Reaktif güç kompanzasyonu elektrik enerjisinin verimli bir şekilde kullanılması için oldukça önemlidir. Bu yazımızda “kompanzasyon nedir” ve “kompanzasyon panosu nedir” sorularının cevaplarını detaylı olarak paylaşacağız.
Kompanzasyonun tanımı
AC güç sistemlerinde iki farklı tipte güç vardır. Aktif güç ve reaktif güç.
Aktif güç bir yüke sağlanan esas güçtür. (Temiz güçtür de diyebiliriz.) Bu gücün kullanımını fiziksel olarak görürüz. Aktif güç lambaları yakan, vinçleri, konveyörleri, içinde motor olan her türlü makinenin hareket etmesini sağlayan güçtür.
Reaktif güç ise isminden de anlaşılabileceği gibi aktif olarak iş yapmayan ama AC sistemlerin mıknatıslanması için gerekli bir güçtür. Yani bu güç kullanılmaz; ama uygulamada elektrik makineleri, ve motorlar mıknatıslanmalarını sağlayabilmek için bağlandıkları şebekeden reaktif güç de çekerler. Çekilen bu reaktif güç daha sonradan tekrar şebekeye iletilir.
Yani aktif gücün mekanik güce dönüştüğü, reaktif gücün ise sadece mıknatıslanmayı sağladıktan sonra şebekeyle yük arasında bir döngüde dolaştığı bir sistem düşünün.
Reaktif güç talep eden makineler şunlardır:
Asenkron ve senkron motorlar, bobinler, transformatörler, redresörler, Endüksiyon ve ark fırınları, kaynak makinaları, havai hatlar, balastlar, Fluoresan, sodyum, neon ve civa buharlı lamba balastları
Bu makineler şebekeden ne kadar fazla reaktif enerji çekerlerse enerji de bir o kadar boşa gider. Peki, biz şebekeden çekilen bu reaktif gücü azaltabilirsek ya da hiç çekmezsek şebekeyi rahatlatabilir miyiz? İşte burada kompanzasyon sistemi devreye gidiyor ve bu sorunun cevabını veriyor.
Kompanzasyon şebekeden çekilen bu reaktif gücü azaltmak ve sistemde daha temiz bir güç barındırmak için yapılan işlemin genel adıdır. Teknik bir tabirle cosφ’nin 1’e yaklaştırılması olayıdır.
Aktif (P) ve reaktif (Q) güçten bahsettik ama ayrıca görünür güç (S) de vardır. Görünür güce bu iki gücün bileşkesi dersek yanlış olmaz.
Cos fi ise aktif güç ile görünür güç arasında oluşan faz açısıdır. Mantıken biz bu faz açısını azalttığımız zaman reaktif güç azalacak ve dolayısıyla aktif güç ile görünür güç birbirine yaklaşacaktır. Yani ideale en yakın enerjiyi elde etmemiz mümkün olur.
Ayrıca görünür güç, reaktif güç ve aktif güç ilişkisi şöyle formüle edilebilir:
S= Görünür güç (VA)
P= Aktif güç (W)
Q= Reaktif güç (VAR)
Kompanzasyon Cos fi kaç olmalı?
Görüldüğü gibi sistemdeki reaktif güç bir şekilde şebekeyi kirletiyor ve verimini düşürüyor. Bu nedenle temiz bir aktif güç elde edebilmemiz için en ideali cos fi’nin 1 olmasıdır. Bu nedenle kompanze sistemdeki cosfi’nin 1 olması istenir.
Kompanzasyonun öneminin farklı bir gösterimi
Güç kavramlarının daha iyi anlaşılabilmesi için bir görselle konuyu pekiştirelim:
Şimdi bir atın bir vagonu 1. resimdeki gibi çektiğini düşünün. Aslında atın aktif gücü çok daha fazla, yani doğru çekse vagonu daha hızlı ve daha uzağa çekebilir. Fakat vagonu o kadar yanlış bir açıyla çekiyor ki görünür gücü daha az oluyor ve enerjisini adeta boşa harcıyor. Ancak at raylara doğru yaklaşırsa (2. ve 3. resimlerdeki gibi) yani reaktif gücünü azaltabilirse atın sağladığı hareket ve kuvvet o kadar fazla olur. Tıpkı bu örnekteki gibi kompanzasyon işleminde de elektrik sisteminin faz açısı düzeltilerek sistemin daha verimli olması sağlanır.
Kompanzasyon neden yapılır? Nasıl yapılır?
Kompanzasyon ne işe yarar şimdi tam anlamıyla anlayacaksınız:
Şöyle düşünün. Enerji bir yerden bir yere ne kadar temiz ve aktif bir şekilde iletilirse o kadar verimli olur demiştik. Yani iletim hatlarında temiz bir enerjinin dolanması istenir. Temiz enerji dolaşsın ki enerji daha uzağa iletilebilsin ve iletildiği noktada daha fazla yükü besleyebilsin. (Keban Barajı’ndan İstanbul’a daha kayıpsız ulaşsın ve İstanbul’da da mümkün olduğunca fazla kullanıcıyı beslesin) Ancak bir taraftan da sahada olan ekipmanlar yapıları gereği mıknatıslandıklarında reaktif enerjiye ihtiyaç duymaktadırlar. Peki bu reaktif enerjiyi nereden alırlar? Direkt olarak şebekeden. Aldıktan sonra da geriye verirler ve şebeke ile yük arasında sürekli reaktif güç dolanır. Bu olursa ne olur? İletim hattının verimi düşmez mi? Enerjinin bir kısmı boşa harcanmaz mı? Harcanır!
Peki biz bu mıknatıslanma için gerekli reaktif enerjiyi iletim hattından çekmesek de direkt yük tarafından yani motorların yakınından bir yerden karşılasak? Sisteme kondansatör grupları eklesek ve kondansatörler mıknatıslanma için gerekli olan reaktif enerjiyi otomatik olarak karşılasalar. Yani reaktif döngü şebeke yük arasında değil de kondansatör grubu ve yük arasında olsa? Mantıklı olmaz mı? Böylelikle iletim sistemini rahatlatabiliriz.
Kabaca şebeke yüklere şöyle diyor:
Mıknatıslanmanız için gerekli reaktif enerjiyi benden çekip sonrasında tekrar bana geri vermeyin ve beni boşa yormayın. Kendi yakınlarınızda bir yerden (kondansatörlü kompanzasyon panosundan) bu ihtiyacınızı karşılayın. Benim cos fi’mi 1 yapın ki ben de bu enerjiyi daha uzağa ve daha kaliteli bir şekilde iletebileyim.
Kompanzasyon yapılmaz ise ne olur?
Reaktif güç kompanzasyonu yapılmazsa şebeke faydasız reaktif güçle yüklenir ve yüklerde enerji kayıpları, üretim ve dağıtım sistemlerinin kapasitesinde azalma ve kablolarda gereksiz ısınma gibi etkiler görünür. Sistemde reaktif enerjinin dolaşması istenmediği için bu reaktif enerjinin sınırlanması devlet tarafından zorunlu hale getirilmiştir. Aksi halde reaktif bedel olarak adlandırılan cezalar ödenir.
Yani devlet de kullanıcıya kısaca şöyle der:
Bir tesis çektiği reaktif enerjisini sınırlamaz ve boş yere şebekeyi yorarsa, ölçülen değerler sonucunda, boşa harcanan enerji bedeli kadar cezayı ödemek zorundadır.
Kompanzasyon bir nevi enerjinin kaliteli kullanımı için alınmış bir önlemdir. İşte bunun için kompanzasyon panoları tasarlanır. Reaktif enerji bedelinden kurtulmak için kullanıcıların çektikleri yüke uygun güçte kompanze panosu yaptırmaları kendi maddi menfaatleri açısından daha avantajlıdır. Kompanze panosu olmaması durumunda her ay gelecek reaktif ceza bedeli bu tesise çok daha fazla maliyet getirecektir.
Kompanzasyonun faydaları
Maddeler halinde şöyle verelim:
- Dağıtım ve iletim hattında gereksiz yüklenmeyi azaltır. Hattı rahatlatır.
- Elektrik santralinin kapasitesini doldurmaz. Santral daha fazla yükü besleyebilir.
- Yüksek gerilim tesislerindeki kesici, ayırıcı, trafo, izolatör gibi elemanların sayısını ve arıza riskini azaltır.
- Gereksiz trafo yüklenmelerini yok eder
- Kablo kesitlerinin küçülmesini veya mevcut kablonun daha fazla akım taşımasını sağlar.
- Sistemdeki gerilim düşmelerini ve kayıpları azaltır.
- Tüm devre elemanların kurulum maliyetini düşürdüğü gibi daha verimli çalışmalarını sağlar.
- Elektrik faturalarındaki cezaların ödenmesi engellenir
Tedaş Reaktif Güç Kompanzasyonu Ceza Oranları
Elektrik Piyasası Müşteri Hizmetleri Yönetmeliği Beşinci Bölüm Madde 16 ’ ya göre kurulu gücü 50 KVA ‘nın altında olan müşteriler için çektikleri aktif gücün %33 ünü aşan endüktif reaktif güç tüketimi, %20 sini aşacak şekilde sisteme kapasitif reaktif enerji vermeleri ; 50 KVA üzeri kullanıcılarda ise aktif gücün %20 sini aşan endüktif reaktif güç tüketimi, %15 ini aşacak şekilde sisteme kapasitif reaktif enerji vermeleri halinde reaktif güç bedeli ödemekle yükümlüdürler. Bu nedenle reaktif güç sınırları aşılması durumunda reaktif güç tüketim bedeli uygulanmaktadır. (Bu oranlar seneden seneye değişim gösterebilmektedir. Her sene kontrol edilmesinde fayda vardır)
Kompanzasyon sistemi ve kompanzasyon panosu nedir?
“Kompanzasyon panosu ne işe yarar?” sorusunun cevabını şöyle özetleyebiliriz:
Kondansatörler cos fi’yi 1 değerine yaklaştırabilirler ancak bu kondansatörlerin bir şekilde devreye alınması ve otomatik olarak çalıştırılması gerekmektedir. Kondansatörlerin kendiliğinden devreye girmesi beklenemez. Bunun için bir kompanzasyon panosu tasarlanır.
Kompanzasyon sisteminde kondansatörler, kompanzasyon kontaktörleri, harmonik reaktörler, reaktif güç kontrol rölesi ve bazen de tristörler gibi ekipmanlar bulunur. Ayrıca bunları koruyan sigortalı yük ayırıcılar, şalterler de kullanılır. Bir kompanze panosunda esas işi yapan kondansatörlerdir. Devrede depolanan reaktif güç motorlar devreye girerken kondansatörler tarafından motorlara verilir. Dolayısıyla şebekeyle sistem arasında reaktif güç alışverişi olmaz. Kondansatörler bir nevi şebekeye geri reaktif enerji basarak cosQ’yi 1’e yaklaştırırlar.
Kompanze panoları genellikle kademeli olarak tasarlanırlar. “Kompanzasyon kaç kademeli? gibi bir soru duyarsanız bu aşağıda gösterildiği gibi kondansatörlerin gruplandırılması manasına gelir. Aşağıdaki örnekte 50kVAR’lık 6 adet kondansatör kullanılmış. Yani bu kompanzasyon panosu 6 kademeli.(Günümüzde çoğu pano 12 kademeli)
Kompanzasyonda kondansatör gruplarını devreye alan elaman da reaktif güç kontrol rölesidir. Sitemin beyni gibidir. Bazen bir kondansatör grubunun gücü cosQ’yi 1’e yaklaştırmaya yetmez. Diğer gruplar da sırayla devreye alınarak cosQ 1’e yaklaştırılır. Şarj deşarj döngüsü reaktif güç kontrol rölesi tarafından sürekli kontrol edilir ve yüklerin anahtarlanması sağlanır. Kompanzasyon kontaktörleri de bobinleri enerjilendiğinde kondansatör grupları devreye sokmak için kontaklarını kapatırlar ve enerji akışını sağlarlar.
Kompanzasyon panosu da tüm bu elemanların içerisinde bulunduğu ve cosfi’nin verimli bir şekilde 1’e yaklaştırılmasını sağlayan elektrik panosudur. Bu pano tasarlanırken kompanze ölçüm sonuçlarına ve ürünlerin boyutlarına dikkat edilerek tasarlanmalıdır. Kondansatörler ısı yayan elemanlar olduğundan çok sıkışık tasarlanmamalı ve bulunduğu yerin havalandırmasına ekstra dikkat edilmelidir.
Kompanzasyon panosu malzemeleri | Kompanzasyon elemanları
Kompanzasyon panosu malzeme listesi şu elemanlardan oluşabilir:
- Kondansatörler: Şarj deşarj prensibiyle çalışan ve kompanze devrenin esas işi yapan ana elemanları
- Reaktif güç kontrol rölesi: Kondansatör gruplarını sırayla devreye alarak cosfi’yi 1’e yaklaştıran sistemin ana kontrolörü
- Kompanzasyon kontaktörü: U uzaktan kontrol edilerek anahtarlama işlemini yapan ve kondansatörler için yolu açan devre elemanı
- Sigortalı yük ayırıcı / termik manyetik şalter: Termik ve manyetik akımlara karşı koruma sağlayan koruma cihazları
- Harmonik reaktörler (ihtiyaca göre): Harmonikli kompanzasyonda elektrik harmoniklerini yok eden ekipmanlar
- Tristörler (ihtiyaca göre): Kontaktör yerine anahtarlamada kullanılan hızlı yarı iletkenler. Yüklerin hızlı bir şekilde devreye girdikleri yerlerde tercih edilirler.
- Aktif filtreler (ihtiyaca göre): Güç kalitesi artırımında kullanılan cihazlar
- Deşarj bobinleri (ihtiyaca göre): Pik akımlarını deşarj eden elemanlar
- Sinyal lambaları ve butonlar: Kademelerin hangisinin devrede olduğunu gösteren ve sinyalleme yapan göstergeler
- Ve tabii ki baralar, kablolar, sarf malzemeler…
Kompanzasyon çeşitleri
3 farklı şekilde yapılabilir:
Münferit (tek tek) kompanzasyon:
Kondansatörler bireysel güç tüketicilerinin terminallerine doğrudan bağlanır ve ortak bir anahtarlama cihazı aracılığıyla onlarla birlikte açılır. Burada, kondansatör gücünün, ilgili tüketicilere göre tam olarak ayarlanması gerekir. Asenkron motorlarda sık sık tek kompanzasyon kullanılır. Bu yöntem etkilidir ve kondansatör grubunun arızalanması durumunda sadece arızalı bölge devre dışı kalır. Aydınlatmada, büyük güçlü motorlarda, uzun besleme hatlı alıcılarda tercih edilir; ancak maliyetlidir ve arıza tespiti yapılamaz ise reaktif cezaya girilmesi olasıdır. Bu yüzden sık sık kontrol edilip bakımları yapılmalıdır.
Grup kompanzasyon:
Bir tesiste birden fazla tüketicinin (su motoru, aydınlatma gibi) birlikte bulunduğu, ayrı ayrı kompanze edilmek yerine, grup şeklinde kompanzasyonunun sağlandığı yapıya denir.
Bu tür kompanzasyon tesis ya da panosunda, kondansatörlerin özel anahtarla ve gerekli miktarda şebekeye bağlanmaları gereklidir. Münferit kompanzasyona benzer. Aynı avantaj ve dezavantajlara sahiptir.
Merkezi kompanzasyon:
Gelişmiş ve en çok tercih edilen yöntemdir. Bu tür kompanzasyonun yapıldığı tesis ya da panoda, tüketici sayısı çoktur ve bunlar sürekli sistemde aktif halde değillerdir. Devredeki kondansatörler sürekli aktif olmayacağı için, yükün durumuna göre (ihtiyaca göre) bu grupları devreye alıp çıkarabilen, anahtarlamayı sağlayacak reaktif güç kontrol rölesi kullanılır. Röle değişken koşullara göre kondansatörleri otomatik olarak devreye alıp çıkarır. Röle sayesinde, düşük ve aşırı kompanzasyona engel olunur. İstenirse opsiyonel olarak röle kullanılmadan manual olarak da kondansatör grupları devreye alınabilir. Büyük güçlü tesislerde tercih edilen bir yöntemdir. Bir kompanze panosu kurulması ihtiyacı doğurur ancak işlemler otomatik olarak gerçekleştirildiği için zahmetsizdir ve olası reaktif cezaların önlenmesi için en efektif yöntemdir.
Kompanzasyon arızaları
En çok karşılaşılan arızaları şöyle sıralayabiliriz:
- Kondansatörlerin zamanla kapasitelerini yitirmesi veya ömrünün dolması
- Sıcaklık nedeniyle kondansatörlerin patlaması
- Darbe akımları ve harmonikler nedeniyle kondansatörlerin hasar görmesi
- Kompanze kontaktörü kullanılmaması nedeniyle kontaktörlerin yapışması veya bobinlerinin yanması. Ayrıca yüklerin hızlı devreye girip çıktığı uygulamalarda da kontaktörler yapışabilir. Bu durumda tristörlü kompanze tercih edilmelidir.
- Reaktif rölelerin yanlış ölçüm alması veya röle ayarlarının yanlış yapılması
- Yanlış seçilen koruma elemanlarının gereksiz açmalar yapması
- İlk projelendirme aşamasında gerekli gücün yanlış hesaplanması
- Akım trafoları büyük çevirme oranlı seçilmesi
- UPS, balast gibi yüklerin hesaba katılmadan ve kompanze karakteristiği belirlenmeden yapılan tasarımlar
Arızaların önlenmesi için panoların ve kondansatörlerin sık sık bakımları ve ölçümleri yapılmalı, arızalı parçalar yenileriyle değiştirilmelidir. Ayrıca panolar iyi havalandırılmalı ve mümkün olduğunca tozdan ve nemden uzak yerlere yerleştirilmelidir. İlk projelendirme aşamasında tesisin durumu, ihtiyacı, yüklerin şekli iyi belirlenmeli ve en uygun şekilde sistem tasarlanmalıdır.
kaynak : elektrikstok.com