emo kuvvetli akım

EMO YAYIN NO:EK/2011/8

TMMOBElektrik Mühendisleri Odası

e-kitap ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (2)

TESİS YÜKLERİ VE BESLEMEYE ETKİLERİ

*FLUORESANT LAMBALAR VE BUNLARA AİT EKİPMANLAR

*ENKANDESAN LAMBALAR

*ARK OCAKLARI

*ENDÜKSİYON OCAKLARI

*ELEKTRİKLI BUHAR ÜRETİCİLERİ *ELEKTRİKLI BUHAR ÜRETİCİLERİ

*İŞLETME PRENSİBİ

*YÜKSEK FREKANSLI / MİKRO DALGA EKIPMANLARI

TURGUT ODABAŞI

1

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (2)

Tesis Yükleri ve Beslemeye Etkileri

Notları Derleyen:

Aydın Bodur

Emre Metin

Notları Yayına Hazırlayan:

Aydın Bodur

Hakkı Ünlü

M.Turgut Odabaşı’na Saygılarımızla

Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı’nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı yazılardan, ‘Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı’ ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider, Chevron, NAFVAC ve Siemens’in hazırladığı İmalat, Bakım, Montaj El kitaplarından derlenmiştir.

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM NOTLARI (2)

2

TMMOB

ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (2): Tesis Yükleri ve Beslemeye Etkileri

Notları Derleyen: Aydın Bodur Emre Metin

Notları Yayına Hazırlayan:

Aydın Bodur Hakkı Ünlü

621.31906 BOD 2009 Elektrik Kuvvetli Akım: Tesis Yükleri ve Beslemeye

Etkileri/ Elektrik Mühendisleri Odası‐1.bs‐ankara,2011

82 s.;24 cm ISBN 978‐605‐01‐0061‐7 (EK/2011/9) Elektrik

Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı’nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı yazılardan, ‘Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı’ ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider, Chevron, NAVFAC ve Siemens’in hazırladığı İmalat, Bakım, Montaj El kitaplarından EMO için derlenmiştir.

TESİS YÜKLERİ

3

İÇİNDEKİLER 2. TESIS YÜKLERI VE BESLEME SISTEMINE ETKILERI .................................. 5

2.1. GENEL .................................................................................................... 5 2.2. ENKANDESAN LAMBALAR (KLASİK AKKOR TUNGSTEN FLAMANLI VEYA

HALOJEN) ....................................................................................................... 6 2.3. FLUORESANT LAMBALAR VE BUNLARA AİT EKİPMANLAR .................................. 9 2.4. DEŞARJ LAMBALI ARMATÜRLER ................................................................. 11 2.5. ASENKRON MOTORLAR ............................................................................ 12 Akım talebi ............................................................................................ 13 Motorun Yol alma akımı ....................................................................... 13 Motorun güç faktörünün düzeltilmesi veya yüksek yol alma akım darbelerini azaltmak maksadıyla motor devresine paralel kondansatörler bağlanır. Bunlarla ilgili açıklamalar, Güç faktörünün düzeltilmesi ve Elektrik motorlu tahrik sistemlerinin boyutlandırılması bölümlerinde geniş açıklamaları yapılmıştır. ...................................... 14

2.6. ARK OCAKLARI ........................................................................................ 17 2.6.1. İşletme prensipleri ..................................................................... 17 2.6.2. Güç teminindeki zorluklar ve şebeke üzerindeki bozucu etkiler ve çözümleri .............................................................................. 18

2.7. ENDÜKSIYON OCAKLARI ........................................................................... 31 2.7.1. Isıtma ocağı ................................................................................ 31 2.7.2. Pota eritme ocağı ........................................................................ 32 2.7.3. Tünel eritme ocağı ..................................................................... 33 2.7.4. Güç değerleri ............................................................................... 34 2.7.5. Besleme sistemlerinde oluşan bozunmalar ve rahatsızlıklar ......................................................................................... 34 2.8. Direnç ocakları ............................................................................... 38 2.8.1.İşletme prensipleri ....................................................................... 38


4

2.8.2. Direnç ocakları tarafından besleme şebekesi üzerinde meydana getirilen rahatsızlıklar .......................................................... 40

2.9. ELEKTRIKLI BUHAR ÜRETICILERI ................................................................. 49 2.9.1. İŞLETME PRENSIBI ................................................................................ 49 2.9.2. Beslemedeki zorluklar ve besleme şebekesine etkileri ............... 53

2.10. YÜKSEK FREKANSLI / MIKRO DALGA EKIPMANLAR ........................................ 58 İşletme prensibi : ................................................................................. 58

2.11. HASSAS ELEKTRONIK EKIPMANLAR ........................................................... 60 2.12. DIRENÇ KAYNAK MAKINALARI .................................................................. 62 2.12.1. İşletme prensibi ........................................................................ 62 2.12.2. Beslemedeki zorluklar bozunmalar ve çözümleri ................... 66 2.12.3. Reaktif güç kompanzasyonu .................................................... 75 2.12.4. Bağlantı hesapları .................................................................... 76

FAYDALANILAN KAYNAKLAR .................................................................. 81

SON SÖZ ................................................................................................ 82

TESİS YÜKLERİ

2. TESIS YÜKLERI VE BESLEME SISTEMINE

ETKILERI

2.1. GENEL

Bir tesisin tasarımını yapmak için gerçek sürekli maksimum yük talebinin ve bunu sağlayacak besleme sisteminin gücünün, tipinin ve yapısının belirlenmesi gerekmektedir.

Elektrikli cihazlarının plakasının üzerinde nominal güçleri, elektrik motorlarında ya da mekanik güç veya dirençli ısıtıcılarda veya enkandesan lambalarda olduğu gibi aktif elektrik gücü (kW) ve UPS veya frekans konvertörlerinde

olduğu gibi görünen elektriksel güç (kVA) olarak belirtilir.

Tesis edilen güç, sistemdeki güç tüketen cihazların plakasında verilen nominal güçlerinin toplamı olup buna kurulu güç denilir. Ancak yüklerin tamamının aynı anda devrede olmadığı ve ekipmanlar plakalarında yazan güçlerle yüklenmediği için söz konusu güç, tesisin gerçekte pratik olarak tükettiği güç değildir.

NP

NS

Örneğin elektrik motorlarında verilen nominal güç motorun milindeki mekanik olarak çıkış gücüdür. Gerçekte elektrik

5


6

şebekesinden çektiği güç bundan fazladır. Fluoresant ve deşarj lambaları balastlarla birlikte çalışır ve şebekeden çekilen güç lamba üzerinde yazılan nominal güçten daha fazladır. Güç talebinin doğru ve gerçekci olarak belirlenmesi, gerek ana besleme kaynağı olarak çalıştırılacak jeneratörlerin ve gerekse dağıtım şebekesinden enerji alımı için kullanılacak OG/AG transformatörlerinin nominal güçlerinin belirlenmesi ve genel dağıtım şebekesinden gerçekleştirilecek bağlantı noktasının yeterliliğinin tayini için çok önemlidir.

Her bir yük için gerekli olan görünen gücün (kVA) gerçek değerlerinin belirlenmesi ile

• Enerji alış sözleşmesi beyan edilecek güç talebinin belirlenmesi

• OG/AG transformatorlerinin nominal güçlerinin belirlenmesi

• Dağıtım panolarının yük akımı seviyelerinin belirlenmesi

• Sistemin enerji ihtiyacını sağlamak üzere genel dağıtım şebekesine bağlanacak enerji alış noktasının uygunluğunun analizinin gerçekleştirilmesi sağlanır.

2.2. ENKANDESAN LAMBALAR (KLASİK AKKOR TUNGSTEN FLAMANLI VEYA HALOJEN)

Enkandesan yani akkor lambalar en eski ve sıkca kullanılan aydınlatma cihazlarıdır ve 2‐tipi vardır.

TESİS YÜKLERİ

7

• Standart ampul: Tungsten filamanlı içine argon, azot veya kripton gazı doldurulmuş ampul,

• Halojen ampul: Bu da tungten flamanlı olup içi halojen bileşimle (lodin, bromin veya florinle) doldurulmuştur.

Enkandesan lambaların dezavantajı yüksek sıcaklık vermesi ve harcadığı güce göre ışık şiddetinin az olmasıdır. Avantajı ise göz için iyi renk indeksine sahip olmasıdır. İşletme ömrü standart ampuller için yaklaşık 1000 saat ve halojen ampuller için 2000‐4000 saattir. İşletme ömrü, besleme gerilimi %5 arttığında %50 azalır.

Enkandesan lambaların beslenmesi

İşletme sırasında filamanın sıcaklığı çok yüksek olduğundan direnci lambanın devredeki durumuna bağlı olarak değişir. Soğuk direncin değeri düşük olduğundan ateşleme sırasında nominal akımın 10‐15 katında mili saniyeler süresinde yüksek akım çeker. Bu ise aynı anda enerjilendirilmesi gereken lamba sayısını sınırlar. Bu durum hem standart ve hemde halojen lambalar için aynıdır.

Lambalara uygulanan gerilimin değerine bağlı olarak lambaların parlaklığı değişir. Gerilim değişimi, genellikle triyak dimmer cihazı kullanarak gerçekleştirilir ve aydınlatma seviyesi ayarı yapılır.


Enkandesan lambaların gücü (bu elektriksel gücün tamamı aktif güçtür. (Watt) olmak üzere güç faktörü NP 1=ϕCos dir.

Bu cihazların çektiği akımlar:

3‐ fazlı durumda ( ) ( )( )VoltU

WattPAI

LL

Na .3

=

1‐fazlı durumda ( ) ( )( )VoltUWattP

AILN

Na .

=

LLU faz‐faz gerilimi

LNU faz‐nötr gerilimi

8

TESİS YÜKLERİ

Tablo 2.1. Enkandesan (klasik veya halojen)aydınlatma armatürlerinin akım ihtiyacı

2.3. FLUORESANT LAMBALAR VE BUNLARA AİT EKİPMANLAR

Fluoresant tüpler enkandesan lambalara göre düşük ısı yayarlar ve daha uzun işletme ömrüne sahiptirler.

Standart tüplü fluoresant lambalar

Balastı dahil fluoresant armatürlerin çekeceği toplam akım

( )ϕCosU

WattPWattPI

LN

Nbalasta .

)( +=

(WattPbalast )

)

Fluoresant armatür balastının çektiği güç,

(WattPN Fluoresant lambanın çektiği güç,

6,0=ϕCos güç faktörü, düzeltme kapasitörsüz fluoresant

armatürün güç faktörüdür,

86,0=ϕCos güç faktörü düzeltme kapasitörlü fluoresant

armatürün güç faktörüdür,

9


96,0=ϕCos elektronik balastlı fluoresant armatürün güç

faktörüdür.

Tablo 2.2 Fluoresant lambalı armatürlerin akım ihtiyacı

Kompakt fluoresant Armatürler

Kompakt fluoresant lambalar klasik fluoresan lambalar ile aynı ömre ve aynı ekonomik karakteristiğe sahiptir.

Genel olarak iş yerleri alış veriş merkezlerinin koridorlarının hollerinin sürekli olarak aydınlatılmasında kullanılır.

10

TESİS YÜKLERİ

Tablo 2.3 Kompakt fluoresant lambanın güç tüketimi ve çektiği akımlar

2.4. DEŞARJ LAMBALI ARMATÜRLER

Bu lambaların gösterdiği güç tüketimine balastın güç tüketimi dahil değildir

11


Tablo 2.4 Deşarj lambalarının güç tüketimi

2.5. ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar, endüstriyel tesiste sıkca kullanılan cihazlar olup özellikle yol alma sırasında şebekeden rotor yapısına bağlı olarak çok yüksek akım çekerler .

12

TESİS YÜKLERİ

AKIM TALEBI Motorun tam yük akımı aşağıda verilen formülle belirlenir.

3‐fazlı motor ( )

( ) ( ) MNMN

MNMN CosVoltU

kWPI

ϕη .%..31000.

=

1‐fazlı motor ( )

( ) ( ) MNMN

MNMN CosVoltU

kWPI

ϕη .%.1000.

=

MNP Motorun plakasında yazan nominal mekanik mil gücü

MNU Motorun plakasında yazan nominal gerilimi,

η Motorun plakasında yazan nominal yüklenme şartlarındaki verimi,

MNCosϕ Motorun plakasında yazan nominal yüklenme şartları

altındaki güç faktörüdür.

MOTORUN YOL ALMA AKIMI 3‐ fazlı motorun yol alma akımı motor tipine bağlı olarak SI

• Sincap kafesli 3‐fazlı motorların yol alma akımı 2‐ kutuplu motorlarda MNS II .92,4 −= kutup sayısı daha

fazla olan motorlarda MNS II .72,4 −=

• Rotoru sargılı veya bilezikli asenkron motorlarda yol alma akımı rotor devresindeki yol verme dirençlerine bağlı olarak MNS II .35,1 −= değerlerini alır.

13


• Asenkron motorlar için frekans konvertörü kullanıldığında darbesiz devreye giriş mümkün olmakla birlikte motor gücünün %10 fazlasını çektiği kabul edilir.

MOTORUN GÜÇ FAKTÖRÜNÜN DÜZELTILMESI VEYA YÜKSEK YOL ALMA

AKIM DARBELERINI AZALTMAK MAKSADIYLA MOTOR DEVRESINE PARALEL

KONDANSATÖRLER BAĞLANIR. BUNLARLA ILGILI AÇIKLAMALAR, GÜÇ

FAKTÖRÜNÜN DÜZELTILMESI VE ELEKTRIK MOTORLU TAHRIK

SISTEMLERININ BOYUTLANDIRILMASI BÖLÜMLERINDE GENIŞ

AÇIKLAMALARI YAPILMIŞTIR.

Subtransiyent akım ve koruma ayarları

Motorun devreye gidiği ilk anda alternatif akım döner makinaların özelliği olarak yol alma süresi boyunca çekilen yol alma akımından farklı olarak tepe değeri çok yüksek subtransiyent akım çekerler. Genellikle motorun ilk devreye girdiğinde çekilen bu akım önemsenmediğinden özellikle kesici kontaktör kombinasyonlu yol vericilerde sistemde hata olmadığı halde nedeni bilinmeyen açtırma olarak adlandırılan açmalara neden olur. Bunu önlemek için kesicinin magnetik ani açma eşik değeri çok yüksek değerlere ayarlanır. Bu nedenle özellikle magnetik ani açtırmalı kesicilerle korunan elektrik motorlarında koruma ayarları yapılırken söz konu akım göz önüne mutlaka alınmalıdır. Bu değere bağlı olarak motor koruma sisteminin ve motoru besleyen güç sisteminin koruma rölelerinin ani açtırma akım değerleri belirlenir.

• Subtransient akımın tepe değeri çok yüksektir. Tipik olarak motorun MNI nominal veya anma akımının 12‐15

katı arasıdır. Bazen bu değer motor nominal akımının 25 katına çıkabilir.

14

TESİS YÜKLERİ

15

• Kesicilerin, kontaktörlerin ve termik rölelerin tepe değeri nominal motor akımının 19 katına ulaşabilen subtransiyent akımlara dayanabilecek kapasitede olmaları ve kesicilerin aşırı akım ani açtırma değerlerinin buna göre ayarlanması gerekir.

• Eğer yol alma esnasında aşırı akım elemanınında beklenmeyen açtırma görülürse yol alma akımları normal sınırları aşmıştır. Sonuç olarak bazı maksimum açma kapama (anahtarlama) sistemlerinin dayanımımının artacağı aksi takdirde, sistemin çalışma ömrünün azalabileceği ve hatta bazı cihazların tahrip olabileceği hesaba katılmalıdır. Bu gibi durumlardan sakınmak için anahtarlama tesislerinin aşırı boyutlandırılması göz önüne alınır.

• Anahtarlama sistemleri motor yol vericilerinin kısa devrelere karşı korunmasını sağlayacak şekilde dizayn edilmelidirler.

Asenkron motorlar hakkında daha geniş ve detaylı bilgilere Elektrik Motorlu tahrik sistemlerinin boyutlandırılması bölümünden ulaşılabilir.


Tablo 2.5. Asenkron motor ve akım‐güç değerleri (ilk kısım)

Tablo 2.5. Tipik asenkron motorların akım ve güç değerleri

16

TESİS YÜKLERİ

2.6. ARK OCAKLARI

2.6.1. İŞLETME PRENSIPLERI

Elektrik ark prensibine göre çalışan sistemlerdir. Elektrik arkı aşağı yukarı 3000 °C ye ulaşabilen yüksek sıcaklıklar elde edebilmeye imkan sağlar. Alternatif akım ark ocakları genellikle 3‐fazlı olup ark üretmeyi sağlayan 3‐grafit elektroddan meydana gelir. (Şekil 2.1)

Küçük kapasiteler için 1‐fazlı ark ocakları da kullanılır. .DC ark ocakları son birkaç on yılın üzerinde kullanılmaktadır. Ocakların güç değerleri birkaç MVA değerinden 100MVA dan daha yüksek değerlere kadar ulaşabilir. Sürekli kullanılan en yüksek gerilim değeri 950 Volt un üzerine çıkmaz. Kullanılan

akıma gelince kabaca 10000 A den başlayarak 100000 A değerine kadar ulaşabilir. Elektrotlardaki akım yoğunluğu

25 A/cm2 kadar ulaşır.

17


18

Şekil 2.1: Ark ocağı tesisinin Prensip görünüşü

Ark ocağının ana bölümleri :

‐ Besleme devresi,

‐ Çapı 4 metreden 10 metreye kadar değişen ve kaplama içinde ısıtma direncini haiz olan ocak tankı,

‐ Tahliye duman giderici, elektrik bağlantıları gibi yardımcı sistemler.

2.6.2. GÜÇ TEMININDEKI ZORLUKLAR VE ŞEBEKE ÜZERINDEKI BOZUCU ETKILER VE ÇÖZÜMLERI

TESİS YÜKLERİ

Bu bölümde AC ve DC olmak üzere ark ocağını 2‐tipi incelenecek her birine ait karakteristikler birbirleriyle karşılaştırılarak güç teminindeki zorluklar ve şebeke üzerindeki etkileri incelenecektir.

Bir AC Ark ocağının elektrik devresi Şekil 2.2 de görüldüğü gibi

‐ İndirici transformatör merkezine

‐ Anahtarlama yapacak, yani ocağı devreye alıp devreden çıkaran açma kapama kesicileri,

‐ Koruma kesicileri,

‐ Ocak transformatörü,

‐ Eğer gerekiyorsa reaktif enerji kompanzasyon, anti‐harmonik filtre sistemi ve aşırı gerilim koruma sistemi,

‐ Elektrik kablolarından meydana gelir.

19


Şekil 2.2. AC Ark ocağının elektrik devresi

Bir DC ark ocağının elektrik devresi AC ark ocağının devresinden beslemesine konan doğrultucu ve birkaç elektrod bulunması nedeniyle Şekil 3 de görüldüğü gibi farklıdır.

20

TESİS YÜKLERİ

Şekil 2.3. DC ark ocağı besleme devresi

Ocağın gücü elektrotların pozisyonu ve besleme gerilimi ayarlanarak düzenlenir. Böylelikle ark uzunluğu ayarlanır. Ark ocağının tüketimi, ocağın işletme fazlarına bağlı olarak değişir.

21


Şekil 2.4. Ark ocağı işletme diyagramı

Ark ocaklarının 3‐işletme fazı vardır (Şekil 2.4)

1. Ark: Bu elektrotların soğuk metal içine yerleştirildiği periyottur. Ark gerilimi ve gücü şebeke stabilitesini bozabilecek düzeye erişecek şekilde maksimum değerde değildir.

2. Erime: Bu periyotta metal erir ve ocak gücü maksimumdur.

3. Rafine: Bu son periyot boyunca ocağın refraktör tuğlalarının zarar görmesini önlemek amacıyla düşük güçte demirin sıcaklığı yükseltilir.

Bu periyotlar boyunca tüketilen güç sürekli olarak değişir ve şebekede gerilim oynamalarına ve filiker olaylarına neden olur.

Ocağın bağlandığı barada gerilim düşümü, ocağın bağlandığı baradaki gerilim düşümü aşağıda verilen ifade yardımıyla bulunur:

2NN UXQRP

UU +=

Δ

22

TESİS YÜKLERİ

Burada

P : OCAK TARAFINDAN GERÇEKLEŞTIRILEN AKTIF GÜÇ TÜKETIMI,

Q : OCAK TARAFINDAN GERÇEKLEŞTIRILEN REAKTIF GÜÇ TÜKETIMI,

Z R jX= + : OCAĞIN BAĞLANDIĞI BARAYA KADAR KABLO, SERI REAKTÖR, INDIRICI TRANSFORMATÖR GIBI EKIPMANLARIN EMPEDANSLARININ TOPLAMIDIR.

23


Şekil 2.5: Ocağın bağlandığı baradan gerilim düşümü Fliker

Fliker, özellikle AC ark ocakları tarafından oluşturulan şebeke gerilimindeki ana bozucu etkidir. Bu ise erime periyodunda elektrik arkının kararsızlığından kaynaklanmaktadır. Alternatif gerilim sıfırdan geçerken ark söner ve tekrar tutuşur. Sonuçta gerilim oynamalarına neden olan fliker olayları meydana gelir.

Ark ocağında meydana getirilen fliker miktarı, Şekil 2.6 göz önüne alındığında

24

TESİS YÜKLERİ

Şekil 2.6: Bir ark beslemesinin eş değer bağlantı diyagramı

SCNX : HESAP NOKTASINA KADAR ÜST ŞEBEKE

BÖLÜMÜNÜN TOPLAM EŞDEĞER REAKTANSI,

FX : HESAP NOKTASINDAN OCAĞA KADAR ELEKTRIK BAĞLANTILARININ TOPLAM REAKTANSIDIR.

Ark ocağı tarafından oluşturulan filiker miktarı aşağıdaki ifade yardımıyla bulunabilir.

2

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=FSCN

SCN

XXX

kG

k katsayısı test sonuçlarının analizi sonucu tahmin edilen bir sayı olup 2 standard sapma ile 11,25 eşit olarak elde edilir.

25


Tecrübeler göstermiştir ki izin verilebilen filiker miktarı: olmalıdır. Buna göre G = 0 09.

09.02

2 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+ FSCN

SCN

XXX

k bulunur.

Endüstriyel şebekeye ark ocağının bağlanması için aşağıdaki şartın gerçekleşmesi gerekmektedir.

36≥SCN

F

XX

Bundan dolayıdır ki ark ocağının bağlanacağı yerde minimum kısa devre gücü :

F

NSCN X

US

2

min.36

= olmalıdır.

Harmonikler:

Elektrik arkıının kararsızlığından dolayı ark ocakları yüksek değerde tek harmoniklerin süperpoze olduğu sürekli harmonik spektrumunu haizdir.

DC ark ocaklarının özel durumunda harmonikler doğrultucu köprüleri tarafından meydana getirilir. (Harmonikler için detaylı bilgiye güç kalitesi bölümünden ulaşılabilir.)

26

TESİS YÜKLERİ

2.6.3. Ark ocaklarının kesici ve transformatörleri

Şekil 2.7: Çekirdek tipi transformatör

Bir ark ocağı transformatoru normal dağıtım transformatorundan tamamen farklıdır. Sarım oranları OG de primer için sekonderi sadece birkaç yüz volt olacak şekilde yüksektir. Sekonderi ayarlamak için primer üzerinde bir çok ayar kademesi değiştircisi vardır. Şekil 2.7 görüldüğü gibi yüksek elektrodinamik zorlamalara maruz kaldığı için çekirdek tipi transformator kullanımı tercih edilir. Ark ocağının kesicisi bir taraftan sistemlerin korumasını sağlamalı ve en az besleme kısa devre gücüne eşit bir güce sahip olmalı ve diğer taraftan ocağın işletilmesinden dolayı gerçekleştirilen en az yılda 5000 açma kapamaya dayanacak yapıda olmalıdır.

27


28

Şekil 2.8: Ark ocağı güç besleme devresi karakteristikleri

Bu nedenle bu sistemlerde iki farklı kesici devreye seri bağlanır. Bunlar :

‐ Açma kapama işlemini yapacak kesiciler,

‐ Kısa devreye karşı koruma ve açma yapan kesiciler.

TESİS YÜKLERİ

Ark ocağı tarafından oluşturulan filiker için hesap örneği tesis karakteristikleri Şekil 2.8 de görülmektedir.

Sistemin enerji alım sistemine bağlantı noktasındaki filiker miktarının belirlenmesi (A noktası):

A noktasında üst taraftaki şebeke empedansı,

( )( )

( )Ω=== 59,6

3600154 222

MVASkVU

XSCN

NSCN

MVASSCN 3600= Sebeke kısa devre gücü:

A noktasında alt taraf empedansı (154 kV )

2

2

1

2

1

12

2

1

11 ... ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

ST

PTE

ST

PTT

ST

PTSTHF U

UXUUX

UUXXXX

ohmX F 2748231,0

154.10.5,25,31

154.8,315,31

154.5,3014262

322

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛++= −

41759,6

2748==

SCN

F

XX

29


36>SCN

F

XX

, 154 kV hat üzerindeki diğer

kullanıcılar rahatsız olmayacaklardır.

31,5 kV barada ki filiker miktarı (B noktası) :

B noktasındaki ust taraf empedansı,

( ) Ω=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×++= 47,6

1545,31142659,6

2

SCNX

B noktasında alt taraf empedansı:

Ω=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛××++= − 2.8,108

231.05,31105.28,315.30

23

FX

8,1647,6

8,108==

SCN

F

XX

36<SCN

F

XX , Fabrika aydınlatma sistemi kabul

edilemez miktarda filikerden rahatsız olacaktır. Bu nedenle C noktasına 154/31,5 kV gerilim değerinde iç yükleri beslemek üzere ayrı bir indirici transformatör tesis edilmelidir.

30

TESİS YÜKLERİ

2.7. ENDÜKSIYON OCAKLARI

3‐tip endüksiyon ocağı vardır:

‐ Tekrar ısıtmalı ocak,

‐ Pota eritme ocağı,

‐ Tünel eritme ocağı .

2.7.1. ISITMA OCAĞI

Bu ısıtılacak parça üzerine endüktif sargı yerleştirilerek yapılır. Primer sargıdan akan akım eddy akımlarını endükler ve metal ısınır. Şekil 2.9.

31


Şekil 2.9 : Tekrar ısıtmalı endüksiyon ocagının prensibi

Bu tip endüksiyon ocağı kullanılarak metaller çok çabuk ısıtılır, uniform sıcaklık ve geniş bir çalışma esnekliği elde edilir.

Bu tip endüksiyon ocağında magnetik devre bulunmaz. Manyetik devre ısıtılacak parçanın kendisidir.

2.7.2. POTA ERITME OCAĞI

Pota eritme ocağının çalışma prensibi tekrar ısıtmalı ocağınkinin aynıdır. (Şekil 2.10). Fakat endüktif sargı düzenlemesi farklıdır Sargılar refraktör üzerine yerleştirilmiştir. Manyetik akı laminantlı metal sac etrafına sarılı sarımlar üzerinden şarj olur.

32

TESİS YÜKLERİ

Şekil 2.10: Pota ocağı prensibi

2.7.3. TÜNEL ERITME OCAĞI

Şekil 2.11. Tünel ocağı çalışma prensibi

33


34

Tünel ocağı klasik bir transformatorla aynı yapıda imal edilir. Sıvı metalin tünel içindeki akışı transformatörün sekonderini oluşturur. Şekil 2.11

2.7.4. GÜÇ DEĞERLERI

Isıtma ocakları, genellikle 100 W değerinden 50 kW değerine kadar 230 V ve 400 V gerilim değerinde 1‐fazlı olarak kullanılır. Bu ocaklar 2000kW güce kadar da imal edilirler. Ancak bu tip ocaklar, 3‐fazlı beslemeye sahiptir.

Eritme ocaklarının güç değerlerine gelince bunlar 1‐fazlı 100 kW güce kadar ve 3‐fazlı 1000kW güce kadar pota fırını için,Tünel ocakları için güç değerleri 1‐fazlı 150 kW a kadar ve 3‐fazlı 1200kW dır.

2.7.5. BESLEME SISTEMLERINDE OLUŞAN BOZUNMALAR VE RAHATSIZLIKLAR

Reaktif güç

Dizaynlarından dolayı endüksiyon ocakları yüksek miktarda reaktif enerji üretirler .Isıtma ocaklarının manyetik devresinin bulunmayışı eritme ocaklarının primer sargı ve şarjı arasında açıklığın fazla oluşundan dolayı kaçak akı çok yüksektir. Bunların sonucunda eşdeğer endüktans çok yüksek olmasından dolayı güç faktörü 0,2 değeri civarlarındadır. Bundan dolayı

TESİS YÜKLERİ

endüktörün terminallerine kapasitör grubu bağlanarak reaktif güç kompanze edilir. Bazı ocaklar 50Hz den daha yüksek freakans değeri için üretilirler ve bu nedenle frekans konvertörü üzerinden bağlanırlar.

Endüksiyon ocakları endüktör teminallerine bağlanan kapasitör grubu tarafından düzeltilmesi gereken çok düşük güç faktörünü haizdir. Bu kapasitör grubundan dolayı ocağın devreye girmesi sırasında yüksek değerde ve yüksek frekansta transiyent darbe akımları meydana gelir.

Bu darbe akımının tepe değeri

232ˆ

LLN

SCN

UQSI =

SCNS : BAĞLANTI NOKTASINDA ŞEBEKENIN KISA DEVRE

GÜCÜ

Q : KAPASITÖRLER TARAFINDAN KOMPANZE EDILEN GÜÇ

LLU : NOMINAL ŞEBEKE FAZLAR ARASI GERILIM

Ocağın günlük devreye girme ve devreden çıkma sayısına göre devreye girme ve çıkmayı sağlayan kontaktör seçilir ve bu

35


kontaktörün yukarıdaki ifade yardımıyla değeri belirlenen transiyent darbe akımlarına dayanıklı olması gerekir.

Şekil 2.12. Endüksiyon ocağı tesis prensip şeması

(Şebeke frekansında çalışmada endüksiyon ocağının devreye alınmasında meydana gelen akım darbeleri

Endüksiyon ocağı için örnek

36

TESİS YÜKLERİ

P = 60 kW, cosϕ1 = 0.3 ( tanϕ1 = 3.18), 400 V değerlerinde endüksiyon ocağı bağlantı noktasında kısa devre gücü

. = 2500 kVA. olan şebekeye bağlanmıştır. 5002 kVA=SSCN

Reaktif güç tüketimini kompanze ve güç faktörünü cosϕ2 = 0.95 ( tanϕ2 = 0.33).yapmak için gerekli kompanzasyon kapasitör gücü

)33,018,3(60)tan(tan 21 −×=−= ϕϕPQ

Q k=171 var

Darbe akımı :

Tepe değer ( )

$I = × × × ×

×

2 171 10 2500 10

3 400

3 3

2

kAI 3,1=

Kesicinin magnetik ani açtırma akım eşik değeri bu miktarın üzerinde olacaktır.

Ocağın görünen gücü+Kapasitör grubu gücü

S P kVA= =cosϕ2

63

37


Grubun nominal akımı I S An = ×=

3 40091

2.8. DIRENÇ OCAKLARI

2.8.1.İŞLETME PRENSIPLERI

Şekil 2.13. Direnç ocağının elemanları

Bir çok endüstrilerde çoğunlukla çeşitli değişik uygulamalar ve yüksek değişen sıcaklık aralıklarında direnç ocakları kullanılır. Tüm direnç ocaklarının işletme prensipleri birbirine benzer

Bir direnç ocağı Şekil 2.13 de görüldüğü gibi :

38

TESİS YÜKLERİ

39

‐ Duvarları ısıya dayanıklı refraktör tuğlalarından yapılı ve en iyi bir şekilde ısı yalıtımlı ısıtma odası,

‐ Isıtma elemanı,

‐ Sıcaklık düzenleyici sistemden oluşur.

Direnç ocakları daima 400 V altında ki gerilim değerinde indirici transformatör üzerinden beslenir. 100 kW ın üstündeki değerlerde 3‐ fazlı olarak bunun altındaki değerlerde ise bazen 1‐ fazlı besleme yapılabilir.

Ocak sıcaklığı:

‐ Kontrol edilen sıcaklıkla,

‐ Yüke göre belirlenen sıcaklık yükselme hızı,

‐ Dirençlerin sınır sıcaklıkları ile ilgili olarak düzenlenir.

Bu parametreler direnç ocaklarının maksimum gücünün tayininde kullanılır. Bu güç bazen kesintili çalışmaya neden olan sıcaklık düzenlemesi olarak ocak çalışma periyotlarına bağlıdır.


Şekil 2.14 Direnç ocağının işletim periyodu için örnek

2.8.2. DIRENÇ OCAKLARI TARAFINDAN BESLEME ŞEBEKESI ÜZERINDE MEYDANA GETIRILEN RAHATSIZLIKLAR

Bazı 3‐fazlı ocaklarda bir kaç ısıtma bölgesi vardır. Herbir bölge şebekenin 3‐fazından birisi ile beslenir. Bu bölgeler ayrı ayrı regüle edilir ve sonuçta herbir fazdaki güç tüketimi herhangi bir zaman için farklı olmasından dolayı gerilim dengesizliği meydana gelir.

Nötr iletkeninin boyutlandırılması

Tek ocak bölgesinin beslenmesi durumunda Nötr iletkende faz akımıyla aynı değerede akım dolaşacağından dolayı nötr iletkenın kesiti faz iletkeninin kesitine eşit seçilmelidir.

40

TESİS YÜKLERİ

Gerilim dengesizliği

Ocağı bir bölgeli veya 2‐ bölgeli çalışma durumuna göre 2‐tip dengesiz çalışma mevcuttur.

1 ‐ İki bölgeli çalışmada dengesizlik, 2‐bölgeli çalışma durumuna ait dengesizlik şekil 2.15 de gösterilmektedir.

Şekil 2.15: 2‐bölgeli çalışma için eşdeğer bağlantı diyagramı

Z :TRANSFORMATÖRÜN ÜST ŞEBEKE EMPEDANSI

ZT : SEKONDER ESASLI TRANSFORMATÖR EMPEDANSI

R : OCAĞIN 1‐FAZ DIRENCI

k : TRANSFORMATÖR ÇEVIRME ORANI

Ocağın 2‐ fazlı besleme durumunda (transformatörün 3. fazı açık) 2‐faz kısa devre durumuna benzer bir akım dağılımı vardır.

41


I V

RS=

32

, V Sekonder 1‐faz gerilimi S

⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪

⎬

⎫

−=

−=

=

IkI

IkI

IkI

3

3

32

3

2

1

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

Transformatörün üst tarafındaki gerilim düşümü:

Δ

Δ

Δ

V Z I Z k I

V Z I Z k I

V Z I Z k I

1 1

2 2

3 3

23

3

3

= =

= =

= =

⎧

⎨

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

Gerilim dengesizliği:

ortalama

ortalamai

V

VVi

−max

32,1 VVVVi ,=

42

TESİS YÜKLERİ

( ) IkZVVVVVV n

nortalama ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ ++−=Δ+Δ+Δ−

=3

13

13

231

33 321

IkZVV nortalama 334

−=

ortalamai VVi

−max ortalaman VIkZV −−=

32

= − − +V Z k I V Zn n2

34

3 3k I

=23 3Z k I

RZ

RZ

VIZ

VIkZ

V

VVi

Snortalama

ortalamai

31

23

332

332

332max

====−

S UZscn=2

P URn=2

43


P : OCAK GÜCÜ

SCNS : TRANSFORMATORUN ÜST TARAFINDAKI KISA DEVRE

GÜCÜ

SCNSP

VortalamaVortalamaV

61max

=− elde edilir

SCNortalama

ortalama

SP

VVV

61max

=−

ZR oranı nominal akımdaki gerilim düşümünü gösterir. Böylece

nominal akım için gerilim düşümünün 13’üne eşit dengesizlik

bulunur. Nominal akımda gerilim düşümü %6’nın altında ise meydana gelebilecek dengesizlik iki bölge ocak çalışmasında %2’ den az olacaktır.

2‐ Bir bölgeli çalışmada dengesizlik:

Direnç ocağı 1‐bölgeli çalıştığında, Şekil 2.16 da görülen eşdeğer devre diyagramında görüldüğü gibi 1‐fazlı besleme söz konusudur ve bir faz kısa devre durumuna benzer akım dağılımı vardır.

44

TESİS YÜKLERİ

Şekil 2.16 : Bir bölgeli çalışma durumunda eşdeğer diyagram

Böylece I VRS= , V Sekonder trek fazlı gerilim S

Ve

I k I

I

I k I

1

2

3

30

3

=

=

= −

⎧

⎨

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

Transformatörün üst tarafındaki gerilim düşümü :

Δ

Δ

Δ

V Z I Z k I

V Z I

V Z I Z k I

1 1

2 2

3 3

30

3

= =

= =

= =

⎧

⎨

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

45


ortalamaV( )

=− +

31 2V VΔ Δ +

= −3 2

3 33V V

V Z k Inn

Δ

ortalamai VVi

−max = − − +V Z k I V Zn n32

3 3k I

=Z k I3 3

elde edilir

Sonuç olarak dengesizlik :

ortalama

ortalamai

V

VVi

−max =

Z k IVn3 3

=Z k

VVRn

S3 3

=1

3 3ZR

SCNSP

331

= ifadesi yardımıyla

bulunur.

46

TESİS YÜKLERİ

Nominal akımda dengesizlik gerilim düşümünün 1

3 315

≅

katı olarak bulunur. Tek bölgeli çalışmadaki dengesizliğin 2‐bölgeli çalışmadaki dengesizlikten daha az olduğu bulunur.

Filiker ve harmonikler

Bozucu etkiler bazı direnç ocaklarının güç elektroniği elemanlı kontrol devreleri ve regülasyon devreleri. Söz konusu devreler fliker ve harmonikler meydana getirir. Bozucu etkiler, bizzat ocağın kendisi tarafından meydana getirilmez.

Bozucu etkilere karşı direnç ocaklarının duyarlılığı

Uzun süreli enerji kesilmesi :

Termik ataletin olmasından dolayı direnç ocakları kısa süreli enerji kesintilerine pek az derecede hassasdır. Diğer taraftan uzun süreli enerji kesintilerinde bazı durumlarda ocak üzerinde zararlı etkiler meydana gelebilir. Örneğin eritme ocağı için, eritilen materyalin donması ocağın tahrip olmasına neden olur. Bu nedenle yedek güç kaynakları vasıtasıyla enerjinin tehlikeli botutta uzun süreli kesilmesinin önüne geçilmelidir.

Hızlı gerilim oynamaları :

Ocak regülasyon sistemi ve ölçü ekipmanları hızlı besleme gerilim oynamalarından yüksek derecede rahatsız olabilirler. Referans geriliminin modifikasyonu sıfıra resetlemeye ve yeni işletme noktasından yeniden başlatmaya neden olabilir. Bu gibi

47


48

olabilecek sakıncaları ortadan kaldırmak için UPS kesintisiz güç kaynağı kullanımı gerekir.

Harmonikler :

Ocağın kontrol ve ölçü cihazları harmoniklere karşı oldukca duyarlıdır. Bu tip bozucu etkilerden sakınmak için bu gibi cihazları güç devreleri bir taraftan anti‐harmonik cihazlarla donatılmalı diğer taraftan ekranlı kablo kullananarak dış etkilere karşı koruma sağlanmalıdır.

Direnç toprak hatası :

Direnç ocaklarının kullanılıldığında ocağın devre dışı olmasına neden olan izolasyon kaybı (TT sistem) veya bir izolasyon hatası alarmı (IT sistem) sık sık gözlemlenir. İzolasyon kaybı riski direnç izolatör bağlantılarının düzenli ve sık kontrol ve bakımıyla azaltılır.

TESİS YÜKLERİ

2.9. ELEKTRIKLI BUHAR ÜRETICILERI

2.9.1. İŞLETME PRENSIBI

Şekil 2.17. Daldırmalı sıtıcılı tip bahar üreticisi

Isıtma tarzlarına göre elektrikli buhar üreticilerinin farklı tipleri vardır.

Dolaylı ısıtma :

Isı değişimini sağlayan yüzey üzerinden termik enerji transfer edilir. .

Dolaylı ısıtmalı buhar üreticilerinin enfazla kullanılanı daldırmalı ısıtıcılı buhar üreticisi ve indüksiyon buhar üreticileridir. Şekil 2.17 ve 2.18.

49


Endüksiyon buhar üreticisinin prensibi transformatörle benzerdir. Sekonderi ısıtılacak sıvının veya suyun aktığı, kısa devre edilmiş borudan meydana gelmektedir.

Şekil 2.18: Endüksiyon buhar üreticisi

50

TESİS YÜKLERİ

Doğrudan ısıtma :

Suyun elektrik direnci gibi kullanarak ve akım akışı sonucu yapılan ısıtma metodudur. Daldırılmış elektrotlu buhar üreticisi ve çoklu jet buhar üreticisi bu prensibe dayandırılmaktadır.

Daldırılmış elektrotlu buhar üreticisi (Şekil 2.19)

Şekil 2.19: Daldırılmış elektrotlu buhar üreticisi

51


Nötrü genellikle buhar üreticisinin gövdesi olan elektrotlar arasında veya elektrotlarla nötr arasında akım akışı bulunan su içine daldırılmış

3‐ elektrottan meydana gelir. Çoklu buhar üreticisi suyu pompalar ve hortum başlarından suyu elektrodlara fişkırtır. Elektrotlar arasında meydana getirilen su jeti bir yüksek potansiyele ulaşır ve karşı elektrot dirençten yapılır.

Şekil 2.20 : Çoklu jet buhar üreticisi

52

TESİS YÜKLERİ

53

2.9.2. BESLEMEDEKI ZORLUKLAR VE BESLEME ŞEBEKESINE ETKILERI

Besleme gerilimi :

Buhar üreticisinin tipine bağlı olarak En uygun dağıtım şebeke bağlantı gerilimi Tablo 2.6 da verilimektedir.

Buhar üretecinin tipi

(Jeneratör)

Tesis edilen güç

Buhar üretecinin besleme gerilimi

Dağıtım şebekesinin bağlantı gerilimi

Alçak gerilim (400 V)

Orta gerilim (35 kV)

Yüksek gerilim (154 kV)

Daldirmali ısıtıcılar

< 250 kW 250 to roughly

8000 kW

400 V 400 V veya 690

V **

Evet Hayır

Evet *

Evet *

Kullanılabilir *

Kullanılabilir. *

Endüksiyon < 250 kW 500 ‐ 4500 kW

400 V

≤ 20 kV Evet Hayır

Evet *

Evet *

Kullanılabilir *

Kullanılabilir. *

Elektrotlar ≤ 3.6 MW 3.6 ‐ 30 MW

kabaca 30 to 60 MW

400 or 690 V

≤ 20 kV

≤ 20 kV

KullanılabilirHayır

Hayır

Evet *

Evet * Hayır

Kullanılabilir *

Kullanılabilir. *

Evet *

Tablo 2.6. Elektrikli buhar üreticileri için bağlantı gerilimleri

(*) Buhar üreticisi (veya kullanım şebekesi) transformatör vasıtasıyla genel dağırım şebekesinden ayrıdır.

(**) Bir 690 V bağlantısında buhar üreticisi için bir transformatöre gerek vardır. Bu bağlantı bütün buhar üreticileri için daha ekonomiktir.

Gerilim düşümü :


Buhar üreticileri genellikle rezistif yükler olduğundan reaktif güç çekmezler. Bağlantı noktasındaki gerilim düşümü :

ΔUU

P RUn

=×

2 ifadesi ile belirlenir.

P : BUHAR ÜRETICISININ GÜÇ TÜKETIMI,

R : BAĞLANTI NOKTASINDAKI ÜST TARAF ŞEBEKE DIRENCI,

Un : NOMINAL BUHAR ÜRETICISI BESLEME GERILIMI.

Dolaylı ısıtmalı buhar üreticisinin bağlantısı :

Dolaylı direnç ısıtıcılı üreticiler ısıtılacak akışkan ve direncler arasında tatmin izolasyona sahip olmalıdır. Bunlar herhangi bir özel tedbir alınmadan kullanılamaz.

TT topraklama sistemi bağlantısı :

Genellikle sadece P< 250kW düşük güçlü buhar üreticilerinde kullanılır. Yüksek güçlü buhar üreticileri için tavsiye edilmez .Dirençler küçük kaçak akımları özellikle soğuk başlangıçta meydana gelir.ve diferansiyel koruma cihazının hatalı açma yapmasına neden olur.

TN (TNC) topraklama sistem bağlantısı :

54

TESİS YÜKLERİ

TN topraklama sistemi elektrik direnç bühar üreticilerinin bağlantısında en fazla kullanılan bağlantı sistemidir.

IT topraklama sistem bağlantısı :

Elektrik buhar üreticisinin IT sistemde bağlantısı oldukca kullanılır. Ancak buhar üreticisinde alarm eşik değeriniden daha yüksek kaçak akım oluşup oluşmadığı sabit izolasyon izleme sisteminden kontrol edilmelidir. (1mA/kW maksimum)

Doğrudan elektrod ısıtmalı buhar üreticisinin bağlantısı :

Şekil 2.21: Doğrudan elektrotlu buhar üreticisinin bağlantısı

Elektrik açısından bakıldığında elektrotlu buhar üreticisi 3‐fazlı yükü özümler, saf dirençten yapılmış olup daima yıldız bağlanır.

55


56

Kuruluşunu basitleştirmek için nötr noktası ile buhar üreticisinin kazanı aynı topraklamaya bağlanır. Şekil 2.21).

İşletme prensibine gelince, her bir fazın empedansı buhar üretecinin tüketimine bağlı olarak değişir diğer taraftan bunlar asla birbirine eşit olmaz.

Eşdeğer 1‐faz dirençlerin dengesizliği normal işletme boyunca %10 a ulaşabilir. Bu ise nominal akımın %10 kadar rezidüel akıma neden olur. Rezidüel akımlar ise kesicileri açtırır.

Alçak gerilimde

Rezidüel akımlardan dolayı kesicilerin açmasından dolayı ve RCD sistemlerinin TT sistemlerinde kullanılması zorunlu olduğundan buhar üreticileri için TT topraklama sistemleri kullanılamaz. IT sistemler ise buhar üreticisinin nötrü topraklandığından dolayı kalıcı izolasyon mönitörü tarafından sürekli algılandığı için kullanılamaz.

Sadece TN sistem herhangi bir problem olmaksızın kullanılabilir.

Orta gerilimde

- Bir topraklama transformatörü gibi buhar üreticisinin çalıştırılması (Şekil 2.22)

TESİS YÜKLERİ

- Buhar üretecini besleyen şebekede faz‐toprak hatası oluştuğunda, buhar üreticisi nötrü topraklandığı için bir topraklama transformatörü gibi davranır. Bu durumda buhar üreteci nominal akımının 3‐katı kadar topraklama akımı ile hata yerini besler .Bu hata akımları topraklama direnci üzerinden dönen hata akımlarının toplanmasıdır. Bu nedenler hata akımı ile asıl akımı ayırmak ve koruma seçiciliğini sürdürmek çok zordur. Orta gerilim motorları toprak hatasının 20‐30 A sınırlandırılması gerektiğinden bu har üreticileri ile aynı transformator üzerinden beslenemezler.

- Buhar üretecinin dengesizliğinden dolayı kalıcı rezidüel akımlar : buhar üreteçleri (jeneratörleri/üreticileri) doğrudan kullanım dağıtım şebekesine bağlanamazlar. Gerçekte kullanım besleme istasyonları düşük toprak hata akımlarını algılayan sistemi haiz olduğundan buhar üreticisinin kalıcı rezidüel akımından dolayı hemen harekete geçerler.

57


58

Şekil 2.22: Bir topraklama transformatörü gibi buhar üretecinin çalışması

Özel buhar üretici transformatörünün tesisi :

Buhar üreteçlerinin beslemek üzere ayrı bir tranformatör tesisi gereklidir. Gerçekte üçgen /yıldız transformatör primer taraftaki rezidüel akımı ortadan kaldırmak için kullanılır. Bu akım sadece sekonder tarafta akar ve tesis rahatsız edici bir etkisi yoktur. Özel transformatörün nötrü doğrudan topraklanır.

2.10. YÜKSEK FREKANSLI / MIKRO DALGA EKIPMANLAR

İŞLETME PRENSIBI : Yüksek frekanslı veya mikro dalga ekipmanların işletme prensibi elektrik enerjisini ısı enerjisine esasına dayanır. Bu enerji elektromagnetik radyasyon tarafından sağlanır.

Yüksek frekanslı veya mikrodalga ekipmanlar şekil 2.23 deki şekilde görüldüğü gibi :

‐ Bir yüksek frekans jeneratörü,

‐ Bir enerji taşıma sistemi,

TESİS YÜKLERİ

‐ Isıyı şarj edecek bir sürücüden meydana gelir.

Şekil 2.23. Yüksek frekans tesisinin prensibi

Yüksek frekans sistemleri genellikle 3‐faz , 400 V ve 50 Hz olurlar.

Bozucu etki oluşturması :

Doğrultucu tarafından meydana getirilen harmonik bozunma ile beraber iki tip yüksek frekans bozucu etkilerini yayar.

İletilen bozucu etki :

Osilasyon devresinin yüksek frekanslı akımı doğrultucu üzerinden akarak şebekeye ulaşır. Bozucu etkiyi ortadan kaldırmak için, doğrultucunun şebeke besleme tarafına bir filtre tesis edilir ve/veya kapasitif kuplajı ortadan kaldıran ekrana sahip transformator besleme devresine tesis edilir.

Radyasyonla yayılan bozucu etki :

59


60

Bu yüksek frekans tesisleri ve bunların bağlantı hattı ile yayılırlar Önlemek için Yüksek frekaslı ekipmanın ekranlaması kuvvetlendirimek veya uzağa taşımak gerekir.

En son çözüm yüksek frekanslı sistemi Faraday kafesi içine yerleştirmektir.

2.11. HASSAS ELEKTRONIK EKIPMANLAR

Bunlar laboratuar ekipmanları ve bilgisayar sistemleridir. Ekipmanların bozucu etkilere karşı duyarlılığı Tablo 2.8’de ve bu gibi problemler için önerilen çözümler Tablo 2.7’de verilmiştir. Yüklerin duyarlığı ve bozucu etkilerin nedenlerinin karşılaştırmalı tablosu ve çözüm önerileri

Filiker Harmonikler Dengesizlik Radyasyon Reaktif enerji

Gerilim çökmesi

Motorlar A, B, F A, B, D * A, B, H ** C A, B

Ark ocakları A, B, F A, B, D E C A, B

Endüksiyon ocakları

A, B, D * A, B, G, H E * C

Direnç ocakları A, B, F A, B, D * A, B, G, H

Direnç kaynak makinaları

A, B, F A, B, G, H C

TESİS YÜKLERİ

Ark kaynak makinaları

A, B, F A, B, G, H E C

Yüksek frekanslı ekipmanlar

A, B, D E

Buhar üreticileri

A, B, F A, B

Güç elektroniği ekipmanları

A, B, D E

Aydınlatma A, B, D C

Deşarj lambalı armatürler

E

Tablo 2.7: Meydana gelen bozucu etkilerin giderilmesi için çözümler.

(*) güç elektroniği ekipmanları için

(**) tek fazlı motorlarsa

A : ŞEBEKE KISA DEVRE GÜCÜNÜN ARTTIRILMASI

B : TESISIN RAHATLATILMASI IÇIN YÜKÜN ÖZEL TRANSFORMATÖR VASITASIYLA AYRILMASI

C : KAPASITÖRLERIN TESIS EDILMESI

D : ANTI HARMONIK FILTRELERIN TESIS EDILMESI

E : EKRANLAMA

F : FILIKERIN AZALTILMASI IÇIN GEREKLI EKIPMANIN TESIS EDILMESI

G : 1‐FAZLI MAKINA DURUMUNDA STEINMETZ KÖPRÜSÜNÜN TESIS EDILMESI

H : 1‐FAZLI MAKINA DURUMUNDA 1‐FAZLI KAPASITÖRLERIN TESISI.

61


62

Gerilim çökmesi

Filiker Harmonikler Dengesizlik

Motorlar X X X

Güç elektroniği ekipmanları

X X X

Duyarlı elektronik ekipmanlar

X X

Aydınlatma X X X *

Tablo 2.8: Bozucu etkilere karşı duyarlılık

(*) Reaktif kompanzasyonlu balastın olması durumunda

2.12. DIRENÇ KAYNAK MAKINALARI

2.12.1. İŞLETME PRENSIBI

Direnç kaynağı birleştirilecek parça boyunca yüksek akım geçmesınden dolayı joule etkisini kullanan kaynak şeklidir. Enerji malzemenin içinde depolanır ve erime birleştirilecek iki parça boyunca meydana gelir.

İki farklı kaynak işlemi vardır.

TESİS YÜKLERİ

‐ İki sac metalin birleştirilmesi için nokta veya punta kaynağı (Şekil. 2.24)

Şekil 2.24 : Nokta veya punta kaynağı

‐ İki parçanın boylu boyunca birleştirilmesi için alın kaynağı. (Şekil 2.25).

Şekil 2.25. Alın kaynağı

63


‐ İki sac metalin arasındaki kapama için dikiş kaynağı (Şekil 2.26)

Şekil 2.26 : Dikiş kaynağı

‐ İki çubuğun her iki ucunu birleştirmek için sap kaynağı. (Şekil 2.27)

64

TESİS YÜKLERİ

Şekil 2.27 : Sap kaynağı

Direnç kaynağı makina tipi ne olursa olsun aynıdır. (Şekil 28).

Direnç kaynakları :

‐ Elektrot uçlarınan akan yüksek akımları taşıyan elektrik devresinden,

‐ Değişken oranlı ve akım jeneratorü gibi etki gösteren

( I VZ

iable

transfo= var yük empedansı ihmal edildiğinde ) bir

transformatörden,

‐ kaynak gücünü sağlayacak kenetleme veya kelepçeleme cihazından,

‐ Bir zaman geciktirici cihazından meydana gelmektedir.

65


Şekil 2.28 : Direnç kaynağı sistemi

2.12.2. BESLEMEDEKI ZORLUKLAR BOZUNMALAR VE ÇÖZÜMLERI

Kaynak makinalarının işletilmesi güç besleme değerinin sabitlendiği ön tedbirleri alacak şekilde tasarlanmalıdır.

Kaynak makinalarının ilk standart değeri açıklanır.

Smax : MAKINA KAYNAK GÜCÜ

S100% : NOMINAL GÜÇ VEYA SÜREKLI IŞLETMENIN EŞDEĞER

GÜCÜ

Smax Makina kaynak yaparken, kaynak noktasındaki empedans sıfır alınarak çekilen güçtür.

Kaynak makinası aralıklı olarak çalışır ve böylece kaynak peryodu ve dinlenme periyoduna sahiptir. (Bak şekil 2.29).

Makina işletme faktörü ise

twtr

rw

w

ttt

f+

= olarak ifade edilir.

Makinaya miktarı 0,3 ile 0,8 arasında değişen sınır işlenme faktörü uygulanır.

Lf

66

TESİS YÜKLERİ

Şekil 2.29 : Direnç kaynak makinasının çalışması

Lf için makina %100’e eşit fiktif çalışma faktörü ile sürekli olarak çalışıyorsa makinanın eşdeğer gücü belirlenecektir.

Transformatör kablo gibi ekipmanların termal değerleri belirlendiğinde.

Sınır faktöründe ekipman tarafından çekilen termal güç: . Lm fIR 2

67


R : TRANSFORMATÖR KABLO GIBI EKIPMANLARIN DIRENCI

Im : KAYNAK PERYODUNDA ÇEKILEN AKIM

Sürekli çalışma için eşdeğer termal güç :

R I1002

%

I100% : AYNI TERMAL GÜÇ TARAFINDAN BESLENEN SÜREKLI

AKIM

Bu iki akım eşitlenerek yazıldığında

Lm fIRIR 22%100 =

Lm fII =%100 elde edilir.

Kaynak periyodu esnasında makinanın çektiği güç :

S V In mmax =

Vn : MAKINA TERMINALLERINDE YÜKSÜZ DURUMDA KI NOMINAL GERILIM.

68

TESİS YÜKLERİ

Makinanın sürekli işletmedeki eşdeğer gücü :

S V In100 100% %=

Bu nedenle Lm

fSI

ISS max

%100max%100 ==

LfSS max%100 = olacaktır.

Eğer makinanın gerçek gücü kullanılarak azaltılırsa

eşdeğer makina gücü ise: Lu ff <

S S fu u= max

Su Ekipmanın eşdeğer termal gücünü verir.

Her hangi bie durumda, gerilim düşümü hesaplarında gücüne göre hesaplar yapılmalıdır. Smax

Gerilim düşümü ve filiker :

Makinanın bağlantı şekline bağlı olarak kaynak makinası tarafından gerilim düşümlerine neden olunur. 3‐fazlı kaynak makinalarında, şarj makina jeneratoru tarafından dengelenir. Gerilim düşümü klasik formülle ifade edilir.

Δ ΔUU

VV

RP XQUn n n

% %= = ×

+100 2

Burada :

69


ΔU : GERILIM DÜŞÜMÜ

U : FAZ‐FAZ GERILIMI

V : FAZ‐NÖTR GERILIMI VEYA1‐FAZLI GERILIM

Un : NOMINAL FAZ‐FAZ GERILIMI

R jX+ : ÜST TARAF VEYA BESLEME TARAFI ŞEBEKE EMPEDANSI

P : MAKINA TARAFINDAN ÇEKILEN AKTIF GÜÇ

Q : MAKINA TARAFINDAN ÇEKILEN REAKTIF GÜÇ

Bütün bunlara rağmen 1‐fazlı makinaların kullanımı çok yaygın olup kaynak devreleri daima 1‐fazlıdır. Bu makinalarda gerilim düşümü, (faz‐faz veya faz‐nötr) bağlantı şekline ve besleme transformatörünün sargı bağlantı tipine bağlıdır. Makina tarafından çekilen disimetrik akım orta gerilimde 1 faz ve faz‐faz gerilimlerde dengesizliğe neden olurlar. Kullanılan güç seviyeleri ve filiker seviyeleri nedeniyle kaynak makinaları daima orta gerilime özel OG/AG transformatörleri üzerinden bağlanırlar. Her bağlantı grubu için, Transformatörün primer tarafında 1‐faz ve faz‐faz gerilim gerilim düşümleri belirlenebilir.

Aşağıdaki değerler ifade edilirse :

70

TESİS YÜKLERİ

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

aRP XQ XP RQ

U

bRP XQ XP RQ

U

c

d RP XQU

eRP XQ XP RQ

U

fRP XQ XP RQ

U

n

n

n

n

n

= ×+ − −

×

= ×+ − −

×

=

= ×+

×

=+ + −

×

=+ − −

×

⎧

⎨

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

33

2100

33

2100

0

2 100

3

2100

3

2100

2

2

2

2

2

Burada :

Un : FAZ‐FAZ ŞEBEKE NOMINAL GERILIMI

R jX+ : ŞEBEKE BESLEME TARFI EMPEDANSI

P : MAKINA TARAFINDAN ÇEKILEN AKTIF GÜÇ

Q : MAKINA TARAFINDAN ÇEKILEN REAKTIF GÜÇTÜR.

Tablo 2.9, 10, 11, 12, 13 ve 14 de bağlantı gruplarına bağlı olarak transformatörün primer tarafında oluşan farklı gerilim düşümleri verilmektedir.

71


Tablo 2.9: Yy0 bağlantı grubu

Tablo 2.10: Dd10 bağlantı grubu

72

TESİS YÜKLERİ

Tablo 2.11: Dy11 bağlantı grubu

Tablo 2.12: Yd11 bağlantı grubu

73


Tablo 2.13: Dz 6 bağlantı grubu

Tablo 2.14: Yz11 bağlantı grubu

Ark ocakları ile birlikte, kaynak makinaları elektrik şebekeleri üzerinde flikerlerin ana nedenleridir. Direnç kaynak makinaları çalışma peryodu tarafından karakterize edilirler. Bu periyotlar, izin verilen gerilim değişimlerinin maksimum büyüklüklerini ifade etmek için dakikada oluşan değişim sayılarının hesabında kullanılırlar. Birinci yaklaşım olarak, bir yükselme ve diğeri inmeden oluşan kaynak göz önüne alınabilir. Fakat bazı

74

TESİS YÜKLERİ

75

durumlarda her bir kaynak değişim sayısını ve böylece izin verilen sınırı belirlemek için iki cepheden daha fazla darbe akımlarını hesaba katmak gerekebilir.

Direnç kaynak makinalarının neden olduğu gerilim düşümlerinin etkilerini sınırlandırmak için, mutlaka diğer AG beslemelerinden, özel OG/AG transformatorları kullanarak kaynak makinaların beslemelerini ayırmak gerekir.Fliker etkisini sınırlandırmak için kaynak makinalarını olabilecek en yüksek gerilim tarafına yani mümkün olan şebeke başlangıç tarafına özel OG/AG transformatorları tesis ederek ayırma önemle tavsiye edilmektedir

2.12.3. REAKTIF GÜÇ KOMPANZASYONU

Direnç kaynak makinaları yüksek seviyede reaktif enerji tüketen ve sonuçta 0,3‐0,8 gibi çok düşük güç faktörüne sahip makinalardır. Bu reaktif enerjinin kapasitörler kullanarak kompanze edilmesi şarttır.

Kondansatörleri kaynak makinalarının yakınına bağlamak tehlikelidir. Bu yakınlık fiziksel yakınlıktan ziyade kapasitörlerin bağlandığı yerden kaynak makinaları arasındaki düşük empedansı ifade eden yakınlıktır. Gerçekte aralıklı çalışmadan dolayı düşük frekans rezonansuına yol açabilen ve anahtarlama sistemlerinde aşırı gerilimlere neden olan sürekli frekans spektrumu vardır. Bundan dolayı transformatörün primer besleme tarafına veya ana orta gerilim baralarına bağlanır.

Kompanzasyon gücü aşağıda verilen ,ifade yardımıyla belirlenir.


( )Q Pc = −tan tanϕ ϕ1 2

P : KAYNAK MAKINASININ AKTIF GÜCÜ

cosϕ2 : GEREKEN GÜÇ FAKTÖRÜ

cosϕ1 : MAKINANIN GÜÇ FAKTÖRÜ

cosmax

ϕ1 =P

S

Smax : DIRENÇ KAYNAK MAKINASININ MAKSIMUM GÖRÜNEN GÜCÜDÜR.

2.12.4. BAĞLANTI HESAPLARI

Aralıklı çalışan dirençli kaynak makinasında, tek kaynak makina bağlantısının diğer makına bağlantılarından ayırmak şarttır.

Tek kaynak makinası durumu :

İki eleman direnç kaynak makinasının bağlantısı için göz önüne alınır,:

• Birincisi AG besleme kabloları

• İkincisi tarnsformatördür.

76

TESİS YÜKLERİ

OG kablolarında gerilim düşümü ihmal edilir.

‐ Kablolar

Kabloların boyutlandırılmasında iki kriter sağlanmalıdır.

- Termal kriterler

- Gerilim düşümü kriteri

Gerçekte kablo kesiti imalatçıdan alınan makinanın görünen gücünü esas alarak %100 çalışma faktörüne uygun sürekli akıma göre seçilmelidir.

Aynı zamanda kablodaki gerilim düşümü makina kaynak güç faktörü için %4 olacak şekilde gerilim düşümü sınırlandırılmalıdır.

Smax

Gerilim düşümü ΔV RI XIm m= +cos sinϕ ϕ olarak belirlenir.

Bundan dolayı R V XII

m

m=

−Δ sincos

ϕϕ

olacaktır.

Minimum kablo kesiti böylece ϕ

ρϕsin

..cosX

LSmIV −

= Δ .olarak

ifade edilir.

77


ρ : ALÇAK GERILIM KABLOSU ÖZGÜL DIRENCI Y

L : ALÇAK GERILIM KABLO UZUNLUĞU

Im : KAYNAK PERYODU SÜRESINDE AG KABLOSU ÜZERINDEN AKAN AKIM

‐ Transformatör

Transformatorların değerlendirilmesinde termal kriterler ve gerilim düşümü krıterleri hesaba katılır.

Birinci kriter makinanın bağlantı tipine bağlıdır. (bakınız Tablo 2.15)

Makina Transformatör Transformatör değerlendirmesi

3‐fazlı 3‐fazlı S100 %

1‐fazlı Dy11 veya Yz5 sargı bağlantılı 3‐fazlı

3 100S %

1‐fazlı 1‐fazlı S100 %

Tablo 2.15: Transformatörün termal değerlendirmesi

S100 % : KAYNAK MAKINASININ %100 ÇALIŞMA

FAKTÖRÜNDEKI GÜCÜ

78

TESİS YÜKLERİ

İzin verilen gerilim düşümünde kalması için , %6 ve AG kablosundaki gerilim düşümü %4 olur.

Transformatör değerlendirmesi Tablo 2.16’da verilmektedir. ( nominal güçteki transformatorün kısa

devre gerilimi ).

%SCTu

Makina Transformatör Transformatör gücü

3‐fazl 3‐faz

6%

.maxSCTu

S

1‐faz Dy11 veya Yz5 3‐faz mS.3

1‐faz 1‐faz

6%

.maxSCTu

S

Tablo 2.16: Gerilim düşümü kriterleri için transformator güçlerinin belirlenmesi

Smax : MAKINA KAYNAK GÜCÜ

79


%SCTu : TRANSFORMATÖR KISA DEVRE GERILIMI

Birden fazla makina durumu :

Birden fazla kaynak makinasının çalışacağı tesiste hasaplama prensibi tek makınanın hesaplama prensibi ile aynıdır, ancak makinaların eş zamanlık faktörünün hesaba katılması gerekir. Düşük güçte çalışma faktörlerinde veya az sayıda makinaların olduğu bazı durumlarda aynı zamanda kaynak yapılmasını önlemek amacıyla makinalar arasında kilitleme yapılır.

Bu sağlanamadığı takdirde toplam maksimum güce göre hesaplama yapılır.

n sayıda aynı faza bağlanan aynı güçte ve özellikte makinanın eşdeğer gücü

( )( )S S n f nequ = + −max . 1 1 f×

Smax : HER BIR MAKINANIN MAKSIMUM GÜCÜ

f : HER BIR MAKINANIN ÇALIŞMA FAKTÖRÜ

n : Bağlı makinaların sayısı

Farklı makinaların bulunması durumunda:

80

TESİS YÜKLERİ

( )( )meanmeanortalamaeşşdeğş fnfnSS ×−+= 11.max,

Burada nS

S ortalama∑=

2max

max,

2max,

2%100

ortalama

ortalamaortalama S

Sf = ve

nS

S ortalama∑=

2%100

%100

Smax : HER BIR MAKINANIN MAKSIMUM GÜCÜ

S100% : %100 ÇALIŞMA FAKTÖRÜNDE HER BIR MAKINANIN

GÜCÜDÜR

FAYDALANILAN KAYNAKLAR 1. Electrical Design Guide ................................................Group Schneider

2. Industrial Electrical Network Design Guide .................Group Schneider

81


82

3. Elektrik Kuvvetli Akım Tesisleri El Kitabı..................T.Odabaşı

4. ETMD Dergisi 2005‐2006 dönemi sayıları

SON SÖZ Bu notların hazırlanmasında 2009’da yitirdiğimiz Sayın M.Turgut Odabaşı’nın değerli katkılarını anmadan geçemeyiz. Botaş’ta Elektrik Mühendisliği yapmakta olan Turgut Odabaşı, çeşitli kaynaklardan hazırladığı notları önce Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinin çeşitli sayılarında meslektaşlarına yararlı olmak üzere yayınladı. Nur içinde yatsın.

Kendisinin hazırladığı notlardan yararlanarak, notlarının bir kısmını Bileşim Yayınevi aracılığı ile yayınlamıştık. Onun notlarından ve diğer kaynaklardan yapacağımız diğer derlemeleri ise EMO kanalıyla yayınlanması kendi isteğiydi. Ancak bu isteğini hemen gerçekleştirmek mümkün olmadı.

Elektrik Tesisat Notları olarak, Sayın Odabaşının değerli çalışmasından da yararlanarak hazırladığımız bu çalışmanın EMO kanalı ile yayınlanması için başından beri desteğini esirgemeyen Orhan (Örücü) Ağabeyimize, derlemenin hazırlanmasında katkılarından dolayı Emre (Metin) ve Hakkı (Ünlü) kardeşlerime teşekkürü borç bilirim.

Bu tür mesleki yayınların e‐kitap olarak çok düşük bedeller ile meslektaşlarına kazandırmak için bu yayın portalını oluşturma kararı alan 42. Dönem EMO Yönetimine öncü rölünden dolayı teşekkür ederiz.

TESİS YÜKLERİ

83

E‐Kitabı Derleyen ve Yayına Hazırlayan

İbrahim Aydın Bodur

Hakkı ÜNLÜ

EMO YAYIN NO:EK/2011/9

TURGUT ODABAŞI

TMMOB Elektrik Mühendisleri OdasıIhlamur Sokak No:10 Kat:2 Kızılay/AnkaraTel: (312) 425 32 72 Faks: (312) 417 38 18http:www.emo.org.tr E-Posta: [email protected]

EMO Yönetim Kurulu 42. Dönem‘de(Kasım 2010) bir yayın portalı oluşturdu. Bu yayın portalı üzerinde,daha önce de sürdürmekte olduğumuz, basılı dergilerimizin İnternet sürümleri, basılı kitaplarımızın tanıtımları ve çevrim içi satın alma olanakları ile doğrudan İnternet üzerinden bilgisayarınıza indirebileceğiniz e-kitapları çok düşük bedellerle edinebilme olanağına sahip olacaksınız.

İnternet sitemiz üzerinden e-kitap dağıtım hizmetini, yakında hizmete İnternet sitemiz üzerinden e-kitap dağıtım hizmetini, yakında hizmete girecek olan EMO Yayın Portalı‘nın öncülü olan, sitemizin yayın bölümünde yer alan e-kitaplarla uzunca bir süredir veriyorduk. Yayınlarımızı izleyenler hatırlayacaktır, ilk e-kitabımız, EMO üyesi Arif Künar‘ın "Neden Nükleer Santrallere Hayır" kitabının PDF baskısıydı. Hükümetin Akkuyu‘da nükleer santral kurma inadı maalesef hala kırılamadı. Dört yıl önce bastığımız bu kitap hala güncel!....güncel!.... EMO‘nun İnternet sitesi üzerinden hizmete giren bu yeni sitemizde yeni e-kitaplarla hizmete açıldı. Sizlerde varsa yayınlamak istediğiniz kitaplarınızı, notlarınızı bize iletebilirsiniz. Bu yayınlar yayın komsiyonumuzun değerlendirmesinden sonra uygun bulunursa yayınlanacak ve eser sahibine EMO ücret tarifesine göre ücret ödenecektir.E-Kitaplar tarafımızdan yayınlandıkça üyelerimize ayrıca epostaE-Kitaplar tarafımızdan yayınlandıkça üyelerimize ayrıca eposta ile iletilecektir.

Saygılarımızla Elektrik Mühendisleri Odası42. Dönem Yönetim Kurulu

e-kitap

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (2)TESİS YÜKLERİ VE BESLEMEYE ETKİLERİ

Documents

emo kuvvetli akım