Reaktif güç ve kompanzasyon üzerine temel bilgiler
Elektrik tesislerinde sık karşılaşılan kavramları, kısa ve anlaşılır konu başlıkları altında topladık.
1
Reaktif güç nedir?
Elektrik şebekesinden çektiğimiz akımın bir kısmı işe dönüşür (ısı, ışık, hareket), bir kısmı ise motor, trafo ve balast gibi yüklerin manyetik alanını oluşturmak için kullanılır. İşe dönüşen kısma aktif güç (kW), manyetik alan için gidip gelen kısma reaktif güç (kVAr) denir.
Reaktif güç iş yapmaz, ancak kablolardan ve trafodan akım geçirmeye devam eder. Toplam akıma her ikisi birlikte etki eder; bu toplama görünür güç (kVA) denir.
S² = P² + Q²
P aktif güç (kW)
Q reaktif güç (kVAr)
S görünür güç (kVA)
2
Güç katsayısı (cos φ) nedir?
Güç katsayısı, çekilen görünür gücün ne kadarının gerçekten aktif güce dönüştüğünü gösteren orandır. 1'e ne kadar yakınsa tesis şebekeyi o kadar verimli kullanıyor demektir.
cos φ = P / S
Güç katsayısı düşük olduğunda aynı aktif gücü çekmek için daha yüksek akım gerekir. Bu durum şu sonuçlara yol açar:
Kablo ve trafolar gereğinden fazla yüklenir.
Hatlarda kayıplar ve gerilim düşümü artar.
Tesis, kapasitesinin bir bölümünü boşuna reaktif akıma ayırmış olur.
Dağıtım şirketinin belirlediği sınırlar aşılırsa reaktif enerji bedeli faturaya yansır.
3
Endüktif ve kapasitif yük
Yükler şebekeye iki farklı şekilde reaktif güç yansıtır:
Endüktif yükler: Asenkron motorlar, trafolar, kaynak makineleri, flüoresan balastları. Şebekeden endüktif reaktif güç çekerler. Sanayide yaygın olan budur.
Kapasitif yükler: Kondansatörler ve bazı elektronik cihazlar. Şebekeye kapasitif reaktif güç verirler.
Kompanzasyonun amacı endüktif reaktif gücü kondansatörlerle yerinde karşılamaktır. Ancak yük azaldığında kondansatörler devrede kalırsa tesis kapasitif bölgeye geçebilir. Kapasitif tarafa geçmek de sınırlara tabidir, bu yüzden devreye giren kondansatör miktarı yüke göre ayarlanmalıdır.
Endüktif yük sürücüler, şönt reaktörleri istenilen değerde devreye alarak kapasitif yükten korunmaya yardımcı olur.
4
Reaktif ceza sınırları
Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK) mevzuatına göre, çekilen aktif enerjiye oranla belirli bir reaktif enerji miktarı serbesttir. Bu oranlar aşılırsa aşan kısım için bedel uygulanır. Endüktif ve kapasitif için ayrı ayrı izlenir.
Tesis
Endüktif sınır
Kapasitif sınır
Bağlantı gücü 50 kVA altı
%33
%20
Bağlantı gücü 50 kVA ve üzeri
%20
%15
Bu oranlar yaklaşık güç katsayısı değerlerine şöyle karşılık gelir:
Reaktif / Aktif oranı
Yaklaşık cos φ
%33
0,95
%20
0,98
%15
0,99
Oranlar ve uygulama koşulları mevzuat değişikliğiyle güncellenebilir. Güncel değerler için EPDK yönetmeliğine ve elektrik faturanıza bakınız.
5
Kompanzasyon sistemi nelerden oluşur?
Bir otomatik kompanzasyon panosunda temel olarak şu parçalar birlikte çalışır:
Akım trafosu: Tesisin çektiği akımı röleye iletir.
Reaktif güç kontrol rölesi: Akım ve gerilimden güç katsayısını hesaplar, hedef değere ulaşmak için hangi kademenin devreye girip çıkacağına karar verir.
Anahtarlama elemanları: Kontaktör veya tristörlü modüller, kademeleri devreye alıp çıkarır.
Kondansatörler: Reaktif gücü karşılar.
Şönt reaktörler: Gerektiğinde kapasitif fazlalığı dengelemek için kullanılır.
Koruma elemanları: Sigorta, şalter ve ihbar donanımı.
Röle, yükteki değişimi sürekli izler ve kademeleri kademeli olarak ekleyip çıkarır. Böylece güç katsayısı hedef değerin çevresinde tutulur.
6
Kontaktör ve tristörlü anahtarlama
Kondansatör kademelerini devreye almak için iki yöntem kullanılır:
Kontaktörlü
Tristörlü
Anahtarlama
Mekanik kontak
Yarı iletken, mekanik kontak yok
Hız
Daha yavaş, kondansatörün boşalması beklenir
Çok hızlı tepki verir
Uygun yük
Yavaş değişen yükler
Hızlı değişen yükler (kaynak, pres, asansör vb.)
Aşınma
Kontaklar zamanla aşınır
Mekanik aşınma yoktur
Yük çok hızlı değişiyorsa kontaktörlü sistem geri kalır. Bu durumda reaktif güç gerekli anda karşılanamayabilir. Tristörlü anahtarlama bu tür yüklerde tercih edilir.
7
Harmonikler
Sürücüler, redresörler, UPS'ler ve LED aydınlatma gibi doğrusal olmayan yükler akım dalgasını bozar. Temel frekansın (50 Hz) katlarında oluşan bu bileşenlere harmonik denir.
Harmonik bulunan şebekede kondansatörler rezonansa girerek aşırı akım çekebilir, ısınabilir ve ömürleri kısalabilir. Bu nedenle harmoniğin yüksek olduğu tesislerde:
Önce harmonik düzeyi ölçülmeli,
Gerekirse kondansatörlerle seri detune reaktör (filtreli kompanzasyon) kullanılmalı,
Kondansatör gerilim değeri, şebeke gerilimine ve harmonik düzeyine uygun seçilmelidir.
Harmonik düzeyi, enerji analizörü ile ölçülerek belirlenebilir.
8
Enerji analizörü ne ölçer?
Enerji analizörü, bir tesisin elektriksel durumunu tek cihazda izlemeyi sağlar. Genellikle şu büyüklükler ölçülür:
Faz gerilimleri ve akımları
Aktif, reaktif ve görünür güç
Güç katsayısı (cos φ) ve frekans
Aktif ve reaktif enerji tüketimi
Harmonik bileşenler
Bu değerler kompanzasyon sisteminin doğru çalışıp çalışmadığını, ceza sınırlarının aşılıp aşılmadığını ve yükün gün içinde nasıl değiştiğini anlamaya yardımcı olur.