Elektrik tesisat analizleri, sistemde yer alan tüm parçaların uyum içerisinde, arızasız çalışması ve en çok da insan sağlığı adına önemlidir. Gerekli gücün, yük merkezlerine belirli akım ve gerilim seviyelerinde sorunsuz ulaştırılması tesisatın tasarımını yapan mühendisin öncelikli amacıdır. En iyi tasarımı yapabilmek için nelere dikkat edilmelidir?
1.1 Gerçek Güç Diyagramı
Elektrik devrelerinde güç diyagramını incelediğimizde üç ana güç türü karşımıza çıkar.
► Toplam aktif güç P (W), devredeki her cihazın tükettiği aktif gücün aritmetik toplamıdır.
► Toplam reaktif güç Q (VAR), devredeki her cihazın tükettiği reaktif gücün cebirsel toplamıdır.
► Görünür güç S (VA) ise aktif, reaktif ve varsa bozunum güçlerinin karelerinin toplamının kareköküne eşittir. (Harmonik güç “D”)
S= √ (P² + Q²)
Harmonik etkisini formüle eklersek formül şu hali alır:
S= √ (P² + Q² + D²)
Şekil 1: Harmonik gücü güç diyagramında gösterimi
1.2 Kosinüs Faktörü
(φ) “fi” açısı devredeki akım ile gerilim arasındaki faz farkı açısına eşittir. Cosφ (Kosinüs fi) ise ideal şartlarda güç faktörü olarak tanımlanırken, aktif gücün görünür güce oranı olarak ifade edilir. Ancak bu ifade harmonik (bozunum) gücünün yani harmoniklerin yok sayıldığı durumlar için geçerlidir.
Son 30-40 yıldır elektrik tesisatı tasarımlarında harmonik (bozunum) güç yok sayılmayacak derecede önem kazandı. Elektronik cihazların kullanımı arttıkça harmoniklerin de etkileri artmaya başladı. Günümüzde ise gelişmiş filtre sistemleri ile harmonik etkileri çok aza indirgense de tamamen ortadan kaldırılamıyor.Üst bölümde görünür güç formülünde belirttiğimiz gibi; görünür güç, aktif, reaktif ve harmonik (bozunumu) güce bağlıdır. Dolayısıyla, güç faktörü temelde kosinüs fi’ ye eşit değildir.
Harmoniklerin etkisini göz önünde bulundurarak kosinüs fi ile güç faktörünün aynı katsayı olmadığını unutulmamalıdır.
Şekil 2: φ (fi) açısının gösterimi
1.3. Harmoniklerin Başlangıcı
Elektrik devrelerine lineer dalga formuna sahip olmayan cihazların bağlanması ile devredeki akım ve gerilim dalgaları bozulmaya başlar. Buna bağlı olarak hat ve tesisat kalitesi azalır ki bu hiç istenmeyen bir durumdur.
Şekil 3: Temel frekans ve harmonik dalgaları
1.3.1. Harmonik Nedir ?
Elektriksel yükler çektiği akımlara ve dalga şekillerine göre lineer ve nonlineer yükler olarak ikiye ayrılmaktadır. Lineer yüklerde; yükle yükün üzerinden geçen akım arasında doğrusal bir ilişki vardır. Nonlineer yükler de ise bu ilişki düzensiz yapıdadır. Örneğin; nonlineer elemanlar sinüsodial bir gerilime maruz bırakıldığında sinüsodial olmayan akım çeken bir yapıya sahiptir. Nonlineer yükler tarafından çekilen akım temel frekansın tam katlarında frekansa sahip akımları da içermektedir. Temel frekansa göre yüksek frekansta kabul edilen bu akımlar ’’Harmonik’’ olarak adlandırılmaktadır.
1.3.3. Harmonik Üreten Cihazlar
Günlük hayatımızda kullandığımız çoğu cihaz, farklı katlarda akım harmonikleri üretir. Harmonik üreten cihazları şu şekilde sıralayabiliriz:
► Doğrultucu köprüler ve statik çeviriciler içeren cihazlar (ups, ayarlanabilir hız sürücüleri vb.)
► Aydınlatmada kullanılan floresan lambalar
► Ağır endüstride kullanılan ark ocakları
► Reaktörler
► Motor ve jeneratör gibi döner cihazlar
Şekil 5: Sinüs dalgasının bozulması
1.3.4. Harmoniklerin Etkileri
Elektrik tesisat larındaki harmoniklerin varlığı birçok olumsuz sonuca neden olur. Genelde akım harmoniklerinin etkisiyle meydana gelen sorunlar sisteminden tamamen kullanılmaz hale gelmesine yol açabilir.
Temelde harmoniklerin etkilerini kısa zamanlı ve uzun zaman zamanlı olarak ayrılır. Kısa zamanlı etkiler;
► Koruma cihazlarının yanlış tetikleme yapmalarına,
► Sistemdeki kapasitörlerin zarar görmelerine,
► Tork azalmasına,
► Vibrasyonlara sebep olur.
Uzun süreli etkiler ise akım harmoniklerinin sistemdeki parçalar üzerinde fazla ısınmaya sebep olmasından kaynaklanır. Fazla ısınma, performans düşüklüğü ve ileriki aşamalarda ark veya yangın oluşumuna sebep olabilir.
Uzun zamanlı etkilere;
► Motor ve transformatörlerdeki bakır ve metal kayıpları (yüksek harmonikler yüzünden maruz kalınan yüksek frekans çekirdek kayıplarını artırır.)
► Kablo ısınmaları
► İletken yapılardaki fazla ısınma sonucu meydana gelen dielektrik kayıpları örnek gösterilebilir.
1.4. Harmonik (Bozunum) Gücü (D)
Harmonik (bozunum) gücü genelde görünen güç formülünde yer almaz. Ancak harmonikler işin içine girdiğinde mutlaka hesaba katılmalıdır.
Bozunum gücü hesaplanırken, sistemdeki gerilim ve harmoniklerin meydana getirdiği akımın rms değeri kullanılır.
1.5. Reaktif Güç Kompanzasyonu
Tesisata bağlanacak cihazlar aktif gücün yanında reaktif güç (genellikle indüktif güç) tüketirler. Tüketilen reaktif güç elektrik sisteminin güç kalitesini azaltır. Bu da fiziksel olarak gerilim düşümlerine, ısı kayıplarının artışına sebep olur. Tesisatın tasarımı yapılırken, olası reaktif güç tüketimi hesaplanarak yeterli kapasitede reaktif güç kompanzasyon panosu veya sistemi kurulmalıdır.
Şekil 6: Kompanzasyon panosu
Maxwell olarak işletmelerin yaşayan birer yapı olduğuna inanıyor ve gelecekte karşılalabileceğiniz durumlara karşı tedbir alarak taahhüt işlerini üstleniyoruz.