Enerji, Şalt, Enerji Kalitesi, Pano, Trafo, Kablo, Motor, Kesintisiz Güç Kaynağı, Topraklama, Aydınlatma, Test-Ölçüm, Elektrik Proje-Taahhüt, Elektronik, dergi

DAĞITIM SİSTEMİNDE OG EGÜLATÖR KULLANIMI

Dünyamızda her geçen gün artan nüfusa ve gelişen sanayileşmeye bağlı olarak ihtiyaç duyulan elektrik enerjisi miktarı da artmaktadır. Bu enerji ihtiyacını karşılamak için her ne kadar çeşitli enerji üretim kaynakları ile yenilenebilir enerji kaynakları devreye alınıyor olsa da, üretilen enerjinin verimli bir şekilde kullanılması ve kayıpların azaltılması da elektrik enerjisinin ihtiyacı karşılaması adına ayrı bir önem arz etmektedir. Bu kapsamda üretimden tüketime kadar her kademede kayıpların azaltılması için yapılacak çalışmalar, sistemin sağlıklı bir şekilde işlemesi için oldukça önemli olduğu bilinmektedir.

Cem KIZILKAYA (cem_kizilkaya@hotmail.com) Doç. Dr. Bora ALBOYACI (alboyaci@kocaeli.edu.tr) Elektrik-Elektronik Mühendisi Kocaeli Üniversitesi Öğretim Üyesi

Dünyada elektrik enerjisinin kullanımına ilişkin genel kabul görmüş ortalama sistem maliyetleri göz önüne alındığında bu maliyetlerinin %50’si üretimde, %20’si iletimde ve %30’u ise enerjinin dağıtımında harcandığı bilinmektedir.[1] Bu maliyetlerin içerisinde işletme giderlerinin yanı sıra her safhada büyük kayıpların olduğu da bilinmektedir. Kayıplar incelendiğinde ise bu durum tersine dönmekte ve kayıpların büyük bir bölümü İletim ve Dağıtım sisteminde oluşmaktadır. Üretilen enerjinin iletim tesislerinde yaklaşık %3 civarında, dağıtım tesislerinde ise teknik kayıpların ve kayıp-kaçak oranının yüksek olmasından dolayı bu oran %13’ün civarında harcandığı bilinmektedir.

%6 gibi üretim kaybı da eklenerek bu oranlara bakıldığında toplam üretilen enerjinin yaklaşık %22’sinin kayıpları karşıladığı ve dolayısıyla büyük bir enerji kaynağının yok olduğu görülmektedir [2]. Sistemlerde kullanılan çoğu donanımın verimleri yüksek olsa dahi şebeke toplamında büyük miktarda kayıp güç ve gerilim düşümü oluşmaktadır. Malzeme kaynaklı kayıplar standartlarla belirlense de üretici firmaların müdahale edebileceği bir husustur. İşletmeci gözünden bakıldığında ise enerjinin kullanımına yönelik tedbirler oldukça önem arz etmektedir. Bu sebeple sistemin geneline baktığımızda özellikle dikkati çeken husus hat kayıplarıdır. Burada, her abonenin kapısına kadar elektrik ulaşımı sağlayan dağıtım sistemini mercek altına almak oldukça önemlidir. Çünkü dağıtım sistemini incelediğimizde en uzun mesafede hatlara sahip olmakla birlikte enerji iletimindeki kaybın büyük kısmının hatlarda oluştuğu bilinmektedir. Dağıtım sistemlerinde gerilim seviyesinin düşük ve akımın yüksek olmasından dolayı dağıtım hatlarında daha fazla kayıp meydana gelmektedir. Hat mesafeleri de eklendiğinde ortaya önemli derecede bir kayıp çıkmaktadır. Bir sistemin verimli olarak çalışması için temel gerekliliklerin başında kaliteli bir ürün girdisi geldiği bilinmektedir. Bunun benzeri elektrik enerjisi için de geçerlidir. Bu kapsamda öncelikle kaliteli bir enerji kullanarak sistemdeki kayıpların incelenmesine fırsat sağlanabilir. Bunun için öncelikle Elektrik enerjisinin Teknik Kalite parametrelerine ve yönetmeliklerin belirlediği kriterlere bakabiliriz.

ENERJİDE KALİTE

Elektrik enerjisinde kaliteyi, gerilim frekans ve faz açısı gibi değerleri koruyarak, dalga şeklinin bozulmaksızın, kesintisiz ve ekonomik bir şekilde son kullanıcıya kadar ulaşması olarak tanımlayabiliriz. Buradan görüyoruz ki elektrikte Teknik Kalite veya Güç Kalitesi olarak isimlendirdiğimiz tanımın çeşitli parametreleri bulunmaktadır. Sistemimizdeki bu parametreleri belirleyen ilgili standart TS-EN 50160 olup EPDK’nın yayımladığı hizmet kalitesi yönetmeliği ile gerekli çerçeve çizilerek aşağıdaki parametrelerin takibi ve raporlanması istenmektedir.

FREKANS

Genel tanımı olarak elektrik enerjisinde gerilimin saniye başına polarite değişimi olarak ifade edebiliriz. Bunun kontrolü Teiaş’ta (Türkiye Elektrik İletim AŞ) olup yük tevzi merkezleri tarafından üretim santrallerinde üretilen enerji ile şebekede tüketilen enerji miktarını dengeleyerek santrallerin ayarlandığı frekansının sabit kalmasını sağlarlar.

Elektrik piyasası şebeke yönetmeliğine göre Teiaş 50Hz şebeke frekansını 49.8Hz ila 50.2Hz arasında tutmak zorunda ve tüm enerji üreticileri buna uymak zorundadır.[3]

GERİLİM DEĞİŞİMLERİ

Bilindiği gibi; Kesintili periyotlar dışında, normal çalışma şartları altında AG için, ölçüm periyodu boyunca ölçülen gerilimin etkin değerlerinin 10’ar dakikalık ortalamalarının, en az %95’i nominal etkin gerilim değerinin en fazla ± %10’u kadar, tamamı ise nominal etkin gerilim değerinin en fazla + %10 – %15 aralığında değişmelidir.[4]

GERİLİM DENGESİZLİĞİ

Ölçüm periyodu boyunca ölçülen gerilim negatif bileşenin etkin değerlerinin 10’ar dakikalık ortalamalarının en az %95’inin pozitif bileşenlere oranı en fazla %2 olmalıdır. Tek fazlı veya iki fazlı yüklerin beslendiği noktalarda bu oran %3’e kadar çıkabilir.

HARMONİK GERİLİMLER

Normal çalışma şartlarında 1 haftalık ölçüm periyodu boyunca tüm harmonik gerilim değerlerinin 10’ar dakikalık ortalamalarının %95’i nin belirtilen tablodaki değerlere eşit veya daha az olmalıdır.

FLICKER

Gerilim sinyalindeki dalgalanmaları ifade eder ve 10’ar dakikalık ölçümlerdeki ∆V/V değişimleri kaydedilerek Kısa Dönem Fliker olarak isimlendirilir. 12 adet Pst Uzun Dönem Flikerdir

Güç kalitesine ait bu beş kalite parametresi TS EN 61000-4-30 standardına göre Class A sınıfı ölçü aletleri ile ölçülerek gerekli raporlaması yapılmaktadır. Genel olarak bahsedilen bu kalite parametrelerinden Gerilim değişimleri ve Gerilim dengesizliğinin özellikle enerji dağıtım hatlarında kayıpları önemlidir. Bu sebeple gerilim regülasyonu sağlıklı bir şebeke işletmeciliği için önem arz etmektedir.

GERİLİM REGÜLASYONU

Yaygın olarak günümüzde şebeke işletmecisi besleme gerilimini yönetmeliğin belirlediği %10 sınırlar içerisinde tutar. Gerilim OG seviyede şebekenin yüküne bağlı olarak bu aralıkta değişim gösterebilir. AG seviyede ise Trafo çıkış uçları ile Yapı bağlantı hattı arasında %5 gerilim düşümüne izin verilerek proje çizilmektedir. Bunun üzerine iç tesisatta da oluşacak % 1,5 ila %3 arasındaki gerilim düşümüne bakıldığında son kullanıcıya kadar % 10’e varan gerilim değişimi söz konusu olabilmektedir. İşte buradan hareketle gerilim değişimi ve dengesizliği sabit tutmak amacıyla yapılan işleme gerilim regülasyonu dendiğini biliyoruz. Bu noktada AG seviyede özel hassas makine sahibi kullanıcılar AG gerilim regülatörü kullanabilmekte ve bu tamamen kullanıcının kontrolünde olmaktadır. Günümüzde gelişen teknoloji ile aynı prensibi temel alarak geliştirilen ve dağıtım şebekesinde gerilim regülasyonu yapmayı hedefleyen OG Gerilim Regülatörleri de bulunmaktadır.

Booster Trafo olarak da isimlendirilen bu seri regülatörler, OG fiderleri üzerindeki gerilim regülasyonu yaparak daha verimli şebeke işletilmesine olanak sağlamaktadır. Henüz ülkemizde üretimi olmayan ve dünya çapında da belli başlı firmalar tarafından üretilen bu ürünleri aşağıdaki şekilde tanıtabiliriz.

OG GERİLİM REGÜLATÖRÜ

36KV Orta gerilim seviyesine kadar bağlanabilen bu ürünler tek fazlı olarak üretilmekte ve bağlı olduğu hatta seri bağlanarak uç noktada gerilim regülasyonu yapabilmektedir.

Prensip olarak, primerinden aldığı referans gerilime göre, hatta seri bağlı sekonderi ile gerilim ayarlaması yapacak şekilde tasarlanmıştır.

Üç adet regülatörün yıldız şeklinde bağlanması ile oluşturulan bağlantı şeklidir. En verimli şekilde 3 faz dengelemesi ve regülasyonu yapabilmektedir. ±%10 seviyesinde kademelendirme yapabilmektedir.

REGÜLATÖR SEÇİMİ

Öncelikle gerilim düşümü problemi yaşanan hattın en uygun yeri tespit edilir ve bu noktaya göre tesis edilecek bağlantı şekli belirlenir. Buna göre Açık-Kapalı Üçgen veya Yıldız bağlantı şekilleri ile 2 adet veya 3 adet ten oluşan set belirlenir. Buradaki önemli husus gerilim düşümünün miktarıdır. 2li sette %10 3lü sette %15 gerilim düşümü düzeltilmesi mümkündür.

Sonrasında regülatörden geçecek akım hesabı yapılır. Örneğin 34,5Kv seviyede 5Mv’lık bir yük besleniyorsa yaklaşık 83,7A akım akacağı için 36KV 100A lik ürün tesis etmek uygun olacaktır. Aşağıdaki tabloda seçim için standart değerler bulunmaktadır.

DAĞITIM SİSTEMİNDE KULLANIMI

OG Gerilim Regülatörleri şu anda sistemimizde deneme aşamasında olup arge kapsamında EPDK’nın desteğiyle pilot bölgelerde kullanılmaktadır. Bunlardan ilki Uedaş’ın sorumluluk bölgesindeki Çanakkale ilinde diğeri Çedaş sorumluluk sahasındaki Yozgat ilinde kullanılmaktadır. Bir diğeri de Toroslar edaş sahasında tesis edilmiştir. UEDAŞ’ın Çanakkale’de tesis ettiği ürünü inceleyecek olursak etkilerini görmüş olacağız.

GERİLİM REGÜLATÖRÜ İÇİN PİLOT FİDER BELİRLENMESİ

Gerilim regülatörü pilot çalışması yapılması için proje kapsamında uygun fiderlerin belirlenmesi gerekmektedir.

Proje içeriğinde gerilim regülatörünün dağıtım şirketleri sistemleri içerisinde bulunabilecek farklı fider özellikleri için farklı problemlerin çözümü olabileceği öngörülmüştür. İlk olarak şebekede yaşanan en temel sorunlardan biri fider sonunda oluşan gerilim düşümüdür. Bu gerilim düşümünün en önemli sebebi ise uzun hatlarla taşınan büyük güçlerdir. Diğer taraftan ülkemizde de yaygın bir şekilde bulunan farklı tiplerdeki dağıtık üretim tesisle- rinin bulunduğu fiderlerde hat uzunluğu yüksek ve üzerinde düşük yük olduğu durumlarda özellikle hat sonu gerilim seviyesinin artması önemli bir problemdir. Öte yandan mevsimsel yük değişimlerinin fazla olduğu bölgelerde de gerilim regülasyonu önemli bir problem olarak kendini göstermektedir.

UYGULAMA ÖRNEĞI

Uedaş sorumluluk sahasında ilgili kriterlerden ikincisi olan jeotermal enerji santrallerinin bulunduğu Ezine TM den çıkan Ayvacık 2 fideri üzerindeki Tuzla DM’ye montajı yapılmıştır. Fider üzerinde çeşitli senaryolar ile yük akış analizleri yapılmış ve gerilim düşümü hat kayıpları gibi parametreler incelenmiştir. Bunlardan yola çıkılarak yapılan montaj sonucunda istenen gerilim değişimi grafiği aşağıdaki gibidir. Grafikte Tuzla DM (Turuncu) Regülatör öncesi, Ayvacık DM (Mavi) ise Regülatör sonrasını göstermektedir. Grafiklerde görüldüğü gibi haziran ayında herhangi bir üretim kaynağı devrede değilken gerilim değerleri normal seviyelerde dolaşırken, devreye alınan santrallerin etkisiyle gerilimde belirgin bir artış olmaya başlamış. Öyle ki bu değer 12MW güç üretiminde 37KV seviyelerini bulmaktadır. Yükün az olduğu dönemlerde özellikle bu gerilim yükselmesi oldukça problem kaynağı olmaktadır.

Bunlara ilaveten ilgili noktada yeni bağlantı görüşleri istenmesine karşın şebeke yapısı sebebiyle izin verilememektedir. Fakat yine mavi grafikten görüldüğü üzere regülatör sonrasında gerilim seviyesi ortalama 34,5KV seviyelerinde tutularak şebekenin güvenli bir şekilde işletilmesine olanak sağlamıştır. Sonuç olarak yapılan ölçümler sonucunda gerilim regülatörünün bağlandığı nokta olan Tuzla DM’de gerilim seviyesi nominal değerde tutulduğu gözlemlenmiştir. Özellikle bu bölgede hedeflenen fayda dağıtık üretimin etkisiyle oluşan gerilim yükselmesini engellemek olduğu için görevini yerine getirmiş bulunmaktadır. Diğer taraftan ilgili mevcut üretim santrallerinin çalışma karakteristiğinde de düzelme olmuştur. Baraya bağlanma koşulunu yerine getirmesi için gerekli olan gerilim ayarını yapabilmek için şebekeden çektiği reaktif güç te sınırlanarak hat kayıplarında da azalması sağlanmıştır. Şuan en önemli engel yerli üreticilerin olmaması sebebiyle yatırım maliyetinin yüksek olmasıdır. İleride bu problemin ortadan kalkmasıyla şebekemiz için oldukça faydalı bir çözüm olarak kendini gösterecektir.

KAYNAKLAR

[1] (DPÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Bir Dağıtım Tranformatörü Bölgesindeki Kayıpların İncelenmesi Sayı 22, Ağustos 2010 C. Yaşar, Y. Aslan, T. Biçer 10) [2] Sargın Ş., “Üretimden Tüketime Elektrik Enerjisi Sistemlerinde Meydana Gelen Kayıplar ve Giderilmesine Yönelik Çalışmalar”, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 241.s, 2006. [3] Elektrik Şebeke Yönetmeliği [4] Hizmet Kalitesi Yönetmeliği