Elektrik Tesislerinde Generatör Sistemleri

Motor-generatör grupları; generatörleri tahrik ederek mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren, genellikle içten yanmalı dizel veya gaz motorları, bunlara bağlı generatörlerden ve kontrol ve regülasyon ekipmanları ile bunlara ait elektrik panosundan meydana gelir. Bu tip ekipmanlar, birkaç saat veya birkaç gün çalışabilecek şekilde oldukları gibi sürekli çalışabilecek kapasitede de tasarlanabilirler. Generatör grupları, birkaç on kVA değerinden birkaç MVA değerine kadar güç alınabilecek şekilde tasarlanabilirler. Bu değerden daha yüksek değerler istendiğinde gaz türbinleri kullanılır. Generatör grupları deniz tesisleri gibi elektrik şebekesinin olmadığı veya kısa süreli yüksek güç talebinin bulunduğu yerlerde de kullanılırlar. Generatörler, tesisteki çalışma tarzına göre iki gruba ayrılır:

Ana güç kaynağı olarak çalışma: Bu çalışma şeklinde generatör, tesise ait yüklerin tamamını karşılar. Bu tip çalışma şekli, şebekenin yetersiz ve güvenilir olması, ayrıca şebekeden güç temininde gerek yatırım ve gerekse işletme maliyetlerinin enerji üretim sistemine uygun olmadığı durumlarda uygulanır.

Acil enerji kaynağı olarak kullanma: Herhangi bir enerji kesintisi durumunda tesisin işletmesinin devamı için kullanılır. 

Elektrik tesislerinde elektik idarelerine ait şebekede oluşabilecek bir elektrik kesintisi halinde sistemin çalışma sürekliliği ve güvenilirliği açısından tesisin beslenmesi acil besleme sistemi ile sağlanır. 

Acil besleme sistemi, iki gruba ayrılır: 

1. Enerji kesilmesinden 10-15 s. gibi kısa bir süre sonra devreye girerek sistemin yüklerini besleyen acil besleme sistemi,

2. Kesintisiz güç besleme sistemi, 

Şekil 1: Acil elektrik besleme sistemleri

Kısa süre gecikmeli acil besleme sistemleri iki grupta incelenebilir:

1. Acil (emergency) besleme: Sistemde çok kısa süre enerjisiz kalmasına izin verilen ve gereken süreden fazla enerjisiz kaldığı durumlarda gerek insan hayatı gerekse de tesis güvenliğini tehlikeye sokacak kısmi yükleri besleyen acil besleme sistemidir. Bu besleme sistemi ile işletmenin veya üretimin devamı söz konusu değildir.

2. Stand-by besleme: Sistemdeki tüm yükleri sürekli olarak beslemek üzere planlanan besleme sistemidir. Bu besleme sisteminde işletmenin sürekliliği veya üretimin devamlılığı için gerekli öncelikli yükler enerjilendirilir ve sistem sürekli olarak bu yükleri beslemek üzere tasarlanır.

İdeal yedek besleme sistemleri gerekli güce sahip, yeterli güç kalitesinde, sıfır transfer süresinde, belirlenen çalışma süresinde ve optimum maliyette olmalıdır. Cihazların belirlenmesi, uygulama ve destekleme ihtiyaçlarına göre yapılır. Özellikle bilgisayar ve diğer data ekipmanları verilerin kaybolmaması açısından enerjinin sürekli olmasına ihtiyaç duyduğundan sıfır transfer süresi oldukça önemlidir. Bu gibi cihazlar, enerji kaybında UPS cihazları vasıtasıyla kesintisi olarak devam ettirilir.

Yük Paylaşımlı Besleme Sistemleri

Bu sistem, özellikle darbeli kalkışlarda şebeke-transformatör besleme sisteminin; gerek sistem kararsızlığı gerekse de yetersizliği durumlarında veya enerji tarifesinin maksimum sürekli kullanım yükü esas alınarak yapıldığı durumlarda fatura tarihleri arasında geçen süre içindeki sözleşme yükünü geçtiği çalışma süreleri içinde, sözleşme gücünü aşmasını önlemek üzere devreye girerek şebeke ile senkronize çalışmasıdır.

Şekil 2: Doğrudan OG baralarına uygun gerilimde generatör grubu/grupları tesis ederek yük paylaşımıın sağlanması

Bu bağlantı, şekilde verilen OG motorlarının bağlandığı sistemde darbe yükleri için generatörün baraya doğrudan bağlanması ve arada gerilim düşümüne ve ana barada kısa devre gücünün azalmasına neden olacak empedansın bulunmamasından dolayı çok uygun bir sistemdir. Generatör baraya doğrudan bağlandığı içi kendi kısa devre gücüne göre gereken darbe yükünü üzerine alacaktır. Bu sayede generatör gücü, ara transformatör bağlantılı sisteme göre daha küçük seçilebileceği gibi ara transformatör ve buna bağlı anahtarlama tesisleri gibi ilave maliyetlerden tasarruf edilecektir.

Generatörün Transformatör Üzerinden Bağlandığı Yük Paylaşım Sistemleri

Sistemin prensip şeması Şekil 3’teki gibidir:

Şekil 3: Yük paylaşımı için OG sekonder baralara generatör+transformatör grubu/gruplarının bağlanması

Bu çalışma şekli genellikle enerji alım tarifesi çift terimli olan sistemlerde kullanılır. Çift terimli tarifede, tüketilen elektrik enerjisi için kilowatt-saat (kWh) miktarı üzerinden alınan bedel ile buna ek olarak sözleşme gücü karşılığı kilowatt (kW) miktarı üzerinden alınan bedel alma esasına dayalı tarife esas alınır.  Örneğin enerji gücü maksimum 8 kVA güç üzerinden yapılan endüstriyel tesiste bu gücün üzerinde ayda 10 çalışma saati üzerinde güç kullanımı gerekiyorsa söz konusu güç aşımından dolayı cezalı fatura ödememek için fazla gücü karşılamak üzere generatör tesis edilir ve generatör yük artışı olan saatlerde şebeke ile senkron olarak devreye sokulur. Generatör ayrıca enerji kalitesini arttırmak üzere, şebeke enerji kalitesinin düştüğü durumlarda şebeke ile senkron olarak devreye alınır.

Bunun dışında şebeke enerjisinin kesildiği durumlarda uygun yük atma sistemi ile donatılarak temel yükler için stand-by yükleme sağlanır. Bunun için tesisin enerjisini kontrol etmek üzere SCADA sistemi kurulması gerekir. Bu sistemde kesicilerin açma ve kapama kapasiteleri, şebeke ve generatörün paralel çalışma durumunda meydana gelen subtransient maksimum kısa devre akımları esas alınarak belirlenir.

Yük Atmalı Stand-by Sistemleri

Temel yüklerin kesin olduğu ve zamanla önceden tahmin edilen tesisler için kurulan sistemlerdir. Şebekeden beslenmede Q3 kuplaj kesicisi kapalı olup şebeke yükün tamamını üzerine alır.

Şekil 4: Yük atmalı stand-by sistemleri

Şebeke enerjisi kesildiği zaman, otomatik olarak Q3 kuplaj kesicisi ve Q1 transformatör kesicileri açılır, generatör çalışmaya başlar ve gerekli besleme şartları gerçekleşince Q2 kesicisi kapanarak generatör barasına bağlı temel ve öncelikli yükleri enerjilendirir.

Şebeke enerjisi geldiğinde tekrar sistemin durmaması için önce transformatörün Q1 kesicisi kapanır ve gerekli senkronizasyon şartları gerçekleştiğinde Q3 kesicisi kapanarak generatör barası senkron olarak şebekeye bağlanır. Bir süre şebeke ile senkron çalıştıktan sonra Q2 generatör kesicisi açılır, generatör şebekeden ayrılır ve ayarlanan süre sonunda generatör durur. Bu sistem, işletme şartları kesin olup gelecekte yüklenme tarzı değişmeyecek olan tesisler için uygulanır. Bu sistemde kesicilerin açma ve kapama kapasiteleri belirlenirken şebeke ve generatörün paralel çalışması durumunda meydana gelen subtransient maksimum kısa devre akımları esas alınarak belirlenir.

Kaynak
 

Turgut ODABAŞI; "Elektrik Kuvvetli Akım Tesisleri Tasarımı"