GENERATÖRLERİN PARALEL BAĞLANMASI
Elektrik üretim merkezlerinde kullanılan generatörlerin etkin kullanımı, sayıları son dönemde hızla artan elektronik araçların varlığı ve daha kaliteli ve verimli bir şekilde elektrik enerjisine olan ihtiyaçlar nedeniyle son derecede önemlidir. Elektrik santralleri şebekelerin güç ihtiyaçlarını karşılamak için paralel bağlanabilir. Büyük bir generatörden ihtiyacın karşılanması yükün az olduğu durumlarda generatör verimini azaltacağı için paralel bağlantının yanısıra birden çok alternatörün birlikte kullanılması sağlanmıştır. Böylesi bir sistem, generatörlerin bakımı sırasında abonelerin enerjisiz kalmasının da önüne geçmiş olur; generatör verimi ve ömrü de uzamış olur.
1) Generatörlerin Paralel Bağlanmalarını Gerektiren Nedenler:
- Besleme: Tek generatöre göre çok generatör daha fazla güçteki yüklerin beslenmesini sağlar.
- Güvenilirlik: Birden fazla generatörün paralel bağlanarak yükü beslemesi sistemin güvenirliliğini arttırır. Generatörlerden birisinin ya da bir kaçının arızalanması durumunda yük enerjisiz kalmaz.
- Devamlılık: Paralel bağlı generatörlerden bakıma ihtiyacı olanlar devre dışı alınabilir. Bu durumda yükü paralel bağlı diğer generatörler beslerler.
- Verimlilik: Belirli güçteki yükü tek generatör besliyor ise yük miktarı azaldığında generatör tam yük altında çalışmayacağından verimlilik düşecektir. Fakat aynı güçteki yükü birden fazla küçük güçlü generatörlerin beslemesi durumunda, yükün azalması durumunda azalan yük miktarı kadar generatör devre dışı bırakılabilir, bu sayede diğer generatörlerin daha verimli çalışmasını sağlar.
2) Generatörlerin Paralel Bağlanma Şartları:
Söz konusu şartlara geçmeden önce önemli bir hususa değinmemiz gerekiyor: Aynı bara sisteminde birden fazla generatörün paralel bağlnması hususunda dikkat edilmesi gereken ana şart, gerilim dalgalanmasının önüne geçmektir. Bu amaçla gerçekleştirilen işlemlere Senkronizasyon ya da Senkronlama adı verilir. Esasen generatörlerin paralel bağlanma işlemini gerçekleştirebilmek için gereken şartlar Senkronizasyon işleminin de şartları olacaktır. Bu şartlar;
Şebeke ve paralel bağlanacak generatörün aynı fazlarına ait uç gerilimleri aynı olmalıdır.
- Şebeke ve paralel bağlanacak generatörün uç gerilimlerinin faz sıraları aynı olmalıdır.
- Şebeke ve paralel bağlanacak generatörün frekansları eşit olmalıdır.
- Şebeke ve paralel bağlanacak generatörün aynı fazlarına ait gerilimlerin faz açıları aynı olmalı bir başka ifadeyle senkronizm anının yakalanması gerekir. Gerilimler arasında 5° ile 15°’lik faz farkı olmasına izin vardır.
- Şebeke, paralel bağlantıdan önce yükü beslemeye başladığından şebekenin gerilimi ve frekansı yükün ihtiyaçlarına uygun şekilde ayarlanmıştır.
Bu şartlardan bir tanesinin dahi sağlanmaması durumunda paralel bağlanacak sistemlerde gerilim dalgalanmaları ve akım darbesi oluşur. Oluşan gerilim dalgalanmaları ve akım darbesi paralel bağlanan generatöre hasar verir. Hasarın oluşmaması için paralel bağlantı işleminin senkronizasyon anında gerçekleştirilmesi gerekir.
Yukarıda görülen paralel bağlantı şemasında verilen ifadeler, paralel bağlantı şartları için ifade edilecek olursa;
Gerilim eşitliği: V1=V2
Faz sıralarının eşitliği: R1– S1 , T1 — R2 , S2 –T2
Frekans eşitliği: f1=f2
3) Generatörlerin Paralel Bağlantı Şartlarının Sağlanması İçin Uygulanması Gereken Prosedürler
➢ Aynı uçların birbirine bağlanması:
Çalışmakta olan generatör sisteminde yer alan generatörler ile sonradan paralel bağlanacak olan generatörün aynı baraya bağlanan uçları aynı fazlar olmak zorundadır; yani döner alanları aynı olmalıdır. Uç bağlantıları, santralin kurulması esnasında bir kere düzenlenir; sonraki paralel bağlantılarda mevcut bağlantı düzenine uyulur. Faz sıralarının aynı olup olmadığı çeşitli yöntemlerle belirlenebilir.
Bu yöntemler arasında faz sırası göstericisi denilen aletler ya da aynı amaca hizmet eden küçük bir asenkron motor yöntemlerine değinelim. Alet önce 1. generatör uçlarına tutulur. Aletin diski belirli bir yöne doğru döner. Sonra alet uçları aynı sıra ile şalterin diğer kontaklarına bağlı olan 2. generatörün uçlarına bağlanır. Dönüş yönü aynı ise şaltere bağlanan karşılıklı uçlar aynı isimli fazlardır.
Faz sıralarının aynı olup olmadığını anlayabilmenin bir diğer bir yöntemi ise şalter kontaklarına paralel üç faz lamba grubu bağlamaktır. Burada bağlanan lambalar 220V‘luk ise her bir faza iki adet lambanın seri olarak bağlanması gerekir. Çünkü şebeke ve generatörlerin aynı fazlarına ait gerilimlerin açıları birbirine göre maksimum olduğunda 180º, minimum olduğunda ise sıfır derecedir. Açı maksimum değerinde iken iki faz arasındaki gerilim farkı 440V, minimum olduğunda ise 0V‘tur. Sonuç olarak bağlanacak olan 220V‘luk lambayı maksimum gerilim değeri patlatacaktır. Üç fazlı lamba gruplarının bağlantısından sonra S anahtarı açık iken her iki alternatör çalıştırılır. Alternatörlerin aynı fazlarına ait gerilimler arasındaki fark maksimum iken, şayet lamba grupları hep beraber parlak yanıp sonra hep beraber sönüyorlarsa her iki alternatörün faz sıraları aynıdır. Eğer lamba gruplarından iki faza ait olanlar aynı anda yanıp sönerken üçüncü faza ait lamba farklı zamanlarda yanıp sönüyorsa generatörün farklı yanan faz çıkışı diğer bir faz ile yer değiştirilir ve üçüncü faza ait lambaların aynı anda yanıp sönmeleri sağlanır.
➢ Gerilim Eşitliği:
Devreye sonradan paralel girecek olan generatör geriliminin, çalışmakta olan generatörlerin ve şebekenin gerilimine eşit olması gerektiğini söylemiştik. Bu gerilim eşitliğinin sağlanabilmesi için generatörlerde uyartım akımları üzerinden gerilim ayarı yapılması gerekir. Şayet bu eşitlik gerçekleşmezse sirkülasyon akımları adı verilen dengeleme akımlarının termik ve dinamik etkileri kaçınılmaz olacaktır. Bu akımlar milde zorlama oluşturmaz ve reaktif akımlar olsa da olumsuz etkilerini bertaraf etmek gerekir. Gerilim kontrolü için şebeke ve paralel bağlanacak generatörün aynı fazına ait uç gerilimleri iki ayrı voltmetre, çift voltmetre (tek ekran üzerinde iki ayrı skalası bulunur) ya da voltmetre komütatörü yardımıyla olursa tek voltmetre ile gerçekleştirilebilir.
Şekil göz önünde bulundurulduğunda akla şu soru gelebilir: Gerilim eşitliği sağlanmazsa ne olur? Yani, 1. Generatörün E1 gerilimi, 2. Generatörün E2 geriliminden büyük olursa ne olur?
Bu sorunun cevabı şudur: Gerilimi küçük olan 2. generatör sisteme akım vermediği gibi şebekeden akım çekmeye başlar ve motor olarak çalışmasına devam eder.
➢ Frekans Eşitliği:
Paralel bağlantı için gereken bir diğer koşul da frekans eşitliğinin sağlanmasıdır. Frekanslar, generatörlerin devir sayıları ile ayarlanır. Paralele girecek generatörlerin frekansları eşit olmadığı takdirde, generatör endüvileri arasında dengeleme akımları dolaşır. Bu akım aktif bir akım olduğu için generatör millerine zarar vererek kırılmalarına neden olabilir. Paralel bağlantı esnasında frekans eşitliği, alternatörleri döndüren sistemlerin (buhar türbini, su türbini veya dizellerin) buhar, su veya yakıt girişleri ayarlanarak gerçekleştirilir. Frekans eşitliği %100 oranında gerçekleşemeyeceğini bilmeliyiz. Ancak %1’den fazla farklara da izin verilmez.
Generatörlerde gerilim eşitliğinde de benzer şekilde olduğu gibi frekans eşitliğinde de aynı ekranda çift skalalı frekansmetreler veya iki farklı frekansmetreler kullanılır.
Frekans; F= p.n/120 kutup sayısı ve devir sayısına bağlı olduğuna ve alternatör kutup sayısı (P) değiştirilemeyeceğine göre, f1=f2 eşitliği alternatörlerin devir sayıları değiştirilerek sağlanır. Eğer paralel giren alternatörün frekansı şebeke frekansından düşük ise G’nin devir sayısı arttırılarak f2 değeri f1 ’e göre biraz fazla olacak şekilde ayarlanır. Böylece her iki alternatörlerin gerilimleri arasındaki faz farkı yavaş yavaş değişmeye başlar. Yani lambalar çok yavaş şekilde parlak yanıp sönerler. Lambaların tam söndükleri anda S anahtarı kapatılarak alternatör devreye paralel alınır.
➢ Faz farkının kontrolü (Senkonizm anının belirlenmesi):
Paralel bağlamada birbirine bağlanacak uçların arasında faz farkı bulunmamalıdır. Aksi halde aktif karakterde olan dengeleme akımları sistemde çalışmakta olan generatörün rotorunda darbeler oluşturarak rotoru hızlandırmaya veya yavaşlatmaya çalışırlar. Uygulamalarda faz açıları için 5–15° (elektrikli açı) farklara izin verilebilir. Bu durumda geçecek dengeleme akımları generatörlere ve paralel bağlamada kullanılan diğe sistem elemanlarına zarar vermemelidir. Hatta bu sırada devre elemanlarının devreyi gereksiz yere açmaması gerekir.
Senkronizm anı (Senkronizasyon) esasen paralel bağlanacak generatör fazlarının üst üste çakışması anlamına gelir. Senkronizm anında her iki generatör gerilimleri aynı anda, aynı ani değerleri alır. Senkronizm anı saptandıktan sonra paralel bağlanmış her iki generatörün sadece bir fazı için çizilen şekildeki eğriler gibi diğer faz eğrileri de üst üste çakışmalıdır.
Yükü besleyen şebeke gerilimi V1 ile paralel bağlanacak olan generatörün gerilimi V2 arasındaki faz farkının sıfır olduğu anın yakalanması çeşitli metotlarla mümkündür. Bu yöntemler şu şekilde maddelenebilir:
- Sıfır voltmetresi metodu: Sıfır voltmetresi her iki senkron generatörün aynı isimli uçlarına bağlanır. Şayet generatörler gerilimleri arasında faz farkı bulunmuyor yani gerilimler aynı fazda ise voltmetrede okunan değer sıfır olacaktır. Senkron anı uzun süreli olmayabilir bu nedenle şalterleri kapatmak önemlidir. Bu süre zarfında paralel bağlantı gerçekleştirilebilir.
- Senkronoskop metodu: Senkronoskop denilen alet, bir asenkron motordur. Özelliği ise rotordan beslenen bir endüksiyon motoru olmasıdır. Senkronoskobun rotor ve statorunda meydana gelen iki döner alanın etkisi ile ibre hareket eder. Bu alanın sebebi ise iki generatör arasındaki frakans farkıdır. İbrenin dönüş yönü, frekans farkının nereden geldiğini belirtir. Aşağıda verilen şekillerde sırasıyla senkronoskobun iç ve dış yapıları görülmektedir.
Frekans farkı azaldıkça ibrenin dönüşü yavaşlar. İbre işaretlenen yerde durunca generatör fazları üst üste gelmiş ve gerilimler arasındaki faz farkı sıfır olmuş demektir. 1. generatörün frekansı 2. generatör frekansından fazla ise senkronoskop bir yöne dönecek, 2. generatör frekansı 1. generatör frekansından fazla ise ibre ters yöne dönecektir.
Senkronoskobun sadece iki generatörün tek fazları arasındaki açı farkına ait bilgi verdiğini, generatörlerin faz sıraları hakkında bilgi vermeyeceğini unutmayalım.
Senkronoskop yerine çeşitli lamba bağlantıları ile de senkronizasyon anı tespit edilir. Şimdi bu metodlara değinelim.
• Lamba montajları: Lamba bağlantılarında üç farklı tür karşımıza çıkar.
Söner ışık bağlantısı (Karanlık bağlama): Söner bağlantı için yukarıda görülen bağlantı sağlanmalıdır. Faz sıralarının tespit edilmesinin ardından, aynı adlı fazların arasına lamba veya voltmetre bağlanır. Bağlanan lambanın gerilimi, iki senkron generatörün gerilimleri toplamına eşit olmalıdır. Devreye paralel bağlanacak olan generatör çalıştırıldıktan sonra gerilimi veya frekansı; şebekeye veya diğer senkron generatörlere eşitlenir. Bu anda lambanın yanıp ardından söndüğü görülecektir. Senkron generatörün devri az miktarda artırılır, şayet lambanın yanıp sönme hızı azalıyorsa devir artırmaya devam edilir. Lambanın yanıp sönme hızı gittikçe azalır ve neticede lambalar sönük halde bir süre kalır. Lambaların sönük kaldığı an, senkronizm anıdır. Bu anda şalter kapatılır ve senkron generatörün devreye paralel bağlanması sağlanır. Söner ışık bağlantısına karanlık bağlama da denir. Şalter ayakları arasında bağlı olan voltmetre, lambaların sönük kaldığı an sıfırı gösterir. Bunun için, bu voltmetreye de sıfır voltmetresi adı verilir.
Yanar ışık bağlantısı: Yanar ışık bağlantısında lambalar ters adlı fazlara bağlanır. Şekil-9’da da görüldüğü gibi R1 fazı S2’ye; S1 fazı T2’ye ve T1 fazı da R2’ye bağlanmıştır. Bu bağlantıda lambaların yandığı an senkronizm anıdır. Yanar ışık bağlantısına aydınlık bağlama adı da verilir. Bu metotta lambaların parlaklığına dikkat edilmelidir. Lambalar çok kuvvetli yanarsa senkronizm anı olmaz. Böylesi bir durum kesinlik taşımayacağı için çok fazla tercih edilmez.
Döner ışık bağlantısı (Karışık bağlama): Döner ışık bağlantısında lambalardan ikisi ters faza, birisi ise aynı adlı faza bağlanır. Burada senkronizm anı, aynı faza bağlı lamba sönük, diğer iki lamba yanarken meydana gelir. Senkronizm anı dışında lambalar sıra ile yanıp söndüklerinden, döngü hissini verirler. Bu nedenle bu bağlantıya döner ışık bağlantısı adı verilir. Bu bağlantı da pek kullanılan bir yöntem değildir. Döner ışık bağlantısına karışık bağlama adı da verilir.
4) Paralel Bağlı Generatörler Arasında Yük Paylaşımı:
Yüklü olarak çalışan bir senkron generatöre ikinci bir senkron generatörü paralel bağlamak için şekildeki devre bağlantısını gerçekleştirelim.
- Eğer paralel bağladıktan sonra hiçbir tedbir alınmazsa II. senkron generatör, I. senkron generatörün yüküne ortak olmaz. II. senkron generatörün üzerine yük alması için, dinamolarda olduğu gibi uyartım akımlarının ayarı ile gerilimin artırılması gerçek yük aktarımını sağlamaz. Bunun yerine generatörün döndürücü makinesinden verilen mekanik enerji yavaş yavaş arttırılmalıdır. Devreye paralel bağlanan senkron jeneratörün üzerine yük alabilmesi için senkron jeneratörü döndüren motorun devir sayısı veya gücü yükseltilmelidir. Bunun için döndürücü makinenin tipine göre gaz, benzin veya buhar miktarı artırılır.
- II. senkron generatör yükün bir kısmını üzerine alınca, yükü azalan I. Senkron generatörün devir sayısı, dolayısıyla sistemin frekansı bir miktar yükselir. Bu nedenle II. senkron generatörün döndürücü gücü artırılırken I.’ninki biraz azaltılmalı ve böylece şebeke frekansının anormal değişimi engellenmelidir.
- Senkron generatörlerin yük dağılımında karşılaşılan diğer bir olay, senkron generatör güç katsayılarının (cosφ değerlerinin) değişmesidir. Örneğin, her iki senkron generatörün wattmetrelerinin aynı gücü gösterdiğini kabul edelim. Fakat senkron generatör akımları farklı olsun. Bu durumda akımı yüksek olan senkron generatör fazla, az olan ise eksik uyartılmış demektir. Yapılması gereken; devreye yeni giren II. senkron generatörün uyartım akımı biraz artırılırken I. senkron generatörün uyartım akımınıi azaltmak olmalıdır. İşleme, devrede cosφ’ lar aynı değeri gösterinceye kadar devam edilir. Senkron generatörlerin güç katsayılarının (cosφ değerlerinin) eşitsizliğinde; uyartım akımları değiştirilerek yük paylaşımında eşitlik sağlanır.
Faydalı olması dileğiyle…
LinkedIn: www.linkedin.com/in/onurbağdat