elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme |
2. Bölüm

Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme yazı dizimizin 1. bölümünde "Güç Faktörü Düzeltmenin Teknik ve Ekonomik Avantajları" incelenmişti. Bu bölümde ise, güç faktörü (PF) düzeltme tipleri (Dağıtılmış, Grup, Merkezileştirilmiş, Kombine ve Otomatik Güç Faktörü Düzeltme) güç faktörünün hesaplanması, gerekli reaktif gücün hesaplanması, ve üç fazlı motorların güç faktörü düzeltilmesi konuları incelenmiştir.



A- A+
01.06.2022 tarihli yazı 1084 kez okunmuştur.

Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme yazı dizimizin 1. bölümde "Güç Faktörü Düzeltmenin Teknik ve Ekonomik Avantajları" tartışılmıştı. Bu bölümde ise Güç Faktörü Düzeltme Yöntemleri incelenip, Güç Faktörünün Hesaplanması ve Gerekli Reaktif Gücün Hesaplanması örnekle açıklanacaktır.

 

Güç Faktörü Düzeltme Yöntemleri


Her tesisat tipine uygulanabilir herhangi bir genel kural yoktur ve teoride kapasitörler herhangi bir noktaya kurulabilir, ancak ilgili pratik ve ekonomik fizibilitenin değerlendirilmesi gerekir.

Kapasitörlerin bulundukları konuma göre, güç faktörü düzeltmenin başlıca yöntemler şunlardır:

Dağıtılmış güç faktörü düzeltme;
► Grup güç faktörü düzeltme;
► Merkezileştirilmiş güç faktörü düzeltme;
► Kombine güç faktörü düzeltme;
► Otomatik güç faktörü düzeltme;

 

5.1 Dağıtılmış Güç Faktörü Düzeltme


Dağıtılmış güç faktörü düzeltme, uygun boyutlandırılmış bir kapasitör bankının reaktif güç talep eden yük terminallerine doğrudan bağlanmasıyla elde edilir. Kurulum kolay ve ucuzdur; kapasitör ve yük aşırı akımlara karşı aynı koruyucu cihazı kullanabilir ve aynı anda bağlanıp çıkartılabilir. Bu tür güç faktörü düzeltilmesi, sabit yük ve güce ve de uzun bağlantı surelerine sahip büyük elektrikli ekipmanlarda tavsiye edilir ve genellikle motorlar ve floresan lambalar için kullanılır.



 
Şekil 5.1 Motorların güç faktörü düzeltilmesi için ortak bağlantı diyagramları


Doğrudan bağlantı durumunda (diyagram 1 ve 2), aşağıdaki risk göze alınabilir: kaynaktan çıkartıldıktan sonra, motor dönmeye devam eder (artık kinetik enerji) ve kapasitör bankından çekilen reaktif enerji ile kendinden ikaz yapar ve asenkron jeneratöre dönüşebilir. Bu durumda, anahtarlamanın ve kontrol cihazının yük tarafındaki gerilim, tehlikeli aşırı gerilim riskiyle beraber korunur (nominal gerilim seviyesinin iki katına kadar).

Diyagram 3'ü kullanırken, kompanzasyon bankı yalnızca motor başlatıldıktan sonra bağlanır ve motor beslemesinin kapatılmasından önce devre dışı bırakılır.

Bu tip güç faktörü düzeltilmesi ile yükün besleme tarafındaki şebeke daha yüksek güç faktörü ile çalışır; diğer yandan, bu çözüm ekonomik acıdan külfetlidir.

 

5.2 Grup Güç Faktörü Düzeltme


Özel olarak çalışan bir kapasitör bankı kurarak, benzer çalışma özelliklerine sahip yük gruplarının güç faktörünün yerel olarak iyileştirilmesidir.

Güç faktörü düzeltilmesiyle oluşan faydalar, kapasitör bankının bulunduğu noktanın kaynak yönündeki hatta hissedileceğinden bu, ucuz çözüm ve doğru tesisat yönetimi arasında bir uzlaşmaya varan bir yöntemdir.


Şekil 5.2 Güç Faktörü Düzeltilecek Yük Grubu
 
 

5.3 Merkezileştirilmiş Güç Faktörü Düzeltme


Gün boyunca bağlanan yüklerin profili, en uygun tipteki güç faktörü düzeltmesinin secimi için birinci dereceden önemlidir.

Tüm yüklerin aynı anda çalışmadığı ve/veya bazı yüklerin günde sadece birkaç saat bağlı olduğu birden fazla yüke sahip tesisatlar için, kurulu kapasitörlerin birçoğu uzun bir süre boşta kaldığından dağıtılmış güç faktörü düzeltme çözümünün çok zahmetli hale geldiği acıktır. Bu nedenle, sadece kurulumun merkezinde bulunan bir kompanzasyon sisteminin kullanılması, kurulu kapasitörlerin toplam gücünde kayda değer bir azalma sağlar.
 

 
Şekil 5.3 AG Beslemeleri
 
 
Genelde, merkezileştirilmiş güç faktörü düzeltmede, doğrudan ana dağıtım panolarına kurulu, adımlara ayrılmış banklarla otomatik tertibatlar kullanılır (bkz. 5.5 Otomatik güç faktörü düzeltme); sürekli bağlı bir bankın kullanımı ancak reaktif enerjinin tüketimi gün boyu sabitse mümkündür.

Merkezileştirilmiş çözüm, kapasitör bankı maliyetlerinin optimizasyonunu sağlar ama dezavantajı şudur ki güç faktörü düzeltme cihazının yük tarafındaki dağıtım hatlarının yükler tarafından çekilen tam reaktif gücün hesaba katılarak boyutlandırılması gerekir.

 

5.4 Kombine Güç Faktörü Düzeltme


Bu çözüm dağıtılmış ve merkezi güç faktörü düzeltme çözümlerinin birlikte kullanılmasıyla oluşur ve iki çözümün de avantajlarını sunar. Bu şekilde, dağıtılmış kompanzasyon yüksek güçlü elektrikli ekipman için kullanılırken geri kalan kısım için merkezileştirilmiş yöntem kullanılır.

Kombine güç faktörü düzeltme, genellikle yalnızca büyük ekipmanların sık kullanıldığı tesisatlarda kullanılır; bu gibi durumlarda güç faktörleri ayrı ayrı düzeltilirken küçük ekipmanın güç faktörü merkezileştirilmiş yöntem ile düzeltilir.
 

5.5 Otomatik Güç Faktörü Düzeltme


Çoğu tesisatta, farklı elektriksel özelliklere sahip makineler kullanıldığı için çalışma cevrimi yüzünden reaktif güç sabit olarak çekilmez.

Bu gibi tesisatlarda, izleyici bir varmetrik cihaz ve bir güç faktörü düzenleyicisi sayesinde, otomatik güç faktörü düzeltme için sistemler vardır ve bunlar da farklı kapasitör banklarının otomatik anahtarlanmasını sağlar ve böylece çekilen reaktif güç değişimlerini takip eder ve tesisat sabitinin güç faktörünü sabit tutar.

Otomatik kompanzasyon sistemi şunlardan oluşur:

► Akım ve gerilim sinyallerini algılayan bazı sensörler;
► Ölçülen güç faktörünü istenen faktör ile karşılaştıran ve gerekli reaktif güç ile kapasitör banklarının bağlantısını ve kesilmesini yürüten akıllı bir birim (güç faktörü düzenleyici);
► Anahtarlama ve koruma cihazlarından oluşan bir elektrik enerji panosu;
► Kapasitör bankları.

Mümkün mertebe talep edilene yakın bir besleme sağlamak için kapasitör bağlantısı kademeli olarak yapılır. Burada öngörülen kademe sayısı ne kadar fazla ve bu kademeler arasındaki fark ne kadar küçük olursa kontrol hassasiyeti o kadar yüksek olur.

 

6) Güç Faktörünün Hesaplanması


Bir tesisin güç faktörünün geliştirilmesi için kurulacak kapasitör bankının boyutlandırılmasında, güç faktörünün tüketime veya tesisin yük döngüsüne göre hesaplanması gerekir. Bu, normalde elektrik tedarikçisi kurumlar tarafından yasaklanan bir durum olan aşırı reaktif enerjinin tüketimini önlemek içindir.

Dağıtılmış veya grup güç faktörü düzeltme yapmak için tek yükün veya yük grubunun (fabrika alanları) cosφ değerinin hesaplanması gerekir; bu, aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir:

► direkt olarak bir güç faktörü ölçer ile doğrudan ölçme yoluyla;
► dolaylı olarak, aktif ve reaktif enerji ölçerlerin okunması yoluyla.

Güç faktörü ölçer, yükün çektiği enerjiye göre güç faktörü cosφ'yi gösterebilen bir ölçme cihazıdır. Cihazın okunması yük döngüsünün farklı anlarında yapılır, böylece ortalama güç faktörü değeri elde edilir.

Eğer yük tarafından veya bir çalışma döngüsü sırasında fabrika alanlarını oluşturan yüklerin tamamı tarafından çekilen aktif ve reaktif enerji ölçümleri mevcutsa, ortalama güç faktörü aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

burada:

► EPi ve EQi çalışma döngüsünün başında okunan aktif ve reaktif enerji değerleridir;
► EPf ve EQf çalışma döngüsünün sonunda okunan aktif ve reaktif enerji değerleridir;

Merkezileştirilmiş güç faktörü düzeltmesi yapmak için, aylık ortalama güç faktörü daha önce gösterildiği şekilde veya elektrik tedarikçisi kurumun faturalarından elde edilebilir.
 

7) Gerekli Reaktif Gücün Hesaplanması


Sistemin güç faktörü (cosφ1) ve elde edilecek güç faktörü (cosφ2) bilindiğinde, güç faktörünü iyileştirmek için gerekli kapasitör bankının reaktif gücünü hesaplamak mümkündür.

burada:

► P kurulu aktif güçtür
► φ1 güç faktörü düzeltilmesinden önceki faz kayma açısı
► φ2 güç faktörü düzeltilmesinden sonraki faz kayma açısı

kapasitör bankının gücü Qc:

İlk cosφ bilindiğinde, Tablo 7.1 tanımlanmış bir güç faktörü elde etmek için gerekli kapasitör bankı gücünü hesaplamayı (kurulu kW başına kvar) mümkün kılar.

Üç fazlı bir sistemde, aynı kapasitansa sahip üç kapasitörden oluşan kapasitör bankı üçgen veya yıldız bağlantılı olabilir. Bir bağlantı şekli seçerken, şunu hesaba katmak gerekir ki üçgen bağlantı ile her kapasitans besleme hat hat gerilimine tabidir ama aynı üretilen reaktif güç seviyesinde, yıldız bağlantı durumunda sahip olacağı değerin 1/3'une sahip olacaktır.
 

Yalıtım sorunlarının daha önemsiz olduğu alçak gerilim sahasında, her fazın kapasitansının daha küçük boyutlandırılmasına izin verdiğinden kapasitör bankı için genel olarak üçgen bağlantı tercih edilir.
 
Tablo 7.1 K Faktörü (kvar/kW)




Örnek: 400 V'de 300 kW aktif güç ve cosφ = 0.75 olan bir santral için güç faktörünü 0.90'a çıkartmak istiyoruz diyelim. Tablo 7.1'de, “ilk cosφ” 0.75 satırı ve “son cosφ” 0.9 sütunun kesiştiği yerde, K katsayısı için 0.398 değeri elde edilir.

Bu yüzden şu Qc gücü değerine sahip bir kapasitör bankı gerekir:


K faktörü, aşağıdaki nomograf kullanılarak da belirlenebilir.


Tablo 7.2 Düzeltme Gücünün Hesaplanması İçin Nomograf
 

 

7.1 Üç Fazlı Motorların Güç Faktörü Düzeltilmesi


Asenkron motorların güç faktörü düzeltilmesi büyük bir hassasiyet ile değerlendirilemez. Çünkü güç faktörü yüksek oranda yük koşullarından etkilenir. Nitekim, 6 kutuplu 11 kW motora sahip olduğumuzu varsayarak, aşağıdaki tablo ve diyagramdan, normal koşullarda elde edilecek güç faktörünü cosφn= 0.77 olarak bulurken nominal verimi ηn ≅ 0.86 olarak buluruz.
 
Tablo 2

 

Bu motor nominal gücün %40'ında çalışıyorsa, azaltma katsayısıyla ilgili aşağıdaki diyagramdan şunlar elde edilebilir:
 




 
Bu yüzden şebekenin çektiği Pa aktif gücü şu şekilde verilir:
 

burada güç faktörünü düzeltmek ve yukarıdaki nomograftan türetilmiş K=1.15 ile cosφ= 0.9 elde etmek için gereken Qc reaktif gücü:


Motorun kullanım şartlarından güç faktörü düzeltmenin çıkartılması için genel bir kural da Pn gücüne sahip bir motor için Un nominal geriliminde yüksüz bir motor tarafından çekilen Q0 reaktif gücünün %90'ından büyük olmayan bir Qc reaktif gücü kullanmaktır; böylece beklenen güç faktörü önlenebilir. Yanı sıra, bu ölçüm sayesinde, şebekeden motorun çıkartılması sonucu oluşan aşırı gerilimi azaltmak mümkündür; hatta, halen çalışıyorken, motor kendinden ikazlı bir şekilde işleyebilir ve şebekedekilere nazaran daha yüksek gerilimler üretebilir [IEC 60831-1].

Yük olmadan, çekilen I0 [A] akımının tamamen reaktif olduğunu varsayarak (senφ = 1), kompanzasyon reaktif gücü şu olacaktır:
 
I0 akımı genellikle motor üreticisinin belgelerinde verilmiştir.

Tablo 7.3 nominal gücün ve kutup sayısının bir fonksiyonu olarak, bazı tiplerdeki ABB motorlarının güç faktörünü düzeltmek için reaktif güç değerlerini gösterir.

 
Tablo 7.3: ABB motorlarının kompanzasyonu için reaktif güç




► İlginizi ÇekebilirElektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme | 1. Bölüm
 
Kaynak:

 

Aktif etkinlik bulunmamaktadır.
ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar