REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU ve REZONANS HESAPLARI Alper Terciyanlı TÜBİTAK-BİLTEN alper.terciyanli@emo.org.tr EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 1
Kapsam Genel Kavramlar Reaktif Güç Kompanzasyonu Yasal Sınırlamalar Rezonans Olgusu Simulasyon Örnekleri Sonuç EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 2
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 16.07.2005 3
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 16.07.2005 4
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 16.07.2005 5
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 16.07.2005 6
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 16.07.2005 7
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 16.07.2005 8
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 16.07.2005 9
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 16.07.2005 10
Güç Faktörü Niçin Önemli? R hat = 1 Yük 1: 1200W & gf = 1 240 V R hat = 1 Yük 2: 1200W & gf = 0.5 Aktif Güç 1200 W 1200 W g.f. 1 0.5 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 16.07.2005 11
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 16.07.2005 12
Yasal Sınırlamalar-1 Yeni yönetmelik kurallarına göre, aylık ortalama güç faktörünün (gf) 0.95-1.0 endüktif ve 0.98-1.0 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 16.07.2005 13
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 16.07.2005 14
Yeni Regülasyonlar Elektrik İletimi Arz Güvenirliliği ve Kalitesi Yönetmeliği,EPDK, Kasım 2004 1 Ocak 2007 den itibaren 2009 a kadar kadar Cos 0.970 end., Cos 0.990 kap. 1 Ocak 2009 dan itibaren Cos 0.990 end., Cos 0.995 kap. EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 15
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 16.07.2005 16
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 16.07.2005 17
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 16.07.2005 18
Harmonik Bileşenler Şebekede oluşan bozulmalar harmoniklerle ifade edilir. x(t)=x 1 (t)+x 3 (t); EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 19
Irms, THD i & THD v Akım Gerçek Etkin Değeri Irms 2 2 2 2 ( i1 i2 i3... in Ana bileşene göre Akım Toplam Harmonik Bozulumu THD i ( i 2 2 2 i3... i 1 i 2 n Ana bileşene göre Gerilim Toplam Harmonik Bozulumu THD v ( v 2 2 2 v3... v 1 v 2 n EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 20
Güç Faktörü Bileşenleri Güç Fak. = Distorsiyon Fak. x Kayma Fak. Distorsiyon Faktörü 1 1 d. f. 2 2 2 2 ( i i i i I 1 2 3... 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 16.07.2005 21
Rezonans L C L C Seri rezonans devresi f r 2 1 Paralel rezonans devresi LC EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 22
Rezonans Q = 300 kvar Anahtarlamalı Güç Trafosu 400 kva Uk= % 6 EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 23
Rezonans Q = 300 kvar Anahtarlamalı f=190 Hz (p=% 7) Güç Trafosu 400 kva Uk= % 6 EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 24
Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 25
Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 26
Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 27
Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 28
Simulasyonlar EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 29
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 16.07.2005 30
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 16.07.2005 31
TEŞEKKÜRLER... EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 32