Güç kalitesi ve kompanzasyon tesislerin en büyük sorunlarının başında gelir. Son yıllarda lineer olmayan yüklerinde artması ile birlikte harmoniklerinde eklenmesi ile birlikte güç kalitesi ve kompanzasyon daha zorlayıcı bir sorun haline geldi. Bu yazımızda güç kalitesi, kompanzasyon hakkında bilgiler verirken, doğru bilinen yanlışları inceleyeceğiz.

Hassas bir otomatik kompanzasyon sistemi oluşturabilmek için reaktif güç kontrol rölesinin tüm kademelerini kullanmalıyız. Yanlış. Otomatik kompanzasyon sistemlerinde hassasiyeti belirleyen faktör, kademe sayısının çokluğu değil en küçük kademenin gücü ve doğru ayarlanmış bir kademe dizinidir (step sequence). Kademe sayısını belirleyen ise elde edilmek istenen maksimum gücün büyüklüğüdür.

Kompanzasyon ve Güç Kalitesi İlişkisi

Otomatik kompanzasyon sistemlerinde kademeler belirli dizinlere göre yapılır. Buradaki amaç, en az anahtarlamayla hedef güce en kısa zamanda ulaşabilmek ve kompanzasyon sisteminin ilk yatırım maliyetini düşürmektir. Örneğin, 75 kVAr reaktif güç ihtiyacı olan bir tesise, 5 kVAr kademe hassasiyeti ile kompanzasyon panosu tasarlamak isteyelim. Bunu yaparken, 15 kademeli reaktif güç kontrol rölesinin tüm kademelerini kullanmak adına 15 adet 5 kVAr’lık kademe yaparsak, 15 x 5 = 75 kVAr’ı sağlarız. Bu durumda gerçekleştirilen dizi (1:1:1:1:…:1) dizisidir.  Bu sistem, 5 kVAr hassasiyet adımı ile 0 kVAr  ve 75 kVAr arasındaki tüm güçleri şebekeye verebilir. Bunun yerine, kademe dizin mantığı (1:2:4:8) olan bir kompanzasyon sistemi tasarlamak isteyelim. Kademe hassasiyeti yine bir önceki sistemdeki gibi 5 kVAr olsun. Yeni kademe tasarımımız 4 kademeden oluşan (5kVAr + 10 kVAr + 20 kVAr + 40 kVAr) bir sistem haline gelecektir. Bu sistem de 5 kVAr hassasiyet adımı ile 0 kVAr  ve 75 kVAr arasındaki tüm güçleri şebekeye verebilir. Doğru dizin seçildiğinde, 15 kademe yerine 4 kademeli bir çözüm ile de rahatlıkla sonuca gidilebilir. Kademe dizini ile gereksiz yere birçok kademe yerine, birbirinin katı olacak şekilde bir dizin kullanarak hem aynı hassasiyeti sağlayabilir, hem de çok daha az sayıda malzeme (sigorta, kablo, kontaktör, pano, vs.) kullanarak ilk yatırım maliyetini ciddi oranda azaltabiliriz. Bir diğer avantaj da, ihtiyaç duyulan reaktif güce çok daha az anahtarlama yaparak ulaşabildiğimiz için şalt ekipmanının ömrünü de uzatmış oluruz.

Harmonik filtreli kompanzasyon sistemlerindeki filtrenin amacı, harmonikleri yok etmektir.

Yanlış. Alçak gerilim sistemlerinde kullanılan düşük ayarlı (de-tuned) reaktörlü kompanzasyon sistemleri, harmonikleri yok etmezler. Hatta bu reaktörler, kondansatörlerin üzerine akacak harmonik akımlarını engelleyerek kondansatörü korumak amacıyla koyulur. Kondansatörler, düşük empedanslı devre elemanlarıdır. Kondansatör empedansı;

formülü ile hesaplanır. Buradan da görülebileceği üzere, frekansın artması, kondansatör empendansını azaltır. Harmoniklerin, yani yüksek frekanslı bileşenlerin bulunduğu tesislerde kondansatörler stres altındadır. Harmonik akımlarının kondansatörlerin üzerine akarak kondansatörleri bozmaması için kondansatöre seri olarak filtre reaktörü takılır. Bu sayede, akord frekansı üzerindeki harmonik frekanslarında yüksek empedans gösteren bu seri rezonans devresi harmonikleri üzerine çekmez, kondansatörleri korur.

400V bara gerilimi olan tesiste 525V etiket değerine sahip kondansatör seçmek daha güvenlidir.

Yanlış. Kondansatörün gerilim değeri seçilirken bara gerilimi ve uygulama tipi dikkate alınır. Ancak 400V bara gerilimi için 525V nominal gerilimli bir kondansatör seçmek, gereksiz yere aşırı büyük bir gerilim-güç boyutlandırması demektir ve 1300 A maksimum yük akımı olan bir tesise 1600 A yerine 4000 A termik manyetik seçmekle benzerdir.

Kompanzasyon Neden Önemli?

Filtreli kompanzasyon uygulamalarında, kondansatöre seri bağlanan filtre nedeniyle bir ileri gerilim düşümü, yani gerilim yükselmesi gerçekleşir. Bu yükselme, seri bağlanan reaktörün empedansına bağlı olmak üzere, yaygın olarak kullanılan akord frekansında (%p=%7) yaklaşık %7’lik bir orana karşılık gelir. Bu da, 400 V nominal gerilimli bir barada kondansatör üzerine düşecek gerilimi 400 V x (1 + 0,07) = 428 V seviyelerine getirir. Buradaki yükselme, rezonans frekansının yani %p değerinin değişimine bağlı olarak değişecektir. Bu nedenle filtreli kompanzasyon uygulamalarında, kondansatörün nominal gerilimini 400 V yerine 430 V veya biraz üzerinde seçmek yeterli olacaktır. Kondansatörler, IEC 60831 standardına göre nominal gerilimlerinin %10 (8s/24s) fazlasına dayanabilecek şekilde üretilir. Kısa süreli gerilim yükselmelerinde (1 dakika) bu dayanım seviyesi %30’lara kadar çıkar. Gerilim dayanımı ile IEC 60831-1 standardındaki ilgili tablo yandaki gibidir. Bu da, herhangi bir gerilim yükselmesinde dahi kondansatörün rahatlıkla çalışmaya devam edebileceğini gösterir.

Güç kalitesi ve kompanzasyon hakkındaki bir diğer önemli nokta da aşırı güçte boyutlandırmadır. Kondansatöre uygulanan gerilime bağlı olarak vereceği çıkış gücü değişir. 400 V barada çalışmak üzere 525 V nominal gerilimli bir kondansatör seçilecek olsun. Bu sistemdeki kondansatörler de %7’lik bir reaktör ile donatılacak olsun. Bu durumda, 400 V’ta 25 kVAr etkin güç elde edebilmek adına 525 V’ta kullanılması gereken güç 40 kVAr olmalıdır. Bu da tasarım gücünün %62,5’ini etkin olarak kullanabildiğimizi, %37,5 gücün ise aşırı boyutlandırma nedeniyle kullanılamadığını gösterir. 1000 kVAr 525 V 50 Hz gücündeki bir kompanzasyon sistemi bağlandığı 400 V 50 Hz şebekeye 625 kVAr güç basabilecektir.  Bu uygulamada 525 V kondansatör yerine 430 V kondansatör seçilseydi, 625 kVAr 400 V gücü elde edebilmek adına 675 kVAr 430 V 50 Hz kompanzasyon gücü yeterli olacaktır. Bu da %92,5 gibi yüksek bir oranda tasarım gücünün çıkış gücüne dönüştüğünü gösterir.