Kompanzasyon

Gerilim kontrolü ve reaktif güç yönetimi, elektrik iletim şebekelerinin güvenilirliğini sağlayan ve bu şebekelerde elektrik piyasasını kolaylaştıran yardımcı hizmetin iki yüzüdür. Bu faaliyetin her iki yönü iç içe olduğundan (alternatif akım (AC) şebekesindeki voltaj değişimi reaktif gücün üretilmesi veya emilimiyle yapılır) bu maddede Kirby & Hirst (1997) tarafından önerildiği gibi "gerilim kontrolü" terimi bu faaliyeti belirtmek için kullanılır. Gerilim kontrolü AC çevrimindeki reaktif güç enjeksiyonlarını içermez, bunlar sistem kararlılık hizmeti denilen ayrı bir yardımcı hizmetin parçasıdır. Reaktif güç iletimi doğası gereği sınırlıdır bu nedenle voltaj kontrolü sistemde genel aktif güç dengesini korumaya dayanan frekans kontrolünün aksine güç şebekesindeki ekipman parçaları aracılığıyla sağlanır.

Direnç esaslı devrelerde olan faz farkı, kapasitif devrelerde akım voltajdan fazı ileride olacak şekilde, endüktif devrelerdeyse akım geride olacak şekilde değişir. Faz farkının oluşması reaktif güç oluşması demektir. Bir sistemin görünür gücü değişmez, ancak faz farkına bağlı olarak görünür gücün bileşenleri olan aktif ve reaktif güç değişir. Aktif güç görünür güce eşitse yani reaktif güç yoksa maksimum iş verimi alınır.

Şebekede özel gerilim kontrol cihazlarının kullanılması, senkron jeneratörün rotor açısı dalgalanmalarını (jeneratörlerin reaktif güç kaynağı sağlaması veya harcaması nedeniyle oluşan) azaltarak güç sistem kararlılığını da iyileştirir.

Reaktif güç koşulları değiştiğinde voltajda büyük değişiklikler gösteren güç baraları ve sistemlerine "zayıf sistemler" denirken, nispeten daha küçük değişikliği olanlar "güçlü" (mukavemetli ve daha güçlü sistemlerin daha yüksek kısa devre oranı vardır) denir.

Güç hatları reaktif güç çeker veya verir: havai güç hatları düşük yükte reaktif güç verir ama yük hattın dalgalanma empedans değerini geçtiğinde hatlar artan miktarda reaktif güç tüketmeye başlar. Yeraltı güç hatları kapasitiftir bu yüzden aşırı gerilim empedansının altında yüklenir ve reaktif güç sağlarlar.

Elektrik yükleri genellikle reaktif gücü emer, güç faktörü çamaşır makinesi gibi elektrik motorlu ev aletlerine benzer cihazlarda 0,65'den akkor lamba gibi tam dirençli yüklerde 1,0 olacak şekilde değişir.

Tipik bir elektrik şebekesinde gerilim kontrolü temelde senkron jeneratörlerince sağlanır. Bu jeneratörler, jeneratörün terminallerindeki voltajı hedef aralık içinde tutarak uyarma alanını ayarlayan otomatik voltaj regülatörleri ile donatılmıştır.

Pasif kompanzasyon cihazları kalıcı bağlanabilir veya bir zamanlayıcı kullanılarak elle veya sensör verilerine dayalı olarak otomatik anahtarlanabilir ve bağlanabilir. Aktif cihazlar doğası gereği kendiliğinden ayarlanır. Az yükte kademe değiştirme özellikli kademe değiştiren transformatörler, gerilimi doğrudan kontrol etmek için kullanılabilir. Sistemdeki tüm kademe değiştiren trafoların çalışması trafolar ve şönt kapasitör uygulaması ile eş zamanlı yapılmalıdır.

Reaktif güç dengesinin yerelleştirilmiş doğası nedeniyle, standart yaklaşım reaktif gücü yerel olarak yönetmektir. Mikro şebekelerin yaygınlaşması, esnek merkezi yaklaşımı daha ekonomik hale getirebilir.

Bir jeneratörün veya iletim hattının tek bir arızası, kalan bazı iletim hatları üzerindeki yükü hemen artırma potansiyeline sahip olduğundan, sistem çok hızlı şekilde (dinamik gereksinim) ek miktarlarda reaktif güç sağlayabilmelidir. Havai enerji hatlarının doğası, yük arttıkça hatların değiştirilmesi gereken artan miktarda reaktif güç tüketmeye başlamasıdır. Bu nedenle büyük bir iletim sistemi, tıpkı gerçek güç için rezervleri gibi reaktif güç rezervlerine ihtiyaç duyar. Reaktif güç, gerçek güç kadar tellerin üzerinden geçmediğinden, üretimini yüke yakın yoğunlaştırmaya yönelik teşvik vardır. Elektrik güç sistemlerinin yeniden yapılandırılması, elektrik şebekesinin bu alanını entegre enerji kuruluşu'nun elinden alır. Bu nedenle eğilim sorununu müşteriye yüklemek ve yükün birliğe yakın güç faktörü ile çalışmasını gerektirir.

Devrede işi aktif bileşen yapar, reaktif bileşen her döngüde şebekeden çekilir ve döngü bitmeden geri şebekeye verilir. Saf dirençli devrede faz farkı olmaz ve aktif güç maksimum değerini alır, reaktif güç yoktur. Ancak endüktif ve kapasitif devrelerde faz farkına göre reaktif güç oluşur. Bu da işe çevrilebilen aktif gücün azalmasına dolayısıyla verimin düşmesine ve kullanılamayan bir reaktif güç oluşumuna neden olur. İşte aktif gücün maksimum hale getirilip, güç faktörünün düzeltilmesi ve verimin en büyük halini alması işlemine kompanzasyon denir.

Uygulamada fabrikalar, elektrik makineleri, iş makineleri ve motorlar endüktif çalıştıklarından bağlandıkları şebekeye reaktif güç verirler. Verilen reaktif güç aktif gücün dolayısıyla verimin oldukça düşmesine neden olur. Fabrikaların bolca bulunduğu bir bölge göz önüne alındığında o bölgede bulunan konutların bu durumdan nasıl olumsuz etkileneceği açıktır. Aynı sistemin öncelikle kompanze edilmemiş ve sonra kompanze edilmiş hali karşılaştırıldığında ise çekilen akımın değişmediği, ancak aktif gücün arttığı görülür. İşte verimin artması ve şebekenin reaktif güçten kötü etkilenmemesi için endüktif sistemin girişine bir kompanzasyon kondansatörü bağlanır ve devrede üretilen reaktif güç şebekeye verilmeden kondansatörlerde depolanır. Motor devreye girerken de bu kondansatörler depoladıkları reaktif gücü motorlara geri verirler. Dolayısıyla şebeke sistemi saf resistif bir sisteme yakın olarak görür ve şebekeyle sistem arasında reaktif güç alışverişi olmaz.

Şebekeden reaktif güç tüketimine elektrik kurumları tarafından sınır getirilmiştir. Aylık aktif tüketimin %20'si kadar harcama ücretsizken, bu sınır geçildiği takdirde tüm reaktif harcama ücretlendirilir ve faturaya yansıtılır. Evlerimizde kullandığımız aletler içerisinde mekanik balastlı floresan lambalar, çamaşır makinaları, buzdolabı ve Inverter harici klimalar endüktif devreye sahiptir ve reaktif güç çekerler ancak eğer kompanze edilmişlerse bu harcama şebekeden olmaz. Ayrıca konutlarda kullanılan sayaçlar kilovat cinsinden yazdığı için, konutlarda reaktif güç harcaması için bir önlem alınmasına gerek duyulmamaktadır. Bazı uzmanlar göre yukarıda açıklanan nedenlerden ötürü evlerde herhangi bir cihaz yardımıyla parasal açıdan elektrik tasarrufu sağlamak mümkün değildir.

Türkiye'de şebeke taşıma kapasitesini arttırmasından ve enerjinin israfını önlemesinden dolayı ülke ekonomisi için vazgeçilmezdir. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumunun 284/2 nolu ve 8/1/2004 tarihli kurul kararına göre Türkiye'de kompanzasyon panosu yapma ve işletme zorunluluğundaki proje gücü 9KVA ve üzeri işletmelerin harcadıkları endüktif enerji aktif enerjinin en fazla %20'i; kapasitif enerji de aktif enerjinin en fazla %15'i kadar olabilir. Aksi halde işletme ceza faturası ödemekle yükümlüdür.

Sistemden çekilen elektrik akımının, belli bir voltaj değerindeki gücüne "Görünen (sanal) Güç" denir. Birimi VA (VoltAmper) dir. "S" harfi ile gösterilir.

Aktif güç, fazın akım, gerilim ve CosÆ (Aktif Güç Çarpanı) çarpımına eşittir. Bobin(Xl) ya da kapasitans(Xc) direnci üzerinden geçen elektrik akımının, belli bir voltaj değerindeki gücüne "Reaktif Güç" denir. Birimi VAr'dir. "Q" harfi ile gösterilir.

Reaktif güç, fazın akım, gerilim, Cosφ (Aktif Güç Çarpanı) ve Tanφ (Reaktif Gücün Aktif güce oranı)'nın çarpımına eşittir. Çekilen görünen güç ile aktif güç arasındaki faz açısına "φ" denir.