Anasayfa | Aktif Blog | Teknik Makaleler | Güç Kalitesi ve Kompanzasyon Hakkında Doğru Bilinen Yanlışlar-4
827918 Kas. 2014
Reaktif Güç Kompanzasyonu’nu merkezi olarak yapmak her zaman en uygun çözümdür
Elektrik tesislerinde reaktif güç kompanzasyonu yapmanın birden fazla yöntemi bulunur. Tesisin tipine, uygulama yapılacak yük çeşidine, yükün değişim hızına ve periyoduna bağlı olacak şekilde, farklı kompanzasyon yöntemleri uygulanabilir. Doğru kompanzasyon yöntemini belirlemek, çoğu zaman dağıtıcı firma tarafından uygulanan reaktif enerji ceza bedelinden kurtulmaya yardımcı olur.
Uygulamala yöntemlerinden ilki, trafo sabit kompanzasyonudur. Tesislerde bulunan dağıtım transformatörleri, yüksüz ve yüklü çalışma koşullarında endüktif reaktif enerji tüketerek bir kayba neden olurlar. Bu kayıp, yüklü çalışma durumunda ihmal edilebilse de, yüksüz çalışma koşulunda dikkate alınmak zorundadır. Günümüz şartlarında üretilen bir standart dağıtım transformatörünün reaktif kayıp oranı trafo nominal gücünün %1 - %2’si aralığındadır. Örneğin, 1000 kVA nominal gücündeki 34,5 kV/0,4 kV gerilimli bir dağıtım trafosunun boşta endüktif reaktif kaybı 10 – 20 kVAr aralığında olacaktır. Faturaya esas sayaçlar genellikle trafonun OG tarafında olduğundan, trafodan kaynaklanan bu endüktif reaktif gücün de kompanze edilmesi gerekecektir. Bu kompanzasyona yöntemine “trafo sabit kompanzasyonu” denir. Trafo gücüne göre seçilen kondansatör, trafonun altında uygun bir yere (genellikle AG ana kesicisinin üst bacağına) yerleştirilerek kompanzasyon gerçekleştirilmiş olur.
Bir diğer kompanzasyon yöntemine ise “sabit kompanzasyon” adı verilir. Sabit kompanzasyon, kompanze edilecek yüke uygun güçte bir kondansatörün paralel olarak sisteme bağlanması, yükün devreye girip çıkması ile birlikte kondansatörün de anahtarlanması esasına dayanır. Az sayıda ve görece büyük güçteki yük grupları (örn. büyük güçlü OG motorlar) için oldukça uygun ve düşük maliyetli bir çözümdür. Teknik olarak, reaktif gücün tüketildiği noktaya en yakın noktada üretilmesi en doğru yöntem olduğundan, verimlilik açısından en yüksek verimliliğe sahip yöntemdir. Ancak, sayıca çok fazla olan ve eşzamanlı çalışmayan yüklerin olduğu tesislerde uygulanması zor ve maliyetli olacaktır. Bu tip tesislerde kompanzasyon ürünlerine bakım ve arıza tespiti açısından da güçlükler yaşanacaktır.
Yük çeşitliliğinin ve değişim hızının yüksek olduğu tesislerde uygunanan kompanzasyona “merkezi otomatik kompanzasyon sistemi” adı verilir. Bu kompanzasyon yönteminde, yüklerin çektiği güç bilgisinin eğişimini gören ve işleyebilen bir reaktif güç kontrol rölesi, birden fazla kademeden oluşan bir kondansatör grubunu otomatik olarak devreye alıp çıkartır. Reaktif güç talebinin artması durumunda daha fazla kademeyi kontaktör/tristör anahtarlama modülü sayesine devreye sokar, ihtiyaç bitince ilgili grupları devre dışı bırakır. Bu sayede sürekli olarak cosphi değeri arzu edilen seviyede kalır. Günümüzde, tesislerde uygulanan kompanzasyon sistemlerinin büyük çoğunluğu merkezi otomatik kompanzasyon sistemleridir. Bu sistemler ile hem daha az maliyetle aynı reaktif gücü sağlayabilen bir tasarım yapılabilmekte, hem de tek noktadan gerçekleştirilen bakım/arıza tespiti sayesinde daha kolay ve uzun ömürlü bir işletme sağlanabilmektedir.
Yukarıda bahsedilen kompanzasyon yöntemlerinin tamamı ayrı ayrı uygulanabildiği gibi, bir veya birkaçı kombine edilerek de uygulanabilir. Bu noktada önemli olan, tesisteki yük tipini ve reaktif güç ihtiyacını doğru belirleyebilmek ve bu ihtiyaç doğrultusunda uygun mühendislik tasarımını yapabilmektir.
Sistemdeki harmoniklerin filtresiz kompanzasyon sistemi üzerinde etkisi yoktur
Yanlış. Elektrik tesislerinde kullanılan elemanlardan harmoniklerin zararlı etkilerinden en çok etkilenen çıplak kondansatörlerdir.
Kondansatör, uzun zamandır elektrik tesislerinde reaktif güç kompanzasyonu yapmak amacı ile kullanılan lineer devre elemanıdır. Kondansatör empedansı, aşağıdaki formüle göre hesaplanır:
Kondansatör empedans formülünden de açıkça görülebileceği üzere, frekansın yükselmesi ile birlikte kondansatör empedansı üstel olarak azalacaktır.
Harmonikler ise, temel şebeke frekansı olan 50Hz’in tam katları büyüklüğünde frekansa sahip bileşenlerdir. Özellikle tek harmonikler, elektrik tesislerinde sıklıkla görülürler ve probleme yol açarlar. 150Hz, 250Hz, 350Hz gibi temel frekansla karşılaştırıldığında yüksek frekansa sahip harmonik akımları, frekansın artması ile empedansı azalan kondansatör üzerine akmaya çalışacaktır.
Kondansatörler, üretim teknolojileri gereği uluslararası standartlarda belirtilen seviyede aşırı akım/gerilim darbelerine dayanacak şekilde imal edilirler. Ancak kondansatör üzerine akan harmonik akımları, kondansatör rms akımını aşırı miktarda artırıp kondansatörde kalıcı hasara yol açabilir.
Filtresiz kompanzasyon sistemlerinde karşılaşılan bir diğer sorun da, tesiste mevcut harmonik bozulma seviyesini (THDV% ve THDI%) artırmasıdır. Filtresiz kompanzasyon sisteminin devreye girmesi ile birlikte, kondansatör ile harmonik üreticileri arasında akacak harmonik akımının genliği artarak THDI% ve dolaylı olarak da THDV% seviyesini artıracaktır. Filtesiz kompanzasyon sistemlerinin yarattığı bu olay, yüksek frekanslarda yaşanan paralel rezonansa bir örnektir.
Harmonik kaynağı yüklerin bulunduğu tesislerde, harmonik filtre reaktörleri ile donatılmış kompanzasyon sistemlerini kullanmak işletme sağlığı ve güvenilirliği açısından oldukça önemlidir.
Nötr hattından akım geçmez
Yanlış. Nötr hattı üzerinden sadece üç fazlı saf sinusoidal dengeli sistemlerde akım geçmez. Ancak halihazırda elektrik tesislerinde bu şekilde bir yük karakteristiği ile karşılaşmak çok olası değildir, bu nedenle neredeyse tüm endüstriyel/ticari tesislerin nötr hattı üzerinde akım yüklenmesi mevcuttur.
Nötr hattından akım geçmesinin temel iki sebebi vardır:
Fazlardaki monofaze/difaze yüklerden kaynaklanan dengesiz yüklenme
Üç ve üçün katı harmonikler
Üç fazlı cihazlar, şebekeden dengeli akım çekerler. Şebekeden çektikleri akımın genliği her üç faz için de birbirine eşittir, fazlar arası vektörel açılar da 120’şer derecedir. Ancak, tek fazlı ve iki fazlı yükler, her üç fazı eşit oranda yüklemez. Özellikle ticari işletmelerde, aydınlatma, bilgisayar, priz yükleri gibi tek fazlı yükler oldukça fazladır. Tek fazlı cihazlar fazlardan biri ile nötr arasına bağlanırlar ve doğal olarak devreyi nötr hattı üzerinden tamamlarlar. Bu tarz cihazlarda güç tüketimi cihaz başına düşük olsa da, işletme içerisinde çok fazla sayıda cihaz kullanıldığından cihazların nötr hattını yüklemesi kaçınılmaz olmaktadır. Tek fazlı yüklerden kaynaklanan dengesizlik ve nötr hattı yüklenmesi sorununu, projelendirme aşamasında uygulanan “fazlara göre dengeli yük dağıtımı” ile aşmak genelde mümkün olmaktadır. Fazlara göre dengeli dağıtım yapıldığında, dengesizlik sorunu tamamen olmasa bile önemli anlamda düzenlenebilmektedir.
Nötr hattından geçen akımın bir diğer ve günümüz tesisleri için daha tehlikeli olan nedeni ise üç ve üçün katı harmoniklerdir. Günümüzde ticari ve endüstriyel işletmelerde kullanılan tek fazlı cihazların hemen hepsi harmonik üretmektedir. Yarı iletkenler içeren bu cihazlar, özellikle üç ve üçün katı harmonikleri üretirler. Üç ve üçün katı harmonikler arasında 360°’nin tam katları kadar (n, harmonik dereceleri olmak üzere n. Harmonik bileşenleri arasında n x 120°’lik) faz farkı olduğundan hepsi aynı fazdadır. Bu da, eğer tesiste R-S-T fazlarından sırasıyla 40A – 40A – 40A üçüncü harmonik akımı çekiliyorsa, nötr hattından 3x40A=120A üçüncü harmonik akımı akacak demektir. Zaman zaman bu akım, faz hattından geçen akımdan bile daha fazla olabilir. Nötr hattından geçen bu akım, akım kaynaklı kayıplara ve ısınma problemlerine yol açtığı gibi, nötr hattı üzerinde bir gerilim endükler ve nötr-toprak arası gerilim problemine de yol açar. Nötr hattından akan akım nedeniyle oluşan nötr-toprak gerilimi, zaman zaman 10V-15V seviyelerine kadar yükselebilmektedir. İşletmedeki tüm hassas cihazlar, görüntüleme cihazları, bilgisayarlar, PLC’ler bu gerilimden etkilenirler ve hatalı çalışmalar / arızalar ortaya çıkar. Nötr hattından geçen akımı yok etmek için aktif filtreler kullanılır.
Mevcut iç tesisat yönetmeliğine göre, (16 Haziran 2004 Tarih ve 25494 Sayılı Resmi Gazete’de Yayınlanarak Yürürlüğe girmiştir, sayfa 37, çizelge -3) orta ve büyük ölçekli bir ticari işletmede nötr hattı iletkeni faz iletkeninin yarısı kesitinde seçilebilmektedir. Yetersiz seçilen nötr hattı iletkeninden geçen harmonikler, nötr hattını ciddi oranda yükleyerek mekanik/elektriksel sorunlara yol açar. Bu nedenle, harmonikli akım çeken tek fazlı yüklerin yoğun olduğu tesislerde, nötr kesitini en azından faz iletkeni ile aynı kesitte veya daha yüksek kesitte seçmek uygun olacaktır.
Kompanzasyon ve Güç Kalitesi Hakkında Doğru Bilinen Yanlışlar-4 yazımızdan Haberler kategorisine geri dönebilir veya Kompanzasyon ve Güç Kalitesi yazı serimizin ikinci bölümüne gidebilirsiniz
Güç Kalitesi Kompanzasyon Sistemleri