Her Ticari Tesiste Bulunması Gereken 5 Güç Kalitesi Cihazı

Artık gücün ve enerjinin sürekliliğinin ötesine geçerek, bu değişkenlerin kalitesine odaklandığımız bir dönemde yaşıyoruz. Bunun sebepleri arasında, şebekeye eklenen farklı cihazlar nedeniyle elektrik enerjisinin her zamankinden fazla bozulma yaşaması ve güç kesintilerindeki dalgalanmaları sayabiliriz. Ticari tesislerde güç kalitesi sorunları için birden fazla çözüm uygulanmaktadır.

A- A+

16.05.2020 tarihli yazı 7441 kez okunmuştur.

Santrallerde uygulanan güç kalitesi çözümlerinin kaç tanesi güç ihtiyaçlarımızı karşılamaktadır? Bu noktada yaşadığımız asıl problem güç kalitesi analizi zor ve maliyetli bir iştir. Güç kalitesi sorunlarını belirlerken sorunların boyutunu, dağıtım sistemi ekipmanı sebebi ile meydana gelen aksaklıkların maliyetini ve güç kalitesine duyarlılığın ölçütünün belirlenmesi gerekmektedir. Bu sorunlardan etkilenme şiddeti tesise göre farklılık göstermektedir. Bazı tesislerde kullanılan ekipmanlar sorunun en aza indirilmesine büyük ölçüde yardımcı olur.

Elektrikli cihazları koruma ve parazitleri ortadan kaldırmada güç kalitesi ekipmanları büyük bir öneme sahiptir. Bu uygulamalarda kullanılan sistemlerde aşırı gerilim koruma cihazı, kesintisiz güç kaynağı, dinamik voltaj düzenleyici, seri kapasitörler, enerji depolama sistemi, statik var kompanzatör, yedek jeneratör, izolasyon transformatörleri ve filtreler bulunmaktadır.

Güç Kalitesi Cihazlarına Örnekler

Kontrolü mikroişlemci tabanlı sağlanan, elektrikli ekipman ve parazitlere duyarlı cihazlar zayıf güç kontrolünden olumsuz etkilenirler. Anlık gerilim düşümleri ve küçük geçici voltajlar bu kontrol sistemlerine zarar verir. Buna ek olarak bu sistemlerin çoğu ağ ve otomatik düzenekler ile birbirine bağlıdır. Bir arıza meydana geldiğinde tüm sistem en hassas cihaza bağlı hale gelir.

Güç kalitesini artıracak beş cihazı sıralayacak olursak;

►Aşırı gerilim koruma cihazları
►Yedek Jeneratörler
►Kesintisiz güç kaynağı (UPS)
►İzolasyon transformatörü
►Voltaj Regülatörü

1) Aşırı Gerilim Koruma Cihazları

Dağıtım sistemlerinde bulunan elektrikli ekipmanlar dahili ve harici dalgalanmalara maruz kalabilir. Endüktif veya kapasitif yüklerin anahtarlanması, bir endüktif devredeki sigorta veya kesici açıklığının anahtarlanması, dahili dalgalanmalar meydana getirir. Dahili dalgalanmalar tesiste kullanılan ekipmanlar tarafından üretilirken, harici dalgalanmalar ise tesis dışında üretilir ve kablo yolu ile tesise iletilir.

Şekil 1: Aşırı gerilim koruma cihazı kurulumu

►İlginizi Çekebilir: Akım ve Gerilim İlişkisi

Aşırı gerilim koruma ekipmanı istenmeyen dalgalanma miktarını sınırlar ve ekipmanı dalganlanmaya karşı korur. Dalgalanma enerjisi nötr veya topraktan değil farklı bir yoldan iletilir. Bu cihazlar normal koşullarda, direncin çok yüksek olduğu yerlerde izolasyon anahtarı olarak işlev görür. Voltaj ‘kenetleme voltajı’ adı verilen bir değere ulaştığında, cihaz çok yüksek bir direnç modundan çok düşük bir direnç moduna (nanosaniye cinsinden) hızla iner. Burada kenetleme voltajı dediğimiz aşırı gerilim koruyucunun, aşırı gerilimi bastırmadan önce kendi içinden geçmesine izin vereceği maksimum gerilim miktarını ifade eder. Ardından bu dalgalanma enerjisinin büyük bir çoğunluğu dalga koruma cihazına yönlendirilir ve enerji cihaz iç direncinde dağılır.

Şekil 2: Aşırı gerilim koruma cihazının işlevi

2) Yedek Jeneratörler

Büyük işletmelerde yaşanan uzun süreli kesintilerde kritik yükleri sağlamak için yedekleme işlemi yapılması gerekir. Yeterli sayıda dizel jeneratörler, acil durum aydınlatma sistemi, elektrikli asansörler, uzun kesintilere dayanamayan endüstriyel prosesler, hastaneler ve benzeri yerlerde kritik yükleri beslemek için yedek jeneratörler kullanılır.

Yedek jeneratör alçak gerilim panosunda sanayi dağıtım sistemine bağlanır ve bekleme ünitesi olarak kullanlır. Acil durumlarda güç kaynağının şebeke giriş besleyicisinden yedek jeneratöre otomatik aktarım yapılır. Bu işlem için otomatik transfer anahtarı (ATS) kullanılır. Her iki kaynak arasındaki elektrikli bir kilitleme ile paralel çalışma önlenir.

Şekil 3: Otomatik aktarma anahtarına (ATS) bağlı yedek jeneratör ile güç sağlanan düşük voltaj paneli

Çoğu durumda ana alçak gerilim barası bir bara kulplörü ile iki bölüme ayrılır, böylelikle güvenirliği artırılmış olur. Her bölümün beslemesi için farklı bir kaynak kullanılır.

Şekil 4: İki şebeke kaynağına sahip yedek jeneratörlü kesitsel baralar

Şekilde A,B,C,D ile gösterilen devre kesicilerinin aşağıdaki tabloda verilen şekilde doğruluğunun kontrol edilmesi gerekir. A,B,C kombinasyonlarında D devre kesicisinin açma/kapama kombinasyonlarını ifade eder. Açık konum “1”, kapalı konum “0” ile ifade edilir.

Şekil 5: Devre kesiciler için 0 ve 1 konumları

3) Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS)

Ana güç kaynağının kesintiye uğraması durumunda UPS devreye girer ve yüke güç aktarır. UPS bir doğrultucu yardımı ile AC giriş gücünü, DC giriş gücüne çevirir. DC güç, enerji depolamak için bir dizi pili sarj eder. Bu depolanmış enerjiyi AC güce çevirmek için ise invertör kullanılır.

Şekil 6: Kesintisiz güç kaynağının (UPS) ana bileşenleri

►İlginizi Çekebilir: Modüler UPS Seçiminde Dikkat Edilmesi Gerekenler 1. Bölüm

UPS sayesinde çok bozuk akımlarla uğraşırken bile sinusoidal voltaj üretilebilir. Bir örnek ile açıklayacak olursak; şekilde 7’de verilen yarım köprü dönüştürücülü tek fazlı ünitede, ünite çıkışında sinusoidal bir dalga üretmek için, A ve B arasında görülen kare dalga voltajı filtrelenir. Normal çalışma şartlarında UPS’e şebekeden sağlanan güç, UPS birimini doğrudan baypas eden yükten ve bataryalarını doğrultucu devresi üzerinden şarj etme durumundan sağlanır. Şebekede güç kaynağı kesintisi yaşanırsa veya herhangi bir acil durum ile karşılaşılırsa UPS bu hasarı önlemek için birkaç milisaniye içerisinde yüke hızlıca güç sağlar. Bunun için elektronik bir aktarma anahtarı kullanılır.

Şekil 7

PLC’ler gibi dijital elektronik tabanlı sistemlerde UPS büyük bir öneme sahiptir. Bunun yanında acil durumlarda çalışma sürelerinin akü kapasitesi ile sınırlı olması gibi dezavantajlara da sahiptirler.UPS’lerde üç çeşit çalışma modu mevcuttur. Bunlar; bekleme (çevrimdışı) modu, çevrimiçi modu ve hat etkileşimli moddur. Enerji depolama sistemi yalnızca kesinti boyunca çalışacaksa bekleme modunda, tam zamanlı çalışacaksa çevrimiçi modda, her iki sistemi de içerecekse hat etkileşimli modda çalışır.

Şekil 8: Galaxy VM 160, 1125 kVA, 480 V 3 fazlı UPS güç koruması

4) İzolasyon Transformatörü

Gürültü elektromanyetik kuplaj ile sisteme 2 şekilde taşınır; diferansiyel mod gürültüsü ve ortak mod gürültüsü. Sistemde gürültü kontrolünü sağlamak için sargılar arasında manyetik sipere sahip 2 ayrı sargı bulunur. Güç kaynağı ve elektrikli cihaz arasına izolasyon transformatörü bağlanır. Bu sayede yük akımı taşınır.

Şekil 9: İzolasyon trafosu diferansiyel ve ortak mod gürültüleri

►İlginizi Çekebilir: Transformatör Donanım ve Koruma Cihazları

İzolasyon transformatörü elektrik enerjisini manyetik enerjiye çevirerek 2 devre arasında izolasyon sağlayarak güç kaynağı işlevi görür.

İzolasyon Transformatörü nasıl çalışır?

Yıldırım yolu ile veya herhangi başka bir uyartım etkisi ile yüksek voltaj oluşur. Bunun sonucunda anahtarlama dalgalanması ile yüksek akım geçici bir güç hattına iletilir. Sistem diferansiyel modda ise izolasyon transformatörü bu geçici akımları çok az bir etki ile geçirecektir. Bunun sebebi ise, izolasyon transformatörü diferansiyel moddaki güç frekanslarını geçirecek şekilde tasarlanmıştır.

Geçici akımlar ortak modda ise uygun bir korumalı izolasyon trafosu ile istenen koruma sağlanacaktır. Bunun sebebi bir çift güç hattı arasında ortak mod, geçişi ikiye böler ve aynı yönde ilerler. Daha sonra transformatör bobinlerinden akarak kalkan plaka aracılığı ile toprağa iner.

Şekil 10: Ortak mod geçici yayılımı

Tepe voltajının transformatör yalıtım derecesini aşmadığı durumlarda ortak mod dalgalanmalarına karşı etkili bir koruma sağlar.

Şekil 11: Panel içine yerleştirilmiş izolasyon trafosu

5) Voltaj Regülatörü

Yüksek voltajı belirlenen limitlerde tutmak için voltaj regülatörü kullanılır. Hassas yüklerde voltajı istenen seviyeye çıkarırken, voltajın fazla olduğu durumlarda istenen seviyeye düşürür. Voltaj regülatörü ile sarkma olaylarının etkisi de azalır. Motorla çalışan otomatik bir transformatör ile gerilim düzenlenir. Ayrıca voltaj seviyeleri arttırılıp veya azaltılabilir ve transformatör oranında değişiklik sağlanabilir. Fakat tepki süreleri yavaştır ve büyük voltaj değişimlerinde etkili olmayabilir.

Şekil 12: Motorlu voltaj regülatörü

►İlginizi Çekebilir: Motor Sıcaklık Koruması Nedir?

Servo mekanizmalarda servo voltaj sabitleyiciler kullanılır. Yüksek çıkış gerilimini doğrularlar. İç devrelerinde servo motor, ototransformatör, motor sürücü ve kontrol devresini içerirler.

Kaynak:

►electric distribution system by Sallam and Malik
►electrical-engineering-portal