Kompanzasyon, endüktif yüklerin (motor, trafo, bobin) çalışması için gerekli olan ancak iş yapmayan reaktif gücün şebekeden çekilmesini önleyerek, bu gücün kondansatörler tarafından yerel olarak üretilmesini sağlayan sistemdir. Bu sayede şebekeden çekilen görünür güç (kVA) azalır, kayıplar düşer ve reaktif ceza ortadan kalkar.
1. Güç Faktörü (cosφ) Nedir?
Güç faktörü, aktif gücün (kW – iş yapan güç) görünür güce (kVA – şebekeden çekilen toplam güç) oranıdır.
[
\cos\phi = \frac{P}{S} = \frac{P}{\sqrt{P^2 + Q^2}}
]
Burada; Q reaktif güçtür (kVAr).
a. Düşük Güç Faktörünün Zararları
- Reaktif Ceza: EPDK’ya göre, çekilen endüktif reaktif enerji, aktif enerjinin belirli bir yüzdesini (%20 veya %33) aşarsa ceza uygulanır.
- Yüksek Akım ve Kayıplar: Aynı aktif güç için düşük cosφ, hat akımını artırır. Bu durum iletkenlerdeki bakır kayıplarını (( I^2 \cdot R )) ve gerilim düşümünü artırır.
- Kapasite Kaybı: Trafolar ve jeneratörler kVA cinsinden güç üretir. Düşük cosφ, bu ekipmanların aktif güç çıkışını sınırlar.
b. Hedeflenen Güç Faktörü Değerleri
- Yönetmelik Sınırı: Endüktif reaktif tüketimin aktif tüketime oranı %20’yi geçmemelidir (bu da yaklaşık cosφ = 0.98 (endüktif) sınırına tekabül eder).
- Tavsiye Edilen: cosφ değerinin 0.92 ile 0.98 arasında tutulması idealdir. Çok yüksek kapasitif değer (cosφ 1.00 veya kapasitif bölge) de ceza gerektirir.
2. Kondansatör Hesabı (Gerekli Reaktif Güç – Qc)
Bir tesisi mevcut cosφ₁ değerinden hedef cosφ₂ değerine çıkarmak için ihtiyaç duyulan kondansatör gücü (kVAr) aşağıdaki yöntemlerle hesaplanır.
a. Formül ile Hesap
[
Q_c = P \cdot (\tan\phi_1 – \tan\phi_2)
]
Burada;
– Qc = Gerekli kondansatör gücü (kVAr)
– P = Tesisin aktif gücü (kW) (Aylık faturadaki aktif tüketim / çalışma saati)
– φ₁ = Mevcut güç faktörünün açısı (cosφ₁)
– φ₂ = Hedeflenen güç faktörünün açısı (cosφ₂)
b. Pratik Hesap (k Katsayısı Tablosu ile)
Formülün pratik karşılığı olan “k” katsayısı tabloları kullanılır. Bu tablolar, mevcut cosφ ile hedef cosφ arasındaki farka göre kW başına düşen kVAr değerini (k) verir.
[
Q_c = P \cdot k
]
Örnek k Değerleri (cosφ₁ = 0.70’ten hedef cosφ₂’ye):
| Hedef cosφ₂ | Katsayı (k) |
|---|---|
| 0.90 | 0.66 |
| 0.92 | 0.71 |
| 0.95 | 0.78 |
| 0.98 | 0.87 |
| 1.00 | 1.02 |
Örnek Uygulama: Aktif gücü (P) 100 kW olan bir tesisin mevcut cosφ₁ değeri 0.70’tir. Hedef cosφ₂ = 0.95 olarak belirlenirse:
( Q_c = 100 \times 0.78 = 78 \text{ kVAr} ). Bu tesise minimum 78 kVAr’lık kondansatör grubu kurulmalıdır.
c. Trafo Gücüne Göre Pratik Yaklaşım (Keşif ve Ön Proje)
Proje aşamasında yük bilgisi tam olarak bilinmiyorsa, transformatör gücünün belirli bir yüzdesi alınarak yaklaşık kompanzasyon gücü belirlenir.
| Trafo Gücü (kVA) | Yaklaşık Kompanzasyon Gücü (kVAr) |
|---|---|
| 50 – 100 kVA | Trafo gücünün %50 – %60’ı |
| 100 – 500 kVA | Trafo gücünün %40 – %50’si |
| 500 – 1000 kVA | Trafo gücünün %30 – %40’ı |
| 1000+ kVA | Trafo gücünün %25 – %30’u |
3. Reaktif Güç Kontrol Rölesi ve Kademeli Gruplar
Kondansatörlerin devreye alınıp çıkarılması, reaktif güç kontrol rölesi (RGR) tarafından otomatik olarak yapılır.
- Çalışma Prensibi: Röle, akım ve gerilim trafolarından gelen sinyalleri sürekli izler. Mevcut cosφ değerini hedef değerle karşılaştırır. Eğer endüktif reaktif ihtiyaç artarsa (cosφ düşerse), sırasıyla kontaktörleri tetikleyerek kondansatör kademelerini (step) devreye alır.
- Basamak (Step) Güçleri: Kondansatör grubu, eşit veya iki kat oranlı (örneğin 25-50-50-100 kVAr gibi) kademelere ayrılır. Bu sayede ihtiyaç duyulan reaktif güç, hassas bir şekilde karşılanır (örneğin 1+2+4 kodlaması ile 7 farklı kademe elde edilir).
- Koruma: Her kondansatör kademesinin aşırı akım ve kısa devreye karşı sigorta (NH veya B tipi) ile korunması gerekir. Ayrıca devreye alma anındaki ani akımı sınırlamak için sönümleme (damping) reaktörleri veya kontaktör ön dirençleri kullanılabilir.
4. Harmonikler ve Reaktörlü Kompanzasyon
Günümüz tesislerinde doğrultucular, VFD’ler (sürücüler) ve UPS’ler gibi doğrusal olmayan yükler, şebekede harmonikler (özellikle 3., 5. ve 7. harmonikler) oluşturur.
- Problem: Standart kondansatörler, harmonik frekanslarındaki empedans düşüklüğü nedeniyle aşırı akım çeker ve ısınarak hasar görebilir (hatta rezonans oluşturabilir).
- Çözüm: Bu durumda reaktörlü (detuned) kompanzasyon sistemleri kullanılır. Kondansatörlerin önüne seri olarak bağlanan reaktörler (bobinler), belirli bir harmonik frekansının altında kalacak şekilde (örneğin %6 veya %7 reaktör oranı ile 210 Hz veya 189 Hz’e ayarlanarak) devreyi harmoniklerden korur.
Özet Tablo: Kompanzasyon Proje Adımları
| Adım | Yapılacak İşlem | Açıklama / Formül |
|---|---|---|
| 1. Analiz | Mevcut cosφ ve aktif gücü (P) belirleme. | Fatura veya analizörden P (kW) ve cosφ₁ okunur. |
| 2. Hedef Belirleme | Hedef cosφ₂’yi (genelde 0.95) seçme. | Yönetmelik sınırı baz alınır. |
| 3. Güç Hesabı | Gerekli Qc (kVAr) hesaplama. | ( Q_c = P \cdot (\tan\phi_1 – \tan\phi_2) ) veya k tablosu. |
| 4. Kademelendirme | Kondansatör gruplarını (step) belirleme. | Eşit veya iki kat oranlı (örn: 25, 50, 50) kademeler. |
| 5. Kontrol | Reaktif güç rölesi (RGR) seçimi. | Kademe sayısına ve akım trafosu oranına uygun. |
| 6. Harmonik | Reaktör ihtiyacına karar verme. | VFD ve doğrultucu varsa detuned sistem (%6 – %7 reaktör) şarttır. |
| 7. Koruma | Sigorta, kontaktör ve termik koruma. | Aşırı akım ve kısa devreye karşı boyutlandırılır. |
Kritik Not: Kompanzasyon sistemi kurulurken, kondansatörlerin bağlandığı noktadaki kısa devre gücü ve mevcut harmonik seviyeleri mutlaka ölçülmelidir. Yanlış reaktör oranı, sistemi tam tersine rezonansa sokarak daha büyük hasarlara yol açabilir.
Başka bir konuda (örneğin, step oranı seçim optimizasyonu veya kompanzasyon panosu yerleşim kuralları) detaylandırma isterseniz memnuniyetle yardımcı olurum.