Manyetik kontrollü şönt reaktör tasarımı ve elektromanyetik analizlerinin gerçekleştirilmesi

Tüm dünyada ve ülkemizde, teknolojide meydana gelen gelişmeler, bu teknolojik ürünlere artan talep nedeniyle enerji ihtiyacı yıllar geçtikçe giderek artmaktadır. Enerji ihtiyacındaki bu artış, enerji üretim, iletim ve dağıtım şebekeleri üzerinde, yetersiz iletim kapasiteleri yüzünden olumsuz bir etki oluşturmaktadır. Oluşan bu ilave enerji ihtiyacını karşılamak için üretim artışının gerçekleşmesinin yanında, şebekenin doğru bir şekilde koordine edilmesi ve planlanması da önem arz etmektedir. Bu planlamanın başında artan hat kayıpları ve bu kayıpların azaltılması gelmektedir. Kayıplar günün belirli zamanlarında farklılık gösterebilir, gece saatlerinde kapasitif, gündüz saatlerinde ise endüktif etki daha baskın hale gelmektedir. Kompanzasyon sistemi maksimum kapasitif yüklenme durumu baz alınarak tasarlanmalıdır. Yanlış tasarlanmış iletim ve dağıtım hatları sistemde gereksiz yük oluşmasına neden olur. Yatırım maliyetleri büyüktür bu yüzden sistemdeki değişiklikler maddi sonuçları beraberinde getirir. Enerji iletim sistemi transformatörler , kablolar , koruma malzemeleri, reaktörler olmak üzere çeşitli yardımcı ekipmandan oluşur. Üretilen enerji iletilir. Dağıtım hatları , iletim hatlarına bağlanır. Kullanıcılar ise dağıtım hatlarından beslenirler. Elektrik güç sistemlerinde yükün azaltılmasıyla kapasitif akım artar. Artan bu kapasitif akım reaktif güç üretimine neden olur ve bunun sonucunda hattan iletilebilecek aktif akım azalmakta, hat sonu gerilimi yükselmektedir. Doğal olarak aynı aktif güç değerini iletmek için hat kayıpları da mutlak akımın karesi şeklinde artacaktır. Oluşan bu reaktif gücün tüketilmesi ve akımın mutlak büyüklüğünün azaltılması gerekmektedir. Bunun için farklı yöntemler geliştirilmiştir. Ancak, Manyetik Kontrollü Reaktör büyük bir aralıkta, yükte, yumuşak bir şekilde endüktif kapasitesini ayarlayabilme özelliğiyle, reaktif güç dengesini gerçekleştirebilecek en uygun çözümlerden biridir. Diğer reaktörlerden farklı kılan en önemli özelliği ayarlanabilir kapasitesidir. Reaktörler, kapasitif etki altında olan hatlarda ve işletmelerde endüktif-kapasitif güç dengesini sağlamak için endüktif yük görevi görürler. Yaygın olarak DC sürücülerin ağırlıklı olduğu işletmelerde, uzun iletim hatlarında, yarı iletkenin yaygın olarak kullanıldığı güç sistemlerinde, baz istasyonlarında, uzun kabloların kullanıldığı sistemlerde, hastaneler ve magzalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kapasitif etkinin sebep olduğu başlıca sorunlar vardır. Ceza ödenmesi , Sistem içindeki cihazların ve sistem ömrünün azalması , Enerji iletiminin veriminin düşmesi, Bakım-onarım masraflarındaki artış reaktif güc artışının oluşturduğu sorunlardan birkaç tanesidir. 22 Manyetik Kontrollü Şönt Reaktörler, iletim sisteminin reaktif kapasitesini düzenlemeye yarayan çok yönlü bir AC iletim cihaz tüğrüdür. Mcr'nin analizi çok önemli bir faktördür, son yıllarda bilim adamları farklı bakışacılarıyla MCR çalışmaları yapmışlardır. MCR yaklaşık eşdeğer devre üzerinden analiz edilmektedir ve bunun başlıca nedeni karmaşık olan elektriksel yapısıdır. MCR kontrol sistemi , kontrol yöntemine göre açık çevrim kontrol, kapalı çevrim kontrol olarak sınıflandırılabilir. Açık çevrim kontrolde çıkıştan geri besleme alınamaz. Bozucu etkiler sistem tarafından tespit edilemez. Açık cevrim kontrol yapısı hassas olmayan sistemlerde kullanılır. Kapalı çevrim kontrol sisteminde çıkıştan geri besleme alınır. Bozucu etki sistem tarafından tespit edilebilir. Hassas bir kontrol sağlanmış olur. MCR'lerde genelde kapalı çevrim kontrol kullanılmaktdır. MCR'de meydana gelen kayıplar nüve kayıpları, sargı kayıpları ve ek kayıplardan oluşur. Demir Çekirdekli Reaktörlerin nüvesinde depolanan akıdan dolayı nüvede kayıplar meydana gelir. Reaktör yapısına ve çeşidine bağlı olarak nüvenin doyumda çalışma durumlarına rastlanabilir ama standart şönt reaktörlerde böyle bir durum istenmez. Bakır kayıpları sargıların DC ve AC kayıpları olmak üzere iki çeşittir. Bu kayıp değeri reaktör buşinglerine gelen gerilim değerine göre ve reaktörün çektiği akıma bağlı olarak değişiklik gösterir. Ek kayıplar ise sargı ve nüve dışında kalan metal kısımlarda oluşan kayıplardır. MCR harmonik açıdan reaktörün yüküne bağlı olarak değişmektedir. Reaktör yükü arttıkça harmonik içeriği azalmaktadır. Benzer ürün olan Tristör Kontrollü Reaktöre göre harmonik içeri fazladır. MCR nüvesindeki boşluğun kordinasyonu ile reaktör harmonik içeriği azaltılabilmektedir. MCR'de soğutma sistemi de önemlidir. Reaktöler genelde ONAN soğutmaya göre tasarlanır. Güç artışı istenmesi durumunda ONAF sisteme geçilir. FEM analizleri son yıllarda yaygınlaşmış ve önemli hale gelmiştir. Bu yazılımlar sonlu ağ oluşturma mantığıyla çalışan büyük ölçekli bir yazılımdır ve elektromanyetik sektöründe yaygın olarak kullanılır. Karmaşık AR-GE sürecine sahip ürünlerde bu tür yazılımlar üretim öncesi harcamayı ve karşılaşılacak sorunları azaltır. Elektromanyetik modelin mümkün olduğu kadar sade olmasına dikkat edilmelidir. Analitik hesapları yapılan ürün için üretim aşaması ciddi önem arz eder. Üretimden kaynaklı hatların tespiti ciddi zaman alıcı ve zordur. Protatip ürünün üretilmesi aşamasında , yetersiz ve uygun olmayan kurutmadan, yağın nemli olmasından, yetersiz ham madde kullanımından kaçınılmalıdır. MCR test aşamısında karmaşık ve anlaşılması zor yapısından dolayı testler titizlikle yapılmaldır. Reaktöre yapılan testler ile sarım sayıları doğrulanmaldır. Direnç ölçümünde "RATECH WR50-13" cihazı kullanılmıştır.Her faz için drienç ölçümü yapılır. Her fazdaki uçlarda yakın değerlerin ölçülmesi beklenir. Değerlerin arasındaki farkın fazla olması durumunda test tekrarlanmalı yada ürün gözden geçirilmelidir. Oran testi "OMICRON CPC100" cihazı ile yapılmaktadır. Reaktör girişinden 400 V uygulanmakta ve diğer uçlarda oluşan gerilim ölçülmektedir. Tasarım aşamasında bu 23 test sonucunda okunacak değerler hesaplanmaktadır. Ölçüm sonuçları tasarım esnasında hesaplanan değerler ile yakın çıkması beklenir. Reaktöre AC yüksek gerilim verilmeden önce son olarak izolasyon testi yapılmalıdır. Bu test "MEGGER MIT 525" cihazı ile yapılır. Sonrasında ise uygulanan ve indüklenen gerilim testleri yapılmaktadır. Reaktör sargısının belirli sarımlarından alının uçlar tristörler ile hatasız bağlanmasına dikkat edilmeldir. Test ortamında tristörlerin tetik açıları 90 dereceye doğru azaltılır. Manyetik Kontrollü Şönt Reaktörler son yıllarda dünya üzerinde yaygın olarak kullanılmaya başlandığı gibi, Türkiye'de de yaygınlaşmaya ve sistem tasarımcılarının ilgi odağı haline gelmeye başlamıştır. Tüm bu gelişmelere rağmen Türkiye'de bu ürün detaylı bir şekilde incelenmemiş ve tam olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada, 2MVAr gücünde Manyetik Kontrollü Reaktörün teknik ve ekonomik açıdan en uygun tasarımı, tasarımın en uygun şekilde elektromanyetik analiz programına tanımlanması, reaktörün aktif güç kayıplarının analiz ortamında ve test ortamında tespiti, reaktör akımının yüklenme rejimine göre harmonik içeriğinin tespit edilmesi ve alternatif ürünlerle karşılaştırılması, alternatif ürünlerle teknik ve ekonomik açıdan uygunluğu, uygunsuzluğunun araştırılması, çalışmaları yapılmıştır. Bu tez çalışması sonucunda, iletim hatlarının en uygun şekilde koordine edilmesi, ihtiyaç olan reaktif güç dengesi ve değişken reaktif güç ihtiyacı için geliştirilen Manyetik Kontrollü Şönt Reaktörün çalışma yapısı anlaşılmıştır. İleriki akademik çalışmalarda kazan, ek aksesuarlar ve sargıda meydana gelen kayıplar, nüve birleşme noktalarında meydana gelen kayıplar ve harmonikler, MCR'nin diğer kompanzasyon sistemleri ile koordineli kompakt bir şekilde çalışması, tepki süresinin kısaltılması, ses seviyesinde iyileştirme, kayıplarının azaltılması üzerine çalışılacaktır.