sAU Fen Bilimleri EnstitUsU Dergisi
s.Cilt. !.Sayı (Mart 2004)
Statik Reaktif Güç Koropazasyon u Uygulaması ve 1\fatlab Simülasyoou ü. Pekparlak, U. Arifoglu
ST ATİK REAKTİF GÜÇ KOMP ANZASYONU UGYULAMASI VE
• ••
MATLAB SIMULASYONU
Ümit
PEKP ARLAK,Uğur ARİFOGLU
Özet- Elektrik enerjisi, günü nı üzde en yaygın olarak
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.
Anahtar Kelinıeler - Reaktif Güç, Kompanzasyon, Yarıiletken, Kıyıcı, Harmonik
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. W ith 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 V AR compensation systenıs have been mentioned via simulation and these systems have been compared with each other in terms of advantages and disadvantages.
Keywords - Reactive Power, Compensation, Semiconductor, Chopper, Harmonic
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
I.GİRİŞ
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 bir AC kaynaktan beslendiğinde nasıl davrandığı görüldükten sonra aynı AC kaynağa paralel baglanmış R, L ve C yüklerinin davranış biçimleri Matiab Simulink üzerinden elde edilmiş sonuçlarla yorumlanacaktır.
1.1 Rezistif Yük
Aşağıda) bir AC kaynağa bağlanmış, ısıtıcı, akkor lamba gibi rezistif bir yük görülmektedir. Bu yükün üzerindeki gerilh9Jle ve kaynaktan çektiği akıma ilişkin eğriler verilmiştir. 't 'V + . ı----....---, Current Musurement ll(t)=220""·•in(wi) R= 10 fl D Akım D + Gerilim V • Vcıltage Measurement X D Güç
Şekil I .1. AC kaynaga ba�Iı rezistif bir yükün Simulink devre modeli
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 8.Cilt, l.Sayı (Mart 2004)
:m 1(]) J 0�--�----�----�----+---� -1(() .;m -3ll
Şekil 1 .2. AC kayna�n geriliminin zamanla de�işimi
10
Or---�----r---r---+---�
-10
.3)
Şekil 1.3. AC kaynaga ba�lı rezistif ytlkün kaynaktan çektigi akımın zamanla degişimi
ıocoo ' .(\ 1 • 1 '{\ 1 (\
(\
� BOII 7(0) -5CDJ � 4CJD -2llD � HDJ -ı \J ı ,\i ı 1\;
ı ı JŞekil 1 .4. RezistifyUkün kaynaktan çekti�i gücün zamanla degişimi 1 l ' {\ '
\
J -.vŞekil 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
Statik Reaktif Gtıç Kompazasyonn
Uygulaması ve Matiab Simtllasyonu
ü. Pekparlak, U. Arif�u
ve gerilim eğrileri aynı anda sıfırdan geçmektedirler.
Yani rezistif bir yükün akımı ile gerilimi arasında faz
farkı yoktur. Güç eğrisine bakılacak olursa frekansı akım
ya da gerilim'in iki katı olan bir eğridir ve bu e�in hep
pozitif eksende olduğu görülür. Bunun anlamı rezistif
yükün hep güç tükettigi yani güç akışının her an
kaynaktan yüke doğru oldugudur. Şekil 1.4 'te görülen anlık güç eğrisine ait eşitlik aşağıda verilmiştir:
p(t) = v(t).i(t)
v(t) = vmax·cos(mt)
(l.ı)
(1
.2)i(t) =lmax .cos(mt)
(1.3)
ı ı
p(t) = -.V max .I max +-.V max .I max. cos(2mt)
(1.4)
2 2
Herhangi bir yükün faydalı bir işe dönüştürmek üzere kaynaktan çektiği güce Aktif Güç denir. Aktif gücü
bulmak için ani gücün ortalaması hesaplanmalıdır.
T P =
_.!_
J
v(t).i(t) dt To ı p = - V max .I ma'Y. 2 P=V.l(1.5)
(1.6)
(ı.7)Rezistif bir yük için (1.7) ifadesinden de görüleceği üzere aktif güç direncin üzerindeki gerilimin etkin değeri ile üzerinden geçen akımın etkin değerinin çarpımına eşit olacak'tır.
1.2 Paralel RLC Devresi
Şekil 1.5'te bir paralel RLC devresine ait Matlah Simulink çizimi görülmektedir. Burada, R direnci yülrün. aktif güç tüketen karakterini, L ise yükün indüllif
karakterini temsil etmektedir. Paralel bağlı C
devresindeki direnç yalnızca düzgün bir eğri elde etmek amacı ile konmuş çok küçük değerde bir dirençtir. Bu kol yalnızca kondansatörnıüş gibi düşünülebilir.
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 8.Cilt, 1 .Sayı (Mart 2004)
i ,... t . .. D ... AnaAiom ı ı ı � + .,... __., + l+ + ı-. � . . __., r D Rezistlf Akım D .. ... lndOktlt �':., D -�puitlf .Ala m � , � , � , 1 4 + ,.. -'\ı r+· ..
fo--�
= ;:; R L c D � ... _...._]
-� • � • KIYfl.tc Ger ı ... ... ilimi .... ... _... � D X .. .. ... • Product Cguo .. D ... X �Jıo � -.. Prodııct1 Lg ucŞekil 1.5. Paralel RLC devresinin Sin1ulink devre modeli
Bu devre üzerindeki osiloskopların gösterdikleri eğriler incelenerek devam edilsin. Şekil 1.6'da devredeki kaynak geriliminin egrisi verilmiştir.
100
0 �---�----�----�----�----�
.n:J
. DJ
Şekil I .6.Kaynak geriliminin zamanla de�işimi
4 3 2 1 o -ı -2 -3 • ·' � ��--����--��--�--��--� o 500 1 OOJ 1500 :;mo 2500 3000 3500 4000 4500 5[ll)
Şekil l.7.Rezistif yOkon çektigi akımın zamanla degişimi
133
Statik Reaktif Güç Kompazasyonu Uygulaması ve Matiab SimUiasyonu
Ü. Pekparlak, U. Arifoğlu
Şekil 1 . 7 'de R elemanının çektiği akım görülmektedir.
Bu akımın gerilim ile faz farkı olmadığı ve bunun ifade ettiği anlam daha önce açıklanmıştı.
15 10 5 O r----r----�---+---�----�� -5 -10 -15
Şekil 1 .8.EndOktifyUkon çekti�i akımın zamanla degişimi
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 karşın anlık güç değerinin sıfır olmadığı
görülmektedir. Bunun anlamı şudur; saf indüktif bir yük 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 ait ani güç eğrisidir .
4()]) ' 1 ' ' 1 1 ' ' " (\ (\ {\ { 3(Q) -2(Q) ... . 1(Q) fo . o -1(11) fo -.2m) .. . -DD � -V V V \J ı 1 1 ı ı 1 ı _j_ _ı .,4()]) o 500 1 (XlJ 1500 � 2500 3(J)() 3500 4000 4500 5CIX)
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, !.Sayı (Mart 2004)
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) = .!..vmax .lmax sin(2mt) 2
1
T P = -J
v(t).i(t) dt =O
To 20 15 10 5(1.8)
(1.9)
(1. 1 O)
(1 .ll)
(1.12) 0 �--�--��--�----�---+� -5 -10 -15 -20Şekil ı .2. Kapasitif yükü n çekti�i akımın zamanla degişimi
Şekil 1 .ı O' 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 akışı indUktif yükte olduğunun aynıdır. Yani bir alternansın yarısında kaynaktan çekilen güç, altemansın diğer yarısında kaynağa geri verilir.
4(D) 1 1 • • • • • • (\ f'\ (\ {\ 3fDJ - -2tn:ı 1- . Hm � -o .1(JI) - --2m:ı - --DI ı -V \) V \ ı ı ı 1 1 ı ı ı ı
-soo 1 cm 1500 DJO 2&10 3000 3500 4000 4500 5(II)
Şekil 1.3. Kapasitif yükün çekti�i gücün zamanla değişimi
134
Statik Reaktif GOç Kompazasyonu Uygulaması ve Matiab Simülasyonu
ü. Pekparlak, U. Arifoglu
v(t) = vmax·cos(mt)
i(t) =/max .cos(cot +tr 1 2)
ı
p(t) =-.Vmax .I max cos(2cot +n 1 2)
2
p(t) = .!..vmax .lmax sin(2mt) 2
1
T P = -J
v(t).i(t) dt =O
To(1.13)
(1.14)
(1.15)
(1 .16)
(1.17)
Eşitlik (1. 12) ve (1. 17) kapasitif ve indüktif yüklerin kaynaktan aktif güç çekmediklerini gösterir. Fakat bu
elemanlar bir periyatta ikişer defa kaynaktan bir miktar güç çekip kaynağa geri verirler. Bu durum, kapasite ve
indüktansın karakteristik özelliğidir. Her ne kadar
kaynaktan net bir güç çekmiyar iseler de bu güç
salınımının zararlı etkileri vardır.
Kapasite ve indüktansın bir periyot boyunca kaynaktan
çektiği gilcün ortalamasına reaktif güç denir. Bu
elemanların reaktif gticlerini tekrar kaynağa veriyor olması bir sorun olmayacağı anlamına gelmez. Reaktif güç çekildiği sırada hatlar bu fazlalık gücü taşımak
zorundadır ve kaynak da, altemansın ikinci yansmda bu
gücü geri alacak olsa dahi bu fazladan gücü yüke o anda
sağlayabilnıelidir. Bunlar reaktif gücün sebep olduğu en temel problemlerdir.
Reaktif güclin şebekeden sağlanması durumunda bir çok
sakınca ortaya çıkacaktır. Bu sebeple, yükün kaçınılmaz
olarak ihtiyaç duyduğu reaktif gücün şebeke haricinde
bir kaynaktan sağlanmasına reaktif güç
kompanzasyonu adı verilmektedir.
indüktif ve kapasitif yüklere ait akım ( Şekil 1.8 ve
Şekil 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. Bunun sebebi, indüktansta akımın
gerilin1den 90 derece geride olmasma karşın kapasite
akımının geriliminden 90 derece ileride olmasıdır.
Paralel bir indüktans ve kapasite düşünüldüğünde aynı AC kaynaktan çekilecek indüktif ve kapasitif akımlann
birbiri ile arasında 180 derece faz farklı olduğu ortaya
çıkacaktır. Bu durum paragrafın başındaki cUmleyi
açıklamaktadır. Sonuç olarak bir indüktansın kaynaktan
çekeceği akımın, uygun bir değerde kendisine paralel bağlı bir kapasiteden karşılanması mümkündür.
Şekil 1.5 'te yükün direncinin R, indüktansınm L ile gösterildiği belirtilmişti. Şekil 1.5 'te C, yükün indük'tif karakterini temsil eden L'yi kompanze etmek amacı ile
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 1.1 O' da verilmişti. Fakat şimdiye
kadar kaynaktan gelen ana kol akımına daha
değinilmediği hatırlanmalıdır. 3 2 1 0 �----�----�----��---�--� -1 -2 -3
)ekil 1.4. 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 in dilktif 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
çıkartır 1 ar.
Şekili 2.1 'de görülen en yaygın kullanılan 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
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.
135 ,... ., r- - -t- - -ı ll . XCDI ' ı .ı-�- - ---- --- - , lt Jl L...!r-._;:: F -- - . B. Lr 1 ll 1 ___r ı � ı =- �� ,_ ı<; ı Yü _1' .. rv ı
ı....''\ 1
ı\1
i'\))
ı ı D ıa D ı ı ı � - - -� ı Cl C2 C3 ı ro-1\:)
nı - - - . � cu -1i\
1 ı KU ı 1 -...- ı • C12 ı ı 1 ıc..ıwpuuruy.n Sutaml � - - - --- - - --- - - JŞekil 2. I. Klasik kompanzasyon sistemi
-�
�
J
,....,
-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 KV Ar' 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 durum 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
akımlar 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 akımlar gösterilmiştir.
Bu osilogramlar yaklaşık 200uF'lık bir kapasitenin 220 voltta kompanzasyon kontaktörü ile devreye alınınası sırasında kaydedilmiştir. SUrekli akımın etkin degeri
SAU Fen Bilimleri Enstittıso Dergisi
8.Cilt, l.Sayı (Mart 2004)
görüldüğü üzere 1 00 A civarlarına anlık olarak
çıkmaktadır. Böyle bir ani akım önemli sakıncalar
meydana getirir. ı ' . . J • ' >
Tek 1\un: .25,CtkS/s �mfJ� IDQ
( ···-=f··· ... ··-··· . ... ···-· .... .... ... . . .� - � o • • • • • • o • • • • o ••••• - • • o • • • . •· .... ... . . . .... • -. ·• • • • •t • .;. t . . •·· • .. ·' ... " , • • o 1 • o o ' • \ ...,.. ' •• .. . ... . • . . • o • • • o • • • . . . .. • • • • o • • • . . . . . • • ll. " ... .. , • • . . • • • . . + • • • "" · " .. . . , . . . " " • �o•v' , • • ._ , "" 'lıo , " " , � ,... . .. .,. ... • . > . ' . . . • • o .. . , o o . 1 . o • • • o • • • ı '! 4 �-� < : 18 Nov ınoJ l4�1S� 27
Şekii2.2.Kompanzsyon kontaktörtı ile devreye alınan kondansatörün akım dalga şekli
. . • -· , ... " . . . . ) . . t -·· • �. � 1 • : • f l 1 ı •· ! t • > , 1 ·� l· > ; ·l i • • • ' . . . . · · � . . - , . ,. , .. . . ... . • . . . . o .... , .. , • • .. . . " .
Şekil 2.3. Kompanzsyon kontaktörU ile devreye alınan
kondansatörün akım dalga şekli
1 & l\ı4)'c' 2003.
H·: J iJ ;..q 9
Bu kompanzasyon yöntemi daha önce de belirtildiği gibi en yaygın olarak kullanılan kompanzasyon yöntemidir. Kapasiteler genellikle 5 adet, 7 adet ya da 12 adet grup halinde bulunurlar. Bu gruplar Reaktif Güç Konrol Rölesinin kontrolUnde kompanzasyon kontaktörleri ile devreye alırup çıkartılırlar. Fakat bu durunıda da yukarıda açıklandığı gibi bu yöntemin bazı sakıncaları mevcuttur. Bu sistemdeki sakıncaların en önemli nedeni mekanik anahtarlamadır. Mekanik anahtarlamanın neden olduğu olumsuz etkiler şöylece sıralanabilir:
• Kontaklarda aşınma meydana gelir ve mekanik parçaların ömrü kısadır.
• Devrede aşırı akımlar meydana getirir bu da aşırı
ısınınalara yol açar.
• Elektromanyetik gürültü kaynağıdır.
• Sesli çalışırlar.
• İndüktif akım çekerler.
136
Statik Reaktif GOç Kompazasyonu Uygulaması ve Matiab SimOiasyonu {J. Pekparlak, U. Arifoğlu
• Tozdan ve nem gibi kötU çevre koşullarından
etkilenir ler.
Mekanik anahtarlamanın bu sakıncalarını ortadan
kaldırınak amacı ile anahtarlama elemanı olarak çeşitli yartiletkenler kullanılmaya başlanmıştır. Bu sayede önemli avantajlar sağlanmıştır.
DI. TRİSTÖR ANAHTARLAMALI
KONDANSA TÖRLER
Tristör anahtarlamalı kondansatör yöntemi, adından da
anlaşılacağı üzere anahtarlama elemanı olarak kontaktör yerine tristör kullanılan kompanzasyon yöntemidir. Bu yöntemde elektromanyetik ve mekanik gürültü oluşmaması ve aşınma meydana gelmemesinin yanında çok önemli bir avantaj daha söz konusudur. Birbirine ters paralel baglı iki adet tristörle bir kondansatör anahtarlanacağı zaman kondansatör üzerine uygulanacak gerilimin sıfırdan geçme anı beklenir ve tam bu anda anahtarlama yapılır. Bunun nedeni, kondasatörün üzerindeki gerilimin her zaman sıfırdan başlaması ve bu
sayede bir aşırı akım oluşmamasıdır. Kondansatör devTeden çıkanldıktan sonra da otomatik olarak devreye giren bir deşarj devresi tarafından kondansatör üzerindeki yük tamamen kısa sürede boşaltılır k i kısa bir süre sonra kondansatör tekrar devreye alınmak istendiğinde kondansatör üzerindeki gerilim sıfır olsun ve bir aşırı akım meydana gelmesin.
Step Source il �k .,_____-+�'---+ __J---. g m Thyristor Thyr•stor1 krtslı • m g �
Şekil 3.1.Tristör anahtarlamalı kondansatör
Kond.;ıns.rnir Akımı
Şekil 3 .ı' de kompanzasyon kondansatörünü sıfır geçiş
anında devreye alabilen tristörlü bir yapı görülmektedir. Birbirine ters iki tristörün gerilimin sıfırdan geçiş anında tetiktenınesi ile V AK'sı sıfırdan büyük olan tristör iletime geçerek kondansatörü devreye almış olur. Devammda ise tristörün gate devresine sürekli tetikleme verildiği için tristörler sıra ile akım yönlerine göre iletime geçerek kondansatörün devrede kalmasını sağlar. Kapı tetikleme
sinyali kesildiğinde ise kondansatör akımı sıfırdan
geçtiği ilk anda tristörler de kesime gideceği için
SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, 1 .Sayı (Mart 2004)
� �---�.---��.---� 21h -15 1- -10 -5 -0�---� --5 10 -. 2J t- ·--��---o �5000 ���---�10COJ ı�---�1!illl �
Şekil 3.2. 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.
Kondansatörün devreden çıkartıldığı t anından itibaren
kısa bir süre için devreye girip çıkacak olan basit bir
deşarj devresi yardımı ile kandansatörler kısa bir süre
içinde deşarj edilirse bir sonraki devreye alma işleminde
yine herhangi bir aşırı akım oluşnıaz. Tristörlerle yapılan
anahtarlamada akım tetikleme kesilse de akun sıfıra
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.
IV. TRİSTÖR TETİKLEMELİ İNDÜKT ANS
Gtiç elektroniği elemanları ile gerçekleştirilen
kompanzasyon devrelerinde daha etkin bir yöntem
olarak AC kıyıcı yöntemi uygulanınaktadır. Bu
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 : tristör kontrollü kapasitör ismi
verilmektedir. Burada güçleri birbirine eşit bir kapasite
ve indüktans ( Qc = QL ) düşünülürse, indüktansın
çekeceği akım değeri tristörler kullanılarak O ile
maksimum değer arasında ayarlandığında, tüm devrenin
vereceği kapasitif reaktif güç de Qc değeri ile sıfır
arasında ayarlanmış olur.
Şekil 4.3 'te Iristör Kontrollü Kapasitör devresine ait bir
Matiab Simulink devre çizimi mevcuttur. Devrede sıfır
Statik Reaktif Güç Koropazasyon u Uygulaması ve Matiab Simülasyon u
· Ü. Pekparlak, U. Arifoglu
geçişlerini algılamak ve istenen açıda tetiklemeyi sağlamak için ilave yapılar da bulunmaktadır. Ayrıca
devre kaynaktan çekilen aktif reaktif gücü izlemek için
PQ ölçümü eklenmiştir.
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
dezavantaj olarak harınonik probleminden
bahsedilmeli dir. Şekil 4.3 'teki devrede bir harmonik filtresi görülmektedir .
137
Şekil4.1 ve Şekil4.2'de, 117 derece tetikleme açısıyla
çalışan kıyıcıya bağlı indüktansın üzerinden elde edilen akım ve gerilim dalga şekilleri görülmektedir.
80 • 1 • ı • 1 • • • A (\ {\ -60 40 • ,. � • o -20 • -� \ 1 --40 � -'J V -000 ı ı 1 1 ı ı ı ı ı
Şekil 4.1. Tristör tetiklemeli indük1:ans akım dalga şekli
ı ı ı ı ı ı ı 1 ı \ rı
\
� - -ıoo -o -HIJ --200 1-j
-:m ı ı ı ı ı ı 1 ı ı o 200 400 EilJ B{]) 1(Jl) 1 alD 1400 1600 1000 2(lX)SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi
8.Cilt, 1 .Sayı (Mart 2004)
..
Statik Reaktif GOç Kompaıasyonu
Uygulamasi ve Ma da b Simülasyonu Ü. Pekparlak, U. Arifog]u . : -� r--.,--..,--- ----.---
....,.r...,....,ı.r�--+lt
aıtııliilli:ııı ı.,_,____� ..IL
J
t---, .----tt'1
.l
- -� � --D
L-+0
ı 0.00 1ı
..-... ı� O.oo9S =- SIQI'ııll TN D ... T dial .. ;ınnarıiı:ı
D iWırs.iııı ( Dtıl)·<�ı ı
c I:J '11t:lrt GtıoJ
I
ı • --.I
, • - -J.l;ırrnaıti� rilrczıi r+- 1 .ı-=-o
V ııt. At.iın i V��� Gıriliın i � � ll ��---1----J rw afll�f---J L---_ _. ....rıır-. ..D
. • .. JıL laild f" ...l
-- --Şekil 4.3. Tristör tetiklemeli indüktans yönteminin MATLAB-SIMULINK benzetimi
V.SONUÇ
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.
Statik VAR sistemlerinin kaçınılmaz olarak
kullanılmasının yanında klasik kompanzasyon
sistemlerinin alternatifi olarak kullanılması da
işletmelere bir çok fayda sağlayacaktır. Teknolojinin ilerlemesi ile güç elektroniği elemanlarının fıyatları dUşecek ve statik V AR 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 V AR sistemlerinin çalışması da açıklanmış, sisteme ait bir simülasyon devresi verilmiş ve üzerinden elde edilen eğriler gösterilmiştir.
138
KAYNAKLAR
[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].GÜL
SJ
ÜN R., Prof. Dr., Güç Elektroniği, YıldızTeknik U niversitesi 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,
