Trafo kazanı sac kalınlığı ve S235JR seçimi
Trafo kazanı sac kalınlığı sorusu arama motoruna yazıldığında karşınıza çatı sacı ağırlık tabloları ve alakasız metrekare hesapları çıkar. Sorunun doğru cevabını veren Türkçe sayfa neredeyse yok. Oysa yanlış cevabın bedeli iki yönlü: sac ince kalırsa kazan yağ basıncı ve vakum altında deforme olur, testte geri döner; gereğinden kalın olursa maliyet, kaldırma ekipmanı ve nakliye tonajı boşuna büyür.
İşin başındaki karışıklık ise terimde. Türkiye’de “trafo sacı” denince iki bambaşka malzeme kastediliyor. Birincisi nüvede kullanılan CRGO silisli sac, kalınlığı milimetrenin çeyreği kadar. İkincisi kazanı oluşturan S235JR yapı sacı, kalınlığı üç ile sekiz milimetre arasında. Aynı cümlede geçtiklerinde teklif de yanlış çıkıyor, sipariş de.
Bu yazı önce o ayrımı netleştirir, sonra güce göre kalınlık seçimini yükleri sayarak açar, DKP ile sıcak haddelenmiş sac farkını büküm ve boya tarafından anlatır, S235JR kaynak penceresini prosedür diliyle verir ve fazla kalın sacın faturasını çıkarır.
“Trafo sacı” iki ayrı malzemedir: nüve sacı ile kazan sacı
Nüve sacı yönlendirilmiş taneli silisli çeliktir, kısaca CRGO. Tipik kalınlıkları 0,27 ve 0,30 mm; ince kalitelerde 0,23 mm, kalın kalitelerde 0,35 mm. Yüzeyi inorganik yalıtım kaplamalıdır, çünkü amaç lamelleri birbirinden yalıtıp girdap akımı kaybını düşürmektir. Bu sacın seçim ölçütü kalınlık değil özgül kayıptır: 1,5 T ve 50 Hz değerinde kilogram başına yaklaşık 0,85 ile 1,10 W arasında. Yani nüve sacı milimetreyle değil W/kg ile seçilir.
Kazan sacı ise sıradan bir yapı çeliğidir. Görevi manyetik değil mekaniktir: yağı tutmak, iç basınca ve vakuma dayanmak, aktif kısmın ağırlığını taşımak, kaldırma ve nakliye yüklerini karşılamak. Seçim ölçütü akma dayanımı, kaynak kabiliyeti ve kalınlık toleransıdır.
Karıştırmanın somut sonucu şudur: nüve, bobin ve aktif kısım için hazırlanmış bir malzeme listesi kazan imalatçısına gittiğinde 0,30 mm üzerinden fiyat çıkar, gerçek kazan ise 5 mm sacla imal edilir. Aynı hata tersine de işler; kazan için verilen ton fiyatı nüve teklifiyle karşılaştırılır ve iki rakam arasındaki uçurum tedarikçiye yüklenir. İki malzemenin ortak yanı yalnızca “sac” kelimesidir. Yazının geri kalanı yalnızca ikinci malzemeyi, yani kazan sacını konu alır.
S235JR (ST37) nedir, trafo kazanında neden kullanılır
S235JR, EN 10025-2 kapsamında tanımlanan alaşımsız yapı çeliğidir. Eski DIN 17100 sisteminde ST 37-2 olarak bilinen malzemenin karşılığıdır; sahada hâlâ ST37 denmesinin sebebi budur. Sayısal karşılıkları şunlardır: 16 mm kalınlığa kadar minimum akma dayanımı 235 MPa, çekme dayanımı 360-510 MPa, kopma uzaması yaklaşık yüzde 26. JR eki, çentik darbe deneyinin 20 derece C sıcaklıkta yapıldığını ve en az 27 J enerji istendiğini gösterir.
Kazanda bu malzemenin tercih edilmesinin üç pratik sebebi var:
- Düşük karbon. Kütlece yaklaşık yüzde 0,17 üst sınırla karbon eşdeğeri 0,35 civarında kalır ve ön tav gerektirmeyen bir kaynak penceresi açılır.
- Soğuk şekillendirilebilirlik. Silindir bükümde ve abkant preste çatlamadan davranır.
- Temin kolaylığı. Aynı işi S275JR ile de yaparsınız, ama kazan geometrisinde dayanım nadiren kısıtlayıcı olur; belirleyici olan burkulma ve sehimdir.
Dağıtım trafolarında TEDAŞ-MLZ/95-012.F şartnamesi kazan malzemesi ve boya sistemi için asgari kabul çerçevesini çizer; ürün tarafında IEC 60076-1 kazanın sızdırmazlık ve basınç davranışını genel kabul kriterlerine bağlar. Yani sac seçimi serbest bir tercih değil, şartname zincirinin sonudur.
Sac kalınlığını belirleyen dört yük ve taban neden daha kalındır
Kalınlık kararını veren dört yük vardır ve hiçbiri tek başına belirleyici değildir.
Yağın statik basıncı
Mineral trafo yağının yoğunluğu yaklaşık 0,86 g/cm³ kadardır; her bir metre yağ yüksekliği tabana yaklaşık 8,4 kPa bindirir. 1,2 m yüksekliğindeki bir kazanda taban basıncı 10 kPa mertebesindedir. Küçük görünen bu değer geniş yüzeye çarpılınca yüzlerce kilogramlık itme kuvvetine döner.
Test basıncı
Hidrostatik sızdırmazlık testi işletme koşulundan ağır bir yükleme uygular ve kazan bunu kalıcı deformasyon olmadan karşılamalıdır. Panelde ölçülen sehimin görünür kalıcı iz bırakmaması, kalınlık kararının test öncesinde verilmiş olmasını gerektirir.
Vakum yükü
Yağ dolumu vakum altında yapıldığında dışarıda 100 kPa atmosfer basıncı vardır, içeride yoktur. Bu yükleme çekme değil burkulma yaratır ve burkulmada belirleyici olan akma dayanımı değil kalınlığın küpüdür; 4 mm yerine 5 mm sac, rijitliği yaklaşık iki kat artırır. Vakumla kurutulacak kazanlarda kalınlık kararı çoğunlukla bu yükten çıkar.
Taşıma yükü
Kaldırma kulakları, çekme mapaları ve forklift temas noktaları yerel gerilme yoğunlaşması yaratır.
Taban sacının yan duvardan kalın seçilmesinin sebebi burada toplanır. Taban en yüksek hidrostatik basıncı görür, aktif kısmın ağırlığını taşır, kızak ve forklift temasına maruz kalır ve zeminde biriken nem yüzünden korozyon riskinin en yüksek olduğu yüzeydir. Yan duvar ise dalga duvar ile desteklenir; dalga duvarın kendisi bir rijitlik elemanı gibi çalışır ve düz panelin serbest açıklığını böler.
Güce göre trafo kazanı sac kalınlığı tablosu
Aşağıdaki tablo yağlı tip dağıtım trafolarında yaygın imalat pratiğini özetler. Standart metni değildir; kazan geometrisi, yağ yüksekliği, vakum şartı ve müşteri şartnamesi değerleri değiştirir. Proje bazında sehim ve burkulma kontrolü yapılmadan tablo tek başına kullanılmamalıdır.
| Güç (kVA) | Taban sacı (mm) | Yan duvar (mm) | Kapak (mm) | Dalga duvar sacı (mm) | Kaynak ağzı | Kuru film (mikron) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50-160 | 4 | 3 | 4 | 1,2 | Küt alın, 1-2 mm kök aralığı | 120 |
| 250-630 | 5 | 4 | 5 | 1,2-1,5 | Küt alın, 1-2 mm kök aralığı | 120 |
| 800-1250 | 6 | 4-5 | 6 | 1,5 | Tek taraflı V ağzı | 120 |
| 1600-2500 | 6-8 | 5-6 | 8 | 1,5 | Tek taraflı V ağzı | 120 |
Tabloda üç davranış görünür. Birincisi taban her zaman yan duvardan bir kademe kalındır. İkincisi kapak, buşing yükleri ve cıvata sıkma momenti sebebiyle tabana yakın kalınlıktadır; conta kanalının deformasyonsuz sıkılabilmesi kapağın eğilmemesine bağlıdır. Üçüncüsü dalga duvar sacı güçle birlikte kalınlaşmaz, 1,2 ile 1,5 mm aralığının dışına taşmaz.
Kuru film kalınlığı sütununun her satırda 120 mikron olması tesadüf değildir: boya sistemi güce göre değil ortam sınıfına göre seçilir. ISO 12944 C4 ve C5 ortamları için hedeflenen değer, kazan 100 kVA da olsa 2000 kVA da olsa aynıdır.
DKP mi sıcak haddelenmiş mi: büküm yarıçapı ve boya tutunması
Sahada DKP denen malzeme soğuk haddelenmiş yumuşak çeliktir; EN 10130 kapsamında DC01 gibi kalitelerle tanımlanır. Sıcak haddelenmiş sac ise EN 10025-2 kapsamındaki S235JR malzemesidir. Fark kimyada değil yüzeyde ve toleranstadır.
Kalınlık toleransı
Soğuk haddelenmiş sacta 1,5 mm civarında tolerans yüz mikron mertebesindeyken, sıcak haddelenmişte EN 10051 sınırları içinde birkaç yüz mikrona çıkar. Dalga duvar gibi adım hassasiyetiyle üretilen profillerde bu fark doğrudan ölçüye yansır.
Büküm yarıçapı
Soğuk haddelenmiş sac, malzeme kalınlığı mertebesinde bir iç yarıçapla bükülebilir. Sıcak haddelenmiş S235JR malzemesinde güvenli iç yarıçap genelde kalınlığın 1,5 ile 2 katı seçilir; daha keskin bükümde dış lifte çatlak riski artar.
Boya tutunması
Sıcak haddelenmiş sacın yüzeyinde hadde tufalı vardır ve tufal üzerine atılan boya birkaç yılda kalkar. Bu yüzden yüzey ISO 8501-1 standardına göre Sa 2 1/2 seviyesinde kumlanır ve ISO 8503 kapsamında orta seviye bir yüzey profili oluşturulur. Soğuk haddelenmiş sac temizdir ama fazla pürüzsüzdür; ona da mekanik profil vermek gerekir. Her iki durumda da ISO 12944 C4 veya C5 ortam sınıfına göre toplam 120 mikron kuru film hedeflenir. Yüzey hazırlığı ile kaplama arasındaki bu bağı korozyon koruması tarafında ayrıca ele aldık.
Pratik sonuç: 3 mm ve üzeri kazan gövdesi sıcak haddelenmiş S235JR ile, 1,2 ile 1,5 mm dalga duvar sacı soğuk haddelenmiş kalite ile çalışılır.
S235JR'nin kaynak kabiliyeti ve kazanda uygulanan prosedür
S235JR malzemesini cazip kılan asıl özellik kaynak penceresidir. IIW karbon eşdeğeri formülüne göre tipik döküm analizinde değer 0,32 ile 0,38 arasında kalır. 0,40 değerinin altındaki karbon eşdeğeri, normal ortam sıcaklığında ve kazan kalınlıklarında ön tav gerektirmez. Ortam 5 derece C altına düştüğünde veya birleşim çok rijitse 50 ile 100 derece C aralığında ön tav çatlak riskini düşürür.
Kazan imalatında yaygın yöntem gazaltı MAG kaynağıdır. Kaynak ağzı hazırlığı EN ISO 9692-1 standardına göre belirlenir: 3 ile 5 mm arasında küt alın birleşim 1-2 mm kök aralığıyla, 6 mm ve üzerinde tek taraflı V ağzı yaygındır. Prosedürler EN ISO 15614-1 kapsamında onaylanır, WPS ve WPQR olarak dosyalanır. Kaynaklı imalat kalite şartları EN ISO 3834-2, taşıyıcı çelik yapı tarafı EN 1090 ve EXC2 sınıfı çerçevesinde kurulur.
Kalınlık kararı kaynakla doğrudan bağlıdır. Kalın sac daha fazla ısı girdisi ve daha fazla paso getirir; ısı girdisi arttıkça açısal çarpılma büyür ve taban düzlemselliği bozulur. Yani kalın sac otomatik olarak sağlam kazan demek değildir. Ölçü CNC kesim ve silindir büküm aşamasında tutulmazsa kaynakçı farkı dolgu ile kapatır; dolgu ise hem çarpılmayı hem artık gerilmeyi büyütür. Dikişlerin kabulü için kaynak kalitesi kontrolleri, ardından hidrostatik sızdırmazlık testi uygulanır.
Fazla kalın sacın bedeli: maliyet, tonaj ve nakliye
Çelik sacın birim ağırlığı basittir: 1 m² yüzey, 1 mm kalınlık, 7,85 kg. Bu sayı kalınlık tartışmasını hızla somuta indirir.
Gövde yüzey alanı yaklaşık 6 m² olan bir kazanda yan duvar kalınlığını 4 mm değerinden 6 mm değerine çıkarmak, metrekare başına 15,7 kg, toplamda yaklaşık 94 kg ilave ağırlık demektir. Bu ağırlık dört ayrı yerde fatura çıkarır:
- Malzeme. Ton fiyatı üzerinden doğrudan artış.
- İşçilik. Daha geniş ağız, daha fazla paso, daha uzun kaynak süresi ve daha fazla sarf.
- İç elleçleme. Vinç kapasitesi, kaldırma kulağı boyutu ve sehpa yükü büyür.
- Nakliye. Aks yükü ve konteyner tonaj sınırı; ihracat sevkiyatında hacimden değil tonajdan dolan bir araç maliyeti doğrudan yükseltir.
Buna ısıl kütle eklenir: kalın kazan daha yavaş ısınıp soğur, ama soğutma yüzeyi artmadığı için bu bir avantaj değildir. Kalınlık artışının değeri yalnızca burkulma, sehim veya yerel gerilme sınırında kalıyorsanız vardır; sınırdan uzaktaysanız her ilave milimetre yalnızca ağırlıktır. Trafo kazanı üretimi tarafında yaklaşımımız kalınlığı hesapla savunmak, savunulamayan milimetreyi tabloya koymamaktır.
Sac siparişinde istenecek belgeler ve giriş kontrol listesi
Kalınlık kararı doğru olsa bile malzeme girişinde doğrulanmazsa kâğıt üstünde kalır. Kazan sacı siparişinde şu maddeler aranır:
- EN 10204 3.1 muayene sertifikası. Döküm analizi ve mekanik değerler üreticinin bağımsız kontrol biriminden onaylı gelmelidir; 2.2 tipi teyit belgesi kritik kazanlarda yeterli değildir.
- Kalınlık ölçümü. Sac başına en az beş noktadan mikrometre veya ultrasonik ölçerle ölçüm ve EN 10051 tolerans sınırlarıyla karşılaştırma.
- Düzlemsellik. Kalın taban sacında hadde eğriliği kaynak öncesi ölçülmeli, gerekiyorsa düzeltme presinden geçirilmelidir.
- Yüzey kontrolü. Lamine ayrışma, katmerleşme, derin tufal çukuru ve pas kaybı gözle, şüpheli bölgelerde ultrasonik yöntemle kontrol edilir.
- İzlenebilirlik. Döküm numarası kesim öncesi sac üzerine aktarılmalı ve parça listesine işlenmelidir; aksi halde sertifika ile parça arasındaki bağ kopar.
Bu beş adım imalata girmeden önce yarım gün alır. Atlandığında ortaya çıkan hata kaynak sonrasında, çoğu zaman da test aşamasında görünür ve maliyeti onlarca katına çıkar. Sac girişinde harcanan yarım gün, kazan boyandıktan sonra fark edilen bir tolerans sapmasının söküm ve yeniden imalat maliyetiyle kıyaslanamaz.
Sıkça sorulan sorular
Trafo kazanında hangi sac kalınlığı kullanılır?
Yağlı tip dağıtım trafolarında kazan gövdesi tipik olarak 3 ile 8 mm arasında S235JR yapı sacından imal edilir. 50-250 kVA aralığında yan duvar 3 mm ve taban 4 mm yaygınken, 1600 kVA sınıfında yan duvar 5 mm ve taban 6 mm mertebesine çıkar. Dalga duvar sacı bu aralığın dışındadır ve 1,2 ile 1,5 mm arasında kalır. Kesin değer yağ yüksekliği, vakum şartı ve müşteri şartnamesiyle belirlenir.
S235JR ile ST37 aynı malzeme mi?
Pratikte aynı malzemeyi tarif ederler. ST 37-2 eski DIN 17100 gösterimidir; güncel Avrupa normunda karşılığı EN 10025-2 kapsamındaki S235JR malzemesidir. Minimum 235 MPa akma dayanımı ve 20 derece C sıcaklıkta 27 J çentik darbe şartı aynı çerçeveyi tanımlar. Sipariş ve sertifika yazışmalarında güncel gösterimi kullanmak, EN 10204 3.1 belgesinin izlenebilirliği açısından daha güvenlidir.
Trafo kazanı tabanı neden yan duvardan kalın yapılır?
Taban dört yükü aynı anda taşır: yağ sütununun en yüksek hidrostatik basıncını, aktif kısmın toplam ağırlığını, kızak veya forklift temasından gelen yerel yükleri ve zemindeki nem sebebiyle en yüksek korozyon riskini. Yan duvar ise dalga duvar bağlantısıyla desteklendiği için serbest açıklığı küçüktür. Bu yüzden taban genellikle yan duvardan 1 ile 2 mm kalın seçilir.
Dalga duvar sacı neden kalınlaştırılmaz?
Dalga duvarın görevi yağdan havaya ısı atmaktır ve ısı transferini belirleyen şey yüzey alanı ile yağ akışıdır, sac kalınlığı değil. Kalınlığı 1,5 mm üzerine çıkarmak soğutma kapasitesini pratikte artırmaz; buna karşılık profil büküm hattında adım hassasiyetini bozar, ağırlığı ve yağ hacmini gereksiz büyütür. Bu yüzden 1,2 ve 1,5 mm aralığında kalınır.
DKP sac trafo kazanı gövdesinde kullanılabilir mi?
Gövde için uygun değildir. DKP olarak bilinen soğuk haddelenmiş sac genelde 3 mm kalınlığa kadar üretilir ve gövdenin ihtiyaç duyduğu aralığı karşılamaz. Ayrıca gövdede belirleyici olan yüzey temizliği değil dayanım ve kaynak kabiliyetidir. Soğuk haddelenmiş sacın yeri dalga duvar ve conta çerçevesi gibi ince, profil hassasiyeti isteyen parçalardır.
Kazan sacı için hangi boya sistemi ve kaç mikron gerekir?
Yüzey ISO 8501-1 standardına göre Sa 2 1/2 seviyesinde kumlanır, ardından ISO 12944 kapsamında C4 veya C5 ortam sınıfına uygun sistem uygulanır ve toplam 120 mikron kuru film hedeflenir. Kalınlık kadar önemli olan, kumlama ile astar arasındaki sürenin kısa tutulması ve yüzeyde tuz kalmamasıdır; aksi halde film kalınlığı tutsa da yapışma erken kaybedilir.