Elektrik Tesisat Planları Dersi 5. Ünite Özet

Aktif, Reaktif ve Görünür Güç

Aktif güç:

Alternatif akımda iş yapan faydalı güce aktif güç denir.

Aşağıdaki formülle hesaplanır:

: Aktif güç (Watt)

: Gerilim

: Akım

: Akım ile gerilim arasındaki açının ( ) kosinüsü

Omik devrelerde değeri “1”e eşittir. Bu sebeple omik devrelerdeki gücün tamamı aktif güçtür. Endüktif ve kapasitif devrelerde “0” olduğundan dolayı bu tip devrelerde aktif güç yoktur.

Reaktif güç:

Asenkron motor ya da transformatör gibi manyetik alanla çalışan devrelerin çektiği güç reaktif güçtür. Ortalama değeri “0” olduğundan dolayı iş yapmaz. Aşağıdaki formülle hesaplanır:

: Reaktif güç (VAr)

: Gerilim

: Akım

: Akım ile gerilim arasındaki açının ( ) sinüsü

Aktif güç ile reaktif güç arasında

ilişkisi vardır.

Reaktif güç Jeneratör, transformatör, hat ve bobinleri gereksiz yere yükleyerek ısı ve gerilim kayıplarına neden olur.

Görünür güç:

Eğer bir devrede hem direnç hem de bobin ve kondansatörler varsa devrede aktif ve reaktif güç beraber çekilir. Bu güç görünür güç’tür. Aşağıdaki denklikler ile ifade edilir:

: Reaktif güç (VA:VoltxAmper)

: Gerilim

: Akım

Görünür akım, , ise şu şekilde hesaplanır:

Bu durumda,

ve

olduğu görülür.

Endüktif bir devrede gerilim akımdan ileri fazda, kapasitif bir devrede ise gerilim akımdan geri fazdadır.

Güç faktörü hesabı:

Gerilim ile akım arasındaki faz farkının kosinüsü ( ) “güç faktörü” olarak tanımlanır ve aşağıdaki denklikten hesaplanabilir:

Reaktif güç tüketicileri: bazı makineleri çalışabilmeleri için uyarmak adına uyarma akımı gerekmektedir. Bu uyarma akımı için sistemden reaktif güç çekilir. Reaktif güç tüketicileri şu şekilde sıralanabilir:

• Transformatörler
• Motorlar (asenkron ve senkron)
• Jeneratörler
• Bobinler
• Ark ocakları
• Havai hatlar
• Flüoresan lambaların balastları
• Yüksek basınçlı sodyum buharlı ve civa buharlı lamba balastları
• Endüstride kullanılan kaynak makineleri
• Neonlu lamba balastları

Endüstriyel kuruluşların güç faktörleri 0,6 ile 0,9 arasında değişmektedir. Reaktif güç ihtiyacını karşılamak için iki yol vardır:

1. Dinamik faz kaydırıcılar (Senkron makineler): Enerji hatlarının sonunda şebekeye bir senkron makine bağlanarak bu cihaz bölgenin reaktif enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılır. Kayıpları statik faz kaydırıcılara göre daha fazladır ve daha sık bakıma ihtiyaç duyarlar. Şebekeye bağlandıktan sonra şebekeden çekilen güç değişmemesine rağmen çekilen akım azalır.
2. Statik faz kaydırıcılar (Kondansatörler): Kayıpları az, bakım maliyeti ve gereksinimi de düşüktür. Gerektiğinde gücü değiştirilebileceğinden dolayı da kompanzasyon için çok uygun elemanlardır.

Kondansatör birbirine paralel bağlanmış iki elektrottan oluşur. Gerilim uygulandığı zaman bu levhalar elektrikle yüklenir. Yük ile gerilim birbiriyle doğru orantılıdır ve bu orantı sabiti de “kapasite”dir (C). C aşağıdaki formül ile hesaplanabilir:

:kapasite (Farad)

:Dielektrik sabiti

:Elektrot yüzey alanı (m ² )

:Elektrotlar arası mesafe (m)

Elektrik şartnamesine göre güç faktörünün 0,95 ile 1 arasında olması gerekmektedir. Bu değerlere ulaşmak için iki yol vardır:

a) Aktif gücü sabit tutarak görünür gücü arttırmak
b) Görünür gücü sabit tutarak aktif gücü arttırmak

Her iki durumda da gerekli kondansatör gücü aşağıdaki gibi hesaplanır:

Güç faktörünün düzeltilmesi ile elde edilebilecek avantajlar şunlardır:

• Reaktif güç kullanımı sağlanarak gelecek faturada düşüşler sağlanır
• Cihaz ve elemanlarda optimizasyon sağlanır
• Yüksek güç faktörü gerekli olan kablo kesitini azaltır
• Kablo ve hatlarda gerilim düşüşü azalır
• Transformatör üzerinden geçen akım azalacağından dolayı yüklenmesi azalır, kapasitesi ve verimi artar
• Üretim, iletim ve dağıtımda kapasite ve verim artar.

Grup kompanzasyon birden çok tüketicinin bulunduğu bir tesiste her tüketici için ayrı kompanzasyon yapılmasındansa tek bir ortak kompanzasyon tesisi kullanılması durumudur. Bu uygulama daha ekonomik ve pratiktir.

Grup kompanzasyon geniş aralıklı yük değişimleri olan yerlerde aşırı kompanzasyon ve dolayısıyla aşırı gerilim riski taşımaktadır.

Merkezi kompanzasyon transformatör ve bobin gibi indüktif cihazların bağlı olduğu devrelere kondansatör bağlanarak gerekli reaktif gücün bunlardan sağlanmasıdır. Bu kondansatör ekleme işi “sabit reaktif güç kompanzasyonu” olarak adlandırılır.

Merkezi kompanzasyon ile iletken kesitleri ve güç kayıplarında azalma olmaz ve reaktif akım kablolardan akmaya devam eder.

Seri kompanzasyon iletim hattının empedansını doğrudan kontrol etmek için kullanılır.

Kompanzasyon Kondansatörleri

Şebekelerde kullanılan kuvvetli akım güç kondansatörlerinde kullanılan dielektrik malzeme genellikle polipropilen ya da kağıttır.

Alçak gerilim güç kondansatörlerinden (400-525-600V) ve orta gerilim güç kondansatörlerinden (3.3-34.5kV) beklenen özellikler aşağıdaki gibidir:

• Ömrünün uzun olması
• Elektrik şebekesindeki anormal akım ve gerilimden etkilenmemesi
• Geçici rejimlerde dengelenme akımlarından etkilenmemesi
• Aktif kayıpların en az olması ve bunları absorbe etmesi
• Performansının sıcaklıkla değişmemesi
• Can ve mal tehlikesi yaşatmaması
• Bakımının kolay olması ve asgari ücretle tamir edilmesi

Bu özelliklere uygun olarak 4 tip güç kondansatörü kullanılmaktadır:

• Kağıt yalıtkanlı yağlı tip: Büyük hacim gerektirir
• Polipropilen yalıtkanlı tip: Gerilim dalgalanmalarına karşı dayanıksızdır
• Metalize polipropilen kuru tip: Küçük boyutlu ve düşük kayıplıdırlar. Zamanla kVAr güçleri zayıflar
• Karma yalıtkanlı yaplı tip: Küçük boyutludurlar ve gerilim dalgalanmalarından etkilenmezler.

Kapasitif reaktans:

Alternatif akım altında kondansatörler geçen akıma direnç gibi tepki verirler. Bu direnç “kapasitif reaktans” ya da kapasitans ( ) olarak adlandırılır. Kapasitansın büyüklüğü frekansla doğru, kapasite ile ters orantılıdır. Aşağıdaki denklikle ifade edilir:

: Kapasitans

: Açısal frekans

:Kapasite

Kondansatör bağlantıları üçgen ya da yıldız olarak yapılabilir. Üçgen bağlama alçak gerilim tesislerinde daha ekonomik olduğundan dolayı daha sık kullanılır.

Reaktif güç her ne kadar zararlı olsa da aşırı kompanzasyon ile tamamen yok edilmemelidir çünkü motor, bobin ve transformatör gibi cihazların çalışması için gereklidir.

Kompanzasyon için kondansatörleri devreye alıp geri çeken reaktif roleler güç faktörünü istenen seviyede tutarlar. Büyük tesislerde rolenin kontrol etmediği sabit kondansatör grupları da kullanılmaktadır.

Kondansatörler seri bağlanırsa toplam kapasite azalır ve kapasitans artar. Paralel bağlandıkları durumda ise toplam kapasite artarken kapasitans azalır. Kondansatörler eşit gerilim altında çalışır.

Kondansatörler devreden çıkarıldıklarında üzerindeki yükün boşalması günler ya da haftalar alacağından dolayı bunların yük boşaltma işlemi yük boşaltma dirençleri üzerinden yapılabilir.

Aydınlatma sistemlerinde kompanzasyon:

İdeal bir alternatif akım şebekesinde güç faktörü bire yakın olmalıdır. Böyle bir şebekenin kalitesinden bahsetmek için aşağıdaki faktörler gözönüne alınır:

• Gerilim ve frekansın sabitliği
• Güç faktörünün “1”e yakınlığı
• Faz, akımlar ve gerilimin sabit olması
• Sürekli enerji elde edilebilmesi
• Harmonik miktarının belirli sınırlar içinde kalması

Aydınlatmada da diğer alanlar gibi kompanzasyon güç kaybının engellenmesi için uygulanmaktadır.

Elektrolüminesan Lambalar: kapasitif akım çektiklerinden dolayı santral ve şebekenin yükünü azaltırlar. Yaydıkları ışık miktarı az olduğundan kullanımarı sınırlıdır.

Akkor Telli Lambalar: Omik direnç gibi davranırlar fakat verimleri %2 civarındadır.

Deşarj lambaları: Flüerosan lambalar ile sodyum buharlı ve civa buharlı lambalardan oluşan deşarj lambaları balast kullanılarak şebekeye bağlanırlar. Balastın şebekede endüktif etkisi vardır. Bu tip lambaların verimleri yüksektir.

Deşarj lambalarının endüktif etkileri devreye bağlanan kondansatörler ile kompanse edilir. Kompansatör gerilimin en yüksek olduğu yerde devreye bağlanır. Genellikle tam kompanzasyona gerek duyulmaz.

Duo kurgusu ile kompanzasyonda iki deşarj lambası birisi kapasitif diğeri endüktif balastla sisteme bağlanarak ışık titreşmesi engellenir.

Aydınlatmada kompanzasyonun avantajları şu şekilde sıralanabilir:

• İç tesisatta gerilim düşüşü etkilenmez
• Üretim, iletim ve dağıtım elemanları kompanzasyon ile daha az yüklenir
• Çekilen akım azalacağından hat ve diğer bileşenlerdeki ısı kayıplarını azaltır.