Gelecekte enerji kıtlığı söylentileri, fosil yakıtların tükenmesi, enerji maliyetlerinin artması gibi nedenler, dünyayı elektrik enerjisini daha verimli kullanmaya doğru sürüklemektedir. Elektriğin verimli kullanımı durumunda maliyetler ciddi ölçüde azalmaktadır. Bu çözümlerin başında reaktif güç kompanzasyonu gelmektedir.

Kompanzasyon Nedir?

Elektrik sistemlerinde enerji tüketen tüm cihazların çalışabilmesi için yalnızca aktif güce değil, aynı zamanda reaktif enerjiye de ihtiyaç duyulur. Reaktif güç, özellikle endüktif yüklerin oluşturduğu manyetik veya elektrik alan ihtiyacını karşılamak amacıyla şebekeden çekilen ancak işe dönüşmeyen bir enerji türüdür. Bu tür enerjinin şebekeye olan etkilerini minimize etmek ve akım ile gerilim arasındaki faz kaymasını en aza indirerek güç faktörünü iyileştirmek için uygulanan yönteme ise kompanzasyon adı verilir.

Alternatif Akımda Güç Üçgeni ve Reaktif Güç Kavramı

Reaktif güç ve kompanzasyon kavramını teknik olarak anlayabilmek için öncelikle alternatif akımın doğasını bilmek gerekir. Alternatif akım, zamana bağlı olarak yön ve genlik değiştirir ve enerji iletiminde en yaygın kullanılan akım türüdür. Santrallerde üretilen elektrik enerjisi, uzun mesafelere iletim kolaylığı ve düşük kayıp avantajı nedeniyle alternatif akım formunda nakil hatlarına aktarılır.

Alternatif akım devrelerinde üç tip güç vardır. Bunlar aktif güç (W), reaktif güç (VAr) ve görünür güçtür (VA). Alternatif akım devrelerinde akım ve gerilim arasındaki faz farkı sıfır ise bu aktif güçtür, “P” ile gösterilir ve birimi Watt’dır. Genelde direnç devrelerinde faz farkı olmaz. Eğer devrede reaktans da varsa, direnç olsa veya olmasa bile akım ile gerilim arasında bir faz farkı olur. Bu faz farkından kaynaklı vektörel olarak gücün sinüs eksenindeki kısmı ise reaktif güçtür, “Q” ile gösterilir ve birimi VA’dır. Bir alternatif akım devresinde, kaynak gerilimi ile toplam devre akımının etkin değerlerinin çarpımına (UxI) görünür güç denir ve “S” ile gösterilir. Birimi VA’dır. Bu değer, devrenin toplam gücünü ifade eder.

Alternatif akımda güç formülleri aşağıdaki gibidir.

Monofaze devrelerde;

S = U x I

P = U x I x cosα

Q = U x I x sinα

Trifaze devrelerde;

S =  x U x I

P =  x U x I x cosα

Q =  x U x I x sinα

Burada S görünür gücü, P aktif gücü, Q ise reaktif gücü simgelerken, U faz-faz gerilimini, I ise akımı simgeler. “α” ise akım ile gerilim arasındaki faz açısını göstermektedir.

Elektrik motorları, transformatörler, aydınlatma için kullanılan floresan lamba gibi yükler, kendi çalışma prensipleri gereği manyetik alan oluşturabilmek için reaktif güce ihtiyaç duyarlar. Bu tür yükler, şebekeden yüksek derecede reaktif güç çekerse, enerji iletim hatlarında, kablolarda, diğer iletim ve dağıtım elemanlarında gereksiz elektriksel kayıplar meydana gelir. İşte bu reaktif güç değerini düşürmek için reaktif güç kompanzasyonu yapılır.  En basit haliyle reaktif güç kompanzasyonu, akım ile gerilim arasındaki faz farkının en ideal olabilecek açıya getirilerek, devreyi olumsuz etkileyen reaktif güçlerin sıfıra yaklaştırılması olayıdır. Yani güç faktörü “cosϕ” düzeltilir. Böylece devrenin gereksiz yere fazla yüklenmesine sebep olarak kayıpları artıran reaktif güç, olabildiğince minimum seviyede tutulmaya çalışılır.

Kompanzasyon Hesabı için Tıklayınız.

Kompanzasyon Nasıl Yapılır?

Endüktif karakterdeki bir elektrik sisteminin güç faktörünü iyileştirmek amacıyla yapılan kompanzasyon uygulamalarında, hedeflenen temel unsur görünür gücün (S) ve buna bağlı olarak güç açısının (α) azaltılmasıdır. Güç açısının daralması, güç üçgeninin alanının küçülmesi anlamına gelir. Bu küçülme yalnızca reaktif güç bileşeninin (Q) azaltılması ile sağlanabilir; çünkü aktif güç (P) sistemin gerçekleştirdiği gerçek işi temsil eder ve tüketici yüklerine bağlıdır, dolayısıyla kompanzasyonla değiştirilemez. Elektriksel yüklerin çoğunluğu endüktif olduğundan dolayı sistemde pozitif yönde reaktif güç oluşur. Bu reaktif yükü dengelemek için devreye negatif reaktif güç karakteri taşıyan kapasitif elemanlar dahil edilir. Bu işlem, endüktif yüklerin bulunduğu noktalara kondansatörlerin paralel bağlanmasıyla gerçekleştirilir. Paralel bağlı kondansatörler, sistemin ihtiyacı olan reaktif enerjiyi doğrudan sağlayarak bu enerjinin şebekeden çekilmesini önler. Böylece hem toplam reaktif güç azalır hem de görünür güç bileşeninin büyüklüğü küçülür. Sonuç olarak, iletim hatlarındaki akım seviyesi düşer, hat kayıpları azalır ve sistem genelinde daha verimli bir enerji dağıtımı sağlanmış olur.

İki iletken plakanın arasına yalıtkan bir malzeme yerleştirildiğinde oluşan yapı kondansatör (veya kapasitör) olarak adlandırılır. Elektronik devrelerde “capacitor” terimi kullanılsa da, enerji sistemlerinde aynı yapı “kondansatör” olarak ifade edilir. UPS sistemleri, LED aydınlatmalar ve modern elektronik yükler kapasitif karakteristik gösterir, yani şebekeden kapasitif reaktif güç çekerler. Kapasitif yük ihtiyacının bilinçli olarak karşılanması gerektiğinde devreye kondansatör grupları entegre edilir.

Kompanzasyon, reaktif güç dengesizliğini ortadan kaldırmak amacıyla kullanılan temel enerji yönetimi uygulamasıdır. Şebekeye kondansatör veya reaktör bağlayarak, sistemdeki toplam reaktif gücün istenilen sınırlar içinde tutulması sağlanır. Böylece güç faktörü düzeltilir, iletim hatlarındaki kayıplar azaltılır ve gerilim kararlılığı artırılır.

Kompanzasyonun Avantajları Nelerdir?

Şebekede reaktif güç kompanzasyonu yapılarak maksimum düzeyde aktif güce ulaşılır. Görünür güç (kVA) sabit kalırken, reaktif güç azalır (kVAr), dolayısıyla aktif güç (kW) artar. Burada yararlı güç aktif güçtür. Reaktif güç ne kadar azalırsa trafoların güç kapasitelerinin verimli kullanımı da o kadar artar.  Aynı zamanda kumanda ve koruma elemanlarının kapasiteleri ve kablo kesitleri daha da küçülür. Böylece işletmeler daha az maliyetle daha verimli elektrik enerjisi kullanımına sahip olmaktadır. Kompanzasyonun diğer bir avantajı da tüketicinin enerji kalitesini yükselmesidir.

Reaktif Güç Kompanzasyonunda Hangi Elemanlar Kullanılır?

Elektrik enerjisi santrallerde üretilip son kullanıcıya kadar taşınırken, devrede ekstra kayıplara sebep olmaktadır. Bu yüzden reaktif enerjinin, üretimin yapıldığı yerde değil, enerji tüketiminin yapıldığı yerde reaktif güç kompanzasyonunu yapmak daha uygundur. Hem yüksek gerilimde, hem orta gerilimde hem de alçak gerilimde kompanzasyon yapılabilir. Bunun için kondansatörler (literatürde kapasitör olarak da geçebilir) kullanılır. Kompanzasyon bazen de aşırı uyartımlı senkron motorlar ile de yapılabilir ancak bu sistem daha maliyetlidir. Dolayısıyla hem daha az maliyetli hem de daha az akımla çalışabilen kondansatörler kompanzasyonda daha optimize bir çözümdür.

İşletmenin yük profiline göre kompanzasyon sisteminde kullanılacak ekipmanlar da farklılık gösterir. Sistemin beyni olarak görev yapan ve diğer cihazların çalışmasını kontrol eden reaktif güç kontrol röleleri kullanılır. Bunun yanında kompanzasyon kontaktörleri ve statik kontaktörler, reaktörler, harmonik filtreler, indüktif yük sürücüleri gibi ürünler ihtiyaç duyulan adette kullanılarak kompanzasyon panoları oluşturulur.

Reaktif güç kompanzasyonu, elektrik sistemlerinde enerji verimliliğini artırmak ve endüktif kapasitif ceza gibi cezaları önlemek amacıyla yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu alanda kompanzasyon panoları, özellikle statik kompanzasyon, dinamik kompanzasyon, ve merkezi kompanzasyon gibi çeşitleriyle dikkat çeker. Harmonik filtreli kompanzasyon ve şönt reaktörlü kompanzasyon sistemleri, endüstriyel tesislerde enerji kalitesini artırırken, reaktörlü kompanzasyon çözümleri de tercih edilmektedir. Ayrıca, svg kompanzasyon ve statik var kompanzasyon teknolojileri, modern enerji sistemlerinde sıkça kullanılmaktadır. Kompanzasyon fiyatları, sistemin türüne ve kapsamına göre değişiklik göstermekte olup, kompanze pano fiyatları ve kompanzasyon pano fiyatları projelerin bütçesi açısından önemlidir. OG kompanzasyon, GES kompanzasyon gibi ileri düzey çözümler, özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre sistemlerde kullanılmaktadır. Siemens reaktif güç kontrol rölesi gibi teknolojik ürünler, elektrik kompanzasyon sistemlerinin performansını optimize ederken, kompanzasyon market üzerinden bu ürünlere kolayca ulaşılabilir. Doğru bir kompanzasyon sistemi seçimi, enerji verimliliği sağlayarak işletmelerin maliyetlerini azaltır.