Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme Yazı Dizisi-2

Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme

Yazı Dizisi-2

Tercüme: Alper Çelebi

3 Güç faktörü düzeltmenin ekonomik avantajları

Elektrik tedarikçisi kurum, aylık ortalama 0.9'dan küçük güç faktörüne sahip enerji çekimleri için ceza uygulayacağı bir tarife uygular. Uygulanan sözleşmeler ülkeden ülkeye ve müşteri çeşidine göre farklılık gösterir: sonuç olarak aşağıdaki notlar, güç faktörü düzeltme sayesinde elde edilebilir ekonomik tasarrufu göstermeyi amaçlayan salt öğretici ve gösterge niteliğinde bilgiler olarak kabul edilecektir.

Genel olarak güç tedarikinin sözleşme maddeleri, güç faktörü 0.7 ila 0.9 aralığındayken çekilen reaktif enerjinin faturalandırılmasını gerektirirken, 0.9'un üzerinde herhangi bir alacak oluşmaz.

cosϕ < 0.7 için elektrik tedarikçisi kurum güç faktörü düzeltilmesini tüketiciler için zorunlu kılabilir.

Aylık ortalama 0.9'a eşit ve onun üzerinde bir güç faktörüne sahip olmak, şebekeden aktif enerjinin %50'si veya üzerinde bir reaktif enerji talep etme anlamına gelir.

Dolayısıyla, reaktif enerji gereksinimleri aktif olanın %50'sini aşmazsa hiçbir ceza uygulanmaz.

0.9'a eşit bir güç faktörünü aşan bir reaktif enerjiyi çekerken tüketicinin ödeyeceği yıllık maliyet aşağıdaki ilişki ile açıklanabilir:

Burada:
• CEQ yıllık reaktif enerjinin € cinsinden maliyetidir;
• EQ kvarh cinsinden yıllık tüketilen reaktif enerjidir;
• EQ kWh cinsinden yıllık tüketilen aktif enerjidir;
• EQ - 0.5 · Ep ödenecek reaktif enerji miktarıdır;
• c reaktif enerjinin €/kvarh cinsinden birim maliyetidir.,

Eğer reaktif enerji tüketimi ödememek için güç faktörü 0.9 olarak düzeltilirse, kapasitör bakın ve ilgili tesisatın maliyeti:

Burada:
• CQc güç faktörünü 0.9 olarak tutmak için € cinsinden yıllık masraf;
• Qc kvar cinsinden 0.9 bir cosϕ elde etmek için gereken kapasitör bank gücü;
• cc kapasitör bankının kurulumu için €/kvar cinsinden yıllık kurulum maliyeti.

Müşterinin tasarrufu:

Belirtmek gerekir ki kapasitör bankı, bir veya daha fazla ekonomik katsayı uygulanarak, tesisat ömrünün yıllarına uygun olarak bölüneceği bir "kurulum maliyetini" temsil eder; pratikte, güç faktörünün düzeltilmesiyle elde edilen tasarruflar, kapasitör bankının kurulum maliyetini kullanımın ilk yıllarında çıkartmayı sağlar. Nitekim, bir yatırımın doğru bir analizi bu Teknik Uygulama Föyünün amaçları ötesine geçen bazı ekonomik parametrelerin kullanımı anlamına gelir.

Örnek
Bir şirket Tablo 3.1'e göre aktif ve reaktif enerji çekiyor:

Tablo 3.1

Reaktif enerjinin birim ücretinin 0.0421 €/kvarh'ye eşit olduğunu varsayarak, yıllık toplam maliyet:

CEQ = (EQ - 0.5 · Ep) · c = (79405 - 0.5 · 93746) · 0.0421 = 1370 €

Tablo 3.2 güç faktörünü 0.9'a çıkarmak için gerekli reaktif
gücü göstermektedir.

Tablo 3.2

¹⁾ 0.484, 0.9'a eşit bir cosϕ'ye karşılık gelen tanjanttır.

Eğer yıllık 25 €/kvar cc değerinde bir toplam kurulum maliyetine karşılık otomatik kontrollü Qc=30 kvar güç düzeltme faktörüne sahip bir kapasitör bankı kullanılırsa, toplam 750 € maliyet elde edilir. Geri ödeme ve mali giderleri hesaba katmadan tüketici için tasarruf şu şekilde olacaktır:

CEQ - CQc = 1370 - 750 = 620 €

4 Reaktif gücün üretim araçları

Reaktif güç üretimi için ana araçlar:
• senkron alternatörler;
• senkron kompansatörler (SC);
• statik var kompansatörler (SVC);
• statik kapasitör bankları.

4.1 Senkron alternatörler

Senkron alternatörler, elektrik enerjisinin üretimi için kullanılan başlıca makinelerdir. İletim ve dağıtım sistemleri ile nihai yüklere elektrik gücü sağlamak için tasarlanmışlardır. Ayrıca, teknik detaylara girmeden, alternatörlerin ikazını etkileyerek, üretilen gerilim değerinin değiştirilmesi ve buna bağlı olarak şebekeye yapılan reaktif güç enjeksiyonlarını düzenleyip sistemin gerilim profillerinin iyileştirilmesi ve hatlarda jul etkisi nedeniyle oluşan kayıpların azaltılması mümkündür.

4.2 Senkron kompansatörler

Bunlar şebeke ile senkronize bir şekilde yüksüz olarak çalışan senkron motorlardır ve tek görevleri fazla reaktif gücü emmek (düşük ikazlı çalışma) veya eksik olanı beslemektir (aşırı ikazlı çalışma)

Şekil 4.1: düşük ikazlı senkron kompansatör

Şekil 4.2: aşırı ikazlı senkron kompansatör

E : statör fazlarında indüklenen e.m.f.
V : alternatör terminallerine şebeke tarafından uygulanan faz gerilimi
I : statör akımı
Xs : statör direnci

Bu cihazlar, gerilimlerinin ve reaktif güç akışlarının düzenlenmesi için çoğunlukla güç iletim ve alt iletim şebekesinin belli düğümlerinde kullanılır.

Yüksek kurulum ve bakım maliyetleri nedeniyle ekonomik açıdan bakıldığında senkron kompansatörler, güç dağıtım şebekelerinde kullanım için uygun değildir.

4.3 Statik var kompansatörler

Güç elektroniğindeki kayda değer gelişim, reaktif güç
kontrolü için statik sistemlerle senkron kompansatörlerin
değiştirilmesini teşvik etmektedir; örneğin TSC (tiristör
anahtarlı kapasitörler) ve TCR (tiristör kontrollü reaktörler).
Bunlar elektromekanik bileşenlere dayanan reaktif güç
kompanzasyon sistemlerinin elektronik versiyonudur ancak
bunlarda çeşitli kapasitörlerin anahtarlanması, uygun
kontaktörlerin açılıp kapanmasıyla değil antiparalel tristör
çiftleri tarafından yürütülen kontrol yoluyla yapılır.

Şekil 4.3

TSC, kapasitör gruplarının sağladığı reaktif gücün adım adım kontrolüne izin verirken, TCR ile indüktörlerin çektiği reaktif gücün sürekli kontrolü mümkündür.

Bir TSC ile TCR'yi bağlayarak, taşınan/çekilen reaktif gücün sürekli modülasyonlu düzenlemesini elde etmek mümkündür.

Uygulama açısından, bu cihazlar özellikle yüksek ve çok yüksek gerilimli şebekelerde kullanılır.

4.4 Statik kapasitör bankları

Bir kapasitör, dielektrik bir malzeme ile birbirinden izole edilmiş plakalar olarak adlandırılan iki iletken yüzeyden oluşan pasif dipoldür.

Bu şekilde elde edilen sistem, elektrik boşalmasına neden olabilecek nemin veya gaz ceplerinin içeri girmesini önlemek için emprenye edilir (emdirilir).

Son nesil kapasitörler kuru-tiptir ve elektriksel özelliklerini artıran özel bir işlemden geçerler. Kuru-tip kapasitör kullanıldığında, emprenye maddenin arızi sızıntısı nedeniyle kirlilik riski olmaz.

Metal plakaların geometrisine göre, şunlara sahip olmak mümkündür:

• düz kapasitörler;
• silindirik kapasitörler;
• küresel kapasitörler.

Bir kapasitörü karakterize eden başlıca parametreler şunlardır:

• nominal kapasitans Cn: kapasitörün nominal güç, gerilim ve frekansından elde edilen değer;
• nominal güç Qn: kapasitörün tasarlandığı reaktif güç;
• nominal gerilim Un: kapasitörün tasarlandığı alternatif gerilimin r.m.s. değeri;
• nominal frekans fn: kapasitörün tasarlandığı frekans;

Plakalar boyunca alternatif akım uygulandığında, kapasitör şarj ve deşarj döngülerine tabi tutulur ve bu sırada reaktif enerji depolar (kapasitör şarjı) ve bu enerjiyi bağlı olduğu devreye enjekte eder (kapasitör deşarjı).

Bu enerji aşağıdaki ilişki ile sağlanır:

Burada:
• C: kapasitanstır;
• U: kapasitörün terminallerine uygulanan gerilimdir.

Enerji depolama ve taşıma özellikleri yüzünden, kapasitörler reaktif güç faktörü düzeltme banklarının (tüm gerilim seviyeleri için) ve reaktif gücü düzenleyen statik cihazların gerçekleştirilmesi için temel eleman olarak kullanılır¹⁾.

¹⁾Aslına bakarsak, kapasitörler yerleştirilmiş dielektrik malzemenin boş olmayan iletkenliği
ve dielektrik histerezis kayıpları nedeniyle minimum değerde aktif güç çeker

Özellikle, alçak gerilim uygulamaları için kullanılan güç faktörü düzeltme kapasitörleri, metalize polipropilen filmin tek fazlı bileşenlerinden oluşur ve kendini iyileştirme özelliğine sahip olabilir. Bu kapasitörlerde, deşarj yüzünden zarar gören dielektrik kısım, kendi kendini yenileme özelliğine sahiptir; hatta, bu tür durumlarda, polipropilen filmin deşarjdan etkilenen parçası, deşarjın sebep olduğu termal
etki yüzünden buharlaşır ve böylece hasarlı kısmı yeniler.