Investigation of Power Quality Impact on the Textile Factories

Transkript

1 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt:, No:, 009 (-) Electronic Journal of Textile Technologies ol:, No:, 009 (-) TEKNOLOJĐK ARAŞTRMALAR e-ssn: (Hake Onaylı Makale) (Article) Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası Mustafa ŞEKKELĐ Kahraanaraş Sütçü Đa Üniversitesi, Mühendislik-Miarlık Fakültesi, Kahraanaraş Özet Enerji kalitesi günüüzde he üreticiyi he de son tüketiciyi çok ilgilendirir hale geliştir. Kaliteli elektrik enerjisi kısaca, süreklilik ( kesintisiz enerji ), sabit frekans ve sabit genliğe sahip sinüzoidal gerili ile açıklanabilir. Elektrik enerjisinin sinüzoidal fordan uzaklaşası haronik olarak tanılanır. Haronikler enerji kalitesinde çok öneli bir yer tutarlar. Gerili ve akıdaki haronikler tüketici cihazlarına zarar verir hatta devre dışı bırakabilir. Haronikler lineer olayan yükler tarafından üretilir. Çok yaygın olarak bilinen haronik üreticileri, doğrultucular, inverterler ve güç elektroniği ile sürülen devrelerdir. Kendi enerjisini üreteeyip sisteden enerji alan tüketiciler özellikle elektrik kesintisi ve enerji kalitesizliğinden dolayı üreti ve kalite kaybına uğrarlar. Bu çalışada bir tekstil fabrikasında enerji kalitesi nedeniyle oluşacak zararlara ilişkin bir çalışa özetleniştir. Bu aaçla enerji kalitesi ölçüleri yapılış ve ölçü değerleri dünya standartları ile karşılaştırılıştır. Enerji kalitesizliğinden dolayı oluşabilecek arızalar ve probleler ortaya konuş ve çözü önerileri kısaca veriliştir. Anahtar kelieler: Enerji kalitesi, Haronikler, Tekstil fabrikası nvestigation of Power Quality pact on the Textile Factories Abstract Both electric utilities and end users of electric power are becoing increasingly concerned about the quality of electric power. Quality of electrical energy in the electrical syste that is requested continuous power ( uninterrupted power ), constant frequency and with constant aplitude can be explained by Sinusoidal voltage. Deforation of voltage in the for of sinusoidal wavefor is explained as a haronic. Haronics are ost iportant factors in decreasing quality of energy in the electrical syste. oltage and current wavefor distortion due to haronics can ake the electrical syste and electrical consuer either deaged or out of order. Haronic currents are generated by non-linear loads. The ost coon loads of this type are those based on rectifier circuits, inverters and derived power elektronic equipent. Soe custoers which has not local generation unit connected to the power syste experience significiant econoic losses when power is interrupted or when power quality proble occurs. This paper suarizes results of a coprehensive study of the hazard of power quality in a textile industry. For this purpose power quality has been easured in the industry and this easureents copared with international standarts. Probles and failure due to poor power quality are defined in the study and solutions are given briefly. Keywords : Power quality, Haronics, Textile factory Bu akaleye atıf yapak için Sekeli, M., Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 009, () - How to cite this article Sekeli, M., An nvestigation of Power Quality pact on the Textile Factories Electronic Journal of Textile Technologies, 009, () -

2 Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası. GĐRĐŞ Elektrik güç sistelerinde enerji kalitesi tanıı, şebekenin gerili ve frekansındaki değişeler ile şebekeden çekilen akıdaki dalga sekli bozukluklarının belirtilesi aacıyla kullanılır. Kaliteli Elektrik Enerjisi, şebekedeki, geriliin genlik ve frekansının ana değerlerini koruası ve gerili dalga şeklinin sinüs biçiinde bulunasıdır. Bu tanıın tersi olarak, geriliin genliğinin değişesi, kesintiler, gerili darbeleri, kırpışa (fliker), geriliin doğru bileşen içeresi, dalga şeklinin sinüsten uzaklaşası, frekans değişileri, üç faz dengesizlikleri enerji kalitesizliği olarak tanılanır[-]. Enerji kalitesi genellikle tüketici tarafından bozulur. Elektriksel yük olarak çoğunlukla asenkron otorların ve bu otorlara bağlı sürücülerin kullanıldığı düşünülürse, başta haronikler olak üzere, dengesizlikler, gerili düşeleri ve kırpışalar başlıca güç kalitesi problei türleri olarak ortaya çıkaktadır. Bu güç kalitesi bozulaları; tüketicinin kullandığı cihazların arızalanası, endüstride kullanılan akı veya gerili dengesizliğine duyarlı ikroişleciler gibi bazı cihazların zarar göresi gibi sonuçlar ortaya çıkarabilektedir. Güç kalitesini düzeltek için gerekli önleler alınadan önce, bu tür bozulaların kaynakları ve sebepleri bilinelidir[-]. Son yıllarda yaygın olarak kullanılaya başlayan elektronik devreler tarafından kontrol edilen cihazlar enerji kalitesine karsı son derece duyarlıdır. Bu kontrol devrelerinden bazıları, alternatif akı ve doğru akı otor sürücüleri ve anahtarlaalı odda çalışan güç kaynakları gibi enerji dönüştürede kullanılan devreler ile yardıcı kontrol devreleri olarak kullanılan bilgisayarlar ile progralanabilir lojik kontrolörlerdir (PLC). Böyle karaşık devreler şebekedeki bozucu etkilerden öneli ölçüde etkilenektedirler. Bu etkilene sonucu elektronik devreler ile kontrol edilen cihazlar veya endüstriyel tesisler hatalı çalışabilir ve hatta devre dışı kalabilir. Bu nedenle hızlı bir şekilde gelişen sanayi tesisleri ile elektrikli cihazların düzenli olarak çalışabilesi için gerek tüketiciler gerekse şebeke açısından enerji kalitesi konusunda bazı sınırlandıraların yapılası gerekektedir[5-6]. Enerjinin kalitesizliğinden oluşacak arızalar akinelerin verisiz çalışasına hatta durasına neden olacaktır. Makine durası he üreti kaybı he de kalite kaybını eydana getirir. Üründe kalite arandığı gibi enerjinin de kaliteli olası belirlenen standart değerleri aşaası istenir. Müşteri odaklı işletelerde bu nedenlerden dolayı elektrik enerjisi de dahil olak üzere kaynakların kaliteli olasına ve bunların kalitesinin artırılasına dikkat edilektedir[]. Bu çalışada bir tekstil endüstrisinde enerji kalitesi ölçüleri Circutor AR 5, 0-000A (Üç fazlı) güç izlee ve analiz cihazı ile ölçülüş, enerji kalitesizliği EN 5060 standardına göre belirleniş ve bu

3 Sekeli, M., Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - kalitesizliğin tesiste eydana getirebileceği zararlı etkiler ortaya konuştur. Enerjiyi daha kaliteli hale getirek için yapılası gerekenlere kısaca değiniliştir.. MALZEME E METOD..Haronikler Güç sistelerinde ideal koşullarda alternatif akıın dalga biçii sinüs eğrisi şeklinde olalıdır, fakat pratikte bu tür eğri şekli ile çalışak pek ükün olaaktadır. (Şekil ) de görüldüğü gibi gerili veya akı dalga şeklinde bozulalar eydana gelir. Yarı iletken eleanların cihazlarda kullanıı bazı lineer olayan yüklerin ( transforatör,ark fırınları, v.b.) etkisiyle; akı ve gerili dalga biçileri, periyodik olakla birlikte sinüsoidal dalga ile frekans ve genliği farklı diğer sinüsoidal dalgaların toplaından eydana gelektedir. Teel dalga dışındaki sinüsoidal dalgalara HARMONĐK denir. Aşağıda haroniksiz saf sinüsoidal olan teel bileşen ve haronik bileşenleri gösteriliştir (şekil ). Şekilde avi ile gösterilen dalga saf sinüzoidal dalgayı yani teel bileşeni, kırız renk. haroniği, yeşil renk 5. haroniği ve siyah renkte 7. haroniği gösterektedir. Şekil. haronikli ve haroniksiz dalga şekilleri Haronikler genel olarak lineer olayan eleanlar ile sinusoidal olayan kaynaklardan herhangi birisi veya bunların ikisinin sistede bulunasından eydana gelirler. Haronikli akı ve geriliin güç sistelerinde bulunası sinüsoidal dalganın bozulası anlaına gelir. Haronik üretilesine neden olan en öneli eleanlar, Transforatörler, Döner akineler, Güç elektroniği eleanları, Doğru akı ile enerji iletii, Statik AR sisteleri, Ark fırınları, Kesintisiz güç kaynakları, Gaz deşarjlı aydınlata, Elektronik balastlar, Fotovoltaik sisteler, Bilgisayarlar,vs. olarak sıralanabilirler[8].

4 Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası Şekil. saf sinüzoidal dalga ve analiz sonucu elde edilen haronik bileşenleri Güç sisteinde gerili, haronik bileşenler içerdiğinde bundan tü yükler etkilenir. Haronik içeren bir akı ise sadece haronik akıı üreten bir yüke etki edebilir. Haroniklere ilişkin tanılaalar aşağıda veriliştir[--]. Geriliin efektif değeri, )... ( 0 n = () eya 0... ( n = (),,,... N Her bir haronik bileşeninin efektif değerleri Akıın efektif değeri, )... ( 0 n = () )... ( 0 n = () Gerilideki topla haronik bozukluğu, *00 )... ( % 5 THD n = (5)

5 Sekeli, M., Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Akıdaki topla haronik bozukluğu % THD A ( 5... n ) *00 = (6) Akı ve gerili dalga şeklindeki bozulalar yukarıda verilen forüllerle ifade eldir[--5]. Haroniklerin sistee ve tesise verdiği bozucu etkiler aşağıdaki gibi özetlenebilir. Kopanzasyon için kullanılan Kondansatörlerin aşırı yüklenesine ve öürlerinin azalasına, Röle, kesici ve sigortaların hatalı çalışasına, gereksiz aça yapasına, Güç kablolarının aşırı ısınasına, ve ün katı haronikler nötr hattının aşırı yüklenesine, Enerji sisteinde seri ve paralel rezonans olayların eydana gelesine, Sayaçlarda ölçü hatalarına, haberleşe hatlarında gürültülere, Sistelerden teel bileşen akıına ilave olarak haronikli bileşen akılarının çekilesi, elektronik kart arızalarının sıkça görülesine, Trafolardaki kayıpları artırarak trafonun aşırı ısınasına, Motor, generator ve iletkenlerde haronik bileşenden dolayı akıın artasına, dolayısıyla kayıplara sebep olup, cihazların ve iletkenlerin aşırı ısınasına neden olurlar[--7].. DENEYSEL ÇALŞMALAR.. Güç Kalitesi Ölçütleri e Standartları Şebekenin ve sistedeki diğer yüklerin haroniklerin olusuz etkilerinden ükün olduğu kadar az zarar göresini sağlaak ve tüketiciye daha kaliteli enerji verebilek için haroniklerin belirli bir seviyenin altında tutulası gerekektedir. Bu aaçla gelişiş ülkeler, lineer olayan yüklerin eydana getirdiği haronik bileşenleri bir yaptırı olarak sınırlandırışlar ve haronik standartlarını oluşturuşlardır. Haronikler özellikle son yıllarda ülkeizde de sanayide ciddi olarak ele alınan konular arasına giriştir. 006 yılında yayınlanan ve 00 yılından itibaren yaptırıları ile birlikte uygulanası planlanan Elektrik Piyasasında Dağıtı Sisteine Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği ve Teknik Kalitesi Hakkında Yönetelik (Yönetelik, 006) ile güç kalitesi ölçüleri ve kalite liitleri belli bir düzene giriştir. Adı geçen yönetelik esas itibariyle EN 5060 standardına dayanaktadır. Buna göre dağıtı şebekelerinde gerili ve akı haronikleri için olası gerek sınırlar aşağıda gösteriliştir (Tablo. ve ). [9]. 5

6 Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası Tablo. Gerili Haronikleri için Sınır Değerler Tek Haronikler Çift Harnoikler un Katları Olayanlar un Katları Olanlar Haronik Sırası Sınır Değer (%) Haronik Sırası h Sınır Değer (%) Haronik Sırası Sınır Değer (%) h h % 6 % 5 %,5 % % %,5 %,5 %,5 9 5 % 5 %,5 % 0,5 % 0,5 6.. % % % 0,5 Tablo. Akı Haronikleri için Maksiu Yük Akıına (L) göre Sınır Değerler Tek Haronikler SC / L < h<7 7 h< h<5 5 h TTB <0* 0<50 50<00 00<000 > Çift haronikler, kendinden sonraki tek haronik için tanılanan değerin %5 i ile sınırlandırılıştır. Uluslar arası EC ye göre standartlar içinde kabul edilen haronik bozula değerleri,gerili için %,Akı için % 5 olarak belirleniştir... Ölçü Yapılan Tesis Enerji kalitesi ölçüü yapılan tesis bir dokua fabrikasıdır. Tesis 000 ka gücünde ve,5/0 kv gerili değeri olan bir orta gerili transforatörü ile beslenektedir. Fabrikanın ölçü yapılan kısının yük dağılıını gösteren elektriksel tek hat şeası aşağıda veriliştir (Şekil ). Trafo çıkışına 00 aperlik bir anyetik şalter konuştur. Tek hat şeasında tesise ait kopanzasyon panosuda gösteriliştir. 6

7 Sekeli, M., Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Şekil. kalite ölçüü yapılan tesise ait elektriksel tek hat diyagraı Tesiste bulunan akineler, bunların elektriksel güçleri ve otorlarda inverter olup oladığı aşağıdaki tabloda veriliştir (Tablo ). Tablo dokua tesisi akine ve otor güçleri KPS Dokua Đşletesi,5/0, k 000 Trafo: ka yolvere şekli Ana Şalter: 00 A Beslenen Güçler; Gücü (kw) Kontrol Şekli Nolu Turbo Kopresör 60 Yıldız Üçgen Nolu Turbo Kopresör 60 Yıldız Üçgen Nolu Klia Đnverterli Nolu Klia Đnverterli Nolu Klia Đnverterli Nolu Klia 5-50 Đnverterli Nolu Salon (6 ad. HavaJetli Dok.Mak.x ort.6 kw) 6 Direkt Nolu Salon 8 ad. Rapierli Dok.Mak.x ort.6 kw) 88 Direkt Nolu Salon (6 ad. HavaJetli Dok.Mak.x ort.6 kw) 6 Direkt Nolu Salon ( ad. H.Jetli adet Rapierli Dok. Mak. X 6 kw) Direkt Aydınlata ( 58 adet x 58 W Elektronik Balastlı Fluoresan Laba) 0 Ofis 0 Tahar Makinesi 0 Direkt adet Kalite Kontrol Makinesi ( x5 kw) 5 Direkt Topla Güç

8 Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası Özellikle klialardaki otorlar inverterle sürülektedir ve bunlar büyük ölçüde haronik üreten kaynak olarak düşünülebilir. Doğrultucu ekipanlar, bilgisayarlar ve yan ürünleri de yoğun olarak evcuttur..tartşma.. Ölçü Sonuçları Ölçü yapılan dokua tesisinde evcut trafo ve kopanzasyon ayar değerleri aşağıda veriliştir. 000 ka trafo, topla kondansatör gücü 087,5 kar, gerili 00, kopanzasyon sistei röle ile yapılakta ve kondansatörler kontaktörle devreye alınıp çıkarılaktadır. Topla kondansatör gücü: 087,5 kar Bara Gerilii : 00 Kadee : ( x 7,5 ) (8 x 75 ) ( x 50 ) kar Panel Korua Sınıfı : P Kadeelendire : ::::::::::: Standart : EC 8, EN 608 (Şeklil ) te kopanzasyon sistei devrede iken ve devre dışı olası durudan trafodan ölçülen akılar gösteriliştir. Kopanzasyon sistei devrede yok iken ölçülen akı 05 aper civarındadır. kopanzasyon sisteinin devreye giresiyle beraber trafodan çekilen akı 500 aper civarına düşüştür. Şekil. kopanzasyon sistei devrede ve devrede değilken trafodan çekilen akıları (Şekil 5) te ise kopanzasyon sistei devrede iken ve devre dışı olası duruunda güç faktörü değerleri gösteriliştir. Kopanzasyon sistei devre de değilken ölçülen güç faktörü değeri yaklaşık 0,6 8

9 Sekeli, M., Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - civarında iken, kopanzasyon sisteinin devreye alınasıyla beraber bu değer yaklaşık 0,9 civarına yükseliştir. Şekli 5. kopansayon sistei devrede ve devre dışı olası duruunda ölçülen güç faktörü değerleri Şekil 6. tesiste ölçülen haroniklerin grafik olarak gösterii (Şekil 6) da tesisteki ölçiler sonucu elde edilen gerili ve akı haronikleri ayrı ayrı olarak çubuk diyagra şeklinde veriliştir. Üstteki grafik gerili haroniğini alttaki grafik ise akı haroniğini gösterektedir. Gerilide 5. haronik % 5 civarı, 7. haronik ise civarı olarak ölçülüştür. Akıda ise 5. haronik % 5 civarı,7. haronik ise % 7 civarı olarak görülektedir. (Şekil 7) de ise tü fazlara ait sistede ölçülen topla haronik bozuluu değerleri çubuk diyagra şeklinde veriliştir. 9

10 Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Araştırılası Şekil 7. Tesiste ölçülen faza ait haronik ertebeleri Sistede ölçü sonucu elde edilen toplan haronik distorsiyonu % 6, (% THD =6, ) olarak ölçülüştür ve standart değerlerin üzerinde olduğu görülektedir. 5. SONUÇ E ÖNERĐLER Bu çalışada bir dokua fabrikasının enerji kalitesi ölçüü yapılıştır. Yapılan ölçüler ve analizler sonucu tesiste haroniklerin var olduğu ve izin verilen değerlerin üzerinde olduğu gözleleniştir. Ölçüler sonucu elde edilen THD() değeri dünya standartlarınca izin verilen değerlerin üzerindedir. Bu yüksek haronikler zaanla kondansatör tahribatına, elektronik kart arızalarına, gereksiz şalter açalarına, otor arızalarına ve operasyonel sorunlara neden olacaktır. Özellikle kondansatör tahribatı sırasında ortaya çıkabilecek patlaalar yangın gibi çok büyük bir riski de beraberinde getirecektir. Haronikler sonucu oluşacak probleler nedeniyle tesis duracak ve bu dura sonucu üreti ve kalite sorunu yaşanacaktır. Çözü olarak trafoya bağlı bulunan kopanzasyon tesisi yerine, özellikle 5. ve 7. haronikleri eliine edecek şekilde pasif filtre tasarıı yapılış yeni bir kopanzasyon panelinin takılası yukarda sözü edilen sorunların ortadan kaldırılasını sağlayacaktır. 0

11 Sekeli, M., Teknolojik Araştıralar : TTED 009 () - 6. KAYNAKLAR - Dugan,R.C., McGranaghan,M.F., Santosa,S., Beaty,H.W., 00, electrical power syste quality second edition, McGraw-Hill - Kocatepe C., Uzunoğlu M.,Yuurtacı M., Karakaş A., Arıkan O., 00, Elektrik Tesislerinde Haronikler, Birsen yayınevi, Đstanbul, Kası - Kara, A., Ceylan,Y., Ayasun,S., Yalçınöz,T., 005, Bir tekstil fabrikasının haronik analizi EEB.Müh.. ulusal kon.,đstanbul - Deirtaş,M., 995 Elektrik Sistelerindeki Haronikler-Filtreler Kocaeli Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 5- S. Adak,S., 00, Elektrik Tesislerinde Kirlilik ve Haronikler Kaynak Elektrik Dergisi,Sayı 6 6- Gencer Ö.Ö., Alboyacı B., Öztürk S., Çetinkaya H. B.,00, Haroniklerin Güç Faktörü Üzerine Etkileri, Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği 0. Ulusal Kongresi, pp. 9-, Đstanbul 7- Rastegar S.M.R., Jewell W.T.,00, A New Approach For Supressing Haronic Disturbances in Distribution Syste Based on Regressin Analysis, Electric Power Systes Research,ol.59,pp Sözen, A., Bayrak, M., Yeğin, E.M., 007, Bir Kağıt endüstrisinde Enerji Kalitesizliğinin Maliyeti, Enerji erililiği ve Kalitesi Sepozyuu, Kocaeli 9- Elektrik Piyasasında Dağıtı Sisteinde Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği, Ticari e Teknik Kalitesi Hakkında Yönetelik.