2.Harmonik - Ermes Elektrik
Transkript
2.Harmonik - Ermes Elektrik
Güç Kalitesi Uygulama K›lavuzu LEONARDO POWER QUALITY INITIATIVE Harmonikler Gerçek KOD - Tek Gerçek Ölçü 3.2.2 3 Tepe de¤er Tepe faktörü 2 Form faktörü 0 -1 -2 -3 ELEKTROL‹T‹K BAKIR SANAY‹‹ VE T‹CARET A.fi. 0 90 180 270 360 Harmonikler Gerçek KOD de¤eri Ortalama KOD ölçümü Ortalama de¤er 1 Harmonikler Gerçek KOD - Tek Gerçek Ölçü Ken West Fluke (UK) Ltd. Nisan 2002 LEONARDO POWER QUALITY INITIATIVE Leonardo Power Quality ‹nitiative Leonardo Elektrik Enerjisinde Kalite Giriflimi’nin (LPQI, Leonardo Power Quality Initiative) bir bölümü olan bu K›lavuz, Avrupa Komisyonu (Leonardo da Vinci Program› alt›nda) ve International Copper Development Association taraf›ndan desteklenen bir ö¤retim ve e¤itim program›d›r. Sarkuysan Elektrolitik Bak›r Sanayi ve Ticaret A.fi. Elektrolitik bak›r ve ürünleri üretmek üzere 1972 y›l›nda kurulmufl olan SARKUYSAN A.fi. günümüzde her türlü elektrolitik bak›r tel, lama ve bak›r boru üretimi konular›nda dünyan›n önde gelen kurulufllar› aras›nda yer almaktad›r. ELEKTROL‹T‹K BAKIR SANAY‹‹ VE T‹CARET A.fi. SARKUYSAN A.fi., toplam kalite felsefesi çerçevesinde tafl›d›¤› toplumsal sorumlulu¤un bir gere¤i olarak, elektrik sektöründe kullan›lan bak›r ürünlerinin bilinçli kullan›m›na katk›da bulunmak üzere Avrupa Bak›r Enstitüsü liderli¤inde yürütülen "Elektrik Enerjisinde Kalite Projesi"nin Türkiye koordinatörlü¤ünü üslenmifl bulunmaktad›r. Avrupa Bak›r Enstitüsü (ECI, European Copper Institute) Avrupa Bak›r Enstitüsü, IWCC (International Wrought Copper Counsil) ve ICA (International Copper Association) taraf›ndan oluflturulan bir ortak giriflimdir. ECI dünyan›n ve Avrupa’n›n önde gelen bak›r üreticileri ad›na hareket eder ve Avrupa’da bak›r kullan›m›n› özendirici faaliyetlerde bulunur. Ocak 1996 tarihinde kurulan ECI; Benelux, Fransa, Almanya, Yunanistan, Macaristan, ‹talya, Polanya, ‹skandinavya, ‹spanya ve ‹ngiltere olmak üzere on Avrupa ülkesindeki Bak›r Gelifltirme Dernekleri (CDAs, Copper Development Associations) taraf›ndan desteklenmektedir. Daha önce 1959 y›l›nda kurulan Copper Products Development Association ile 1961 y›l›nda kurulan International Copper Research Association (INCRA) taraf›ndan bafllat›lan faaliyetler ECI bünyesinde devam ettirilmektedir. Sorumluluk Sarkuysan Elektrolitik Bak›r Sanayi ve Ticaret A.fi. ve Avrupa Bak›r Enstitüsü, bu yay›nda yeralan bilgilerin veya verilerin kullan›lmas›ndan veya yanl›fl kullan›lmas›ndan do¤abilecek sonuçlardan ve hertürlü olumsuzluklardan do¤rudan veya dolayl› olarak sorumlu tutulamaz. Bas›m ve yay›n hakk› ©, Sarkuysan Elektrolitik Bak›r Sanayi ve Ticaret A.fi.’ne aittir. De¤ifliklik yap›lmadan ve kaynak gösterilerek ço¤alt›labilir. Avrupa Bak›r Enstitüsü Türkiye Partnerleri: Kaynak Yay›n Tan›t›m Reklam San. ve Tic. Ltd. fiti. Nexans ‹letiflim Endüstri ve Ticaret A.fi. Türk Pirelli Kablo ve Sistemleri A.fi. Harmonikler Gerçek KOD (RMS) – Tek Gerçek Ölçü Devre kesicilerde meydana gelen beklenmedik aç›lmalar ticari ve endüstriyel tesislerin ço¤u için önemli problem kayna¤›d›r. Aç›klanamayan ve rastgele ortaya ç›kan bu aç›lmalar›n her zaman için bir nedeni olmas› gerekir. Problemin en çok karfl›lafl›lan iki nedeni vard›r. Birinci muhtemel neden, özellikle kiflisel bilgisayarlar ve di¤er elektronik cihazlar gibi baz› yüklerin devreye girmesi s›ras›nda ortaya ç›kan afl›r› ak›mlard›r, bu konu K›lavuz’un daha sonraki bir bölümünde tart›fl›lm›flt›r. ‹kinci muhtemel neden ise devreden geçen ak›m›n çok daha yüksek olan gerçek de¤erinden farkl› ölçülmesidir. Gerçek ak›m de¤erinin düflük ölçülmesi modern tesislerde bile s›k s›k meydana gelen bir olayd›r –sa¤l›kl› ölçüm yapan güvenilir dijital test aletlerine ra¤men neden yanl›fl ölçümler yap›lmaktad›r? Kullan›lan ölçü aletlerinin, ço¤unlukla, dalga flekli bozulmufl ak›mlar›n ölçülmesi için uygun olmamas› bu sorunun cevab› olmaktad›r– ve günümüzdeki ak›mlar›n ço¤u dalga flekli bozulmufl ak›mlard›r. Dalga flekli bozulmufl ak›m, özellikle kiflisel bilgisayarlar, elektronik balastl› fllüoresan lambalar ve de¤iflken h›zl› sürücüler gibi do¤rusal olmayan yükler taraf›ndan çekilen harmonik ak›mlardan kaynaklanmaktad›r. Harmoniklerin oluflumu ve tesisat üzerindeki etkileri Bölüm 3.1’de verilmifltir. fiekil 3’te, bir bilgisayar›n çekti¤i tipik bir ak›m dalga flekli görülmektedir. Aç›kça görüldü¤ü gibi bu bir sinüs e¤risi de¤ildir ve sinüs e¤risi ölçen aletler kullan›larak ölçüm ve hesaplama yap›lamaz. Bu nedenle, güç sistemlerinin performans analizi ve problem çözümlemelerinde sinüzoid d›fl› ak›m ve gerilim ölçümlerinde uygun, do¤ru cihazlar›n kullan›lmas› son derece önemlidir. fiekil 1- Bir ak›m - iki ölçüm. Hangisi güvenilir? Yukar›da, bozuk ak›ml› do¤rusal olmayan yükün beslendi¤i bir devre görülmektedir. Gerçek KOD pensi (solda) do¤ru de¤eri göstermekte, fakat, ortalamay› gösteren sa¤daki pens ise % 32 daha düflük bir de¤er göstermektedir. 1 Gerçek KOD – Tek Gerçek Ölçü fiekil 1’de ayn› devrede iki adet kenetli ölçü aleti görülmektedir. Her iki alet de imalatç› firma flartnamelerine göre kalibre edilmifl olup, do¤ru çal›flmaktad›r. Aradaki fark›n esas› aletlerin yapt›¤› ölçümlerden ileri gelmektedir. Soldaki ölçü aleti bir gerçek KOD aleti olup, sa¤daki ise ortalamay› gösteren KOD kalibreli bir alettir. Fark›n tam olarak anlafl›lmas› bak›m›ndan KOD anlam›n›n aç›klanmas› gerekir. KOD nedir? Bir alternatif ak›m›n Karesel Ortalama De¤eri (Root Mean Square), belli bir direnç fleklindeki yükte ayn› miktarda ›s› meydana getiren do¤ru ak›m›n de¤eridir. Alternatif ak›m›n bir dirençte meydana getirdi¤i ›s› miktar›, dalga fleklinin tam bir devrindeki ak›m ortalamas›n›n karesi ile orant›l›d›r. Di¤er bir ifade ile; oluflan ›s›, karesel ortalama ile orant›l›d›r, dolay›s›yle ak›m de¤eri karesel ortalaman›n karekökü ile yani KOD ile orant›l› olmaktad›r. (Kare al›nd›¤› için sonuç daima pozitiftir, bu nedenle polarite sözkonusu olmaz.) fiekil 2’de görülen ideal bir sinüs e¤risi için KOD de¤eri, tepe de¤erin 0.707 kat›d›r (veya tepe de¤eri √2 ‘dir, veya 1.414 çarp› KOD de¤eridir). Di¤er bir ifade ile, KOD de¤eri 1 Amper olan ideal sinüs e¤risi ak›m›n›n tepe de¤eri 1.414 Amper olacakt›r. Bir dalga formunun bütününün ortalamas› (negatif yar›m devir ters çevrilerek) al›nd›¤›nda ortalama de¤er, tepe de¤erin 0.636 kat›, veya KOD de¤erin 0.9 kat› olur. fiekil 2’de iki önemli oran vard›r: Tepe faktörü = Tepe de¤er =1.414 ve Form faktörü = KOD de¤eri =1.111 KOD de¤eri Ortalama de¤er 3 2 Tepe de¤er= 1.414 Gerçek KOD de¤eri= ortalama KOD ölçümü= 1.0 Form faktörü= 1.11 1 0 0 90 180 270 360 -1 -2 -3 fiekil 2- ‹deal sinüs e¤risi ‹deal sinüs e¤risinin ölçülmesinde – sadece ideal bir sinüs e¤risi için– basit bir ölçüm yap›larak ortalama de¤er (0.636 x tepe) bulunur ve form faktörü (1.111) ile çarp›larak ( tepe de¤erin 0.707 ile çarp›m› demektir) KOD de¤eri elde edilir. Tüm analog (ortalama, sarg› hareketinin ataleti ile belirlenmektedir) ölçü aletlerinde, eski ve yeni dijital multimetrelerin ço¤unda bu yaklafl›m esas al›n›r. Bu teknik, ‘KOD kalibreli ortalama ölçüm’ tekni¤i olarak tan›mlanmaktad›r. Söz konusu yaklafl›m sadece ideal sinüs formu için geçerlidir, ancak gerçek uygulamalarda ideal sinüs e¤risi yoktur. fiekil 3’te verilen ak›m dalgaformu bilgisayarda çizilmifltir. Buradaki gerçek KOD de¤eri 1 Amper’dir, ancak tepe de¤er çok daha yüksek (2.6 Amper) civar›ndad›r ve ortalama de¤er ise çok daha düflüktür (0.55 Amper). 2 Gerçek KOD – Tek Gerçek Ölçü 3 Tepe de¤er= 2.6 Tepe faktörü= 2.6 2 Form faktörü= 1.82 Gerçek KOD de¤eri= 1.0 1 Ortalama KOD ölçümü= 0.61 Ortalama de¤er= 0.55 0 0 90 180 360 270 -1 -2 -3 fiekil 3- Bir bilgisayar›n çekti¤i ak›m›n tipik dalga flekli Bu dalga flekli için ölçüm bir KOD kalibreli ortalama ölçüm cihaz› ile yap›ld›¤›nda, 1 Amper olan gerçek de¤er yerine 0.61 Amper civar›nda yaklafl›k %40 kadar daha düflük bir de¤er okunacakt›r. Farkl› dalga flekillerinin iki farkl› tip ölçü aleti ile yap›lan ölçümlerine ait örnekler Tablo 1’de verilmektedir. Gerçek KOD ölçen bir alet ölçüm an›ndaki ak›m de¤erinin karesini ve zamana göre ortalamas›n› al›r ve bu ortalaman›n karekökünü ekranda gösterir. Güvenilirli¤i tam olmak kayd›yle, dalga flekli ne olursa olsun aletin gösterdi¤i sonuç kesinlikle do¤rudur. Güvenilirlik hiçbir zaman mükemmel olmayaca¤›ndan iki faktörün gözönünde tutulmas› gerekir; bunlardan biri frekans, di¤eri de tepe faktörüdür. Güç sistemlerinde, genel olarak 50’nci harmoniklere, örne¤in 2500 Hz frekansa kadar ölçüm yapmak yeterli olmaktad›r. Tepe de¤er ile KOD de¤eri aras›ndaki oran› gösteren tepe faktörü, kullan›lacak ölçüm aletinin seçimi aç›s›ndan önemlidir; tepe faktörünün yüksek olmas› halinde dinamik aral›¤› genifl ve dolay›s›yle çevrim devre hassasiyeti yüksek bir aletin kullan›lmas› gerekir. Tepe faktörü büyüklü¤ü en az üç olmal›d›r. ‹ki tip ölçü aleti, bozuk dalga flekillerinin ölçümünde farkl› sonuçlar vermelerine karfl›n ideal sinüs flekli ölçümlerinde ayn› sonucu verirler. Asl›nda ölçü aletleri bu flekilde kalibre edilmektedir ve her ölçü aletinin kalibrasyon onayl› - ancak sadece sinüs flekilleri için kullan›lmak üzere olmas› gerekir. Gerçek KOD ölçüm aletleri yaklafl›k 30 y›ld›r kullan›lmaktad›r, bafllang›çta özel ve pahal› olan bu aletler elektronikteki geliflmeler paralelinde, gerçek KOD de¤erini sa¤l›kl› ölçebilen tafl›nabilir multimetreler olarak gelifltirilmifltir. Gelifltirilmifl kaliteli aletler sadece belli bafll› firmalar taraf›ndan imal edilmekle birlikte her zaman herkes taraf›ndan ucuz bir fiyatla temin edilebilir. Multimetre tipi Sinüs e¤risine cevap Kare dalgaya cevap Tek faz diyot redresöre cevap 3Ø diyot redresöre cevap Ortalama cevapl› Do¤ru Yüzde 10 yüksek Yüzde 40 düflük Yüzde 5-30 düflük Gerçek KOD Do¤ru Do¤ru Do¤ru Do¤ru Tablo 1- Ortalama ve gerçek KOD karfl›laflt›rmas› 3 Gerçek KOD - Tek Gerçek Ölçü Düflük ölçümlerin yol açt›¤› sonuçlar Elektrik devre elemanlar› genellikle, afl›r› ›s›nma öncesindeki ›s› kay›plar›na göre s›n›fland›r›l›rlar. Örne¤in; kablolar, kullan›lacaklar› tesisattaki özel koflullar ve maksimum çal›flma s›cakl›¤› dikkate al›narak s›n›fland›r›lmakta ve seçilmektedir. Harmoniklerle kirlenmifl ak›mlar›n KOD de¤eri, ortalamay› gösteren bir aletle ölçülen de¤erden daha yüksek olaca¤›ndan, gere¤inden daha küçük kablo seçimi yap›lacak ve kullan›m s›ras›nda kabloda afl›r› ›s›nma meydana gelecektir. Do¤al olarak kablo izolasyonu zarar görecek, kablonun ömrü k›salacak ve yang›n riski ortaya ç›kacakt›r. Benzer flekilde; busbarlar, baralardan konveksiyon ve radyasyon yoluyla yay›l›p kaybolan ›s› ile baralar›n direnci nedeniyle oluflan ›s› hesaplanarak ölçülendirilmektedirler. Bu ›s› transferi ile ›s›nman›n birbirine eflit oldu¤u s›cakl›k busbarlar›n çal›flma s›cakl›¤›d›r. Bu flekilde yap›lan hesaplama ve ölçülendirme neticesinde izolasyon ve di¤er destek malzemelerinin erken ar›za yapmalar› önlenmektedir. Aynen kablolarda oldu¤u gibi, gerçek KOD de¤erinin hatal› ölçülmesi daha yüksek çal›flma s›cakl›klar›na yol açacakt›r. Öte yandan, kablolara k›yasla busbarlar›n fiziksel ölçüleri daha büyük oldu¤undan deri olay› (skin effect) kendini daha çok gösterecek ve çal›flma s›cakl›klar›nda ilave yükselmeye neden olacakt›r. Sigortalar ve devre kesicilerin termal elemanlar› gibi elektrik güç sistemlerinde yer alan di¤er komponentler de ›s› transfer özelliklerine göre s›n›fland›r›ld›klar›ndan bunlar›n seçiminde de KOD ak›m› esas al›nmaktad›r. Beklenmedik devre aç›lmalar›n›n temel nedeni burada yatmaktad›r - ak›m beklenilenden daha yüksektir, böyle bir ortamda uzun zaman çal›flan bir devre kesicisinin aç›lmas› do¤al karfl›lanmal›d›r. Zira, devre kesiciler ›s›ya karfl› hassast›rlar ve ne zaman aç›lacaklar› önceden bilinemez. Neticede; karfl› karfl›ya kal›nan maddi kay›plar çok yüksek olabilir, bilgisayar sistemlerinde veri kay›plar› meydana gelir, ifllemler kontrol d›fl› kal›r,vs. Bu konular K›lavuz’un 2. Bölümünde tart›fl›lm›flt›r. Aç›kça görüldü¤ü gibi, sadece gerçek KOD aletleri ile do¤ru ölçümler yap›larak gerekli kablo, busbar ve devre kesicisi seçilebilir. Önemli olan, ‘Bu alet bir gerçek KOD ölçü aleti midir?’ sorusunu sormakt›r. Bir aletin gerçek KOD ölçü aleti olup olmad›¤› ürün tan›t›m metinlerinde yaz›l›d›r.Ancak ihtiyaç an›nda el alt›nda olmayabilir. Sorunun en do¤ru cevab›, ortalamay› veya gerçek KOD de¤erini gösterir, bilinen bir aletle, ak›m ölçümleri yaparak sonuçlar› k›yaslamakt›r. Örne¤in bir PC’de veya bir filamanl› lambada oldu¤u gibi. Filamanl› lambada her iki aletle yap›lan ölçümlerin ayn› ak›m de¤erini göstermesi gerekir. fiayet aletlerden bir tanesi ile PC’de yap›lan ölçüm, di¤er alet ile yap›lan ölçümden önemli ölçüde yüksek (örne¤in %20’den fazla) ak›m gösteriyorsa, bu alet büyük ihtimalle bir gerçek KOD ölçü aletidir. Aletlerin her ikisi de benzer de¤erler gösterirse, aletler ayn› tip aletlerdir. Sonuç Önemli say›da do¤rusal olmayan yüklerin (PC’ler, elektronik balastlar, kompakt flüoresan lambalar, vs) bulundu¤u bir tesisatta gerçek KOD ölçümü yapmak flartt›r. Ortalama de¤eri gösteren aletler %40’a varan bir oranda daha düflük de¤erler verir ve kablolar›n, devre kesicilerin yanl›fl seçimine, dolayas›yle de riskli sonuçlar›n ve devre aç›lmalar›n›n meydana gelmesine neden olur. 4 Referans & Kurucu Partnerler European Copper Institute Engineering Consulting & Design (ECI) (ECD) Web: www.eurocopper.org Web: www.ecd.it Web: www.agh.edu.pl Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Centre d’Innovació Tecnològica en (ETSII) Web: www.etsii.upm.es Akademia Gornicza-Hutnicza (AGH) La Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Web: www.htw-saarland.de Polish Copper Promotion Centre (PCPC) Web: www.miedz.org.pl Convertidors Estàtics i Accionaments (CITCEA) Istituto Italiano del Rame Web: www-citcea.upc.es (IIR) Comitato Elettrotecnico Italiano Web: www.iir.it (CEI) Web: www.celuni.it Provinciale Industriele Hogescholl (PIH) Web: www.pih.be Università di Bergamo International Union of Web: www.unibg.it Electrotechnology Copper Benelux (UIE) Web: www.copperbenelux.org Web: www.uie.org University of Bath Web: www.bath.ac.uk Copper Development Association (CDA UK) ISR-Universidade de Coimbra University of Manchester Institute of Web: www.cda.org.uk Web: www.uc.pt Deutsches Kupferinstitut Katholieke Universiteit Leuven (DKI) (KU Leuven) Wroclow University of Technology Web: www.kupferinstitut.de Web: www.kuleuven.ac.be Web: www.pwr.wroc.pl Science and Technology (UMIST) Web: www.umist.ac.uk Yay›n Kurulu David Chapman (Chief Editor) CDA UK david.chapman@copperdev.co.uk Prof. Angelo Baggini Università di Bergamo angelo.baggini@unibg.it Dr. Araceli Hernàdez Bayo ETSII-Universidad Politécnica de Madrid ahernandez@etsii.upm.es Prof. Ronnie Belmans UIE ronnle.belmans@esat.kuleuven.ac.be Franco Bua ECD franco.bua@ecd.it Prof. Anibal de Almeida ISR-Universidade de Coimbra adealmeida@isr.uc.pt Hans De Keulenaer ECI hdk@eurocopper.org Gregory Delaere Lemcko gregory.delaere@howest.be Prof. Jan Desmet Hogescholl West-Vlaanderen jan.desmet@howest.be Dipl-Ing Marcel Didden KU Leuven marcel.didden@mech.kuleuven.ac.be Dr. Johan Driesen KU Leuven johan.driesen@esat.kuleuven.ac.be Stefan Fassbinder DKI sfassbinder@kupferinstitut.de Prof. Zbigniew Hanzelka Akademia Gorniczo-Hutnicza hanzel@uci.agh.edu.pl Dr. Antoni Klajn Wroclaw University of Technology antoni.klajn@pwr.worc.pl Reiner Kreutzer HTW rkreutzer@htw-saarland.de Prof. Wolfgang Langguth HTW wlang@htw-saarland.de Jonathan Manson Gorham & Partners Ltd. jonathanm@gorham.org Prof. Henryk Markiewicz Wroclaw University of Technology henryk.markiewicz@pwr.wroc.pl Carlo Masetti CEI masetti@celuni.it Dr. Jovica Milanovic UMIST jovica.milanovic@umist.ac.uk Dr. Miles Redfern University of Bath eesmar@bath.ac.uk Andreas Sumper CITCEA sumper@citcea.upc.es Roman Targosz PCPC cem@miedz.org.pl Ken West ELEKTROL‹T‹K BAKIR SANAY‹‹ VE T‹CARET A.fi. Merkez: Sarkuysan ‹fl Mrk. Okçumusa Cad. No:1 80020 Beyo¤lu - ‹stanbul Direk Tel.: (262) 653 27 58 Tel.: (212) 252 60 00 (20 Hat) Faks: (212) 251 23 04 e-mail: a.tepiroglu@sarkuysan.com web: www.sarkuysan.com Fabrika: Osmangazi Tren ‹stasyonu Yan› Çay›rova 41401 Gebze - Kocaeli Tel.: (262) 653 45 07 (4 Hat) Tel.: (262) 653 26 04 (3 Hat) Tel.: (262) 653 27 52 (4 Hat) Faks: (262) 653 55 12 European Copper Institute Avenue de Tervueren 168 B-1150 Brussels Belgium Tel: 00 32 2 777 7090 Faks: 00 32 2 777 7099 e-mail: mail@copperbenelux.org Web sitesi: www.copperbenelux.org