ELEKTRİKKUVVETLİAKIM (1)

Transkript

1 TURGUTODABAŞI e-kitap ELEKTRİKKUVVETLİAKIM (1) DİZAYNİŞLEMLERİ *TEMELTASARIM *TEKHATŞEMASI *YG/OG ŞEBEKEYAPILARI *TRANSIYENTANALİZİ *GÜÇ TEMİNİ *YARDIMCIGÜÇ SİSTEMLERİ EMO YAYINNO:EK/2011/8 TMMOB ElektrikMühendisleriOdası

2

3 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (1) Dizayn İşlemleri 1

4 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (1): Dizayn İşlemleri Notları Derleyen: Aydın Bodur Emre Metin Notları Yayına Hazırlayan: Aydın Bodur Hakkı Ünlü M.Turgut Odabaşı na Saygılarımızla BOD 2009 Elektrik Kuvvetli Akım: Dizayn İşlemleri Elektrik Mühendisleri Odası 1.bs ankara, s.;24 cm ISBN (EK/2011/8) Elektrik Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı yazılardan, Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider, Chevron, NAVFAC ve Siemens in hazırladığı İmalat, Bakım, Montaj El kitaplarından EMO için derlenmiştir. 2

5 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Genel... 8 Temel dizayn projenin başlangıç safhası olup aşağıda açıklanan bölümleri kapsar, Detay dizayn aşağıdaki bölümleri kapsar Elektrik tesisleri tasarımında göz önüne alınması gereken temel esaslar Temel tasarım veya temel projelendirme Yüklerin belirlenmesi ve toplamı Yük verileri Yüklerin yerleşimi Detaylı yük toplamları Sistemdeki yüklerin sınıflandırılması Yüklerin Çalışma Şekli ve Çalışma Süresine göre Sınıflandırılması Niteliklerine göre yüklerin sınıflandırılması Devreye girme sırasındaki davranışına göre yüklerin sınıflandırılması Özelliklerine göre yüklerin sınıflandırılması Güç temini Yardımcı güç sistemleri

6 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Yardımcı güç kaynakları Yardımcı güç kaynaklarının tasarımında göz önüne alınması gereken esaslar Sistem gerilimleri Dağıtım gerilimi Kullanım gerilimi Tek hat şeması Besleme kaynaklarının Ayrılması Topraklama sistemlerinin seçimi Tip projelerin hazırlanması Detay projelendirme şartnameleri Detay tasarım Şebeke yapısının belirlenmesi YG/OG Şebeke yapıları Orta gerilim şebeke yapıları Alçak gerilim şebeke yapıları Kısa devre akımlarının belirlenmesi Aktif ve reaktif güçlerin belirlenmesi Transiyent analizi

7 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Motorların yol alma olayının incelenmesi ve besleme sisteminin yeterliliğin kontrol edilmesi Harmonik analizi Transformatörlerin seçimi Jeneratörlerin seçimi İletkenlerin kesitlerinin belirlenmesi Koruma sisteminin belirlenmesi Besleme istasyonu yardımcı ekipmanları Güvenilebilirlik araştırması ve analizi Güvenilebilirlik araştırmasının gerekli olduğu alanlar (Tüm şebeke tipleri ve kontrol ve izleme sistemleri için uygulanmalıdır): Güç faktörü düzeltme sistemleri Sistem dizaynı için gerekli hesaplamalar ve incelemeler Şebekelerin elektriksel davranışları Elektrik tesisleri için gerekli hesaplar Güvenilebilirlik hesapları Sürekli çalışma şartları hesapları Kısa devre hesapları Koruma Stabilite

8 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Harmonikler ile ilgili hesaplamalar Aşırı gerilimler Elektromanyetik uygunluk FAYDALANILAN KAYNAKLAR

9 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI 7

10 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Genel Başarılı bir elektrik tesis projesi, çizilecek proje resimlerinin, çizelgelerin ve teknik yapım şartnamelerinin etkili, geçerli ve gerçekçi olarak düzenlenmesine bağlıdır. Bu nedenle sistemin genelini kapsayan (mimari, tesisat, elektrik, proses) kullanımını belirleyen, olması gereken ihtiyaçları, garantileri açıklayan ve sistemin işleyişini ortaya koyan, kullanılacak ekipman ve cihazların genel karakteristiklerini tesisin genel yapısını ve tipini belirleyen kavramsal 8

11 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI tasarımın işveren tarafından gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Bu tasarımın tamamlanmasından sonra sistemin tesis ve tesis gruplarına ait disiplinlerinin temel tasarım, detay tasarım, yapım (konstrüksiyon) tasarımı ve sonunda (as built) uygulanmış proje safhaları sırası ile gerçekleştirilebilir. Bu safhaların her birinde diğer tesis disiplinleri arasında koordinasyonun sağlanması için koordinasyon ve kontrol teknik ekibinin kurulması iyi bir tasarım ve istenen performansta verimli bir tesis kurulması için gereklidir. Elektrik tesisleri dizayn işlemlerinin, proje resimlerinin ve şartnamelerin aşağıda açıklanan genel özelliklere sahip olması gerekir. 1. Elektrik tesisatını yapacak yüklenicinin tesisat sırasında çalıştıracağı personel sayısını, vasıflarını ve kullanıcak tesis araç ve gereçleri belirleyebilecek, tesisin yapım maliyetlerini ve teklif hazırlanmasını sağlayacak açıklıkta ve detayda olmalı 2. Tesis edilen yapıdaki diğer tesisatların durumunun açıklanmasını ve tesis edilecek hat ve ekipmanların montajı için gerekli talimat ve montaj resimleri ile montaj kılavuzlarını ihtiva etmeli ayrıca tesis yapımında oluşabilecek tehlike risklerinin açıklaması yapılmalı 3. Tesisin yapımı sırasındaki değişiklikleri ve sonradan yapılması ihtimali olan değişiklikleri ve güç artışları ve bunların nasıl 9

12 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) gerçekleştirilebileceği ve maliyetleri bilgilere sahip olmalıdır. hakkında gerekli veyeterli Tasarım işlemleri tesisin tamamlanıp teslim aşamasına gelinceye kadar temel, detay konstrüksiyon ve uygulanmış (as built) projelendirme safhalarından oluşur. Bu safhalardan temel ve detay projelendirme tesisin yapım aşamasına gelinceye kadar gerçekleştirilen safhalardır. Bu safhalarda gelecek bölümlerde detaylı olarak açıklanacak işlemleri, ölçütleri ve hesap metotlarını kapsayacak tesisin ana yapısı ekipman ve tesis hesapların yapımı, detay boyutlandırma ve tesisin genel ve konstrüksiyon resimlerinin verilmesi özetle tesisin yapımı için tüm hesaplarının ve işlemlerin gerçekleştirilmesi sağlanır. Bütün bunlara rağmen tesisin yapımı sırasında ekonomik esneklik temin etmek ve gerek tesis malzemelerinin alımında ve gerekse ekipmanların seçiminde rekabetçi ortamı sağlamak ve optimum maliyeti gerçekleştirebilmek için imalatçıların biri veya bir kaçı tarafından imal edilen makina veya malzeme boyutları esas alınarak boyutlandırma yapılmaz, ayrıca tesisin yapım aşamasında yeni ihtiyaçlar ve proses geliştirme gereği ortaya çıkabilir. Bütün bunlardan dolayı yapım sırasında kullanılmasına karar verilen malzeme ve ekipman boyutlarının revizyonu anlamına gelen konstrüksiyon detay tasarımı genellikle gerekli olur. Tesisin tamamlanmasından sonra işletme ve bakım kolaylığı ve gerekli bakım ve işletme için yedek malzeme stoklamasının kolaylaştırılması 10

13 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI açısından uygulanmış proje (as built) olarak adlandırılan projelendirme işlemi gerçekleştirilir. Ülkemizde ne yazık ki konstrüksiyon projelendirmeye gerekli önem verilmemekte ve bu nedenle temel ve detay projelendirmede gerçekleştirilen proje ölçütlerinden, hesaplamalardan uzaklaşılmakta ve gereken sistem performansı sağlanamakta ve sistemi belirleyen ana kriterlerden uzaklaşılmaktadır. Temel dizayn projenin başlangıç safhası olup aşağıda açıklanan bölümleri kapsar, Proses ve yük verilerinin ve değerlerinin toplanması, Sistemde gerçekleştirilecek çalışma ve uygulamalar için bara ve taşıyıcı sistemlerin belirlenmesi ve sistem için en uygun şebeke konfigürasyonun belirlenmesi ve seçilmesi, Sistem için özelliklerine en uygun güç kaynağının ve besleme sisteminin belirlenmesi, Enerji temini için bağlanacak şebekenin güvenirliliğinin belirlenmesi ve güvenilir alternatif enerji temin yerlerinin veya altenenatif güç üretiminin belirlenmesi, Sistem gerilimlerinin belirlenmesi, Tesisin bulunduğu yere ait çalışma ve ortam şartlarının belirlenmesi, Temel seviyede tek hat diyagramlarının hazırlanması, 11

14 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Detay dizayna esas olacak detaylandırma prensiplerini belirleyecek detay dizayn şartnamelerinin hazırlanması. Detay dizayn aşağıdaki bölümleri kapsar Tek hat diyagramlarının geliştirilmesi, Sistemdeki çalışma tarzlarına göre yük tiplerinin (normal, temel yük, hayati önemi haiz yük, şebeke gerilim ve akım sapmalarına hassas olan kritik yükler) ve sistemdeki davranışlarına göre yük tiplerinin (sakin, darbeli, lineer ve lineer olmayan yükler olarak) sınıflandırılması, Bu yüklerin uygun ve gerekli işletme performansını sağlayacak besleme sistemlerinin belirlenmesi, Ekipman ve besleme sistemlerinin boyutlandırılması, Sistem performans çalışmaları ve istenilen performans ve işletme güvenliğine uygun şebeke yapısının belirlenmesi, OG ve AG sistemler için gerekli topraklama ve dolaylı temaslara karşı koruma sistemlerinin belirlenmesi, Patlayıcı ortamlara uygun ve gerekli emniyete sahip cihaz, şebeke yapısı ve şebeke elemanlarının belirlenmesi, Ana besleme kaynağı devre dışı olduğunda veya enerji alınan sistemde enerji kaybı olduğunda işletmenin devam etme şeklinin ve enerji süreklilik gerekliliklerine göre acil durum ve 12

15 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI stand by jeneratör grupları ile kesintisiz güç kaynaklarına (UPS) ait güç değerlerinin ve söz konusu yardımcı güç kaynaklarının çalışma şeklinin ve tipinin belirlenmesi, Sisteme ait kısa devre güçlerinin belirlenmesi, Sistemde transformatörlerin veya asenkron motorların devreye girmesi gibi geçici olayların sistemdeki etkilerinin belirlenmesi, Muhtemel geçici gerilim çökmelerinde sistemin dinamik stabilitesinin analizi, Sistemde oluşabilecek harmonik miktarlarının tahmin edilmesi ve bunların neden olacağı etkilerinin giderilmesi için gerekeli tedbirlerin alınması, Aydınlatma ve topraklama sistemlerinin projelendirilmesi, Koruma sistemlerinin projelendirilmesi. Koruma röle tiplerinin gerek ekipman seviyesinde gerekse sistem seviyesinde belirlenmesi, Koruma rölelerinin seçiciliğini sağlayacak şekilde açma akım eşik değerlerinin ve açtırma sürelerinin belirlenmesi ve tüm sistem için seçici koruma koordinasyon planının çıkartılması Sistemde kullanılacak elektrik ekipmanlarinin standartlara uygun şekilde imal satın alma, montaj, test ve devreye alma şartnamelerinin ve talimatlarının hazırlanması, Besleme sisteminin yerleşimi ve montajı ile ilgili projelerin hazırlanması, 13

16 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Dağıtım sistemi ile ilgili yerleşim ve montaj projelerinin hazırlanması, Sistemin işletme ve bakım planları ve prosedürlerinin hazırlanması İşletme için gerekli yedek parça listelerinin ve bakım çizelgelerinin hazırlanması, Sistemin gerek malzeme alım ve gerekse tesis ve montajının maliyetlerinin çıkartılması, Sistemin işletme esnasında gerek kullanılan enerji ve gerekse enerji kayıpları esas alınarak işletme senaryolarına göre enerji maliyetlerinin çıkartılması, İşletmenin sürekliliği ve güvenirliliğini sağlayacak bakım maliyetlerinin belirlenmesi, Enerji alım tarifesinin belirlenmesi, Sistemin elektriksel kayıplarının azaltılması yönünde gereken tedbirlerin alınması, Sistemin malzeme ve ekipmanlarının niteliklerinin belirlenmesi temini, sistemin montajını ve montaj usul ve kurallarını ve insan sağlığı ve emniyeti ile ilgili gerekli esasları belirleyen ve yönlendiren Tesis yapım, montaj, devreye alma, sistemin kabulü ile ilgili esasları belirlemeyen yapım şartnamelini hazırlama. 14

17 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Elektrik tesisleri tasarımında göz önüne alınması gereken temel esaslar. Elektrik tesislerinin tasarımı yapılırken aşağıda belirtilen esaslar, mutlaka göz önüne alınmalıdır. Emniyet: İnsan hayatı ve sistem emniyeti elektrik sisteminin dizaynında mutlaka göz önüne alınması gereken en önemli kritik faktörlerden birisidir. Mevcut ve yürürlükteki ulusal ve uluslararası standartlara, yerel yönetmelik ve yasa gerekliliklerine insan hayatı ve sistem emniyeti açısından özellikle malzeme ve ekipman seçiminde kesinlikle uyma şartı vardır. Güvenirlilik: Gereken çalışma ve işletme sürekliliği tesisin veya prosesin tipine bağlıdır. Tesisin bazı bölümlerinde geçici olarak enerji kesilmesine müsaade edilebildiği halde diğer bölümlerinde bu sürenin yedek besleme kaynaklarının devreye girme süresi kadar olması istenir, hatta bazı bölümlerde (kontrol/kumanda, koruma ve izleme devreleri gibi) enerjinin hiç kesilmemesi ve bu bölümlerin sürekli enerjide kalması istenir. Bakım kolaylığı: Bakım gereklilikleri ve kolaylığı elektrik sistemlerinin dizayn safhasında göz önüne alınmalıdır. İyi ve düzenli bakım yapılan sistem daha emniyetli ve güvenilirdir. 15

18 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Elektrik tesisleri prosesin çalışmasını önemli bir kesintiye uğratmayan şekilde bakımı yapılabilecek şekilde tasarlanmalıdır. Ayrıca işletme ve bakım personeli tercih edilen sistem konfigürasyonuna ve mevcut bakım prosedürlerine göre bilgilendirilmelidirler. Esneklik: Elektrik sistemlerinde esneklik, tesisin işletme süresince gelecek yıllarda değişen ve artan çalışma ihtiyaçlarına uyum sağlayabilme özelliğidir. Gerilim seviyeleri, güç besleme kaynağı kapasitesi, ekipmanların değer ve kapasiteleri, ilave ekipmanlar için gerekli yer ve besleme kapasitelerin bulunması elektrik tesislerinin dizaynında göz önüne alınmalıdır. Ana ve yardımcı besleme kaynaklarının özellikleri ve kapasiteleri tesisin gelecekteki genişlemelerini karşılayabilecek şekilde hesap edilmelidir. İşletmenin basitliği: İşletme, sistem ihtiyaçlarını karşılayacak ölçüde mümkün olduğu kadar basit olmalıdır. İşletmenin basitliği emniyetli ve güvenilir bir çalışmayı gerçekleştirebilmek için gerekli bir faktördür. Gerilim regülasyonu : Kullanım gerilimi tüm yüklenme şartları altında ekipman nominal geriliminin tolerans sınırları dahilinde kalmak zorundadır. Kötü bir gerilim regülasyonu, elektrik ekipmanlarının çalışma performansı ve işletme ömrü üzerine olumsuz etki yapar. Genellikle nominal gerilim, 16

19 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI işletme gerilimi ve kullanım gerilimi kavramları birbirleriyle karıştırılmakta, gerek elektrik sistemlerinin tasarımında gerekse işletmede yanlışlıklar yapılmaktadır. Söz konusu kavramlar bir örnekle açıklanabilir. Örnegin 36 kv nominal gerilimli orta gerilim dağıtım sisteminin işletme gerilimleri 31,5kV, 33kV ve 34,5 kv olabilir. Kullanım gerilimi ise ± %5 tolerans olmak üzere 31,5 kv işletme geriliminde ise 31,5.( 1 0,05) = 29,925kV ile 31,5.( 1+ 0,05) = 33,075kV arasında değişmektedir. Aynı şekilde 400 Volt alçak gerilim sisteminde 400 Volt işletme gerilimini haiz elektrik motorunun bağlantı klemenslerindeki kullanma gerilimi ± %5 tolerans dahilinde 400.( 1 0,05) = 380Volt ile 400.( 1+ 0,05) = 420Volt arasında olmak zorundadır. Genellikle bu kavramlar, sıkça birbirleriyle karıştırıldığından gerilim düşümü hesaplarına göre iletken kesiti belirlenmesinde ya kablo kesiti gereğinden düşük hesaplanarak aşırı değerde gerilim ve performans düşüklüğüne neden olunmakta veya kesitler, gereksiz yere büyük seçilerek tesisin yatırım maliyetleri arttırılmaktadır. Örneğin kesit hesaplarında iletken ısınma yönünden uygun olmak şartıyla motor terminallerindeki gerilim düşümü %5,5 ise bir üst kablo kesiti seçmek yerine transformatörde bulunan boşta kademe değiştirici vasıtasıyla transformatör sekonder gerilimi %2,5 arttırıldığında söz konusu elektrik motorunun bağlantı terminallerindeki gerilim düşümü %5,5 %2,5 = %3 istenilen sınırlar dahiline çekmek imkün olacaktır. Ayrıca ülkemizde yüklenme durumuna göre enterkonnekte 154 kv şebekede gerilimler nominal gerilim seviyesinden değişik değerler almakta ve fakat söz konusu değişimler göz önüne alınmadan yapılan tesis boyutlandırılmasında cihaz 17

20 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) terminallerine uygulanan gerilim, istenen gerilim değerinden aşağı değerde olmakta ve sonuçta tesiste gerilime bağlı performans düşüklüğü görülmektedir. Bu nedenle tesis tasarımında enerji temin edilen şebeke iyi analiz edilmeli ve gerekirse dinamik veya statik regülasyon gerçekleştirilmelidir. Çevre şartları: Elektrik ekipmanlarının karakteristikleri ve performans değerleri imalatçı firmalar tarafından standart çevre şartları için verilir. Tesisin yapıldığı sahanın gerçek şartları ile ilgili parametreler, ekipmanlardaki performans düzeltme faktörlerini belirlemek veya tesis içinde gereken performansı sağlanması için gerekli değişiklikleri yapabilmek üzere projeyi yapan tarafından bilinmesi gerekir. Elektrik tesisleri tasarlanırken tesis edilecek ortamın bilinmesi gereken özellikleri: 1. Yanıcı ve parlayıcı atmosferik ortamın varlığı veya patlayıcı gaz varlığından dolayı patlama riskleri, 2. Deprem riskleri, 3. Deniz seviyesinden yükseklik, 4. Maksimum, minimum ve ortalama sıcaklıklar, 5. Toprağın termal ve elektrik özgül dirençleri, 18

21 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI 6. Toprakta ve çevrede don durumu (donmuş toprakta toprak özgül direnci çok yüksek değerlere çıktığından topraklama sistemi gereken şekilde çalışmaz), kar ve rüzgar durumu, 7. Yıldırıma karşı tesisin korunması için bölgesel yıldırım yoğunluk seviyesi, 8. Atmosferik ve çevresel kirlenme (toz korozyon ve nem miktarı), 9. Çevre düzenidir (kırsal alan veya şehir içi tesisleri gibi ). Maliyet: Yatırım maliyetleri başlangıçta çok önemli olmakla beraber tesisin işletme ve bakım giderleri ve elektriksel kayıplara tekabül eden giderler, göz önüne alınmalıdır. Maliyetler 3 grup olarak belirlenmelidir. 1. Tesis ekipmanlarının malzeme, montajı test ve devreye alma giderlerini kapsayan yatırım maliyetleri: Genellikle yatırım giderleri göz önüne alınmadan yapılan tesis projeleri, elektriksel hesaplar gerekli ölçütleri sağladığı halde şebeke yapısının ve sistem yapılanmasının yatırım maliyetleri göz önüne alınmadan projelendirilmesi sonucu ortaya yatırım maliyeti çok yüksek tesis ortaya çıkar. Örneğin yatırım maliyetlerini yükselten nedenlerden birinin transformatörün 19

22 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) yüklerinin yoğun olduğu yere yakın tesis edilmemesinden dolayı gerilim düşümü standartlara uygun olarak seçilen kabloların maliyetlerinin çok yüksek olduğudur. 2. Enerji giderleri ve kayıpları kapsayan işletme maliyetleri: Bunların başında ana besleme hatlarının yüksek akım değerinde ve uzun mesafeler çekilmiş olması gelir. Hat 2 kayıpları genelde I.R ifadesi ile verilen ( I hat akımı, R hat kesitine ve hat uzunluğuna bağlı hat direnci) omik kayıplardır. Örneğin söz konusu hat transformatörü, yüklerin ağırlık merkezine yakın yere çekerek mesafenin yarıya ve hat kesiti ve hat çift devre çekilip akım I düşürüldüğünde kayıplar I I. R. R = olacak; yani hat kayıpları ¼ oranında 2 4 azalacaktır. Diğer bir kayıpta transformatorun tam yükünde uzun süreli çalıştırılması veya belirli bir süre aşırı yükte çalıştırlmasıdır. Bu ise gerek transformatör kayıplarının artmasından dolayı enerji maliyetlerinin artmasına ve diğer taraftan aşırı ısınmadan dolayı transformatör yağının bozulmasına bağlı olarak yağ değişim maliyetlerine ve transformatörün çabuk eskimesine neden olacağı için amortisman maliyetlerine etki eder. 3. Tesisin güvenilir bir şekilde çalışmasını sürdürebilmesi için gerekli olan bakım ve onarım maliyetleri: Gerek prosesin işleyişi ve gerekse tesis için enerji alınan noktadaki 20

23 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI araştırmanın yeterli olarak yapılmamasından dolayı; şebekede sık sık enerji kesilmesine bağlı ve jeneratör gruplarının uzun veya kısa süreli çalışmasına bağlı olan enerji giderlerinin artışıyla birlikte proses durması nedeniyle ortaya çıkan üretim kayıpları meydana gelir. Temel tasarım veya temel projelendirme Yüklerin belirlenmesi ve toplamı Elektrik dağıtım sistemine bağlanacak olan yüklerin hepsi detaylı olarak listelenecektir. Besleme sistemlerinin bağlanacak ekipmanlara uygun bir şekilde boyutlandırılması için sistemin güç ihtiyaçlarının belirlenmesi gerekir. Yük verileri Yük toplamlarını belirleyebilmek için ilgili tesisin prosesle ilgili gereken bilgileri, aynı anda devrede olacak tüm yüklerin verilerini bir araya toplamak gerekir. Genellikle endüstriyel tesislerin yükleri, prosese ait ekipmanların birer fonksiyonları olup; söz konusu yük listeleri, prosesi tasarlayan firmalardan alınmalıdır. Liste, elektrik motor sürücülerinin çalışırken çekeceği yükü ve motorların plaka değerlerini ve diğer proses ekipmanlarının güç tüketim değerlerini kva veya kw cinsinden ifade etmelidir. Ayrıca sistemlerde kullanılacak olan UPS, frekans konvertörü, ark ocakları ve elektronik ekipmanlar gibi lineer olmayan ve harmonik 21

24 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) üreten cihazlara ilişkin harmoniklerin değerleri temel bileşenin yüzdesi olarak imalatçılardan ve ilgili standartlardan alınmalıdır. Bu bilgiler tesis için gerekli gücün tahminine ve uygun sistem ekipmanlarının ve sistem yapısının seçimine yardımcı olacaktır. Tasarım başlangıcında yük verilerinin gerçek değerlerine ulaşmak, sınırlı olabilir.yüklerin gerçek değeri, dizayn safhasının sonuna malzeme siparişine kadar kesin olarak belirlenmelidir. Başlangıçta özellikle besleme sistemi ile ilgili ekipmanların düşük boyutlandırılmasından sakınmak için yüksek değerlere göre tahmin etmek daha faydalı olacaktır. Yük verileri aşağıdaki tabloya göre düzenlenecektir. PANO ADI Sıra No Yükün adı Yeri Gerilim Değeri Volt Yükün gücü kw Kullanım Faktörü % Yükün Çektiği Güç kw Cosϕ Reaktif Güc kvar Görünen güç kva Yükün cinsi (Normal darbeli harmonik üretici) Tablo1.1 Tali panolar için yük veri tablosu 22

25 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Yüklerin yerleşimi Büyük tesislerde önemli derecede büyüklükte yük çeken elemanları gösteren pilot planlar kullanarak yük yerleşimi yapılır. Yüksek yük yoğunluğuna sahip alanlarda gerek kablo kesitleri ve gerekse transformatör ve jeneratör güçleri açısından tesisin optimum boyutlandırılmasını sağlamak ve gerekse işletme basitliğini gerçekleştirmek, işletmedeki gerilim düşümlerinin ortaya çıkardığı performans düşüklüğünün önüne geçmek ve işletme maliyetlerini azaltmak için yük dağıtım ve OG/AG transformatör merkezlerinin bu yerlerde kurulması gerekliliğini ortaya çıkarır; diğer bir deyimle yük yerleşim planı güç dağıtım merkezlerinin yerlerinin seçimini ve güçlerinin ve boyutlarının gereken ve arzu edilen bir şekilde ekonomik olarak belirlenmesine imkan sağlar. Detaylı yük toplamları Detaylı yük toplamları yük verilerinden toplamından ve yük yerleşiminin gerçekleştirilmesinden sonra yapılabilir. Temel dağıtım sistemi seçilerek her bir baraya veya panoya bağlanacak yükler belirlenir. Detaylı yük toplamları 3 ana nedenden dolayı hazırlanır. 23

26 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) 1. Her bir yük ve motor kontrol merkezinin güç ihtiyaçlarını belirlemek, dağıtım gerilimini seçmek ve transformatör, jeneratör, baralar, kesiciler, yol vericiler ve fiderler gibi besleme ve dağıtım elemanlarının güçlerinin belirlenmesini ve boyutlandırılmasını sağlamak, 2. Tüm sistemin güç ihtiyacını belirleyerek güç temin sistemini boyutlandırmak, 3. Maliyet tahmini için temel oluşturmak. Öncelikle yük toplamı herbir yük ve motor kontrol merkezi için gerçekleştirilir; sonra bu toplamlar, bir araya getirilerek tüm sistem için genel güç ihtiyacı belirlenir. Tali dağıtım panolarına bağlanacak tali panolara ait yük veri çizelgesi tablo 1.2 ye göre hazırlanacaktır. 24

27 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Tali dağıtım panosu Sıra No Bağlı pano No Yeri Gerilim Değeri Volt Topla m kurulu güç kw Eş zamanlık Faktörü % Talep Gücü kw Cosϕ Reaktif Güc kvar Görünen güç kva Yük sınıflaması (öncelikli, normal, krıtik) Tablo 1.2 Tali dağıtım panosu veri tablosu 25

28 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Ana pano yük verileri aşağıdaki tablo 1.3 e göre hazırlanacaktır. Ana panosu dağıtım Sıra No Bağlı alt pano no Yeri Gerilim Değeri Volt Toplam kurulu güç kw Eş zamanlık Faktörü % Talep Gücü kw Cosϕ Reaktif Güc kvar Görünen güç kva Yük sınıflaması (öncelikli, normal, kritik) Tablo 1.3 Ana dağıtım panosu yük veri tablosu Sistemdeki yüklerin sınıflandırılması Yüklerin Çalışma Şekli ve Çalışma Süresine göre Sınıflandırılması 1. Devrede olan yük: İşletme esnasında gerçek olarak sistemin çektiği yüktür. Devrede olan yük değeri ile bağlantı devreleri jeneratörler, transformatörler, fiderler ve motor kontrol merkezleri, kesiciler ve kesintisiz güç kaynakları boyutlandırılır. Devrede olan yükü belirlemek 26

29 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI için devreye bağlanacak yükler, sürekli, fasılalı veya yedek yük olarak tanımlanmalıdır. Sürekli yüklerin ve gelecekte sürekli olarak devrede olacak şekilde planlanan yüklerin tamamı devrede olacak şekilde yüklenme hesabına dahil edilir. Devrede olan yük hesap edilirken güç faktörü ve verim başlangıçta tahmin edilerek ve özellikle büyük güçlü motorlarda gerçek güç faktörü ve verim elde edildikten sonra kva cinsinden bulunmalıdır. Örneği bir su temin sisteminde tesis edilen 2 pompadan bir sürekli çalışırken diğeri devrede olmayıp 1. pompanın arızalanması halinde işletme süreklilğini sağlamak amacıyla devreye alınır. 2. Sürekli yükler: 3 saat veya daha fazla devrede kalacak yükler yükler olarak tanımlanır.devrede olan yüklerin hesabında yük değerlerinin tamamı hesaba dahil edilir. 3. Fasılalı yükler: Sürekli çalışma peryodu 3 saatten az olan yükler olup devrede olan yüklerin belirlenmesinde yükün belirli bir yüzdesi olarak hesaba dahil edilirler. 4. Yedek yükler: Diğer yükler devrede olmadığı zamanlarda çalışan cihazlara ait yüklerdir ve devrede olan yük hesabında hesaba dahil edilmezler. 27

30 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Niteliklerine göre yüklerin sınıflandırılması 1. Normal yükler: Herhangi bir nedenle uzun süre enerjisiz kaldığı durumlarda işletmenin çalışması ve verimliliği üzerine herhangi bir etkisi olmayan cihaz ve ekipmanlara ait yüklerdir. 2. Temel yükler: Herhangi bir nedenle enerjisiz kaldığı durumlarda işletmeyi ve üretimi kalite ve miktar açısından önemli seviyede etkileyen cihazlara ait yükler olup söz konusu yüklerin mümkün olan en kısa sürede tekrar enerjilendirilmesi gerekir. 3. Hayati önemi haiz yükler: Enerjisiz kalması halinde işletmede, emniyetsiz işletme şartlarının ortaya çıkmasına ve insan hayatının tehlikeye girmesine veya tesiste önemli zararların meydana gelmesine neden olan cihazlara ait yüklerdir. Bu ekipmanların sürekli enerjili olması gerekir. 4. Kritik yükler: Bilgisayarlar, programlanabilir lojik sistemler, telekomünikasyon ve kontrol/kumanda sistemleri gibi kritik fonksiyonları yerine getiren şebeke dalgalanmalarına ve bozunmalarına karşı hassas olan ve bu nedenle söz konusu etkilerden izole eden güç kaynağı üzerinden beslenmesi ve sürekli enerjili olması gereken yüklerdir. 28

31 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Devreye girme sırasındaki davranışına göre yüklerin sınıflandırılması 1.Darbeli yükler: Devreye girme sırasında nominal akımın katları şeklinde enerjilenme akımları çeken ve sistemde yüksek değerde gerilim düşümüne neden olan yüklerdir. Bunlar motorların doğrudan yol almasında olduğu gibi saniye süreli, kondansatör gruplarının devreye girmesinde olduğu gibi mili saniyeler mertebesinde kısa süreli olabilir. 2. Sakin yükler: Bu yükler enerjilendiğinde en fazla nominal akımları kadar yük çekerler. Aydınlatma yükleri, dirençli ısıtıcılar bu gruptan yüklerdir. Özelliklerine göre yüklerin sınıflandırılması 1. Lineer yükler: Bu yükler harmonik akımları üretmeyen ve bu özelliklerinden dolayı şebeke gerilimini distorsiyona uğratmayan doğrudan şebekeye bağlı elektrik motorları, dirençli ısıtıcılar, akkor lambalı aydınlatma cihazları gibi yüklerdir. 2. Lineer olmayan yükler : Yüksek genlikli harmonik akımlar üreten ve bu özelliklerinden dolayı şebeke gerilimini oldukça fazla distorsiyona uğratan UPS, frekans konvertörü, deşarj lambalı aydınlatma cihazları, bilgisayarlar, ark ocakları ve elektronik cihazlar gibi yüklerdir. 29

32 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Güç temini Güç temininin, sistem güvenirliliğine etkisi sistemin diğer elemanlarından çok daha fazladır. Güç ya enerji üretim ve dağıtım şirketlerinden alınır veya jeneratörler vasıtasıyla otoprodüktör olarak tesis içerisinde üretilir ancak hangi durum tercih edilirse edilsin, işletme sürekliliği açısından güvenilir olmalıdır. Sık sık ve uzun süreli enerji kesintileri zaman kaybına bağlı olarak üretim ve maliyet kayıplarına ve ekipmanların zarar görmesine neden olmakla birlikte personel yaralanmaları riskide artar. Gerilim çökmeleri ve şebekedeki harmoniklerin neden olduğu distorsiyonlar özellikle bilgisayar kontrol ve izleme sistemleri ile deşarj lambaları üzerinde problemler meydana getirir. Güç temini enerji üretim ve dağıtım şirketlerine ait şebekelerden yapılacaksa, enerjinin temin edileceği şebekelerin enerji kalitesi ve güvenirliliğinin mutlaka araştırılması gerekir. Şebeke güç analizi ile birlikte yıllık arıza istatistikleri incelenerek enerji kesilmelerinden oluşabilecek üretim ve işletme kayıpları mutlaka belirlenmelidir. Eğer güç temini tesis içinde kurulacak enerji üretim sistemi vasıtasıyla gerçekleştirilecekse üretilecek gücün miktarı güvenirliliği ve kalitesinin yanında enerji üretim maliyetleri ve yatırım maliyetleri mutlaka araştırılmalıdır. 30

33 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Ayrıca enerji alınan noktanın tesis için yeterli seviyede gücü sağlayacak kapasitede olup olmadığının çalışmasının mutlaka yapılması çok önemlidir. Bu yapılmadığı takdirde tesis ne kadar mükemmel dizayn edilirse edilsin enerjinin yoğun olarak çekildiği durumlarda enerji çekilen noktada meydana gelen aşırı gerilim düşümleri ve şebeke salınımları tesisi çalışamaz hale getirir. Yukarda açıklanan nedenlerden dolayı enerji alınan noktanın güvenilirliğine göre tesis güvenliği için optimizasyon göz önüne alınarak ya alternatif besleme kaynakları tesis edilir veya güvenilir enerji temini için güvenilir kaynaklar aranır. Yardımcı güç sistemleri Normal elektrik beslemesi kesildiğinde işletmenin sürekliliğini sağlamak amacıyla tasarlanırlar. Acil durum ve Stand by olarak iki kategori altında belirlenirler. Yardımcı güç sistemlerinin dizaynında ilk adım her bir sistem için farklı fonksiyonlar ve farklı güç ihtiyaçlarını ve varsa yardımcı güç sistemleri üzerinden beslenecek diğer yükleri acil durum veya stand by olarak belirlemektir. Acil durum sistemler enerjinin kesilmesi esnasında personelin emniyeti için devrede olmak üzere dizayn edilen sistemlere güç ve aydınlatma temin ederler. Bu sistemler, ülkenin kanunlarının gerektirdiği ve 31

34 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) olmaması nedeniyle insan hayatı kaybı oluştuğunda veya insanların zarar görmesi durumunda işletmenin yasal olarak sorumlu tutulacağı sistemlerdir. Acil durum beslemede işletme ve üretim durur ve bağlı olan şebekede enerjinin gelmesi beklenir. Tipik acil durum yükleri, çıkış ve kaçış sinyal ve aydınlatmaları, insan hayatını sürdürebilmesi için gerekli havalandırma sistemleri, asansörler, yangın ve gaz algılama ve ihbar sistemleri, yangın pompaları ve enerji kesilmesi esnasında hayati tehlikelere sebep olabilecek endüstriyel proseslerdir. Acil durum güç temin sistemi, enerji kesildikten sonra en çok 10 dakika içerisinde gerekli ekipmanları enerjilendirmesi gerekir. Acil durum yüklerin bağlantıları bütün diğer bağlantılardan tamamen bağımsız olmalıdır. Stand by sistemler, yangın söndürme kurtarma ve hayati tehlikelerin kontrolünü yapan sistemlere enerji kesilmesi halinde enerji sağlar. Tipik stand by yükler, haberleşme, havalandırma belirli aydınlatmalar, klima sistemleri ve yangın söndürme sistemlerine ait yüklerdir. Stand by sistemleri, enerjisiz kalma durumunda proseste ve işletmede ciddi zararlara sebep olabilecek kritik yükleri de besler. Stand by besleme sisteminde, acil durum yüklerinin beslenmesi ile birlikte aynı zamanda işletme ve proses sistemleri de çalışmaya devam eder. 32

35 Yardımcı güç kaynakları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Acil durum ve stand by yükleri, ayrı kaynaktan beslenebileceği gibi aynı enerji kaynağı üzerinden de beslenebilirler. Genellikle daha ekonomik olduğu için acil durum ve stand by yükler aynı jeneratöre bağlanırlar. Acil durum ve stand by yükleri için 4 tip yardımcı besleme kaynağı mevcuttur. 1. Motor Jeneratör grubu: Bu tip yardımcı güç kaynağı çoğunlukla acil durum ve stand by yükleri aynı anda beslemek için kullanılırlar. 2. Aküler: Bu sistem, akümülatör bataryalardan ve akü şarj cihazlarından meydana gelir. 3. Kesintisiz güç kaynakları(ups): Bu güç sistemi, tipik olarak şarj cihazı üzerinden besleme hattı vasıtasıyla sürekli olarak şarj olan akümülatör grubu ve doğru gerilimi alternatif gerilime çeviren inverterden meydana gelir. Kesintisiz güç kaynaklarından yüksek kaliteli distorsiyonsuz güce ihtiyacı olan acil durum ve stand by yüklere enerji verilir. 4. Ünite ekipmanları: Üzerinde tekrar şarj edilebilir bataryaya sahip ekipmanlardır ve normal beslemenin kesilmesi durumunda otomatik olarak batarya üzerinden cihaza gerekli elektrik enerjisi sürekliliği sağlanır. Bu ünite elemanları özellikle acil durum aydınlatmalarda kullanılır. 33

36 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Yardımcı güç kaynaklarının tasarımında göz önüne alınması gereken esaslar. Acil durum ve Stand by güç sistemlerinin dizaynında aşağıda belirtilen soruların açıklığa kavuşturulması gerekir. 1. Acil durum ve stand by güç ihtiyaçları nelerdir. Yüksek güvenilirlikte ve kalitede güç ihtiyacı, işletme ve proses için ne olmalıdır. Gücün kalitesi ne olmalıdır? 2. Motorlar için yol verme gücü ne kadardır? 3. Gelecekte olabilecek yük artışı ne kadardır? 4. Stand by güç ihtiyacı ne kadardır. Gereken stand by güç ihtiyacı kısa süreli midir ve normal besleme sağlanıncaya kadar stand by sistem güç vermeye devam edecek midir? 5. Enerji kesildiğinde acil durum ve stand by sistemin devreye girme süresi ne kadar olmalıdır? 6. Tek kaynaktan birden fazla tesisin enerjilendirilmesi düşünülüyor mu? 7. Sistemin sürekli olarak devrede kalma süresi nedir? 8. Sahada stand by ve acil durum enerji üretimi için kullanılacak birincil enerji kaynağı nedir? Gaz, buhar, likit hidro karbon (benzin, dizel yakıtı, LPG) yakıtlardan hangisi seçilecektir? Bu yakıtların seçilmesinde çalışma süresi, yakıt maliyeti, bakım 34

37 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI maliyeti, personel gereklilikleri, atmosferik ve gürültü kirliliği, atık ısının potansiyel değerleri göz önüne alınacaktır. Sistem gerilimleri Dağıtım ve kullanım gerilimlerini seçmek için aşağıdaki faktörler göz önüne alınmalıdır. 1. Özel yükler (büyüklüğü ve gerilim seviyesi), 2. Ulusal dağıtım şebekesinin gerilim seviyesi; Enerji üretimi tesis içinde yapılıyorsa üretim sisteminin gerilim seviyesi, 3. Tesisteki mevcut gerilim seviyeleri, 4. Farklı gerilim seviyelerinde ve akım değerlerindeki kabloların ve elektrik ekipmanlarının maliyetleri, 5. Düşük gerilim seviyesi kullanımında yüksek akımlardan dolayı ortaya çıkan kayıplar, 6. Sistemin esnekliği (gelecekteki genişlemelerden dolayı yeterli yedek kapasitenin bulunması), 7. Tesisin toplam gücü, 8. Minimum kısa devre güç ihtiyacı, 9. Tesis tarafından üretilen ve tolere edilen bozunmalar, 35

38 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) 10. Tesisin yapıldığı saha yakınlarındaki enerji dağıtım hatlarının gerilim seviyeleri, Kontrol ve izleme sistemleri aşağıda açıklanan faydaları sağlayacak şekilde düzenlenmelidir. Saha içindeki gerilim seviyelerinin seçiminde Güç bölüşümü ve sahanın boyutları, Büyük güçlü motor, ark ocakları gibi OG kullanan yüklerin varlığı. Gerilim seviyelerinin seçiminde önemli olan faktör kablo ve ekipman maliyetleridir. Yüksek seviyede dağıtım geriliminin kullanılmasının amacı aynı gücün dağıtımında daha az akıma ihtiyaç göstermesinden dolayı gerilim düşümlerinin ve dağıtım kayıplarının küçük tutulması ve bu sayede kablo kesitlerinin daha küçük seçilmesini sağlamasıdır. 36

39 Dağıtım gerilimi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Dağıtım gerilimi seviyesi, işletme güç ihtiyacına bağlı olarak büyük çoğunlukla kullanım gerilimi seviyesinden daha yüksektir. Dağıtım geriliminin seviyesinin belirlenmesinde enerji alış noktasındaki gerilim seviyesi öncelikle göz önüne alınır. Ülkemizde dağıtım gerilimi seviyeleri genellikle 31,5kV, 33kV, 34,5kV seviyelerinde olup nadiren 15kV seviyesinde dağıtım sistemlerine rastlanılır. Büyük güçlü ve geniş tesislerde (tesis içinde birden fazla dağıtım transformatörünün tesis edilmesi gereği olan ve büyük güçlü OG motorlarının bulunduğu) dağıtım emniyeti açısından ve motorun gerilim seviyesine uygun olarak giriş dağıtım merkezine ana dağıtım indirici transformator tesis ederek 6kV ve 3kV gerilim seviyesinde dağıtım gerçekleştirilir. Kullanım gerilimi Kullanım geriliminin seçimi öncelikle kullanılacak ekipmanların gerilimine bağlıdır.ülkemizde alçak gerilim ekipmanların nominal gerilimi 400/231 Volt AC ve 24Volt veya 48Volt DC dir. Bu nedenle alçak gerilim alternatif akım tesislerinde kullanım gerilimi, nominal olarak 400/231 Volt dur. Orta gerilim dağıtım sistemlerinde genellikle 31, ,5 kv değerlerindedir. 37

40 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Büyük güçte orta gerilim motorlarının nominal gerilimi 6,3 kv olmasından dolayı sistem kullanım gerilimi 6,6 kv olarak belirlenir. Genelde tercih edilen kullanım gerilimleri 400/231 Volt ve 6,6 kv, 35 kv dur. Tek hat şeması Elektrik sisteminin yapısını açıklayan grafik semboller ve standart semboller kullanılarak çizilen şematik bir diyagramdır. Standart sembol ve şekiller elektrik ekipmanlarını göetermek için kullanılırlar şemada bulunan hatlar cihaz ve ekipmanların birbiri ile bağlantısını gösterir. Elektrik ekipmanlarının değerleri, tipi ve büyüklükleri tek hat şemaları üzerinde belirtilir. Bir tek hat şeması, elektrik sistemini değerlendirmek ve planlamak için yeterli veriyi ve detayı kapsamalıdır. Aşağıdaki bilgilerin tek hat diyagramı üzerinde gösterilmesi gerekir. 38

41 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI 1. Güç kaynakları: Jeneratörler, transformatörler, kesintisiz güç kaynağı ve bunlara ait gerilim değerleri, oluşabilecek kısa devre akımlarının değerleri, topraklama metotları, 2. Ölçü ve koruma sistemleri: Ölçü ve röle tipleri, akım ve gerilim transformatörlerinin çevirme oranları, doğruluk sınır faktörleri, kısa süre akım dayanım kapasiteleri, kesicilerin açma ve kapama akım kapasiteleri ve gerilim değerleri, 3. Transformatörler: Güç kapasiteleri, gerilimler, empedanslar, sargı bağlantı tipleri ve topraklama metotları, kuru veya yağlı tip olduğu, regülasyon tipleri, 4. Baralar ve bara sistemleri: Gerilim ve akım değerleri ile kısa devre dayanımı, 5. Orta gerilim panoları: Akım ve MVA olarak kısa devre güçleri, röle açtırma ayarları, 6. Orta gerilim motor yol vericileri: Akım değerleri ve kısa devre güçleri ve röle açtırma ayarları, 7. Motorlar için kullanılacak sürücü tipleri ve bunlara ait karakteristik değerler, 8. Alçak gerilim panoları: Akım değerleri, kısa devre güçleri ve röle açtırma ayarları, kapalılık tipi, 9. Sigortalar: Büyüklüğü ve tipi, 10. Fiderler: Büyüklükleri iletken sayıları ve güçleri, 11. Yükler: Büyüklükleri, açıklamalar, 12. Güç faktörü düzeltme sistemleri. 39

42 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Tek hat şemalarında gelecekte olabilecek genişlemeler, güç artışları ve bunlara ait fiderler ile yedek fiderler gösterilmelidir. Besleme kaynaklarının Ayrılması Şebekede bulunan gibi bazı yükler doğrudan yol alan büyük güçlü motorlar, frekans konvertörü ile yol alan büyük güçlü motorlar veya ark ocakları besleme sistemi üzerinde salınımlara, distorsiyonlara ve enterferanslara sebep olurlar. Bu nedenle gerek sistem stabilitesi ve gerekse enerji kalitesi açısından yüklerin sınıflandırılmasına göre aşağıda şekil 1.1, 2, 3, 4, 5, 6 da görüldüğü gibi ayrı besleme sistemleri üzerinden enerjilendirilmeleri gerekebilir. Şekil 1.1 Endüstriyel tesislerde OG/AG dağıtım merkezi (Yük tiplerine göre besleme tipleri ayrılmış) 40

43 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Şekil 1.2. Sanayi sitelerine ait OG dağıtım merkezi (Besleme mesafesine göre dağıtım) Şekil 1.3. AG dağıtım sistemi 41

44 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Şekil 1.4. Endüstriyel tesisler için dahili yük dağıtımı 42

45 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Şekil 1.5. Bölgesel enerji dağıtımı 43

46 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Şekil 1.6. Darbeli yüke sahip olan sistemin elektrik santralı vasıtasıyla senkron olarak beslenmesi Şekillerde de görüldüğü gibi salınımlara ve enterferanslara neden olan yüklerin diğer yüklerden ayrılmasını sağlamak ve sistemin güç kalitesini yükseltmek ve yük miktarı ve yükün uzaklığı esas alınarak gerilim düşümünü ve güç kayıplarını standartların ön gördüğü seviyede tutmak ve güç kalitesini arttırmak amacıyla tek bir noktadan tüm sistemi beslemek yerine birbirinden ayrı ayrı besleme kaynaklarına bağlanır. Bu şekilde beslemelerin ayrılması aşağıda belirtilen avantajları sağlar. Koruma cihazları arasında seçicilik düzelir ve buna bağlı olarak diğer yüklerin gereksiz açmalardan dolayı devreden çıkmaları önlenir. 44

47 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Yük tiplerine uygun olarak topraklama sistemleri uygun hale getirilir. Yük dağıtımı uygun hale gelir Topraklama sistemlerinin seçimi Standartlar ve yönetmelikler, yasalar elektrik tesislerinde doğrudan ve dolaylı temaslara karşı insan hayatını korumayı şart koşar. Genelde koruma işlevi otomatik olarak hata akımı ve gerilimi meydana geldiğinde ve seçiciliğin öngördüğü şekilde ve gerekli sürede hatalı bölümü besleme sisteminden ayırmaktır. Şebekelerde topraklama sistemi aşağıda belirlenen krıterlere göre yapılmaktadır. Tesisin yapıldığı ülkedeki genel eğilimler (Şebekenin nötr noktası ile ilgili işletme topraklamalarındaki genel eğilimler), Yasal gereklilikler, Şebekedeki yapım zorlukları, Şebekenin işletilmesindeki zorluklar, Yük tiplerinden ileri gelen zorluklar. 45

48 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Şebeke Nötrünün 5 tip topraklama şekli vardır. 1. Nötrün doğrudan topraklanması, 2. Nötrün reaktans üzerinden topraklanması, 3. Nötrün söndürme bobini üzerinden topraklanması, 4. Nötrün omik direnç üzerinden topraklanması, 5. Nötrün yalıtılması, Her bir nötr topraklama sisteminin yapısından kaynaklanan avantaj ve sakıncaları vardır. Topraklama sistemi seçilirken bu avantajlar ve sakıncalar göz önünde bulundurulmalıdır. Nötr topraklama sistemlerinin avantaj, sakıncaları ve kullanım yerleri Nötrün doğrudan topraklanması Avantajları: 46

49 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Toprak hata akımlarının algılanmasında ve seçici korumanın yapılmasındaki kolaylıklar, Hata esnasında meydana gelebilecek aşırı gerilimlerin sınırlandırılması. Sakıncaları: Yüksek hata akımlarının meydana gelmesi ve buna bağlı olarak insan hayatını tehlikeye sokacak yüksek temas ve adım gerilimlerinin oluşması ve transformatör, jeneratör, kablolar gibi tesisin önemli elemanları üzerinde hasarlanma riski Kullanım alanları: Alçak gerilim 4 veya 5 hatlı şebekelerde sıklıkla kullanılmasına rağmen orta ve yüksek gerilimli şebekelerde yüksek dokunma ve hata gerilimleri ile hata akımlarının yüksek seviyede olması nedeni ile tercih edilmezler. Nötrün reaktans üzerinden topraklanması Avantajları: Toprak hata akımları sınırlandırılır. Sakıncaları: 47

50 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Nötrü doğrudan topraklı sistemlere göre daha kompleks koruma sistemi gerektirir, Şebekenin yapısına bağlı olarak kuvvetli sürekli ve transiyent aşırı gerilimlerin meydana gelmesinden dolayı daha yüksek seviyede izolasyon gerekliliği ortaya çıkar. Kullanım alanları: Devrenin toplam hata direncine göre eğer reaktansın empedansı düşük ise özel ön tedbirler alınmadan uygulanabilir. Nötrün söndürme bobini üzerinden topraklanması Avantajları: Toprak hata akımının söndürülmesi. Sakıncaları: 48

51 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Kompleks koruma sistemi ihtiyacı (yönlü koruma elemanınım uygulanmasındaki güçlükler). Kullanım Alanları: Bazı doğu ülkelerinde kullanılır. Nötrün izole edildiği sistemler. Avantajları: Toprak hata akımları sınırlandırılır. Sakıncaları: Toprak hatası halinde gerilim yükselmeleri ve transiyet aşırı gerilim darbeleri, Şebeke elemanlarında ve kablolarda yüksek izolasyon seviyesi gerekliliği, 49

52 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Aşırı gerilimlere karşı koruma gerekliliği, İzolasyon izleme sistemine gerek olması. OG şebeke topraklama sistemlerinin seçimi için krıterler göz önüne alınır. İşletme sürekliliği, Meydana gelen aşırı gerilimlerin seviyesi, Ekipmanın faz toprak izolasyon seviyesi, Toprak hata akımının büyüklüğüne bağlı olarak termik zorlamalar, Koruma sisteminin yapısı, İşletme ve bakım ihtiyaçları, Şebeke büyüklüğü. Alçak gerilim topraklama sistemi seçim kriterleri İşletme sürekliliği, Meydana gelebilecek aşırı gerilimlerin seviyesi, 50

53 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Elektriğin yol açtığı yangın riskleri, İşletme ve bakım ihtiyaçları. Tip projelerin hazırlanması Hazırlanması gereken tip projeler : Yerleşim ve konstrüksiyon tip projeleri, Ekipman koruma tip projeleri, Ünite koruma tip projeleri, Kontrol devresi tip projeleri, Sistem konfigürasyonu tip projeleri, Detay projelendirme şartnameleri Detay projenin yapımı için gerek ekipman ve gerekse ünite ve sistem bazında detay projelendirme esaslarını açıklayan, uyulması gereken standart ve yönetmelikleri belirleyen detay projelendirme şartnamesinin hazırlanması gerekmektedir. 51

54 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Detay dizayn şartnameleri genellikle aşağıda belirlenen tesis ve elemanlar için yazılır. 1. Genel kurallar ve genel ihtiyaçlar şartnamesi: Elektrik sisteminin genel gerekliliklerini ve elektrik sisteminin dizaynı için genel şartları kapsar. Bu şartname elektrik sistemlerinin detaylı projelendirilmesi için geçerli olan ve kullanılması ve göz önüne alınması gereken ulusal ve uluslar arası şartnameleri, enerji alım ve besleme metotlarından, tesisin projelendirilmesinde esas olacak hesap metotlarını ve analiz ve sentez kurallarının açıklanmasından meydana gelir. Genellikle aşağıda verilen başlıklar altında hazırlanır: Şartnamenin amacı, Şartnamenin kapsamı, Kısaltmalar ve açıklamalar, Şartnamenin hazırlanmasında esas alınacak yönetmelik ve standartlar, Fonksiyon ve performans kriterleri: ekipmanların boyutlandırma esasları, güç temini, yardımcı ve acil güç kaynakları ile ilgili açıklamalar OG ve AG dağıtım sistemlerinin esasları, dağıtım ve kontrol sistemleri ile diğer sistemlere ait projelendirme ve hesaplama esasları, 52

55 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Tesisin projelendirme kriterleri: elektrik güç ihtiyacının belirlenmesi, işletme ve izolasyon gerilim seviyelerinin belirlenmesi esasları, koruma topraklaması ve işletme topraklamasının belirlenmesi, Sağlık emniyet ve çevre için gereklilikler, Tesis yapımı ve montajı için temel gereklilikler, Kabul ve test genel esasları ve gereklilikleri, Dokümantasyon: çizimler ve detay resimlerle ilgili açıklamalar 2. Ana dağıtım sistemi şartnamesi: Ana transformatör ve dağıtım merkezinin yapım ihtiyaçlarını ve hesap metotları ile tesis ve ilgili ulusal ve uluslararası standartlara göre sistemin dizayn gerekliliklerini kapsar. OG ve AG dağıtım sistemi şartnameleri olarak hazırlanmakta olup; eğer sistemde doğru akım dağıtım sistemleri mevcutsa, DC dağıtım sistemleri üzerine şartname hazırlanır. 3. Kablo ve bağlantı hatları şartnamesi: kablo hesap metotları, kablo tesis şartlarını ve kullanılması istenen kablo tipi ve bağlantı şekilleri ve tesis metotlarını kapsar. 4. Elektrik sisteminde kullanılan cihaz ve ekipmanlarlarla ilgili şartnameler: 53

56 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Transformatörler Acil durum veya stand by jeneratörler veya yardımcı jeneratör grupları, Elektrik iç tesisat, Elektrik motorları, UPS ve doğru akım besleme sistemleri, Topraklama ve yıldırımdan koruma sistemleri, Motor yol vericiler (frekans konvertörü, soft starter ve diğer yol vericiler) ilgili şartnameler, Reaktif güç kompanzasyon sistemi şartnameleri Detay tasarım Şebeke yapısının belirlenmesi Farklı şebeke yapıları arasında en uygun yapının seçilmesi için göz önünde bulundurulması gereken kriterler Gerekli ve geçerli ihtiyaçlar, 54

57 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Güç kalitesini düşüren ve şebeke güvenirliliğini azaltan gerilim çökmesi, dengesizlik, harmonikler, fliker olayları gibi bozunmaların sınırlandırılması, İşletme ve bakım gerekliliklerine. YG/OG Şebeke yapıları Gerekli ihtiyaçlar ve tesisin boyutları esas alınarak aşağıdaki şebeke yapıları kullanılır. 1 Beslemeli güç temini, 2 beslemeli güç temini, 2 beslemeli çift baralı sistem. Orta gerilim şebeke yapıları Saha içindeki orta gerilim dağıtımı iştenen şartlara bağlı olarak her bir bölge için dizayn edilir. Bu gereklilikler göz önüne alınarak aşağıda belirtilen şebeke yapıları seçilir. Tek taraftan beslemeli radyal şebeke: yük ihtiyacının düşük olduğunda kullanılır. Çimento tesislerinde oldukça sıklıkla kullanılır. 55

58 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Kuplajsız çift beslemeli radyal şebeke: demir çelik endüstrilerinde, petro kimya tesislerinde kullanılan şebeke yapısı olup, yüksek yük kullanımında tercih edilirler. Gözlü şebeke: gelecekteki genişlemenin yüksek olduğu büyük sahaya yayılı sisltemler için çok uygundur. Açık ve kapalı olarak çalıştırılabilir. kapalı çalıştırma şeklinin performansı daha yüksek olup ancak daha pahalı bir sistemdir. Paralel beslemeli şebeke: gelecekteki genişlemesi sınırlı olan büyük sahaya yayılı sistemler için kullanılır. Alçak gerilim şebeke yapıları Yük sürekliliği ve miktarına bağlı olarak alçak gerilim panoları jeneratör ve kesintisiz güç kaynağı (UPS) gibi birkaç kaynaktan beslenebilir. Kısa devre akımlarının belirlenmesi Sistemin elemanlarının ve bağlantılarının belirlenmesi için yapılacak çalışmaların en önemlisi, kısa devre hesaplarıdır. Bu çalışma sonucunda sistemin bütün noktalarında maksimum, sürekli, minimum ve darbeli kısa devre akımları belirlenir. Bu değerlerle kesicilerin açma ve kapama kapasiteleri, elektrik ekipmanlarının elektrodinamik kuvvetlere ve kısa devre termik dayanım performansları tesbit edilir. 56

59 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Maksimum kısa devre akımının efektif değeri ile Kesicilerin ve sigortaların kesme kapasitesi, Ekipmanlar için gerekli termik dayanım seviyeleri. Darbe kısa devre akımının değeri ile Kesiciler ve ayırıcıların kapama kapasiteleri, Hatların ve baraların elektrodinamik dayanımları. Minimum kısa devre akımının değeri ile sigorta ve kesicilerin açma eğrileri veya aşırı akım koruma elemanlarının açtırma akım eşik değerleri belirlenir ve koruma sistemine ait seçicilik ve stabilite planları hazırlanır. Kısa devre hesapları yanında yük akış analizi, transiyent stabilite ve dinamik stabilite analizi ve harmonik analizi yapılmalıdır. Aktif ve reaktif güçlerin belirlenmesi Yük akış analizinde normal ve özel işletme şartları altında sistemdeki aktif ve reaktif güçler belirlenir. 57

60 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Transiyent analizi Transiyent analizi, sadece senkron motor ve jeneratörlere sahip tesislerde uygulanır. Motorların yol alma olayının incelenmesi ve besleme sisteminin yeterliliğin kontrol edilmesi Motorlarda yol alma olayı aşağıda belirtilen durumların bir veya bir kaçının gerçekleşmesi durumunda mutlaka incelenmelidir. S TN (kva) transformator gücünün; motorun elektrik şebekesinden çektiği nominal gücünün S MN (kva) üç katından az olması Motor ile transformator arasında çekilen kablo motor terminallerinde elde olunanan kısa devre gücünü (MVA) azaltır. Bu kısa devre gücünün motor yol alma gücünün (MVA) sekiz katından az olması Besleme panosu bara kısa devre gücünün (kva) motor yolalma gücünün sekiz katından daha az olması Yükün ve yük makinasının yüksek atalete sahip olması 58

61 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Motorun beslendiği kaynaktan diğer elektrik cihazları besleniyorsa yol alma olayı esnasında meydana gelen gerilim düşümlerinin cihazların çalışmalarını etkileyebilecek değerde olması Harmonik analizi Harmonik analizi güç faktörüne haiz sistemlerine ve buyük güçte yarı iletken güç çevirme (motorlar için AC ve DC sürücüler, UPS cihazları, kumanda/kontrol sistemleri için doğru akım kesintisiz güç kaynakları DCPS) ihtiva eden sistemlerde yapılır. Harmonik akımların ve gerilimlerin etkilerinin ele alınmayarak yapılan elektrik tesisi tasarımlarında özellikle elektronik yol verme ve kontrol sistemine sahip endüstriyel tesisler çalışamaz ve iş göremez duruma gelebilir, elektrik motorlarının performansları düşer ve tesisteki ekipmanlarda aşırı ısınmalar meydana gelebilir. Lineer olmayan söz konusu bu yüklerin sebep olduğu deformasyon Güç faktörünü düzeltmek için kullanılan kompanzasyon sisteminde aşırı ısınma veya rezonans sebebi ile kondansatörün aşırı ısınmasına veya tahrip olmasına, Motor ve transformatörlerde aşırı ısınmaya ve bu nedenle güç kullanımının azalmasına ve ayrıca motorda sarsıcı momentleri oluşturmasından dolayı motorda bulunan 59

62 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) rulman, yatak, mil gibi hareketli parçaların çabuk yıpranmasına, Regülatör, konverter, kalıcı izolasyon monitörü ve koruma rölelerinin anaormal ve hatalı çalışmasına neden olurlar. Harmonik analizi, şebekede oluşan bozunmaların azaltılması standartların öngördüğü uygun değerlerde çalışmaların sağlanması için gerekli tedbirlerin alınmasını sağlar. Bu tedbirler aşağıda sıralanmıştır. Kondansatörlerle şebeke endüktansı arasındaki rezonansı azaltacak anti harmonik bobinli kompanzasyon gruplarının kullanılması, Harmonik akımları tutarak harmonik gerilimlerini azaltan şönt filtrelerin kullanılması, Dağıtım yüklerinin bulunduğu yerlerde kısa devre gücünün azaltılması, Aktif, pasif ve karma filtrelerin kullanılması, Harmonik üretiminin sınırlandırılması (doğrultucu, UPS, frekans konvertörü gibi cihazların girişinde 6 darbeli doğrultucular yerine 12 darbeli doğrultucuların kullanılması. Hjarmonik üreten yüklerin besleme devrelerinin diğer lineer yüklerin besleme devrelerinden ayrılması). 60

63 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Harmonik analizi, aşağıdaki işlemleri ihtiva eder Kullanılan şebekede önceden bulunan mevcut harmoniklerin belirlenmesi, Her bir lineer olmayan yük için harmonik akım ve güçlerinin belirlenmesi, Kullanılacak şebekede harmonıkk miktarların kabul edilebilir değerlerinin belirlenmesi. Transformatörlerin seçimi Bir yıl içinde en fazla yüklenebileceği gündeki ve süredeki maksimum güç esas alınarak transformator seçilir. Bu güç analizinin kullanma ve eş zamanlılık faktörü göz önüne alınarak gerçekleştirilmesinden sonra ortaya çıkan güçtür. En doğru metot tesis yük eğrileri ve transformator aşırı yüklenme eğrileri esas alınarak transformator güçlerinin belirlenmesidir.(iec 76 2) Transformatörlerin seçiminde önemli kriterlerden biriside darbeli veya sakin olmak üzere yükün uygulanış şeklidir. 61

64 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Sakin yükler (aydınlatma, ısıtma) dahilinde yüklenme belirlenir. için yukarda söz konusu esaslar Asenkron motorların yol almasında olduğu gibi transformatora darbe şeklinde yükler uygulanacaksa ilerde güç kaynakları ve elektrik motoru ile tahrik edilen sistemlerin boyutlandırılması bölümlerinde açıklanacağı gibi transformatörlerin gücü ve usct (%) nisbi kısa devre gerilimi veya diğer bir deyımle empedans gerilimi beslediği sistemde dinamik stabliteyi bozmayacak ve sistemde çalışmayı sürdürebilecek derecede gerilim düşümü meydana getirecek şekilde belirlenmelidir.. Transformatörlerin seçiminde diğer bir önemli kriter ise transfomatora bağlanacak yüklerin lineer ve lineer olmayan yükler olarak tipleridir. Endüstriyel sistemlerde frekans konvertörlerinin kullanımının yaygınlaşması ve özellikle proses için kaliteli güç temini sağlayacak kesintisiz güç kaynakları UPS lerin büyük güçlere ulaşması büyük miktarlarda harmonik üreten güçlerin kullanımının artması kullanılan güçlerle birlikte bu harmonik miktarlarını da karşılayacak güçte ve gerilim toplam harmonik distorsiyon faktörü %5 i geçmeyecek şekilde transformator seçiminin yapılması gerekir. Jeneratörlerin seçimi Transformatörlerin seçimindeki tüm kriterlerde jeneratörler için geçerlidir. Jeneratörlerin gücü beslemesi gereken yüklerin cinsi tipi ve 62

65 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI bunların miktarları ile bunlara ait toplam güç ihtiyacı belirler. Gerekli detaylı bilgiler güç kaynakları bölümünde verilmiştir. İletkenlerin kesitlerinin belirlenmesi İletkenlerin kesitlerinin belirlenmesi için aşağıda belirtilen sıraya göre olur. Maksimum dizayn akımının hesabı, Tesis metotları ve tesis şartları ile ilgili düzeltme faktörlerinin belirlenmesi, Gerilim düşümü hesapları, Normal işletme şartlarında akan akım değerine göre ve bu akımlar eğer harmonik ihtiva ediyorsa harmonik miktarlarıda göz önüne alınarak iletken kesitinin ısınmaya ve akım taşıma kapasitesine göre belirlenmesi, Koruma cihazının hatalı bölümü ayırma süresi esas alınarak kısa devre halinde termik dayanımın kontrol edilmesi, Büyük motorların yolverme esnasındaki ve normal çalışma esnasındaki gerilim düşümlerinin kontrol edilmesi, Alçak gerilim sistemlerinde dolaylı temaslara karşı insan hayatını korumak için koruma cihazlarının kesme veya 63

66 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) açtırma akım eşik değerleri ile topraklama sistemlerine bağlı olarak maksimum bağlantı uzunluğunun kontrolü, Orta gerilim sistemlerinde toprak hatası esnasında kablo ekranlarının termik dayanımlarının kontrolü, Nötr, koruma iletkeni ve eş potansiyel bağlantı iletkeninin kesitlerinin belirlenmesi. Koruma sisteminin belirlenmesi Elektrik şebekelerinde koruma sisteminin temel görevi insan hayatı ve ekipmanların emniyeti, hatasız bölümlerdeki yüklerin beslenmesinin sürekliliğinin sağlanmasıdır. Tesis normal işletmede iken tesiste meydana gelen hatadan dolayı aşağıda belirtilen olaylar meydana gelebilir. Aşırı yüklenme ve aşırı yükler, Kısa devreler ve bunların sonucu meydana gelen aşırı akımlar, Hatalı manevralar, Aşırı gerilimler (Yıldırım deşarjı, toprak hatası sonucu oluşan aşırı gerilimler ve bu aşırı gerilimlerin AG tarafına transferi, ferrorezonans), 64

67 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Aşırı sıcaklık ve aşırı gerilimler sonucu izolasyon malzemesinin bozulması. Bu olayların koruma sistemi vasıtasıyla önlenmesiyle Ekipmanların termik ve elektrodinamik zorlanmalaarı sınırlandırılır, Şebeke stabilitesi korunur, Elektro manyetik bozunmaların diğer devrelere olan etkisi süresi azaltılır, Tesisin erken yıpranması önlenir ve bakım giderleri azaltılır. Koruma sistemi sadece hatalı bölümü ayıracak şekilde seçicilik özelliğine sahip olmalı ve sağlam bölümlerde enerji sürekliliği sağlamalıdır. Besleme istasyonu yardımcı ekipmanları Elektrik dağıtım sistemine bağlı aşağıda belirtilen yardımcı ekipman yükleri Koruma röleleri, Koruma ve kumanda sistemini besleyen yardımcı güç kaynakları 65

68 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Kesicilerin, anahtarların ve ayırıcıların açma ve kapama mekanızmaları ve kilitleme ve kurma tertibatları, Elektrik odalarının ve panolarının soğutma ve havalandırma klima sistemleri ve ısıtma sistemlerinin dirençleri, Elektrik odalarının aydınlatma sistemleri, Transformatörün soğutma radyatörleri havalandırma fanları ve yük kademe değiştiricileridir. Sözkonusu yüklerin güç teminleri, UPS, doğru akım kesintisiz güç kaynağı DCPS doğrultucu akü sistemleri gibi yüksek seviyede güvenilir özel kaynaklardan sağlanmalıdır. Eğer bu kaynaklarda enerji kesilirse iki işletme prensibi kullanılır. İstasyon devre dışı edilir.bu personel ve ekipman emniyeti için önceliklik istenen yerlerde uygulanır, İşletmeye devam edilir. Bu prensip ise işletme sürekliliği öncelikli olan yerlerde uygulanır. Güvenilebilirlik araştırması ve analizi Güvenilebilirlik araştırması tesisin kuruluş safhasında yatırım maliyetlerinin belirlenmesinde ve tesis çalışmaya başladıktan sonra 66

69 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI üretim ve işletme kayıplarının önlenmesi ve bakım giderlerinin azaltılması bakımından yapılması çok önemli olan ve yatırımcıyı veya tesis sahibini yakından ilgilendiren dizayn işlemidir. Araştırma ve analiz kriterleri Yükün bağlandığı terminaldeki gerilimi etkileyan unsurlar ya enerji temin edilen şebeke veya kullanıcıların hatalı tasarlanan elektrik tesisleri ve bu sistemde ortaya çıkan hata kökenlidir. Anormal işletme ve ortaya çıkan zararların maliyeti yüklerin tipine ve endüstriyel prosesin krıtiklık seviyesine bağlıdır. Böylece ani kritik yüklenmede yükünden dolayı endüstriyel proses üzerinde ciddi sonuçlar ortaya çıkarır. Diğer taraftan aynı rahatsızlık ve bozunmalar, yükler üzerinde zararlı tesirler meydana getirir. Bir elektrik şebekesinin dizaynında, meydana gelebilecek hata etkilerinin ve bozunmaların kesin analizi gerçekleştirilmelidir. Harmonik etkileri, fliker, gerilim dengesizliği, frekans değişimleri ve aşırı gerilmeler her durumda uygun ekipman kullanarak ve şebeke yapısını uygun seçerek azaltılabilir. Güç kesilmesine karşı bağışıklık, normal jeneratör grupları veya sıfır saniye transfer süreli motor jeneratör grupları ve kesintisiz güç kaynakları gibi özel elemanların kullanımını gerektirebilir. Bu ekipmanlar genellikle problemlerin hepsinin çözümü için uygun değildir. Şebeke yapısı, otomatik besleme restorasyon sistemleri riskli 67

70 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) ekipmanların güvenirlik seviyeleri kontrol ve izleme sistemleri ve bununla beraber bakım sisteminin işleyişi güç beslemesindeki kesilmeleri azaltma veya ortadan kaldırmada önemli rol oynarlar. Ortaya çıkacak problemlerin tamamının endüstriyel tesisin izin verebileceği besleme kesilmesinin oluş şekli ve süresini belirleyen bu verilerin tamamını hesaba katarak analiz edilmesi gerekir. Bu çalışmalar tesisin ihtiyaçları için en uygun ekipman ve şebeke yapısının belirlenmesini sağlar. Onlar genellikle hassasiyet seviyesi ile ilgili sınıflandırmaya gerek duyarlar ve aşağıda verilen farklılıklara göre söz konusu sınıflandırma yapılır: - Uzun süreli enerji kesilmesine izin verilen yükler 1 saat veya daha fazla, - Bir kaç saniye sonra tekrar enerjilendirilmesi gereken yükler, - Herhangi bir enerji kesilmesine tahammülü olmayan yükler. Şekil 1.7 aşağıda açıklanan duruma göre düzenlenmiş şebeke örneği verilmektedir. - Kesintisiz güç kaynağı tarafından beslenen her hangi bir enerji kesintisine tahammülü olmayan hayati öneme haiz yükler, - Dağıtım şebekesinde enerji kesilmesinden sonra jeneratörün frekans ve geriliminde stabilite sağlanır sağlanmaz birkaç saniye sonra jeneratör grubu tarafından tekrar enerjilendirilen temel yükler, 68

71 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI - Temel yüklerin tamamı devreye girer girmez, tekrar kademeli olarak devreye alınan öncelikli yükler (Jeneratör grubu ani olarak tüm yükleri kabul etmez ve özellikle birden fazla asenkron motorların aynı anda devreye girmesi sonucu ortaya çıkabilecek stabiliteyi bozacak aşırı yük darbelerini önlemek amacıyla söz konusu yükler, belirli bir sıra ile uygun sürede devreye alınmalıdır), - Şebeke tekrar enerjili duruma geldiğinde ve enerjilendirilebilen ve uzun sure enerjisiz kalmasına izin verilebilen yükler. İşletme gerekliliklerine göre yerine konulabilir kaynağın boyutlandırılmasında dogru şebeke seçilirse optimizasyon sağlanabilir. Güvenilebilirlik çalışmaları kritik yüklerin güç ihtiyaçları minimum yapının belirlenmesinde mutlaka göz önüne alınmalıdır. Nötr topraklama sisteminin seçiminin çok önemli olduğu hatırdan çıkarılmamalıdır Güvenilebilirlik araştırmasının gerekli olduğu alanlar (Tüm şebeke tipleri ve kontrol ve izleme sistemleri için uygulanmalıdır): - Tek taraflı beslemeli şebeke, - Çift taraflı beslemeli şebeke, 69

72 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) - Otomatik olarak tekrar kurulan gözlü şebeke, - Çift baralı şebeke, - Kesintisiz güç kaynaklı şebeke, - Otomatik envesörlü sistem, yük atmalı ve eki konuma getirmeli sistemler. 70

73 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Şekil 1.7. Enerji kesilmesine karşı hassasiyetlerine göre şebeke yüklerinin sınıflandırılması Güvenilebilirliğin tayini için kriterler: - Birinci hatadan önce çalışma süresinin ortalama miktarı (MTTF: Hatanın ortalama süresi), - İki hata arasında geçen ortalama ortalama süre (MTBF: Hataların oluşumu arasındaki ortalama süre), - Yükün beslenmesinde güç kaynağının yeterliliği. Bunun belirlenmesinde hataların oluşumundaki sıklık ve tamirat ve hatanın giderilme süreleri hesaba katılır, - Bir yıl süresinde meydana gelen hata miktarı, - Onarım süresi (MTTR: Ortalama onarım süresi), - Hata süresince sistemin ortalama kullanılamama süresi (MDT: Sistemin ortalama devre dışı olabileceği süre). Bunlara hatanın algılanma ve belirlenme süreleri, bakım 71

74 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) servisinin hata yerine ulaşma süreleri hatalı ekipmanın satın alınma süreleri ve onarım süresi dahildir, - Koruyucu bakım işlemi ortalama sıklığı ve bu işlemler sırasında tesisin kullanılabilirliği, - Bakım sırasında geçici enerji kaynaklarının yerleştirilmesinin ekonomikliği, - Kullanım şebekesinde meydana gelen enerji kaybında jeneratör grubunun devreye girememe ihtimali, - Jeneratör grubu kontrol ve test işlem sıklığı, - Bir yılda oluşabilecek öncelikli yüklerdeki enerji kesintisi miktarı, - Jeneratör grubu kontrol ve test işlem sıklığı, - Bir yılda oluşabilecek öncelikli yüklerdeki enerji kesintisi miktarı, - Hayati yüklere ait gücün kesilmesine kadar bu yüklerin enerji altında tutulması gereken süre, 72

75 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Analiz tipleri - Tek bir yapı tipi ele alınarak gerçekleştirilen analiz. Şekil 1.8. Tek yapı tipi ele alınarak gerçekleştirilen analiz metodu - Alternatif bir yapı geliştirerek iki yapının karşılaştırılması metodu 73

76 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Şekil 1.9. İki yapının karşılaştırılması Güç faktörü düzeltme sistemleri Güç faktörünün değeri, cezalı reaktif güç bedeli ödememek için enerji sayaçlarının bulunduğu ve ölçüm yapılan kısımda elektrik dağıtım firmasının şart koştuğu miktarda olmalıdır. Genellikle transformatörün boşta ve yükte kendisi tarafından tükettiği reaktif enerjinin de kompanzasyonu göz önüne alınmadan yapılan dizayn ve yapım sonucu tesiste, AG tarafında güç faktörü katsayısı için şart koşulan değer sağlandığı halde enerji sayaçları primer OG tarafına bağlanan tesislerde özellikle yüksek güçlü transformatör 74

77 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI sistemlerinde güç faktörü şart koşulan değerden daha az değer almakta ve sistemde kompanzasyon tesisi olduğu halde cezalı reaktif güç bedeli ödenmektedir. Sistem dizaynı için gerekli hesaplamalar ve incelemeler Şebekelerin elektriksel davranışları Elektrik şebekeleri, birbirini karşılıklı olarak etkileyen farklı elemanlardan meydana gelir. Bu karşılıklı etkiler altında sistemin kesintisiz ve güvenilebilir bir şekilde çalışabilmesi için elektrik sisteminin akım gerilim, empedans ve diğer elektriksel parametreler esas alınarak, geçerli standart ve elektrik kanunlarına uygun olarak hesaplanması ve elemanların bu şebeke hareketleri ne dayanıklı olarak seçilmesi gerekmektedir. Sistemin cevap sürelerine uygun olarak elektriksel davranışların sınıflandırılmaları aşağıda verilen kriterler esas alınarak açıklanmalıdır Devre dışı olma davranışı ve beslemenin geçici olarak devre dışı edilmesi, Yavaş davranışlar yani işletme şartlarındaki standart değişimler, Kararlı davranış, sürekli işletme şartları, Hızlı davranışlar, döner makinaların değişen etkilelerininin şebeke çalışması üzerine yaptığı girişimler, 75

78 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Elektromanyetik davranışlar, kablolar tarafından yayılan dalgaların yaptığı girişimler, Elektromanyetik dalga yayılımı. Yukarda açıklanan davranışların dağıtım sistemi ve proses üzerinde aşağıda belirtilen değişik etkiler meydana getirir. Elektrik beslemesinin kesilmesi, Gerilim çökmeleri ve değişimleri, Transiyent akımlar, Harmonikler, Kısa devre hesapları, Elektromekanik salınım ve titreşimleri, Açma kapamalar, arklar ve toparlanma transiyentlerinden dolayı aşırı gerilimler ve gerilim darbeleri, Yıldırımın neden olduğu aşırı gerilimler ve aşırı gerilim darbeleri. Yukarda açıklanan etkilerin büyüklükleri şebekenin tipine ve işletme gerekliliklerine bağlıdır. 76

79 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Şebeke ve işletme karakteristiklerinin belirlenmesi Elektrik tesislerinin ana parametrelerinin belirlenmesi için aşağıda verilen hesapların gerçekleştirilmesi gerekir. 1. Besleme kaynağının tipi Kısa devre gücü, Hız ve gerilim düzenlemeleri, Harmonik kirlenme, Normal veya değiştirilen, Anahtarlama salınımları ve transiyent olaylar. 2. Yükün tipi Güç (Aktif / Reaktif, tesis gücü / çekilen güç ) İşletme karakteristikleri (kabul edilen, bozucu etkilere karşı duyarlılık), Faz dengesizliği, Harmonik yükler, Proses için farklı yüklerin önceliği (Normal /Temel /hayati önemi haiz), 77

80 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Darbeli veya sakin yük. 3. Şebeke diyagramı Gerilim seviyeleri, Şebeke yapısı (radyal, gözlü, çift veya tek besleme, çift veya tek bara sistemi), Konfigürasyon (normal / yedeklemeli, yedekli), Topraklama sisteminin düzenlenmesi, Hat uzunlukları, Güç faktörünün düzeltilmesi, Bakım gereklilikleri. 4. Standartlar, yönetmelikler ve talimatlar ve düzenlemeler. Elektrik tesisleri için gerekli hesaplar Hesaplamaların amacı, kurulması düşünülen sistemi analiz etmek ve çeşitli şartlardaki sistem davranışlarını önceden görmektir. Hesapların sonucu şebeke yapısı üzerine, cihazların ve şebeke elemanlarının seçimine ve işletme kurallarının belirlenmesine etki eder. 78

81 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Bu hesaplamalar aşağıda belirlenen kısımları kapsar Güvenilebilirlik, Sürekli çalışma şartları, Kısa devreler, Koruma, Stabilite şartları, Harmonikler, Aşırı gerilimler, Elektromanyetik uyumluluk, Değerlendirmeler için gerçekleştirilen ölçmeler ve denetimler. Güvenilebilirlik hesapları Güç kaynaklarının (genel dağıtım şebekesinin ve enerji üretimi yapan tesislerin) güvenilebilirliği aşağıda verilen değerler tarafından belirlenebilir. 79

82 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Enerjinin belirlenen güç ihtiyacına uygun olması veya enerji yeterliliği, Enerji kesintilerinin yıllık miktarları ve enerji kesintilerinin süreleri, Enerji sürekliliği. Güvenilebilirlik araştırmalarının gerçekleştirilmesi sonucunda Tesisteki yüklerin proses boyunca servis gerekliliklerinin sürekliliği ile belirlenen enerji ihtiyaçlarının dağılımı göz önüne alınarak optimum şebeke dizaynı yapılabilir, Enerji kesintilerinin neden olacağı risklere karşı daha iyi kontrolun sağlanması, Çözüm sayıları arasında seçim yapamak için yardımcı kriterleri artırılır, İşletmeyi olumsuz yönde etkileyen nedenleri azaltmak veya bu etkiler ortaya çıktığında gerekli tedbirlerin alınmasını sağlanır. Davranışlar ve orjinler Elektrik enerjisinin varlığı 80

83 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Hataların ortaya çıkış süreleri arasındakı ortalama zaman MTBF veya ilk hataya kadar geçen süre ile ifade edilen işletme zaman aralığı güvenilirliği, Geçerli süre veya işletme süresi, Bir hatanın giderilmesi için ortalama süre ile karakterize edilir. Elektrik enerjisi temini başlıca Belirlenen işletme şekillerinde ve durum değişikliklerinde elektrik şebekesinin topolojik yapısının, Çeşitli işletme senaryolarında çalışma durumunda sistemin normal ve doğru olarak işletmeye devam etmesinin, Bakım organizasyonunun, Bozucu ve rahatsız edici etkilerin ve bozunmaların tesbit edilmesi sonucu tayin edilir. Etkiler ve çözümleri Elektrik sistemlerinde aşağıda verilen hatalar ve bunların etkilerinin çözümleri aşağıda açıklanmıştır. Kullanım enerjisinin kesilmesi: Şebekelerde gerek atmosferik nedenlerden dolayı gerekse şebekeye bağlı elemanlarda oluşabilecek hatalardan dolayı şebekede bir takım 81

84 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) rahatsızlıklar ortaya çıkar. Sonuç olarak gerilim çökmeleri veya kısa ve uzun elektrik kesintileri meydana gelir. Şebeke topolojisine ve gücüne bağlı olarak bu bozucu etkileri yük seviyesine çekilebilir. İzolasyon hatası: kısa devrelerin sonuçları aşağıdaki durumlara bağlı olarak yüklerde gerilim çökmelerini ve enerji kesintilerini ortaya çıkartır.bu durum aşağıda açıklanan tedbirlerle hafifletilir veya ortadan kaldırılır. 1. Tesis edilen koruma cihazları ve seçicilik seviyesi 2. Yük ve hata yeri arasındaki uzaklık 3. Şebeke topolojisi Gereksiz veya hatalı açmalar: Gerekli hata toleransları dahilinde rölelerin ayarlanması ile ortadan kaldırılır. Açma ve kapamada meydana gelen hatalar ve geçici olaylar: Bu hatalar genellikle yükler üzerine doğrudan bozucu etkilere neden olmazlar. Bu etkiler genellikle algılanmazlar ve koruma ve seçicilik kaybı meydana getirmezler. Gerilim çökmeleri veya kesinti etkileri yüklerin hassasiyetine bağlıdır. Bilgisayar ekipmanları gibi belirli yükler gerilim çökmelerine ve kısa süreli kesintilere karşı çok hassasdır. Bu nedenle elektrik tesisi tasarımında hassasiyet dereceleri esas alınarak yüklerin karakterize edilmesi gerekmektedir. Prosesin ve işletme sürekliliğinin önemine göre bu kriterizasyon daha önem kazanmaktadır. 82

85 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Böyle durumlarda sistem gerekliliklerine göre aşağıda verilen çözümler önem kazanmaya başlar 1. Kendi otonom besleme kaynağı tesis etmek (Diesel veye gaz generatör grupları tesis etmek), 2. Tesis birbirinden bağımsız birden fazla noktadan veya kaynaktan beslemek, 3. Kesintisiz güç kaynakları UPS tesis etmek, 4. Beslemede alternatif besleme kaynakları tesis etmek, 5. Yüksek hızda hata algılama cihazları tesis etmek. Sürekli çalışma şartları hesapları Elektrik şebekesinin normal ve karalı işletme şartları altında düzgün işletmesi sistemin baştan aşağı doğru ve iyi tasarlanmasına bağlıdır. Kararlı hal çalışması kavramı güç frekansı olarak adlandırılan nominal frekans, akım ve gerilimlerin büyüklüğü, aktif ve reaktif güç seviyeleri ile tanımlanır. Kararlı işletme şartları altında davranışların araştırılması iletkenin ; Tesis ve ekipmanların temel boyutlandırılması, sistem kontrol ve yönetimi, Tesisin hatalı işletilmesinin veya elektrik cihazlarında ortaya çıkan problemlerin neden olduğu risk durumlarının göz önüne 83

86 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) alınması (İzolasyonun eskimesi, iletkenlerin hasarlanması) sağlanır. Hesaplamalara esas olan davranışlar ve orjinler Akım akış miktarları, Dağıtım gerilimleri, Aktif ve Reaktif güçler, Simetrisiz yüklenme ve besleme sistemlerindeki simetrisizlik, Lineer olmayan yüklerin ortaya çıkardığı harmonikler. Kararlı işletme şartları altında şebekenin düzgün çalışması Şebekenin dizayn edildiği işletme ve proses gerekliliklerine bağlı olarak sistemin uygun kullanımına, Değişen işletme şekillerine uygun şebeke yapısına bağlıdır. Etkiler ve çözümleri Yanlış çalışma aşağıda verilien 3 şekilde meydana gelir. Besleme gerilimlerinin dış toleransları: Şebekenin tamamı boyunca bu gerilim değişimi toleransı ± %10 içindedir. Kararlı 84

87 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI hal şartları altında hesaplamalar, uç gerilim ve tüketim değerleri göz önüne alınarak yapılmalıdır, Hatlarda ve transformatörlerde gerilim düşümü: Gerilim düşümleri akımlardan dolayı veya aktif P ve reaktif Q ve direnç R ve endüktans X e bağlı olarak aşağıda verilen ifadeye bağlı olarak meydana gelir. Δ U ( RP + XQ) = 2 U U Gerilim düşümleri çeşitli bozucu etkileri ortaya çıkarır. 1. Yük ve kaynak değişimlerine bağlı olarak gerilim değişimleri ± %10 sınırları içindedir, 2. Gerilim oynamaları aydınlatma devrelerinde filiker olaylarına neden olur. Bu gerilim oynamaları kaynak makinaları ve ark ocakları gibi yüksek değişken yüklerde ortaya çıkar, 3. 3 fazlı sistemlerde iki veya bir fazlı büyük yüklerin bağlanmasında ortaya çıkar. Gerilim düşümü hesaplarının sonucunda Elektrik devrelerinde aşırı akımlardan dolayı ilave sıcaklık yükselmesi ve böylece yüksek kayıplar, Kesicilerin açması ve makina hızlarının düşmesi, Hassas yüklerde ve koruma cihazlarında hatalı ve yanlış çalışma, Rahatsız edici seviyede aydınlatma sistemlerinde fliker etkisi ortaya çıkar. 85

88 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Gerilim düşümleri R, X değerlerini transformatörlerin nisbi kısa devre gerilim değerlerini ve hatların kesit değerlerini veya besleme uzunluklarını değiştirerek azaltmak suretiyle, Besleme geriliminin nominal değerini arttırarak, Kaynakların kısa devre güçlerini arttırarak, Transformatörlerde yükte veya boşta kademe değiştirici kullanarak gerilim regülasyonu ile, Güç faktörünün düzeltilmesi ile, Uygun bağlantı şekilleriyle tek fazlı yükleri dengeliyerek azaltılır. Kısa devre hesapları Elektrik şebekesinin işletilmesi sırasında yüksek değerde akım meydana getirebilecek kısa devre hataları ortaya çıkabilir. Kısa devreler, iletkenlerin birbirine kazara temas etmesi sonucu ortaya çıkar ve Tipleri (tek fazlı toprak veya nötr, faz arası, 3 fazlı), Başlangıç karakteristikleri, Akım değerleri (maksimum veya minimum değerler), 86

89 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Süresi (subtransiyent, transiyent, sürekli), İç ve dış olmak üzerer orjinleri. Bu hesapların sonucunda İnsan hayatı ve aşırı ısınma, aşırı gerilim ve elemanların üzerindeki elektrodinamik kuvvetlere bağlı olan riskler belirlenir, Gerilim çökmeleri ve enerji kesintilerinin neden olacağı hatalı çalışmalar belirlenir, Hataların neden olduğu etkilerinin sınırlandırılmasına yönelik temel kararların alınmasını sağlar, Topraklama sisteminin düzenlenme şekli belirlenir, Elektrik ekipmanları ve cihazları, kısa devre akımlarının büyüklükleri göz önüne alınarak koruma ekipmanlarının kesme sürelerine uygun boyutlandırılması sağlanır, Koruma cihazlarının belirlenen hata akım değerleri esas alınarak boyutlandırılması gerçekleştirilir, Koruma sisteminin seçicilik kriterleri belirlenir ve koruma rölelerinin ayar eğerleri tesbit edilir. Davranışlar ve orijinler Hata noktalarında yüksek gerilim düşümlerinin ve akımların oluşması, 87

90 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Şebeke boyunca dengesizliğin büyümesi. Etkiler ve çözümleri Tesisteki elemanlar üzerindeki doğrudan etkileri aşağıda açıklanmıştır. İlk yarım periyotta maksimum ani tepe değeri, AC elemanlar üzerinden geçen RMS akım değerlerindeki artışlar, Periyodik olmayan DC bileşen akımları, Kablo boyunca ve baralarda elektrodinamik kuvvetlerindeki artışlar, Şalt sisteminde ve hatlardan akan akım değerinde olan artışların neden olduğu aşırı sıcaklık yükselmeleri. Bu etkiler, aşağıdaki etkiler göz önüne alınarak yapılan boyutlandırma ve uygun ekipmanların seçimi sonucunda tesisin hasar görmeden işletilmesini sağlayacak seviyeye indirilir. Hatların ve cihazların şebeke elemanlarının elektro dinamik ve mekanik dayanımları, Kısa devre akımları değerlerine dayanacak değerde termal dayanımları, 88

91 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Kısa devre açma ve kapama kapasiteleri. Gerilim çökmeleri ve aktif olmayan iletken bölümlerdeki potansiyel yükselmeler tarafından meydana getirilen dolaylı etkiler, aşağıdaki sonuçları meydana getirir. Hassas cihazların yanlış çalışması, kontakların açılması, frekans konvertörlerinin kilitlenmesi, Döner makinaların transiyent davranışlarındaki bozunmalar, Cihazların di elektrik dayanımlarındaki zayıflamalar, İşletme personelinin hayatını tehlikeye sokacak dokunma gerilimler. Koruma Şebeke koruması anormal durumları algılayan ve gerçek ve güvenirliliği sağlayan cihazlar grubudur. Koruma sisteminin hesaplarını gerçekleştirmekten amaç Sonuçta insan hayatını tehlikeye sokan, tüketicilerin enerjisiz kalmasına neden olan anormal çalışma durumlarını belirlemek, 89

92 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Koruma sisteminin belirlenmesini, koruma ve kesme cihazı kombinasyonunun vetesisin seçimini sağlamak, koruma cihazlarının ayar değerlerini belirlemekdir. Davranışlar ve orjinler Aşağıda belirtilen elektriksel davranışlar incelenmelidir. Güç frekansında işletme sırasında nominal değerleri etkileyen bir hatalı çalışma olması durumu göz önüne alınarak akım gerilim ve frekans davranışları, Toprak hatası, kısa devre ve aşırı gerilimlerin meydana gelmesi durumunda normal sistem değerlerinden sapan aşırı yüklenme aşırı gerilim çökemeleri gibi anormal şertler altında uygun çalışma şekilleri, Kazara oluşabilecek bozunmalar, Şebeke yapıları, Açma/kapama sırasında meydana gelen transiyent davranışlar. Etkiler ve çözümleri Hatalı bir koruma sisteminde kısa devre, toprak hatası, aşırı gerilimler meydana gelir ve bunlar İşletme personeli için hayati tehlike oluşturabilecek kazalara, 90

93 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Ekipman ve cihazlarda tahribata, Elektrik şebekesinde proseste hatalı çalışmalara neden olur. Söz konusu etkilerden sakınmak için Öncelikle izole IT, topraklanmıış TT veya TN sistemlerden uygun olan birinin seçilmesi, Kesici, ayırma cihazları, sigortalar, sigortalı ayırıcılar kullanılması, Zamana, akıma, hem zamana hem akıma bağlı, yönlü, diferansiyel koruma sisteminin kullanılması, Hataları açacak koruma cihazlarının söz konusu hataları açabilecek veya ayırabilecek kapasitede seçilmesi, Koruma cihazının herhangi bir nedenle çalışmaması ihtimaline karşı artcı koruma sisteminin kullanılması gerekmektedir. Bu inceleme ve hesaplamaların amacı Dağıtım şebekelerinde meydana gelebilecek toprak kaçak, kısa devre aşırı yüklenme hata akım değerlerinin belirlenmesi, Sahada çalışan döner makinalarda oluşabilecek hataların ve hata değerlerinin belirlenmesi, İşletme konfigürasyonlarının belirlenmesi (besleme kaynakları, acil çalışma şekilleri, gelecekteki genişlemeler.), 91

94 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Koruma sistemindeki cihazların, sensörlerin ve rölelerin ve açtırma şekillerinin belirlenmesi, Koruma cihazlarının ve koruma sisteminin ayarlarının ve koruma planının belirlenmesini sağlamaktır. Stabilite Stabilite, özellikle yüksek gerilimli yüksek güce haiz şebekelerde ve genellikle geniş alana yayılı kompleks yapıya sahip ve birden fazla besleme sistemlerini haiz sistemlerde önem kazanır. Alternatif akım şebekesinin düzgün çalışması sürekli ayarlamaya ve enerji üretim ve tüketim arasındaki dengenin kurulmasına bağlıdır. Şebeke stabilitesi kavramı Düşük büyüklükte bozunmalarda başlangıç şartlarına dönülebilen kararlı hal stabilitesi, Bir stabilite durumundan diğerine kayıldığı ve farklı durumlarda yeni bir stabilitenin oluştuğu transiyent stabilite (besleme kaynaklarından birinin devre dışı olması veya yüksek güçte olan elektrik motorunun yol alması), Bozunmaların olumsuz etkilerinin sınırlandırılması ile kontrol edilen sistem işletmelerinde geçerli olan dinamik stabilite 92

95 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI (hayati yüklerin devrede kalmasının sağlanması için bazı yüklerin devre dışı edilmesi), Bu inceleme ve hesaplamalarının amacı şebeke çalışmasındaki kararsızlıkların ortaya çıkaracağı risk durumlarını belirlemek ve dinamik stabiliteyi sağlamak için gerekli yapıyı ortaya çıkarmaktır. Dinamik stabilitenin gerçekleştirilebilmesi için Uygun sürede elektrik hatalarının temizlemek için gerekli koruma sistemini kurmak, İşletme şekillerini optimize etmek, Tesisi uygun boyutlandırılmasını sağlamak gerekir. Kararsızlık davranışları ve bunları oluşturan nedenler Makinaların elektromekanik salınımları (tahrik edilen makinalarda ani yük değişimi), Kaynakla yük arasına bağlanan hatlardan akan akımlardaki salınımlar, aktif ve reaktif güç miktarları arasındaki değişimler ve gerilim düşümleri, Kısa devreler, gerilim çökmesi, enerji kesintileri, hatalı açmalar, cihaz hataları, insan hataları, Yük değişimleri, yüksek güçte elektrik motorunun yol alması, yüklerin devreye girme ve çıkmasındaki geçici olaylar, 93

96 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Elektrik şebekesinin yapısı,bu araştırma ve hesaplamaların amacı Kısa devre akımlarının ve etkilerinin belirlenmesi, Hatlardaki, besleme kaynağındaki ve yüklerdeki kayıpların belirlenmesi, Motorların yol alması sırasında şebeke üzerinde meydana getirebileceği etkilerin belirlenmesi, Standart işletme problemleri göz önüne alınarak muhtemel geçici olayların analizi, Yük paylaşımı, yük atma, yüklerin bağlanması esnasında şebekede meydana gelebilecek olayların ve etkilerin belirlenmesi, Besleme kaynağı regülasyonlarının belirlenmesidir. Harmonikler ile ilgili hesaplamalar. Harmoniklerle ilgili hesaplamalar sonucunda Harmoniklerin ortaya çıkaracağı sıcaklık yükselmeleri,yanlış ve hatalı işlemeler, hızlı yıpranma, elektromanyetik ve mekanik bozunma gibi risklerin belirlenmesi, 94

97 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Standartların ön gördüğü kirlenmenin kabul edilebilir seviyede olmasını sağlamak amacıyla alınacak tedbirlerin belirlenmesi sağlanır. Alınacak tedbirlerle ilgili hesaplamalar ve incelemeler Kirlenmeye neden olacak lineer olmayan yüklerin miktarlarının ve harmonik seviyelerinin belirlenmesi, Filtrelerin gücü ve tipi ilgili gerekli hesaplamalar, Tesisin harmonik etkileri azaltacak şekilde boyutlandırılması, İşletmenin optimizasyonu. Harmoniklerin etkileri ve çözümler Kaynak makinaları, ark ocakları ve deşarj lambaları gibi pasif yükler ve frekans konvertörü,ups gibi güç elektroniği cihazlarının lineer olmayan yükler olup besleme kaynağına ait akım ve gerilim dalgalarını distorsiyona uğratırlar; Bunun etkilerini azaltmak amacıyla 12 darbeli konvertörler, yumuşak endüktörler ve filtreler kullanmak gerekir, Harmoniklerin yükler üzerine doğrudan etkileri, ilave sıcaklık yükselmeleri ve enerji kayıplarıdır; Bunun önüne geçmek için standartların öngördüğü düzeltme faktörlerini kullanarak elektrik cihazlarını aşırı boyutlandırmak gerekir, Harmonikler elektrik cihazlari üzerinde aşırı gürültülere neden olurlar, 95

98 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Çekilen harmonik akımlar empedansın fonksiyonu olarak tüm şebeke boyunce şebeke gerilimini distorsiyona uğratırlar; Kapasitör devreleri üzerinde rezonans meydana getirirler, Harmonikler asenkron motorlarda sarsıcı momentler oluştururlar. Hesaplamaların amacı Şebekede meydana gelecek akım ve gerilim distorsiyonlarının belirlenmesi, Filtre değerlerinin filtre tiplerinin belirlenmesi, Cihazların aşırı boyutlandırma hesapları, Çeşitli işletme şekillerinde şebeke işletme diyagramlarının analizi, Önemli parametreler için duyarlılığın analizi. Aşırı gerilimler. Aşırı gerilimler, şebekede aşağıda belirtilen büyüklükleri ile belirlenirler dalga şekli ve 96

99 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI İşletme gerilimi ve darbe gerilimi değeri arasındaki oranla belirlenen aşırı gerilim katsayısı, Uzun süreli (yaklaşık 1 saat) güç frekansındaki sürekli sinusoidal aşırı gerilim, Nisbeten uzun süreli geçici sinüsoidal aşırı gerilim, Titreşimli veya titreşimsiz transiyent aşırı gerilimler, Ferrorezonans aşırı gerilimleri. Aşırı gerilimler ile ilgili hesaplamalar sonucunda Ekipman bozulması ve elektrodinamik zorlamalar ve izolasyon eskimesine bağlı ve elektronik ekipmanların hatalı çalışmasına neden olabilecek riskler belirlenir, Aşırı gerilimlerin etkilerini en aza indirebilecek tedbirler belirlenir. Alınacak tedbirler İzolasyon koordinasyonu ve izolasyon seviyesinin belirlenmesi, Koruma cihazlarının tipi, koruma seviyesi ve değerlerinin tayini, Ekipmanların ve cihazlarinin söz konusu şartlara uygun boyutlandırılması, 97

100 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) İşletme ve manevra tarzlarının belirlenmesidir. Aşırı gerilimlerin şebekedeki davranışları ve orjinleri Normal şebeke işletmesinde, endüktif ve kapasitif yüklerin devreye girip çıkması durumunda, Hatların uzunluğu ve şebeke nötr noktası şekillerine bağlı olarak şebeke yapısı, Kazara ortaya çıkan durumlar (toprak teması), yıldırım isabeti, Ferrorezonans, Aşırı gerilimlerin şebekedeki etkileri ve çözümler Güç frekansında bir izolasyon hatası meydana geldiğinde teorik olarak aşırı akım katsayısı 1,7 olacaktır; Nötr noktasının kopması nötr noktasının yer değiştirmesine neden olur, 3 fazlı şebekede dengesiz yüklenmöe durumunda transformatorun satürasyon noktasında dengesiz hale gebilir ve bu durumda motor yol almaya başladığı durumda aşırı gerilimler meydana gelir, Yüksüz LC karakteristikli uzun enerji nakil hatlarında ferranti olayı adı verilen nedenle hat sonu gerilimi hat başı geriliminden fazla olur; Özellikle uzunluğu 300 km den fazla 98

101 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI olan hatlarda bu etki ihmal edilemeyecek seviyede aşırı gerilim meydana getirir, Ferro rezonans, kapasitör ve satüre olabilen endüksiyon devrelerinde bazı durumlarda çok yüksek aşırı gerilimler, meydana gelebilir; Gerilim transformatörlerinde ve IT sistemlerde faz ile nötr arasında meydana gelir; Bütün bu riskler uygun dizayn ve işletme tedbirleri ile ortadan kaldırılabilir. Açma ve kapamada meydana gelen aşırı gerilimler, bu aşırı gerilimlerin ortaya çıkması yüklenme şartlarına bağlıdır; Kapasitör devreye alınması durumunda aşırı gerilim katsayısı 2 ve devreden çıkartılması durumunda 3 değerine ulaşabilir; Motor ve transformatörün anahtarlaması sırasında aşırı gerilim katsayısı 2 ye ulaşabilir; Enerji nakil hattının devreye alınıp çıkarılması halinde aşırı gerilim katsayısı 3 e ulaşabilir; Anahtarlama aşırı gerilimleri sistemin di elektrik dayanımının bozulmasına ve hatalı çalışmasına neden olur; Bu gibi durumlarda tavsiye edilen koruma cihazları enerji titreşimleri amortize eden ve sınırlandıran kontaktör ve ve kesicide devreler arasına direnç sokmak veya RC darbe tutucular veya parafudrlar kullanılır, Hata sırasında oluşan darbe gerilimleri, hatalı bölümün devreden çıkarılması sırasında meydana gelen aşırı gerilim katsayısı nötrü izole sistemlerse, tek faz hata durumunda 2,5 değerine kadar yükselir, Yıldırım darbeleri, hata veya metal yapıya düşmesi durumunda izolatörde atlama ve kısa devrelere neden olur, topraklama elektrotları ile tesis arasında gerilimin artmasına neden olur; Yıldırım akımları, tesiste elektrodinamik etkiler 99

102 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) meydana getirmekle beraber di elektrik dayanımı üzerinde tahribatlar meydana getirir; Koruma cihazları olarak uygun boyutlandırılmış parafudrlar kullanılır. Hesaplamaların ve incelemenin amacı Şebeke yapısına bağlı olarak oluşan risklerin belirlenmesi, Taşıma ve sistemde oluşabilecek aşırı gerilimlerin büyüklüklerinin hesaplanması, Sistem dizaynı ile ilgili önemli parametrelerin hassas olarak analizi, Koruma cihazlarının belirlenmesi, Ekipmanların izolasyon seviyesinin belirlenmesi, Yüksek gerilim tarafında oluşacak toprak hatası sonucu ortaya çıkan aşırı gerilimlerin alçak gerilim tarafına transferinin önlenmesi. Elektromanyetik uygunluk Elektromanyetik uygunluk, tüm elektrik ve elektronik cihazları yakından ilgilendiren bir konudur. Bu kavram cihaz, sistem kapasitesi olarak veya herhangi bir bozunmaya neden olmaksızın kendi 100

103 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI elektromanyetik ortamında normal olarak çalışan tesis olarak uluslararası standartlarda açıklanmıştır. Elektromanyetik uygunluk incelemesindeki amaç Sistemin işletmesi esnasında sistemin yanlış çalışmasına neden olabilecek durumların belirlenmesi, Standartlar ve önceki uygulamalara dayanayarak tesisteki bozucu etkilerin sınırlandırılmasını sağlanması, Duyarlı ekipmanların hatalı çalışmasının önlenmesi. Elektromanyetik uygunluğun incelenmesi aşağıda açıklanan kısımları kapsar Çeşitli şebeke elemanları arasındaki etkileşimlerinin belirlenmesi, Dalga şekillerine bağlı olarak spektrumların belirlenmesi, Etkileşim enerji miktarının ve büyüklüğünün belirlenmesi. Elektromanyetik uygunluğun incelenmesi ile Bozucu kaynaklar, kuplajlar ve etkilenen elemanlar belirlenir, 101

104 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) Sistem parametrelerinin standartlara uygunluğunun belirlenmesi. 102

105 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (1) SON SÖZ Bu notların hazırlanmasında 2009 da yitirdiğimiz Sayın M.Turgut Odabaşı nın değerli katkılarını anmadan geçemeyiz. Botaş ta Elektrik Mühendisliği yapmakta olan Turgut Odabaşı, çeşitli kaynaklardan hazırladığı notları önce Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinin çeşitli sayılarında meslektaşlarına yararlı olmak üzere yayınladı. Kendisinin hazırladığı notlardan yararlanarak, notlarının bir kısmını Bileşim Yayınevi aracılığı ile yayınlamıştık. Onun notlarından ve diğer kaynaklardan yapacağımız diğer derlemeleri ise EMO kanalıyla yayınlanması kendi isteğiydi. Ancak bu isteğini hemen gerçekleştirmek mümkün olmadı. Elektrik Tesisat Notları olarak, Sayın Odabaşının değerli çalışmasından da yararlanarak hazırladığımız bu çalışmanın EMO kanalı ile yayınlanması için başından beri desteğini esirgemeyen Orhan (Örücü) Ağabeyimize, derlemenin hazırlanmasında katkılarından dolayı Emre (Metin) ve Hakkı (Ünlü) kardeşlerime teşekkürü borç bilirim. Bu tür mesleki yayınların e kitap olarak çok düşük bedeller ile meslektaşlarına kazandırmak için bu yayın portalını oluşturma kararı alan 42. Dönem EMO Yönetimine öncü rölünden dolayı teşekkür ederiz. E Kitabı Derleyen ve Yayına Hazırlayan İbrahim Aydın BODUR, Hakkı ÜNLÜ 104

106 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI FAYDALANILAN KAYNAKLAR 1. Electrical Design Guide...Group Schneider 2. Industrial Electrical Network Design Guide...Group Schneider 3. Electrical Manual...Chevron Company 4. Electrical Installation Handbook...Siemens 5. Electrical Installation Handbook...ABB 6. Electrcal Engineering Design Criteria...NAVFAC 7. Elektrik Kuvvetli Akım Tesisleri El Kitabı...T.Odabaşı 8. ETMD Dergisi dönemi sayıları 103

107 ELEKTRİKKUVVETLİAKIM (1) DİZAYNİŞLEMLERİ TURGUTODABAŞI e-kitap EMO Yönetim Kurulu42.Dönem de(kasım 2010)biryayınportalıoluşturdu. Buyayınportalıüzerinde,dahaöncedesürdürmekteolduğumuz, basılıdergilerimizininternetsürümleri,basılıkitaplarımızıntanıtımlarıve çevrim içisatınalmaolanaklarıile doğrudaninternetüzerindenbilgisayarınıza indirebileceğinize-kitaplarıçokdüşükbedelerle edinebilme olanağınasahipolacaksınız. İnternetsitemizüzerindene-kitapdağıtım hizmetini,yakındahizmete girecekolanemo YayınPortalı nınöncülüolan,sitemizinyayın bölümündeyeralane-kitaplarlauzuncabirsüredirveriyorduk. Yayınlarımızıizleyenlerhatırlayacaktır,ilke-kitabımız,EMO üyesi ArifKünar ın"nedennükleersantralerehayır"kitabının PDFbaskısıydı.HükümetinAkkuyu danükleersantralkurmainadı maalesefhalakırılamadı.dörtyılöncebastığımızbukitaphala güncel!. EMO nuninternetsitesiüzerindenhizmetegirenbuyeni sitemizdeyenie-kitaplarlahizmeteaçıldı.sizlerdevarsayayınlamak istediğinizkitaplarınızı,notlarınızıbizeiletebilirsiniz.buyayınlaryayın komsiyonumuzun değerlendirmesindensonrauygunbulunursa yayınlanacakveesersahibineemo ücrettarifesinegöreücretödenecektir. E-Kitaplartarafımızdanyayınlandıkçaüyelerimizeayrıcaeposta ileiletilecektir. Saygılarımızla ElektrikMühendisleriOdası 42.Dönem Yönetim Kurulu TMMOBElektrikMühendisleriOdası IhlamurSokakNo:10Kat:2Kızılay/Ankara Tel:(312) Faks:(312) EMO YAYINNO:EK/2011/8