Enerji Kalitesinin Tekstil Fabrikaları Üzerindeki Etkilerinin Arastırılması
Enerji kalitesi günümüzde hem üreticiyi hem de son tüketiciyi çok ilgilendirir hale gelmistir. Kaliteli elektrik enerjisi kısaca, süreklilik ( kesintisiz enerji ), sabit frekans ve sabit genliğe sahip sinüzoidal gerilim ile açıklanabilir. Elektrik enerjisinin sinüzoidal formdan uzaklasması harmonik olarak tanımlanır. Harmonikler enerji kalitesinde çok önemli bir yer tutarlar. Gerilim ve akımdaki harmonikler tüketici cihazlarına zarar verir hatta devre dısı bırakabilir. Harmonikler lineer olmayan yükler tarafından üretilir. Çok yaygın olarak bilinen harmonik üreticileri, doğrultucular, inverterler ve güç elektroniği ile sürülen devrelerdir. Kendi enerjisini üretemeyip sistemden enerji alan tüketiciler özellikle elektrik kesintisi ve enerji kalitesizliğinden dolayı üretim ve kalite kaybına uğrarlar. Bu çalısmada bir tekstil fabrikasında enerji kalitesi nedeniyle olusacak zararlara iliskin bir çalısma özetlenmistir. Bu amaçla enerji kalitesi ölçümleri yapılmıs ve ölçüm değerleri dünya standartları ile karsılastırılmıstır. Enerji kalitesizliğinden dolayı olusabilecek arızalar ve problemler ortaya konmus ve çözüm önerileri kısaca verilmistir.
Elektrik güç sistemlerinde enerji kalitesi tanımı, sebekenin gerilim ve frekansındaki değismeler ile
sebekeden çekilen akımdaki dalga sekli bozukluklarının belirtilmesi amacıyla kullanılır. Kaliteli Elektrik Enerjisi, sebekedeki, gerilimin genlik ve frekansının anma değerlerini koruması ve gerilim dalga seklinin sinüs biçiminde bulunmasıdır. Bu tanımın tersi olarak, gerilimin genliğinin değismesi, kesintiler, gerilim darbeleri, kırpısma (fliker), gerilimin doğru bilesen içermesi, dalga seklinin sinüsten uzaklasması, frekans değisimleri, üç faz dengesizlikleri enerji kalitesizliği olarak tanımlanır[1-2]. Enerji kalitesi genellikle tüketici tarafından bozulur. Elektriksel yük olarak çoğunlukla asenkron motorların ve bu motorlara bağlı sürücülerin kullanıldığı düsünülürse, basta harmonikler olmak üzere, dengesizlikler, gerilim düsmeleri ve kırpısmalar baslıca güç kalitesi problemi türleri olarak ortaya çıkmaktadır. Bu güç kalitesi bozulmaları; tüketicinin kullandığı cihazların arızalanması, endüstride kullanılan akım veya gerilim dengesizliğine duyarlı mikroislemciler gibi bazı cihazların zarar görmesi gibi sonuçlar ortaya çıkarabilmektedir. Güç kalitesini düzeltmek için gerekli önlemler alınmadan önce, bu tür bozulmaların kaynakları ve sebepleri bilinmelidir[3-4].
Son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya baslayan elektronik devreler tarafından kontrol edilen cihazlar enerji kalitesine karsı son derece duyarlıdır. Bu kontrol devrelerinden bazıları, alternatif akım ve doğru akım motor sürücüleri ve anahtarlamalı modda çalısan güç kaynakları gibi enerji dönüstürmede kullanılan devreler ile yardımcı kontrol devreleri olarak kullanılan bilgisayarlar ile programlanabilir lojik kontrolörlerdir (PLC). Böyle karmasık devreler sebekedeki bozucu etkilerden önemli ölçüde etkilenmektedirler. Bu etkilenme sonucu elektronik devreler ile kontrol edilen cihazlar veya endüstriyel tesisler hatalı çalısabilir ve hatta devre dısı kalabilir. Bu nedenle hızlı bir sekilde gelisen sanayi tesisleri ile elektrikli cihazların düzenli olarak çalısabilmesi için gerek tüketiciler gerekse sebeke açısından enerji kalitesi konusunda bazı sınırlandırmaların yapılması gerekmektedir[5-6]. Enerjinin kalitesizliğinden olusacak arızalar makinelerin verimsiz çalısmasına hatta durmasına neden olacaktır. Makine durması hem üretim kaybı hem de kalite kaybını meydana getirir. Üründe kalite arandığı gibi enerjinin de kaliteli olması belirlenen standart değerleri asmaması istenir. Müsteri odaklı isletmelerde bu nedenlerden dolayı elektrik enerjisi de dahil olmak üzere kaynakların kaliteli olmasına ve bunların kalitesinin artırılmasına dikkat edilmektedir[3].
Bu çalısmada bir tekstil endüstrisinde enerji kalitesi ölçümleri Circutor AR–5, 0-2000A (Üç fazlı) güç izleme ve analiz cihazı ile ölçülmüs, enerji kalitesizliği EN 50160 standardına göre belirlenmis ve bu
kalitesizliğin tesiste meydana getirebileceği zararlı etkiler ortaya konmustur. Enerjiyi daha kaliteli hale getirmek için yapılması gerekenlere kısaca değinilmistir.
MALZEME VE METOD
Harmonikler
Güç sistemlerinde ideal kosullarda alternatif akımın dalga biçimi sinüs eğrisi seklinde olmalıdır, fakat pratikte bu tür eğri sekli ile çalısmak pek mümkün olmamaktadır. (Sekil 1)’de görüldüğü gibi gerilim veya akım dalga seklinde bozulmalar meydana gelir. Yarı iletken elemanların cihazlarda kullanımı bazı lineer olmayan yüklerin ( transformatör,ark fırınları, v.b.) etkisiyle; akım ve gerilim dalga biçimleri, periyodik olmakla birlikte sinüsoidal dalga ile frekans ve genliği farklı diğer sinüsoidal dalgaların toplamından meydana gelmektedir. Temel dalga dısındaki sinüsoidal dalgalara HARMONiK denir.
Asağıda harmoniksiz saf sinüsoidal olan temel bilesen ve harmonik bilesenleri gösterilmistir (sekil 2). Sekilde mavi ile gösterilen dalga saf sinüzoidal dalgayı yani temel bileseni, kırmız renk 3. harmoniği, yesil renk 5. harmoniği ve siyah renkte 7. harmoniği göstermektedir. Harmonikler genel olarak lineer olmayan elemanlar ile sinusoidal olmayan kaynaklardan herhangi birisi
veya bunların ikisinin sistemde bulunmasından meydana gelirler. Harmonikli akım ve gerilimin güç
sistemlerinde bulunması sinüsoidal dalganın bozulması anlamına gelir. Harmonik üretilmesine neden olan en önemli elemanlar, Transformatörler, Döner makineler, Güç elektroniği elemanları, Doğru akım ile enerji iletimi, Statik VAR sistemleri, Ark fırınları, Kesintisiz güç kaynakları, Gaz desarjlı aydınlatma, Elektronik balastlar, Fotovoltaik sistemler, Bilgisayarlar,vs. olarak sıralanabilirler[8].
Harmoniklerin sisteme ve tesise verdiği bozucu etkiler asağıdaki gibi özetlenebilir.
Kompanzasyon için kullanılan Kondansatörlerin asırı yüklenmesine ve ömürlerinin azalmasına,
Röle, kesici ve sigortaların hatalı çalısmasına, gereksiz açma yapmasına,
Güç kablolarının asırı ısınmasına,
3 ve 3’ün katı harmonikler nötr hattının asırı yüklenmesine,
Enerji sisteminde seri ve paralel rezonans olayların meydana gelmesine,
Sayaçlarda ölçüm hatalarına, haberlesme hatlarında gürültülere,
Sistemlerden temel bilesen akımına ilave olarak harmonikli bilesen akımlarının çekilmesi,
elektronik kart arızalarının sıkça görülmesine,
Trafolardaki kayıpları artırarak trafonun asırı ısınmasına,
Motor, generator ve iletkenlerde harmonik bilesenden dolayı akımın artmasına, dolayısıyla
kayıplara sebep olup, cihazların ve iletkenlerin asırı ısınmasına neden olurlar[2-3-7].
DENEYSEL ÇALISMALAR
Güç Kalitesi Ölçütleri Ve Standartları
Sebekenin ve sistemdeki diğer yüklerin harmoniklerin olumsuz etkilerinden mümkün olduğu kadar az zarar görmesini sağlamak ve tüketiciye daha kaliteli enerji verebilmek için harmoniklerin belirli bir seviyenin altında tutulması gerekmektedir. Bu amaçla gelismis ülkeler, lineer olmayan yüklerin meydana getirdiği harmonik bilesenleri bir yaptırım olarak sınırlandırmıslar ve harmonik standartlarını olusturmuslardır. Harmonikler özellikle son yıllarda ülkemizde de sanayide ciddi olarak ele alınan konular arasına girmistir.
Ölçüm Yapılan Tesis
Enerji kalitesi ölçümü yapılan tesis bir dokuma fabrikasıdır. Tesis 2000 kVA gücünde ve 34,5/0kv
gerilim değeri olan bir orta gerilim transformatörü ile beslenmektedir. Fabrikanın ölçüm yapılan kısmının yük dağılımını gösteren elektriksel tek hat seması asağıda verilmistir (Sekil 3). Trafo çıkısına 3200 amperlik bir manyetik salter konmustur. Tek hat semasında tesise ait kompanzasyon panosuda gösterilmistir.
TARTISMA
Ölçüm Sonuçları
Ölçüm yapılan dokuma tesisinde mevcut trafo ve kompanzasyon ayar değerleri asağıda verilmistir.
2000 kVA trafo, toplam kondansatör gücü 1087,5 kVAr, gerilim 400 V , kompanzasyon sistemi röle ile yapılmakta ve kondansatörler kontaktörle devreye alınıp çıkarılmaktadır.
Toplam kondansatör gücü: 1087,5 kVAr
Bara Gerilimi : 400 V
Kademe : (1 x 37,5 ) + (8 x 75 ) + (3 x 150 ) kVAr
Panel Koruma Sınıfı : IP 41
Kademelendirme : 1:2:2:2:2:2:2:2:2:4:4:4
Standart : IEC 831, EN 60831
kompanzasyon sistemi devrede iken ve devre dısı olması durumdan trafodan ölçülen akımlar
gösterilmistir. Kompanzasyon sistemi devrede yok iken ölçülen akım 2052 amper civarındadır.
kompanzasyon sisteminin devreye girmesiyle beraber trafodan çekilen akım 1500 amper civarına düsmüstür.
SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu çalısmada bir dokuma fabrikasının enerji kalitesi ölçümü yapılmıstır. Yapılan ölçümler ve analizler sonucu tesiste harmoniklerin var olduğu ve izin verilen değerlerin üzerinde olduğu gözlemlenmistir.
Ölçümler sonucu elde edilen THD(I) değeri dünya standartlarınca izin verilen değerlerin üzerindedir. Bu yüksek harmonikler zamanla kondansatör tahribatına, elektronik kart arızalarına, gereksiz salter
açmalarına, motor arızalarına ve operasyonel sorunlara neden olacaktır. Özellikle kondansatör tahribatı sırasında ortaya çıkabilecek patlamalar yangın gibi çok büyük bir riski de beraberinde getirecektir. Harmonikler sonucu olusacak problemler nedeniyle tesis duracak ve bu durma sonucu üretim ve kalite sorunu yasanacaktır. Çözüm olarak trafoya bağlı bulunan kompanzasyon tesisi yerine, özellikle 5. ve 7. harmonikleri elimine edecek sekilde pasif filtre tasarımı yapılmıs yeni bir kompanzasyon panelinin takılması yukarda sözü edilen sorunların ortadan kaldırılmasını sağlayacaktır.
teknolojikarastirmalar.com
