► İlginizi Çekebilir: Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme | 1. Bölüm

9.1 Elektrik Olaylarının Anahtarlanması

Bir kapasitör bankının bağlantısı, bankın elektrik şarj olayları nedeniyle geçici bir elektriğe neden olur. Esasen, genliği kaynak yönündeki şebekenin ve bankın karakteristik özelliklerinin parametrelerinin bir fonksiyonu olan, yüksek frekansta (bir kısa sureli kısa devreye eşdeğer ilk anlarında) bir aşırı akım vardır. Ayrıca anahtarlama, arıza dalgası şebekede yayılan bir aşırı gerilimi belirtir.

Aşırı gerilimin varlığı, kapasitör bankı tarafından beslenen Q_c reaktif gücüne ve bankın kendisinin kurulum noktasına bağlıdır. Özellikle, iki önemli durum meydana gelebilir:

► S_r görünür gücüne sahip (sonsuz güce sahip bir şebeke tarafından sağlanan) bir transformatörün yük tarafında hemen kurulum ve %U_cc kısa devre gerilimi yüzdesine sahip. Bu durumda, değeri aşağıdaki gibi hesaplanabilen bir aşırı gerilim vardır:



► S_cc kısa devre gücüne sahip şebekedeki bir noktada kurulum. Bu durumda, aşırı gerilim şu ilişkiye göre değerlendirilir:


Anahtarlama anında bulunabilen aşırı akımlar, kaynak yöndeki şebekenin indüktansının yanı sıra bağlı kapasitör banklarının sayısına bağlıdır.

Ayrı bir bank durumunda, bağlantı akımının tepe noktası, kaynak yönündeki şebekenin Icc kısa devre akımına oldukça bağlıdır; şebekenin tipik L0 indüktansından etkilenmiştir, ilişkiye göre:
IEC 62271-100 ve IEC 60831-1 standartları, ani akım tepe noktası hesaplanması için formülleri verir. Bu durumda, sonuç:

kapasitör banklarının bağlantı indüktansı, kaynak yönündeki şebekenin indüktansından çok daha düşüktür L<<L₀. Genel olarak, tesisatlarda, akımın tepe noktası değeri kapasitör bankları için belirlenen maksimum değeri aşmaz (bankın nominal akımının 100 katı); eğer tepe noktası değeri böyle bir maksimum değeri aşarsa veya anahtarlama cihazlarının düzgün çalıştırılmasını sağlamak için indirgenmesi gerekiyorsa, kapasitör bankı ile seri bağlı sınırlama indüktanslarının kullanımı zorunlu olacaktır.
 
Bir veya daha çok bank hali hazırda enerji verilmiş haldeyken bir bankın bağlanması durumunda her biriyle seri halde sınırlama indüktansı sağlanması gerekir; çünkü hali hazırda çalışan bank(lar)dan bağlanan banka ani bir güç aktarımı olacağından tepe akım değeri çok daha yüksek olacaktır. Yukarıda bahsedilen standartlarda, tepe noktası değerlerinin hesaplanması için verilen ilişkiler sırasıyla:
 
► bir bank hali hazırda bağlıyken bağlantı

 
► n sayıda bank hali hazırda bağlıyken bağlantı:


Kullanılan sınırlama indüktansları, manyetik çekirdek olmadan genelde havadadır ve daha sıklıkla kullanılan değerler: 50, 100 veya 150 μH.
 
 

9.2 Anahtarlama ve Koruma

 
Güç faktörü düzeltme için bir sistem, esasen şunlardan oluşur:
 
► koruyucu bir cihaz;
► bir anahtarlama cihazı (kontaktör);
► uygun bir şekilde bağlanmış bir veya daha fazla kapasitör;
► kapasitör deşarjı için dirençler.
 
Otomatik kompanzasyon sistemi durumunda, kapasitörlerin açılıp kapanması için ayrıca bir kontrol istasyonu birimi.
 
 

9.2.1 Koruyucu Cihazın Seçimi

 
Kapasitör banklarının korunması için kullanılan cihazlar, aşağıdaki gereksinimleri karşılayacaktır ve:
 
1. Kapasitör banklarının bağlanıp ayrılması sırasında ortaya çıkan gecici akımlara dayanacaktır. Özellikle, termik manyetik ve elektronik açma ünitelerinin anlık korumaları ani akımlara bağlı olarak açma yapmayacaktır;
 
2. Gerilim harmonikleri ve nominal kapasitans değerindeki toleransa bağlı olarak periyodik veya sürekli aşırı akımlara dayanacaktır;
 
3. Herhangi bir harici anahtarlama cihazı ile koordine edilecektir (kontaktörler).
 
 
Ayrıca, devre kesicinin kapama ve kesme kapasitesi, tesisatın kısa devre düzeyine uygun olacaktır.
 
IEC 60831-1 ve IEC 60931-1 standartları şunları belirtir:
 
► Kapasitörler, I_cn nominal akımından %30'a kadar yüksek bir r.m.s. akım değeri ile sabit durum koşulları altında çalışabileceklerdir (bu, şebekedeki gerilim harmoniklerinin olası varlığı sebebiyledir);
► 100 kvar'a kadar banklarında %10 ve 100 kvar'ı aşan banklarda kapasitansta %5'lik bir toleransa izin verilir. (Yukarıda anlatılan standartlarında Değişiklik 1).

Bu nedenle bir kapasitör bankı maksimum I_cmax akımı emebilir:

 
burada:

► Q_c reaktif güç;
► U_n nominal hat-hat gerilimi;
► I_cn nominal akımdır.
 
Sonuç olarak, kapasitör bankının nominal reaktif gücüne bağlı olarak, aşırı yüke karşı doğru korumayı sağlar:
 
► Devre kesicinin nominal akımı yukarıda belirtilen değerlerden daha yüksek olacaktır;
► Aşırı yük korumasının ayarı, verilen değerlere eşit olacaktır.
 
Bir kapasitör bankının bağlantısı, kısa devre durumunda çalıştırmayla karşılaştırılabilir olarak, yüksek frekansta (1 ila 15 kHz), kısa sureli (1 ila 3 ms), yüksek tepe noktalı (25 ila 200.I_cn) gecici akımlar ile ilişkilidir.
 
Kapasitör bankının korunması için:
 
► devre kesici yeterli kapama kapasitesine sahip olacaktır;
► kısa devreye karşı anlık koruma ayarı, istenmeyen açmaya neden olmayacaktır.
 
Genellikle ikinci koşula uyulur:
 
► termal manyetik açma birimleri için, I3 manyetik koruma değerini en az 10.I_cmax olarak ayarlayarak.
 
► elektronik açma birimleri için, kısa devreye karşı ani korumayı KAPALI (OFF) olarak ayarlayarak (I₃ = OFF).
 

9.2.2 Anahtarlama Cihazının (kontaktör) Seçimi

 
Kapasitörler ve kapasitör bankları genelde düzgün bir şekilde çalıştırmak üzere secilen bir kontaktör ile anahtarlanır; daha doğrusu, kontaktör buna göre boyutlandırılır.
 
► Kapasitör bankının I_cmax değerine eşit bir akıma dayanabilir;
► Hasarsız bir şekilde kapasitörlerin ani akımına dayanabilir.
 
Ayrıca kontaktör, bir koruma cihazı ile kısa devreye karşı korunmalıdır.


 
 

9.2.3 Kapasitör Seçimi

 
Kapasitör, güç faktörünü istenen değere kadar artırmak için gerekli reaktif gücü sağlar. Bir kapasitörün kendi isim levhasında bildirilen özellikleri şunlardır:
 
► nominal gerilim U_n;
► nominal frekans f;
► reaktif güç Q_c, kvar cinsinden ifade edilir (kapasitör bankının reaktif gücü).
 
Dikkat etmek gerekir ki servis gerilimindeki reaktif güç, etikette verilen ve nominal gerilimde ifade edilen nominal güçten farklıdır; aşağıdaki formül, bir kapasitör veya kapasitör bankının etkin gücünü hesaplamaya yarar:
 
burada:

► Q_c, U_n anma gerilimindeki reaktif güçtür;
► Q_c, U_e servis gerilimindeki efektif güçtür;
 
Örneğin, 500 V'de 100 kvar nominal reaktif güce sahip bir kapasitör 400 V'de 64 kvar güç sağlar. Plaka üzerindeki verilerden, kapasitörün karakteristik parametrelerinin elde edilmesi mümkündür:
 

Tek-fazlı devre

 

 

Üç-fazlı devre

 
Üç fazlı devrede, kapasitörler yıldız veya üçgen bağlantılı olabilir; aşağıdaki tablo, bağlantı yöntemine göre güç ve anma akımı değerlerini göstermektedir. 
   
 

9.2.4 Kapasitörlerin Deşarjı

Bir kapasitörün kurulumu yapılırken, kapatılma anında deşarj yaptığından emin olmak gerekir, böylece terminallerinde insanlar ve eşyalar için tehlikeli olabilecek bir gerilimin varlığı önlenebilir.
 
IEC 60252-2 standardıyla uyumlu olarak, özellikle kapasitörler motor sargılarına bağlı olup deşarj rezistansı işlevi gördüğünde, motorların güç faktörü düzeltmesi için deşarj cihazlarına ihtiyaç yoktur. Deşarj cihazı sağlandığında, kapasitör terminallerindeki gerilimi kapasitörün kapatılma anından 1 dakika içinde nominal gerilimin tepe değerinden 50 V veya daha az bir değere düşürecektir. Bir deşarj cihazı, bazen güvenlik nedeniyle değil de kapasitördeki aşırı gerilmeyi engellemek üzere nitelendirilebilir: bu, bağlı olmayıp hala yüklü olan bir kapasitör farklı kutuptaki diğer bir kapasitöre tekrar bağlandığında meydana gelebilir.
 
IEC 60364-5-55 standardı (madde 559.8) 0.5 uF'yi aşan toplam kapasitansa sahip kompanzasyon kapasitörlerinin deşarj dirençlerinin kullanımını belirler (400 V'de 75/25 kvar, yıldız/üçgen bağlantı ile).
 
Dirençlerin, kapasitör şebekeden çıkartıldıktan sonra kapasitörün levhaları üzerindeki artık yükü kısa bir süre içinde sıfırlama görevi vardır. Besleme gerilimi ne olursa olsun, 0.5 kvar'ı aşan güce sahip tüm kapasitörler için deşarj direnci sağlamak adına iyi bir kuraldır.
 
IEC 60252-2 standardıyla uyumlu olarak, IEC 60831-1 madde 22 ‘Her kapasitör birimi ve/veya bankı, her birimi Un nominal geriliminin 2 katı bir başlangıç tepe geriliminden 75 V veya daha düşüğe 3 dakika içinde deşarj etmeyen yarayan bir araçla temin edilecektir.’ Bazı ülkelerde küçük deşarj sureleri ve gerilimlerinin gerekli olduğuna dikkat edilmelidir.
 
Tek fazlı bir birimde veya çok fazlı bir birimin bir fazında deşarj direnci şu şekilde verilir:

 
burada:

► R, [Ω] cinsinden deşarj rezistansıdır;
► t, 2 U_n'den U_r'ye, [s] cinsinden deşarj suresidir;
► U_n, [V] cinsinden nominal gerilimdir;
► U_r, [V] cinsinden kabul edilen artık gerilimdir;
► k, dirençlerin kapasitör birimlerine bağlantı yöntemine bağlı olan bir katsayıdır, bkz. Tablo 9.3;
► C, kapasitör bankının kapasitansıdır [F].
 
 
IEC 60831-1 standartlarına uyum sağlamak için yukarıdaki formüle t = 180 s ve U_r = 75 V konmalıdır.