Reaktif güç kontrol ya da başka bir deyişle kompanzasyon sistemlerinde, kompanzasyon kondansatörlerinin devreye girmeleri sırasında bozucu etkiler ortaya çıkar.
Sistemde bulunan kademe sayısına göre bu bozucu etkiler farklılık gösterir. Sistemde tek bir kondansatör kademesi bulunuyor ise, kademenin devreye alınmasında yüksek bir transient şarj akımı akar. Bu akımın genlik ve frekansı, devreye uygulanan gerilim kadar, devrenin indüktans ve kapasitansına da bağlıdır.
Hesaplamalarda, uygulanan gerilimin tepe faktörü kullanılır. Aşağıdaki tek hat şemasında, kondansatör grubunun devreye alınmasında karşılaşılan sorun açıklanmaktadır.
Devrenin herhangi bir noktasındaki kısa devre gücü kullanılarak, aşağıdaki basit eş değer devreyi açıklayan eşitliklerde görüleceği gibi maksimum kalkış akımı ve frekansı hesaplanabilir:
Ik=I0(1+kısa devre gücü/kondansatör gücü)
I0, kararlı hal akımı tepe faktörüdür.
Yukarıdaki eşitlik, hem tek fazlı hem de üç fazlı yıldız ve üçgen kondansatör bağlantılarını kapsar. Kondansatör devreye alındığında boş (yüksüz) olduğu düşünülmüştür. Kondansatörler, tam şarjlı ve şebeke geriliminin ters alternansında devreye alınırsa; kalkış akımı, yukarıdaki eşitlikten elde edilenin iki katı olacaktır.
Tek kademe kondansatörün (devrede paralel başkası yok ise) kalkış akımı, normal akımının 3-180 katı arasında oluşur. Bu akım, sadece anahtarlama elemanı için değil, aşağıda sayılacak şekilde zararlar oluşturabilir.
Yüksek sayılı açma kapama durumunda, anahtarlama elemanında (şalter ya da kontaktör) özel yapıda kontaklar gerekir.
Kompanzasyon tesisi çok kademeli ise, önemli bir risk ortaya çıkar. Kademelerden biri ya da birkaçının devrede olduğu anda, bir komşu kademe devreye alınırsa, çok yüksek bir kalkış akımı oluşabilir.
"Çok kademeli kondansatör grubu tek hat şeması" ve "Çok kademeli üç faz kondansatör grubu" eşdeğer devre incelenirse, kalkış akımının hemen hemen tümü devredeki şarjlı C1 kademesinden karşılanır.
Bu akımı sınırlayan, birbirine yakın olan kondansatör kademeleri arasındaki eşdeğer devrede L2 ile gösterilen, kablo-bara ve kontaktör kontaklarının oluşturduğu küçük değerli indüktans vardır.
En yüksek kalkış akımı, C1 kondansatörünün tam şarjlı, C2 kondansatörünün şebeke geriliminin tepe anında devreye girmesi ile oluşur.
Bu değer, yaklaşık olarak aşağıdaki formül ile hesaplanabilir;
Burada L1 kademeler arasındaki indüktans, Ct, farad olarak devredeki kondansatürlerin toplamıdır:
Bu eşitlik, C2 kondansatörünün boş olması durumunda oluşan kalkış akımını gösterir. C2 tam şarjlı ve devreye girdiği anda, şebeke gerilimi ters alternansın tepe değerinde ise, kalkış akımı, eşitlikten elde edilecek akımın iki katı olacaktır.
Devreye alınan kondansatörün oluşturduğu kalkış akımı hem kendine, hem de devredeki kondasatörlere zarar vermektedir.
Kalkış akımının yüksekliği, kontak yapışmalarına, kontaktör bozulmalarına, devredeki sigortaların gereksiz açma ve atmalarına, kondansatörlerin aşırı mekanik gerilmelere uğramasına ve bozulmasına, şebekede gerilim çökmelerine, transient oluşumuna ve bunun gibi birçok olumsuzluklara yol açar.
Bu olumsuzlukları engellemek için en uygun çözüm kondansatör yoluna, akım sınırlayıcı indüktans bağlanmasıdır.
Böylece,
olan kalkış akımı, XL indüktif reaktansına bağlı olarak akımı sınırlayacaktır.
İstenilen, kondansatörün çalışma akımı değil, kalkış akımının sınırlanması olduğu için, indüktansın mümkün olduğunca düşük olacağı uygun bir kalkış akımı tercih edilmelidir.
Oldukça pahalı bir çözüm olan indüktans yerine uygulamada kondansatör kontaktörleri kullanımı yaygındır.
Kondansatör kontaktörleri, kondansatörleri devreye, ön kapamalı kontaklar yardımı ile küçük değerli sönümleme dirençleri üzerinden alır.
Kalkış akım darbesini kapsayan birkaç milisaniyelik süre sonra ana kontaklar, seri sönümleme dirençlerinin üzerine kapanarak kondansatörü doğrudan devreye alır. Bu uygulama, kalkış akımlarını hemen hemen 100 kat daha düşük değere sınırlar.
Böylece kontaktör ömrünün kısalması, kondansatör açık devre arızaları, gereksiz açan sigortalar, bağlantı kopmaları gibi olumsuzluklar yanında, şebekede oluşacak transientler de azalmış olur.
Kaynak
Report on the operation of switched capacitors - AIEE Commitie Report / December 1955.
