Elektrik ark fırınlarının elektrik şebekesine etkilerinin deneysel incelenmesi ve bilgisayar destekli modellenmesi

Türkiye son yıllarda artan çelik üretimi ile demir çelik üretiminde en büyük on ülke arasına girmeyi başarmıştır. Günümüzde Türkiye'de üretilen çeliğin yaklaşık %71,3'ü Elektrik Ark Fırın (EAF) tesisleri yardımıyla üretilmektedir. EAF'ler yüksek eritme ve düşük üretim maliyetleri gibi önemli avantajlara sahiptir. Fakat lineer olmayan karakteristik yapısından dolayı elektrik şebekelerinde önemli güç kalitesi problemlerine neden olmaktadırlar. Bu çalışmada Sivas Demir Çelik İşletmeleri A.Ş. (SİDEMİR) tesisinde bulunan 60 MVA güce sahip Elektrik Ark Fırının elektrik şebekesinde neden olduğu güç kalitesi problemleri deneysel olarak incelenmiştir. EAF'ını besleyen elektrik sistemin bir faz eşdeğeri kullanılarak Elektromanyetik Transient Program (EMTP) yardımı ile harmonik etkiler değerlendirilmiştir. Deneysel ölçüm sonuçları ve EMTP analizleri karşılaştırılarak 60 MVA EAF ının neden olduğu güç kalitesi problemlerinin iyileştirilmesi için çözüm önerileri sunulmuştur. Deneysel verilerlerden elde edilen ark karakteristiği ve Matlab Curve Fitting Toolbox kullanılarak eğri uydurma yöntemleri ile literatürde sunulan zaman domeni ark modellerinin elektriksel arkı tanımlamadaki uygunluğu incelenmiştir ve EAF'larında elektrik arkını tanımlamak için yeni bir zaman domeni modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen yeni zaman domeni modelinin EAF fırınlarının çalışma karakteristiklerini literatürde sunulan modellere göre daha iyi tanımladığı belirlenmiştir. Bu ark modeli kullanılarak gerçekleştirilen üç faz benzetim modelinin EAF'ının neden olduğu güç kalitesi problemlerinin tanımlamada yüksek doğrulukta kullanılabileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak deneysel incelemeler ve benzetim çalışmaları neticesinde, SVC sistemlerinin çift harmoniklerin artmasına neden olduğu ve seri reaktör uygulamasının mevcut sistem için elverişli bir uygulama olmadığı belirlenmiştir. Diferansiyel fark rölesi ile trafolar mutlaka korunmalıdır ve senkron kompanzasyon ile SVC kompanzasyonun birlikte kullanılması durumunda eritme başlangıcında oluşan gerilim harmoniklerinin azaltılabileceği belirlenmiştir. Olasılık teorisine göre gerçekleştirilen incelemelerde mevcut tesiste akım ve gerlim sapmalarının % 5'den küçük alındığı belirlenmiştir.