kompanzasyon makalesi Profesyonel Çözüm Ortağınız..
AYDINLATMA SİSTEMLERİNDE REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU
1, 2 Anadolu Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği
ÖZET
Elektrik enerjisi tüketimi dünyada ve dolayısıyla da Türkiye’de her geçen gün hızla artmaktadır. Dünyada ve özellikle ülkemizde son yıllarda önemli bir enerji açığı göze çarpmaktadır. Güç faktörünün düşük seviyelerde olması üretilen enerjinin verimli kullanılmaması sonucunu doğurmaktadır. Bu nedenle elektrik tesislerine kompanzasyon yapılarak güç faktörü iyileştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada, kompanzasyonun gerekliliği, şebekeye ve tüketiciye sağlayacağı faydalar anlatılmış ve aydınlatma sistemlerinde, özellikle deşarj lambalarında reaktif güç kompanzasyonunun yapılması ve bunun getireceği faydalar üzerinde durulmuştur.
1.GİRİŞ
Elektrik enerjisi, günümüzde yalnız alternatif akım enerjisi olarak üretilir ve dağıtılır. Tüketicilerin şebekeden çektikleri alternatif akım, biri aktif diğeri de reaktif akım olmak üzere iki bileşenden oluşur. Alternatif akımın meydana getirdiği aktif güç tüketici tarafından faydalı hale getirilir fakat reaktif akımın meydana getirdiği reaktif güç ise faydalı güce çevrilmez. Her ne kadar reaktif güç aktif güce çevrilemezse de bundan tamamen de vazgeçilemez. Elektrodinamik prensibine göre çalışan generatör, transformatör, bobin ve motor gibi bütün işletme araçlarının normal çalışmaları için gerekli olan manyetik alan, reaktif akım tarafından meydana getirilir.
Reaktif gücün şebekelerde ve tesislerde oluşan istenmeyen etkilerini önlemek amacıyla kompanzasyon’a başvurulur. Elektrik tesislerinin ve yükün ihtiyacı olan reaktif gücün belirli teknikler kullanılarak karşılanması ‘Reaktif Güç Kompanzasyonu’ olarak adlandırılır. İdeal bir alternatif akım şebekesinde, şebekenin her noktasında gerilim ve frekans sabit ve harmoniksiz olmalıdır. Ayrıca güç faktörü de bir veya bire yakın olmalıdır. Bir alternatif akım şebekesinin kalitesi şunlara bağlıdır:
- Gerilim ve frekansın sabitliği
- Güç faktörünün bire yakınlığı
- Faz, gerilim ve akımların dengeli olması
- Sürekli enerji verebilmesi
- Harmonik miktarının belirli sınırlar içinde kalması
Bu kaliteyi sağlayabilmek içinde reaktif güç kompanzasyon cihazlarının kullanılması gerekir.
Endüstride kompanzasyonu gerektiren en önemli yükler şunlardır; düşük uyarmalı senkron makineler, transformatörler, bobinler, havai hatlar, senkron motorlar, redresörler, endüksiyon fırınları, elektrik ark ocakları, kaynak makineleri, endüksiyon kaynak makineleri, lamba balastları, haddehaneler, haddehanelerin elektrik tesisatı, asenkron motorlar, v.b.
Aydınlatmada kullanılan lambaların yardımcı aygıtları yüzünden, şebekeden çekilen endüktif nitelikte reaktif gücün bir çok sakıncaları vardır. Bunların en önemlileri şunlardır: Üretim, iletim ve dağıtım sistemlerindeki öğelerin gereksiz yere yüklenmesi ve bu suretle besleme kapasitelerinin azalmasıdır. Gereksiz olarak çekilen fazla akımın enerji kayıplarına neden olmasıdır.
Bu sakıncalar, aydınlatmada, endüktif gücün, kondansatörler sayesinde çekilen kapasitif güçle kompanse edilmesi, yani giderilmesi ile ortadan kaldırılabilir.
2. GÜÇ FAKTÖRÜ
Bir tüketicinin şebekeden çektiği güçler aşağıda verilmiştir:
Görünür güç S=U.I (1)
Aktifgüç P=U.I.Cosj (2)
Reaktif güç Q=U.I.Sinj (3)
Bir tüketicinin şebekeden çektiği akımlar aşağıda verilmiştir:
Aktif akım Ia=I.Cosj (4)
Reaktif akım Ir=I.Sinj (5)
Görünür akım 
(6)
Yukarıda da görüldüğü gibi aktif güç, görünür gücün Cosj ile çarpımıdır. Bu sebeple Cosj’ye aktif güç katsayısı veya kısaca güç katsayısı adı verilmektedir.[2]
Şekil 1. Güç üçgeni
Bir şebekeyi en iyi şartlarda kullanmak için reaktif enerjinin tüketildiği yerde üretilmesi gerekmektedir. Bu da düşük olan Cosφ değerini yaklaşık 0.95 ile 1 değeri arasındaki bir değere çıkarmak demektir. Güç katsayısı, elektrik işletmeleri tarafından belirlenmiş olan minimum 0.95 üzerinde tutulmak zorundadır. Aksi halde kuruluşlar çektikleri reaktif güç içinde ücret ödemek zorunda kalırlar. Bu durumda da güç katsayısı mutlaka iyileştirilmelidir.
3.REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONUNUN FAYDALARI
Düşük güç faktörü, tesiste aşağıdaki sorunlara neden olur:
- Üretici yönünden getirdiği sorunlar; kurulacak bir tesiste generatör ve transformatörlerin daha büyük güçte seçilmelerine neden olur, kumanda kontrol ve koruma cihazlarının daha büyük ve hassas olmalarına sebep olur. Kurulu bir tesiste de; üretim iletim ve dağıtımda kapasite ve verim düşer, iletkenlerde gerilim düşümü ve enerji kayıpları artar, gerilim regülasyonu ve işletmecilik zorlaşır.
- Tüketici yönünden getirdiği sorunlarsa; kurulacak bir tesiste, abone transformatörünün kumanda koruma ve kontrol donanımının daha büyük olmasına ve tesisat iletkenlerinin daha kalın kesitli seçilmesine neden olur. Kurulu bir tesiste de getireceği sorunlarsa; abone transformatörünün ve tesisatının kapasite ve verimi düşer, şebekeden daha çok reaktif enerji (kVAR/h) çekilir.
Sonuç olarak da görülen hizmet ve üretilen ürünün maliyeti artar. Tüm bunların yanında gereksiz yatırımlar yapılması ile milli ekonomiye zarar verilmiş olur.
Birim enerji (kWh) başına reaktif enerjinin dolayısıyla kayıpların az olması için; elektrik motorlarının güç faktörleri yüksek olanları seçilmelidir, elektrik motorları gereğinden büyük güçte seçilmemeli ve yüksüz çalıştırılmamalıdır,. Aydınlatma lambalarında ışık verimi yüksek olan (Flüoresan lamba gibi) seçilmeli ve kompanze edilmelidir. Sanayi tesislerinde reaktif enerji kompanzasyonu yapılmalıdır
Güç faktörünün düzeltilmesinin şebekeye faydaları; enerji nakil hatlarında hat sonunda çekilen aktif güç sabit kalır ve gerilim düşümü azalır Tüketiciye faydaları ise; gereksiz yatırım yapılmamış olur, kayıplar azalır, gerilim düşümü azalır, alıcılar istenilen verimde çalışır, alıcılar için gerekli iletken kesitleri daha düşük tutulur ve en önemlisi de reaktif enerji bedeli ödenmez.
4. GÜÇ FAKTÖRÜNÜN DÜZELTİLMESİ
Hem elektrik hem de kompanzasyon projeleri yapılırken sistemin toplam gücünün belirlenmesi gerekir ve bu güce Kurulu Güç denir. Fakat sisteme bağlı olan bütün tüketiciler aynı anda çalışmazlar. Aynı anda çalışması muhtemel olan tüketicilerin sistemden çekeceği güce ise Talep Gücü denir. Talep edilen gücün kurulu güce oranı ise Eşzamanlılık (talep) faktörünü verir. Yani eş zamanlılık faktörü gücün yüzde kaçının aynı anda sistemden çekilebileceğini gösterir.
(7)
Elektrik ve dolayısıyla kompanzasyon projeleri eşzamanlılık faktörü göz önüne alınarak yapılır. Hesaplar yapılırken, eş zamanlılık faktörü yardımıyla bulunan Talep gücü dikkate alınır. Eğer kurulu güç dikkate alınsaydı, kullanacağımız iletkenlerin çapları ve malzemelerin kapasiteleri artacak , benzer şekilde transformatörün boyutu de artacak dolayısıyla maliyet artacaktır.
Tesisin reaktif güç ihtiyacı karşılanırken aynı zamanda güç trafosunun da reaktif güç ihtiyacı karşılanmalıdır.
Harmoniklerin bulunmadığı ve şebekeden P aktif gücün çekildiği bir işletmede, güç faktörünün Cosφ1’den Cosφ2’ye yükseltilmesi için gerekli kondansatör gücü iki prensibe göre hesaplanır. Şebekeden görünür güç (S) sabit tutularak kompanzasyondan sonraki P2 aktif gücünün daha büyük bir değer alması sağlanır. (Şekil 2), yada P aktif gücü sabit tutularak, çekilen görünür güç S2 gibi daha küçük bir değere indirgenir. (Şekil 3). [4]
İlk yönteme göre;
Şekil 2. S görünür gücün sabit olması durumunda fazör diyagramı.
Bu durumda kompanzasyondan önce şebekeden çekilen aktif ve reaktif güç ifadeleri;
P1 =S1 Cosφ1 (8)
Q1=S1 Sinφ1 =P1Tanφ1 (9)
kompanzasyondan sonra S1 görünür gücü sabit tutulacağından aktif güç;
P2=S1Cosφ2 değerini alacaktır. Bu durumda kompanzasyondan sonraki reaktif güç
(10)
olur. Gerekli kondansatör gücü de;
Qc= S1 (Sinφ1-Sinφ2) (11)
Bu durumda aktif güçteki artma ise;
P2-P1= S1 (Cosφ2-Cosφ1) (12)
kadar olacaktır.
Diğer yöntem ise aktif gücün sabit olmasıdır.
Şekil 3. P aktif gücünün sabit olması durumunda fazör diyagramı.
Şebekeden çekilen aktif ve reaktif güç ifadeleri, kompanzasyondan önce;
P1 =S1 Cosφ1 (13)
Q1=S1 Sinφ1 =P1Tan φ1 (14)
kompanzasyondan sonra;
P =S2 Cosφ2 (15)
Q2=S2 Sinφ =P Tan φ2 (16)
formülleri ile hesaplanabilir. Bu durumda gerekli kondansatör gücü
Qc= Q2-Q1= P (Tanφ1-Tanφ2) (17)
ifadesi yazılır. Görünür güçteki azalma ise şöyle ifade edilebilir.
(18)
Birinci yöntemle düzeltme yapılacak olursa, yükün şebekeden çekeceği görünür güç azalacaktır. İkinci yöntemde ise, yükün şebekeden çektiği aktif güç artacaktır. Ancak her iki yolla yapılan güç katsayısını düzeltme işleminde daima yükün reaktif gücü azalacak ve faz açısı küçülecektir. [5]
Gerekli kompanzasyon gücü aktif ve reaktif değerler biliniyorsa
(19)
formülü yardımıyla hesaplanır. Burada;
Aq= Reaktif Enerji (VARh)
Ap=Aktif Enerj (Wh)
t= İşletme süresi (s)