Santrallerin Reaktif Güç Desteği Sağlaması

Alçak gerilim veya orta gerilim hattında kompanzasyon ile reaktif güç verilerek hat sonu gerilim düşümü azaltılmaktadır. Kondansatör gücü kompanze edilmek istenen sistemin güç faktörüne göre ayarlanır.


Q değeri artarsa hat sonunda gerilim değeri azalır (VReceived-VR)  bir başka ifade ile hatta gerilim düşümü artar.  Kondansatör ya da kompanzasyon sistemleri ile AG veya OG hatta yer alan Q reaktif güç değeri azaltılarak XL hat reaktansı ile çarpım değer Q.XL azaltılır.

Senkron jeneratör içeren termik, hidroelektrik veya nükleer santraller de reaktif güç desteği sağlayarak güç sistemlerinin örneğin iletim şebekesinin gerilim regülasyonu, kararlılığına katkı sağlar. Bu durum elektrik piyasasında yan hizmetlerden biridir.

Senkron jeneratör manyetik alanı uyarma akımı ile kontrol edilerek reaktif güç sağlar. Jeneratörün terminal gerilimi (V) ya da statorundan elde edilen gerilim ve elektromotor kuvveti (E_f) arasındaki ilişki reaktif gücü belirler

Silindirik rotor için  (Termik);

Ef: uyartım emk

Ef=kIf  AVR ile kontrol edilir

If: Uyarma akımı

Xs: Senkron jeneratör senkron reaktansı

δ : açısı (radyan)

V: Senkron jeneratör terminal gerilimi



Ef artırıldığında aşırı uyartım oluşur,  Q pozitif olur ve jeneratör reaktif güç üreterek bu reaktif gücü kondansatör gibi şebekeye verir ve iletim hattında gerilim düşümü azalır ve gerilim değeri şebekede yükselir.
 

olduğunda yani emk değeri terminal geriliminden fazla olduğunda  olur ve jeneratör reaktif güç üretir. Bu, şebekeye kapasitif reaktif güç sağlamakla eşdeğerdir. Kondansatör de benzer şekilde QC ile reaktif güç sağlar.


Jeneratörde Ef uyartım gerilimi ayarlanır ve Q  kontrol edilir. Kondansatörde ise (kapasitans değişmedikçe) sabit QC sağlanır.

Jeneratörler reaktif güç sınırı  jeneratör reaktif  güç eğrileri ile sınırlıdır; kondansatörler ise termal limitlere tabidir.

Ef azaltılıp senkron jeneratör düşük uyartımda çalıştığında, Q negatif olur ve jeneratör reaktif gücü absorbe eder ve şebekede gerilimi düşürür. Jeneratörün şebekeden reaktif güç çekmesiyle, yani endüktif bir yük gibi davranmasıyla şebeke gerilimi düşer. Düşük uyartımda jeneratörün terminal gerilimi şebeke gerilimine göre daha düşüktür ( yükseltici trafo bağlantısı vardır) . Bu durumda jeneratör bir reaktör veya endüktif motor gibi davranır ve manyetik alanını sürdürmek için şebekeden reaktif güç çeker.

Şebekedeki kapasitif yükler kondansatör bankaları, uzun hatların kapasitansı gerilimi artırır bu nedenle absorbe edilmesi gerekir.

Jeneratörler, ani yük değişimlerine hızlı yanıt verebilir; kondansatörler statik destek sağlar ancak STATCOM gibi cihazlar dinamik davranabilir.

Şebeke kararlılığı ve yenilenebilir enerji entegrasyonunda senkron jeneratörlerin reaktif güç desteği önemli rol oynamaktadır.



Relationship of Relative Permeability, Initial Magnetic Susceptibility and Magnetic Field Strength

Ever wondered what makes some materials, like iron, so great at concentrating magnetic fields, while others, like plastic, just don't care? It all comes down to three key terms: relative permeability (), initial magnetic susceptibility (), and magnetic field strength ().

Relative Permeability (μr) and Initial Magnetic Susceptibility (χi)

Imagine you're at a party. The magnetic field strength () is like the host trying to get everyone to dance. The host has a certain amount of energy and is trying to influence the atmosphere.

The material you put in this field (like an iron bar) is made up of tiny magnetic "party guests." These guests' reaction to the host's influence is what we measure.


Relative Permeability (): This tells you how good the material is at "helping" the host's influence. A material with a high μr is like a group of guests who are super enthusiastic about dancing and get everyone else on the floor. It's a measure of how easily a material can become a magnetic field conductor. For a vacuum, , because there are no guests to help.

Relative permeability is a dimensionless quantity that measures how much a material can support the formation of a magnetic field within itself. 

It is the ratio of the material's permeability () to the permeability of free space (). For a vacuum,  is exactly 1.

The two quantities are not independent; they are just different ways of expressing the same material property.

Initial Magnetic Susceptibility (): This is another way of looking at the same thing. Susceptibility measures how much the guests themselves respond and get into the dancing mood. It's the material's internal reaction to the host's influence. The higher the , the more magnetized the material becomes. For a vacuum, , as there's no material to magnetize.

It is a dimensionless quantity that measures how easily a material becomes magnetized in response to an applied magnetic field. It is a measure of the material's magnetization () in relation to the magnetizing force (). For a vacuum, is 0.


Now, let's look at how different materials respond to the host "magnetic field strength (H)"

For Diamagnetic and Paramagnetic Materials:

Think of these as party guests who are either shy (diamagnetic, χi is slightly negative) or a little bit interested (paramagnetic, χi is slightly positive).

Their response is directly proportional to the host's influence. If the host doubles their effort (H), the guests' enthusiasm (M) doubles as well. The equation is a simple straight line: 

The magnetizing force (), also called magnetic field strength, is a measure of the external magnetic field created by currents. It is a vector field and has units of amperes per meter (A/m). When this external field is applied to a material, the material becomes magnetized, creating its own internal magnetic field. This internal response is measured by the magnetization (), also in A/m.

Evde Cihazlar DC ile Çalışabilir mi? AC Elektriğe Gerçekten İhtiyaç Var mı?


DC şarj istasyonları, elektrikli araçlar, enerji depolama DC ev sistemi konusunu gündeme getirmektedir. Teoride evdeki tüm cihazlar DC (Doğru Akım) ile çalıştırılabilir. LED aydınlatma, TV, bilgisayar gibi cihazlar içinde DC kullanır. Güç elektroniği kullanan kontrol devrelerinin kalitesine, yük durumu ve cihaz tipine göre evdeki cihazlarda AC-DC dönüşümde %2-%20 arası kayıp olur.

Genelde AC ile çalıştığı düşünülen elektrik süpürgeleri universal motor olduğundan teoride hem AC hem DC ile çalışır. Ancak DC için uygun gerilim ve akım gerekmektedir. Cihazlar için farklı DC gerilim seviyesi gerektiğinde konvertörlere ihtiyaç duyulur. 

DC'de gerilim düşeceğinden örneğin 48 V DC kullanılsın akım artar ( P=UI),  AC'ye  göre ( 220 V AC olsun) daha yüksek kesitli kablo gerekir. 48V DC güvenli bir gerilimdir ancak yüksek güçlü cihazlarda (fırın, ısıtıcı) kesit büyüdüğünden kalın kablo gerekir. Bu cihazlar için 380 V DC kullanılabilir ancak gerilim yüksekliği nedeniyle izolasyon ve güvenlik sağlanmalıdır.

DC ile Çalışan Cihazlar

  • LED ve OLED aydınlatma (Düşük voltajlı DC, genellikle 12V/24V)
  • Akıllı telefon, tablet, dizüstü bilgisayar (Adaptörler AC'yi DC'ye çevirir)
  • Şarj edilebilir cihazlar (Elektrikli diş fırçası, tıraş makinesi)
  • DC motorlu taşınabilir süpürgeler

AC'ye Bağımlı Olan Cihazlar

Buzdolabı, çamaşır makinesi: Bu cihazlar AC motor kullanır. DC için örneğin invertörlü buzdolapları BLDC( Brushles DC) motor kullanılır, kontrol devresi için PWM sürücü gerekir.  Buzdolaplarının çoğu invertör kontrollüdür AC ile beslenir ancak kontrol devresi DC'ye çevirir. Çamaşır makinesinde de AC motorları yerine DC motorlar kullanılmaya başlanmıştır.

Floresan lambalar, eski tip buzdolapları (AC balast kullanır): DC'de kullanımı yok.

Fırın, elektrikli ısıtıcılarRezistif ısıtma DC'de çalışır ama anahtarlama sorunu olur ve yüksek güçlü cihazlarda DC gerilim 300V'un üzerine çıkar ve güvenlik ve kablolama problem olabilir.

Elektrik süpürgesi:  universal yani evrensel motor kullandığından DC ile de çalışabilir. Yeni modellerinde invertörlü DC motor kullanlır.

Bulaşık Makinesi: Isıtıcı ve pompa AC ile çalışır ancak kontrol devresi DC'dir. DC'de kullanım için ısıtıcı rezistans DC'de de çalışır ve pompa motoru DC'ye çevrilebilir.

Saç kurutma makinesi: Dirençli ısıtıcı içerir ve fan motoru evrensel motordur ve DC'de çalışır.

Klima: Inverter klimalarda BLDC motor kullanır. Dış ünite ve iç ünite fan motorlu eski modellerde AC motordur. Yeni modellerde DC çalışmaya uygundur. 300 V-380 V DC ile çalışmaya uygundur.

Tam DC Ev (Teorik Örnek)

Güç Kaynağı:

  •  Güneş panelleri (DC) + Büyük batarya depolama ünitesi (örneğin 380V DC) ya da DC dağıtım şebekesi,  ev ya da apartman girişinde DC'ye dönüştürme

Cihaz Adaptasyonu:

  • BLDC motorlu buzdolabı, çamaşır makinesi DC kullanım potansiyeli yüksektir.
  • DC-DC konvertörlü TV, bilgisayar (Zaten DC ile çalışır)
  • Rezistif DC fırın ve ısıtıcılar ( Kayıp artar ancak DC'de kullanım potansiyeli yüksektir)

Zorluklar:

  •     Maliyet şu an için yüksek olabilir.
  •     Şu an için standart dışı bir altyapı gerektirir.


Sonuç olarak,

Anahtarlama elemanları (MOSFET, IGBT) DC'de akım sürekli ve sıfır noktasından geçmediğinden daha fazla ısınırYüksek akım kesmelerinde ark riski vardır. 

Altyapı dünya genelinde AC olduğundan  DC dağıtımı yapmak için kablolama, sigorta ve ölçüm sistemlerinin baştan tasarlanması gerekir. Ev tipi cihazların bazıları da AC göre tasarlanıp üretilmiştir.

ksek verimli DC motorlar yaygınlaşırsa (Örnek: BLDC motorlu buzdolapları), GaN, SiC gibi yarıiletken güç elektroniği elemanları ucuzlarsa DC gerilime evlerde geçilebilir. 

DC ev için teknik olarak tüm cihazlar DC ile çalışacak şekilde tasarlanabilir. Priz standardı geliştirilebilir. DC besleme durumunda evlerde AC-DC dönüşüm kaybı azalır. DC sigorta ve koruma farklılaşır ve bazı cihazlar için konvertör gerekir.

Mevcut enerji geçişi, verimlilik gereksinimi ve mevcut DC uygulamalar evlerde de DC geçisi artıracaktır.