Uzun süreli elektrik kesintilerinde elektrik enerjisi ihtiyacını karşılamak için jeneratörler kullanılmaktadır. Ancak jeneratörler yükü üzerine kesintisiz alamaması, bazı kritik yükleri besleyecek yeterli kalitede çıkış dalga şekli oluşturamaması ve frekans kararlılığı bakımından eksik olması gibi eksiklikleri vardır.
KGK ise jeneratörün aksine yükleri kesintisiz olarak üzerine alabilmekte ve kritik yükleri şebekede meydana gelecek her türlü bozulmalara karşı besleyebilecek kalitede ve kararlı frekansında çıkış gerilimi ve üretebilmektedir. Ancak KGK’lar tüm bu üstünlüklerine rağmen uzun süreli (30 dakikadan fazla) uygulamalar için yetersiz kalmaktadırlar. Bu nedenle uzun süreli elektrik kesintisi meydana gelen yerlerde kalıcı çözüm için KGK ve jeneratör birlikte kullanılmalıdır. Bu ortak çalışma sırasında meydana gelebilecek sorunların engellemek için kullanılacak KGK ve jeneratör seçimine dikkat edilmelidir.
KGK ve jeneratör birlikte çalışırken dikkat edilmesi gereken ana başlıklar şunlardır:
Adım Yükü: Jeneratör yükü üzerine aşamalı olarak aldığında tam kapasitede çalışabilen, ancak yük anlık olarak üzerine bindirildiğinde düşük performans gösteren elektromekanik bir sistemdir. Jeneratör çalışırken yükü üzerine ani olarak aldığında KGK’daki toplam yükü kaldıramadığından jeneratör geriliminde ve frekansında salınımlar meydana gelebilir. Bu salınımlar KGK tarafından kabul edilemez kaynak olarak algılanabilir ve KGK aküden çalışmaya zorlanabilir. Yük aküye aktarılınca, jeneratör distorsiyonu, UPS’i hattan çalışmaya zorlayacak biçimde azalacak veya kaybolacaktır. Yük jeneratöre tekrar uygulandığında voltaj distorsiyonu, UPS’in bir kez daha aküye aktarılmasına yol açacak biçimde geri dönecektir. Bu çevrim yaklaşık 4 saniyede bir tekrarlanabilir. Bu nedenle jeneratör KGK ile ortak çalıştırılırken anma değerinin ancak %35-%50 değerindeki güç değeri çekildiğinde sorunsuz çalışabilmektedir.
Ayrıca KGK'da doğrultucuda soft-start (yumuşak kalkış) özelliği olsa bile KGK’nın demeraj akımı çekmesini önlemek için doğrultucunda ayrıca akım sınırlama özelliği olmalıdır.
Gerilim Yükselmesi: Bu bir uygulama hatası olup genellikle KGK gücü ile jeneratör gücünün birbirine yakın seçilmesi ve KGK dışında büyük yük olmaması halinde ortaya çıkar. KGK jeneratöre ilk geçtiği anda doğrultucu kapalıdır ve soft-start (yumuşak kalkış) ile çalışmaya başlar. Eğer bu durumda jeneratör üzerindeki tek yük harmonikleri bastırmak için kullanılan giriş filtresi ise bu jeneratör için aşırı uyarma enerjisi yaratır. Pek çok jeneratör kontrol sistemi bu aşırı uyarılmaya yeterince cevap veremez ve gerilimde %120'lere varan kontrolsüz gerilim üretmesi (genellikle jeneratör demirinin manyetik doyuma gitmesi sebebiyle) gibi problemlere yol açar. Bu yüzden jeneratörlere filtre ile çalışma durumlarında ön yük ile start verilerek bu problemin üstesinden gelinmeli yada KGK üreticisinin filtre sistemini geçici olarak kapatan bir mekanizma sunması gerekmektedir ki bu durumda da harmonik problemi ortaya çıkabilecektir.
Sinüs Dalga Şeklinde Bozulmalar ve Harmonik Akımlar: Pek çok KGK sisteminin doğrultucuları enerji kaynağında (jeneratör) bozulmalara neden olabilr. Bu bozulmalar jeneratörlerin kontrol ünitelerinin zarar görmesine yol açabilir. Ayrıca doğrultucular harmonik akımları nedeni ile sinüs akım çekmeyebilir. Akımın sinüs dalga şeklinden uzaklaşmasına yol açan etki Toplam Harmonik Distorsiyon (THD) olarak adlandırılabilir. Bu harmonik akımlar jeneratörlerin aşırı ısınmalarına, regülasyonlarının bozulmalarına yol açabilir.
|
|
6 darbeli doğrultucunun giriş gerilim ve akım dalga şekilleri
Başlıca doğrultucu tipi olarak pek çok üretici 6 darbeli doğrultucuyu tercih
etmektedir ki bu yapıların şebekeden çektikleri akım şekli yukarıdaki gibidir ve
akım harmonik oranı %33'ler civarındadır. 6 darbeli olmaları nedeni ile burada
etkin olan harmonik bileşen n-1=6-1=5. ve buna ek olarak 7. harmoniktir. Oysa 12
darbeli bir sistemde etkin olan harmonik bileşen 11. ve ek olarak 13.
harmoniktir. Buradaki THD ise opsiyon olarak üretilen 12 darbeli sistemlerde %10
civarındadır.
Bu değer KGK ile jeneratörün problemsiz çalışması için yeterlidir. Kimi
üreticiler ucuz bir çözüm olması için filtre kullanmayı tercih ederler ancak
filtre çözümü beraberinde başka problemleri de getirir. Başlıca problem,
filtrelerin belirli bir akım ve empedans değeri göz önüne alınarak dizayn
edilmiş olmaları ve pasif olarak görev almalarından dolayı yük değişimlerine
cevap verememeleridir(şekil 1). Bunun en basit açılımı düşük yüklerde filtre
giriş akım harmoniklerini bastırmak bir yana problemin ana kaynağı olarak baş
rolü oynayacaktır. Yandaki şekilde bir endüstri tesisinde yapılmış harmonik
ölçüm sonuçları gözükmektedir. Dikkat edilmesi gereken konu 6 darbeli bir
doğrultucuda dahi %33 olan akım harmoniği yanlış yük ve harmonik filtre seçimi
nedeniyle burada %49.5’e kadar çıkmaktadır. Bu nedenle 80 kVA ve üzeri güçlerde
yük değişimi büyük farklılıklar gösterebileceğinden KGK sisteminin 12 darbeli
doğrultucu olanlar tercih edilmesidir.
Giriş Güç Faktörü
KGK Gücü Gerekli
Ortalama Jeneratör Büyüklüğü
------------------------------------------------------------------------------------------------
0,8
10 kVA
21 kVA
0,99
10 kVA
13,5 kVA
0,8
40 kVA
84 kVA
0,98
40 kVA
52 kVA
Frekans
Dalgalanmaları:
Jeneratörler yük değişimlerine cevap verebilmek ve frekansı kontrol edebilmek
için doğal limitlere sahiptir. Fonksiyon karmaşıktır ve sadece jeneratörün
özelliklerine bağlı olmayıp, governör (jeneratörün ürettiği çıkış gerilimin
frekansının kararlı olmasını sağlayan hız kontrol ünitesi) cevap hızının dönme
ataletine ve yükün frekans değişimlerine reaksiyonuna da bağlıdır. Jeneratördeki
frekans dalgalanmasının en belirgin sonucu olarak kronik bir şekilde ortaya
çıkan KGK-By-Pass senkronizasyon olamama durumudur.
İyi bir kontrol yapısı ile hem motor-jeneratör, hem de KGK üreticisi frekans
dalgalanma problemlerini ya ortadan kaldırmalı ya da minimize etmelidir.
Motor, hızlı yanıt veren bir governöre sahip olmanın yanı sıra yüke göre
ayarlanmış ve doğru boyutlandırılmış olmalıdır. Benzer şekilde de KGK geniş bir
frekans kabul aralığına sahip olacak şekilde tasarlanmış olmalıdır. Tabi ki bu
arada jeneratörün voltaj regülatörü governerden daha hızlı reaksiyon
göstermemelidir. Aksi taktirde KGK’nın doğrultucu kısmı ile kararlı olmayan bir
durum ortaya çıkar. KGK üreticisi hızlı frekans değişimlerine cevap verebilen
bir sistem geliştirmek durumundadır. KGK’nın doğrultucusu saniyede en az 3Hz’lik
değişimlere cevap verebilecek kabiliyete sahip olmalıdır.
By-Pass’a
Senkron Olmak: KGK
çıkışının kesintisiz olması ve evirici-By Pass hatları arası geçişlerde çakışma
olmaması için KGK evirici çıkışının By-Pass hattına senkron olması
gerekmektedir. Bunun sağlanabilmesi için kararlı frekansta çalışan jeneratör ve
frekans cevap aralığı genişletilmişi KGK kullanılmalıdır. Aksi taktirde
jeneratörden çalışma esnasında KGK By-Pass hattına bağlı olan jeneratöre senkron
olamayacak ve By-Pass transfer işlemini gerekmesi durumunda KGK ve jeneratör
durumları uygun olamayacaktır.
Otomatik
Transfer Anahtarı: Pek
çok KGK-Jeneratör bağlantısı otomatik transfer anahtarı ile çalışır ve şebekenin
geri gelmesi durumunda KGK şebekeden beslenecek şekilde aktarma işlemi yapılır.
Bu şekilde yapılan hızlı bir transfer işlemi bir problemin kaynağı olabilir.
Eğer KGK girişinde 12 darbeli doğrultucu yerine pasif filtre kullanılmışsa ve
transfer anahtarı motor yükleri de içeriyorsa filtre transfer esnasında bir
uyarma enerjisi yaratır. Bu uyarma kaynağı bu motorları, onların ataletlerini
bir enerji kaynağı gibi kullanarak onları jeneratör gibi davranmaya iter. Eğer
bu transfer çok hızlı olursa ortaya çıkan alternatif enerji kaynakları gerilimde
beklenmedik faz çakışmalarına ve sonucunda da hem bu motor yüklerinin hem de
KGK’nın zarar görmesine yol açar. Bu amaçla özellikle 100kVA üzerindeki büyük
sistemlerde kullanılan filtre yapılarının jeneratörden şebekeye geçişi esnasında
KGK tarafından otomatik olarak devreden çıkartılan yapılar ile birlikte
sunulması gereklidir.