Aktif Güç-Reaktif Güç

Reaktif güç/enerji nedir ve reaktif gücün/enerjinin azaltılması enerji tasarrufu sağlar mı?

Elektrikte enerji 2 çeşittir. Birincisi aktif enerji olup bu enerji işimize yarayan enerjidir. Aktif enerji dediğimiz şey lambanın ışık vermesi, rezistansın ısıtması, motorun dönmesi v.s dir. (Elektrik enerjisi gözle görülebildiğimiz bir form değişikliğine uğramaktadır). İkincisi reaktif enerji olup ortaya bir işin çıkmadığı enerjidir. Reaktif enerji endüktif ve kapasitif olmak üzere iki çeşittir. Peki, reaktif enerji dediğimiz şey nedir?

Bobin ve kondansatör özellikli cihazlar, alternatif akım kaynağına bağlandığında, gücüne bağlı olarak kaynakla bir enerji alış-verişinde bulunurlar. Bu alışveriş sonucunda ortaya çıkan bir iş yoktur. İşten kastım şudur. Mesela saf bir bobin AA devresine bağlandığında, işimize yarayan(aydınlatma, ısıtma, hareket gibi) bir etki oluşturmaz. Aynı şekilde saf bir kondansatör AA devresine bağlandığında, kondansatörün bizim için yaptığı bir iş(aydınlatma, ısıtma, hareket) yoktur. Yani saf bir bobin ve kondansatör faydalanacağımız(gözle gördüğümüz) bir güç/enerji ortaya çıkarmaz. Bu durumda elektrik devresinde meydana gelen şey nedir?

Geçici rejimden sonra, Bobin; alternatif akımın pozitif alternansının ilk yarısında(bir tam periyodun 1/4’lük zamanında,) depoladığı enerjiyi şebekeye verir, pozitif alternansın ikinci yarısında ise şebekeden çektiği enerjiyi depolar. Aynı durum negatif alternansta da gerçekleşir. Yani bir tam periyot boyunca bobin, 2 defa enerji depolar ve 2 defa depoladığı enerjiyi kaynağa geri yollar. Enerjili olduğu sürece bu alış-veriş devam eder.

Kondansatörde ise durum tam tersi şekilde gerçekleşir. Kondansatör alternatif akımın pozitif alternansının ilk yarısında çektiği enerjiyi depolarken ikinci yarısında depoladığı enerjiyi kaynağa gönderir. Aynı şekilde 2 defa enerji depolar ve 2 defa depoladığı enerjiyi kaynağa geri gönderir. Enerjili olduğu sürece bu alış-veriş devam eder.

İşte elektrik şebekesinin kendi içerisinde gerçekleşen(gözle görebildiğimiz bir etki oluşturmayan) bu alışveriş, reaktif enerji olarak adlandırılır. Reaktif enerjilerin büyüklüğü kondansatör ve bobinin gücüne bağlıdır. Bobinin yapmış olduğu enerji alış-verişine indüktif reaktif enerji, kondansatörün yapmış olduğu enerji alış-verişine kapasitif reaktif enerji denmektedir. Bobinin ve kondansatörün enerji alış-verişleri terstir. Biri enerji çekerken diğeri verir ve biri verirken diğeri çeker. Ancak nedense endüktif enerji için “şebekeden çekilen reaktif enerji”, kapasitif enerji için “şebekeye verilen(basılan) reaktif enerji” tabiri kullanılmaktadır. Oysa her iki enerjide de çekme ve verme(basma) yani bir alış-veriş vardır. 

İster aktif güçlü ister reaktif güçlü olsun ister bu iki gücü birlikte barındırsın, bu güçler nedeniyle şebekeden tek bir akım yani bileşke akım çekilir ve ampermetrelerden okuduğumuz akım bileşke akımdır. Çekilen bu bileşke akım nedeniyle kablolarda/iletkenlerde ısıl kayıplar ve gerilim düşümü oluşur ve hattın yüklenme kapasitesi azalır. 

Herhangi bir cihazın/sistemin(mesela bir motorun, lambanın) çektiği akım tek olduğundan bir kaç ampermetre vasıtasıyla aktif ve reaktif akımları ayrı ayrı ölçemeyiz. Ampermetrede okuduğumuz değer cihazın hangi özellikli(rezistif, endüktif, kapasitif) olduğu konusunda bize bir fikir veremez. Cihazın/sistemin tam olarak özelliğini(Gücünü, cosfisini)tespit etmek için bir cosfimetre ve voltmetre yada ayrı ayrı enerji ölçümü yapabilen sayaç yada osilsakop gereklidir.

Reaktif enerji nedeniyle oluşan ısıl kayıpları ve gerilim düşümünü azaltmak ve hattın yüklenebilirliğini artırmak, bobin ve kondansatörün enerji alış-verişlerinin ters olması özelliğinden faydalanılarak yapılır. Endüktif özellikli bir devre için kondansatör bağlayarak, kapasitif özellikli bir devre için bobin/reaktör bağlayarak enerji alış-verişi şebeke ile değil bir birine yakın olan bu iki eleman arasında gerçekleşir. Yapılan bu işleme de kompanzasyon denir.

Aktif enerjiye neden olan aktif güç ile reaktif enerjiye neden olan reaktif güç vektörel olup ikisinin toplamına görünür güç denir. Görünür güç ile aktif güç arasındaki açının cosfisine güç faktörü denir. Kompanzasyonla yapılmaya çalışılan şey cosfi=1 olmasını sağlamaktır. Bu ise Endüktif ve kapasitif güçler birbirine zıt yönlü vektörler olmasından faydalanılarak yapılır. Endüktif ve kapasitif güçleri eşitleyerek sistemin sadece aktif güç çekmesi sağlanmaya çalışılır. Bu durumda kritik soru şudur. İşimize yaramadığından dolayı, bobin ve kondansatör özelliği olmayan cihazlar yapılamaz mı?

Enerji dönüşümünün gerçekleşebilmesi için bu özelliklere haiz cihazların kullanımı alternatif akımda kaçınılmazdır. Alternatif akımın doğası gereği hatlarda bu etiler oluşur. Gerilimi düşürmek için kullanılacak dağıtım güç trafosu bobin özelliklidir. 3 fazlı alternatif akımla çalışan motor bobin özelliklidir. Flouresan lambayı ateşlemek için gerekli olan balast bobin özelliklidir. Enerji taşımada kullanılan kablolar hem kondansatör hemde bobin özelliklidir. Dolayısıyla alternatif akımda bu özellikli cihazların kullanımından kaçılamaz. Görüldüğü üzere işimize yarayacak enerjilerin ortaya çıkması için(gerilim seviyesinin düşürülmesi, aydınlatma, hareket) kullanılacak cihazlar(trafo, motor, lamba), şebekeyle işimize yaramayacak olan bir enerji alışverişinde bulunacaklar yani reaktif enerji çekeceklerdir. 

Çekilen aktif enerjiyi, indüktif reaktif enerjiyi ve kapasitif reaktif enerjiyi ölçmek için eskiden mekanik olarak ayrı ayı sayaçlar kullanılırken şimdi ise elektronik kombi sayaçlar kullanılmaktadır. Bu üç enerjiyi kaydedecek özellikteki sayacı olması gereken tesisler kompanzasyonun yapılması zorunlu olan tesisler olup, evlerdeki sayaçlar sadece aktif enerjiyi kaydetmektedir. Evlerde reaktif ölçme zorunluluğu olmadığından dolayı evlerde kullanılacak olan cihazların cosfi=1 olacak şekilde(A sınıfı)üretilmesi için yasal zorunluluklar getirilmektedir. 

Tüm bu anlatımlardan sonra kompanzasyonun zorunlu olduğu bir tesiste 3 enerjiyide kaydeden sayaç olmak zorundadır. Tesisin tükettiği aktif enerji aktif sayaca, endüktif reaktif enerji endüktif sayaca ve kapasitif reaktif enerji kapasitif sayaca ayrı ayrı kaydedilecektir. Yukarıda da bahsedildiği üzere ampermetrede okuduğumuz değer görünür gücün akımı olduğundan, kompanzasyon yapıldığında azalan akım işe yarayan enerjinin akımı değil reaktif enerjinin akımdır. Dolayısıyla aktif sayacın ölçtüğü değerde yük açısından bir değişiklik olmayacaktır. Olacak değişiklik şudur. Hem aktif hem reaktif enerjinin geçtiği kabloda oluşacak kayıp I*I*Rh olduğundan ve buradaki I; görünür gücün akımı olduğundan azalan akım miktarının karesi çarpı Rh kadar aktif sayaçta düşme olacaktır. Sayaçla kompanzasyonun yapıldığı yer ne kadar yakınsa kablo direnci o kadar az olacağından çok kayda değer bir aktif enerji azalması söz konusu olmayacaktır. Kendi sayacımız açısından çok değişikliğe neden olmayan etki şebekede daha az gerilim düşümüne ve daha az kayıba neden olacaktır. Bireysel olarak her cihazın kendi kompanzasyonu yapılırsa aktif kayıplar açısından tasarruf daha fazla olacaktır.

Mesela bir tesiste merkezi kompanzasyon yapılmış olsun. Abartarak merkezi kompanzasyon ile sayaç arası mesafe 100 metre her faz için 2x240 lık kablo olsun. Merkezi kompanzasyon devrede değilken çekilen akım 600 A ve cosfi=0,66 olsun. Bu durumda 1 saatte tüketilecek aktif enerji Pa=1,732*380*600*0,66=237 kWh olacaktır. Qr=1,732*380*600*0,8=316 kVArh endüktif olacaktır. Kompanzasyon yapılırsa akım 400 A’e düşecek ve cosfi=1 olacaktır. Bu durumda Aktif enerji Pa=1,732*380* 400*1=237 kWh olacak yani değişmeyecek ve Qr=1,732*380*400*0=0 olacaktır. Peki 200 A’lik düşüş 100 metrelik kabloda ne kadar tasarruf sağlayacak ona bakalım. 200*200*100/(56*2*240)=148 W bir azalmaya neden olacaktır. Burada hem kablo mesafesini yüksek almama hemde kondansatörlere bağlanacak olan deşarj dirençlerinin değerini dikkate almama rağmen düşüş çok küçüktür.


 www.kontrolkalemi.com hemmuhhemtek adlı üyenin yazısından alıntıdır.