Güç Kalitesi ve Harmonikler LVCP 05/01 Güç Kalitesi ve Harmonikler © BEJUM - LVCP01 05/01 LVCP

İçerik Reaktif Güç Kompanzasyonu Harmonikler Teorik bilgi Etkileri Çözüm yöntemleri Pasif Harmonik Filtre Sistemleri Aktif Filtreler

Güç kalitesi terimleri LVCP 05/01 Güç kalitesi terimleri Gerilim ve akım sinyallerinin sinüs formunda belirlenen genlikte şebeke frekansında sürekli olması Güç kalitesi çoğunlukla dağıtım sistemlerinin problemidir. © BEJUM - LVCP01 05/01 LVCP

Güç Kalitesi Neden Önemlidir? Geleneksel sebepler Proses çalışma süresine etkileri Üretim kaybı Standartlara uyumluluk (local/IEC/company standards) Cezalandırma Uyumsuz sistemlerin devredışı bırakılması Ayrıca Enerji tasarrufu Güç kalitesizliği kayıpları arttırmakta Enerji üretim maliyetlerinin artması

Gerilim ve Akım Kalitesi Şebeke Kaliteli Gerilim Kaliteli Akım Güç Kalitesi Tüketiciler

Güç kalitesi problemlerinin dağılımı

Lineer Yükler 3 çeşit lineer yük R L C Direnç Ohms  Endüktans Kapasitans R Ohms  L Henry H C Farad F

Ohmik Yükler IR R Direnç VAC 400 300 200 100 VAC 45 90 135 180 225 270 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 IR -100 -200 -300 -400

Ohmik Yükler Direnç  IR IR VAC R VAC IR=U/R P=RI²=U²/R Watts

Endüktif Yükler IL L Endüktif VAC 400 300 200 100 VAC 45 90 135 180 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 IL -100 -200 -300 -400

IL=U/L Endüktif Yükler IL IL  90° L P=U²/L var or kvar Endüktif VAC

Kapasitif Yükler IC C Kapasitif VAC 400 300 200 100 VAC 45 90 135 180 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 IC -100 -200 -300 -400

Ic=CU P=CU² var or kvar Kapasitif Yükler IC IC  C 90° Kapasitif E VAC 90° VAC Ic=CU P=CU² var or kvar

Lineer Yükler Tüm endüktif yükler iki tür güç kullanır: kW - Aktif güç (kW)  çalışma için gereklidir kvar - Reaktif güç (kvar)  manyetik alan için gerekidir kVA - Görünür güç (kVA)  tüketilen toplam güç

Güç üçgeni kW kVA kvar Güç faktörü cos j= kW / kVA Aktif güç Reaktif Görünür güç Aktif güç kW Reaktif güç kvar Güç faktörü cos j= kW / kVA

Düşük güç faktörünün etkileri Transformatörlerde ısınma işletme süresinin azalması,trafo odasının ısınması t° Jeneratör ve trafonun tam yüklenmesi yeni yüklerin eklenemez (e.g. offshore platform) Gerilim düşmesi Kablolarda ısınma (ömrünün azalması) İşletme gereksinimleri karşılanamaz

Güç faktörünün arttırılması Güç Faktörünü ve Çekilen Gücü Nasıl Arttırabiliriz?

Güç faktörünün arttırılması Yüke paralel bağlanan kondansatör ters fazlı reaktif güç üretir. kW Kvar2 kVA kvar1

Güç faktörünün arttırılması kW j kvar kVA1

Güç faktörünün arttırılması kW j kvar2 kvar kVA1

Güç faktörünün arttırılması kW j j kvar1 kVA2 kvar2 kvar kVA1

Temel hesaplamalar kvar j kW kVA

Örnek Aktif Güç : 410kW Güç faktörü : cos j = 0.7 Görünür güç kVA1= 410/0.7=586 kVA Reaktif güç kvar1 = kVA1* sin j1=586*0.714=419 kvar kW=410 kVA1=586 kvar1=419 j

Örnek Aktif güç: 410kW Güç Faktörü: cos j1 = 0.7 Görünür güç kVA1= 410/0.7 = 586 kVA Reaktif Güç kvar1 = kVA1* sin j 1=586*0.714 = 419 kvar Hedeflenen güç faktörü: cos j 2 = 0.95 Gerekli kvar : = 410 ( tan j 1-tan j 2) = 410 (1.020-0.329) = 284 kvar Yeni reaktif kvar2 = kVA2* sin j 2 = 432*0.3122 = 135 kvar Yeni Görünür güç kVA2 = 410/0.95 = 432 kVA kVA azalma = 586-432 = 154 kVA kW=410 kVA1=586 kvar1=419 j j kVA2=432 kvar2=135 284

Şebekeden çekilen akım azalacaktır Yüksek güç faktörü Şebekeden çekilen akım azalacaktır Transformatör ve güç kabloları daha az yüklenecektir ( I) Bakır kayıpları azalacaktır (RI²) Kablolar Transformatörler Koruma sistemleri Gerilim düşmesi azalacaktır Transformatör Transformatörden kullanılabilecek güç artacaktır 01.01.2008’den itibaren yürürlüğe giren yönetmeliğe uyulacaktır

Reaktif oranlar ile ilgili yönetmelik

Reaktif Güç Kompanzasyonu Farklı gerilim seviyelerinde yapılabilir Merkezi yada bireysel yapılabilir

Bu cihazın çektiği akım nedir?

Akım Dalga Şekli Fonksiyon=???

Harmonik Nedir?

Toplam Harmonik Bozulma (THBD) Harmonik bileşenlerin genliklerinin temel bileşene oranıdır ( % olarak ifade edilir) THD(U): anlamlı THD(I): ??? Referans nedir ??? Örnek:

Değişken motor sürücüleri örneği Gerilim: THDV = 12% Akım: THDI = 27%

Harmonik üreticiler nelerdir? Güç elektroniği devreleri, sürücüler, dönüştürücüler... Doğrultucular Dönüştürücüler ...

Harmonik üreticiler nelerdir? Kesintisiz güç kaynakları (UPS) Akü Şebeke Yük

Harmonik üreticiler nelerdir? Elektronik Balastlı fluoresan lambalar

Harmonik üreticiler nelerdir? Bilgisayar Yazıcı Fax makinası ... Küçük fakat ... Eğer çok sayıda kullanılırsa etkisi büyük olur

Non-lineer yüklerin kullanımı hızla artmaktadır! Non-lineer yükler nerede? Non-lineer yüklerin kullanımı hızla artmaktadır! Endüstriyel yükler AC ve DC sürücüler, UPS-sistemi, …  Fazlar arası harmonik, empedans, bazen reaktif güç Yaşam merkezleri Tüm bilişim ürünleri, tasarruflu ampuller, fotokopi makinası, fax, …  Fazlar ve faz-nötr arası harmonik, empedans, bazen reaktif güç

Artan harmoniklerin etkileri Toplam Harmonik Bozulma (THD) 0% 33% 39% 44% Peak 100% 133% 168% 204% RMS 100% 105% 108% 110%  Dalga şeklinin tepe değerinin artması  RMS değerinin artması

Artan harmoniklerin etkileri Kesicilerde anlamsız açmalar RMS değerinin artması  Termik etki Tepe değerin artması  Manyetik etki Sigortaların atması

Artan harmoniklerin etkileri Cihazların ısınması Bozulma  RMS değerin artması Kayıplar # R . I2RMS = R . I12 + R . Ih2 Harmoniklerden dolayı eklenen kayıp

Artan harmoniklerin etkileri Şebeke elemanlarının ısınması yada tamamen yanması

Artan harmoniklerin etkileri Motor problemleri Sargı demir & bakır kayıplarının artması (RMS arması & deri etkisi ) Rotor’da ters manyetik alan (negatif bileşenli harmonikler)

Artan harmoniklerin etkileri Hasas cihazların elektronik kartlarının yanması Haberleşme sistemlerinde veri kaybı

Artan harmoniklerin etkileri Yüksek nötr akımları (sıfır bileşen harmonikleri) …

Artan harmoniklerin etkileri Kondansatörler Frekansa bağlı olarak empedans düşer Rezonans problemi ZC # 1/f & = Kondansatörlerin patlaması Frekans

Artan harmoniklerin etkileri Kondansatör arızaları Düşük empedansları nedeniyle yüksek harmonik bileşenlerinden etkilenirler Eğer harmoniklerin etkisi azaltılmazsa tahribata uğrayabilirler.

Şebekeden gelen harmonikler U REZONANS

Seri rezonans R L C Empedans: 0 rezonans frekansında : 0L = 1/0C  Z(0) = R eğer R = 0...

Seri rezonans

Sistemde oluşan harmonikler REZONANS

Paralel rezonans L C Empedans: 0 rezonans frekansında 02 LC = 1  Z(0) = sonsuz

Parallel resonance

Rezonans frekansının belirlenmesi Önemli formül ! Kısa devre gücü SscT = ST/Usc Kompanzasyon gücü QC

Rezonansın önlenmesi Kapasitör ve reaktörlerin mutlaka bir/birkaç rezonans frekansı vardır Rezonansın oluşumu önlenemez Rezonans tetiklenmezse oluşmaz Rezonans frekansı değiştirilebilir

Rezonansın önlenmesi Harmonik olmayan rezonans frekanslarında rezonansın oluşturulması Transformatörler: pahalı Kapasitor: pahalı Kondansatörlere seri reaktör eklenir

Rezonansın önlenmesi U Rezonans frekansının kontrol edilmesi

Reaktör bağlı kondansatör Reaktör değeri (p) % ZL(50Hz) = p.ZC(50Hz) L = p/(C) | = 250 rad/sec p = ZL(50Hz) / ZC(50Hz) or, the resonance w0 = 1/(LC) thus, 0/ = 1/p

Reaktör değerleri Örnek: 7% reaktör : n0 = 3.78  3.78*50Hz = 189 Hz Diğer kullanılan değerler: 5.67%, 6%, 12.5%

Harmonikli sistemde güç bileşenleri Sinüoidal Sistem kW kvar kVA1 j Harmonikli Sistem

Uygulama P=17W Q=3VAr S=30VA THDI=%123,1 cos=0,9743

Pasif Harmonik Filtreli Kompanzasyon Kontaktörlü-Yük değişimi çok hızlı olmayan yükler Düşük maliyet Kullanım kolaylığı Tristörlü:Hızlı değişen yükler Mükemmel kompanzasyon Sessiz çalışma Uzun ömür Çevre şartlarından etkilenmez Maliyeti kısmen yüksektir

Pasif filtreli kompanzasyon sistemi tasarımı Kontaktörlü 4.Kontrolörün belirlenmesi Tristörlü Uygulama: DynaCOMP Min. anahtarlama süresi:10ms

Pasif filtreli kompanzasyon sistemi tasarımı

Yönetmelik EPDK Tarafından düzenlenen yeni uygulama kriterleri: Tesis edilecek AG – OG Kompanzasyon Sistemlerinde rezonans tehlikesini ortadan kaldırmak ve işletme güvenilirliğini arttırmak için Kompanzasyon tesislerinin harmonik filtreli olacak şekilde uygulanmasının sağlanması, Bu kapsamda harmonik filtre özelliğine sahip tip proje kriterlerinin oluşturulması ve proje onaylarında tip projelere uygunluk şartlarının aranması,konularında mutabakat sağlanmıştır.

3’un Katları Olmayanlar Yönetmelik 12 Eylül 2006 Tarihli ve 26287 Sayılı Resmî Gazete Elektrik Piyasasında Dağıtım Sisteminde Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği Ticari ve Teknik Kalitesi Hakkında yönetmelik Gerilim Harmonikleri Sınır Değerleri Tek Harmonikler Çift Harnomikler 3’un Katları Olmayanlar 3’un Katları Olanlar Harmonik Sırası h Sınır Değer (%) 5 7 11 13 % 6 % 5 % 3,5 % 3 3 9 15 21 % 1,5 % 0,5 2 4 6…..24 % 2 % 1

Yönetmelik Akım Harmonikleri Sınır Değerleri Fliker Sınır Değerleri Tek Harmonikler ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TTB <20* 20<50 50<100 100<1000 >1000 4.0 7.0 10.0 12.0 15.0 2.0 3.5 4.5 5.5 1.5 2.5 5.0 6.0 0.6 1.0 0.3 0.5 0.7 1.4 8.0 20.0 Çift harmonikler, kendinden sonraki tek harmonik için tanımlanan değerin %25’i ile sınırlandırılmıştır. Fliker Sınır Değerleri Fliker Şiddet Endeksi Sınır Değerler Pst ≤ 1.0 Plt ≤ 0.8

Harmonik probleminin geçmişteki çözümü Pasif filtreler: Seri bağlı kondansatör ve reaktör Yöntem: Harmonik bileşenler için akacak alternatif bir yol oluşturulması  Fitreleme şebeke parametrelerine bağlıdır  Aşırı yüklenme tehlikesi vardır  Geliştirilmesi çok güçtür  Şebekede rezonans tehlikesi yaratır  Filtrelenecek her bir harmonik için ayrı filtre devresi tasarlanır  Kurulumunda büyük yer gerektirir  Sadece kapasitif güç üretilir  AC sürücülerin güç ihtiyacı yoktur  Jeneratörler kapasitif güç faktörleriyle çalışamaz  Yük dengesizliğine karşı etkisizdir

Harmonik probleminin en iyi çözümü ABB Aktif harmonik filtreleri ABB filtreleme yöntemi: Aktif filtre cihazı ile aynı genlikli teres fazlı harmonik üreterek harmoniklerin yokedilmesi Dalga şekli TEMİZLENMİŞ HAT AKIMI YÜK AKIMI AKTİF FİLTRE AKIMI = + Harmonik spektrum

Aktif harmonik filtre yöntemi SADECE TEMEL BİLEŞEN Şebeke PQF SADECE HARMONİK BİLEŞENLER

Aktif filtre nasıl çalışır ? HAT REAKTÖRÜ ÇIKIŞ FİLTRESİ PWM REAKTÖRLERİ + - DC ENERJİ KAYNAĞI PWM INVERTER (IGBT-teknolojisi)

Aktif filtre boyutlandırılması Parametrelerin belirlenmesi Harmoniklerden kaynaklanan sorunların belirlenmesi Sistem için sınır harmonik değerlerin belirlenmesi Şebeke, yük parametrelerinin belirlenmesi Mevcut kompanzasyon sisteminin yapısı Ortam sıcaklığı Deniz seviyesinden yükseklik

Aktif filtre boyutlandırılması Mevcut tesis Harmonik ölçüm yapılması, Ifundamental, Iharmonic(n), THD(v-i) Yeni tesis Yük karakteristikleri belirlenerek harmonikli yüklerin birlikte çalışması durumundaki harmonik akımları analiz edilir.

Akım harmonik bozulma

Akım

Reaktif güç

Teşekkürler.. Sonuçlar Aktif filtre ile Harmonikler süzülmüştür Faz dengelemesi yapılmıştır Nötr akımı yok edilmiştir Reaktif güç kompanzasyonuna katkı sağlanmıştır Nötr-toprak gerilimleri düşürülmüştür Teşekkürler..

LVCP 05/01 © BEJUM - LVCP01 05/01 LVCP