Güç Kalitesi Problemleri ve Çözüm Yöntemleri · 3 Güç Kalitesi Nedir ? Elektrik enerjisinin...

www.aktif.net 1

Cihan ŞENEL Güç Kalitesi Departmanı

Ürün Mühendisi

Ver.1 Rev.2

Haziran 2015

Güç Kalitesi Problemleri ve Çözüm Yöntemleri

KOMPANZASYON & HARMONİKLER

www.aktif.net 2

Sunum İçeriği

Güç Kalitesi Nedir?

Güç Kalitesi İle İlgili Standartlar Nelerdir ?

Türkiye’de Güç Kalitesi ve Yaptırımlar ?

Harmonikler • Tanımlar

• Harmonik Kaynakları

• Harmoniklerden Kaynaklanan Arızalar

Aktif Filtreler • Çalışma Mantığı

Uygulama Örnekleri


www.aktif.net 3

Güç Kalitesi Nedir ?

Elektrik enerjisinin üretiminden tüketimine kadar olan tüm evrelerde, varlığının ve sürekliliğinin uluslar arası standartlarca belirlenen değerlere uygunluğunun sağlanmasıdır.

Gerilim ve Akım tamamen dengeliyse, dalga şekli saf sinüs formunda ise ve frekans anma değerlerini koruyorsa tüketici için elektrik enerjisi kalitesi mükemmeldir.

Güç kalitesi genellikle yükün karakteristiğinden, veya doğal ve dış etkenlerden ötürü; gerilim genliğinin değişmesi, darbeler içermesi, dengesizlik içermesi, kesintiye uğraması, dalga şeklinin sinüs formundan uzaklaşması ve frekans değişiklikleri nedeniyle bozulabilir.

Güç kalitesi problemleri tüketici odaklı bir sorun olmasına rağmen çözümü üretici, iletici, dağıtıcı ve tüketici kısmında yapılacak çalışmalar ile çözülebilir.

www.aktif.net 4

Güç Kalitesi İle İlgili Standartlar Nelerdir ?

• TS EN 50160 – Genel Elektrik Şebekeleri Tarafından Sağlanan Elektriğin Gerilim Karakteristikleri

• IEEE 519-2014 – Elektrik Güç Sistemlerinde Harmonik Kontrol Önerileri ve Uygulama Örnekleri

• IEC 61000-4-30 – Deneyler ve ölçme teknikleri - Güç kalitesini ölçme metotları

www.aktif.net 5

Türkiye’de Güç Kalitesi ve Yaptırımlar

EPDK - Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu 03.01.2013 tarihinde Elektrik İletim Sistemi Arz Güvenilirliği ve Kalitesi Yönetmeliğine göre güç kalitesi standartları ile ilgili düzenlemede reaktif güç ve harmonik bozulumla alakalı limitler açıkça belirtilmiştir.

0

20

40

60

80

100

Aktif Güç Tüketimi (kWh) / Reaktif Güç Tüketimi (kWh)

Aktif Tüketim

Endüktif ReaktifTüketim

Kapasitif ReaktifTüketim

www.aktif.net 6

Harmonikler


Elektrik sistemlerinde enerjinin üretilmesi ve dağıtılması sırasında akım ve gerilimin 50 Hz temel frekansta sinüsoidal dalga şeklinde olması idealdir. Ancak gelişen güç elektroniği teknolojisi ile işletmelerdeki tristör ve IGBT gibi yüksek frekanslarda tetikleme yapabilen tüm yükler elektriksel çalışma karakteristiklerinden dolayı çeşitli frekans seviyelerinde harmonik adı verdiğimiz akımların oluşmasına neden olur.

www.aktif.net 7

Başlıca harmonik kaynakları;

Harmonikler

Güç Elektroniği içeren tüm cihazlar • Doğrultucular

• Eviriciler

• Çeviriciler

• KGK’lar

• Bilgisayarlar

• Yazıcılar

• Kompakt floresan lambalar

Doyuma giden transformatörler

Ark ocakları, kaynak makinaları


www.aktif.net 8

Harmonikler

Elektromekanik cihazlarda ve kablolarda ısınmalar,

Makinalarda mekanik titreşimler,

Ateşleme devrelerinde anormal çalışma,

CAD/CAM terminallerinde hafızalarında silinmeler,

Elektronik kart arızaları,

Güç kondansatörlerinde güç kayıpları, delinmeler ve patlamalar,

kompanzasyon sigortalarında atmalar, Kesici ve şalterlerde açmalar,

Röle sinyallerinin bozulması ve anormal çalışması,

Enerji kayıpları’ dır.

Harmoniklerden Kaynaklanan Arızalar


www.aktif.net 9

Harmonik analizi ve uluslararası kurallar

• Fourier analizi

Bozulmuş dalga şekli Temel bileşen (H1)

H1+H5 H1+H5+H7

www.aktif.net 10

Harmonik analizi ve uluslararası kurallar

Harmonik gösterimi

0%

5%

10%

15%

20%

25%

5 7 11 13 17 19 23 25

Zaman domeni Frekans domeni

Güç şebekesi için, temel frekans 50 Hz olup, 150 Hz, 250 Hz gibi katları ise harmoniklerdir. (3rd ve 5th harmonik)

• Tek harmonikler (5th, 7th…..) • Çift harmonikler (2nd , 4th ….) • 3 ve 3’ün katı harmonikler (3rd, 9th , 15th ..)

www.aktif.net 11

Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD)

Temel bileşene göre harmoniklerin bağıl miktarı

( e% ile ifade edilir)

THD(U): anlamlı

THD(I): ??? Referans nedir ???

1

2k

2k

C

C

THD

www.aktif.net 12

Harmonikler


IEEE 519 – 2014 Akım Harmoniği Limit Değerleri (120V – 69 kV)

www.aktif.net 13

Harmonikler


IEEE 519 – 2014 Gerilim Harmoniği Limit Değerleri

www.aktif.net 14

Değişken Hız Sürücü örneği

Waveform event at 22/11/01 10:25:43.533

CHA Volts CHB Volts CHC Volts CHA Amps CHB Amps CHC Amps

Vol

tsA

mps

10:25:43.72 10:25:43.73 10:25:43.74 10:25:43.75 10:25:43.76 10:25:43.77 10:25:43.78

-750

-500

-250

0

250

500

750

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

Gerilim: THDV = 12% Akım: THDI = 27%

ŞEBEKE GERİLİMİ ve HAT AKIMI DALGA ŞEKLİ

www.aktif.net 15

Peak 100% 133% 168% 204% RMS 100% 105% 108% 110% THD 0% 33% 38.6% 44%

100% H1 +33% H3 +20% H5 ...+4% H25

AG tesislerde güç kalitesi

Pik ve RMS bozulma

www.aktif.net 16

• Anlamsız/nedensiz kesici açması

– RMS artması ile Termik

– Pik artması ile Manyetik

• Sigorta açması

Harmonik kaynaklı problemler

www.aktif.net 17


Cihazlarda aşırı ısınma

– Harmonik bozulma RMS artması Kayıplar # R . I2

RMS = R . I12 + R . Ih

2

Kayıplar nedeniyle ekstra ısınma

www.aktif.net 18

• Harmonik kaynaklı aşırı ısınma bazen elektriksel elemanlarda yanmaya yol açar!


www.aktif.net 19

Motor problemleri

– Demir ve bakır kısımlarda ilave kayıplar (RMS artışı & deri etkisi)

– Motor şaftında zorlanma (negatif sequence harmonikler)


www.aktif.net 20

Elektronik hassas cihazlarda hasarlar

Elektronik haberleşme arayüzlerinde arızalar


www.aktif.net 21

• Nötr hattı akım artışı (zero-sequence harmonikler yüzünden)

• …


www.aktif.net 22

Harmonik kaynaklı problemler Kondansatör problemleri

Frekansın artması ile empedans azalır! Rezonans problemleri ortaya çıkabilir!

Frekans

ZC # 1/f & =

Kondansatör aşırı yüklenir

www.aktif.net 23

• Frekansın artmasıyla beraber empedansı azalan kondansatörler, yüksek frekanslara sahip harmonik akımlarının hedefi olurlar. Önlem alınmazsa, kondansatörler ciddi hasar alabilir!


Kondansatör problemleri

www.aktif.net 24

AG tesislerde güç kalitesi

Aşırı ısınma (RMS akım artışı):

Nötr hattını aşırı yükler

Motor, trafo ve kabloları aşırı yükler

Hassas elektronik ekipmana zarar verir (referans noktası kayması)

Dalga şekli bozulması (crest factor, CF):

Kesicilerde anlamsız / nedensiz açma

Sıfır geçiş arızaları

Frekans etkisi (Yüksek frekans):

Kondansatör arızası

Deri etkisi

vs.…

Harmoniklerden kaynaklı problemler - özet

www.aktif.net 25

Harmonikler

•Harmonik akımlarına dayanıklı sargı ve nüveye sahip özel trafolar, K faktörlü trafolar gibi.. Marjlı Trafo seçimi

•Harmonikli yükler için kirli bara uygulaması Harmonikli yükleri izole etme

•Tuned LC rezonans devreleri ile belirli harmonikleri süzme Pasif filtreler

•Faz kaydırma trafoları ile bazı harmonikleri elimine etme Faz kaydırma

•IGBT teknolojili cihazlar neredeyse sıfır harmonik yayar!

Yüksek teknolojili cihazlar

•Her harmonik akımının ters fazındaki harmoniği üretip şebekeye basarak harmonikleri yok etme Aktif filtreler

Harmonik problemlerinin çözümü

www.aktif.net 26

Aktif Filtreler Temel çalışma prensibi

www.aktif.net 27

Aktif Filtreler Örnek 1 – endüksiyon ısıtma uygulaması

T1

2 MVA

6%

400 V

T2

2 MVA

6%

400 V

T3

2 MVA

6%

400 V

91.2 MVA

20 kV

PQFA

296 kVA

(428 A)

Drives

945 kVA

(1364 A)

700 kvar

7%

(1010 A)

400 kvar

7%

(577 A)

400 kvar

7%

(577 A)

Drives

315 kVA

(455 A)

Drives

315 kVA

(455 A)

3200/5

15 VA To T1

Problem: Yüksek frekanslı bileşenler üretim sisteminde sorunlar yaratıyor Harmonikler kompanzasyon sisteminde arızalara yol açıyor

www.aktif.net 28


-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Time [ms]

Lin

e c

urr

en

t [A

]

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Time [ms]

Lin

e c

urr

en

t [A

]

Başlangıç hat akımı

Yüksek frekanslı bileşenler

Filtrelenmiş hat akımı

Mükemmel sinüs dalgası

Çözüm: ABB aktif filtre

www.aktif.net 29


Başlangıç hat akımı Filtrelenmiş hat akımı

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Frequency [Harmonics]

Cu

rren

t d

isto

rtio

n [

%]

Çok yüksek frekanslarda da

etkili!

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Frequency [Harmonics]

Cu

rren

t d

isto

rtio

n [

%]

Çözüm: ABB aktif filtre

www.aktif.net 30

Aktif Filtreler Örnek 2 – sürücülü pompa uygulaması



Vol

tsA

mps

10:25:43.72 10:25:43.73 10:25:43.74 10:25:43.75 10:25:43.76 10:25:43.77 10:25:43.78

-750

-500

-250

0

250

500

750

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000


SÜRÜCÜLÜ POMPA GERİLİM&AKIM DALGA ŞEKİLLERİ

www.aktif.net 31

Aktif Filtreler Örnek 2 – sürücülü pompa uygulaması



Vol

tsA

mps

10:41:55.72 10:41:55.73 10:41:55.74 10:41:55.75 10:41:55.76 10:41:55.77 10:41:55.78

-750

-500

-250

0

250

500

750

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000


FİLTRELENMİŞ GERİLİM&AKIM DALGA ŞEKİLLERİ

www.aktif.net 32

Aktif Filtreler Örnek 3 – yük dengeleme fonksiyonu

www.aktif.net 33

Aktif Filtreler Uygulama alanları

Vinç - Liman

Petrol

Sargı

Kağıt

Su arıtma

Kayak tesisi

Denizcilik Santifrüj Telekom

Petrokimya Kompresör

Otel, banka, data center

Baskı tesisi

www.aktif.net 34

Değerli Vaktinizi Ayırdığınız İçin Teşekkürler.

Cihan ŞENEL Elektrik Mühendisi

[email protected]


Güç Kalitesi Problemleri ve Çözüm Yöntemleri · 3 Güç Kalitesi Nedir ? Elektrik enerjisinin...

Documents

Transcript of Güç Kalitesi Problemleri ve Çözüm Yöntemleri · 3 Güç Kalitesi Nedir ? Elektrik enerjisinin...