EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 1 Alper Terciyanlı TÜBİTAK-BİLTEN [email protected] REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU ve REZONANS HESAPLARI
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 1
Alper Terciyanlı
TÜBİTAK-BİLTEN
REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU
ve
REZONANS HESAPLARI
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 2
Kapsam
Genel Kavramlar
Reaktif Güç Kompanzasyonu
Yasal Sınırlamalar
Rezonans Olgusu
Simulasyon Örnekleri
Sonuç
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 3
Bir AA Dalganın Parametreleri
vava= va(t) = Va(0-pk) sin( t+) = Vm sin( t+)
t
Vm
-Vm
T
vs = Vm sin(t + )
Vm : 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 4
Etkin Değer
DA Kaynak: aktarılan güç sabit olduğundan, anlık güç
ortalama güce eşittir.
P = p = I2R [P ortalama, p anlık gücü göstermektedir.]
AA Kaynak: p = i(t)2R
T, AA dalganın periyodunu göstermektedir.
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 5
Etkin Değer
AA kaynak tarafından aktarılan gücün, DA kaynak tarafından
aktarılan güce eşit olduğunu kabul edersek;
Ieff , 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.
T
RdtiT
RIP0
22 1
eff
T
IdtiT
I 0
21
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 6
Etkin Değer
Kullandığımız sistemlerde olduğu gibi, dalgamız sinüs
olursa;
i(t) = Imcos t
v(t) = Vmcos t
Diğer dalga şekilleri farklı etkin değerlere sahip olabilirler.
Im ve Vm akımın ve gerilimin genliklerini göstermektedir.
2
mrms
II
2
mrms
VV
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 7
Güç Hesabı
Anlık Güç p(t) = v(t).i(t)
v(t) = Vmcos t = V2 cos t olsun,
i(t) = Imcos (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.
Z=R-jX 22
1tan
XR
VI
R
X
i(t)
V(t)
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 8
Aktif Güç
V, I gerçek (harmonik bozulma dahil) rms değerler
Ortalama Güç P = VrmsIrms 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.
dttpT
P
T
0
)(1
cos
)]2cos([cos2
0
VIP
dttVIP
T
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 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 16.07.2005 10
Güç Üçgeni
S = P + jQ = VI*
S=(P2+Q2)
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.
Aktif Güç P
Reaktif Güç Q
Kompleks Güç S
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 11
Güç Faktörü Niçin Önemli?
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 (i2R) 25 W 100 W
240 V
Rhat = 1 Yük 1:
1200W &
gf = 1
Yük 2:
1200W &
gf = 0.5
Rhat = 1
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 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 16.07.2005 13
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 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 16.07.2005 15
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 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 16.07.2005 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 16.07.2005 18
Harmonik Bileşenler
Periyodik bütün dalgalar sinüs dalgaların toplamı şeklinde ifade
edilirler.
x(t)=a0+(an*Cos(2nt/T) + bn*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 19
Harmonik Bileşenler
Şebekede oluşan bozulmalar harmoniklerle ifade edilir.
x(t)=x1(t)+x3(t);
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 20
Irms, THDi & THDv
1
22
3
2
2 ...(
v
vvvTHD
n
v
Ana bileşene göre Akım
Toplam Harmonik Bozulumu
Ana bileşene göre Gerilim Toplam
Harmonik Bozulumu
1
22
3
2
2 ...(
i
iiiTHD
n
i
Akım Gerçek Etkin Değeri 22
3
2
2
2
1 ...( niiiiIrms
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 21
Güç Faktörü Bileşenleri
Güç Fak. = Distorsiyon Fak. x Kayma Fak.
Distorsiyon Faktörü
Kayma Faktörü
rmsnI
i
iiii
ifd 1
22
3
2
2
2
1
1
...(..
Cosfk
wtIti
wtVtv
..
)sin()(
)sin()(
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 22
Rezonans
C
L
CL
Seri rezonans devresi Paralel rezonans devresi
LCfr
2
1
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 23
Rezonans
Q = 300 kVAr
Anahtarlamalı
Güç Trafosu
400 kVA
Uk= % 6
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 24
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 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
Simulasyonlar
EMO Ankara Şube Reaktif Güç Kompanzasyonu Eğitimi 16.07.2005 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 16.07.2005 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 16.07.2005 32
TEŞEKKÜRLER...