Kompanzasyon Nasıl Yapılır?

Kompanzasyon

Kompanzasyon Nasıl Yapılır?

Direnç bazlı (Resistif) devrelerde olan faz farkı, kapasitif devrelerde akım voltajdan fazı ileride, endüktif devrelerde ise akım geride olacak şekilde değişir. Faz farkının meydana gelmesi, reaktif güç meydana gelmesidir. Bir sistemin görünür gücü değişmez, ancak faz farkına bağlı olarak görünür gücün bileşenleri olan aktif ve reaktif güç değişir.

Aktif güç görünür güce eşittir ve maksimum iş verimi alınır. Devrede işi aktif bileşen yapar, reaktif bileşen her döngüde şebekeden çekilir ve döngü bitmeden geri şebekeye verilir. Saf resistif devrede faz farkı olmaz ve aktif güç maksimum değerini alır, reaktif güç yoktur. Ancak endüktif ve kapasitif devrelerde faz farkına göre reaktif güç meydana gelir. Bu da işe çevrilebilen aktif gücün azalmasına dolayısıyla verimin düşmesine ve kullanılamayan bir reaktif güç meydana gelmesine sebep olur. İşte aktif gücün maksimum duruma getirilip, güç faktörünün düzeltilmesi ve verimin en büyük halini alması işlemine kompanzasyon denir. Kompanzasyon, şebekeden çekilen reaktif gücü düşürmek, elektrik kayıplarını önlemek amacıyla yapılır.

Şebekeye bağlı bir alıcı, trafo, motor veya floresan lamba ise bu elemanlar, manyetik alanlarını sağlama için bağlı bulundukları şebekeden endüktif reaktif güç çeker. İş yapmayan ve sadece motorda manyetik alan üretmeye yarayan endüktif reaktif güç, iletim hatlarında, transformatörlerde, şalterler ve kablolar da gereksiz yere kayıplara neden olmaktadır. Eğer kayıplar yok edilirse transformatörler daha çok motoru besleyecek duruma gelecek, kullanılan kablolarının kesitleri küçük olacaktır.

9 kW ın üzerindeki yerlerde kompanzasyon kullanma şartı, yönetmeliklerle getirilmiştir. Büyük ve küçük işletmelerde hatta binalarda kompanzasyon kullanmak gerekir. Kompanzasyon fiyatları yüksek olmasının nedeni ise sisteme ek bir maliyet getirmektedir. Fakat geçen süre içerisinde sağladığı enerji verimliliği ile kendisini amorti etmekte ve harcanan elektrik enerjisini kara geçirmektedir.

Kompanzasyon yapılmazsa;

Reaktif güçler kompanze edilmediği zaman şebekede güç kayıpları oluşur. Dağıtım ve üretim sisteminin kapasitesi azalır, gerilim düşmesinin, taşınan gücü sınırladığı dağıtım hatlarında, enerji taşıma gücünün düşmesine sebep olur.

Aşırı yüklenmelerin ve gerilim düşmelerinin önlenmesi ve şebekeden en verimli bir şekilde yararlanılması için, reaktif yüklerin meydana geldiği noktada kompanze etmek ve giderilmesi zorunludur.

Bundan dolayı, kompanzasyon panosu kurmakla yükümlü aboneler, Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu kararı doğrultusunda kompanze edilmiş biçimde elektriği harcamak zorundadırlar. Karara uymayan aboneler, ceza ödemek zorunda kalırlar.

Kurumunun belirttiği şartlar doğrultusunda elektrik tüketimi yaparlar. Aksi taktirde ceza öderler. Elektrik harcamasında kompanzasyon pano şeması önemlidir. Kompanzasyon firmaları tarafından kurulacak bir işletmede bunlara dikkat edilmelidir.

Kompanzasyon Nasıl Yapılır?

İşletmelerde motorlar, cihazlar, bobinli aletler ve trafolar endüksiyon sistemiyle çalışır. Şebekeden aktif ve reaktif güç çeker. Bobinlerde manyetik alan meydana gelmesi için reaktif güce ihtiyaç vardır. Oluşan reaktif güçler trafolarda ek yük meydana getirir. Binen bu yük trafonun tam randımanlı olarak çalışmasına mani olur. Trafonun aktif gücü düşer.

Kompanzasyonda kullanılan malzemeler; besleme kablosu, kesici gibi malzemelerinin seçiminin büyük olmasını sağlar. Buna meydan vermemek için tüketicilerin reaktif güç gereksinimlerini karşılarken bulundukları yerin trafosundan karşılama yerine senkron motorlar ve kondansatörler gibi reaktif güç üreteçlerinden elde etmeleri istenmektedir. Kondansatörler reaktif güç üreteçlerinden ömrü uzun ve ucuz olanıdır. Kurulumu ve bakımı yapılırken oldukça pahalı olan senkron motorlar, kullanımda pek rağbet görmemektedir.

Kompanzasyon kondansatörleri, reaktif güç kontrol rölesi otomatik devreye sokar. cosφ ayarını da reaktif güç kontrol rölesi ile yapar.
Reaktif güç kontrolü rölesi kondansatörleri çabuk anahtarlama elemanlarıyla, devreye koyar. Anlık olarak reaktif güç gereksinimini karşılar.
Sistemin reaktif güç ihtiyacını karşılamak için ana panonun girişine bir kondansatör bağlayarak devrenin sabit kalması sağlanır.

Kompanzasyonların yapılış şekilleri;

Dinamik faz kaydırıcılar ( senkron motor)
Senkron Kompansatör
Statik faz kaydırıcılar (kondansatör)

Dinamik Faz Kaydırıcılar (Senkron Motor)

Reaktif güç üretilirken kullanılan dinamik faz kaydırıcılarda, aşırı uyarılmış senkron motorlar kullanılır. Santrallerden enerji nakil hatlarının sonunda ve tüketim merkezlerinin başında şebekeye bir senkron motor paralel bağlanarak, bölgenin reaktif güç gereksinimi bağlanan motordan karşılanır. Şebekeye bağlı senkron motor , şebekeden boşta çalışma kayıplarını karşılayacak aktif gücü çeker. Şebekeye yeterli reaktif gücü verip bir reaktif güç üreticisi (genaratör) olarak çalışır. Bunun ayrıca tahrik edilmesi de gerekmez.

Senkron motorların uyartım akımları değiştirilerek motor kapasitif veya endüktif olarak çalıştırılabilir.

Senkron motorun şebekeden çektiği reaktif güç miktarı da, uyartım akımıyla ayarlanabilir. Senkron motorlar, dinamik güç kompansatörü olarak da kullanılırlar. Güç kompansatörü olarak kullanılırken senkron motorun, üstünde yük yoksa, kaynaktan çekeceği aktif güç, sadece mekanik kayıpları karşılamak için kullanılır. Senkron motorların yatak ve milleri güçlü yapılır.

Senkron motor, kompanzasyon sistemi kullanılmadığı taktirde maliyeti yüksektir. Maliyet açısından ekonomik olması için reaktif güç kompanzasyon sistemlerinde kondansatörler sıkça kullanılırlar. Statik faz kaydırıcı kondansatörlerin bakımı kolay ve ucuz olduğu için, dinamik faz kaydırıcı olan senkron motorlar kullanılmazlar.

Senkron Kompansatör

Senkron kompansatörlerin kayıpları az olup uyartım donanımlarının ayar sınırları geniştir. Nominal uyarlandığı zaman güç katsayıları “cosφ =1”dir. Az veya çok uyarlandıkları zaman reaktif enerji üretirler veya tüketirler. Senkron kompansatörler bir reaktif enerji üreticisidir. Hat yüksüz olduğunda, hat sonu geriliminin yükselmesine mani olmak için reaktif enerjide çekerler. Bu durumda gerilim regülasyonunu da devamlı kontrollerinde bulundururlar.

Statik Faz Kaydırıcılar (Kondansatör)

Kondansatör iki iletken levha arasındaki yalıtkan malzeme ile sağlanan elektrik enerjisini depolayan devre elemanıdır. Kondansatörler, statik faz kaydırıcılar olarak tanımlanır. Kondansatörlerin bakım masrafının olmaması, ekonomik olmaları sebebi ile günümüzde reaktif güç kompanzasyonunda kullanılmaktadırlar.

Senkron Kompansatörlerle, Statik Kondansatörlerin Karşılaştırılması

Kondansatörler yalnızca reaktif enerji üretirler. Senkron kompansatörler gerilim regülasyonunu düzenleyerek, reaktif enerji üretir ve tüketirler.
Kondansatörler yalnızca gerilim düşmelerinde etkili olabilir.
Senkron kompansatörler kısa devre akımlarını besler.
Gerilim düşük olduğu zaman kondansatörlerin reaktif üretimleri az olur. Senkron kompansatörlerde artar.
Devre açılıp kapandığında kondansatörlerde gerilim ve akım darbeleri oluşabilir. Senkron kompansatörlerde problem olmaz.
Senkron kompansatörlerin kayıpları vasati %2 civarında olup, kondansatörlerde % 0,5’in altına düşer.
Küçük güçlerde senkron kompansatörler, ekonomik değildir, kondansatörler ekonomiktir.
Senkron kompansatörlerin bakım ve işletme güçleri bulunur.
Kondansatörler, çok yer kaplamazlar. Bir yere yerleştirilirken problem olmazlar. İstenilen gerilimde ve büyüklükte kullanılabilirler. Kondansatörler ekonomiktir ve bakım masrafları yoktur. Bundan dolayı reaktif güç kompanzasyonunda kullanılmaktadırlar.
Senkron kompansatörlerin kayıpları az olup uyartım donanımlarının ayar sınırları geniştir. Nominal uyarlandığı zaman güç katsayıları “cosφ =1”dir. Az veya çok uyarlandıkları zaman reaktif enerji üretirler veya tüketirler. Senkron kompansatörler bir reaktif enerji üreticisidir. Hat yüksüz olduğunda, hat sonu geriliminin yükselmesine mani olmak için reaktif enerjide çekerler. Bu durumda gerilim regülasyonunu da devamlı kontrollerinde bulundururlar.

Aşırı Kompanzasyon

Bireysel kompanzasyonda kondansatör, alıcının ihtiyacına cevap verecek biçimde şekilde seçilerek, alıcıya paralel bağlanır. Beraber devreye girip-çıktığında, reaktif güç ihtiyacıyla üretim birbirini karşılar ve güç katsayısını istenilen değerde sabit tutmaya çalışır. Grup kompanzasyon ve merkezi kompanzasyonda böyle olmaz. Reaktif güç ihtiyacı devamlı değişim halindedir. Kompanzasyon kondansatörün gücü sabit kaldığı için, reaktif güce ihtiyaç arttığında, kompanzasyon kondansatörleri ihtiyacı karşılayamaz. Eksilen reaktif gücün tamamlanması için şebekeden ihtiyacı karşılar. Durum böyle olunca güç katsayısı (cosφ) düşer ve kompanzasyon görevini yerine getiremez.

Düşük yükle çalıştığı zaman, paralel bağlı kondansatör reaktif güç ihtiyacını karşıladıktan sonra, reaktif güç fazlası oluşur ve şebekede reaktif güç fazlası meydana gelir. Bu durumda, işletmenin bağlı olduğu trafoda gerilim yükselir, buna aşırı kompanzasyon adı verilir. Bu aşırı kompanzasyonda, alıcı geriliminde bir artış meydana gelir. Şeklimizde aşırı kompanzasyon etkisi fazör diyagramı ile gösterilmiştir.

Aşırı kompanzasyon fazör diyagramı.

I₁ Yük akımı
I_c Kondansatör akımı
I₂ Şebeke akımı
U₁ Besleme gerilimi
U₂ Tüketici gerilimi
R Hat ve trafo direnci
X Hat ve trafo reaktansı
DU Tüketici gerilim yüklenmesi

Aşırı kompanzasyon, genellikle yüksek güç katsayısı ile çalışmakta olan tesislerde meydana gelir.

Aşırı kompanzasyonda ΔU gerilimi , kondansatör gücüyle transformatör oranına bağlıdır. Gerilim artışının yüzde cinsinden değeri , yaklaşık olarak;

( % ) = ΔU/U = Ux/100 . Qc/ Sτ

formülü ile hesaplanır. Burada Q_c , kVAR cinsinden kondansatör gücü , S_t , kVA cinsinden transformatör gücü ve U_x , yüzde cinsinden kondansatör yerine bağlı olarak transformatör akımına indirgenmiş reaktans üzerindeki gerilim düşümüdür.

Aşırı kompanzasyon sonucunda gerilim artışı büyük boyutlara çıkar. Tesisler bundan büyük zarar görür. Bunu önlemek için, kondansatör bataryasının şebekeye reaktif akım verilmeyecek şekilde ayarlanması lazımdır. Bundan dolayı kompanzasyon için kullanılan kondansatörlerin, farklı sayılarda gruplandırılarak, ihtiyaca göre devreye girip çıkarılması uygun görülür.

Büyük tesislerde, kompanzasyonu uygun bir şekilde yapmak için, bir sistem kurulur. Otomatik olarak, hassas ve güvenilir bir şekilde ayarı yapılmış olur.

Reaktif Ceza

Kapasatif veya reaktif cezalar, tesislerin kompanzasyon panolarına gerekli bakımın yapılmamasından ve en önemlisi tesis büyüdükçe kompanzasyon panosunun küçük kalmasından dolayı oluşmaktadır. Çözüm ise, kompanzasyon panosunun yeniden şekillenmesidir. Dalgalı akımla beslenen bir sistem devreden akım çeker. elektrikli ısıtma aygıtını alternatif akımla beslediğimiz de sinüsoidal olarak yükselen gerilimle eş zamanlı olarak sistemden çekilen akımda aynı oranda artar. Yük rezistif olduğu için sistemin çektiği akım gerilimle aynı fazda olur.

Isıtıcı yerine bir elektrik motoru bağladığımızda gerilim yüksek olduğu anda akım yüksek değerde olmayacak, akım daha yavaş olarak yükselecektir. Bu da devredeki gerilim ile akım aynı fazda olmayacaktır. Böylece elektrik sayacı harcanan enerji miktarını doğru kaydedemeyecektir. Bundan dolayı endüktif (motor) yada kapasitif (floresan lamba) yükle şebekeden güç çekiliyorsa dağıtım şirketi reaktif güç bedeli talep eder.