Yrd. Doç. Dr. Vehbi BÖLAT
TUNÇMATÄ°K A.Åž. (www.tuncmatik.com)Elektrik santrallerinde üretilen elektrik enerjisi tüketiciye ulaÅŸtığında genellikle üretildiÄŸi kalitede olmaz. 

Elektrik enerjisinin kalitesini belirleyen kriterler; üretilen AC (Alternating Current) gerilimin dalga ÅŸekli, etkin deÄŸeri, frekansı ve üç fazlı sistemler için faz gerilimleri arasındaki faz açısı dengesidir. Ä°deal ÅŸekilde üretilen AC gerilimin dalga ÅŸekli saf sinüzoidal, etkin gerilim ve frekans deÄŸerleri ise sırasıyla 220V (faz-nötr)/380V (faz-arası) ve 50Hz dir. Üç fazlı gerilim sistemlerinde her bir faz gerilimi arasındaki faz açısı 120° (elektriksel) dir.Yüksek genliklere çıkarılıp uzak mesafelere taşınan ve dağıtım noktalarında düşürücü transformatörlerle gerilim seviyeleri düşürülen bu gerilim, iletimi ve dağıtımı sırasında çevresel faktörler ve/veya aynı güç dağıtım sisteminden beslenen diÄŸer elektrik güç tüketicilerinin kullandığı motor, transformatör, reaktif güç kompanzasyon sistemleri ve güç elektroniÄŸi uygulamaları (akü ÅŸarj üniteleri, UPS’ler, motor hız kontrol cihazları vs.) nedeniyle bozulmaya uÄŸrar. Gerilim dalga ÅŸeklindeki bozulma (voltage distortion), doÄŸrudan iÅŸletmelerin kullandığı elektrik enerjisinin kalitesindeki sapmayı belirler. Ãœretime yönelik kullanılan hassas ve pahallı elektronik cihazlar bu gerilim dalga ÅŸeklindeki bozulmanın ÅŸiddetine baÄŸlı olarak ya tümüyle kullanılamaz hale gelir, ya da kendilerinden beklenen çalışma performansını gerçekleÅŸtiremez. Arızalanan veya devre dışı kalan hassas cihazlar nedeniyle üretim kesintiye uÄŸrar.ÖrneÄŸin, güç kalitesini belirleyen unsurlardan biri olan elektrik güç harmonikleri ile ilgili Amerikan standardı IEEE-519, elektrik enerjisinin kalitesinde hem üreticilere, hem de tüketicilere sorumluluk yükleyen tavsiyelerde bulunmaktadır. Elektrik enerjisini üreten kurum/kuruluÅŸ distorsiyonu (dalga ÅŸeklindeki bozulma) düşük gerilim üretmekten, elektrik enerjisini kullanan tüketici ise beslendiÄŸi güç sisteminden düşük distorsiyonlu akım çekmekten sorumludur. Standardın tavsiye ettiÄŸi sınır deÄŸerleri tüketicilerin baÄŸlı olduÄŸu noktanın (beslendiÄŸi güç barasının) kısa devre akım kapasitesi ve bu noktadan çekilen yük akım deÄŸeri belirler.IEEE 1159 IEEE Recommended Practice for the Transfer of Power Quality Data güç kalitesi problemlerini aÅŸağıdaki ÅŸekilde sınıflandırmıştır:
• Geçici ve hızlı deÄŸiÅŸimler (Transients)
• RMS gerilim deÄŸiÅŸimleri (RMS variations) - sags, swell ve kesintiler (interruptions)
• Kısa süreli deÄŸiÅŸimler (Short-duration variations)
• Uzun süreli deÄŸiÅŸimler (Long-duration variations)
• Sürekli devam eden deÄŸiÅŸimler (Sustained variations)
• Dalga ÅŸekli bozulmaları (Waveform distortions)
• DC offset
• Harmonikler (Harmonics)
• Interharmonics
• Gerilim çentikleri (Notching)
• Gerilim dalgalanmaları (Voltage fluctuations)
• Güç frekansı deÄŸiÅŸimleri (Power frequency variations)

Bu güç kalitesi problemleri aşağıda kısaca açıklanmıştır:
1- Geçici ve hızlı değişimler (Transients)
Gerilim veya akım darbesi (impulsive transient): Süresi kısa ve tek yönlüdür. Yaygın nedenleri yıldırım, endüktif yüklerin anahtarlanmasıdır. Pozitif ve negatif yönde olabilir.
Salınımlı gerilim veya akım darbesi (oscillatory transient): Süresi kısa ve çift yönlüdür. Yaygın nedenleri güç faktörü düzeltme kondansatörlerinin anahtarlanması, transformatör ferrorezonansıdır.
Gerilim ve/veya akımda oluÅŸacak bu iki tipteki hızlı deÄŸiÅŸim anlık olarak oluÅŸur ve tespit edilmeleri güçtür. 1 msn’den daha kısa sürerler ve ancak kayıt cihazları ile kaydedilebilirler. Sistem kilitlenmelerine, veri kayıplarına ve motor hız kontrol cihazlarının beklenmedik ÅŸekilde devre dışı kalmalarına neden olurlar. Cihazlara kalıcı zarar verebilirler. MOV ve zener diyot benzeri elemanlar kullanılarak önlenebilirler. Tipik deÄŸiÅŸimleri aÅŸağıda sunulmuÅŸtur.

2- RMS gerilim deÄŸiÅŸimleri (RMS variations)
Gerilim düşümü (voltage sag/dip): 0.5 periyottan 1dk. ya kadar süren ve etkin (rms) gerilim düşümü, nominal gerilim deÄŸerinin %10-%90’ı arasında kalan olan olaydır. ÖrneÄŸin 220V’luk sistemimizde gerilim deÄŸerinin 10msn ile 1dk. arası süreyle 198V-22V arasında kalması sag türü gerilim düşümü probleminin yaÅŸandığı anlamına gelir. Yaygın nedenleri yüksek yol alma akımı çeken güçlü motorların devreye girmesi, asansörler, kompresörler ve ÅŸebeke hatalarıdır.Gerilim yükselmesi (voltage swell/surge): Gerilim düşümünün tersidir. 0.5 periyottan 1dk. ya kadar süren ve etkin (rms) gerilim yükselmesi nominal gerilim deÄŸerinin %110-%180’i arasında kalan olaydır. Büyük üretim tesislerinde sıklıkla oluÅŸurlar. Yaygın nedenleri büyük güçlü yüklerin devreden çıkarılması, güç istasyonlarında yanlış kademe seçimi ve ÅŸebeke hatalarıdır.Kesinti (interruption): Gerilim deÄŸerinin 60sn’den daha kısa süreyle nominal deÄŸerin %10’unun altına inmesidir. Geçici kesinti olarak tanımlanan bu olayın dışında 60sn. den uzun süren ve gerilim etkin deÄŸerinin 0V olduÄŸu kesintiler uzun süreli kesintilerdir (Blackout) ve temel nedenleri devre kesicilerin açması, ÅŸebeke hatalarıdır.

Uzun süren yüksek gerilimler (overvoltage) ve düşük gerilimler (undervoltage) swell ve sag’lara göre daha uzun sürelidir (1dk. dan uzun) ve bilgisayar belleklerinde veri kaybı, veri hatası, hassas cihazların devre dışı kalması gibi problemlere neden olabilirler. Saatlerce veya günlerce sürebilen düşük gerilimler Brownout olarak adlandırılır ve yetersiz kapasiteye sahip güç kaynaklarına olan aşırı elektrik güç talebi bu olayların en önemli oluÅŸum nedenlerinden biridir.

3- Gerilim çentiği (voltage notch)
Gerilim dalga ÅŸeklinde gözlenen periyodik kısa süreli düşümlerdir. Yaygın nedeni DC ve AC motor sürücülerinde, Kesintisiz Güç Kaynakları’nda (UPS) yer alan, akım komütasyonu yapan doÄŸrultucu devreleridir. 6 darbeli bir doÄŸrultucu beslendiÄŸi ÅŸebeke gerilim dalga ÅŸeklinde bir periyotta 6 adet gerilim çentiÄŸi oluÅŸturur. Gerilim çentiklerinin süre ve derinliklerinin artması aynı gerilim kaynağından beslenen diÄŸer yüklerde sorun yaratabilir.

4- Gerilim dalgalanmaları (voltage fluctuations/flicker)
Gerilim etkin deÄŸerinin 3-5Hz frekansla ±%10 deÄŸiÅŸmesidir. DiÄŸer bir deyiÅŸle gerilim dalgalanmasını oluÅŸturan kaynak var olduÄŸu sürece gerilimin etkin deÄŸeri sabit kalmaz, düşük frekansla sürekli deÄŸiÅŸir. Yaygın nedenleri bir güç elektroniÄŸi uygulaması olan cycloconverter’lar, ark fırınları ve ÅŸebeke frekansına senkron olmayan akımlar çeken diÄŸer yüklerdir. Kullanılan cihazlarda performans sorunu yaÅŸanmaması için beslendiÄŸi AC gerilimin deÄŸiÅŸim aralığı ±%5’te sınırlandırılmalıdır.

5- Gerilim dengesizliÄŸi (voltage imbalance/unbalance)
Üç faz gerilim genliklerinin birbirine eşit olmaması, birinin diğerine göre max. sapması durumudur. Yaygın nedeni faz iletkenlerinden farklı değerde akımlar çeken yüklerin neden olduğu dengesiz yük akımları ve kondansatör gruplarında yaşanan anormalliklerdir. 3 fazlı AC motorların dengesiz gerilimler ile beslenmesi moment ve ısınma ile ilgili problemleri doğurur. Nominal değerden olan sapma miktarı % cinsinden verilir.

6- DC Offset
AC güç sisteminde DC gerilim veya DC akım bileşenin yer alması durumudur. Dengesiz çalışan güç konvertörleri veya yarım dalga doğrultucular nedeniyle oluşur ve güç transformatörlerini doymaya götürebilir.

7- Harmonikler (Harmonics)
Gerilim veya akım dalga ÅŸeklinin saf sinüzoidal halden sapması durumudur. Harmonikler güç frekansının (örn. 50Hz) tam katları (100Hz, 150Hz, 200Hz gibi) olabileceÄŸi gibi interharmonik ÅŸeklinde kesirli katları da (125Hz, 175Hz gibi) olabilir. Harmonik içeren dalga ÅŸekli de periyodiktir ve temel bileÅŸen olan 50Hz’lik bileÅŸen dışında kalan tüm harmonik bileÅŸenler elektrik sisteminde artan güç kayıplarına, gerilim düşümlerine ve elektrik sisteminin verimli kullanılamamasına neden olur. Yok edilmesi veya zayıflatılması düşünülen harmoniklere ayar edilmiÅŸ harmonik filtrelerin kullanılmasıyla harmoniklerin elektrik sisteminde ve yükler üzerindeki zararlı etkileri azaltılabilir. AÅŸağıda içinde harmonik akım bileÅŸenlerinin yer aldığı, üç fazlı tristör kontrollu bir doÄŸrultucunun kaynaktan çektiÄŸi akım dalga ÅŸekli verilmiÅŸtir.

Güç kalitesi problemlerinin en sık karşılaşılan doÄŸal nedenleri yıldırım, güç iletimini kesintiye uÄŸratan kuÅŸ ve aÄŸaçlardır. Bakım ve onarım nedeniyle elektrik üreticisi/satıcısı kuruluÅŸ tarafından elektrik hatlarının devre dışı bırakılması ve yeniden devreye alınması esnasında da bahsi geçen güç kalitesi problemleri ortaya çıkabilir. Bununla beraber bu problemleri oluÅŸturan en yaygın nedenler iÅŸletmelerde kullanılan güç ekipmanları ve cihazlarıdır. DiÄŸer bir deyiÅŸle iÅŸletme kullandığı elektrik enerjisinin kalitesini bizzat kendisi de bozabilir. Gerilim dalga ÅŸekli bozulmuÅŸ bir gerilimden beslenen bilgisayarın yeniden açılması (re-boot) veya kilitlenmesi iÅŸletmelerde sıklıkla karşılaşılabilecek sorunlardandır ve böyle bir durumda saklanmamış verilerin kaybolması kaçınılmazdır!Güç kalitesi ile ilgili problemleri en aza indirmenin deÄŸiÅŸik yolları vardır. Bu yöntemlerin her biri genellikle tek bir problemi önleyebilir. ÖrneÄŸin düşük güç faktörünü yükseltmek için güç faktörü kompanzasyon sistemleri; ÅŸebekeden çekilen harmonik akımlarının genliklerini azaltmak için pasif veya aktif harmonik filtreler; gerilim deÄŸiÅŸimlerini nominal deÄŸerlerde tutmak için gerilim regülatörleri kullanılır. Anılan bu yöntemler genellikle sadece bir tek güç kalitesi probleminin çözümünde etkilidir. Hassas elektronik cihazları ÅŸebekede ortaya çıkabilecek güç kalitesi ile ilgili problemlerden izole etmek için Kesintisiz Güç Kaynakları’nın (KGK, UPS) kullanımı kaçınılmazdır. KGK’lar geliÅŸmiÅŸ kontrol ve güç elektroniÄŸi sistemlerini bünyelerinde barındıran güç koruma çözümleridir. Åžebeke gerilim dalga ÅŸeklinde ortaya çıkabilecek her türlü bozulmayı ortadan kaldıracak ÅŸekilde çift güç dönüşümü (double power conversion) gerçekleÅŸtirirler. Bir KGK öncelikle ÅŸebeke gerilimini giriÅŸ kısmında yer alan doÄŸrultucu aracılığıyla regüle edilmiÅŸ DC (Direct Current) gerilime dönüştürür ve bünyesinde yer alan aküleri ÅŸarj altında tutar. Aynı zamanda çıkış kısmında yer alan evirici yardımıyla giriÅŸindeki DC gerilimi çıkışında AC (Alternating Current) gerilime dönüştürerek hassas kritik yükleri frekansı sabit, deÄŸeri ayarlanmış sabit bir gerilim ile besler. KGK’larda yükleri besleyen gerilim evirici tarafından ÅŸebekeye tam senkron olarak yeniden oluÅŸturulmaktadır. Günümüzde KGK’lar yaygın kullanım alanına sahiptir. ATM cihazları, baz istasyonları, askeri savunma sistemleri, tıp cihazları, endüstriyel otomasyon sistemleri, bilgisayarların kullanıldığı tüm uygulamalarda KGK sistemleri yer almaktadır. Destekleme süresinin ve KGK gücünün belirlediÄŸi aküler elektrik kesintileri sırasında kritik yüklerin ihtiyacı olan elektrik enerjisini saÄŸlamaya devam ederler.
Bu makalede işletmelerin üretimini ve elektrik sistemlerini olumsuz yönde etkileyen elektrik güç kalitesi problemlerine kısaca değinilmiş, kritik yükleri bu etkilerden izole etmek için KGK kullanımının önemi vurgulanmıştır
Makalenin hazırlanmasında Peter M. Curtis’in ‘’Maintaining Mission Critical Systems In A 24/7 Environment’’ adlı kitabından yararlanılmıştır.

Makalenin Yazarı Hakkında:
Yrd. Doç. Dr. Vehbi BÖLAT, güç elektroniÄŸi alanında 20 yıldan uzun süre çalışmış olup uzmanlık alanlarıyla ilgili danışmanlık, eÄŸitim ve ölçüm hizmetleri vermektedir; özel bir üniversitede öğretim üyeliÄŸi yapmaktadır. KGK satışı ve pazarlaması konusunda uzun yıllardır sektörde faaliyet gösteren Tunçmatik A.Åž. (www.tuncmatik.com) firmasında teknik danışmanlık hizmeti vermektedir. Uzmanlık alanları Güç ElektroniÄŸi, Elektrik Makinaları, Kesintisiz Güç Kaynakları, Fotovoltaik Sistemler, Motor Hız Kontrolu, Elektrik Güç Kalitesi ve Analizi’dir.

Tunçmatik Hakkında: Tunçmatik, baÅŸta kesintisiz güç kaynakları (KGK) olmak üzere geniÅŸ ürün yelpazesiyle Türkiye pazarında öncü ve pazar belirleyicisi 45 yıllık bir enerji çözümleri firmasıdır. Tunçmatik, 70’i aÅŸkın çalışanı, Türkiye’nin 7 coÄŸrafi bölgesinde ofisleri, yurt genelinde 58 teknik servis merkezi, 22 ülkeye yayılan ihracatı ile Türkiye’nin önde gelen köklü bir markasıdır. www.tuncmatik.com

Haberin Kaynağı : K2 İletişim Hizmetleri

29.01.2014