Reaktif Güç Kompanzasyonu
Bu makale, 25 kV, 50 Hz katener sistemlerindeki reaktif güç kompanzasyonunu inceler. Özellikle, sistemin güç kalitesini ve verimliliğini artırmak amacıyla kapasitif reaktansın sisteme entegrasyonu üzerine odaklanır. Teorik çerçevede, sistemin dinamik davranışını modellemek için kullanılan eşdeğer devreler ve diferansiyel denklemler detaylı bir şekilde sunulur. Bu modelleme sayesinde, farklı kompanzasyon stratejilerinin sistem üzerindeki etkileri simülasyon ortamında analiz edilir.
Pratik uygulamalara yönelik olarak, kapasitör banklarının boyutlandırılması, anahtarlama kontrolünün tasarımı ve sistemin korunması gibi konulara değinilir. Ayrıca, farklı kompanzasyon topolojileri (şönt, seri, hibrit) ve kontrol algoritmaları (sabit, gerilim bağımlı, akım bağımlı) karşılaştırılarak avantaj ve dezavantajları tartışılır. Son olarak, gerçek bir katener sisteminde elde edilen deneysel sonuçlar ile simülasyon sonuçları karşılaştırmalı olarak sunularak modelin doğrulanması sağlanır.
25kV, 50Hz Katener Hattı Reaktif Güç Kompanzasyonu:
Günümüzde reaktif güç kompanzasyonu, elektrik enerji sistemlerinin verimliliğini ve güvenilirliğini artırmak için kritik bir rol oynamaktadır. Geleneksel olarak reaktif güç maliyetlerini azaltmak amacıyla kullanılan kompanzasyon sistemleri, günümüzde güç kalitesi iyileştirme hedefiyle daha karmaşık ve entegre çözümlere evrilmiştir. Reaktif güç kompanzasyonu ile;
Harmoniklerin Filtrelenmesi: Güç elektroniği cihazlarının yaygınlaşmasıyla birlikte güç sistemlerindeki harmonik içeriği artmıştır. Reaktif güç kompanzasyon sistemleri, aktif ve pasif filtreler aracılığıyla bu harmonikleri etkili bir şekilde filtreleyerek gerilim bozulmalarını azaltır ve güç elektroniği cihazlarının ömrünü uzatır.
Voltaj Düzeylerinin Dengelenmesi: Yüklerin değişken doğası ve uzun iletim hatlarındaki gerilim düşümleri, sistemde voltaj dalgalanmalarına neden olur. Kompanzasyon sistemleri, hızlı tepki veren kontrol algoritmaları sayesinde voltaj seviyelerini istenen sınırlar içinde tutarak, ekipman ömrünü uzatır ve sistemin güvenilirliğini artırır.
Güç Faktörünün Düzeltmesi: Düşük güç faktörü, sistemde akım artışlarına ve dolayısıyla daha fazla enerji kaybına yol açar. Kompanzasyon sistemleri, güç faktörünü birliğe yaklaştırarak, iletim ve dağıtım hatlarındaki kayıpları azaltır ve sistem verimliliğini artırır.
Gerilim ve Akım Dengesizliklerinin Giderilmesi: Asenkron motorlar gibi yüklerin yarattığı dengesizlikler, sistemde ek kayıplara ve ekipman hasarına neden olabilir. Kompanzasyon sistemleri, faz dengeleyici özelliği sayesinde bu dengesizlikleri gidererek sistemin ömrünü uzatır.
Güç Sisteminin Dinamik Stabilitesinin Artırılması: Büyük güç sistemlerinde meydana gelen kısa devreler gibi ani olaylar, sistemin stabilitesini tehdit edebilir. Kompanzasyon sistemleri, hızlı tepki veren kontrol algoritmaları sayesinde sistemin dinamik stabilitesini artırarak, büyük çaplı kesintilerin önüne geçer.
Bu sayede, reaktif güç kompanzasyonu sadece maliyet tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda güç sisteminin genel performansını artırarak, daha güvenilir ve sürdürülebilir bir enerji sistemi oluşturulmasına katkı sağlar.
Güç şebekesindeki reaktif gücü kompanze (telafi) ederek; istenmeyen akımların harmoniklerini filtreleyerek, voltaj açısından daha yüksek elektrik gücü kalitesi sağlanır ve bu sayede voltaj ve güç kayıpları azaltılır.
Yük dengelemesinin (kompanzasyonunun) amacı, sistemin güç faktörünü artırmak (1'e yaklaştırmak), sistemden çekilen gerçek gücü desteklemek, voltajı düzenlemek ve akım harmoniklerini ortadan kaldırmaktır. Reaktif güç kompanzasyonu, tüketilen elektrik enerjisini azaltmanın ve güç kalitesini artırmanın en etkili yollarından biridir.
Reaktif güç kompanzasyonunun bir endüstriyel güç şebekesinin teknik ve ekonomik endekslerini nasıl iyileştirebileceğinin örnekleri aşağıdaki gibidir:
Maliyeti düşürür ve müşteri için daha yüksek gelir sağlar,
Şebeke kayıplarını azaltır,
Aşırı reaktif güç tüketimi için kamu hizmetlerinden kaynaklanan cezai ödemelerden korur,
Sistem kapasitesini artırır ve yeni kurulumlarda maliyet tasarrufu sağlar,
Sistem güç faktörünü iyileştirir,
Güç kullanılabilirliğini artırır ve,
Şebekedeki voltaj regülasyonunu iyileştirir.
Günümüzdeki, statik VAR kompansatörleri (SVC'ler) ve statik senkron kompansatörler (STATCOM'lar), endüstriyel şebekedeki dinamik reaktif güç seviyesini kontrol etmek için en kullanışlı cihazlardır.
Bu makalede, 25 kV AC katener hattında A, B fazlarının kolları ve dönüş akımı hattında bulunan seri kompanzasyon cihazları SCB (kapasitör bankları) aracılığıyla dinamik reaktif güç kompanzasyonunun potansiyel kullanımını gösteren bazı yöntemler sunulmaktadır (bkz. aşağıdaki şekile)
Katener Hattı Reaktif Güç Seri Kompanzasyonu Temel Şeması:
Alternatif akım 25 kV AC katener hattının besleme sistemini analiz ettikten sonra, kaynak dokümanın yazarı, A, B fazlarının kollarında ve dönüş akımı hattında SCB (seri kapasitör bankları) sistemini ve dinamik reaktif güç değeri otomatik kontrol yöntemlerini bulmayı önermektedir.
Kapasitörler Kullanarak Reaktif Güç Kompanzasyonu
Yük dengelemesi (kompanzasyonu), elektrik enerji sistemlerindeki reaktif gücü aktif güce oranlayan güç faktörünü iyileştirmek amacıyla yapılan bir işlemdir. Bu işlem, sistemin genel performansını artırmak için çeşitli faydalar sağlar
Reaktif güç kompanzasyonu, özellikle endüstriyel tesislerde, yüksek güç faktörüne sahip yüklerin (örneğin, senkron motorlar) kullanıldığı durumlarda ve güç elektroniği cihazlarının yoğun olduğu sistemlerde büyük önem taşır. Kompanzasyon sistemleri, kapasitör bankaları, tiristorlu kontrollü reaktörler (TCR), statik VAR kompanzatörleri (SVC) gibi farklı bileşenler kullanılarak oluşturulabilir.
Kapasitif Kompanzasyon
Yüklerin elektriksel özelliklerine (endüktif veya kapasitif) ve sistemin gereksinimlerine göre, şönt veya seri kapasitif kompanzasyon yöntemlerinden biri tercih edilir. Bu seçim, yüklerin sisteme bağlanma şekli (seri veya paralel) ve kompanzasyonun amaçlandığı nokta ile yakından ilişkilidir.
Şönt Kapasitif Kompanzasyon:
Uygulama Alanları: Genellikle endüstriyel tesislerde, büyük güç faktörüne sahip endüktif yüklerin (örneğin, asenkron motorlar) olduğu durumlarda kullanılır. Yüklerle paralel olarak bağlanan kapasitör bankaları, sistemin güç faktörünü iyileştirerek, gerilim düşümlerini azaltır ve sistem stabilitesini artırır.
Avantajları: Basit yapı, düşük maliyet, hızlı yanıt süresi.
Dezavantajları: Kısa devre akımları, rezonans riski, harmoniklerin etkisi.
Seri Kapasitif Kompanzasyon:
Uygulama Alanları: Uzun iletim hatlarında gerilim düşümlerini telafi etmek ve sistemin taşıma kapasitesini artırmak için kullanılır. Yüklerle seri olarak bağlanan kapasitörler, hattın reaktansını azaltarak gerilim düşümünü azaltır.
Avantajları: Yüksek gerilim hatlarında etkili, sistemin taşıma kapasitesini artırır.
Dezavantajları: Karmaşık kontrol sistemi, yüksek maliyet, rezonans riski.
Tipik bir endüstriyel güç sistemi için reaktif güç kompanzasyon şeması (Şekil a):
Şekil a: Burada tipik bir endüstriyel güç sistemi için şönt kapasitif kompanzasyon şeması yer almalıdır. Şema, yükleri, kapasitör bankalarını, ana beslemeyi ve gerekli koruma cihazlarını göstermelidir.]
Şekildeki şema, tipik bir şönt kompanzasyon uygulamasını göstermektedir. Kapasitör bankaları, yüklerle paralel olarak bağlanarak sistemin güç faktörünü iyileştirir. Koruma cihazları ise, sistemdeki olası kısa devreler ve aşırı akımlara karşı koruma sağlar.
Kompanzasyon sistemlerinin tasarımı, sistemin yük profili, gerilim seviyesi, harmonik içeriği gibi birçok faktöre bağlı olarak yapılır. Bu nedenle, her sistem için özel bir çözüm üretmek gerekir.
Ek olarak, modern kompanzasyon sistemleri, güç elektroniği cihazları (tiristor, IGBT) kullanılarak daha esnek ve etkin hale getirilmiştir. Bu sayede, sistemin değişen yük koşullarına daha hızlı ve hassas bir şekilde cevap verilmesi mümkün olmuştur.
25 kV için önerilen reaktif güç kompanzasyon şeması, 50 Hz çekiş sistemi (üstteki şekilde görülmektedir) reaktif güç kapasitör banklarını bağlama örnekleri, (kompanzasyondan önce) cosφ1 = 0.85 ve (kompanzasyondan sonra) cosφ2 = 0.97 olduğu aşağıdaki (c) gösterilmektedir.
Katener Reaktif Güç Kompanzasyon Şemaları:
(a) Reaktif güç kapasitör bankalarını bağlama örnekleri ve (kompanzasyondan önce) cosφ1 = 0.85, ve (kompanzasyondan sonrası) cosφ2 = 0.97
(b) M: asenkron motorlar; P: aktif trafo merkezi gücü; S1: güç faktörü cosφ1 = 0.85 olduğunda görünür güç; Q1: güç faktörü cosφ1 = 0.85 olduğunda şebekedeki reaktif güç; S2: güç faktörü cosφ2 = 0.97 olduğunda görünür güç.
ABB şirketi tarafından sağlanan kapasitör bankının olası yerleri yukarıdaki şekilde (a) verilmiştir. Konum, öncelikle kompanzasyona göre belirlenir:
A: Doğrudan Kompanzayon
B: Grup Kompanzasyonu
C: Alçak Gerilim (LV) tarafında Merkezi Kompanzasyon
D: Yüksek Gerilim (HV) tarafında Merkezi Kompanzasyon
Düşük maliyetle çalışan ve trafonun tam yükte dolu olduğu bir tesisatın güç üçgeni. Güç faktörü düzeltmesinin uygulandığı aynı tesisatın güç üçgeni, ek yükler için trafo üzerindeki yükü düşürür / serbest bırakır.
Sonuç olarak, yük dengelemesi (kompanzasyon), elektrik enerji sistemlerinin verimliliğini, güvenilirliğini ve kalitesini artırmak için kullanılan önemli bir tekniktir. Günümüzde, gelişen teknolojiler sayesinde kompanzasyon sistemleri daha akıllı ve entegre hale gelerek, enerji sistemlerinin daha sürdürülebilir olmasına katkı sağlar.
Kaynak Doküman: | Reactive power compensation in the 25kV, 50Hz contact network by Lionginas LIUDVINAVIČIUS at Vilnius Gediminas Technical University, Department of Railway Transport; J. Basanavičius str. 28, LT-03224 Vilnius, Lithuania |
Format: | |
Boyut: | 985 kB |
Sayfa | 10 |
İndirme linki: |
Comentarios