Binalarda veya küçük tesislerde uygulanan reaktif güç kompanzasyonu, koordinat sisteminin birinci ve ikinci kadranlarında çalışır. Gittikçe daha karmaşık endüstriyel tesisler, örneğin odun tozu yakan tesisler, ana kaynağa paralel çalışan buhar motorları tarafından tahrik edilen jeneratörler kullanmaktadır.
Bu teknik makale, istenen güç faktörü veya şarj edilecek reaktif enerji ile ilgili teknik ve ekonomik yönleri açıklamaktadır. Jeneratörler dağıtım şirketine aktif enerjiyi geri besliyorsa, dört kadranlı çalışmadan söz edilir.
Tarife durumu, ücretlendirilecek reaktif enerji tüketimi açısından yeni boyutlara sahiptir. Ortalama güç faktörü cos φ = 0.9 gecikme gerektiren tarife, aşağıdaki paragraflarda açıklandığı gibi geçersiz olur.
Ayrıca, güç faktörü cos φ ve reaktif güç Q'nun anlamlarını tamamen farklı elektro-fiziksel büyüklükler olarak öne çıkarır. Bunları aşağıdaki gibi basit bir eşitsizlikle tanımlayabiliriz:
cos φ ≠ Q ≠ cos φ
Bu nedenle, güç faktörü reaktif güçle aynı değildir ve bunun tersi de geçerlidir.
İçindekiler:
1| Jeneratör(ler)i harekete geçirmenin karmaşıklığı
2| Dört kadran içinde reaktif gücün otomatik kontrolü
Teknik hususlar
Pazarlık konuları
Örnek
3| Sonuçlar
1| Jeneratör(ler)i harekete geçirmenin karmaşıklığı
Jeneratörü/jeneratörleri harekete geçirmek için herhangi bir plan, elektrik tedarikçisine bildirilmeli ve özel olarak müzakere edilmiş bir sözleşmeye kaydedilmelidir. Jeneratörün hangi beslemeye (birden fazla ise) bağlanması gerektiğini belirler. Ulusal veya uluslararası kuruluşlar tarafından yayınlanan şartnamelere kesinlikle uyulmalıdır.
Öncelikle ana şebekeye paralel olarak sürekli çalışan jeneratör üniteleri, hastanelerde ana şebekede herhangi bir arıza veya çökme olması durumunda devreye giren acil jeneratör ünitelerinden ayırt edilmelidir. Acil durum jeneratör üniteleri, esas olarak şebeke tekrar aktif olana kadar kısa bir süre kullanımdadır. Bu durum dört kadranlı bir işleme atıfta bulunularak hariç tutulabilir.
Jeneratör üniteleri, su veya rüzgar enerjisi, güneş pili santralleri, kojenerasyon bölgesel ısıtma santralleri veya yakıt hücreleri gibi birincil enerji kaynakları tarafından çalıştırılabilir. Elektrik enerjisi, senkron veya asenkron jeneratörler tarafından üretilebileceği gibi DC/AC dönüştürücülü DC jeneratörler tarafından da üretilebilir.
Jeneratörlerin şebekeye paralel olarak çalıştırılmasına ilişkin şu kriterlere dikkat edilmelidir: voltaj kararlılığı, voltajın kalitesi ve senkronize frekans. Ayrıca otarşik (özerklik ile ilgili) bir operasyonun tasarlanıp tasarlanmayacağı da dikkate alınmalıdır.
Ancak, bu esas olarak senkron jeneratörler ile mümkündür.
2| Dört kadran içinde reaktif gücün otomatik kontrolü
2.1 Teknik Hususlar
Aşağıdaki Şekil 1, bir koordinat sisteminin dört çeyreğini göstermektedir. Jeneratörler çalışıyorsa dört farklı yük durumu oluşabilir:
Kadran I: Tüketiciler (+) aktif ve reaktif enerji ithal ediyor.
Kadran II: Tüketiciler (+) aktif enerji ithal ediyor ve (-) reaktif enerji ihraç ediyor.
Kadran III: Tüketiciler (-) aktif ve reaktif enerji ihraç ediyor.
Kadran IV: Tüketiciler aktif enerjiyi ihraç eder (-) fakat reaktif enerjiyi ithal eder (+).
III ve IV kadranlarında jeneratörler, ayrı bir kWh-metre ile ölçülmek üzere elektrik tedarikçisine aktif enerjiyi geri besler.
En çok dikkat edilmesi gereken IV. kadran içindeki durumdur! Asenkron jeneratörler özellikle aktif enerjiyi şebekeye geri besleyebilirler, ancak mıknatıslama için reaktif enerji ithal ederler!
I ve II kadranlarındaki durum iyi bilinmektedir ve bir standart olarak adlandırılabilir. Orada reaktif gücün kontrolü bir otomatik kontrolör vasıtasıyla anlatılmaktadır. Sözde C/k eşik çizgileri tarafından sınırlanan duyarsız bant genişliği ve seçilen güç faktörü hedefine bağlı olarak koordinat sisteminin sıfır noktasının etrafında dönmesi tanınabilir.
Şekil 1, seçilen iki güç faktörü hedefini gösterir: 0.85 gecikme ve birliğe ön ayar.
Yük vektörü 3 ile ilgili olarak, yaklaşık 0.85 gecikmeli güç faktörünü elde etmek için bir kapasitör adımı yeterlidir ve kontrolör 'beklemede'. İstenen cos φ = 1 güç faktörünü elde etmek için, reaktif güç kontrolörü üç ilave kapasitörde devreye girer.
Ana kaynaktan gelen aktif enerjinin tüketimini azaltmak için bir jeneratör paralel olarak çalışıyor olsa da, vektörler hala sadece birinci veya ikinci çeyrekte hareket etmektedir (bkz. Şekil 2b).
Ancak, jeneratör tüm aktif güç tüketimini üstlenir ve hatta aktif enerjiyi elektrik tedarikçisinin şebekesine geri beslerse, vektörler üçüncü veya dördüncü çeyreğe dönüşür (bkz. Şekil 2c).
Çoğu elektronik reaktif güç kontrol cihazı, gerçek güç faktörünü gösteren dijital bir ekrana sahiptir. Dört çeyreğin tamamında çalışan reaktif gücün kontrolü için, jeneratör geri besleniyorsa, Şekil 2c'de gösterildiği gibi kafa karıştırıcı güç faktörleri belirtilebilir. Dört kadran içinde kontrol edildiğinde, güç faktörünün herhangi bir değeri, birinci veya üçüncü çeyrekte 0'dan 1'e ve ikinci ve dördüncü çeyreklerde 1'den 0'a kadar gösterilebilir.
Bu nedenle, kontrolör, dört kadranlı çalışmaya uygun olması koşuluyla, koordinat sisteminin 360° dahilindeki herhangi bir olası değeri gösterir. Bu, reaktif güç kontrolörünün dört çeyreğin tamamında çalışma için geçerli olduğu varsayımıdır.
Gerçek güç faktörü cos φ'nin gerçek Q reaktif gücü miktarı hakkında hiçbir şey söylemediğinin tekrar altı çizilmelidir.
Şekil 1'deki IV. çeyrekteki Vektör 4, jeneratörün aktif güç tüketimini tamamen karşıladığı ve ilave olarak şebekeye aynı miktarda geri beslediği yük durumunu sembolize eder. Hedef güç faktörü 0.85 gecikmeye önceden ayarlanmış olsaydı, kontrolör aniden 0.85 ön tarafı telafi etmeye niyetlenirdi!
C/k bant genişliği birinci çeyrekten sıfır aracılığıyla üçüncü çeyreğe genişletilir. Buna, denetleyicinin ayna görüntüleme davranışı denir.
Tazminat bankasının 0.85 önde gelen tarafa göre telafi etmeye yeterli olacağını garanti etmez (bkz. vektör 6). Bu güç faktörü hedefine ulaşmak için yedi kapasitör adımı gerekli olacaktır.
İyi bilindiği gibi, kapasitif alana kompanzasyon yapılırken voltaj artışının dezavantajı vardır. Yetersiz adımlardan dolayı kompanzasyon bankası bu yüksek güç faktörünü gerçekleştiremezse, birçok modern reaktif güç kontrol cihazı bir alarmı tetikleyecektir.
Reaktif gücün uygun kontrolünü elde etmek, güç faktörü hedefini ikinci çeyreğe önceden ayarlamak anlamına gelmez, örneğin, dördüncü çeyrekte kontrol ederken 0,9 gecikmeli tarafı elde etmek için 0,9 önde gelen taraf (bkz. Şekil 1).
Bu sorunu çözmenin en basit yolu, güç faktörü hedefini birliğe, cos φd = 1'e önceden ayarlamaktır. Bu güç faktörü hedefi ile, dört çeyreğin tamamında reaktif gücün simetrik kontrolü sağlanır (bkz. vektörler 5 ve 2). Bu nedenle, reaktif güç kompanzasyonu dört çeyreğin tamamında çalışıyorsa, kapasitörlerin kapasitansı, birlik ortalama güç faktörünü elde etmek için yeterince belirlenir, cos φ = 1.
Reaktif gücün toplam kompanzasyonunun, kablolar boyunca güç kayıpları nedeniyle aktif enerji (kWh) tasarrufu sağladığını unutmayın. Bu çözüm, yalnızca teknik açıdan değil, aynı zamanda bir sonraki bölümde anlatıldığı gibi ekonomik açıdan da vazgeçilmezdir.
2.2 Pazarlık Konuları
Yukarıda bahsedildiği gibi, kendi jeneratörü/jeneratörleri olan müşteriler, reaktif gücü birliğe çok daha yakın istenen bir güç faktörüne, cos φd = 1'e kompanze etmek zorundadır.
Örneğin 0,9'luk bir ortalama güç faktörü elde etmeye yönelik herhangi bir standart tarife anlaşması geçersiz hale gelir. Bu standartlaştırılmış sözleşme, aktif enerji tüketiminin reaktif enerji miktarına göre %48,5'inin ücretsiz olduğunu kabul eder. Basit bir ifadeyle, aktif enerji tüketimi örneğin fatura dönemi başına 1000 kWh ise, 485 kvarh reaktif enerji ücretsizdir.
Jeneratörlü müşterilerin insani davranışları, aktif enerji tüketimini sıfıra indirmeye özen göstermelerini sağlar. Daha sonra, bir fatura döneminin sonunda, elektrik faturası 0 kWh aktif enerjiyi ancak örneğin 17 000 kvarh reaktif enerji tüketimini gösterebilir!
Haliyle elektrik şirketi de şarj etmeden kvarh vermeyecektir. Jeneratörlü birçok elektrik tesisi, asenkron jeneratörler, yani negatif 'kayma' ile çalışan asenkron motorlar kullanıyor. Motorun motor veya jeneratör modunda çalışmasından bağımsız olarak, demir çekirdeği sabit bir şekilde mıknatıslamak için reaktif enerji tüketir.
Bu nedenle, jeneratör(ler) tarafından özellikle veya hatta tamamen aktif enerji tüketimini azaltmak isteyen her müşteri, müşterinin elektrik dağıtım şirketi ile özel bir sözleşme imzalamış olması dışında, reaktif enerjiyi de tamamen telafi etmekle yükümlüdür.
Aşağıdaki örnek, yukarıda açıklanan gerçeklerin altını çizmektedir.
2.3 Örnek
100 kVA anma gücüne sahip bir asenkron motor, jeneratör modunda çalıştırılacaktır. Nominal güç faktörü 0,82 endüktiftir. Aktif enerjiyi şebekeye geri beslese de, reaktif güç tüketimi:
çünkü φ = 0,82 ⇒ φ = 34,9° ⇒ günah φ = 0,572
Jeneratörün reaktif gücü şu şekilde hesaplanmalıdır:
Q = S × günah φ = 100 kVA × 0,572 = 57,2 kvar
Bir gün veya 24 saat içinde, jeneratör örneğin su güç istasyonlarında sürekli çalışıyorsa, varmetre ayda yaklaşık 1373 kvarh veya 41 200 kvarh'a kadar sayar.
Senkron jeneratörlerle çalışırken reaktif enerji tüketimi önceden ayarlanmış uyarı hızına bağlıdır. Bunlar, düzenli olarak gecikmeli tarafa atıfta bulunan bir güç faktörüne önceden ayarlanmıştır. Daha sonra jeneratörün reaktif gücü, asenkron olanla aynı şekilde hesaplanır.
3. Sonuçlar
Jeneratörlerin paralel çalışması nedeniyle koordinat sisteminin dört çeyreğinin tamamında reaktif gücün dengelenmesi, teknik ve ekonomik gerçeklerin klasik iki kadranlı işlemden bilinenden tamamen farklı bir şekilde dikkate alınmasını gerektirir.
Genel olarak amaç, mümkün olduğunca yakın birliğe, cos φ = 1'e ulaşmada telafi etmektir. Kompanzasyon bankası buna göre belirlenmeli ve reaktif güç kontrolörü dört kadran içinde kontrole uygun olmalıdır.
It is a matter of course that the controller’s current transformer must ‘seize’ the reactive current of the generator(s) as well. Thus the feed-in point of the generator(s) always has to ‘look’ to the L side of the current transformer’s casing.
Referans Kaynak: Reactive power compensation by Wolfgang Hofmann, Jurgen Schlabbach and Wolfgang Just (Amazon'dan satın alabilirsiniz)