifadeyle tanmlanacaktr:

22

CXR

VI

ekil 1.12a

ekil 1.12b

Elektrik Klavuzu

27

Bu denklemde, XC kapasitansn reaktansdr (1/(2fC)). Akm gerilimin nndedir ve nceleme as, tan = Xc/R bantsyla verilir.

Seri balanm diren, indktans ve kapasitans. I = V/Z

denkleminde, bu devrenin empedans (Z), Z = 22 )( CL XXR

ifadesiyle verilecek ve faz fark, hangi deerin yksek olduuna bal olarak,

R

XX

R

XX LCCL veyatan

denklemlerinden biriyle verilecektir. (Burada, XL indktif reaktans, XC kapasitans reaktansn gstermektedir.)

IEC, indktanstan doan reaktansn pozitif, kapasitanstan doan reaktansn negatif olduu varsayldnda, reaktansa gnderme yapldnda indktans ve kapasitans terimlerinin ihmal edilebileceini nermektedir.

Paralel devrelerde akm deerleri. Her dal basit bir devre biiminde ele alnarak, her daldaki akm ayr ayr hesaplanr. Daha sonra, besleme akmn elde etmek amacyla, dallardaki akmlar, aadaki yntemle vektrel olarak toplanr:

Her bir dal akm vektrn, bir ekseni besleme e.m.f. vektrn ieren, birbirlerine dik eksenlerde bileenlerine ayrn (bakn, ekil 1.13). Bu eksen ayn faz ekseni, [:in-phase axis] bununla 90 a yapan dier eksen enine alan ekseni [:quadrature axis] olarak adlandrlr. Bu durumda, besleme akm aadaki ilikiyle verilir:

22 toplam)alanlarn (enine )in toplambileenler fazdaki (ayn

ve

akk besleme

in toplambileilek fazdaki ayncos

Burada, I1, I2, ..., dal devrelerinin akmlarn ve 1, 2, ... , bunlarn faz farklarn gsteriyorsa, ayn faz bileenleri, I1 cos 1, I2 cos 2, vb.'dir ve bunlarn enine alan bileenleri I1 sin 1, I2 sin 2, vb.'dir. Bu durumda, hat veya besleme akm aadaki denklemle verilir:

2

2211

2

2211 ...)sinsin(...)coscos( IIIII ve

I

II ...coscoscos

2211

Elektrik Klavuzu

28

ekil 1.13 Paralel devreler

cos 1, sin 2. vb. byklkler, aadaki genel forml kullanlarak elde edilebilir: cos = diren/empedans, ve sin = [I1 sin 1 + I2 sin 2]/I.

Devrenin edeer empedans, hat akm hat voltajna blnerek bulunur.

Bu empedansn edeer direnci ve reaktans gerektiinde, bunlar aadaki formllerle hesaplanr:

Paralel devrelerin edeer direnci = Empedans x cos Paralel devrelerin edeer reaktans

sin empedans (diren) - (empedans) 22

Seriparalel devrelerde akm. lk aama, devrenin paralel blmndeki ortak empedansn hesaplanmasdr (ekil 1.14). Bunu gerekletirmenin en kolay yolu, basit paralel devrelerde olduu gibi dallardaki akmlarn, ortak empedansn ve edeer diren ve reaktansn hesaplanmasdr. Bu hesaplamalar, bu devrenin paralel blm iin (u aamada bilinmeyen) gerilim deeri bilinmeksizin bir V1 deeri varsaylarak gerekletirilebilir.

Devrenin paralel blm iin bir ortak empedans (ZE) deeri elde edildikten sonra, bilinen yntemlerle akm deerinin elde edilmesinin ardndan, btn devrenin ortak empedansn (Z) elde etmek amacyla bu deer seri blmn empedansna (ZS) vektrel

olarak eklenir. Bunun sonucunda, E'nin faz farkn gstermesi

Elektrik Klavuzu

29

durumunda, paralel devrelerin ortak empedans (ZE), RE = ZE cos

E ve XE = ZE sin E formlleri kullanlarak, diren ve reaktans olarak ayrlmaldr. Btn devrenin ortak empedansn hesaplamak amacyla, bu diren ve reaktans deerleri, devrenin seri balanm ksmnn diren ve reaktans deerlerine eklenir.

ekil 1.14 Seri paralel devreler

Sonu olarak, bir seri paralel devrenin ortak empedansnn (Z) diren terimi (R), ayr ayr empedanslarn diren terimlerinin toplamna (RE + RS) eittir. Benzer ekilde, reaktans terimi (X), ayr ayr empedanslarn reaktans terimlerinin toplamna (XE + XS) eittir. Bu durumda, bir seri paralel devrenin ortak empedans:

22 XRZ

ve hat akm = V/Z'dir

fazl devreler. fazdaki akm, her faz ayr ayr ele alnarak ve faz akmlarnn, tek fazl devrelerde olduu gibi, faz gerilimlerinden ve empedanslarndan yola klarak hesaplanmasyla elde edilir. Pratikte, yklerin dengelenmesi neticesinde, fazl sistemler genellikle simetriktir. Bu gibi durumlarda, hesaplamalar basittir ve dorudan yaplr. Yklerin dengelenmemi veya sistemin asimetrik olduu durumlardaki hesaplama yntemleri iin daha kapsaml ders kitaplarna bavurulmaldr.

Elektrik Klavuzu

30

Faz akmlarnn hesaplanmasndan sonra, hat akmlar aadaki basit kurallarla elde edilir.

Yldz balantl sistemler iin:

hat akm = faz akm

hat gerilimi = 1.73 x faz gerilimi

gen balantl sistemler iin:

hat akm = 1.73 x faz akm

hat gerilimi = faz gerilimi

A.C. devrelerinde g. Tek fazl bir devrede g W = VI cos denklemiyle verilmektedir. Bu denklemde, W watt cinsinden gc,

V gerilimi (r.m.s.) ve I akm (r.m.s.) gstermektedir. Cos devrenin g faktrn gstermektedir; buna gre:

ampervolt

watt cos faktr g

VI

W

ekil 1.15'e baktmzda, I, as kadar geciken akm gstermektedir. Bu akm, enerji bileenleri OW ve reaktif bileke OR olarak ikiye ayrlmaktadr. Buna gre, g, OV x OW = OV x

OI cos = VI cos ilikisiyle verilmektedir.

ekil 1.15

fazl alma. fazl bir alternatrn veya transformatrn sarm, ekil 1.16'da gsterildii gibi, iki farkl ekilde balanabilir. Faz gerilimleri ve akmlar ve hat gerilimleri ve akmlar arasndaki ilikiler bu izimde gsterilmitir. Yldz veya Y balantda bir ntr

noktann mevcut olduuna, buna karlk gen veya balantda byle bir nokta olmadna dikkat edin. Jeneratrler genellikle yldz sarmldr ve ntr nokta topraklama iin kullanlr. Motorlar yldz veya gen balantl olabilir; fakat dk gerilimli, kk

Elektrik Klavuzu

31

boyutlu motorlarda sarmlarn boyutlarn kk tutmak iin genellikle yldz balant kullanlr.

ekil 1.16

fazl devrelerde g. fazl bir devredeki toplam g, fazdaki g miktarlarnn toplamna eittir. ekil 1.17'deki yldz sistemini ele alrsak ve dengeli (yani, hattaki gerilim ve akm deerlerinin eit ve simetrik olduu) bir sistem olduunu varsayarsak, toplam g 3 x faz bana g olmaldr. O halde, W =

3 (vi) cos 'dir. Faz gerilimi ve faz akm yerine hat gerilimi deerlerini koyarsak, aadaki denklemi elde ederiz:

coscoscos)( VIIV

viW 33

33

L1L2L3, v gerilimi altndaki tek fazl yklerdir. fazl ykler, V

gerilimindeki 1, 2 ve 3 hatlarndan alnmtr. Not - V = 3v

ekil 1.17

Ayn ifadenin gen balantl sistemlerdeki gc verdii ve V

ve I'nn hat gerilimine ve hat akmn, cos 'nin g faktrn

gsterdii dengelenmi bir sistemde gcn W = 3 VI cos denklemiyle verildii grlecektir. Dengelenmemi ve simetrik olmayan sistemler iin yukardaki ifade geerli deildir.

(Motorlar gibi birok fazl cihazn dengeli bir yk oluturduu varsaylabilir ve akm, vb. byklklerin hesaplamalar bu varsaym temelinde, yukardaki ifadeler kullanlarak yaplabilir.)

Elektrik Klavuzu

32

fazl bir devredeki yk birka yoldan llebilir. Kalc bir anahtar paneli almasnda, lm cihaznn hem dengelenmi hem dengelenmemi ykleri gstermesi iin, genellikle iki eleman olan bir fazl watmetre birimi kullanlr. Geici lmler iin, ekil 1.18'de gsterilen yntemlerden herhangi biri kullanlabilir. Tek bir lm cihazndaki yk W olarak okunduunda, toplam g = 3W'dur

ekil 1.18

Dengelenmemi yklerle lm yaplabilmesi iin, ekil 1.18'de belirtildii biimde balanm iki lm cihaz kullanlmaldr. ki lm cihazndaki okumalarn toplanmasyla toplam gcn elde edilmesine ek olarak, bu verilerden yola klarak g faktr de elde edilebilir. Ancak, sistemdeki g faktrnn 0.5'ten kk olmas durumunda lm cihazlarndan birinin okumalarnn tersine dneceine dikkat edilmesi nemlidir. Bu durumda, pozitif bir okuma elde edebilmek amacyla lm cihazlarndan birinin ularnn ters balanmas gerekebilir. 0.5'ten kk g faktrleri sz konusu olduunda, okunan deerler toplanmak yerine karlmaldr.

Sistemin g faktr, faz gecikme asnn tanjantn veren

)(

)(tan

21

213

WW

WW

denkleminden elde edilebilir ve kosins deerleri tablolardan bulunabilir.

Alt fazl devrelerde g. Dner dntrcler ve dier dorultucularda kullanld biimiyle alt fazl bir sistemde (dengelenmi olduu varsaylan) sistemin gc

Elektrik Klavuzu

33

W = 6 VI cos

denklemiyle verilir. Bu denklemde, V faz gerilimini, I faz akmn gsterir.

Hat voltaj VL ve hat akm IL cinsinden yazldnda, denklem aadaki biimi alr:

cosLL IV2

3

Her iki durumda da cos , faz gerilimi ve faz akm arasndaki faz asdr.

-faz 4-iletken. Bu sistem (ekil 1.16), 400 V datm salanmas amacyla ngiltere'de hemen her yerde kullanlmaktadr. Bu sistemde, ykl "iletken" ve bir ntr iletken vardr.

Ykl bir iletken ve ntr hat arasndaki gerilim nominal olarak 230 V, "iletkenler" ve ntr hat arasndaki gerilim, tek hat ve ntr hat arasndaki gerilimin 3 katdr. Bu da motorlar, vb. iin 400 V'luk faz gerilimi salar. Bu durumda, tek fazl ykler herhangi bir "iletken" ve ntr hat arasna, fazl ykler 1, 2, 3 olarak iaretlenmi iletkene balanmaktadr. (Yukarda verilen nominal gerilim deerlerinin, nceden kullanlan 415 V faz, 240 V tek faz gerilim deerleri yerine, ngiltere'de Ocak 1995'ten bu yana kullanlan deerler olduuna dikkat edin. Bu uygulama, gerilim harmonizasyonu konusundaki AB Talimat'nn sonucunda ortaya kmtr. Bakn, Ksm 12.)

Datm kablolarnda ntr iletken dier iletkenlere eit veya onlarn yar kalnlnda olabilir. zellikle floresan aydnlatma yklerinin arlkl olduu modern sistemlerde genellikle dierlerine eit boyutlarda ntr iletkenler kullanlr.

Elektrik Klavuzu

34

Elektrik Malzemelerinin zellikleri

Manyetik Malzemeler

Dk karbonlu elik. Dk karbonlu elikler, birok elektrikli makinede (jeneratrler, transformatrler ve motorlar) manyetik ak yolunu salayan malzemelerdir. Dk karbonlu elik yksek geirgenlii, yani minimum manyetikletirme "aba"syla yksek miktarda ak retebilmesi ve manyetik alann yol at kayplar en aza indiren dk histeresisi nedeniyle kullanlmaktadr.

Yksek ak dzeyi, verili bir hacim ve arlktaki, daha gl makinelerin retilebilmesi anlamna gelir.

Alternatif akm makineleri, yalnzca histeresisten kaynaklanan demir kayplarna yol amakla kalmaz, endksiyon akm olarak bilinen, ekirdein demir iinde akan devridaim akmlar yznden de kayplara neden olur. Bu iki tip kayp, zerinde yk olsun olmasn, makineye enerji verildiinde ortaya kan kayplardr ve makinelerin yk d kayplar olarak bilinirler. 1987/88 dneminde, yalnzca ngiltere'de ortaya kan yk d kayplarn karlnn 110 milyon olduu tahmin edilmitir. Bu nedenle, bu kayp miktarn drmeye ynelik gl bir aba vardr.

1880'lerde retilen ilk elektrikli makinelerde yksek kaliteli eliklerden yaplm ekirdekler kullanlmt. Ancak, 1900 yllar civarnda, bu amala kullanlan eliklere az miktarda silisyum veya alminyum eklenmesinin manyetik kayplar byk lde azaltt fark edildi. Bunun sonucunda da zel elektrik eliklerinin retimine baland.

Bu tr eliklere silisyum eklenmesi histeresisi azaltr, geirgenlii azaltr ve ayn zamanda zdirenci de artrp bunun sonucunda endksiyon akmlarn da azaltr. Silisyum eklenmesinin dezavantaj, silisyum eklenmesi sonucunda eliin daha krlgan ve sert duruma gelmesidir. Bu nedenle, ekirdek retiminde kolaylk amacyla eliin ilenebilirliini yeterli dzeyde tutabilmek iin eklerken silisyum miktarnn %4.5'la snrlandrlmas gereklidir.

Yalnzca zdirencin artrlmas endksiyon akmlarn yeterince azaltmayacandan, ekirdein lamine malzemeden yaplmas zorunludur. Bunlar, 0.3 mm kalnlnda, birbirlerinden hafife

Elektrik Klavuzu

35

yaltlm levhalardr. Bu uygulama, endksiyon akmnn ak ynnde demirin kesit alann byk lde azaltr. Bylece, endksiyon akmnn ak ynnde diren daha da artrlm olur. Bu durum, ekil 2.1'de aklanmaktadr.

Scak ekme elik . Lamine levhalarn retilecei elektrik uygulamalarnda kullanlacak sac elikler elikhanelerde haddeleme prosesiyle retilmektedir. eliklerin kristalize bir yaps vardr ve levhann manyetik zellikleri tek tek kristallerin veya taneciklerin manyetik zellikleri sonucu ortaya kmaktadr. Kristallerin kendileri anizotropiktir. Yani, zellikleri lmlerin yapld yne gre deiir. 1940'l yllara kadar sac elikler, taneciklerin rasgele bir araya geldii scak ekme yntemiyle retilmekteydi ve sonu olarak lm ynlerinden bamsz olarak levhann manyetik zellikleri benzer zellikler gstermekteydi. Bu durum, btn ynlerde, tek tek kristallerin zelliklerinin ortalamasn temsil etmektedir. Bu nedenle, sac elik izotropiktir.

Tanecikleri ynlendirilmi elik]. Daha 1920'lerde, tek tek elik kristallerinin ynlendirilmesi durumunda, kristallerinin optimum manyetik zelliklerine yakn zellikler gsteren elikler retilebileceinin farkna varlmt. Daha 1930'larn ortalarna gelmeden Amerikan N. P. Goss irketi bunu gerekletirebilecek bir endstriyel prosesin patentlerini ald. Bu malzeme, souk ekme, tanecikleri ynlendirilmi elik] olarak bilinmektedir. Bu malzeme, elikhanelerde scak ekme prosesiyle 2 mm kalnla kadar

ekil 2.1 ekirdein lamine malzeme kullanlarak retilmesi endksiyon akmlarnn akna kar direnci artrr. Laminasyon inceldike bu etki daha da artar.

Elektrik Klavuzu

36

inceltilmektedir. Daha sonra bu malzeme, 900 C civarnda gerekletirilen dvme ilemiyle kesilen bir dizi souk ekme sonucunda 0.3 mm'lik nihai kalnla getirilmektedir.

Yzey oksitlenmesini azaltmak ve malzemenin merdanelere yapmasn nlemek amacyla haddehanelerde elik yzeyine fosfat kaplama uygulanr. Bu kaplama, laminasyonlar arasnda yaltm salamak asndan birok durumda yeterli diren salamaktadr. Fakat, genellikle kesme sonucu ortaya kan ulardaki apaklarn dzeltildii yerlerin yeniden vernikle kaplanmas yaltkanl daha da iyiletirir.

Tanecikleri ynlendirilmi elik, ekme ynnde, ekme ynne dik ynde olduundan, ok daha iyi manyetik zellikler gsterir. Bu nedenle, bu malzemenin kullanmndan maksimum faydann salanabilmesi iin, makinede aknn malzeme boyunca geecek biimde kullanlmas gereklidir. ekil 2.2'de gsterildii gibi, aknn bacak boyunca aksiyel olarak getii transformatrler iin bu durum zellikle nemlidir. Kukusuz, bunlarn boyunduruklar birletii ekirdek bacaklarnn st ve alt ksmlarnda aknn, taneciklerin ynlendirme ynn kesmesi gerektii ortadadr. ekil 2.2(b)'de grlebilecei gibi, bu noktalarda ivli balantlarn kullanlmasyla, tanecik yolunun dik kesilmesi minimuma indirilmi olur. Souk ekme eliklerin ortaya kmasndan nce, bacak-boyunduruk balantlar, ekil 2.2(c)'de grld gibi, basite paralar st ste konularak gerekletirilmekteydi.

Yksek geirgenlikli elik. Yukarda anlatlan souk ekme elik, 1960'larn sonlarnda, Japon, Nippon Steel Corporation tarafndan daha ileri bir deiimin piyasaya srlmesine kadar srekli olarak gelitirildi. Souk ekme srecinde nemli deiiklikler gerekletirerek, taneciklerin ynlendirilmesinde, nceki tanecikleri ynlendirilmi malzemeye kyasla nemli iyilemeler saladlar. (nceden, birok taneciklerin ideal olanla karlatrldnda 6 iinde ynlendirilebilmesine karn, 3 iinde ynlendirme.) Sz konusu eliin, ayn zamanda son derece iyi cam kaplamas vardr. Bu kaplama, histeresis kayplar gsteren eliin iine gerilmeden kaynaklanan gerilimi de ekler. Azalan histeresis kayb elikteki silisyum miktarnn bir miktar azaltlmas sonucunda malzemenin ilenebilirliinin artmasn ve kesme apaklarnn azalmasn ve bu nedenle bunlarn dzeltme ihtiyacnn ortadan kalkmasn salar. Bu zellik, kaplamann daha iyi yaltm zellikleriyle birletirildiinde, ek yaltma ihtiya

Elektrik Klavuzu

37

duyulmamas anlamna gelir. ekirdek retim srece basitletirilmitir ve ekirdein uzama faktr ok daha iyidir.

ekil 2.2 Parmaklarn ve boyunduruklarn kesime noktalarnda kullanlan ivli balantlar, aknn taneciklerin ynlendirmesini dik kestii alan azaltr

Alan iyiletirmeli elik.Tanecik ynlendirmeli eliin kristalleri, taneciklerin ynlendirilmesi sreci srasnda byk gruplar halinde sralanm olur. Bunlar, alan olarak bilinmektedir. ekirdek kayplarnn bir blm bu alanlarn boyutuyla ilgilidir ve bu alanlarn boyutlarnn kltlmesiyle azaltlabilir. Alan boyutu, malzemenin kk miktarda gerilim verilerek uygulanan souk ekme ileminden sonra azaltlabilir. Bu ilem genellikle lazerle

Elektrik Klavuzu

38

andrma prosesiyle gerekletirilir ve bu tip elikler lazerle andrlm elikler olarak anlr. ekme proseslerindeki gelimeler, bu malzemenin kalnl 0.23 mm'ye kadar olan daha ince levhalar halinde retilmesini ve bunun sonucunda endksiyon akm kayplarnn daha da azalmasn salamtr.

Amorf elik. Amorf elikler, yukarda anlatlan silikon eliklerinden tamamen farkl bir biimde gelitirilmitir. Bu elikler, ABD'deki Allied Signals Inc.'nin Metglas Products blm tarafndan 1970'lerin band, ara lastiklerini glendirmek iin kullanlan eliklere alternatif olarak gelitirilmitir. 1970'li yllarn ortalarna kadar da manyetik zelliklerinin nemi fark edilmemitir. Bu malzemenin retilmesindeki ve ilenmesindeki glkler yznden, 25 yl sonrasnda bile ticari lekte piyasaya srlmesi snrl ldedir. Yine de amorf elikler, geleneksel eliklerin en iyileriyle karlatrldklarnda bile kayplarda nemli azalmalar salamaktadr.

Amorf elikler kristal yapya sahip deildir. Atomlar, malzeme iinde rasgele dalm durumdadr. Bu elikler, yaklak %20 orannda, cam oluturan, bor gibi bir element ieren alamlarn ok hzl soutulmasyla elde edilir. Malzeme, genellikle, bir ergimi alam akmnn hzla dnen bir bakr silindir zerine pskrtlmesiyle retilir. Ergimi malzeme, 106 C/saniye hznda soutulur ve kesintisiz bir ince erit oluturarak donar. Bu malzemenin istenilen manyetik zellikleri kazanabilmesi iin 200 280 C arasnda tavlanmas gereklidir. lk dnemde elde edilen malzeme, 2 mm geniliinde ve yaklak 0.025 - 0.05 mm kalnlndayd. 1990'larn ortalarna gelindiinde, birka irket 200 mm'ye kadar genilii olan eritlerin retilmesini baarmt.

1980'lerin sonlarnda, malzemeyi asl gelitirenler, datm trafolarnn imalatnda olduka baarl ekilde kullanlabilecek kesintisiz eritler retmeyi baarmlard. Bu, ABD'de, ngiltere'de olduundan daha yaygn kullanm alan bulmutu. ekil 2.3'te amorf elik kullanlarak ngiltere'de deney amacyla retilmi bir datm transformatrn gstermektedir.

Elektrik Klavuzu

39

ekil 2.3 Amorf elik kullanlarak retilen 200 kVA, 20/0.4 kV transformatrn ekirdei ve sarmlar. ekirdein ok kk bir blm grlebilmektedir; fakat bunun sarml imalat olduu ortadadr. Ayrca, olduka gelikin bir balant sisteminin zorunlu grld ve 200 kVA transformatrler iin fiziki boyutunun olduka byk olduu ortadadr

ekirdek retiminde kullanlan eliklerin tanmlanmas. ekirdek retiminde kullanlan elikler de dahil manyetik malzemelerin spesifikasyonlar, IEC 60404'te uluslararas dzeyde belirtilmitir. Bu, elektrik sanayiinde kullanlan manyetik malzemelerin btn zelliklerini ve tiplerini belirten ok blml bir dokmandr. ngiltere'de bu belge, BS IEC 60404-1 Manyetik malzemeler. Snflandrma adyla bilinmektedir. Manyetik zelliklerin llmesiyle ilgili, BS EN 60404 Blm 2 ve 4, Avrupa normu olarak kabul edilmitir.

Devaml mknatslar (dkm). Devaml mknats retimi iin uygun malzemelerin retiminde nemli ilerlemeler kaydedilmitir. Bu amala kullanlan ilk malzemeler tungsten ve krom elikleridir ve bunlar bir dizi kobalt elii izlemitir.

Alni kullanlan alminyum-nikel-demir alamlarnn ilkidir ve kobalt, titanyum ve niyobyum eklenmesiyle, zellikleri bileimlerine gre deien Alnico serisi mknatslar gelitirilmitir. Bunlar sert ve krlgandr ve baz bileimlerde zel sl ilemlerden sonra delmenin bir lde mmkn olmasna karn ancak talama yoluyla ilenmesi mmkn olan malzemelerdir. Permanent Magnet Association (Mart 1975'te datlmtr) gl bir manyetik alanda sl ileme tabi tutulan belirli alamlarn anizotropik duruma dntn kefetmitir. Yani, bu malzemeler, dier ynlerde

Elektrik Klavuzu

40

zelliklerinin zayflamas pahasna, alan ynnde gl zellikler gelitirirler. Bu keif, Alcomax ve Rycomax serisi gl mknatslarn retilmesinin yolunu amtr. Tanecik ynlendirilmi bir yap oluturulmasn salayan zel dkm teknikleri kullanlarak, sl ilem srasnda uygulanan alan, mknatstaki stun oluturan kristallere paralelse daha da iyi zellikler elde edilmitir.

Devaml mknatslar (sinterlenmi). Toz metalrjisi teknikleri izotropik ve anizotropik Alnico tiplerine uygulanmtr ve dkm mknatslardan yaklak %10 daha kt bakiye mknatslk ve enerji deerlerine sahip sinterlenmi devaml mknatslarn retilmesi mmkndr. Bu retim ynteminin kullanlmas sonucunda daha belirli biimde mknatslarn retilmesi mmkndr ve bu yntem, ok sayda kk mknatsn retilmesi iin ekonomik bir yntemdir. Sinterleme teknikleri, baryum veya stronsiyum hegzaferrit bazl oksitlenmi kalc mknatslarn retimi iin de kullanlr. zotropik veya anizotropik olabilen bu mknatslar, yukarda anlatlan alaml mknatslardan daha yksek ekim kuvvetine fakat daha dk bakiye mknatsla sahiptir. Bunlar, seramiklerin fiziksel zelliklerini tamaktadr ve scakta kararllklar dktr; fakat dk maliyetleri, baz uygulamalar iin bunlar ideal malzeme durumuna getirir. Kauuk veya plastikle balanm baryum ferrit, ekstrzyonla retilmi erit veya ekme levha olarak bulunabilmektedir.

En yeni ve bugne dein icat edilmi en gl kalc mknatslar kobalt ve samaryumun oluturduu metaller aras bileiklerden retilmitir ve bunlar da toz metal teknikleriyle retilmitir (Tablo 2.1).

Nikel - demir alamlar. Yaklak %25 nikel ihtiva eden nikel-demir alamlar pratik olarak manyetik zellik tamaz; fakat nikel miktarnn artrlmas ve uygun ilemler yoluyla geirgenlikleri dikkat ekecek lde yksek malzemeler elde edilmitir. Daha iyi bilinen alamlardan bazlar ve bunlarn manyetik zellikleri Tablo 2.2(a) ve 2.2(b)'de gsterilmitir.

Elektrik Klavuzu

41

Tablo 2.1 Kalc mknatslarn zellikleri*

Elektrik Klavuzu

42

Tablo 2.2(a) Yksek geirgenlikli nikel-demir alamlarnn (%75-80 Ni-Fe alamlar) zellikleri

*Daha yksek manyetik zellikler tayan, Mumetal plus

Supermetal, Permalloy "Super C" ve Nilomag 771 piyasada

bulunabilmektedir.

Tablo 2.2(b) Yksek geirgenlikli nikel-demir alamlar (%36-50 Ni-Fe alamlar)

* Super, Hyrno ve Hyrem Radiometal, Radiometal 50'den

tretilmitir ve srasyla, daha yksek geirgenlik, elektrik diren ve bakiye mknatslk deerleri salar. Permalloy D ve F, srasyla, daha yksek elektrik diren ve bakiye

mknatslk salar.

Bu tablolardan, %36-50 bant iinde kalan iki grup olduu grlecektir. Daha yksek nikel ieren alamlarn daha yksek ilk ve maksimum geirgenlikleri fakat daha dk doyma endksiyonlar, bakiye mknatslklar ve zorlayclklar vardr. Bu nikel-demir alamlarnn tipik uygulama alanlar Tablo 2.3'te verilmitir. Bu tablodan, sz konusu malzemelerin yksek frekans uygulamalar iin zellikle uygun olduu grlecektir.

Elektrik Klavuzu

43

Bakr ve Bakr Alamlar Dier btn saf metallerde olduu gibi, bakrn elektrik direnci de scaklkla deiir. Bu deiim, yksek iletkenlikli bakrn 100 C'deki iletkenliini, 20 C'deki iletkenliinin %76'sna drecek ldedir.

Diren Rt' = Rt[1 + t (t' t)]

Bu denklemde, t, t C'deki bakrn diren katsaysnn sabit ktle scaklk katsaysn gsterir. 0 C'deki referans scakl iin forml aadaki ekli alr:

Rt = R0 (1 + 0t)

Tablo 2.3 Yksek geirgenlikli nikel-demir malzemeler iin tipik uygulamalar

Btn pratik amalar iin direncin scakln dorusal fonksiyonu olarak kabil edilebilecek olmasna karn, scaklk katsaysnn deeri sabit deildir ve aadaki yasaya gre referans scaklna baldr ve bu scakla gre deiir:

tt

t

45234

1

1

1

0

.

Buna gre, 0 C'deki temel scakla gnderme yaplarak hesaplanan sabit ktle scaklk katsays aadaki gibi hesaplanr:

santigrat /derece004265045234

10 .

.

Elektrik Klavuzu

44

20 C'de, diren iin sabit ktle scaklk katsays aadaki gibidir:

santigrat derece0039302045234

120 /.

.

Bu deer de IEC tarafndan benimsenen deerdir. Bakrn standart scaklktaki direncini dier scaklklardaki

direnciyle ilikilendiren arpm katsaylar ve bunlarn ters deerleri, BS 1432 - 1434, 4109, 7884'te mevcut tablolardan elde edilebilir.

Aada incelenen be alam, yksek elektrik iletkenlik gerektiren elektrik sanayii alanlarnda yaygn uygulama bulmaktadr. Bunlar, kadmiyum bakr, krom bakr, gm bakr, tellr bakr ve kkrt bakr alamlardr. Bunlar ekme yntemiyle retilmitir ve ayrca, zellikle krom bakr, tellr bakr ve kkrt bakr alamlar dkm ve dvme olarak da retilmektedir. Elektrik zdiren, tavlanm durumda, 20 C'deki gm bakr alam iin 1.71 mikrohm cmden, zeltide sl ileme tabi tutulmu ayn scaklktaki krom bakr alam iin 4.9 mikrohm cm'ye kadar deiir.

Her alamn ana rn, nemli uygulamalarna gre belirlenmitir. rnein, kadmiyum bakr alamlar, zel blmleri olan ar gauge teli olarak retilirken, gm bakr alamlar genellikle ekilmi blmler ve eritler halinde retilmektedir. Krom bakr alamlarnn ou, erit ve tel formlarnn da bulunabilmesine karn, ubuk eklinde ve ayrca dkm ve dvme olarak retilmektedir.

Be elementin, bu alamlara farkl zellikler kazandrmak iin gerekli miktarlar olduka azdr ve normal ticari snrlar aadaki gibidir: kadmiyum bakr %0.7 1.0 kadmiyum; krom bakr %0.4 - 0.8 krom; gm bakr %0.03 0.1 gm; tellr bakr %0.3 - 0.7 tellr; ve kkrt bakr %0.3 - 0.6 kkrt.

Kadmiyum bakr, krom bakr ve kkrt bakr, kontroll ve az miktarda deoksidant ieren deokside alamlardr. Yksek iletkenlikli bakr gibi gm bakr alam da "rafine" (oksijen ieren) veya oksijensiz olabilir; buna karn, tellr bakr ya rafine ya da deokside alamdr. "Rafine" bakrlar ve alamlar, indirgen atmosfer altndaki yksek scaklklarda krlganlam duruma gelirler. Bu nedenle, byle durumlarla karlalmas ihtimali bulunduunda, oksijensiz veya deokside malzemeler

Elektrik Klavuzu

45

kullanlmaldr. Gerekli durumlarda, bakr reticilerinden bilgi alnmaldr.

Kadmiyum bakr alam. Bu malzeme, hem statik hem de deiken gerilimler altnda daha yksek dayankllk gstermesiyle hem de yrtlmaya kar sradan bakrdan daha iyi diren gstermesiyle dier malzemelerden ayrlmtr. Bu zellikleriyle, elektrikli demiryollarnn, tramvaylarn, troleybslerin, gezer kprl vinlerin ve benzer ekipmann temasla elektrik aktarlan telleri iin son derece uygundur. Bu malzeme, ayrca telefon telleri ve uzun aralkl havai iletim hatlar iin de kullanlmaktadr.

Kadmiyum bakr alam, yksek iletkenlikli bakrn eriyecei scaklklarn olduka zerindeki scaklklarda souk ilenmi olduundan, bu ilem sonucunda kazand sertlik ve dayankll koruduundan, bu alamn baka bir uygulama alan daha vardr. Bunlarn rnekleri, direnle kaynak makinelerini ve ark frnlar iin elektrot tutamaklar ve eliklerde nokta kayna ve diki kayna iin elektrotlardr. Kadmiyum bakr alam, ayrca belirli tipteki elektrik motorlarnn komtatr ubuklar olarak da kullanlmaktadr.

alma sonucu sertleme durumunda nispeten yksek elastik snrlar olmas nedeniyle akm tamak iin gerekli kk yaylarn imalatnda kadmiyum bakr alamlar da snrl lde kullanlmaktadr. nce, sk ekilmi eritler halindeki alam iin nemli bir kullanm alan, ieriden basn altnda kullanlan kablolarn kurun klflarn glendirmek iin kullanlmasdr. Dkm yaplm kadmiyum bakr alam, seyrek olmasna karn, kesici dzeneklerinin bileenlerinde ve kaynak makinelerinin transformatrlerinin sekonder sarmlarnda baz uygulama alanlar bulmaktadr.

Atmosfere maruz brakldnda, malzeme, bakrn zellikleri sonucu belli bir koruyucu patina oluturur. Kadmiyum bakr alamna yumuak lehim ve gm lehimi uygulanabilir ve bu malzemeye sradan bakr gibi pirin kayna yaplabilir. Deokside malzeme olduundan, bu trden ilemler srasnda indirgen gazlarn neden olduu krlganlama riski yoktur.

Krom bakr alam. Krom bakr alamlar, sradan bakrdan olduka yksek dayankllk deerlerinin gerektii uygulamalar iin zellikle uygundur. rnein, hem nokta hem diki tipi kaynak elektrotlar. Akm tamas hedeflenen hafif yaylarn retimi iin eritler ve daha az lde teller kullanlmaktadr. Dner

Elektrik Klavuzu

46

makinelerde normal olarak karlalanlarn stndeki scaklklarda almas gereken komtatr segmentleri bir baka uygulama alandr. Isl ilemden gemi olan malzeme, zelliklerinin bozulmas riski olmakszn, yaklak 350 C'ye kadar scaklklarda kullanlabilir.

zeltide sl ilemden gemi durumdaki bakr yumuaktr ve ilenebilir. Sertletirilmi durumdaki malzemenin kesilmesi zor deildir; fakat bu malzeme kurunlu pirin veya tellr bakr alam gibi rahata ilenen bir malzeme deildir. Krom bakr alam, yksek scaklklarda oksitlenme ve tabaka oluturma zellikleri asndan sradan bakra benzer. Yukarda kadmiyum bakr alam iin aklananlara benzer birletirme yntemleri kullanlabilir. Kadmiyum bakr alamnda olduu gibi, belirli koullar altnda zel temizleyiciler gereklidir ve bunlar florr iermelidir. Krom bakr alam, modern gaz yaltml ark kayna teknolojisi kullanlarak kaynaklanabilir.

Gm bakr alam. Gm bakr alamnn elektrik iletkenlii sradan, yksek iletkenli bakrn iletkenliine eittir; fakat buna ek olarak pratik nem tayan iki zellii daha vardr. Souk ilemle sertletirmeden sonraki yumuama scakl, sradan bakrnkinden olduka yksektir ve orta derecede yksek scaklklarda bzlme direnci iyilemitir.

Bu malzemenin asl kullanm alanlar, normalden yksek scaklklarda alan elektrikli makineler veya retim srasnda buna maruz kalan malzemelerdir. Yaltm malzemelerinin yumuak lehimlenmesi veya frnlanma ikinci uygulamann rnekleridir.

zellikle komtatr paralar, rotor ubuklar ve benzer uygulamalar iin tasarlanan gm bakr alam, sk ekme veya haddelenmi ubuklar halinde bulunabilmektedir. Ayrca, ii bo iletkenler veya eritler halinde de bulunabilmektedir. nemli zellii yksek scaklklarda ileme sertliinin giderilmesi olduundan, tavlanm malzeme olarak nadiren aranmaktadr.

Gm bakr alamlarna, herhangi bir sorunla karlalmakszn, yumuak lehimleme, gm lehimi, pirin kayna veya kaynak uygulanabilir; fakat yumuak lehimler dndaki ilemlerdeki scaklk, souk ilem koullarnda retilmi malzemenin tavlanmas iin yeterlidir. Rafine malzemeler, dalm bakr oksit partiklleri halinde oksijen ierdiinden, malzemenin indirgen atmosfer koullarnda pirin kayna veya kaynak scaklklarna stlmasndan saknlmaldr.

Elektrik Klavuzu

47

Gm bakr alamnn istendii gibi kesilecek bir malzeme olarak dnlememesine karn, ilenmesi zor deildir. Malzemenin, genellikle piyasaya srld ilenerek sertletirilmi olmas durumunda bu sylenenler zellikle geerlidir. Korozyona kar direnci asndan sradan bakrn zelliklerini tamaktadr. Lehimleme iin korozif temizleyicilerin kullanlmas durumunda, lehimlemenin tamamlanmasndan sonra, kalntlar dikkatle ykanp uzaklatrlmaldr.

Tellr bakr alam. Bu malzemenin zel nitelikleri, yksek elektrik iletkenlii, orta yksekliklerdeki scaklklarda ilem sertliinin giderilmesi ve iyi korozyon direncine ek olarak ilenebilme kolayldr. Tellr bakr alam, birok kaynak yntemi iin uygun deildir; ancak gaz tabakas altnda ark kayna ve diren kayna dikkatle uygulanrsa ie yarayabilir. Bu malzemenin tipik bir uygulamas, birok durumda kat malzeme bloklarndan ilenerek retilen manyetron gvdeleridir.

Tellr bakr alamlarna, yumuak lehimleme, gm lehimi ve pirin kayna ilemleri herhangi bir glkle karlalmakszn uygulanabilir. ndirgen atmosferler krlganlamaya yol aacandan, rafine tellr bakr iin pirin kayna ilemi inrt (veya hafife oksitleyici) atmosfer koullarnda gerekletirilmelidir. Deokside tellr bakr alam, sertleme zellii gstermez.

Kkrt bakr alam. Tellr bakr alam gibi kkrt bakr alam da orta ykseklikteki scaklklarda yumuamaya yksek iletkenlikli bakrdan daha yksek diren gsteren, korozyona direnci yksek olan, yksek iletkenlikli, rahata ilenebilen bir malzemedir. lenebilirlik asndan tellr bakr alamna edeerdir; fakat bu alamda grlen, makinede ileme ilemlerinin hassasiyetini ve son ilemleri etkileyebilecek olan, yapsnda geni eritler oluturma eilimi zelliklerini gstermemektedir.

Kkrt bakr alamlara, kontaktrler, konektrler ve dier elektrik paralar gibi yksek iletkenlik gerektiren btn ilenmi paralarda uygulama alan bulur. Birletirme zellikleri, tellr bakr alamlarnn zelliklerine benzer.

Elektrik Klavuzu

48

Tablo 2.4 Bakr alamlarnn fiziksel zellikleri

* zeltide sl ileme tabi tutulmu veya tavlanm.

Oksijen ieren (rafine) tellr bakr alam.

Kkrt bakr alam, kontroll miktarda fosfatla deokside edilmitir ve bu nedenle normal hamlala pirin kayna ilemlerinde hidrojenin yol at krlganlamaya maruz kalmaz; uzun sre indirgen atmosfere maruz kalmas bir miktar kkrt kaybna ve bunun sonucunda sertlemeye yol aabilir.

Alminyum ve Alminyum Alamlar Uzun yllar boyunca, alminyum birok elektrik mhendislii dalnda iletken malzeme olarak kullanld. Saf metale ek olarak, yapsal dayankll kabul edilebilir bir iletkenlikle birletiren birka alminyum alam da iyi iletken malzemedir. Malzeme bakmndan daha hafiftir (younluu, bakrnkinin te biri) ve dolaysyla aktarlmas daha kolaydr ve daha ucuzdur. Bir dier avantaj da fiyatnn bakrda olduu gibi geni dalgalanmalara tabi olmamasdr. 1960'l ve 1970'li yllarda, btn dnyadaki bakr fiyatlarnda keskin ykselmeler yaanmt. Bu durum, nceleri bakrn standart malzeme olarak kullanld birok durumda alminyum kullanlmaya balanmasna yol amt. Aada

Elektrik Klavuzu

49

belirlenen, ev ii elektrik tesisatlar ve transformatr bobin sarmlar gibi birka uygulamada, alminyumun balangta dnlenden daha az uygun olduu grlnce, 1990'l yllarn sonlarndan itibaren bakra dn oldu ve alminyumun kullanm, aka stn olduu alanlarla snrlanma eilimi gsterdi.

Alminyum iin, biri elektrikle ilgili zelliklerine yaplan vurgularla yksek saflkta alminyumu, dieri genel mhendislik uygulamalar iin alminyumu kapsayan iki grup ngiliz Standartlar spesifikasyonu vardr.

Elektrik uygulamalar iin alminyum, International Annealed Copper Standard'n (IACS) %56's ve %65'i arasnda olan dereceleri kapsar ve saf alminyumu da ierir. Aadakiler, ilgili ngiliz Standartlar'dr:

BS 215 Blm 1: (IEC 207) Havai hatlarla g iletimi iin kullanlan bkml alminyum iletkenler.

Blm 2: (IEC 209) Havai hatlarla g iletimi iin kullanlan elikle glendirilmi alminyum iletkenler.

BS 2627. Elektrik uygulamalarnda kullanlan ekme alminyum tel.

BS 2897. Elektrik uygulamalarnda kullanlan ekme alminyum ekme veya haddelenmi ulu erit.

BS 2898. Elektrik uygulamalarnda kullanlan ekme alminyum ubuklar, ekstrzyonla retilmi yuvarlak tpler ve kesitler.

BS 3242. (IEC 208) Havai hatlarla g iletimi iin kullanlan alminyum alaml bkml iletkenler.

BS 3988. Elektrik uygulamalarnda kullanlan ekme alminyum yaltlm kablolar iin kat iletkenler.

BS 6360. Yaltlm kablolardaki ve eritlerdeki iletkenler iin spesifikasyonlar.

Bu gruptaki spesifikasyonlar, %61 IACS iletkenlii deeriyle 1050 derece (nceleri 1E) saf alminyum ve orta dzeydeki dayankll ve %55 IACS iletkenliiyle sl ileme tutulabilir bir alam olan derece 6101A'y (nceleri 91E) kapsamaktadr.

Genel mhendislik kullanm iin alminyum spesifikasyonlar, iletkenlikleri %30 IACS'ye kadar debilen, ancak mekanik zelliklere yaplan daha byk vurgu nedeniyle yapsal dayankllklar eliin %60'na kadar ykselen dereceleri iermektedir. Bu alamlar aada anlan ngiliz Standartlar'nn kapsamndadr:

Elektrik Klavuzu

50

BS 1471 ekme alminyum ve alminyum alamlar ekme boru.

BS 1472 ekme alminyum ve alminyum alamlar dvme iin hammaddeler ve dvme paralar.

BS 1473 ekme alminyum ve alminyum alamlar perin, civata ve vida stou.

BS 1474 ekme alminyum ve alminyum alamlar ubuklar, ekstrzyonla retilmi borular ve kesitler.

BS 1475 ekme alminyum ve alminyum alamlar tel.

Yukardaki dokmanlarn tm ISO 209'a dayanmaktadr ancak bununla ayn deildir.

BS 1490 Alminyum ingotlar ve dkmler (ISO 3522'ye dayanmaktadr ancak ayns deildir).

BS EN 485 Alminyum ve alminyum alamlar levha, erit ve plaka

Bu gruptaki spesifikasyonlar, derece 1050A'y (nceden 1B), yine 61.6 IACS iletkenlikle derece 1080A'y (nceden 1A) ve %59 IACS iletkenliiyle derece 1200' (nceden 1C) kapsamaktadr. Bu derecedeki malzemeler 10 mm kalnla kadar levha veya 10 mm kalnln zerinde plaka olarak kullanlmaktadr. Alminyum derecelerine ilikin daha ayrntl bilgi Alminyum reticilerinden elde edilebilir.

Datm baras. Alminyum, 60 yl akn bir sredir datm baras olarak kullanlmaktadr ve dk arl ve salaml nedeniyle 1960'tan sonra btn datm baras uygulamalar iin kullanm giderek artmaktadr. Boru eklinde alminyum, yalnzca275 kV ve 400 kV zgara trafo merkezi datm baralar iin kullanlmaktadr ve 132 kV trafo datm merkezlerinin yenilenmesi ve iyiletirilmesi iin giderek artan ekilde kullanlmaktadr. Alminyum, geni dkme ubuklarnn (600 mm x 150 mm'ye kadar) piyasada bulunabilmesi nedeniyle izabe

tesisleri ve elektrokimyasal tesisler gibi byk endstriyel tesislerde kullanlmaktadr. Alminyum, bakrla karlatrldnda daha dk olan dorusal arl nedeniyle kesici dzeneklerinde ve ana sistemlerin inasnda kullanlmaktadr. Alminyum kullanmndaki nemli bir sorun, yzeyinin cvatal balant iin hazrlanmas durumunda hzla oksitlenmesidir. Eski CEGB tarafndan, zellikle jeneratr ve ilgili gerilim ykseltme transformatr arasnda ortaya kan yksek akmla ilgili olarak

Elektrik Klavuzu

51

birok aratrma yrtlmtr. Bu durum, balant tekniklerinde nemli gelimeler ortaya karmtr. Sk sk sklmesi gereken alminyum datm ubuklarnda vidal balantlar genellikle gm veya kalay kullanlarak elektroliz yntemiyle kaplanmtr.

Kablo. Alminyum, 66 kV'a kadar olan g kablolarnda, 16 mm2 kesit alan zerindeki kablolar halinde yaygn olarak kullanlmaktadr. Uzun sreli sorunsuz hizmetin salanabilmesi iin gerekli zel balant ve kutuplama teknikleri yznden, alminyum, evlerdeki tesisat telleri iin normal koullarda kullanlmamaktadr.

Havai hatlar. A.c.s.r. (aluminium conductor steel reinforced)

(elikle glendirilmi alminyum iletken) havai hat iletkenleri g datm sistemleri iin btn dnyada kullanlmaktadr. Bimetalik korozyon riskinin ortadan kalkm olmas ve verili bir kesit alan iin yksek iletkenlii yznden a.c.s.r. kullanm giderek artmaktadr. Kontak tellerini desteklemek iin a.c.a.r. katener iletkenler de daha dk arlklar ve bakrla karlatrldnda daha dk hrszlk riski yznden, havai elektrifikasyon programlar iin demiryolu yetkilileri tarafndan giderek daha ok tercih edilmektedir.

Motorlar. Endksiyon motorlar iin kafes rotorlarda genellikle alminyum ubuklar kullanlmaktadr. Motor soutma iin kullanlan fanlar gibi gvde paralar da alminyumdan yaplmaktadr.

Folyo sarmlar. Aydnlatma iin kullanlan en kk tiplerinden byk g kapasitrlerine kadar btn kapasitr sarmlar iin normal olarak alminyum kullanlmaktadr. Baz transformatrler, tepki bobinleri [:reaktrler] ve selenoitler iin folyo sarmlar uygundur. Folyo kalnlklar 0.040 mm'den 1.2 mm'ye kadar 34 kademede deimektedir. Hacmin %60'n kullanan bakr tele karn alminyum iletkenler hacmin %90'n kullanmas yznden telle sarlm bakr bobinden daha iyi hacim faktr salanr. Daha iyi hacim faktrleri sayesinde stma ve soutma kolaylamaktadr ve folyo sarml bobinler iin daha az yaltm gerekmektedir. Hzl radyal s transferi dzenli bir scaklk profili olumasn salamaktadr. Alminyumun dezavantaj, zellikle sarmlarn ve balantlarn yaplmas asndan bakldnda zayf olan mekanik dayanklldr. Bu nedenle, eilim, havadan yaltlm dk gerilimli sarmlar iin bakr folvolara dnlmesi ynndedir.

Elektrik Klavuzu

52

Ancak, termal genleme katsays, reine kaplama malzemesininkine bakrdan daha yakn olan ve bylelikle yk altnda ortaya kan temel gerilimi azaltan dkme reineyle yaltlm transformatrlerin HV sarmlar iin alminyum folyo hemen her durumda kullanlmaktadr.

Tablo 2.5 Yksek saflktaki alminyumun sabit deerleri ve fiziksel zellikleri

Istma elemanlar. Alminyum folyodan yaplma stma elemanlarnn gelitirilmi olmasna karn, gnmzde yaygn olarak kullanlmamaktadr. Uygulamalar, betonu piirmek ve muhtemelen toprak stma iin kullanlan folyodan yaplma duvar kd filmlerini iermektedir.

Soutma plakas. Alminyumun yksek s iletkenlii ve integral kanatklarla kat veya ii bo ekiller halinde ekilmesindeki veya dklmesindeki kolaylk, malzemeyi soutma plakalar iin kullanlacak ideal bir malzeme haline getirmektedir. Yariletken cihazlar ve transformatr gvdeleri, bu alandaki geni kullanm farkllamasn gstermektedir. Dk arl, bu malzemeyi direk zerine monte edilen transformatr gvdeleri iin ideal duruma getirmektedir ve amur oluturacak ekilde transformatr yayla reaksiyona girmemek biimindeki ek avantaj da vardr.

Elektrik Klavuzu

53

Yaltm Malzemeleri BS 2757'nin 1986 tarihli revizyonu (ve bu standard IEC 60085'le zde yapmak iin 1994 ylnda yaplan revizyon), 1956'da yaynlanan ayn standartla zetlenen yaltm malzemeleri kavramndan farkl bir kavram getirmektedir. Baln, 1956 revizyonunun balnda grlen elektrikli makinelere ve cihazlara gnderme yaplmakszn, Elektrik Yaltmn Termal Snflandrmasnn Belirlenme Yntemi'ne dntrlm olmas bu durumu gstermektedir.

Temel snflar ve bunlara karlk gelen scaklklar aadaki gibidir:

Termal snflandrmaScaklk (C) Y 90

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

200 200

220 220

250 250

250 C zerindeki scaklklar 25 C aralklarla artrlmal ve aralklar ve snflar buna gre belirlenmelidir. Harflerin kullanlmas zorunlu deildir, fakat harfler ve scaklk arasndaki ilikiye uyulmaldr.

Termal snf bir elektroteknik rn tanmladnda, bu tanm normal olarak, bu rn iin nominal yk altnda ve dier koullarda uygun olan maksimum scakl temsil eder. Buna gre, bu maksimum scakla maruz kalacak yaltmn, en azndan, rnn termal snfyla ilintili scakla eit bir termal yetenek sergilemesi gereklidir. Ancak, bir elektroteknik rnn belirli bir temel snfa ait olduu biiminde tanmlanmas, bu rnn imalatnda kullanlan her yaltm malzemesinin ayn termal kapasiteye sahip olduu anlamna gelmez ve bu anlamda alnmamaldr. Tablodaki scaklklarn gerek yaltm scaklklar olduuna ve rnn kendi scaklk ykselmeleri olmadna dikkat edilmesi ayrca nemlidir.

BS 2757'nin 1956 versiyonunda, yaltm malzemelerine ve bunlar Grup Y, A, E, vb. snflandrlmalarna ilikin tipik rnekler

Elektrik Klavuzu

54

verilmitir. Bu kavramn artk mevcut olmamasna karn, BS 5691 Blm 2'deki (IEC 216-2) Tablo 1, malzemeleri ve bu malzemelerin temel dayankllk zelliklerinin belirlenmesi iin uygun olabilecek test yntemlerini vermektedir. Bu tablo, daha sonra daha da ayrntlandrlan temel malzeme snfn verir. Bu snf unlardr: (a) uygulama srasnda biim deiiklii gstermeyen her biimdeki kat yaltm; (b) Sarmlar veya istifleme iin st ste konulmu tabakalarn balanmasyla elde edilen kat plaka yaltm; (c) nihai durumu kat olan, ancak dolgu, cilalama, kaplama veya balama amacyla sv veya pasta halinde uygulanan yaltm.

Snf (a) altndaki yaltm malzemelerinin rnekleri, mika, lamine levha yaltm, seramikler, camlar ve kuartz gibi inorganik levha yaltmlar, elastomerler, termoseting ve termoplastik kaplanm yaltmdr.

Snf (b) altndaki kat yaltm malzemelerinin rnekleri, basnca dayankl yaptrclar, s, basit ergime ve kimyasal reaksiyonla birlikte ergime yntemiyle tutturulmutur. Yaptrc kaplanm filmler, ktlar, kumalar ve lamine malzemeler gibi mika rnleri de yine bu kategori altnda snflandrlr.

Son olarak, snf (c) altndaki yaltm malzemeleri, keltme, buharlatrma veya bir zc veya jelletirme gibi fiziksel dntrme yntemleriyle retilebilir. Dolgulu veya dolgusuz, birletirilebilir yaltm malzemeleri, plastisoller ve organosoller bu grubun rnekleridir. Bir baka yntem olan polimerizasyon, polikondensasyon veya polimer ekleme gibi kimyasal

reaksiyonlarla yaltm malzemesinin katlatrlmasdr. Termosetting reineler ve baz pasta malzemeler bunlarn rnekleridir. Ayn standarttaki Tablo II, kullanlabilir testleri, (bir IEC veya ISO standardna gndermeyle) bu testlerin uygulanma yntemlerini ve numune ve son nokta kriterlerini zetlemektedir.

Yeni tanmlar. imdi yeni tanmlamalar BS 2757'de verilmektedir, fakat okuyucu ayn zamanda BS 5691 ve bunun 1., 2., 3. ve 4. Blmlerine (IEC 216, 1., 2., 3. ve 4. Blmler) gnderilmektedir.

Scaklk indeksi (TI). Verili srede, normal olarak 20 000 saatte, termal dayankllk ilikisinden tretilen Celsius cinsinden scakla karlk gelen say.

Nispi scaklk indeksi (TI). Her malzemenin karlatrmal bir testteki ayn yalanma ve tan prosedrlerine tabi braklmas

Elektrik Klavuzu

55

durumunda, referans malzemenin bilinen scaklk indeksine karlk gelen zamandan elde edilen, test malzemesinin scaklk indeksi.

Elektrik Klavuzu

56

Elektrik Klavuzu

57

Elektrik Klavuzu

58

Tablo 2.8 Tek kutuplu ve ok kutuplu kablolar iin 1. Snf kat iletkenler (BS 6360'tan)

* Sert ekilmi iletkenlerin maksimum diren deerlerini elde etmek

iin 2. ve 3. kolondaki deerlerin 0.97'ye blnmesi gereklidir. 1.5 mm

2'den 16 mm

2'ye kadar alminyum iletkenler yalnzca yuvarlak biimlidir.

Yarlanma sresi (HIC). TI veya TRI scaklklarnda alnan son noktaya kadar geen srenin yarsn ifade eden Celsius cinsinden scakla karlk gelen say.

Elektrik Klavuzu

59

Tablo 2.9 Tek kutuplu ve ok kutuplu kablolar iin Snf 5 esnek bakr iletkenler (BS 6360'tan)

zellikler. Aadaki notlar, herhangi bir malzemenin belirli bir i iin uygunluunun deerlendirilmesinde aklda tutulmas gereken nemli noktalar ksaca belirtmektedir.

Nispi younluk, cilalar, yalar ve dier svlar iin nemlidir. Kat yaltkanlarn younluklar, rnein, baz ktlar iin 0.6'dan mika iin 3.0'a kadar deiik. Baz durumlarda bu deer, malzemenin, rnein vulkanize elyafn ve preslenmi kartonun nispi kalitesini gsterir.

Nem absorbsiyonu, zellikle yalarda ve elyafl malzemelerde elektrikle ilgili zelliklerin genellikle ciddi biimde bozulmasna yol aar. ime, deformasyon, [:warping] korozyon ve dier etkiler genellikle nem absorbsiyonu sonucunda ortaya kar. Madenlerde ve tropikal iklimlerde olduu gibi youn nem koullar altnda, bazen ciddi bozulmalar grlebilir.

Elektrik Klavuzu

60

Tablo 2.10 Tek kutuplu ve ok kutuplu kablolar iin Snf 6 esnek bakr iletkenler (BS 6360'tan)

Termal etkiler, yaltm malzemelerinin seimini ve uygulanmasn sklkla ve ciddi biimde etkiler. Bu zelliklerin balcalar unadr: ergime noktas (rnein, mumlarn); yumuama veya plastik uzama scakl; s yznden yalanma ve malzemenin, temel zellikleri ciddi biimde bozulmakszn dayanabilecei maksimum scaklk- alevlenme noktas veya tutuabilme; elektrik arklarna diren; karbonizasyon (veya "izlenme") eilimi; tututurulduunda kendi kendini sndrebilme yetenei; spesifik s; termal zdiren; ve genleme katsays ve donma noktas gibi dier belirli temel zellikler.

Mekanik zellikler. Kat malzemelerin genel mekanik zellikleri deiik llerde nem tamaktadr ve yaltm malzemeleri iin gerekli olanlar, ekme dayankll, statik eme dayankll, kesme dayankll, sktrma dayankll, sk sk belirtilmektedir. Birok kat yaltkann nispeten inelastik (elastik olmayan) ve birounun olduka krlgan olmas nedeniyle sktrlabilirlik, bkme gerilimi altnda deformasyon, darbe

Elektrik Klavuzu

61

dayankll ve uzayabilirlik, yrtlma gc, ilenebilirlik ve hasarsz katlanabilme yetenei gibi zelliklere dikkat edilmesi gereklidir.

zdiren ve yaltm direnci. Yaltm malzemeleri iin bu deerler genellikle (a) hacimsel zdiren (veya zgl diren) ve (b) yzey zdirenci olmak zere iki biimde ifade edilir.

Elektrik dayankll (veya dielektrik dayankllk), yaltm malzemesinin, herhangi bir hasar olmadan elektrik gerilime

dayanabilmesini salayan zelliidir. Bu zellik, genellikle, bir yaltkann baz belirli koullar altnda bozulmasna veya "paralanmasna" yol aan minimum elektrik gerilimi (yani, birim mesafe bana potansiyel fark) olarak ifade edilmektedir.

Yzeysel bozulma ve kvlcm atlamas. Yalnzca havayla birbirlerinden ayrlm iletkenlere yksek gerilim uygulanp gerilim artrldnda, belirli bir gerilim dzeyine eriildiinde, iletkenleri evreleyen hava bir iletkenden dierine kvlcm atlamasyla birlikte bozulur.

Geirgenlik (zgl indktif kapasite). Geirgenlik, malzemede retilen elektrik ak younluunun, ayn elektrik kuvvet tarafndan serbest uzayda retilme oran olarak tanmlanr ve malzemenin dielektrik olduu kapasitrn kapasitesinin, havann yaltkan olarak kullanld ayn kapasitrn kapasitansna oran olarak ifade edilir.

Preslenmi karton ve ahap. Kat malzemelerde yaltm konusunda son vermeden nce, doal malzemelere (yala dolu cihazlarda zellikle transformatrlerde kullanlan ana yaltm malzemeleri olan kt, preslenmi karton ve ahap) biraz daha ayrntl bakmak gereklidir.

lk dnemlerde, transformatrler havada altrlmakta ve asbest, pamuk, dk kalite preslenmi karton ve elakla emprenye edilmi kt kullanlmaktayd. Ancak, aradan ok gemeden, havayla yaltlm transformatrlerin yala doldurulmu birimlerin temel yeteneklerini karlayamayaca aka grlmeye baland. Bunlarda, kullanlan kraft ktlar ve preslenmi karton sistemleri, 1915'ten balayarak fenol formaldehit reinesiyle emprenye edilmi veya ticari adn vermek gerekirse, Bakalitletirilmi, yaltm silindirleriyle desteklendi. Genellikle s.r.b.p. (synthetic resin-

bonded paper) (sentetik reineyle balanm kt), 1960'l yllara kadar transformatrlerde yaygn olarak kullanld ve dk elektrik stresi olan ancak yksek mekanik dayankllk gerektiren yerlerde halen kullanm alan bulmaktadr.

Elektrik Klavuzu

62

Kt, bilinen elektrik malzemelerinin en ucuzu ve en iyisidir. Elektrik alannda kullanm amalar iin, kdn, elektrik uygulamalarnn ihtiyalar tarafndan belirlenmi belirli kimyasal ve fiziksel standartlar karlamas gereklidir. nemli elektrik zellikleri aada verilmitir:

(a) Yksek elektrik diren. (b) Yala doldurulmu transformatrler iin, yankine olduka yakn dielektrik sabiti. (c) Dk g faktr (dielektrik kayb aada incelenmitir). (d) letken paracklar iermemesi.

Kraft kdnn elektrik sabiti yaklak 4.4, mineral ya ii bu deer yaklak 2.2'dir. Kraft kd, tanm gerei, tamamen, slfat prosesiyle retilmi, beyazlatlmam yumuak aatan retilme kt hamurundan yaplmtr; bu kdn beyazlatlmama gerekesi, beyazlatma ilemlerinden arta kalan beyazlatclarn kdn elektrik zelliklerini bozmas ihtimalidir. Bu proses, rnein, gazete kd retiminde genel olarak kullanlan ve asidik bir kt hamuru reten daha dk maliyetli slfit prosesinden farkl olarak pH' 79 arasnda olan, hafife alkali bir kalnt reten bir prosestir. Asidik bileenler, uzun halkal selloz molekllerinin hzla paralanmasna ve bunun sonucunda, elektrik amalar asndan kabul edilemez olan mekanik dayanklln azalmas durumuna yol aar. Bu amala kullanlan kereste, karborundum veya benzer andrc tcler kullanlarak skandinavya, Rusya veya Kanada'daki retim alanlarnda ince kylm bir doku oluturacak biimde tlr. Daha sonra, kimyasal slfat prosesi, odunun dier birok bileenini, rnein, lignin, karbonhidratlar, yalar, vb., uzaklatrarak yalnzca selloz liflerini brakr. Lifler, daha sonra, szlp geriye yalnzca odun hamuru birikintisini brakacak olan su iinde datlr. Bu aamada, kurutulmu odun hamuru birikintisi zel kt reticisinin bulunduu fabrikaya tanabilir.

Yaltm malzemesinin reticisi tarafndan kullanlan sreler birbirlerinden farkl olabilir ve hatta belli bir fabrika iindeki retim ilemleri bile nihai rn talep edenin istekleri dorultusunda deiir. Aada verilen, ngiltere'deki bir yksek kaliteli pres kartonu reticisine ait proses trnn zeti, bu proseste yer alabilecek deikenlere ilikin fikir vermektedir.

Elektrik Klavuzu

63

Pres kartonu, retimi srasnda, younluunu artran, yzey kaplamasn iyiletiren ve mekanik dayanmn artran bir dizi presleme ileminden geer. Pres kartonu retimi kdn, dner bir ince elek zerinde oluturulduu ve bir dizi tabakadan kt tabakasnn oluturulduu bir kesintisiz prosestir. Daha basit prosesler, tek tek kt tabakasn, daha sonraki oluturma ve rulolama srelerine ihtiya duymakszn yatay eleklerde oluturabilir; fakat, beklenecei gibi, retim sreci daha sofistike hale geldike, sonuta ortaya kan rnn zellikleri de daha gvenilir ve uyumlu olur.

Proses kuru kt hamuru balyalarnn bol su kullanmyla yeniden hamur haline getirilmesiyle balar. Bu ilemin bir amac da, kt hamuru retim srecinde kullanlan kimyasallarn kalntlarnn uzaklatrlmasdr. Olabildiince byk yzey alannn suya maruz kalabilmesi iin tek tek elyaflar dvlr ve rafine edilir. Elyaflarn kendi kopma noktalarnn altnda gerilime tabi tutulmasna karn, kdn veya preslenmi kartonun dayankll elyaflar arasndaki balarn kuvvetiyle belirlenmitir. "Hidrojen ba" olarak bilinen bu fizikokimyasal ba kuvvetleri selloz moleklleri arasnda oluur ve bu rafinasyon ileminin tipinden ve kapsamndan etkilenir.

Bu ekilde rafine edilen elyaflar daha fazla suyla kartrlr ve tamamen zlmemi olanlar ve kk dmler oluturmu olanlar uzaklatran ok kademeli santrifj separatrlerde youn bir temizlemeye tabi tutulur. Burada ayrlan elyaf, bir kez daha rafinasyon srecinden gemek zere baa dndrlr. Santrifjler, ayn zamanda, rafinasyon prosesi srasnda karm olabilecek metal paracklarn da ayrr. Daha sonra, selloz/su karm, dnen, geni silindirik eleklere ynlendirilir. Su eleklerden geip akarken, selloz elyaflar karmdan ayrlp bir kt tabakas oluturur. Keeden yaplm bir sonsuz bant kd elekten ayrr ve biimlendirme silindirlerine ynlendirir. Kee bant daha da fazla suyun uzaklatrlmasn ve imalat silindirlerinden nce ek be veya alt kt katnn st ste serilmesini salar. Daha sonra bu silindirler, aralarnda giderek artan scaklk ve basn sayesinde, karm iindeki suyu uzaklatrmay ve istenen kalnlkta, younlukta ve nem orannda kd retmeyi srdrr. Prosesin bu aamasnda, kdn genlemesini salayan CLUPAK1 prosesi, veya gelimi temel performans salayan, disiyandiamid gibi azot

1 Clupac Inc.'nin genleebilir kt retim prosesi iin ticari marka.

Elektrik Klavuzu

64

ieren kimyasal "stabilizrler"le emprenye etme gibi deiik zelliklerin eklenmesi olanaklar mevcuttur. Son ilem ve younluk, kontroll yksek nem ieren kdn ar yk altndaki elik rulolar arasndan geirildikten sonra dk basn altnda syla kurutulduu kalenderleme prosesiyle salanr.

Kt hamuru kurutulduunda elyaflarn birbirlerine yapmas selloz elyafnn kendine has bir zelliidir. Selloz, yaklak 2000 polimerizasyon dzeyindeki glikoz molekllerinin oluturduu bir yksek polimer karbonhidrat zinciridir. ekil 2.4, sellozun kimyasal yapsn gstermektedir. Hemiselloz moleklleri, saflatrlm odun hamurunun ikinci nemli bileenidir. Bunlar, polimerleme dzeyi 200'n altnda olan karbonhidratlardr. Snrl miktarda olduklarnda, hidrojen balanma srecini kolaylatrrlar; fakat miktar %10'u geerse, mekanik dayankll azaltr. Hemiselloz moleklleri, ayrca suya "tutunma" ve kdn kurumasn gletirme dezavantajn da tamaktadr.

ekil 2.4 Sellozun kimyasal forml

Yumuak aa sellozlar, 1 4 mm arasndaki elyaf uzunluklarnn en yksek dzeyde mekanik dayankllk salamas nedeniyle, elektrik yaltm iin en uygun malzemedir. Buna karn, sert aalardan elde edilmi kk miktarlardaki kt hamuru bu malzemeye eklenebilir ve alaml metaller iin sz konusu olduu gibi, ortaya kan karmlarn zellikleri genellikle karm oluturan bileenlerin zelliklerinden daha stndr.

Pamuk sellozu. Pamuk elyaflar, ngiltere'de uzun yllardan bu yana kraft kdnn stn elektrik dayankllyla mekanik zelliklerini birletirmek amacyla "paavra" ktlarnn retiminde kullanlan son derece saf selloz elde etmek iin alternatif bir kaynaktr. Pamuk elyaflarnn odundan elde edilen elyafa oranla daha uzun olmasna karn, intrinsik/yapsal ba gc o kadar iyi deildir. Pamuk elyaflar odun elyaflarndan daha "dz" olduundan, istenen mekanik dayankll salamak iin gerekil ba noktalarn oluturacak yan dallanmalarn retilmesi iin krma

Elektrik Klavuzu

65

ve rafinasyon aamalarnda daha fazla enerji harcanmas gereklidir. Tek bana bu durum, hammaddenin daha pahal olan fiyat drlmeden bile malzemenin retimini daha pahal hale getirir.

1930'lu yllarda elektrik alannda kullanlan ktlarn retiminde ilk kez kullanldnda pamuk elyafnn kayna eski elbiseler ve elbise retiminde kullanlan pamuk kumalardan arta kalan kntlard ve bu durum, maliyeti saf kraft kdnn maliyetiyle rekabet edebilir dzeyde tuttu. Bu trden kumalar genellikle bir miktar sentetik elyaf ve dier malzemeler iermesi ve bunun sonucunda bu kumalarn kntlarnn saf ve katksz olduuna gvenilememesi yznden, getiimiz yllarda bu kaynak kabul edilebilir bir kaynak olmaktan kmtr. Bu nedenle, alternatif kaynaklarn bulunmas gerekliydi. Pamuk linterleri uzun elyaflarn kesilip kuma retiminde kullanlmak amacyla iplik retimi iin bkme alnmasndan sonra arta kalan blmdr. Birinci kalite linterler, tarama ileminden hemen sonra alnanlardr. Bunlar, yksek kaliteli yaltm malzemesinin retimi iin uygun olmalarn salayacak uzunluk ve kaliteye sahiptir. Bunlar tek balarna veya yeni atk pamuk lifleriyle birlikte, anlatlan tipte bir kt retim prosesi iin kalite artran bir katk veya hammadde salayabilir.

Pamuk elyaf, ayn zamanda, her iki bileenin avantajlarn optimize edip iyi elektrik ve mekanik zelliklere sahip ve ayn zamanda ya absorblama kapasitesi maksimum dzeyde olan bir kt retmek amacyla, kraft odun hamuruyla da kartrlabilir. Yksek veya dk sarmlar veya emprenye etmek amacyla kullanlan yan toplam penetrasyonunun yksek vakum koullarnda bile g olduu yuvarlak tel datm transformatrlerinin tabakalar arasndaki sarmlar iin kullanlan ktlarda bu son koul ok byk nem tayabilir.

Manila, kenevir ve jt gibi dier elyaflar da kapasitr ve kablo yaltmndaki zel elektrik koullar karlamak zere gelitirilmi belirli zellikleri tayan ktlarn retiminde kullanlabilir. IEC 60554'le zde olan BS 5626: 1979, Elektrik alannda kullanlan sellozik ktlar, balca kt tiplerini ve bunlarn zelliklerini listeler. Preskartonlar, BS EN 60641, Elektrik alannda kullanlan pres kartonlar ve preslenmi kt tarafndan kapsama alnmtr.

Preslenmi kt. En basit biimiyle preslenmi kt, retimin, nem orannn yksek olduu aamasnda kt tabakalarnn st ste getirilmesiyle oluturulmu kaln yaltkan kttr. ekil 2.5, retim srecinin akn gstermektedir. Bu prosesin, kt retimi

Elektrik Klavuzu

66

iin kullanlan kesintisiz prosesin tersine, zorunlu olarak bir kesikli proses olmas gerekmektedir. Bunun dnda, retim prosesi, kt retim prosesine benzemektedir. stenen kalnl salamak amacyla gerekli sayda ince tabaka, yaptrc olmakszn bir araya getirilir. Preslenmi kt iki temel kategoriye ayrlabilir:

ekil 2.5 npreslenmi transformatr levhalar iin retim prosesi

(a) Yalnzca nemli haldeki kt tabakalarndan, herhangi bir yaptrc kullanlmakszn, yukarda anlatld biimde retilirler. (b) Tek tek levhalarn uygun bir yaptrc kullanlarak yaptrlmasyla oluturulan, genellikle daha kaln preslenmi ktlar retilebilir. lk kategoriye dahil olan preslenmi ktlar ve preslenmi kartonlar, BS EN 60641 Elektrik alannda kullanlan preslenmi ktlar ve preslenmi kartonlar tarafndan kapsanmaktadr. Bu, Blm 1'de genel koullarn verildii ve deiik tiplerin tanmland ok blml bir dokmandr. Benzer ekilde, ok blml bir dokman olan BS EN 60763, Preslenmi lamine ktlar, lamine ktlar iin teknik koullar saymaktadr. Ktla yaltm durumunda olduu gibi, tema evresinde ok sayda varyant vardr ve yukardaki dokmanlarda btn ana malzeme tipleri listelenmitir. Hammaddeler, preslenmi ktta olduu gibi olabilir; yani, tamam kt hamuru, tamam pamuk veya odun ve pamuk elyaflarnn karm olabilir.

Yukardaki ilk kademeye dahil preslenmi kartonlar, 8 mm'ye kadar kalnlklarda olabilir. Bobin aras sarmlar ve ya dolu transformatrlerin son yaltm iin genellikle 23 mm kalnlnda olanlar, ya soutma kanallarnn oluturulmas i in 4.56 mm

Elektrik Klavuzu

67

kalnlnda olanlar kullanlmaktadr. Malzeme, genellikle alt kategoride retilmektedir.

Birincisi, kalenderlenmi preslenmi karton olarak bilinmektedir ve %55 su tad aamada ilk presleme ilemine girer. Daha sonra, su miktarn %5'e indirmek iin basn uygulanmakszn syla kurutma uygulanr. Bu biimde retilen preslenmi kartonun younluu 0.901.00 arasndadr. Daha sonra, younluu 1.151.30 arasna karmak amacyla, ar kalenderlerle daha fazla sktrma uygulanr.

kinci kategori, retim sreci sonrasnda preslenmeye veya ok az presleme uygulanan kalplanabilir preslenmi kartondur. Bu malzeme, yalnzca s yoluyla yaklak %5 nem ierecek ekilde kurutulmaktadr ve younluu yaklak 0.9'dur. Sonuta elde edilen, zel uygulamalarn zel ihtiyalarn karlamak amacyla bir lde biimlendirilebilen, iyi ya absorbsiyon zelliklerine sahip yumuak preslenmi kartondur.

ncs, nceden preslenmi kartondur. Nemli retim aamalarndan sonra, scak preslerde dehidrasyon, sktrma ve kurutma uygulanr. Bu ilemin etkisi, elyaflarn, gl, kararl, gerilimsiz ve younluu 1.25 civarnda olan, transformatr retiminin btn aamalarnda ve hizmet koullarndaki youn temel dnglerinde, nceden anl