ELEKTRİK   ŞEBEKELERİNDE  

REAKTİF   GÜÇ KOMPANZASYONU

 

Dünyamızın  son  yıllarda  karşı  karşıya  kaldığı  enerji  krizi,  araştırmacıları  bir  yandan  yeni  enerji  kaynaklarına  yöneltirken  diğer  yandan  daha  verimli  sistemlerin  tasarımlanması  ve  kurulmuş  olan  enerji  kaynaklarının  en  verimli  şekilde  kullanılması  yönünde  çalışmaların  yoğunlaşmasına  neden  olmuştur.

Bilindiği  gibi  sanayileşmenin  ana  girdilerinden  başta  geleni  elektrik  enerjisidir.  Elektrik  enerjisinin  kullanıma;

·      Kaliteli                     

·      Sürekli

·      Yeterli         

·      Ucuz

olarak  sunulması  esastır.  Oysa  ülkemizde  özellikle  1973  yılında  baş  gösteren  petrol  krizi  nedeniyle  bu  4  özelliğin  sağlanmasında  güçlüklerle  karşılaşılmıştır.  Petrol  krizi  yanında  ülkemize  has  bazı  hususlarda  eklenince  önce  enerji  yetmezliği  bununla  beraberde  güç  yetmezliği  baş  göstermiştir.  Bu  yetmezliklerin  olumsuz  etkilerini  gidermek  üzere;

·      İleri  saat  rejimi (Halen  sürmektedir.)

·      Frekans  ve  gerilim  düşürülmesi (1974’ten  sonra  uygulanmamıştır.)

·      Kesinti  ve  kısıntı (Halen  sürmektedir.)   

yöntemlerine  başvurulmuştur.  Bu  arada  TEK  tesislerine   şönt  kondansatörler  yerleştirilmiştir.  Bu  tedbir,  reaktif  enerjinin  tüketildiği  yerde  üretilmesi  gerektiğinden  ancak  yerel  bazı  sağlayabilmiştir.

Elektrik  enerjisinin,  asrımızın  en  yaygın  kaynaklarından  biri  olarak  üretildiği,  santralden  en  küçük  alıcıya  kadar  dağıtımında  en  az  kayıpla  taşımanın  yolları  ve  hesapları  yapılmaktadır. 

Dünyamızda  elektrik  enerjisine  ihtiyacın  her  geçen  gün  biraz  daha  artması,  enerji  üretiminin  biraz  daha  pahalılaşması,  taşınan  enerjinin de  kaliteli,  ucuz  ve  hakiki  iş  gören  aktif  enerji  olmasını  daha  zorunlu  kılmaktadır.

Güç  sistemlerinde  işletmeyi  kolaylaştırmak,  verimliliği  arttırmak  ve  enerji  tutumluluğunu  sağlamanın   en  etkin  önlemlerinden  birini  Reaktif  Güç  Kompanzasyonu  oluşturmaktadır.                                                                   

 

ALÇAK  GERİLİMDE  KOMPANZASYON

 

Elektrik  şebekelerinde  abone  gücü  arttıkça  reaktif  yüklerde  çok  hızlı  bir  şekilde  artmaya  devam  etmektedir.   Bunun  neticesi  olarak ta  güç  katsayısı  ( Cosj )  0.50 – 0.80  arasında  muhtelif  değerlerde  seyretmeye  başlamıştır.

Trafo  merkezlerinde,  hatlarda  ve  generatörlerde  güçlerin  artması;  aktif  güç  kadar  ve  belki de  daha  önemli  miktarda  reaktif  güçlerinde  artmasına  sebep  olmuştur.

Aşırı  yüklenmeler  ve  gerilim  düşmelerinin  önlenmesi  için,  reaktif  yüklerin  kompanze  edilmesi  zorunlu  hale  gelmiştir.

Şehir  şebekelerindeki  örnekler  göstermiştir ki  çıkış  dağıtım  fiderlerinde  genelde  ortalama  Cosj = 0.80’den  küçüktür. Bazı  hallerde  0.70’in  altına  düştüğü  görülmektedir.

Sanayi  aboneleri  bulunmayan  beldelerde  reaktif  tüketimin  artmasına  sebep;  özellikle ticari  ve  sosyal  bölgeleri  besleyen  dağıtım  hatları  ve  trafo  merkezleri  üzerindeki  irili – ufaklı  motor  ve  Neon  ışıklarının  artmasıdır.

Sosyal  hayatın  gelişmesi  ile  başlayan  refah;  Buzdolabı,  çamaşır  makinası,  klima  vs.  gibi  ısıtma,  havalandırma  ve  soğutma  cihazlarının  kullanımını  arttırmış  ve  bu  durum  günümüzde  reaktif  enerji  tüketimini  arttırmıştır.

Kompanzasyonda  genel  kaide  olarak  en  gerçekçi  yol;  reaktif  akımlar  kendilerini  tüketen  cihazlara  en  yakın  noktada  üretilmelidirler.  Bu  durumda  abonelerden  başlayarak  dağıtım  hatlarından  itibaren  üretim  kaynağına  kadar  söz  konusu  cihazlar  için  gerekli  reaktif  enerji  sistemden  taşınmayacak  ve  bu  sebeple;

·      Şebekedeki  güç  kayıpları  önemli  oranda  azalacak,

·      Üretim  ve  dağıtım  sisteminin  kapasitesi  artacak,

·      Gerilim  düşümünün  taşınan  gücü  sınırladığı  dağıtım  hatlarında  enerji  taşıma  kapasitesi  büyük  oranda  artmış  olacaktır.

Günümüzde    önemli  ölçüde  artan  aktif  ve  reaktif  güçler,  sistemde  aşırı  gerilim  düşümleri  ve  transformatörler  ile  generatörlerin  aşırı  yüklenmelerine  sebep  olmaktadır.

 

KOMPANZASYONUN  TÜKETİCİYE  FAYDALARI

 

Tüketici,  tesisini  kurarken  güç  faktörünü  düzeltecek  önlemleri  alırsa  veya  mevcut  tesisin  güç  faktörünü  düzeltirse;

·      Gereksiz  yatırım  yapmamış  olur.

·      Kayıpları  azalır.

·      Gerilim  düşümü  azalır.

·      En  önemlisi  reaktif  enerji  bedeli  ödemez.  

 

GENEL BİLGİLER

 

ZAHİRİ,  AKTİF  VE  REAKTİF  DİRENÇ

 

Bir  devrenin  zahiri  direnci  OHM  Kanununa  göre  bu  devreye  tatbik  edilen  gerilim  ve  geçen  akıma  göre  bulunmaktadır.  Alternatif  akımda  zahiri  direnç  Z’  nin  bir  aktif   ( R )   bir de  reaktif  ( X )  bileşeni  bulunmaktadır.

                                                                                                         

 

                                                                                                    _______

                        R = UR  / I                                               Z = Ö R² + X²

 

X = UB  / I                                                Z = U / I    ( Ohm = V /A )

                                     

Bir  elektrik  devresinin  içerisindeki  cihazlar  zahiri  direnci  teşkil  ederler  ve  akımın  gerilime  göre  faz  durumunu  tayin  ederler.  Bunun  için  3  hal  mümkündür:

 

1 - Devredeki    cihazlar  sadece  omik  değerdedir.  ( Akkor  flamanlı  lambalar )

 

Akım  ve  gerilim  vektörel  olarak  aynı  fazdadır.

 

2 - Devredeki  cihazlar  endüktif (j)  karakteristiktedir.  Akım  vektörel  olarak,  gerilime  göre  j  açısı  kadar  geridedir.( Transformatörler,  motorlar,  bobinler )

        

3 - Devredeki  cihazlar  kondansatörler  gibi  kapasitif  karakteristiktedir.  Akım 

vektörel  olarak gerilime  göre  j  açısı  kadar  ileridedir. 

 

       XL = 2.p.f.L = WL ( Ohm )                                     Xc = 1 / 2.p.f.C = 1 / Wc  ( Ohm )

 

L = indüktivite ( Henry )  [ H ]                          C = kapasite ( Farad )  [ F ]   

 

f = frekans ( Hertz )  [ Hz ]

 

OMİK  DİRENÇ  ( Aktif  Direnç )

                                                                                 

Omik  direnç  R,  içerisinde  bir  indükleme  veya  kapasite  olayı  olmayan  dirençtir. ( Akkor  flamanlı  lambalar,  elektrikli  ısıtıcılar )  Bu  direnç  efektif  gerilim  veya  akım  değerlerinden  R = U / I  olarak  bulunur.  Aktif  direnç  içerisinden  geçen  akımda  aktif  akımdır.  Ölçülen  gerilim  ve  akım  efektif  değerlerdir.  Maksimum  ani  değerleri  bulmak  için  ölçülen  akım  ve  gerilimin  Ö 2 ~ 1.41  alınmalıdır.

 

ENDÜKTİF  DİRENÇ

 

İçinden  her  akım  geçen  telin  etrafında  daima  bir  manyetik   alan  mevcuttur.  Bir  bobin  halinde  sarılan  telin  manyetik  alanıda  daha  fazla  olacaktır. Böylelikle  bobin  bir  gerilim  endükleyici  özelliğine  sahiptir.  Hareket  halinde  bulunan  elektronlar,  sanki  yanındaki  elektronlarla  bir  yay  vasıtasıyla  bağlıymış  gibi  bu  bobin  uçlarına  bir  gerilim  tatbik  edildiğinde  ileri – geri  harekete  baţlarlar. 

Bir  bobinde  kendi  kendine  indükleme  olayı  bu  bobin  içindeki  akımın  akmasına  engel  olacak  şekilde  durum  göstermektedir  ve  gerilim  ile  akım  arasında  bir  faz  kayması  mevcuttur.

Şebekeye  bağlı  bir  alıcı,  eğer  bir  motor,  bir  transformatör,  bir  fluoresan  lamba  ise,  bunlar  manyetik  alanlarının  temini  için  bağlı  oldukları  şebekeden  bir  reaktif  akım  çekerler.

 

FAZ  FARKI  OLAN  AKIMIN  AKTİF  VE  REAKTİF  BİLEŞENLERİ

 

Gerilim  ile  akım  arasındaki  faz  farkını  akımı   bileşenlerine  ayırarak  izah  etmek  mümkündür. 

I  alternatif  akımın  aktif = Iw  ,  reaktif = Ib  bileşenleri,  birbirine  paralel  bağlı  aktif  ve  reaktif  dirençlerin  üzerinden  geçen  akımlardır.             

 

 

                                                                                    Iw = U / R = I . Cos j

        ________

I = U / Z = Ö Iw ² + Ib ²                                     Ib = U / X = I . Sin j

 

 

 

 

ZAHİRİ,  AKTİF  VE  REAKTİF  GÜÇ                                                                                                       

 

Elektriksel  güç;  bir  devreye  tatbik  edilen  gerilimle  bunun  doğurduğu  akımın  bir  hasılatıdır.

 

Zahiri  Güç       S = U . I      ( VA )

        

Aktif  Güç        P = U . Iw = U . I . Cosj = S . Cosj     ( W )

 

Reaktif  Güç     Q = U . Ib = U .I . Sinj = S . Sinj       ( VAR )

 

            

P = S . Cosj ’  de  aktif  güç  zahiri  gücün  Cosj  ile  çarpılmasıyla  elde  edildiği  için  Cosj ’ ye aktif  güç  katsayısı  veya  kısaca  güç  katsayısı  adı  verilmektedir.

Aktif  güç  ile  zahiri  güç  arasındaki  açı,  gerilimle  akım  arasındaki  aynı  faz  açısı  halde  Cosj  ile  faz  farkı  ifade  edilebilir

. 

Cosj = 1  ( Sadece  aktif  güç  mevcuttur. j = 0 derece )

Cosj = 0  ( Sadece  reaktif  güç  mevcuttur. j = 90 derece )

 

 

Santralde  üretilen  bir  enerji,  aktif  ve  reaktif  akım  adı  altında  en küçük  alıcıya  kadar  beraberce  akmakta,  iş  yapmayan,  sadece  motorda  nagnetik  alan  doğurmaya  yarayan  reaktif  akım,  havai  hatta,  trafoda,  tablo,  şalterler  ve  kabloda  lüzumsuz  yere  kayıplara  sebebiyet  vermektedir.  Bu  kayıplar  yok  edilirse,  şüphesiz  trafo  daha  fazla  motoru  besleyebilecek  bir  kapasiteye  sahip  olacak,  bununla  beraber  disjonktör ( kesici ) lüzumsuz  yere  büyük  seçilmeyecek,  kablo  ise  daha  küçük  kesitte  seçilebilecektir.

Daha  ilk  bakışta  reaktif  akımın  santralden  alıcıya  kadar  taşınması,  büyük  ekonomik  kayıp  olarak  görünmektedir.  Genellikle  enerji  dağıtım  şebekelerinde  lüzumsuz  yere  taşınan  bu  enerji,  taşınan  aktif  enerjinin  % 75 – 100’ü  arasında  tespit  edilmektedir.  Bu  reaktif   enerjinin  santral  yerine,  motora  en  yakın  bir  mahalden  gerek  kondansatör  tesisleri,  gerekse  senkron  döner  makinalar  tarafından  temin  edilmesiyle,  santralden  motora  kadar  bütün  tesisler  bu  reaktif  akımın  taşınmasından,  yükünden  arınmış  olacaktır.

 

            I1 : Zahiri  akım I1 .Cosj : Aktif  akım               I1.Sinj : Reaktif  akım   

                

Santralden  motora  kadar  bütün  hatlar,  tesisler ;

 

I .Cosj + I .Sinj = Iaktif + Ireaktif  akımının  toplamı  ile  yüklenmekte,  motor  ise  ancak  P = U.I.Cosj  aktif  enerjiyi  almaktadır.

 

REAKTİF  GÜÇ

 

Akımın  aktif  bileşeni ;

·      Motorlarda  mekanik  gücü,

·      Isıtıcılarda  teknik  gücü,

·      Lambalarda  aydınlatma  gücünü  oluşturan  faydalı  bileşendir.

Akımın  reaktif  bileşeni ;

·      Jeneratör

·      Transformatör

·      Motor

·      Bobin        

gibi  elektrik  cihazlarının  çalışması  için  gerekli  magnetik  alanı  meydana  getirir. 

Magnetik  alanı  meydana  getiren  mıknatıslanma  akımı  endüktif ( geri – fazda )  karakterde  olup  şebekeden  çekilir  ve  akımın  sıfırdan  geçtiği  anda  alan  ortadan  kalkınca  tekrar  şebekeye  iade  edilir. Bu  nedenle  reaktif  güç,  üretici  ile  tüketici  arasında  sürekli  olarak  şebeke  frekansının  2  katı  bir  frekansla  salınır.

 

                                            __           

S = Ö 3 .U.I   Görünen  güç

 

Aktif  güçle,  aktif  akım  gerilimle  aynı  fazdadır.  Çekilen  güç  endüktif  ise  zahiri  güç  ile  I  hat  akımı  gerilimden  j  açısı  kadar  geri  fazdadır.

           

U : Hat  gerilimi ( Fazlar arası  gerilim )                          I : Hat  akımı

 

S : Zahiri  güç ( VA )                                                                P : Aktif  güç ( W )       

 

Q : Reaktif  güç ( VAR )                                                           j : Faz  açısı  

 

Aktif  akım : Ip = I .Cosj       Reaktif  akım : Iq = I .Sinj      Hat  akımı : I = /  Ip + Iq   

 

Aktif  güç : P = S.Cosj           Reaktif  güç : Q = S.Sinj        Zahiri  güç : S = / P + Q 

     

Aktif  akımın  meydana  getirdiği  aktif  güç,  tüketici  tarafından  faydalı  hale  getirilir;  Mesela  motorlarda  mekanik  güce,  ısı  tüketicilerinde  termik  güce  ve  aydınlatma  tüketicilerinde  aydınlatma  gücüne  dönüşür.  Reaktif  akımın  meydana  getirdiği  reaktif  güç  ise  faydalı  güce  çevrilemez. Reaktif  güç,  yalnız  alternatif  akıma  bağlı  bir  özellik  olup,  elektrik  tesislerine  istenmeyen  bir  şekilde  tesir  eder;  generatörleri,  transformatörleri,   hatları,  bobinleri  gereksiz  olarak  işgal  eder  ve  lüzumsuz  yere  yükler,  ayrıca  bunların  üzerinde  ilave  ısı  kayıplarına  ve  gerilim  düşümlerine  yol  açar.  Aktif  güç  enerjisi  normal  sayaçlarda  tespit  edildiği  halde  reaktif  enerji  böyle  bir  sayaç  ile  kontrol  edilemez,  bunu  kaydetmek  için  ayrı  bir  reaktif  enerji  sayacına  ihtiyaç  vardır.

          

 

 

 

REAKTİF   GÜÇ  GEREKSİNİMİ

 

Güç   faktörü  düzeltmede  başlangıç  noktası,  yük  karakteristiğinin  tam  olarak  belirl