Kompanzasyon Hesabı Nasıl Yapılır?

Kompanzasyon, elektrik yüklerinin endüktif ve kapasitif özelliklerinden dolayı oluşan reaktif gücün azaltılarak, yükü besleyen şebeke elektriğinin akım ve gerilimi arasındaki faz farkının azaltılmasını amaçlayan elektriksel regülasyon yöntemidir.

Faz farkı açısının (Ф) kosinüs değeri (cos Ф) güç faktörünü (pf-power factor) verir.

Endüktif yükler akımı depolarken kapasitif yükler gerilimi depolar.

Şekil-1’de görüldüğü gibi kapasitif yüklerde akım fazı gerilim fazından ilerideyken, endüktif yüklerde ise akım fazı gerilim fazından geridedir.

Şekil-1 Kapasitif ve Endüktif yüklerin akım ve gerilim sinyalleri

Endüktif ve kapasitif yüklerin empedansları ve fazör gösterimleri şu şekildedir;

Kaynaktan uygulanan gerilim ve akım sinüsoidal ise zamana bağlı fonksiyonları, akım-gerilim faz farkı ve buna bağlı güç faktörü hesabı şöyledir;

Akım ve gerilim arasındaki faz farkı, görünür gücün (S) ve eş değer empedansın (Z) faz açısına eşittir.

Örnek olarak Şekil-2’deki tek fazlı rezistif ve endüktif yükten oluşan devrenin güç faktörünün geride 0.99 olması için yapılması gereken kompanzasyon hesaplamaları aşağıdaki gibidir;

Şekil-2 Kompanzasyon örneği

Şekil-3 Güç faktörüne göre görünür gücün elde edilmesi

Görüldüğü gibi kompanzasyon yapılmadan önce faz açısı farkı 39,80°’dır.

Bu durumda güç faktörü ise cos39,80=0.8 olmaktadır. Ayrıca akım sinyalinin faz açısından da görüldüğü gibi akım fazı gerilim fazından geridedir. Şekil-3 üzerinden faz açılarına göre güç değerleri incelenebilir.

Güç faktörünün 0.99 yapılması için gerekli faz açısı arccos0.99=8,1 derece olduğundan dolayı devreye kapasitif yük ilavesi gerekmektedir.

Gerçek güç olan P referans alınarak olması gereken yeni reaktif güç değeri şöyledir;

olarak bulunur.

Kompanzasyon yapılmış durumdaki son görünür güç ve ana koldaki akım incelenirse;

Ana koldaki akım genliği, kompanzasyondan önceki duruma göre yaklaşık 2A daha az ve akım faz açısı gerilime göre 8,1 derece geride olmaktadır.

Akım fazının gerilimden geride olmasından dolayı devrenin endüktiflik özelliği hala baskındır.

Tek fazlı veya 3 fazlı Y ya da Δ bağlı yüklerin istenilen güç faktörü değerine kompanzasyonunun yapılması için reaktif güç kontrol röleleri kullanılır.

3 fazlı sistemlerde daha küçük boyutlarda kapasitör kullanılması ve yalıtım sorunlarının daha az olması için genellikle üçgen bağlı kapasitör grupları kullanılır.

Güç faktörü değerine göre otomatik olarak kademeli bir şekilde kondansatör grupları devreye alınır veya çıkarılır.

Kondansatörler ilk kademeye girdikleri anda şarj olurken yüksek akım çekerler. Eğer aşırı akım çekilirse sistemde salınımlara sebep olur. Bu sebeple kompanzasyon için ihtiyaç olan reaktif güç kademeli olarak sisteme bağlanmalıdır.

Reaktif güç kontrol rölelerinin kondansatör grupları belirlenirken güç değerine göre farklı oranlar seçilebilir.

Bunlar, 1-1-1-…-1 her kademe birbirine eşit, 1-2-2-…-2 ilk kademenin 2 katı olan diğer kademeler, 1-2-4,..,4 gibi ya da birbirine bağlı gruplamayla kademeler ayarlanır.

Tablo-1’de kompanzasyon için gerekli olan 87.5 kVAR’lık reaktif güç ihtiyacı ihtiyacının 7 adet 12.5 kVAR kapasitör ile her kademe birbirine eşit olarak sırayla devreye alınarak 7 kademede veya 12.5, 25 ve 50 kVAR’lık 1-2-4 kat tipindeki kapasitörler kullanılarak 3 kademeyle karşılanabilmektedir.

Tablo-1 87.5 kVAR reaktif güç için kondansatör kademe seçimi(1:Aktif, 0:Pasif)

Kompanzasyon hesaplamaları yapılırken bazı hazır tablolar kullanılabilir veya hesaplama yapılarak istenilen değerler bulunabilir.

Kompanzasyon yapılacak sistemin ilk güç faktörü cosФ1 ve ulaşılmak istenen güç faktörü cosФ2 ise gerekli olan reaktif güç Qc(kVAR)=P(kW) x (tan-tanФ2)=P x k olarak ifade edilebilir.

Tablo-2 Güç faktörü değerlerinin k değerleri (k= tanФ1-tanФ2)

Örneklendirilirse, ilk güç faktörü 0.7 olan bir sistemin 0.95 güç faktörüne çıkarılabilmesi için Tablo-2’den k değerinin 0.692 olduğu belirlenir. Bu değer kompanzasyon yapılan sistemin aktif gücü ile çarpıldığında gerekli kapasite değeri ortaya çıkacaktır. Ardından kademelendirme yapılarak kompanzasyon tamamlanır.