Reaktif Güç Kompanzasyonunda 5 Sorun ve Çözümü

Günümüzde elektriksel güç tüketiminde en önemli sorunlardan biri tüketici cihazlar tarafından depolanıp tekrar şebekeye basılan reaktif gücün kompanze edilmesidir. Bu içeriğimizde kompanzasyon işlemi sırasında ortaya çıkan en önemli 5 problemi ve bu problemlerin çözümünü inceledik. Detaylar içeriğimizde.

A- A+

22.04.2017 tarihli yazı 18826 kez okunmuştur.

Alternatif akım devrelerinde voltaj ve gerilim arasındaki senkronizasyonlarda çıkan problemden kaynaklanan reaktif güç, elektriksel cihazlarda bir iş üretmek için kullanılamamasından dolayı iletim şebekelerinde istenmeyen bir elektriksel büyüklüktür. Bu yüzden bu gücün bulunduğu tesisin dışına çıkıp elektriksel iletim hatlarında dolanmaması için alternatif akım devrelerinde reaktif güç kompanzasyonu gerçekleştirilir ve bu şekilde şebekeye reaktif güç basılması engellenir. Bu içeriğimizde inceleyeceğimiz kompanzasyon sırasında ortaya çıkan en önemli beş sorun ise aşağıda verilmiştir.

Sorun 1: Devam eden bir işlem sırasında kaynak makinesi gibi reaktif güç üreten cihazlar çalışırken ortamdaki aydınlatma tesisatına bağlı lambaların parlaklıklarında dalgalanmaların olması ve bunun çalışan personeli görsel ve sinirsel olarak yorması.

Sorun 2: Reaktif güç üreten cihazlar çalıştığında özellikle trafo ve ana şalterlerdeki titreşimlerden kaynaklanan gürültü kirliliği ve bu ekipmanların mekanik olarak erken yıpranması.

Sorun 3: Cihazların aşırı yüklenmesinden kaynaklı endişeden dolayı sisteme yeni cihazların eklenememesi.

Sorun 4: Reaktif güç tüketimi sınırı aşıldığında belirli miktarda cezaların tüketiciye fatura edilmesi.

Sorun 5: Reaktif güç tüketen cihazların hatalarından kaynaklı olarak arızalı bir şekilde üretimi yapılan parçaların üretim süreci sonunda ortaya çıkması.

Yukarıda yaşanan problemlerin tamamı üretici tesislere üretim tesislerinin verim düşüklüğü olarak geri dönmektedir. Bu yüzden bu sorunların en hızlı ve en pratik şekilde çözümlenmesi gerekmektedir.

Şimdi ele alınan bu beş problemin deneysel ölçümünü gerçekleştirilen bir tesiste ne gibi yollarla çözülebileceğini detaylı bir şekilde inceleyelim.

Örnek Sistem Verileri, Çözüm ve Alınan Önlemler

İçeriğin devamında anlatılacak olan çözümleme yöntemi bir kaynak makinesinin çalıştırıldığı tesisat üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu sistemdeki sayısal veriler aşağıdaki gibidir:

Nominal Voltaj: 584 V

Gerilim Düşümü: %5.8

Akım Tepe Değeri: 2000 A

Reaktif Güç Tepe Değeri: 1200 kVAr

Yukarıdaki sayısal değerlerde çalışan sistemde çözümleme işlemi gerçekleştirildikten sonra ölçülen veriler ise aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Sistemin bulunduğu tesisteki sorunların çoğu açık bir şekilde kaynakçıların hızlı ve sık sık değişen ve reaktif güç tüketen yüklerle çalışmasından dolayı oluşan gerilim düşümlerinden kaynaklanmaktadır.

Elektrik sistemlerinden reaktif güç kaynağı olarak jeneratörler, iletim hatları, yer altı kabloları, transformatörler, yükler ve kapasitif ve endüktif cihazlar gibi de birçok örnek verilebilir. Reaktif güç kompanzasyonu için standart cihazlar gerekli tepki sürelerine ulaşamayan elektromekanik kontaktörleri kullanırlar. Kondansatör kademelerinin çalışması işlem sayısını azaltmak, kondansatörlerin deşarj olmasını önlemek ve erken yıpranmadan ve servis sıklığından kaçınmak için kasıtlı olarak gecikmeli bir şekilde gerçekleştirilir.

Sorunların Gerçek Zamanlı Reaktif Güç Kompanzasyonu ile Çözülmesi

Sistemlerdeki reaktif güç sisteme gerçek zamanlı bir reaktif kompansatör bağlanılarak kompanze edilir. Gerçek zamanlı reaktif güç kompanzasyonu sisteme aşağıdaki iyileştirmeleri sunar.

► Özellikle hızlı ve büyük sinyal değişimlerine sahip olan kaynak makineleri, asansörler, presler, kırıcılar, motorlar vb. yükler için 60 Hz gibi bir frekanstaki döngüde yani yaklaşık 16.6 ms'lik bir zaman diliminde reaktif gücün aşırı hızlı bir şekilde kompanze edilmesi.

► Geçici yüksek gerilimlere dayanamayan PLC'ler, bilgisayar sistemleri gibi yüklerde kontrollü anahtarlama yolu vasıtasıyla özellikle kullanışlı hale gelmesi.

► Hareketli mekanik parçaların ve aşırı gerilimlerin bulunmaması nedeniyle kapasitörlerin ve kontaktörlerin servis ömrünün uzaması.

► Gerçek zamanlı reaktif güç kompanzasyonunun uygulanmasıyla elde edilmiş eğrilerde akım tepe noktasının 1250 ampere düştüğü görülmektedir. Böyle bir sisteme joule kayıplarının azaltılması sayesinde gelişmiş donanım verimliliği ile tesisat değişikliğine gidilmeden yük eklenmesi de yapılabilir.

► Reaktif gücün maksimum değerinden 300 kVAr değerine düştüğü gözlemlenir ve güç faktörü 0.92 civarlarına kadar çıkar ve böylelikle güç faktöründen kaynaklı para cezaları önlenmiş olur.

► Nominal voltajda yaklaşık 600 Volt'luk bir artış ve voltaj sinyalinin tepeden tepeye değerlerinin (peak to peak) yüzdesinde %3.2'lere kadar düşüş gözlemlenir. Bu, güç faktöründeki artışının ve akım tepe değerindeki azalmanın bir sonucudur. Bu durum aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

1200 kVAr'lık bir reaktif güç kompanzasyonu ile gerilim düşümünü en aza indirmek mümkündür fakat 800 kVAr'lık bir kompanze işlemi de tesisteki tüm yük koşulları altında gerilimi korumak için yeterli kabul edilir.

Kaynak:

► Electrical Engineering Portal