Güç Kavramı
Bildiğiniz gibi mühendislik biliminin belki de en önemli kavramı güç kavramıdır. Mühendislik bilimlerinde güç dediğimiz kavram çoğunlukla fiziksel/maddesel olgulardan ve kavramlardan ibaret olsa da iş elektrik mühendisliğine geldiğinde fiziksel/maddesel gücün yanında bir de elle dokunup tutamayacağımız, gözle göremeyeceğimiz bazı soyut güç kavramları da ortaya çıkmaktadır.
Tüm mühendislik bilimlerinde olduğu gibi evrende fiziksel olarak var olan yani belirli bir zaman diliminde fiziksel bir iş yapan yegâne güç “aktif güç” tür. Elektriksel anlamda aktif güç motorlarda mekanik güce, ısı tüketicilerinde termik güce ve aydınlatma tüketicilerinde aydınlatma gücüne dönüşerek fiziksel bir iş yapan güç olarak tanımlanmaktadır.
Peki, evrende fiziksel olan tek güç, aktif güç ise elektrikte sürekli bahsedilen “reaktif güç”, “görünür güç” gibi kavramlar nedir? Bu kavramların derinliklerine diğer yazılarımızda gireceğimiz için burada sadece kısaca bahsetmekle yetineceğiz.
Aktif Güç ve Reaktif Güç
Tüm elektrik tesisleri aslında şebekeden sadece “I” ile sembolize edilen bir akım çeker. Biz de her ay elektrik faturamıza baktığımızda aslında şebekeden çektiğimiz akımının miktarı kadar bir bedeli dağıtım firmasına ödemekle yükümlüyüz.
Fakat bir cümleyle anlattığımız bu olay gerçek anlamda bu kadar basit gerçekleşmemektedir. Şebekeden çektiğimiz akımın işletmemizdeki transformatör, motor gibi elemanları çalıştırabilmesi için belirli bileşenlere ihtiyacı vardır.
Bildiğiniz gibi transformatörler ve motorlar elektromanyetik prensiplere göre çalışan elektrik makineleridir. Bir motorun milinden mekanik bir güç elde edebilmek için öncelikle motorun içinde bir elektromanyetik alan oluşturulması gerekmektedir. Aynı şekilde bir transformatörün primer sargısına enerji verdiğimizde sekonder sargısından da enerji alınabilmesi için elektromanyetik gerekliliklerin sağlanmış olması gerekmektedir.
İşte bu elektromanyetik alanı oluşturan akım bizim dağıtım şebekesinden çektiğimiz “I” akımının bir bileşeni olan “reaktif akım”dır. Transformatör ve/veya motor gerekli elektriksel – mekanik gücü verebilmek adına “Ia” olarak isimlendirilen “aktif akım” ve “Ir” olarak isimlendirilen “reaktif akımı” kendi bünyesinde bulunduran bir “I” akımını şebekeden talep etmektedir. Bu akımların oluşturduğu güçlere de hepinizin bildiği gibi “aktif güç” ve “reaktif güç” isimlerini veriyoruz.
Aktif Akım ve Reaktif Akım
Elektrik enerjisi bugün büyük oranda alternatif akım enerjisi olarak üretilir ve dağıtılır. Aslında tüketiciler şebekeden sadece I gibi bir akım çekerler. Fakat hem fiziksel hem de matematiksel bakımdan kolaylık sağlamak amacıyla, tüketicilerin çektikleri alternatif akımın, teorik bakımdan biri aktif ve diğeri reaktif akım olmak üzere iki bileşenden oluştuğu kabul edilir.
Aktif akımın meydana getirdiği aktif güç, tüketici tarafından fiziksel hale getirilir; örneğin motorlarda mekanik güce, ısı tüketicilerinde de termik güce dönüşür.
Reaktif akım ise faydalı veya faydasız olarak nitelendirilmekten ziyade matematiksel işlem ve kavram kolaylığı olması açısından «soyut» bir büyüklük olarak ifade edilir. Bu akımın beraberinde getirmiş olduğu güç ise yine soyut bir güç olarak tanımlanır.
Reaktif güç, yalnızca alternatif akıma bağlı bir güç olup, elektrik tesislerine istenmeyen bir şekilde etki eder. Generatörleri, transformatörleri, iletim-dağıtım hatlarını gereksiz yere işgal eder ve yükler. Ayrıca bunların üzerinde ilave ısı kayıplarına ve gerilim düşümlerine yol açar.
İndüksiyon prensibine göre çalışan bütün makineler ve cihazlar, manyetik alanın meydana getirilmesi için bir mıknatıslanma akımı çekerler; işte bu mıknatıslanma akımı, reaktif akımdır. Reaktif akımın, endüktif veya kapasitif karakterde olması tamamen talep edilen akımın, gerilime göre geri veya ileri fazda olmasıyla alakalıdır.
Örneğin, mıknatıslanma akımı, endüktif karakterli bir akım olup gerilime göre geri fazdadır. Manyetik alanın oluşması esnasında şebekeden çekilir; alan ortadan kalkarken bu akım tekrar şebekeye iade edilir. Bu sebeple reaktif güç, akımın gerilime göre ileri veya geri yönlü olarak üretici ile tüketici arasında sürekli olarak belirli bir frekansta salınımı olarak tanımlanır.
Aktif akım ile gerilimin aynı fazda olmasına rağmen, çekilen toplam akımın endüktif bileşen içermesi durumunda I hat akımı, gerilimden φ açısı kadar geride kalır. Yandaki şekilde de gösterildiği gibi, faz gerilimi doğrultusundaki Ip akımı (veya P aktif gücü veya faz gerilimi) ile I hat akımı (veya S görünen gücü) arasındaki φ açısına faz açısı ve bunun kosinüsüne güç katsayısı veya güç faktörü denir.
Reaktif Ekipmanlar
Elektrik sistemlerinde kullanılan reaktif ekipmanları aşağıdaki gibi örneklendirebiliriz.
Kompanzasyon Nedir?
“Kompanzasyon” Latince kökenli bir kelime olup, Batı dillerinde kullanılmaktadır. Telafi etmek, gidermek anlamına gelmektedir. Kompanzasyon, endüktif yüklere, kondansatörlerin paralel olarak bağlanması ile cosφ değerinin arttırılmasına “faz açısı kompanzasyonu” ya da “cosφ düzeltmesi” denir. Bununla birlikte artık reaktif güç salınımı şebeke ve tüketici arasında değil, kompanzasyon sistemi ve tüketici arasında oluşmaktadır.
Güç faktörünü düzeltmezsek ne olur?
- Generatör ve transformatörler gereksiz yere yüklenir.
- İletim ve dağıtım hatları gereksiz yere işgal edilir ve tam kapasite kullanılamaz.
- Isı kayıplarına yol açar.
- Geri veya ileri yönlü gerilim düşümü yaratır.
- Kapasite kaybı yaratır.
Ayrıca hatların gereksiz işgali sebebiyle tüketicilerden reaktif bedel (ceza) ödemesi istenmektedir.
Tüketilen endüktif reaktif gücün, tüketilen aktif güce oranı %20’ yi aşarsa ya da tüketilen kapasitif reaktif gücün, tüketilen aktif güce oranı %15’ i aşarsa, tüketiciden reaktif tüketim bedeli (daha yaygın kullanılan ismiyle “reaktif ceza”) alınır. Bu nedenle tüketiciler reaktif tüketimlerini (aslında gerilim ile akım arasındaki faz açısını azaltamak) zorundadır.
Kompanzasyon Gücünün Belirlenmesi
S: Görünen güç
P: Aktif güç
Q: Reaktif güç
Qc: Kondansatör gücü, Qc=Q1-Q2
cosφ: Güç katsayısı
Kompanzasyondan önce ve sonraki aktif güç P sabit kabul edilirse, aşağıdaki matematiksel bağlantılar kullanılarak gerekli Qc kondansatör gücü hesaplanabilir.
olarak bulunur. Burada;
olarak tanımlanırsa formülümüz:
olarak ifade edilebilir. Sabit katsayı olan k cosφ cetvellerinden bulunabilir. Bu cetvellerden bir tanesini yazımızın sonunda bulabilirsiniz.
Kompanzasyonun Faydaları
Güç kat sayısının düzeltilmesi hem elektrik enerjisini üretenler hem de tüketenler için oldukça faydalıdır. Bu nedenle “kompanzasyon” sisteminin orta ve büyük boy işletmelerde, işletme sahibi tarafından yapılması zorunlu hâle getirilmiştir.
Kompanzasyon yapılan tesiste elde edilen avantajları şu şekilde sıralayabiliriz:
- Şebekeden çekilen reaktif enerji minimuma indirilir.
- Enerji miktarı düşeceğinden ödenecek ücret azalır.
- Kayıplar ve gerilim düşümü azalır.
- İletken kesitleri düşük seçilebilir.
- İletim ve dağıtım tesislerinin kapasite ve verimi yükselir.
- Transformatörlerin gücü daha düşük seçilebilir.
Kompanzasyonun Üretici Yönünden Faydaları
- İletkenler daha az akım taşıyacağından ince kesitte seçilir.
- Aynı iletim hattından daha fazla aktif enerji iletileceğinden üretim, iletim ve dağıtım tesislerinde kapasite – verim yükselir.
- Enerjinin üretim ve satış maliyeti azalır.
- Alternatör ve transformatörlerin gücü daha küçük tutulur.
- Dağıtım hatlarında kayıplar ve gerilim düşümü azalır.
Kompanzasyonun Tüketici Yönünden Faydaları
- İletkenler daha ince kesitte seçilir.
- Besleme transformatörü, kumanda, kontrol ve koruma elemanları daha küçük değerlerde seçilir.
- Besleme transformatörünün ve tesisin kapasitesi ile verimi yükselir.
- Kayıplar ve gerilim düşümü azalır.
- Şebekeden daha az reaktif enerji çekilir.
- Harcanan enerji azalacağından enerji ücreti de azalır.
Kompanzasyon Çeşitleri
Her tüketicinin müstakil kompanzasyonu olan münferit kompanzasyon, grup kompanzasyonu ve merkezi kompanzasyon olmak üzere üç çeşit kompanzasyon uygulaması vardır.
- Münferit Kompanzasyon
Münferit kompanzasyon, sürekli olarak işletmede bulunan büyük güçlü cihaz ya da abonelerin, reaktif enerji gereksinimini karşılamak için yapılır. Münferit kompanzasyonda temel mantık, sadece ve sadece belli cihazların devreye girdikleri zaman, kendi kompanzasyonlarını sağlamalarıdır.
- Grup Kompanzasyon
Grup kompanzasyon, bir tesiste birden fazla tüketicinin (su motoru, aydınlatma gibi) birlikte bulunduğu, ayrı ayrı münferit kompanze edilmek yerine, birlikte kompanzasyonunun sağlandığı yapıya denir.
Bu tür kompanzasyon tesis ya da panosunda, kondansatörlerin özel anahtarla ve gerekli miktarda şebekeye bağlanmaları gereklidir.
- Merkezi Kompanzasyon
Merkezi kopanzasyon, değişen yük koşullarına ayak uydurabilen, grup kompanzasyonun gelişmiş bir şeklidir.Bu tür kompanzasyonun yapıldığı tesis ya da panoda, tüketici sayısı çok olduğu ve bunların sürekli sistemde bulunmalarının imkansız olduğu durumlarda uygulanır.
Merkezi kompanzasyonda, sürekli kondansatör devrede olmayacağı için, yükün durumuna göre kompanzasyonun gerektirdiği şekilde devreye kondansatör alıp çıkarabilen, anahtarlamayı sağlayacak bir düzenek bulunur. İşte bu düzeneğin merkezini de “REAKTİF GÜÇ KONTROL RÖLESİ” oluşturmaktadır.
Tüketiciler kendi tesislerinin güç katsayısını;
- Endüktif tarafta à 0,98 ≤ cosφ ≤ 1
- Kapasitif tarafta à 0,99 ≤ cosφ ≤ 1
Arasında tutmak zorundadırlar.
Türkiye’nin ilk ve tek yapay zekâ destekli yazılımı Apollo IoT ile kompanzasyon takibi hiç olmadığı kadar kolay! Apollo ile elektrik faturalarının kontrolü, optimizasyonu ve tahminlemesini yapabilir, enerji tüketiminizin 365 derece takibini sağlayabilirsiniz!
Apollo platformuyla hiçbir altyapı kurulumu maliyeti olmadan enerjinizi yönetme imkânı sunuyoruz. Sistemden otomatik olarak veya modem yoluyla aldığımız verilerle, fatura kontrolünüzü yapıyoruz. Aynı zamanda enerji yönetiminizi de doğru planlamanıza destek oluyoruz. Düzenli yeniliklerle firma ihtiyacınıza yönelik çözümler üretip portalı güncelliyoruz. Ham madde maliyetlerinin takibini yapabiliyoruz ve enerji tüketiminizi azaltıyoruz. Böylece, sürdürülebilir geleceğe öncülük etmenize destek olmanın mutluluğunu yaşıyoruz. Enerji verimliliğinizi artırmak ve sürdürülebilir adımlar atmak için siz de Apollo’yu şimdi deneyin!
