OG&YG Seri Kapasitör Banklar ve Uygulamaları

Seri Kapasitörler Nerede / Nasıl kullanılır?

Kayseri Kapasitör Trafo Merkezi

Seri kapasitörler devreye seri olarak bağlanırlar ve bu nedenle de iletim hattı akımının tamamını taşırlar. Aslında Seri kapasitörler, bir iletim hattına bağlandığında seri olarak negatif bir reaktanstır.

Kapasitörler boyunca voltaj yükselmesi, devre akımının bir fonksiyonudur ve voltaj regülatörü gibi davranır kapasitörler. Seri kapasitör boyunca negatif gerilim düşüşü indüktif reaktanstan kaynaklı gerilim düşmesine karşı koyar.

Bu tür etkiler Radyal Şebekelerde (elektrik hatlarının yalnız bir noktadan beslendiği şebekelerde) voltaj düşüşünü ve titremeyi azaltmak için çok önemli ve değerlidir.

Kapasitör Banklar

Bağlantı hatlarına, Seri Kompanzasyon uygulanırsa, bu hatların güç aktarım özelliği önemli ölçüde artar.

Seri kapasitörlerin güç dağıtım sistemlerinde kullanımının yanı sıra, yükün doğal olarak dalgalandığı birçok uygulamada da kullanılabilirler.

Bu uygulamalar arasında direnç kaynakları, ark fırınları, testere değirmenleri, haddehaneler, kırıcılar, çekiş uygulamaları, indüksiyon jeneratör uygulamaları, rüzgar türbinleri ve ark kaynakları bulunur.

Güç kalitesini artırmak için 6 adet OG & YG Seri Kapasitör Uygulaması

Bu uygulamalardan bazıları aşağıda detaylı olarak açıklanmaktadır:

1. Dağıtım Sistemleri

2. Ark Ocağı Güç Kaynağı

3. İndüksiyon Jeneratör Uygulamaları

4. Çekiş Uygulamaları

5. Fiderler Arası Yük Paylaşımının Kontrolü

6. İndüksiyon Isıtıcıları

1| Dağıtım Sistemlerinde Seri Kapasitörler

Bir motor çalıştırılması esnasında, düşük güç faktörü ile büyük bir akım çeker ve fider boyunca anlık bir voltaj düşüşüne neden olur. Voltaj düşüşü ani olur ve motor nominal hıza ulaşana kadar birkaç saniye geçer. Motorun çalışmasından kaynaklanan voltajın dalgalanması ve titreşmesi bazı durumlarda sakıncalıdır. Böyle bir sorun büyük motorlarda, kaynak ekipmanlarında, fırınlarda ve diğer değişken yüklerde ortaya çıkabilir. Voltaj dalgalanması ve titreşim probleminin geleneksel çözümleri; besleme fiderini yeniden iletken hale getirmek, sistem gerilimini yükseltmek, yeni bir besleyici fider sağlamak, yeni bir trafo merkezi kurmak veya yüke başka dengeleme ekipmanlarını eklemektir. Seri kapasitör, titreşim sorunu için uygun bir çözümdür.

!!! Motor başlangıç akımının 50 Hz bileşeni için, seri kapasitörün kapasitif reaktansı, besleyici fiderin indüktif reaktansını etkisiz kılar. Bu nedenle, seri kapasitör yük tarafındaki titreşim seviyesini önemli ölçüde azaltır. Etki anlıktır ve kendi kendini regüle eder.

Daha iyi sonuç almak için Seri Kapasitör konumunun dikkatlice seçilmesi gerekir. Ayrıca, aşırı kompansasyonu önlemek için seri kapasitörün reaktansı, kaynağın toplam reaktansından daha küçük olmalıdır. Böyle bir sistemin tek hat şeması, Şekil 1'de, blok diyagramı ile birlikte gösterilmiştir.

Şekil-1: Titreşim azaltma tekniğini analiz etmek için bir tek hat şeması

• Z1 = Trafo, Fider ve Seri Kapasitörün Empedansı,

• Z2 = Fider ve Motor Çalıştırma Empedansı.

Böyle bir titreşim azaltma yaklaşımı, bir yardımcı dağıtım sistemi için de uygulanabilir. Hesaplanan titreşim değeri, Şekil 2'de bulunan kabul edilebilir titreşim seviyeleri ile karşılaştırılabilir.

Şekil-2: Titreşim Eğrisi

2| Ark Ocağı Güç Kaynağında Seri Kapasitör

Seri Kapasitöre sahip bir ark ocağı kurulumunun tek hat şeması Şekil 3'te gösterilmektedir. Sistem, 30 MVA'lık bir trafo ile beslenen bir ark ocağından oluşmaktadır. Seri kapasitörler bir H konfigürasyonunda bağlanırlar ve Spark Gapler (Kıvılcım Aralıkları) ile birlikte bir bypass devre kesicisinden oluşan bir şönt bypass düzenlemesi ile korunurlar. Bu koruma sisteminin arkasındaki çalışma prensibi, Spark Gapler boyunca voltaj önceden belirlenen güvenli değeri aştığında Spark Gap'in tetiklenerek ani çalışmasını içerir. Böylece seri kapasitör gerilimleri kabul edilebilir değerlerde tutulur. Eritme işlemi sırasında ark ocağında gereken akım dalgalanırken, seri kapasitörler, akım akışını yumuşatmanın bir yolunu ortaya koymuş olur.

Şekil-3: Seri kapasitörlü ark ocağı için güç kaynağının tek hat şeması

3| İndüksiyon Jeneratör Uygulamalarında Seri Kapasitörler

İndüksiyon makinesi çok basit ve sağlam bir cihazdır. Bir motor olarak çalıştığında, çok iyi performans gösterir ve bir jeneratör olarak da çalıştığında ise, uyartım olmaması nedeniyle sınırlamalar söz konusudur. Uyartım gereklilikleri şönt kapasitörlerle sağlanabilir, ancak kendi kendine uyarılması kapasitör ekipmanının boyutunu sınırlar. Ayrıca, daha iyi performans için kapasitörün değiştirilmesi gerekir. Şönt kapasitör ve seri kapasitör kombinasyonunun, kendi kendine uyartım ve kendi kendini düzenleme (regülasyon) sağladığı düşünülmektedir. Ana taşıyıcı dizel motor, su türbini veya rüzgar türbini olabilir. Bağımsız bir jeneratörün voltaj regülasyonu, seri kapasitörler kullanılarak elde edilebilir. Böyle bir kombinasyonun tek hat şeması aşağıdaki Şekil 4'te gösterilmektedir.

Şekil-4: Şönt ve seri kapasitörlü indüksiyon jeneratörü

4| Çekiş Uygulamalarında Seri Kapasitör

Çekiş sistemlerinde, tünel, köprü vb. varlığından dolayı sistemin besleme gerilimleri sınırlıdır. Genel bir kural olarak, 25 kV sistem gerilimi için 20 kilometrelik bir hat ve 50 kV sistem gerilimleri için de 40 kilometrelik bir hat kabul edilebilir. Trafo merkezleri arasındaki mesafe kısa ise ve trenin yükü fazlaysa, voltaj düşüşü lokomotifin performansını sınırlar. Uzun mesafeli hatlarda fazla yükleme yapıldığında, performans tekrar voltaj düşüşü ile sınırlandırılır. Voltaj düşüşüne karşılık bazı uygulanabilir çözümler; daha fazla trafo merkezi, düşük empedanslı katener sistemi (trenlerin işletilebilmesi için gerekli olan enerjinin trafo merkezlerinden değişik taşıma düzenekleri ile taşındığı havai hat sistemidir), şönt kapasitörleri, seri kapasitörleri veya daha yüksek katener sistem voltajı eklemek olabilir. Kömür madenciliği endüstrisinde ise, gerilimi uzak uçta tutmak için şönt ve seri kapasitör kompanzasyonu uygulanabilir. Örneğin; Seri kapasitörler, Black Mesa ve Lake Powell Demiryollarında 50 kV sistem geriliminde kullanılmıştır. Bu kömür taşımacılığında, iki tren, tren başına üç adet 6000 hp güce sahip lokomotiflerle işletilmiştir. Katener Sistemi, hiçbir orta trafo merkezi bulunmadan 78 mil boyunca radyal olarak tek bir noktadan beslendi.

Şekil-5: Şönt ve Seri Kapasitör Kompanzasyonlu Çekiş Gücü Sistemi

36 MVA'lık yük, bir trafo merkezi tarafından 78 milden fazla tedarik etmek için çok büyüktür. Hattı kompanze etmek için kullanılan şönt ve seri kapasitörlerin şeması Şekil 5'de gösterilmektedir. Şönt kapasitörlü filtre bankı, trafo merkezinden 42 mil uzaklıkta kuruludur. Harmonik filtreler 3. ve 5. harmoniklere ayarlanmıştır. Seri kapasitörler, 21 Ω ve 6.5 Ω 'dur ve trafo merkezinde ve 42 mil uzaklıktaki lokasyona monte edilmiştir ve Sistem 1980'lerin başında kurulmuştur.

5| Fiderler Arası Yük Paylaşımının Kontrolü

Paralel çalışan bir ikinci devre tarafından güçlendirilecek bir havai iletim hattını veya dağıtım hattını düşünün. İkinci devre farklı empedans değerine sahip ve farklı mesafelerde ise, o zaman bir yükün paylaşım sorunu olabilir. Bu kavram Şekil 6'da gösterilmektedir. Bu devre düzenlemesinde, devre empedansları farklıdır ve bu nedenle yük paylaşımı farklı olacaktır. Her iki hat boyunca eşit yük akımı sağlamak için, daha yüksek empedanslı daha uzun hatlarda bir Seri Kapasitör Bank kullanılabilir (Şekil 6b). ÖRNEK PROBLEM; Aşağıdaki Şekil 6'da gösterildiği gibi X ve Y arasında 11 kV, 50 Hz, üç fazlı dağıtım hattını düşünün. 1. Hattın reaktansı 4Ω/faz ve ikinci hattın reaktansı da 6Ω/fazdır.

Şekil-6: İki hat arasındaki yük paylaşımı: (a) seri kapasitörsüz; (b) seri kapasitörlü

Y istasyonunda verilen yük 5.000 kVA'dır. Her hat boyunca akımı hesaplayınız?. Her fiderde eşit yük akımını sağlamak için, 2. hattın ortasına bir seri kapasitör bankı önerilmiştir. Seri kapasitörün reaktansını hesaplayınız? Direncin etkisini ihmal ediniz ve her iki devredeki iletkenlerin aynı olduğunu varsayanız. ÇÖZÜM:

• 1 numaralı hattın reaktansı = 4Ω/faz

• 2 numaralı hattın reaktansı = 6Ω/faz

• Toplam yük akımı (5.000 kVA / 1.732 x 11 kV) = 262 A/faz

• Hat 1'den geçen akım (262x 6/10) = 157.2 A/faz

• Hat 2'deki akım ise (262x4/10) = 104,8 A/faz

Her iki hat iletkeni aynı olduğundan, eşit bir akım dağılımı beklenir. İletkenler arasında eşit akım dağılımını sağlamak için, Şekil 6b'de gösterildiği gibi bir seri kapasitör önerilmiştir. Hat 1'de beklenen akım, Hat 2'nin akımına eşittir ve 131 Amperdir.

• Hat 2'nin yeni reaktansı = 4 Ω/fazdır

• Seri kapasitör bank reaktansı ise (6 - 4) Ω = 2 Ω/fazdır

6| İndüksiyon Isıtıcılarında Kapasitörler

İndüksiyon ısıtıcıları demir veya demir dışı malzemeleri ısıtmak için tasarlanmıştır. İndüksiyon ısıtıcısı için bir güç kaynağının tipik bir tek hat şeması Şekil 7'de gösterilmektedir.

Gereken yüksek frekans voltajını üretmek için bir motor jeneratör seti kullanılabilir. İndüksiyon bobini, bir seri kondansatör ile sağlanabilir. İndüksiyon fırınının güç faktörü her zaman düşüktür ve şönt kapasitörleri kullanılarak iyileştirilebilir.

Seri Kapasitör, voltaj regülasyonunu iyileştirmek için kullanılır. İndüksiyonla ısıtma için yüksek voltajlı bir kapasitörde tipik bir voltaj aralığı, 2.5-6 kV aralığında tek faz veya üç fazdır. Isıtıcı değerleri de 1,5–4 MW güç değerleri aralığındadır.

Şekil-7: Seri kapasitör aracılığıyla ayarlanmış bir motor jeneratöründen beslenen bir indüksiyon ısıtıcısı

Sonuç olarak...

Radyal sistemdeki seri kapasitörler, dağıtım sistemlerindeki voltaj profilini iyileştirmek için kullanılır. Sayısal örnekler, güç aktarımının nasıl arttığını ve titreşim sorununun nasıl kontrol edilebileceğini göstermektedir. Ark ocağı, indüksiyon jeneratörü ve çekiş sistemi performansının iyileştirilmesi gibi seri kapasitörlü uygulamalar da, genel olarak güç kalitesinin nasıl verimli bir şekilde arttırılabileceğinin mükemmel bir örneğidir. KAYNAK: Power System Capacitors by Ramasamy Natarajan

Ayrıca Makaleyi Linkedin sayfam üzerinden de okuyabilirsiniz...