ST ATİK REAKTİF GÜÇ KOMP ANZASYONU UGYULAMASI VE

sAU Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi
s.Cilt. !.Sayı (Mart 2004)
Statik Reaktif Güç Koropazasyon u
Uygulaması ve 1\fatlab Simülasyoou
ü. Pekparlak, U. Arifoglu
STATİK REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU UGYULAMASI VE
MATLAB SIMULASYONU
•
••
Ümit PEKPARLAK, Uğur ARİFOGLU
Özet- Elektrik enerjisi, gününı üzde en yaygın olarak
I.GİRİŞ
tüketilen, çok kullanışlı fakat bir o kadar da pahalı
bir enerji türüdür. Enerjinin üreticisi, dağıtıcısı ve
tüketicisi, minimum maliyet ve maksimum tasarruf
için çeşitli araştırmalar yapmaktadır. İşte bu
araştırmaların bir sonucu olan Reaktif Güç
Kompanzasyonu bu gün öneınli bir tasarruf önlemi
olarak
karşımıza
çıkmıştır.
Teknolojinin
ilerlemesiyle daha kaliteli bir elektrik enerjisi ihtiyacı
hissedilmiş ve bu kaliteyi sağlamak için daha
teknolojik reaktif güç kompanzatörleri kullanılmaya
başlanmıştır. Bu çalışmada, klasil<. kompanzasyon
sistemlerinin ve alternatif olarak sunulan statik V AR
sistemlerinin çalışması simülasyon (benzetim) yolu
ile anlatılarak avantaj ve dezavantajları anlatılmıştır.
Bilindiği
gibi
reaktif gUç,
elektrik
mühendisliğinin
ayrılmaz bir parçasıdır. Elektrik enerjisinin üretiminde,
dağıtımında ve kullanımında kaçınılmaz olarak ortaya
çıkar ve zararlı etkileri nedeni ile kompanze edilmesi
istenir.
•
Öncelikle,
rezistif
yükün
AC
bir
kaynaktan
beslendiğinde nasıl davrandığı görüldükten sonra aynı
AC kaynağa paralel baglanmış R,
davranış
biçimleri
Matiab
L ve C yüklerinin
Simulink
üzerinden
elde
edilmiş sonuçlarla yorumlanacaktır.
1.1 Rezistif Yük
Anahtar Kelinıeler
Reaktif Güç, Kompanzasyon,
Yarıiletken, Kıyıcı, Harmonik
-
Aşağıda) bir AC kaynağa bağlanmış, ısıtıcı, akkor lamba
gibi rezistif bir yük görülmektedir. Bu yükün üzerindeki
Abstrackt
Electric energy is not only widespread
used and serviceable but also an expensive type of
energy. Producer, distributor and consumer are
always researching for economizing electric energy.
Reactive Power Compensation is one result of these
research. With devetoping technology, people needs
electric energy of better quality and to provide this
quality, more effective reactive power compensators
are used. In this study, conventional compensation
systems and static VAR compensation systenıs have
been mentioned via simulation and these systems
have been compared with each other in terms of
advantages and disadvantages.
Keywords
gerilh9Jle ve kaynaktan çektiği akıma ilişkin eğriler
verilmiştir.
-
D
+
. ı----....---,
Current
Musurement
't
Akım
D
Gerilim
+
'V ll(t)=220""·•in(wi)
R=
10 fl
•
V
Vcıltage
Measurement
X
D
Güç
Reactive Power, Compensation,
Semiconductor, Chopper, Harmonic
-
Şekil I .1. AC kaynaga ba�Iı rezistif bir yükün Simulink devre modeli
Ü. PEKP ARLAK, Federal Elektrik Elektronik Ar-Ge
1. OSB 1. Yol No : 25 Hanlı/Sakarya
U.ARİFOGLU, SAÜMUh. Fak.
Elektrik Elektronik Mühendisli�i Bölümü
13 1
Statik Reaktif Gtıç Kompazasyonn
Uygulaması ve Matiab Simtllasyonu
ü. Pekparlak, U. Arif�u
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, l.Sayı (Mart 2004)
ve gerilim eğrileri aynı anda sıfırdan geçmektedirler.
Yani rezistif bir yükün akımı ile gerilimi arasında faz
farkı yoktur. Güç eğrisine bakılacak olursa frekansı akım
J
:m
ya da gerilim'in iki katı olan bir eğridir ve bu e�in hep
pozitif eksende olduğu görülür. Bunun anlamı r ezistif
1(])
yükün hep güç tükettigi yani güç akışının her
kaynaktan yüke doğru oldugudur.
0 �--�----�--+---�
an
Şekil 1.4 'te görülen
anlık güç eğrisine ait eşitlik aşağıda verilmiştir:
-1(()
.;m
-3ll
p(t) = v(t).i(t)
(l.ı)
v(t) = vmax·cos(mt)
(1 .2)
(1.3)
i(t) =lmax .cos(mt)
Şekil 1 .2. AC kayna�n geriliminin zamanla de�işimi
ı
ı
p(t) =-.Vmax .Imax +-.Vmax .Imax. cos(2mt)
2
2
(1.4)
Herhangi bir yükün faydalı bir işe dönüştürmek üzere
kaynaktan çektiği güce Aktif Güç denir. Aktif gücü
bulmak için ani gücün ortalaması hesaplanmalıdır.
10
Or---�----r---r---+---�
T
-10
P=
.3)
p=
Şekil 1.3. AC kaynaga ba�lı rezistif ytlkün kaynaktan
çektigi akımın zamanla degişimi
ıocoo
_.!_ Jv(t).i(t) dt
(\
�
.(\
'
1
•
(\
1
1
1
'{\
To
ı
2
-
Vm ax .Ima'Y.
(1.6)
P=V.l
{\
(ı.7)
'
'
BOII
(1.5)
\
Rezistif bir yük için (1.7) ifadesinden de görüleceği
-
üzere aktif güç direncin üzerindeki gerilimin etkin değeri
-
7(0)
ile üzerinden geçen akımın etkin değerinin çarpımına
-
eşit olacak'tır.
-
5CDJ �
4CJD -
1.2 Paralel RLC Devresi
-
-
2llD �
Şekil
-
HDJ ı
\J
ı
,\i
ı
1
\;
ı
J
l
bir
paralel
RLC devresine ait Matlah
Simulink çizimi görülmektedir. Burada, R direnci yülrün.
Jı
1.5'te
aktif güç tüketen karakterini,
.v
karakterini
temsil
L ise yükün indüllif
etmektedir.
Paralel
bağlı
C
devresindeki direnç yalnızca düzgün bir eğri elde etmek
Şekil 1 .4. RezistifyUkün kaynaktan çekti�i gücün
zamanla degişimi
amacı ile konmuş çok küçük değerde bir dirençtir. Bu
kol yalnızca kondansatörnıüş gibi düşünülebilir.
Şekil ı. ı 'de rezistif yük devresinin Matlab-Simulink'teki
çizimi görülmektedir. Burada görülen osiloskoplann
gösterdiği eğriler ise Şekil 1.2- gerilim, Şekil 1.3 -akım
ve Şekil 1.4-güç değerinin zamanla değişimi verilmiştir.
Bu eğrilerden de görüldüğü gibi rezistif bir yükün akım
132
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, 1.Sayı (Mart 2004)
,......
..
...
i
t
Statik Reaktif Güç Kompazasyonu
Uygulaması ve Matiab SimUiasyonu
Ü. Pekparlak, U. Arifoğlu
Şekil 1. 7 'de R elemanının çektiği akım görülmektedir.
D
Bu akımın gerilim ile faz farkı olmadığı ve bunun ifade
.
AnaAiom
__.,
r
D
ettiği anlam daha önce açıklanmıştı.
Rezistlf Akım
..
...
D
lndOktlt
�
4
r+·
1
+
'\ı
..
ı
+
fo--
.
�
__.,
.,...
�,
.
ı-
l+
ı
+
,
�puitlf .Alam
=
L
......
�
...
....
.
15
-
�
�
•
D
�
,..
�•
-
,
�
R
ı
ı
+
�':.,
......
....
.
;:;
c
_...
-.
_]
10
D
5
KIYfl.tc Gerilimi
O r----r----�--+---�--��
_...
�
..
•
X
..
...
Product
..
...
�
..
X
Prodııct1
�
Jıo
-
D
-5
Cguo
-10
D
-15
Lguc
Şekil 1.5. Paralel RLC devresinin Sin1ulink devre modeli
Şekil 1.8.EndOktifyUkon çekti�i akımın zamanla degişimi
Bu devre üzerindeki osiloskopların gösterdikleri eğriler
incelenerek
devam
edilsin.
Şekil
1.6'da
devredeki
kaynak geriliminin egrisi verilmiştir.
Şekil 1.8, L'nin çektiği akımı göstermektedir. Bu eğrinin
gerilim
eğrisinden
90
derece
geride
olduğu
görülmektedir. Gerilim eğrisi tepe noktada iken akım
eğrisi daha sıfırdan geçmektedir. Bu sebeple (1.12)
ifadesinden de görüleceği üzere saf indüktif bir yük
faydalı bir işe dönüşecek olan aktif bir güç çekmez fakat
buna
anlık
güç
değerinin
sıfır
olmadığı
görülmektedir. Bunun anlamı şudur; saf indüktif bir yük
100
0
karşın
karakteri gereği, bir alternans içinde bir miktar gücü
�------�--�
kaynaktan çeker ve aynı miktarda gücü kaynağa geri
verir.
Bu olay
Şekil
1.9'da da görüldüğü
gibi bir
periyotta iki defa gerçekleşir. Şekil 1.9 L indüktansına
n:J
ait ani güç eğrisidir.
.
.DJ
4()])
'
3(Q)
Şekil I .6.Kaynak geriliminin zamanla de�işimi
'
1
"
'
(\
1
(\
1
'
'
{\
-
2(Q) ...
4
{
.
1(Q) fo
.
3
o
2
- 1(11) fo
1
-
.2m) ..
o
.
-DD �
-ı
.,4()])
o
-2
ı
500
1 (XlJ
1
V
1500
1
ı
V
ı
1
V
ı
� 2500 3(J)() 3500
4000
_j_
\J
4500
_ı
Şekil 1.9.EndUktifyOkon çektigi gUcün zamanla degişimi
-3
•
·'
� ��--����--�-�500
1 OOJ 1500
3000
4000 4500
o
:;mo 2500
3500
5[ll)
Şekil l.7.Rezistif yOkon çektigi akımın zamanla degişimi
133
-
5CIX)
Statik Reaktif GOç Kompazasyonu
Uygulaması ve Matiab Simülasyonu
ü. Pekparlak, U. Arifoglu
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, !.Sayı (Mart 2004)
(1.8)
(1.9)
v(t) = vmax·cos(mt)
i(t) = Imax·cos(mt-iC /2)
ı
p (t) = -.V max.I max cos(2mt -n 1 2)
2
P=
-
T
Jv(t).i(t) dt = O
i(t) =/max .cos(cot +tr 1 2)
ı
(1.1 O)
p(t) =- . Vmax .Imax cos(2cot +n 1 2)
2
(1 .ll)
p(t) = .!..vmax .lmax sin(2mt)
2
p(t) = .!..vmax .lmax sin(2mt)
2
1
P=
(1.12)
To
(1.13)
(1.14)
v(t) = vmax·cos(mt)
1
(1.16)
T
-
(1.17)
Jv(t).i(t) dt = O
To
( 1. 12) ve (1. 17) kapasitif ve indüktif yüklerin
Eşitlik
20
(1.15)
kaynaktan aktif güç çekmediklerini gösterir. Fakat bu
elemanlar bir periyatta ikişer defa kaynaktan bir miktar
15
güç çekip kaynağa geri verirler. Bu durum, kapasite ve
10
indüktansın
5
karakteristik
özelliğidir.
kaynaktan net bir güç çekmiyar
0 �--�--��--�-----+�
salınımının zararlı etkileri vardır.
Her
iseler
ne
kadar
de b u güç
-5
-
Kapasite ve indüktansın bir periyot boyunca kaynaktan
10
çektiği
-15
gilcün
ortalamasına
reaktif güç denir. Bu
elemanların reaktif gticlerini tekrar kaynağa
-20
veriyor
olması bir sorun olmayacağı anlamına gelmez. Reaktif
güç çekildiği sırada hatlar bu fazlalık gücü taşımak
zorundadır ve kaynak da, altemansın ikinci yansmda bu
Şekil ı .2. Kapasitifyükü n çekti�i akımın zamanla degişimi
gücü geri alacak olsa dahi bu fazladan gücü yüke
o
anda
sağlayabilnıelidir. Bunlar reaktif gücün sebep olduğu en
temel problemlerdir.
1 . ıO' da görüldüğü gibi kapasitif yükün de akımı ile
gerilimi arasında 90 derece faz farkı vardır. İndüktif
yükte gerilimi akımdan 90 derece önde, kapasitif yükte
akım gerilimden 90 öndedir. Kapasitif yük için de güç
Şekil
akışı
indUktif
yükte
olduğunun
aynıdır.
Yani
Reaktif güclin şebekeden sağlanması d urumunda bir çok
sakınca ortaya çıkacaktır. Bu sebeple,
yükün
olarak ihtiyaç duyduğu reaktif gücün şebeke haricinde
bir
bir
alternansın yarısında kaynaktan çekilen güç, altemansın
kaynaktan
sağlanmasına
indüktif ve kapasitif yüklere ait akım
1
•
1
(\
3fDJ -
•
f'\
•
•
(\
•
Şekil
•
{\
2tn:ı 1-
güç
( Şekil
1.8 ve
1. lO ) ve güç ( Şekil 1.9 ve Şekil 1.ll ) eğrilerine
dikkatlice bakılacak olursa, indüktansın kaynaktan güç
-
çektiği sırada kapasite kaynağa çektiği reaktif gücü geri
vermektedir.
.
Hm �
reaktif
kompanzasyonu adı verilmektedir.
diğer yarısında kaynağa geri verilir.
4(D)
kaçınılmaz
Bunun
sebebi,
indüktansta
akımın
90 derece geride olmasma karşın kapasite
akımının geriliminden 90 derece ileride olmasıdır.
gerilin1den
-
o
Paralel bir indüktans ve kapasite düşünüldüğünde aynı
.1(JI) -
-
-2m:ı -
-
-DIı
-
soo
ı
V
1 cm
ı
\)
1500 DJO
ı
1
2&10 3000
1
-
ı
ı
3500
V
ı
ı
4000
4500
AC kaynaktan çekilecek indüktif ve kapasitif akımlann
birbiri ile arasında
çıkacaktır.
Bu
180 derece faz farklı olduğu ortaya
durum
paragrafın başındaki
cUmleyi
açıklamaktadır. Sonuç olarak bir indüktansın kaynaktan
çekeceği akımın, uygun bir değerde kendisine paralel
\
bağlı bir kapasiteden karşılanması mümkündür.
5(II)
Şekil 1.5 'te
Şekil 1.3. Kapasitif yükün çekti�i gücün zamanla değişimi
yükün direncinin R, indüktansınm L ile
C, yükün indük'tif
karakterini temsil eden L'yi kompanze etmek amacı ile
gösterildiği belirtilmişti. Şekil 1.5 'te
134
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, l.Sayı (Mart 2004)
devreye konmuştur. L ve C'ye ait akım eğrileri sırası ile
Şekil ı.8 ve Şekil 1.1O' da verilmişti. Fakat şimdiye
kadar kaynaktan gelen ana kol akımına daha
değinilmediği hatırlanmalıdır.
Statik Reaktif Güç Kompazasyoou
Uygulamas• ve Matiab Simülasyon u
ü. Pekparlak, U. Arifoglu
kapasitif reaktif gücü tayin ederek bu gücü sağlamak için
kondansatör gruplarını tek tek devreye alıp çıkartır.
.,
t- -
,......
r-
-
ı
ı
ı
..
rv
0 �-----�----��
---�--�
-
-
ll
lt
.ı-
L...!r._
;::
��
ı
D
Jl
F
�
-
-
ıa
-
-
.
ll
B.
Lr
1
1
___r
ı<;
,_
ı
ı Yü
1
1\:) i\
1
ro-
D
ı
KU
nı
ı
ı
ı
1
ı
-�
- -
�
ı
-1
�- - ---- ------- - ,
ı....''\1 ı\1 i'\))
ı
1
-
=-
ı
2
-
-
-
.
�
1
_1'
�
�
J
,....,-
•
Cl
C3
C2
ıc..ıwpuuruy.n Sutaml
�
-3
-
ı
-.....-
-
C12
cu
ı
ı
-2
)ekil 1.4.
XCDI
.
'
3
-
Şekil 2. I.
-
-
- ---
-
ı
-
-
- -
-
---
-
- -
-
- J
Klasik kompanzasyon sistemi
Bu işlem, üçgen baği ı trifaze kondansatör gruplarına
bağlanmış kompanzasyon kontaktörleri açılıp kapatılarak
yapılır. Kompanzasyon kentaktörleri özel kentaktörlerdir
ve üzerinde her faz için ikişer kontak bulundurur. Bu
kentaklardan birer tanesi faza direnç üzerinden bağlanrr.
Dirençlerin ba�Iı olduğu bu kontaklar ana kontaklardan
çok kısa bir süre önce kapanır. Bu şekilde kandansatörler
ilk anda direnter üzerinden şebekeye bağlanmış olur.
Çok kısa bir süre sonra kapanan ana kontaklar bu
dirençleri kısadevre ederek kondansatörlerin şebekeye
direkt bağlanmasını sağlar. Burada amaç kodansatörlerin
devreye giı·ıne sırasında çektiği ani akımlan
sınırlamaktır. Kondansatörlerin içerisinde her ne kadar
deşarj dirençleri mevcut ise de bunlar 100 K civarlarında
olup 10 KVAr' lık bir kondansatörü yaklaşık 2 dakika
içinde boşaltabilmektedirler, oysa kompanzasyon
sisteminde kondansatörlerin devreye girip çıkmaları
saniyeler mertebesinde olmaktadır. Bu durumda
kontaktör açılıp kondansatör devre dışı bırakıldığında
kapasite üzerinde oluşan gerilim ile tekrar devreye
ginnesi anında kapasite üzerine gelecek gerilim arasında
bUyük farklar meydana gelir. En kötü d urum için şu basit
hesabı yapabiliriz: Üç fazlı bir sistemde tepe gerilim
380"2=535,8 Volttur. Bu durumda tepeden tepeye
gerilim 107 1,6 volt olacaktır. Kontaktörün +535,8 voltta
açılıp -535,8 voltta tekrar kapandığını düşünürsek
kondansatörün iç direnci üzerinde ı 071,6 voltluk bir
potansiyel fark oluşacaktır ve bu da çok yüksek bir ani
akımın üzerinden akmasına neden olacaktır. Bu en kötü
durumun oluşma ihtimali düşük olsa da buna benzer
aşırı akımlara uygulamada sıklıkla rastlanır. Bu tür aşırı
akım lar hem kentaktörlerin kontaklarının ömrünü hem
de kullanılan kondansatörlerin ömrünü önemli ölçüde
kısaltacaktır. Şekil 2.2 ve Şekil 2.3'teki iki osilogramda
kompanzasyon kentaktörü ile çeşitli t anlarında devreye
alma sırasında ortaya çıkan aşırı akım lar gösterilmiştir.
Bu osilogramlar yaklaşık 200uF'lık bir kapasitenin 220
voltta kompanzasyon kontaktörü ile devreye alınınası
sırasında kaydedilmiştir. SUrekli akımın etkin degeri
yaklaşık 13 A civarındadır. Ani akım ise osilogramdan
Ana koldan geçen akımın zamanla degişinıi
Şekil1.12'de ana kol akımına ait dalga şekli veriln1iştir.
L ve C'nin çektiği akımların tepe değerleri 25A gibi
değerlere ulaştığı halde bu akın1ın tepe değeri 3 A
civarındadır.Bu akım aynı zamanda R direncinin
akımıdır. Buradan da görtilüyor ki Şekil 5'te verilen
devrede C değeri, L 'yi kompanze edecek değerde
ayarlanmıştır. Yani devredeki yükUn ( R-L ) çekeceği
indüktif kapasitif reaktif güç, kaynaktan değil C
kapasitesi tarafından sağlanmaktadır. Bu işlem
endüstride
çeşitli
yöntemler
h.'Ullanılarak
uygulanmaktadır.
Il. KLASİK KOMPANZASYON SİSTEMLERİ
Endüstride kullanılmakta olan elektrik yüklerinin önemli
bir kısmı indüktif karakterlidir yani indüktif reaktif güç
çekmektedirler. Bu indilktif reaktif gücü kompanze
etmek anıacı ile işletmelerde sayaçlardan sonra değişik
kapasite değerlerinde kondansatör grupları bulunur.
rektif güç kontrol rölesi adı verilen cihazlar, sistemin
ihtiyacı olan reaktif gücü belirler ve bu gücü kompanze
edecek kapasite değerini sağlayacak kondansatör
gruplarını devreye alır ya da fazlasım devreden
çıkartır1 ar.
Şekili
yaygın
kullanılan
2.1 'de
görülen
en
kompanzasyon sistemidir. Zaman zaman çalışan ve
duran elektrik motorları gibi indüktif yükleri temsil
etmek amacı ile yük, Şekil 2.1 'de değişken bir indüktans
ve ona seri bağlı direnç ile temsil edilmiştir. Burada,
reaktif güç kontrol rölesi ( RGKR ), sistemin güç
katsayısım belirlenmiş sınırlar içinde tutar. Bu işlem
için aldığı ölçüm sonuçlarına göre sisteme gerekli
135
Statik Reaktif GOç Kompazasyonu
Uygulaması ve Matiab SimOiasyonu
{J. Pekparlak, U. Arifoğlu
Fen Bilimleri Enstittıso Dergisi
8.Cilt, l.Sayı (Mart 2004)
SAU
üzere
görüldüğü
1 00
çıkmaktadır. Böyle
A
ani akım
bir
anlık
civarlarına
olarak
•
önemli sakıncalar
Tozdan
ve
nem
gibi
kötU
etkilenirler.
meydana getirir.
Tek 1\un: .25,CtkS/s
(
�mfJ�
-=f·
·····
·
·
...............
IDQ
. ...
.
··-·······
. .....................
·
·
·····
...
.
-
o
�
•
•
•
•
•
•
•
o
•
·
•
o
•
•
•
yartiletkenler
.
.
>
o
•
•
•
•
•
o
•
•
...
...
.
•
.
.
•
•
•
.
.
•
•
•
o
.
.
ı
'!
4
DI. TRİSTÖR ANAHTARLAMALI
�-�
·•
• •t
<
•
t
•
.
·
KONDANSATÖRLER
:
.;.
.
·
.
.
Tristör anahtarlamalı kondansatör yöntemi, adından da
.
anlaşılacağı üzere anahtarlama elemanı olarak kontaktör
•
..
.
·
'
...
"
•
,
o
•
1
•
o
o
•
'
.
.....,.. '
\
•
·
"
..
.
.
.
"
...
..
..
.
.
""
ll.
•
.
••
.
,
.
.
.
.
"
..
•
• �o•v'
"
•
.
,
•
•
•
.
..
o
•
+
.
sayede
•
-
•
Bu
başlanmıştır.
.
•
•
kullanılmaya
'
.
•
.
.
.
ortadan
.
....
-
sakıncalarını
önemli avantajlar sağlanmıştır.
.
•·
bu
anahtarlamanın
kaldırınak amacı ile anahtarlama elemanı olarak çeşitli
-
.
.
o •••••
•
···
•
.�
•
·
Mekanik
.
....
....
.
·
koşullarından
çevre
•
,
•
.
,...
,
._
""
'lıo
•
•
•
o
o
•
•
yerine tristör kullanılan kompanzasyon yöntemidir. Bu
1
"
"
,
yöntemde
.
o
..
o
.
•
,
,
•
•
•
�
elektromanyetik
ve
gürültü
mekanik
oluşmaması ve aşınma meydana gelmemesinin yanında
.,.
...
•
çok önemli bir avantaj daha söz konusudur. Birbirine
18 Nov ınoJ
l4�1S� 27
ters paralel
Şekii2.2.Kompanzsyon kontaktörtı ile devreye alınan kondansatörün
baglı iki
adet tristörle
bir
kondansatör
anahtarlanacağı zaman kondansatör üzerine u ygulanacak
akım dalga şekli
gerilimin sıfırdan geçme anı beklenir ve tam bu anda
anahtarlama
yapılır.
Bunun
nedeni,
kondasatörün
üzerindeki gerilimin her zaman sıfırdan başlaması ve bu
.
.
sayede
•
•
ı
.t
.
.
l
•
f
'
J
giren
!
süre
·
-·· �.
>
•
� 1
•
•
:
oluşmamasıdır.
Kondansatör
bir
deşarj
devresi
tarafından
kondansatör
sonra
kondansatör
tekrar
devreye
alınmak
istendiğinde kondansatör üzerindeki gerilim sıfır olsun
t
•
'
akım
üzerindeki yük tamamen kısa sürede boşaltılır k i kısa bir
1ı
•
aşırı
devTeden çıkanldıktan sonra da otomatik olarak devreye
•
.
'
bir
ve bir aşırı akım meydana gelmesin.
>,
1
·�
l·
>
;
-· ,
...
"
.
.
.
i
l
·
.
)
.
.
.
.
·
·
•
�
.
.
-
•
,
.
.
,.
.
,
.. . . ...
.
.
.
o
....
,
..
,
�k .,___-+
__ �'--+ __J-
il
----.
g
•
•
.
.
"
Kond.;ıns.rnir
m
Akımı
.
Thyristor
..
H·: J iJ;..q 9
1 & l\ı4)'c' 2003.
Şe kil 2.3. Kompanzsyon kontaktörU
Step
Thyr•stor1
k rtslı •
ile devreye alınan
kondansatörün akım dalga şekli
m
g�
Source
Bu kompanzasyon yöntemi daha önce de belirtildiği gibi
en yaygın olarak kullanılan kompanzasyon yöntemidir.
Kapasiteler genellikle 5 adet,
7
12
adet ya da
adet grup
halinde bulunurlar. Bu gruplar Reaktif Güç Konrol
Şekil 3.1.Tristör anahtarlamalı kondansatör
Rölesinin kontrolUnde kompanzasyon kontaktörleri ile
devreye
alırup
çıkartılırlar.
Fakat
bu
durunıda
da
Şekil 3 .ı' de kompanzasyon kondansatörünü sıfır geçiş
yukarıda açıklandığı gibi bu yöntemin bazı sakıncaları
anında devreye alabilen tristörlü bir yapı g ö rülmektedir.
mevcuttur. Bu sistemdeki sakıncaların en önemli nedeni
Birbirine ters iki tristörün gerilimin sıfırdan geçiş anında
mekanik anahtarlamadır. Mekanik anahtarlamanın neden
tetiktenınesi ile
olduğu olumsuz etkiler şöylece sıralanabilir:
•
Kontaklarda aşınma
tristörün gate devresine sürekli tetikleme verildiği için
meydana gelir ve mekanik
tristörler sıra ile akım yönlerine göre iletime geçerek
kondansatörün devrede kalmasını sağlar. Kapı tetikleme
Devrede aşırı akımlar meydana getirir bu da aşırı
sinyali
ısınınalara yol açar.
•
Elektromanyetik gürültü kaynağıdır.
•
Sesli çalışırlar.
•
İndüktif akım çekerler.
tristör iletime
geçerek kondansatörü devreye almış olur. Devammda ise
parçaların ömrü kısadır.
•
V AK'sı sıfırdan büyük olan
kesildiğinde
geçtiği ilk
anda
ise
kondansatör
tristörler
de kesime
kondansatör de devreden çıkmış olur.
136
akımı
sıfırdan
gideceği için
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, 1 .Sayı (Mart 2004)
Statik Reaktif Güç Koropazasyon u
Uygulaması ve Matiab Simülasyon u
Ü. Pekparlak, U. Arifoglu
·
geçişlerini
açıda
istenen
tetiklemeyi
devre kaynaktan çekilen aktif reaktif gücü izlemek için
-
15 1-
ve
sağlamak için ilave yapılar da bulunmaktadır. Ayrıca
� �------�.--��.-
21h
algılamak
PQ ölçümü eklenmiştir.
-
10
-
5
-
0�------�
-
Bilindiği gibi kıyıcılar gibi akım dalga şeklinin sinüs
formunun dışına çıkarılması durumunda barınonikierden
bahsetmemek olanaksızdır. Burada da kompanzasyon
yöntemi her ne kadar hassas ve etkin ise de en büyük
-
-5
olarak
dezavantaj
probleminden
harınonik
bahsedilmeli dir. Şekil 4.3'teki devrede bir harmonik
-10 -
filtresi görülmektedir.
.2J t-
·-
117
Şekil4.1 ve Şekil4.2'de,
�------�
�
� �-- ---�
ı�------�
�l
10COJ
5000
1!ill
-�o
derece tetikleme açısıyla
çalışan kıyıcıya bağlı indüktansın üzerinden elde edilen
akım ve gerilim dalga şekilleri görülmektedir.
Şekil3.2. Tristör ile anahtarianan kondansatörün çek.1igi
akımın dalga şekli
Şekil 3.2 'de kondansatörün tristörler ile devreye
alınması sırasında kondansatörden geçen akımın dalga
şekli gösterilmiştir. Burada yapılan simulasyon gerçeğe
oldukça uygundur. GörUldUğü gibi kandansatörler
devreye
girdiginde
herhangi
bir
aşırı
akım
oluşmamaktad ır.
80
•
1
•
•
{\
(\
-
,.
o
-20
•
-
•
\
-40 �
�
yine herhangi bir aşırı akım oluşnıaz. Tristörlerle yapılan
anahtarlamada akım tetikleme kesilse de akun sıfıra
-000
gitmeden iletim durınayacağı için kondansatörün akımı
sıfira gittiğinde ise llzerindeki gerilim negatif ya da
pozitif tepe geriliminde olacaktır. Bu gerilun kısa sürede
deşarj edilmez ise bir sonraki devreye alma işlemi
sıfırdan geçişte olsa da aşırı akım gözlenecektir.
1
ı
ı
1
1
ı
Şekil 4.1. Tristör tetiklemeli indük1:ans
IV. TRİSTÖR TETİKLEMELİ İNDÜKT ANS
-
-
V
'J
ı
ile
•
�
içinde deşarj edilirse bir sonraki devreye alma işleminde
elemanları
1
•
40 •
kısa bir süre için devreye girip çıkacak olan basit bir
deşarj devresi yardımı ile kandansatörler kısa bir süre
elektroniği
ı
A
60
Kondansatörün devreden çıkartıldığı t anından itibaren
Gtiç
•
ı
\
ı
ı
ı
rı
ı
ı
ı
ı
akım dalga şekli
ı
ı
1
\
ı
�
-
-
gerçekleştirilen
-
ıoo
kompanzasyon devrelerinde daha etkin bir yöntem
olarak AC kıyıcı yöntemi uygulanınaktadır. Bu
o
yöntemde, bir indüktansın AC kaynaktan çektiği akım
tristörlerle kıyılarak etkin değeri değiştirilmek sureti ile
çektiği
reaktif
güç
değeri
ayarlanır.
Buna
paralel
bağlanmış bir kondansatör düşünüldüğünde devrenin
tamamına
kapasitör
ismi
kontrollü
: tristör
verilmektedir. Burada güçleri birbirine eşit bir kapasite
-HIJ
-
-200
1-
-:m
QL ) düşünülürse, indüktansın
ve indüktans ( Qc
çekeceği akım değeri tristörler kullanılarak O ile
maksimum değer arasında ayarlandığında, tüm devrenin
vereceği kapasitif reaktif güç de Qc değeri ile sıfır
=
o
j
200
ı
400
ı
EilJ
ı
B{])
ı
1(Jl)
ı
1 alD
ı
1400
1
1600
ı
1000
ı
2(lX)
Şekil 4.2. Tristör tetiklemeli indUktans üzerindeki gerilim dalga şekl i
arasında ayarlanmış olur.
Şekil 4.3'te Iristör Kontrollü Kapasitör devresine ait bir
Matiab Simulink devre çizimi mevcuttur. Devrede sıfır
137
Statik Reaktif GOç Kompaıasyonu
Uygulamasi ve Madab Simülasyonu
Ü. Pekparlak, U. Arifog]u
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, 1 .Sayı (Mart 2004)
..
.
-
:-
� r--.,--..,--- ----.------
D
-
....,.r....,ı.r.,..�--+lt
aıtııliilli:ııı
L-+0
.----tt
IL J t-------,
l
ı.,_,____�
..
'1
.
.....
=-o
1
r+-
.ı-
Vııt. At.iın i
ı�
=- SIQI'ııll TN D ......
Tdial ..;ınnarıiı:
D iWırs.iııı
ı
0.001
(
V��� Gıriliın i
Dtıl)
J
I
�
� ll ��-----1--J
a fll�f----J
rw
.I
J.l;ırrnaıti�
rilrczıi
��
L---
..rıı D
..r-.
_...
_
.
..
•
JıL
laild
ı
O.oo9S
cI:J'11t:lrt
-
ı ·<�ı ı
Gtıo
f"
.....
ı•
,
-
-
•
l
-
-
Şekil 4.3. Tristör tetiklemeli indüktans yönteminin MATLAB-SIMULINK benzetimi
V.SONUÇ
KAYNAKLAR
Çektiği aktif ve reaktif güçlerin sürekli değişim
gösterdiği ark ocakları, haddehaneler gibi yüklerin
reaktif güç ihtiyacını karşılamak için statik reaktif güç
Kompanzasyon sistemlerinin kullanılması kaçınılmazdır.
[1 ].BAYRAM M., Prof. Dr., Kevvetli Ak1m Tesislerinde
Reaktif Güç Kompanazasyonu, Birsen Y ayınevL
İstanbul 2000
[2].UZUNOGLU M., Yrd. Doç. Dr., Her Yönü ile
Matlab, Türkmen Kitabevi, İstanbul 2003
[3].ÖZDEMİR A., Elektrik Yüksek Müh., Reaktif
Gücün Hızlı Değişen o.laylarda Yapay Sinir Ağı ile
Kontrolü, Doktora Tezi, Istanbul 1997
[4].GÜLSJ ÜN R., Prof. Dr., Güç Elektroniği, Yıldız
Teknik Universitesi Bastm-Yayın Merkezi, YTÜ.EL·
99.0457, İstanbul l999
[5].GÜRDAL 0., Doç. Dr., Güç Elektroniği ( Analiz,
Tasarım, Simülasyon), Nobel Yayın Dağıt1m,
Ankara 2000
[6].ARİFOGLU U., Doç. Dr., Güç Sistemlerinin
Bilgisayar Destekli Analizi, Alfa Yayınları,
Sakarya 2002
olarak
kaçınılmaz
sistemlerinin
VAR
Statik
kompanzasyon
klasik
yanında
kullanılmasının
olarak kullanılması da
sistemlerinin alternatifi
işletmelere bir çok fayda sağlayacaktır. Teknolojinin
ilerlemesi ile güç elektroniği elemanlarının fıyatları
dUşecek ve statik VAR sistemleri küçük işletmeler içinde
ekonomik bir çöziim halini alacaktır.
Bu çalışmada, klasik kompanzasyon sistemlerinin
çalışması simülasyon yardımı i1e açıklanmış ve mevcut
dezavantajlarına değinilmiştir. Ayrıca alternatif olarak
sunulan statik VAR sistemlerinin çalışması da
açıklanmış, sisteme ait bir simülasyon devresi verilmiş
ve üzerinden elde edilen eğriler gösterilmiştir.
138