Küçük hidroelektrik santrallerinde fırçasız uyartımlı, doğal hava soğutmalı, kendinden havalandırmalı senkron jeneratör kullanılacaktır. Jeneratör %10 sürekli aşırı yük sağlama kapasitesine sahip olacak ve herhangi bir zararlı etki olmaksızın 30 dakika boyunca türbinin kontrolden çıkan hızına dayanacak şekilde tasarlanmalıdır.
Hidroelektrik santralde kullanılacak olan senkron jeneratör, aşağıdaki teknik özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanmıştır:
Uyarma Sistemi: Fırçasız uyarma sistemi, bakım ihtiyacını azaltırken, güvenilir ve sürekli bir uyarma gerilimi sağlayacaktır. Bu sayede, jeneratörün çıkış gerilimi ve frekansı daha hassas bir şekilde kontrol edilebilecektir.
Soğutma Sistemi: Doğal hava soğutma sistemi, çevre dostu ve düşük maliyetli bir çözüm sunar. Ayrıca, sistemin basitliği sayesinde bakım gereksinimleri de azalır.
Havalandırma Sistemi: Kendinden havalandırma sistemi, jeneratörün iç sıcaklığını optimum seviyede tutarak, ömrünü uzatır ve verimliliğini artırır.
Aşırı Yük Kapasitesi: Jeneratör, %10 sürekli aşırı yük kapasitesine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sayede, beklenmedik yük değişimlerine karşı daha dayanıklı hale gelir ve sistemin güvenilirliği artar.
Darbe Dayanımı: Jeneratör, türbinin kontrolden çıkması durumunda oluşabilecek ani yük değişimlerine karşı 30 dakika boyunca dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu özellik, sistemin güvenliğini ve sürekliliğini sağlar.
Bu teknik özellikler sayesinde jeneratör, hidroelektrik santralin ihtiyaçlarını tam olarak karşılayacak ve uzun ömürlü, güvenilir bir çalışma sağlayacaktır.
Jeneratör, stator, rotor, yataklar, stator sıcaklık dedektörü, yataklar için yağ soğutucuları, fırçasız uyarma sistemi, AVR ve koruma ekipmanı ile birlikte yıldız bağlantılı olacaktır.
Jeneratör Sisteminin Bileşenleri ve Fonksiyonları
Stator: Jeneratörün sabit kısmı olup, içinde üç fazlı sargılar bulunur. Türbinin mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için manyetik alanı kesen bu sargılarda alternatif akım indüklenir.
Rotor: Jeneratörün dönen kısmı olup, üzerindeki sargılar ya da kalıcı mıknatıslar sayesinde manyetik alan oluşturur. Stator sargılarını keserek alternatif akım üretir.
Yataklar: Rotorun yatakları, dönme sırasında rotorun sabit bir eksen üzerinde kalmasını sağlar ve sürtünmeyi azaltır.
Stator Sıcaklık Dedektörü: Stator sargılarının sıcaklığını sürekli olarak ölçerek aşırı ısınma durumunda alarm verir veya koruma devrelerine sinyal gönderir.
Yağ Soğutucuları: Yatakların yağını soğutarak, yatak ömrünü uzatır ve sürtünmeyi azaltır.
Fırçasız Uyarma Sistemi: Jeneratörün rotor sargısına doğru akım vererek manyetik alan oluşturan ve böylece jeneratörün çıkış gerilimini ve frekansını kontrol eden bir sistemdir. Fırçaların olmaması, daha az bakım gerektirir ve elektriksel gürültüyü azaltır.
Otomatik Gerilim Regülatörü (AVR): Jeneratörün çıkış gerilimini sabit tutmak için kullanılan bir elektronik devredir. Yük değişikliklerine karşı gerilimi otomatik olarak ayarlar.
Koruma Ekipmanları: Jeneratörü kısa devre, aşırı akım, aşırı sıcaklık gibi durumlardan korumak için kullanılan röleler, sigortalar ve diğer güvenlik cihazlarıdır.
Yıldız Bağlantısı: Jeneratörün üç fazlı sargılarının uçlarının bir noktada birleştirilmesiyle oluşturulan bir bağlantı şeklidir. Bu sayede, nötr nokta üzerinden topraklama yapılabilir ve sistem dengelenir.
Jeneratör diğer jeneratörlerle ve şebekeyle de paralel olarak çalışabilmelidir.
Jeneratörün Çalışma Prensibi
Türbin tarafından döndürülen rotor, stator sargılarında alternatif bir gerilim indükler. Bu gerilim, AVR tarafından kontrol edilerek sabit bir değerde tutulur. Yıldız bağlantısı sayesinde, üç fazlı yüklerin beslenmesi sağlanır. Stator sıcaklık dedektörü ve koruma ekipmanları, jeneratörün güvenli çalışmasını sağlar. Yağ soğutucuları ise yatakların ömrünü uzatarak jeneratörün uzun ömürlü olmasını sağlar.
Hidroelektrik Santraldeki Rolü
Hidroelektrik santralde jeneratör, türbinin mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürerek elektrik şebekesine besler. Üretilen elektrik enerjisi, evlerde, iş yerlerinde ve sanayide kullanılabilir.
Jeneratör statoru ve rotoru, F sınıfı yalıtıma ve B sınıfı sıcaklık artışına sahip olacak ve ekran korumalı muhafaza ile %10 aşırı yükte sürekli çalışma için tasarlanacaktır.
Üç ana sargıdan gelen altı terminal terminal kutusuna getirilecektir. Jeneratör nötrü, doğrudan veya direnç/trafo aracılığıyla bağlantı kesme yoluyla toprağa bağlanmalıdır.
Jeneratör, uyarma kontrolü yoluyla önde gelen veya geride kalan güç faktörü ile çalışabilmelidir. Güç faktörü genellikle .80 ile 1.0 arasında değişir.
Senkron jeneratörler, izole bir sistemde çalıştırıldıklarında, kendi kendine uyarılma özelliği sayesinde çıkış gerilimi oluşturabilir ve bu gerilimin frekansını sabit tutabilirler. Bu sayede, güç sistemi ile bağlantısı kesilse bile, jeneratör bağlı olduğu yükü beslemeye devam edebilir.
Kendine yetme özelliği, jeneratörün rotor sargısında oluşan bir manyetik alan sayesinde gerçekleşir. Rotor döndürüldüğünde, stator sargılarında bir gerilim indüklenir. Bu indüklenen gerilim, rotor sargısındaki akımı artırarak manyetik alanı güçlendirir ve böylece bir geri besleme döngüsü oluşur. Bu döngü sayesinde, jeneratör kendi kendine beslenir ve çıkış gerilimi oluşur.
Frekans kontrolü ise, jeneratörün hızının sabit tutulmasıyla sağlanır. Jeneratörün hızı, çıkış frekansıyla doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, hız regülatörü adı verilen bir cihaz sayesinde jeneratörün hızı sabit tutularak, çıkış frekansı da sabitlenir.
İzole çalışma özelliği, jeneratörlerin birçok avantaj sağlamasını sağlar:
Güvenilirlik: Güç sistemi arızalandığında bile, jeneratör bağlı yükleri beslemeye devam edebilir.
Esneklik: Jeneratörler, farklı yerlerde ve farklı amaçlar için kullanılabilir.
Bağımsızlık: Jeneratörler, şebekedeki dalgalanmalardan etkilenmez.
Ancak, izole çalışan bir jeneratörün bazı dezavantajları da vardır:
Verimlilik: İzole çalışan bir jeneratörün verimi, şebekeye bağlı çalışan bir jeneratöre göre daha düşük olabilir.
Maliyet: İzole çalışan bir jeneratör sistemi, daha fazla ekipman gerektirdiği için daha maliyetli olabilir.
Karmaşıklık: İzole çalışan bir jeneratör sisteminin kontrolü, şebekeye bağlı bir sisteme göre daha karmaşıktır.
Sonuç olarak, senkron jeneratörlerin izole çalışma özelliği, özellikle acil durumlar ve süreklilik gerektiren uygulamalar için önemli bir avantajdır. Ancak, bu özelliğin kullanımı, sistemin büyüklüğü, yük karakteristikleri ve diğer faktörler göz önünde bulundurularak dikkatlice değerlendirilmelidir.
Jeneratörün Temel Parametreleri
Nominal çıkış kVA
Nominal terminal voltajı kV
Güç faktörü .8 ila 1.0
Frekans 50 Hz
Faz sayısı 3
Hız RPM
Gerilim varyasyon aralığı + %10
Frekans varyasyon aralığı + %3
Kısa devre oranı > 8
Atalet sabiti > 1.0
Jeneratörün Anma Gerilimi
Aşağıda farklı anma çıkışlarına sahip jeneratörler için önerilen gerilimler verilmiştir.
500 KW'a kadar 415 V
501 ila 2500 KW 3,3 KV
2501 ila 5000 KW 6,6 KV veya 11 kV
5000 KW'tan fazla 11 KV
Voltaj Değişim Aralığı
Jeneratörler normalde +%5 voltaj değişim aralığına göre üretilir. Mini/küçük Hidroelektrik Santrali konumundaki voltaj değişimleri, diyelim ki +%10 ila +%15 aralığından çok daha yüksektir.
Daha geniş bir voltaj değişim aralığına sahip olmak için özel olarak tasarlanmış, büyük boyutlu bir makineye ihtiyaç duyulur. Bu durum, hem maliyet hem de üretim süresi açısından dezavantajlıdır. Bu nedenle, standart tasarımdaki bir makineyi kullanarak ve örneğin trafo musluklarını değiştirerek voltaj değişimlerine uyum sağlamak daha pratik ve ekonomik bir çözüm olabilir.
Jeneratör Hızı
Jeneratörlerin elektriksel çıkış frekansını belirleyen en önemli parametrelerden biri, rotorunun dönme hızıdır. Standart elektrik şebekelerinde kullanılan 50 Hz frekansını elde etmek için jeneratörler genellikle 1500 devir/dakika gibi belirli devirlerde çalıştırılır. Ancak, hidroelektrik santraller gibi bazı uygulamalarda, türbinlerin doğal devir sayısı bu standart değerlerden farklı olabilir.
Bu durumda, devir uyumsuzluğu olarak adlandırılan bir durum ortaya çıkar. Jeneratörün doğru çalışabilmesi için türbinin devir sayısının jeneratörün nominal devir sayısına eşitlenmesi gerekmektedir. Bu amaçla, türbin ile jeneratör arasına devir artırıcı olarak adlandırılan mekanik bir aktarım sistemi yerleştirilir. Bu sistem genellikle dişli çarkları veya kayışlı kasnakları içerir.
Dişli çarkları ve kayışlı kasnaklar, farklı çaplardaki dişliler veya kasnaklar sayesinde, düşük devirli bir milin (türbin mili) yüksek devirli bir mile (jeneratör mili) bağlanmasına olanak tanır. Bu sayede, türbinin düşük devir sayısı, jeneratörün çalışması için gerekli olan yüksek devir sayısına yükseltilir.
Devir artırıcı sistemlerin seçimi; türbinin gücü, devir sayısı, jeneratörün tipi, istenen verim ve maliyet gibi faktörlere bağlı olarak yapılır. Dişli çarkları genellikle yüksek güç aktarımı ve uzun ömür için tercih edilirken, kayışlı kasnaklar daha esnek ve daha sessiz bir çözüm sunar.
Devir uyumsuzluğunun giderilmesinde dikkat edilmesi gereken noktalar:
Verim: Devir artırıcı sistem, mekanik kayıplara neden olacağından, sistemin genel verimini düşürebilir. Bu nedenle, verimli bir devir artırıcı sistem seçimi önemlidir.
Gürültü: Özellikle yüksek devirlerde çalışan dişli çarkları, önemli miktarda gürültüye neden olabilir. Bu nedenle, gürültü seviyesi düşük olan sistemler tercih edilmelidir.
Bakım: Devir artırıcı sistemler düzenli bakım gerektirir. Yağlama, diş kontrolü gibi işlemler periyodik olarak yapılmalıdır.
Titreşim: Devir artırıcı sistem, sistemde titreşimlere neden olabilir. Bu nedenle, sistemin dengelenmesi ve titreşim sönümleyicilerinin kullanılması gerekebilir.
Jeneratörün herhangi bir bileşeninden 1,0 metre uzaklıkta ölçüldüğünde jeneratörün gürültü seviyesi 90 dB'yi geçmemelidir.
Sonuç olarak, türbinin devir sayısı ile jeneratörün devir sayısı arasındaki uyumsuzluk, devir artırıcı sistemler sayesinde giderilir. Bu sayede, jeneratörün doğru çalışması sağlanır ve elektrik enerjisi üretilir.
Doküman: | Detailed electrical design of small hydropower plant (from turbine, generator to the transformer) by Alternate Hydro Energy Centre; Indian Institute Of Technology, Roorkee |
Format: | |
Boyut: | 8.0 MB |
Sayfa: | 162 |
Download: |
Comentarios