Dağıtım şebekelerinde güç ve enerji kayıplarının azaltılması metodları

Abstract

Elektrik enerjisi günümüzde en çok kullanılan enerji kaynaklarından biridir. Elektrik enerjisi hayatımızı değişmez bir parçası olmuştur. Elektrik santrallerinde üretilen elektrik enerjisinin yaklaşık olarak %7'si iletim hatlarında %10' u da dağıtım şebekelerinde kaybolmaktadır. Enerji kayıpları iletimde belli bir oranda sabittir. Asıl önemli ve değişken kayıp dağıtım şebekelerinde ortaya çıkmaktadır. Dağıtımdaki kayıplar konusunda yapılan bütün çalışmalar, kayıpların büyük bölümünün orta ve alçak gerilim şebekelerinde olduğunu ortaya koymuştur. Dağıtım seviyesindeki kayıpların azaltılması için alternatif çözümler vardır. Bu alternatif çözümlerin şebekelerde uygulanması neticesinde önemli boyutlarda kayıp enerji ekonomiye kazandırılacak ve gereksiz olarak enerji kaynaklarının harcanması önlenecektir. Dağıtım seviyesindeki toplam kayıpların bilinmesi kayıpların önlenmesi için yeterli değildir. Oluşan kayıpların çeşitli şebeke kısımlarında ve yükler arasındaki oranının incelenmesi ve bunlann zamana göre değişimlerinin de bilinmesi kayıp azaltımmda önemli bir yer tutar. Bu çalışmada enerji sisteminde oluşan kayıplar incelenmiş ve bu kayıpların azaltımı için kullanılacak metotlar ele alınmıştır. İkinci Bölümde; Enerji sistemlerinde dengesiz yüklenme nedeniyle oluşan kayıplar incelemiştir. Elektrik enerjisi santraller de üç fazlı olarak üretilir ve transformatörler yardımıyla gerilim değeri yükseltilerek kullanıcıların bulunduğu bölgelere getirilir ve tekrar transformatörlerle kullanım gerilimine düşürülerek, tüketicilerin kullanımına sunulur. Elektrik enerjisinin kullanım alanları çok çeşitli olması nedeniyle elektrik şebekesi rastsal olarak,fazlar dengesiz yüklenirler. Ayrıca enerji sisteminde bulunan ark ocakları, elektrikli ulaşım sistemleri v.b. tüketiciler dengesiz olarak enerji sisteminin dengesiz yüklenmesine neden olur. Dengesiz yüklenme nedeniyle elektrik şebekesinde kayıplar oluşur. Dengesiz yüklenen enerji sisteminde faz bileşenleri veya simetrili bileşenler metodu ile kayıpların oluşumları ve bunlann analizi ile önlenmesi incelenmiştir. Üçüncü Bölümde; Elektrik enerjisinin kullanımında oluşan reaktif akımların oluşturduğu kayıplar ve bu kayıpların azaltımı için yapılan reaktif akımın kompanzasyonu anlatılmıştır. Elektrik enerjisi alternatif gerilim olarak üretilir. Alternatif akımın iki bileşeni vardır. Bunlar aktif bileşen ve reaktif bileşendir. Aktif VIIakımın meydana getirdiği aktif güç motorlarda mekanik güce, ısı tüketicilerinde termik güce aydınlatma tüketicilerinde ışığa dönüşür. Reaktif akımın meydana getirdiği reaktif güç ise faydalı güce çevrilemez. Elektrodinamik prensibine göre çalışan generator, transformatör, bobin ve motor gibi işletme araçlarının normal çalışmaları için gerekli olan mağnetik alan reaktif akım tarafından meydana getirilir. Reaktif akımın şebekeden çekilmesi, şebeke elemanlarında kayıpların artmasına neden olur. Tüketicileri oluşturduğu endüktif reaktif gücün, kapasitif yük çekmek suretiyle dengelenmesine reaktif güç kompanzasyonu denir. Dördüncü Bölümde; dağıtım şebekelerinde öderlerin düzenlenmesi ve fıder optimizasyonu ile kayıp azaltımı incelenmiştir. Dağıtım şebekelerinde tüketici gruplarını besleyen fiderler vardır. Bu öderlerden çekilen yüklerde saatlik, günlük, mevsimlik ve yıllık olarak değişmektedir. Bu nedenle dağıtım şebekelerinde dallı budaklı ve açık ring sistemlerinde çeşitli anahtarlamalar yapılarak, aşırı yüklenen fıderlerden az yüklü fiderlere yük aktarılması yapılarak fiderler yüklerinin belirli oranlarda dengelenmesi sağlanır. Böylece iletimde hatlarında oluşan kayıpların azaltımı sağlanır. Beşinci bölümde; Elektrik dağıtım sisteminde bulunan transformatör merkezlerindeki transformatörlerin gruplandınlarak çalıştırılmasıyla, transformatörler üzerinde oluşan kayıplar azaltılabilir. Transformatörlerin boşa çalışmasındaki demir kayıpları sabit ve transformatör devrede olduğu sürece sistemde kayıp meydana getirir. Transformatörden akım çekilmeye başlanması neticesinde bakır kayıpları oluşur. Bakır kayıpları çekilen akımla orantılı olarak artar. Transformatörlerin paralel bağlanmasıyla bakır kayıplarında azalma olur. Buda yük durumuna göre önemli kayıp azaltımı sağlanabilir. Altıncı bölümde; Elektrik dağıtım şebekelerinde gerilim ayarlanması ve gerilimin optimizasyonu ile kayıp azaltımı incelenmiştir. Akım ile gerilim arasındaki orantıdan dolayı gerilimin artması neticesinde akım azalır ve akımın azalmasıyla sistemdeki kayıplar da azaltılmış olur. Gerilim seviyesi, elektrik sistemleri tasarlanırken belirlenir. Enerjili sistemlerde gerilim seviyesi belirli bir oranda değiştirilebilir. VIII

Electrical energy is one of the most commanly used types of energy in the world and plays a very important role in our life, the losses in the transmission lines run about %7 of the energy generated while the losses in the distribution lines (medium and low voltage lines ) may be as large as % 10 of the energy generated of the constant,it is varable for distribution side of the electrical system due to very loads. The recents studies have shown that losses in the distribution lines is very crucial. Some alternative solutions have been applied so as to redius lines in the distribution side of the electrical network, this very significant amount of energy has been soved. Not only is knowing total amount of losses in the distribution lines enough but also investigatron of load ratios and varition of load versus time is very important for reducing the losses. In this thesis, the losses in the electrical system has been studied and some loss redictron methods have been proposed. In the second sectron of the thesis, losses coused unbalanced loads have been investigated. Electrical energy generated of the power statrong is served to consumers by using step up transformers, transmission lines and step up transformers respectively. Due to the different application of electricity in industry, there will always be unbalanced load showing and this will result in energy losses. The method of symetrical components or phaser components method have been used to analyse the losses in electrical system having unbalenced load conditions. In the third section, losses due to the reactive current in the electrical system have been investiguted and compensation of reactive current for reducing losses has been studied. There are two components of alternating current which are active and reactive ponts. While the active power is consumed by motors, lighting apporatives, ovens etc., reactive power cannot be used effectively. According to the dectrodinamic princible, electrical devices like genarators, transformers, simple coil, motors always generate reactive current under normal operating conditions. Exictance of this reactive power loads to considerable amout of energy losses in the system. Therefore, capasitive loads IXare added, in order to rodice amount of reactive power compancation and very useful for redicing the losses. In the fourth section arragment of power cables and feeder optimization methods have been examihed by the distribution losses. Electrical power carried by the distribution feeders is always charcing hourly, daily, seasonally and yearly depending on the energy demanded by consumers. By applying different switching teachniques in the ring branched electrical networks, power carried by over loaded feeders can be partially transformed to less loaded feeders. As a result, the losses in the over loaded feeder going to be reduced considerably. In the fifth; by grouping and operating the transformers in the electrical distribution systems, losses in the transformers can be decreased a little bit. At the load conditions only iron losses occurs, however when the tranformers are loaded appers losses is going to be as well. The amount of copper losses in the transformers is directly proportional to the current flowing thrue it, by connecting the transformers in parallel, the copper losses can be reduced remarkably. In the sixth section the adjustment and optimization of voltage in the electrical distribution systems can also reduce electrical losses to some extent. Because of the relation between voltage and current, increusing voltage results in decreasing current. Hence, losses will be decreased. Optimization of voltage level and adjusment process is always done of during initral electrical system design.For existent systems however, voltage level can be adjusted to small extent. X