View
18
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
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
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
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
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
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
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
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
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
IEEE 519 – 2014 Akım Harmoniği Limit Değerleri (120V – 69 kV)
www.aktif.net 13
Harmonikler
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
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
Harmonik kaynaklı problemler
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!
Harmonik kaynaklı problemler
www.aktif.net 19
Motor problemleri
– Demir ve bakır kısımlarda ilave kayıplar (RMS artışı & deri etkisi)
– Motor şaftında zorlanma (negatif sequence harmonikler)
Harmonik kaynaklı problemler
www.aktif.net 20
Elektronik hassas cihazlarda hasarlar
Elektronik haberleşme arayüzlerinde arızalar
Harmonik kaynaklı problemler
www.aktif.net 21
• Nötr hattı akım artışı (zero-sequence harmonikler yüzünden)
• …
Harmonik kaynaklı problemler
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!
Harmonik kaynaklı problemler
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
Aktif Filtreler Örnek 1 – endüksiyon ısıtma uygulaması
-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
Aktif Filtreler Örnek 1 – endüksiyon ısıtma uygulaması
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
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%
SÜRÜCÜLÜ POMPA GERİLİM&AKIM DALGA ŞEKİLLERİ
www.aktif.net 31
Aktif Filtreler Örnek 2 – sürücülü pompa uygulaması
Waveform event at 22/11/01 10:41:55.533
CHA Volts CHB Volts CHC Volts CHA Amps CHB Amps CHC Amps
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
Gerilim: THDV = 2% Akım: THDI = 3%
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
cihan.senel@aktif.net
KOMPANZASYON & HARMONİKLER
Recommended