Güç sistemleri, elektrik enerjisinin iletim yoluyla iletimi ve dağıtımı için kullanılır. Güç iletimi ve dağıtımı her zaman bir dizi voltaj seviyesinde gerçekleştirilir. Yüksek gerilim, orta gerilim ve alçak gerilim seviyelerinde, güç sistemleri bu nedenle dallardan (hatlar, trafolar) ve düğüm noktalarından (entegre koruma ve kontrol ekipmanına sahip trafo merkezlerinden) oluşur.
Güç sistemlerinin farklı tedarik görevleri ve amaçları nedeniyle kamu ve endüstriyel dağıtım sistemleri arasında bir ayrım yapılır. Endüstriyel dağıtım sistemleri, onları kamu dağıtım sistemlerinden ayıran bir takım özelliklere sahiptir. Endüstriyel güç sistemlerinin ayırt edici özellikleri şunlardır:
1| Yüksek Yoğunlukta Yük ve Şalt Sahaları
Endüstriyel tesislerde elektrik enerjisinin dağıtımı için, sistem düğümleri (TM) arasındaki mesafeler tüm voltaj seviyelerinde nispeten kısadır. Bu nedenle endüstriyel güç sistemlerinde şalt elemanlarının toplam hat uzunluğuna oranı, kamu güç sistemlerine göre daha fazladır.
Endüstriyel güç sistemleri de birim alan başına çok büyük yükler sergiler. Örneğin metal işleme sektöründeki tesislerde birim alan başına yük, sistemdeki yüklerin yapısına bağlı olarak 70 ile 600 VA/m2 arasındadır. Mekanik atölyelerde ortalama olarak 150 ile 300 VA/m2 arasında değerler beklenebilir. Birim alan başına bu yükler, aydınlatmayı (yaklaşık 20 ila 30 VA/m2) ve havalandırmayı (yaklaşık 15 ila 20 VA/m2) içerir.
Kamu dağıtım sistemleri ise genellikle sadece birim alan başına 2 ile 20 VA/m2 arasında bir yük sergiler. Yüklerin ve anahtarlama donanımının yoğunluğundaki açık fark nedeniyle, kamu güç kaynakları için tercih edilen ağ yapıları normalde endüstriyel kaynaklar için uygun değildir.
2| Yüksek Kısa Devre Gücü
Büyük motorların ve motor gruplarının çalıştırılabilmesini ve yeniden çalıştırılabilmesini sağlamak için yüksek kısa devre güçleri gereklidir. Endüstriyel güç sistemleri bu nedenle yeterince düşük sistem empedansı sergilemelidir.
Bununla birlikte, düşük sistem empedansı, yüksek düzeyde kısa devre akımları ve buna bağlı olarak ekipman üzerindeki yüksek dinamik ve termal stres ile ilişkilidir. Hesaplamalar, bağlı asenkron motorlarda olduğu gibi her zaman en kötü kısa devre akım stresini dikkate almalıdır. Bir kısa devre meydana geldiğinde, asenkron motorlar, ağa geri beslenen ek kısa devre akımı üretir.
Nispeten yüksek kısa devre akımı stresi nedeniyle, endüstriyel sistemlerde koruma cihazlarının hızlı açması özellikle önemlidir. Bu tür uygulamalar için YG HRC sigortaları ve diferansiyel koruma cihazları bu nedenle tercih edilir.
3| Panolar Üzerinde Yüksek Mekanik ve Elektriksel Stresler
Endüstriyel güç sistemlerinde, şalt donanımından özellikle yüksek taleplerde bulunan uygulamalar vardır. Örneğin, reaktif güç kompanzasyonu için ve ark ocaklarının çalıştırılması için kullanılan şalt donanımı, daha büyük mekanik streslere maruz kalır.
Reaktif güç kompanzasyonunda, kapasitörlerin veya şönt reaktörlerin genellikle günde birkaç kez bağlanması ve bağlantısının kesilmesi gerekir. Ark ocağı işletiminde, çalışma çevrimlerinin sayısı günde 100'e bile ulaşabilmektedir. Fırın trafolarının yüksek akım elektrotlarının bağlanması ve bağlantısının kesilmesi de son derece yüksek elektriksel streslere neden olabilir.
Fırın trafoları, bağlantı sırasında tehlikeli rezonans fenomenlerinin eşlik ettiği yüksek frekanslı geçici etkinliğe neden olabilen dinamik yüklerdir. Bağlantının kesilmesi durumunda ise, akım kesme ve çoklu yeniden ateşleme nedeniyle yüksek geçici aşırı gerilimlerin olması mümkündür. Aşırı yüksek geçici aşırı gerilimler genellikle ekipman yalıtımının dielektrik aşırı yüklenmesine neden olur.
Endüstriyel sistemlerdeki tüm anahtarlama görevlerinin güvenilir bir şekilde yerine getirilmesini sağlamak için, anahtarlama cihazlarının seçimine özel dikkat gösterilmelidir (örneğin, gerekli sayıda çalışma çevrimi, büyük kısa devre akımlarının ve küçük endüktif ve kapasitif akımların güvenilir anahtarlaması) ve izin verilmeyen aşırı gerilimlere karşı gerekli koruyucu önlemler (örneğin, güç sistemi için koordine edilen parafudrlar ve/veya RC ve CR koruma devreleri)
4| Trafo Merkezleri Arasında Nispeten Kısa Mesafelere Sahip Saf Kablo Ağları
Endüstriyel güç sistemleri, trafo merkezleri arasında nispeten kısa mesafelere sahip saf kablo ağlarıdır. Trafo merkezleri arasındaki kablo bağlantıları, kamu dağıtım sistemlerinden daha kısa olduğu için, mesafe koruma cihazları kullanan koruma konseptleri genellikle daha düşük önceliğe sahiptir.
Öte yandan, zaman aşırı akım koruma cihazlarıyla koruma konseptlerinde seçicilik sorunları da ortaya çıkabilir. Bu tür sorunların nedeni, sistemin anahtarlama durumuna bağlı arıza akımlarının dağılımı veya koruyucu cihazların seçici derecelendirmesi için kısa bir toplam temizleme süresinin ayarlanması olabilir. Mesafe ve zaman aşırı akım cihazlarının kullanımındaki olası kısıtlamalar nedeniyle, endüstriyel kablo ağlarında ana koruma olarak diferansiyel koruma cihazları tercih edilir.
5| Alçak Gerilim Sisteminin Besleme Güvenilirliği için Kâti Gereksinimler
Endüstriyel alçak gerilim güç sistemlerinin besleme güvenilirliği gereksinimleri, genel alçak gerilim sistemlere göre çok daha katıdır. Kamusal alçak gerilim sistemlerinde (ikincil dağıtım sistemleri), normal çalışma sırasında tedarik görevini yerine getirmeye odaklanılır.
(n–1) ilkesi uygulanmaz veya yalnızca sınırlı ölçüde uygulanır. Endüstriyel AG sistemlerinde ise (n–1) ilkesinin uygulanması, üretim süreçlerine güvenilir bir güç kaynağı için mutlak bir koşuldur.
6| Dinamik Yüklerin Neden Olduğu Sistemde Ciddi Bozulmalar
Endüstriyel sistemlerde, reaktif güç üreten veya akımın sinüzoidal şeklini değiştiren birçok yük vardır. Büyük asenkron motorların, direnç kaynak ekipmanlarının ve dönüştürücü beslemeli sürücülerin çalışması, voltaj dalgalanmaları, voltaj düşüşleri, voltaj dengesizliği ve harmonik voltaj bozulmaları şeklinde ciddi sistem bozulmalarına neden olabilir. Periyodik darbe yükleri durumunda, titreme de üretilir.
Tüm sistem bozulmaları, buna neden olan yük, diğer yükler ve bireysel ekipman öğeleri üzerindeki etkilerin izin verilen değerlerde tutulabilmesi için sınırlandırılmalıdır. Bu nedenle endüstriyel tesislerin yeterli tasarım ve boyutlandırılması sistemler ayrıca izin verilmeyen sistem bozulmalarını önlemek için önlemler içermelidir.
Bu tür önlemler, örneğin, büyük yüksek voltajlı motorlar için başlatma yöntemlerini, aktif ve pasif ayarlı filtre devrelerini, kapalı döngü kontrollü reaktif güç kompanzasyon ekipmanını ve dinamik voltaj düzeltici (DVR) sistemlerini içerir.
7| Tesis İçi Üretim Sistemlerinin Varlığı
Endüstriyel tesisler tesis içi üretim sistemleri içeriyorsa, endüstriyel tesis içi üretim ağının kamu şebekesi ile istikrarlı şekilde birbirine bağlı çalışması için teknik kısıtlamalar tanımlanmalıdır. Harici güç sistemindeki kısa devre tipi arızalar veya güç akışının izin verilmeyen tersine çevrilmesi nedeniyle istikrarsızlık varsa, tesis içi üretim ağı kararlı ada işletimine alınmalıdır. Adalama, ağ bölme için bir açma cihazı kullanılarak gerçekleştirilir. Açma kriterleri, frekans düşüşü, voltaj düşüşleri ve güç akışının ve akımın yönüdür.
Adanın kararlı çalışmasını sağlamak için genellikle ek bir otomatik yük atma sistemi gereklidir. Frekansın düşmesi durumunda, ana prosesler için gereken güç talebini kalan tek tesis içi üretime uyarlamak için yükler atılır. Genel şebekedeki arıza giderildikten ve tesis içi üretim şebekesi ile otomatik senkronizasyon yapıldıktan sonra iki şebeke senkronize edilir ve tekrar birbirine bağlanır.
8| Elektrikli Ekipmanların ve Tesisatların Saatlerce Kullanılması
Sermaye ağırlıklı üretim tesislerinin optimum kullanımı ve ekonomik olarak uygulanabilir üretim gerekliliği, elektrikli ekipman ve tesisatların çok uzun saatler kullanımına neden olmaktadır. Bazı sanayi dallarında 8.000 saat/yıl'a varan kullanım sürelerine ulaşılmaktadır.
Yıllık kullanım saatlerinin çok olması nedeniyle özellikle enerji verimli ve düşük kayıplı güç kaynakları hedeflenmelidir.
9| Güç İletimi, Dağıtımı ve Proses Kontrolünün Yakın Bağlantısı
Endüstride, bir elektrik güç sisteminin iki temel işlevi olan elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımı, spesifik üretim süreci ile yakından ilişkilidir. Sürece yakın fonksiyonların ilişkilendirilmesi için koruma, kontrol ve otomasyon sistemleri arasında entegre bir bilgi akışı gereklidir. Bu gereklilik genellikle sadece güç dağıtımı ve proses kontrolü için çok işlevli endüstriyel kontrol sistemleri tarafından karşılanır.
Yukarıda açıklanan özel hususlar, kamu ve endüstriyel dağıtım ağları arasındaki temel farklılıkların altını çizmektedir. Bunlar, endüstriyel güç sistemlerinin tasarımı ve boyutlandırılması için farklı planlamaların yapılmasını gerekli kılmaktadır.