Reaktif güç kompanzasyon ülkemizde cezai şartlar ile standardize edildiğinden dolayı elektrik mühendisliği disiplininde önemli bir yer tutmaktadır. Bu nedenle belirli bir kurulu gücün üstündeki tüm tesislerde, ihtiyaca uygun tasarlanmış kompanzasyon sistemleri mevcut olmalıdır.
İhtiyaca uygun kompanzasyon sisteminin seçimi fiyat/performans açısından bir optimizasyon gerektirir. Optimum sistemin seçimi için göz önünde bulundurulması gereken bazı önemli kıstaslar/parametreler bulunmaktadır. Bu parametrelerin uygulamayı gerçekleştirecek firma ile birlikte incelenmesi sağlıklı bir kompanzasyon uygulaması için belki de en kilit adım olacaktır. Uygulama öncesi incelenmesi gereken bazı kıstaslar:
- Tesisin yük karakteristiği,
- Uygulamanın gerçekleşeceği yerin fiziksel özellikleri,
- İhtiyaç duyulan toplam reaktif güç değeri,
Tesisin Yük Karakteristiği
Bir endüstriyel tesisin yük karakteristiğini çıkartmak doğru uygulamaların yapılabilmesi için en önemli çalışmalardan biridir. Unutulmamalı ki uygulamayı yapacak firma bütün üretim proseslerine ve tesis ile ilgili detaylara hakim olmayabilir. Bu noktada tesiste çalışan ve üretim prosesine hakim bakım ve işletme mühendislerinin tecrübe ve tavsiyelerini dinlemek faydalı olabilir. Yük karakteristiğinin çıkartılması için sorgulanması gereken sorular ve sağlayacağı faydaları biraz açmak gerekirse:
*Tesiste var olan yüklerin çalışma prensibi nedir? Yükler ne kadar sıklıkla devreye girmektedir?
– Bu sorunun cevabı bize kompanzasyon sisteminde kullanılacak anahtarlama elemanının çeşidini verecektir. Örneğin punto kaynak makinasının, asansör, vinç … gibi sık sık devreye girip çıkan yüklerin bulunduğu bir üretim prosesinde mekanik anahtarlamalı (kontaktörlü) bir kompanzasyon sistemi gerekli anahtarlama hızını sağlamayabilir veya çok sık anahtarlama mekanik anahtarların ömrünü kısaltıp kontaktör kontaklarının yapışmasına neden olabilir. Bu noktanda daha hızlı anahtarlama yapabilen ve mekanik parça bulundurmayan tristör elemanı yarıiletken yapısı sayesinde hem hızlı hem de uzun ömürlü anahtarlama yaparak ihtiyacı karşılayabilir. Tam tersi durumda da gereksiz yere tristör kullanımı kompanzasyon yatırımının maliyetini gereksiz yere arttırabilir.
*Tesis içinde var olan tek fazlı, iki fazlı ve üç fazlı yüklerin dağılımı?
-Bu sorunun cevabı bize kompanzasyon sisteminde hem kondansatör hem de reaktör seçiminde yardımcı olabilir. Örneğin tek fazlı yüklerin 3 faz 1 nötr üzerinde dengesiz ise veya eş zamanlı çalışmıyorlar ise fazlar arası reaktif güç ihtiyacı farklı olacaktır. Bu noktada 3 fazlı kondansatör kademesi kullanımı aşırı veya yetersiz kompanzasyona neden olabilir. Bu sorunun çözümü olarak tek fazlı kondansatör kademeleri veya dengeleyici endüktif yük sürücüler kullanılabilir. Ayrıca kompanzasyon için gerekli olan harmonik filtre reaktörü seçilirken tesiste 3.harmonik bileşen (150 Hz) bulunduran iki fazlı yükler mevcut ise, harmonik filtre reaktörünün odak frekansının 134 Hz seçilmesi tesisi 3.harmoniğe karşı rezonanstan korumaya ve 3.harmonik bileşen akımların kondansatörler üzerinden akmasını engellemeye yarayabilir.
* Şebekenin toplam gerilim harmoniği değeri ne kadar ?
-Bu soru aslında yük karakteristiğinden çok şebeke karakteristiğini sorgulamak gibi görünse de şebeke karakteristiğini en çok etkileyen faktörün yük karakteristiği olduğu unutulmamalıdır. Gerilim harmoniğinin yüksek değerlerde olması (yaklaşık olarak THDv>%3-4) seçilecek olan harmonik filtre reaktörünün odak frekansını belirleyen önemli faktörlerden biridir. Piyasada en sık üretilen harmonik filtre reaktörlerinin odak frekansı değerleri 134 Hz, 189 Hz, 210 Hz olduğunu görebilirsiniz. Bu değerler 3’üncü ve 5’inci harmonik mertebeleri göz önüne alınarak hesaplanmaktadır. Odak frekansı düştükçe harmonik filtre reaktörünün fiyatının arttığını görebilirsiniz. Bunun nedeni 189 Hz odak frekansına sahip bir harmonik filtre reaktörünün 5’inci harmonik bileşene karşı gösterdiği empedansın daha yüksek olmasından kaynaklıdır. Tüm bunlar dikkate alındığından yüksel gerilim harmoniği bozunumu değerine sahip tesislerde 189 Hz’den de daha düşük odak frekansına sahip özel üretim harmonik filtre reaktörleri kullanılabilir.
Uygulamanın Gerçekleşeceği Yerin Fiziksel Özellikleri
*Kompanzasyon sisteminin yerleştirileceği alanın sıcaklığı ne kadar?
-Kompanzasyon sistemlerinde mevcut olan kondansatör elemanları sıcaklıktan kolay etkilenebilen ve kapasite kaybına uğrayan elemanlardır. Bu nedenle önerilen işletme sıcaklığı (Örneğin 35-46 °C) kondansatörlerin ve sistemin ömrü için önemli bir parametredir. Bu nedenle panoların fan ile soğutulması, ortam sıcaklığı yüksek ise odanın klima ile soğutulması gereklidir.
*Ortamın kirlilik seviyesi ne kadar?
-Ortamın kirlilik seviyesi tesisin üretim prosesine de bağlı ve engellenmesi güç bir konudur. Bu nedenle kompanzasyon sistemlerinin kirlilik seviyesine bağlı olarak periyodik temizliğinin yapılması, fan filtrelerinin düzenli olarak değiştirilmesi faydalı olabilir. Tabi bu öneriler kompanzasyon sisteminin işletilmesi ile ilgili, yeni kurulacak bir sistemde daha yüksek IP koruma seviyesine sahip bir pano tercih edilebilir.
İhtiyaç Duyulan Toplam Reaktif Güç Değeri
*Uygulama O.G’de mi A.G’de mi yapılmalı?
-Bu sorunun cevaplarından biri kompanze edilecek toplam reaktif güç değeridir. Kompanzasyon sisteminin güç değeri arttıkça doğal olarak boyutu da artacaktır. Bu nedenle yüksek kompanzasyon gücü gerektiren uygulamalarda O.G’de kompanzasyonu gerçekleştirmek maliyet ve yer kullanımı açısından optimum çözüm olabilir.
Kaynaklar
[1] AC Power Capacitors, “Ideal for Power Factor and Harmonic Filter Systems”, Frako.
[2] José Matias, “Reactive Power Compensation”, ABB.
[3] W.Hofmann, J.Schlabbach, W.Just, “Reactive Power Compensation a Pratical Guide”, WILEY.