Enerji Nedir?

Fizikte, enerji doğrudan doğruya gözlemlenemeyen fakat kendi konumundan hesaplanabilen fiziksel sistemin geniş ve korunmuş bir özelliğidir. Enerji, fizikte temel önemdedir. Pek çok biçime girebilmesinden dolayı enerjinin kapsamlı bir tanımını yapmak imkânsızdır ama en yaygın tanım şudur: Enerji, bir sistemin iş yapma kapasitesidir. Fizikte iş, kuvvetin yer değişim yönündeki bileşeninin etkisinin yer değiştirmeyle çarpımı olarak tanımlanır ve enerji, iş ile aynı birimle ölçülür.

Enerji doğada ikiye ayrılmaktadır. Bunlar birincil (Primer) ve ikincil (Sekonder) kaynaklar olarak adlandırılır.

Primer Kaynaklar doğada enerjinin ilk çıkmış olduğu halini sınıflandırır. Bu kaynaklar doğada potansiyel olarak enerji barındırdığı ama bir enerji dönüşümü geçirmemiş kaynaklardır. Kendi içerisinde ise yenilenebilir enerji ve yenilenemez enerji olarak ikiye ayrılırlar.

• Biyokütle
• Fosil Yakıtlar
• Jeotermal Enerji
• Hidrolik Enerji
• Nükleer Enerji
• Güneş Enerjisi
• Gelgit Enerjisi
• Rüzgâr Enerjisi
• Dalga Enerjisi

Sekonder Kaynaklar, birincil kaynakların dönüşümleri ile elverişli kaynaklara dönüştürülmüş kaynaklardır. Bunlar son kullanıcının kullanımı için en elverişli forma dönüşmüştür.

• Elektrik Enerjisi
• Mekanik Enerji
• Isı ve Soğutma Enerjisi
• Akaryakıt

Bu kaynakların içerisinde günümüzün en çok kullanılanı Elektrik Enerjisidir. Elektrik enerjisi günümüzde birçok cihazın beslenmesinden iş ve konutlarımızın temel kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Elektrik Enerjisi

Elektrik enerjisi, elektriksel potansiyel enerjiden yeniden türetilen enerjidir. Bir elektrik devresi tarafından çekilen ve tüketilen enerjiyi açıklar. Bu enerji, devrede üretilen elektrik akımı ve elektrik potansiyeli kombinasyonu tarafından elde edilir.

Daha basit bir tabir ile maddenin elektron, pozitron, proton gibi parçalarının hareketlerinden ortaya çıkan enerji türüdür. Bu enerji türü artık günümüzde her alanda tüketim konusunda liderliğini ele tutmaktadır.

Temelde üretilen elektrik enerjisinin iletişimi ve dağıtımı söz konusu olduğunda ortaya çıkan sonuçlar sebebi ile ülkemizde verimlilik ve güç kalitesi konuları önem arz etmeye başlamıştır.

Kondansatörler & Kapasitörler;

• Kapasitör, elektrik enerjisini depolayabilen ve elektrik yükünü saklayabilen bir bileşendir. İki metal plaka arasına dielektrik malzeme konularak oluşturulur.
• Elektriksel olarak yalıtılmış bu iki plaka arasındaki elektrik alan, enerjinin depolandığı ortamı oluşturur.
• Kapasitörler; enerji depolama, filtreleme, devre ayarlama, zaman geciktirme gibi birçok elektronik işlevde kullanılır.
• Güç faktörü düzeltme, regülasyon ve dengeleme gibi işlemlerde de elektrik sistemlerinde önemli rol oynarlar.
• Kapasitans, bir kapasitörün yük tutma kapasitesidir. Farad (F) birimiyle ölçülür; µF, nF, pF gibi alt birimleri vardır.
• Kondansatör, elektrik enerjisini depo eden devre elemanıdır ve kompanzasyonda yaygın olarak kullanılır.
• Kompanzasyon için kullanılan kondansatörler düşük kayıplıdır, bakım gerektirmez ve reaktif güç kompanzasyonu için idealdir.

Ne İşe Yarar?

• Elektrik yükü depolamak,
• Reaktif güç kontrolü sağlamak,
• Bilgi kaybını önlemek,
• AC/DC dönüşümü yapmak,
• Güç kaynağı devrelerinde filtreleme,
• Rezonans devrelerinde frekans üretimi,
• Gerilim düzenlemesi ve güç akışı kontrolü sağlamak.

Çalışma Prensibi Nedir?

Kondansatörlerin elektrik depolama kapasitesi; plaka alanı, plaka aralığı ve dielektrik malzemeye bağlıdır. Elektriği uzun süre depolayamazlar ve zamanla boşalırlar. Gerilim uygulandığında plakalar zıt yüklerle yüklenir, arada akım geçmez. Yük değişimi yalnızca kondansatörün devreye bağlı olduğu uçlar üzerinden gerçekleşir.

Kontaktörler;

Kompanzasyon kontaktörleri, güç faktörü sistemlerinde kondansatör bankalarını devreye alıp çıkaran özel kontaktörlerdir.

1. Kontrol Sinyali: Kompanzasyon kontrol cihazı, kondansatör bankasını devreye almak veya çıkarmak için sinyal gönderir.
2. Manyetik Alan: Bu sinyal, kontaktör bobininde manyetik alan oluşturur.
3. Ana Kontaklar: Manyetik alan ana kontakları açar veya kapatır; kondansatör devreye girer ya da çıkar.
4. Yardımcı Kontaklar: Kontrol cihazına sistemin durumunu bildirir.

Bu kontaktörler, güç faktörünü sürekli optimize eder, enerji verimliliğini artırır ve elektrik sistem performansını iyileştirir.

Harmonik Filtreler;

Harmonik filtreler, elektrik sistemlerinde oluşan harmonik bozulmaları kontrol etmek ve sınırlamak amacıyla kullanılan elektriksel cihazlardır. Elektrik ağındaki harmonik bozulmalar, harmonik akımlar ve gerilimler olarak ifade edilen frekanslarda meydana gelen istenmeyen sinyallerdir. Bu harmonikler, elektrik sistemlerinin performansını olumsuz etkileyebilir, ekipmanlara zarar verebilir ve enerji verimliliğini azaltabilir.

Harmonik filtreler, harmonik bozulmaların etkisini azaltarak ağın düzgün ve stabil çalışmasını sağlar. Aşağıdaki şekillerde işlev görürler:

• Harmonik Akım Filtrasyonu: Harmonik akım filtreleri, harmonik akımları elektrik sistemine enjekte etmeden önce sınırlar veya filtreler. Bu şekilde harmonik akımların diğer ekipmanlara yayılması ve sistemde olumsuz etkilere neden olması önlenir.
• Harmonik Gerilim Düzeltilmesi: Harmonik gerilim filtreleri, harmonik gerilimleri düzenleyerek nominal gerilim seviyelerini korur. Harmonik gerilimler, hassas elektronik cihazlar ve ekipmanlar üzerinde zararlı etkilere neden olabilir.

Harmonik filtreler genellikle aşağıdaki şekillerde sınıflandırılır:

1. Pasif Harmonik Filtreler: Bobinler, kondansatörler ve dirençler gibi pasif bileşenlerden oluşur. Belirli harmoniklerin bastırılmasına odaklanırlar.
2. Aktif Harmonik Filtreler: Elektronik devreler ve kontrol algoritmaları kullanarak harmonik akımları veya gerilimleri sınırlar.
3. Hibrit Harmonik Filtreler: Pasif ve aktif filtrelerin kombinasyonunu kullanır. Düşük frekanslı harmonik bileşenleri pasif filtre, yüksek frekanslı bileşenleri aktif filtre bastırır.

Harmonik filtreler, endüstriyel tesislerde, ticari binalarda ve güç dağıtım sistemlerinde kullanılır. Harmonik bozulmaların kontrol altında tutulması, enerji verimliliğinin artırılması ve ekipmanların korunması için önemlidir. Filtreler, belirli harmonik bileşenlerin bastırılması veya sınırlanması için tasarlanabilir ve özelleştirilebilir.

Kompanzasyon Nedir;

Direnç bazlı (Resistif) devrelerde ‘’0’’ olan faz farkı, kapasitif devrelerde akım, voltajdan fazı ileride olacak şekilde, endüktif devrelerde ise akım geride olacak şekilde değişir. Faz farkının oluşması, reaktif güç oluşması demektir. Bir sistemin görünür gücü (S) 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. Devrede işi aktif bileşen yapar, reaktif bileşen her döngüde şebekeden çekilir ve döngü bitmeden geri şebekeye verilir. Saf resistif 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.

“İndüktif ve kapasitif etki neticesinde oluşan voltaj ve akım arasındaki faz kaymasını sıfıra yakın tutma işlemidir.”

Rezistif Devre:

Direnç özelliği gösteren devrelerde akım ve gerilim aynı fazda olur. Endüktif cihazlar (motorlar, trafolar vb.) şebekeden mıknatıslanma akımı çeker ve bu akım manyetik alan oluşurken alınır, ortadan kalktığında iade edilir (Endüktif Reaktif Akım). Kapasitif cihazlar ise kapasitif reaktif akım çeker.

Güçleri Kendi Arasında İncelersek;

• Aktif Güç (P): İş yapan güç, rezistif yüklerin harcadığı güçtür. DC devrelerde P=U*I, AC devrelerde monofaze P=U*I*cosθ, trifaze P=√3*U*I*cosθ ile hesaplanır.
• Reaktif Güç (Q): İşe yaramayan güç. Endüktif ve kapasitif cihazlar tarafından oluşturulur. AC devrelerde gerilim ve akım arasındaki faz farkı nedeniyle oluşur. Q=V*I*sinφ ile hesaplanır.
• Kapasitif Reaktif: Akımın ileri yönde olduğu sistemlerde şebekeye verilen reaktif güç.
• Endüktif Reaktif: Gerilimin ileri yönde olduğu sistemlerde şebekeden çekilen reaktif güç.

Reaktif Güç’ün Ortaya Çıktığı Sistemler:

• Düşük ikazlı senkron makineler
• Asenkron motorlar
• Senron motorlar
• Bobinler, Transformatörler
• Redresörler
• Endüksiyon fırınları, ark fırınları
• Kaynak makineleri
• Havai hatlar
• Fluoresan lamba balastları
• Sodyum ve cıva buharlı lamba balastları
• Neon lamba balastları

Kullanılan Cihazlar ve Ekipmanlar:

Kompanzasyon sistemlerinde kullanılan ekipmanlar, kapasitif ve endüktif yükleri dengelemeye yarar:

• Kondansatörler
• Kontaktörler
• Harmonik Filtreler
• Şönt Reaktörler
• Endüktif Yük Sürücüler
• Tristörler
• Sigorta ve Kesiciler
• Röleler
• Analizörler

Rezonans Nedir;

Rezonans sapması, bir elektrik sistemine bağlı olan kapasitif veya endüktif reaktansların birlikte çalıştığı durumlarda ortaya çıkan frekansın belirli bir değeri üzerinde titreşim veya genliğin artması durumudur. Bu durumda, sistemdeki rezonans frekansında yüksek akımlar ve gerilimler oluşur.

Rezonans Sapmasının Ortaya Çıkabileceği Senaryolar:

• Kondansatör Bankalarının Varlığı: Kompanzasyon sisteminde kapasitif reaktans olarak kullanılan kondansatör bankaları yanlış boyutlandırılır veya yanlış yerleştirilirse rezonans frekansına yaklaşabilir ve rezonans sapması oluşabilir.
• Endüktif Reaktanslı Yükler: Motorlar, transformatörler ve endüstriyel cihazlar gibi yüksek endüktif reaktansa sahip cihazlar, kondansatör bankaları ile birlikte rezonans frekansına ulaşabilir ve rezonans sapması yaratabilir.

Rezonans sapması, sistemde aşırı akım ve gerilim değerlerine, enerji kayıplarına, ekipman arızalarına, titreşimlere ve hatta sistem kesintilerine yol açabilir. Ayrıca harmonik bozulmaların artmasına ve güç kalitesinin düşmesine de sebep olabilir.

Rezonans Sapmasının Önlenmesi İçin Yöntemler:

• Doğru Boyutlandırma: Kondansatör bankaları ve endüktif yükler, sistem frekansından yeterince uzak bir rezonans frekansında çalışacak şekilde boyutlandırılmalıdır.
• Filtreleme: Harmonik filtreler, rezonans sapmasının oluştuğu frekanslarda harmonik akımları sınırlayarak rezonansı önleyebilir.
• Rezonans Frekansından Uzak Tutma: Kondansatör bankaları, rezonans frekansından yeterince uzak bir frekansta çalışacak şekilde konumlandırılmalıdır.
• Gerilim Düzenleme: Gerilim düzenleme ekipmanları, sistemdeki gerilim dalgalanmalarını dengeleyerek rezonans sapmasını azaltabilir.

Rezonans sapması, kompanzasyon sistemlerinde dikkate alınması gereken kritik bir faktördür. Doğru tasarım, uygun boyutlandırma ve filtreleme ile rezonans sapmasının etkileri minimize edilebilir ve sistemde güvenli ve istikrarlı bir çalışma sağlanabilir.