REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU ve REZONANS HESAPLARI

Transkript

1 REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU ve REZONANS HESAPLARI Alper Terciyanlı TÜBİTAK-BİLTEN EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

2 Kapsam Genel Kavramlar Reaktif Güç Kompanzasyonu Yasal Sınırlamalar Rezonans Olgusu Simulasyon Örnekleri Sonuç EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

3 Bir AA Dalganın Parametreleri v s = V m sin(t + ) V m v a v a = v a (t) = V a(0-pk) sin(t+) = V m sin(t+) t -V m T V m : Dalganın Genliği : radyal frekansı = 2f radyan/saniye t : saniye T: Period,saniye : faz kayma açısı (derece veya radyan) EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

4 Etkin Değer DA Kaynak: aktarılan güç sabit olduğundan, anlık güç ortalama güce eşittir. P = p = I 2 R [P ortalama, p anlık gücü göstermektedir.] AA Kaynak: p = i(t) 2 R T, AA dalganın periyodunu göstermektedir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

5 Etkin Değer AA kaynak tarafından aktarılan gücün, DA kaynak tarafından aktarılan güce eşit olduğunu kabul edersek; P I R 2 1 T T 0 i 2 Rdt I 1 T T 0 i 2 dt I eff I eff, DA kaynağın aktardığı gücün etkisi kadar etki yaratan AA akımın etkin değeri olarak adlandırılır. Etkin Değer aynı zamanda RMS (Root Mean Square) olarak ifade edilir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

6 Etkin Değer Kullandığımız sistemlerde olduğu gibi, dalgamız sinüs olursa; i(t) = I m cos t I rms I m 2 v(t) = V m cos t V rms V m 2 Diğer dalga şekilleri farklı etkin değerlere sahip olabilirler. I m ve V m akımın ve gerilimin genliklerini göstermektedir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

7 Güç Hesabı V(t) i(t) Z=R-jX I tan R 1 2 V X R X 2 Anlık Güç p(t) = v(t).i(t) v(t) = V m cos t = V2 cos t olsun, i(t) = I m cos (t+) = I2 cos (t+) p(t) = [V2 cos t][ I2 cos (t+)] =VI [cos + cos (2t+) ] VI cos sabit & VI cos (2t+) ise periyodik bir terimdir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

8 Aktif Güç P 1 T T 0 p( t) dt P P T 2 0 VI cos VI[cos cos(2t )] dt V, I gerçek (harmonik bozulma dahil) rms değerler Ortalama Güç P = V rms I rms cos V-I (Watt) Ortalama (aktif) güç sistemde gerçek işi yapan güçtür. Eğer Z = R : =tan -1 X/R =tan -1 0/R = 0 P = VI Watt, Z = X : =tan -1 X/R = 90 P = VIcos 90 = 0 Watt olur. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

9 Reaktif Güç Görünen Güç gerilim ve akımın etkin (RMS) değerlerinin çarpımıdır ve S ile gösterilir. Birimi Volt*Amper (VA) dir. S=V(rms)*I(rms) VA ile matematiksel olarak ifade edilir. Reaktif Güç Q = V(rms) *I(rms) *sin (Var) olarak tanımlanır. Birimi Volt-Amper-Reaktif (VAr) dir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

10 Güç Üçgeni Kompleks Güç S Reaktif Güç Q Aktif Güç P S = P + jq = VI * S=(P 2 +Q 2 ) Güç Faktörü g.f. = cos birimsizdir 0 gf 1 Yükün kapasitif veya endüktif olduğunu anlamamız için güç faktörünün yanında endüktif veya kapasitif terimlerini belirtmemiz gerekmektedir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

11 Güç Faktörü Niçin Önemli? R hat = 1 Yük 1: 1200W & gf = V R hat = 1 Yük 2: 1200W & gf = 0.5 Aktif Güç 1200 W 1200 W g.f Görünen Güç 1200 VA 2400 VA Hat Akımı(rms) 5 A 10 A Hat Kayıpları (i 2 R) 25 W 100 W EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

12 Güç Faktörü Niçin Önemli? Kayıplar İletim ve dağtım hatlarının taşıma kapasitesinin azalması Üretim kapasitesinin verimli kullanılamaması Ek yatırımlar Yaptırımlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

13 Yasal Sınırlamalar-1 Yeni yönetmelik kurallarına göre, aylık ortalama güç faktörünün (gf) endüktif ve kapasitif aralığında gerçekleşmesi gerekmektedir. Kabul edilebilir çalışma bölgesi yukarıdaki şemada endüktif bölge için kırmızı, kapasitif bölge için mavi renk ile işaretlenmiştir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

14 Yasal Sınırlamalar-2 Aylık elektrik faturaları bazında, tüketilen aktif enerjinin (MW-h) 1/3 ve üzeri endüktif bölgede reaktif enerji (MVAr-h) ve / veya 1/5 ve üzeri kapasitif bölgede reaktif enerji (MVAr-h) tüketilmesi durumunda hem endüktif hem kapasitif reaktif enerji bedeli ödenir. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

15 Yeni Regülasyonlar Elektrik İletimi Arz Güvenirliliği ve Kalitesi Yönetmeliği,EPDK, Kasım Ocak 2007 den itibaren 2009 a kadar kadar Cos end., Cos kap. 1 Ocak 2009 dan itibaren Cos end., Cos kap. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

16 Çözüm Yöntemleri Konvansiyonel çözümler Pasif devre elemanlarının anahtarlanması Senkron kondanser (Dinamik) SVC (Static VAr Compensator) Yarı iletken güç anahtarları kullanılarak TSC, TCR, STATCOM, Aktif Filtre..vb. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

17 Karşılaştırma Konvansiyonel çözümler (anahtarlamalı pasif devre elemanları) Düşük maliyet Tepki süresi > 1dak Hantal SVC (Static VAr Compensator) Üstün kompanzasyon yeteneği (hızlı ve hassas) Yüksek maliyet EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

18 Harmonik Bileşenler Periyodik bütün dalgalar sinüs dalgaların toplamı şeklinde ifade edilirler. x(t)=a 0 +(a n *Cos(2nt/T) + b n *Sin(2nt/T) ) n=1,2,3... T=Dalganın Periyodu Toplamda yer alan sinüs terimlere ana (fundamental) bileşenin harmoniği adı verilir. Harmonik bileşenlerin frekansları ana bileşenin frekansının tamsayı katları şeklindedir. Örnek: 3. Harmoniğin frekansı 3*50=150 Hz dir. Simetrik dalgalar yalnızca tek-sayılı harmonikler bulundururlar. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

19 Harmonik Bileşenler Şebekede oluşan bozulmalar harmoniklerle ifade edilir. x(t)=x 1 (t)+x 3 (t); EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

20 Irms, THD i & THD v Akım Gerçek Etkin Değeri Irms ( i1 i2 i3... in Ana bileşene göre Akım Toplam Harmonik Bozulumu THD i ( i i3... i 1 i 2 n Ana bileşene göre Gerilim Toplam Harmonik Bozulumu THD v ( v v3... v 1 v 2 n EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

21 Güç Faktörü Bileşenleri Güç Fak. = Distorsiyon Fak. x Kayma Fak. Distorsiyon Faktörü 1 1 d. f ( i i i i I n rms Kayma Faktörü v( t) i( t) V sin( wt) I sin( wt ) k. f. Cos i i EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

22 Rezonans L C L C Seri rezonans devresi f r 2 1 Paralel rezonans devresi LC EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

23 Rezonans Q = 300 kvar Anahtarlamalı Güç Trafosu 400 kva Uk= % 6 EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

24 Rezonans Q = 300 kvar Anahtarlamalı f=190 Hz (p=% 7) Güç Trafosu 400 kva Uk= % 6 EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

25 Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

26 Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

27 Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

28 Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

29 Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

30 Sonuç Yalın kondansatör bankalarının doğrusal olmayan yüklerin kompanzasyonunda kullanılması beraberinde yeni problemleri doğurmaktadır Anahtarlama esnasında veya rezonans sonucu akım ve gerilimde bozulmalara ve şebekeden beslenen diğer yüklerinde bu durumdan etkilenmesine neden olmaktadır Akord edilmiş veya edilmemiş filtrelerin kullanılması rezonans riskini ortadan kaldırmaktadır EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

31 Sonuç Filtrelerin kullanılması durumunda kondansatör ve reaktör üzerindeki yüklenmeler dikkate alınmalıdır Reaktif güç ihtiyacı hızlı değişen sistemlerde tristör anahtarlamalı filtre grupları veya ihtiyaca göre diğer teknolojik çözümler (TCR, STATCOM veya Aktif Filtre gibi) kullanılmalıdır EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi

32 TEŞEKKÜRLER... EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi