DİZEL ALTARNATÖR GRUPLARININ PARALEL ÇALIŞMASI İLE İNTİZAMSIZLIK DERECESİNE AİT BİR ETÜD

UDK: 621.31

Dizel - Alternatör Guruplarının Paralel Çalışması ve intizamsızlık Derecesine ait Mr Etüd

l — Tek gurup Hali :

A) Tek başına çalışacak Dizel - Alternatör gurupla'rı için Fabrikalarca verilen (§ ) intizamsızlık derecesinin değeri, istihsal edilen elektrik'in kullanılış maksadına göre; (Şantiye, edüstriyel veya elektrik tiplerinden biri olması hallerinde) :

S = 1/30 ilâ 1/300 arasında değişir.

Şehir aydınlatması için elektrik istihsal edecek ve paralel çalışacak Dizel - Alternatör gruplarında bu mikdarın 1/200 «S "^"^— ve buharla çalışan gruplarda 1/225 s; S ^ 1/300 şartlarının temin edilmesine çalışılır. Alternatörün döner kitlelerinin GD2'si verildiği takdirde, Dizel - Alternatör grubunun tek başına çalışması için lüzumlu intizamsızlık derecesini bir formül ile hesaplamak mümkündür.

106 S = C. N. -------------

G. D2, n»

m

Bu formülde:

C, miktarı dizel motorunun zaman ve silindir adedine bağlı ve değeri dizel motörleri kitaplarından çıkarılabilen bir faktördür. Aşağıda, orta ve büyük güçteki dizel motörlerine ait C faktörleri verilmiştir.

N miktarı, beygir kuvveti cinsinden dizel motorunun normal gücünü; nm miktarı dizel motorunun dakikadaki devir sayısını gösterir.

Orta ve Büyük güçteki dizel

motörlerinde (C) faktörü

Silindir

4 Zamanlı

2 Zamanlı

adedi

9,6

12,5

2,7

1,8

4,8

0,7

1,6

0,41

2,14

1,45

B) Dizel . Alternatkr grubu müşterek grank milinin sarkaç (rakkas) titreşimlerini önlemek

Tahsin ARMA Y Y. Müh. (Üler

Bankası)

ve gurubun devir adedini bir periyod esnasında ayar etmek için, bu grank miline gerekli G. D2 yi temin etmek maksadıyle, bir volan ilâve edilir. Volanın en büyük açılsal (zaviyevî) hızı ^max en az açısal hız UJ min ortalama açısal LU olduğuna göre, volanın intizamsızlık derecesi:

S = ÜJ = Veyahut

— ^ min U)

min u ) = alındıkta :

dir.

ü)2max — ur min 8 = bulunur.

2 tu2

Volanın ağırlığı P (Kg), jirasyon yarıçapı R (metre) (bu mikdar takriben volanın dış yarıçapına eşittir) olduğuna göre :

PR2 = 8,1 . 109 . N . g . a ^ . nm 2

.8•K

Burada: a = 1,25 ;

g/7r2 = l; K = 0,065 dir. N

(beygir kuvveti), nm (devir/dak.), 8 (intizamsızlık derecesi) 155,7 . 10" . N PR2 = n3 „ bulunur.

C) Paralel çalışacak bütün alternatörlerin özel amortisör sargılariyle donatılmış olması şart olduğu gibi, aşağıda belirtilen sebeplerden dolayı, muhtelif şekilde çalışan alternatörlerin de amortisör sargısı olması lâzımdır. Bu makinalar şunlardır :

1 — Monofaze alternatörler,

2 — Direkt olarak bağlı pistonlu termik makinalara (buhar makinesi, gaz motoru, petrol ve dizel motörleri v.s.) bağlı alternatörler,

3 — Motor ve senkron kompansatörler gibi, bu amortisör sargıları aşağıda belirtilen esaslara göre seçilir.

Bir alternatörün elektrik uçları arasındaki gerilim eğrisi Uç muhtelif harmonik tevlit eder:

a) Saha (alan) eğrisinin harmonikleri, b) Stator yanklarındaki sargıların harmo nikleri, c) Endiiv! reaksiyonun harmonikleri,

Bütün bu harmonikleri azaltmak için alternatör kutuplarını LEBLANC amortisörlü yapmak icap eder.

Zira, Rezonans halinde bu harmoniklerin amplitüdleri çok fazla artmakta ve tehlikeli fazla gerilimler (surtansiyonlar) meydana gelmektedir.

Bu Harmoniklerin rezonans meydana getirmelerini önlemek için, M. Maurice Leblanc tarafından kutup çıkıntıları içine çok mukavim bir sincap kafesi yerleştirilmesi düşünülmüştür. Rezonans hâlinde, harmonik frekanslarından meydana gelen önemli mikdardaki elektrik akımı, bobinajdan dolaşarak dönen mağnetik alanlar' meydana getirir. Harmonik frekansların hızı, endüktöre nazaran daha fazla olduğundan, sincap kafesinde çok

lerin paralel çalışmasını temin için, aşağıda belirtilecek şartlardan ayrı olarak, alternatörlerin Leblanc amortisörlerini ihtiva etmesi lâzımdır.

Bu halde, eğer alternatör çok fazla ise, amortisör sargılarının kesiti, monofaze alternatörlere

nazaran biraz daha az alınabilir. Monofaze alternatörlerde, bir kutba ait amortisör çubuklarının

toplam kesiti, endüvinin bir kutbundaki iletkenlerin toplam kesitinin—-—ilâ——— , nü kadar

o

olması lâzımdır. Amortisör sargılarının hatvesi

(adımı), endüvi sargı adımının tam mislinden küçük olacak şekilde, yani dış adımının 0,1 ilâ 0,15

misli kadar alınır.

%

Amortisör sargı çubukları kendi uçları arasında birbirleriyle kısa devre edilmelidir. Bunun için

endüktörün her bir tarafında olmak üzere muhtelif kutup çıkıntıları içine gömülen amortisör sargı çubuklarının hepsinin uçları iki çembere bağlanır. Bu çemberler, Asenkron motorlardaki bir

sincap kafesi gibidir. Çemberler, Bronzdan veya

prinçten yapılmış olup, kutup sargıları üzerine oturtulabilirler. Şekil (l, 2, 3) de amortisör sargılarının kutuplara yerleştirilişi görülmektedir.

Kısa devre

kutup sargılan

Endühörün lütuf) sarpları

Şekil : l — ve 2 önemli bir elektrik akımı meydana getirilir. Bu akım kısa devre hâlindeki sincap kafesi çubuklarında Jul kayıplarına çevrilir. Rezonans esnasında amortisörlerde meydana gelen Jul kayıpları esas makinanm enerjisinden daima azdır. Zira, rezonans tevlit eden harmoniklerin ilkel elektromotris kuvvetleri daima küçük bir değerde olup, amortisörlerdeki elektrik akımı fazla artmaz.

Paralel Çalışmayı Sağlamak için Leblanc Amortisörlerinin kullanılması:

Pistonlu makinalara (buhar makinesi, dizel motoru, gaz motoru v.s.) direkt bağlı alternatör-

'Endukiûr (Bofor. Şekil: 3

II — Paralel Çalışacak Diıel - alternatör gurupları :

8 İntizamsızlık derecesinin, tek başına çalışmada 1/250 den daha büyük olmıyan dizel motörle-rinin paralel çalışması için lüzumlu şartı haiz olduğu pratikteki deneyler neticesine göre söylenebilir isede; devamlı bir paralel çalışma için: birinci derecede gurubun dönen kütlelerinin zatî frekansı, moment eğrisinin bilumum armoniklerinden kâfi miktarda (hiç olmazsa f % 20 kadar) uzaklıkta olması, lâzımdır.

Gurubun dönen kütlelerinin zatî frekansı, senkronleyen güçten başka ,bu kütlelerin G. D2 sine, yani savurma momentine bağlıdır. Senkronleyen moment, gurubun işletme durumuna göre normal gücün % 150'si ilâ % 200'ü arasında bir değer alır. Aşağıda verilen bir misal ile, bir alternatörde senkronleyici gücün nasıl hesaplanacağı gösterilmiştir.

A) Alternatif akım generatörlerinin - paralel çalışması:

Generatör imalâtçısı paralel çalışma için uygun elektrik karakteristikleri olan cihazlar verir. Alternatörlerin paralel çalışmasına tesir eden faktörlerinden bir çoğu bağlı bulunduğu çevirici motöre aittir. Generatörün paralel çalışacağı sistemdeki cihazların karakteristiği de, paralel çalışmada n azan itibara alınması icap eden bir takım şartları gözönünde tutmayı gerektirir.

Bu sebeple, bu cihazların koordinasyonu mesuliyeti, çevirici motor imalâtçısına düşer. Generatör imalâtçısı, Alternatörün senkron gücü (Pr) ile rotorun (WR2)'sini dizel.motoru imalâtçısına bildirir.

Dizel - generatör guruplarının, elektrik rezonansına meyandan vermiyecek şekilde normal bir paralel çalışmayı tâyin etmesi için gurupların çalışmasına tesir eden bazı faktörlerin tetkik ve tesbitine lüzum vardır.

Bazı faktörler şunlardır:

1° — Çevirici Motor hız regülatörlerinin hemen hemen aynı karakteristikleri haiz olması ve mekanikî bakımdan iyi bir durumda bulunması,

2° — Generatörlerin tercihan amortisör sargısiyle teçhiz edilmiş olması,

3° — Her dönen kısmın WR2, leri öyle hesaplanmış olmadır ki, kombine gurubun tabil frekansı, şayanı kabul bir mikdara kadar empoze edilen frekansın alt veya üstünde bulunması,

4° — Grupların voltaj regülatörlerinin bulunması lâzımdır.

Birinci faktör, çevirici motora-ait bir fonksiyondur. Amortisör sargısı ile alâkalı ikinci faktör ise, alternatörlerin imâlinde gözönünde tutulur. Dizel motoru ile çevrilen bütün alternatörlerin tercihan amortisör sargılı olması icap ettiği yukarda belirtilmiştir. Üçüncü faktör, hem motor ve hem de alternatörü alakadar eder. Burada, gurubun müşterek WR2'si şayanı kabul bir değerde olmalıdır. Verilmiş.bir motor - Alternatör kombinasyonuna ait tabiî frekansı tâyin etmek için, al-ternatörün nominal yükteki senkronleyici gücünü (Pr) bilmek lâzımdır.

(Pr) mikdarı; normal voltaj, nominal yük, güç faktörü ve frekansla yük açısına bağlı olarak elektrikî radyan başına kilovat cinsinden senkronleyici güçteki değişmeyi ifade eder. Bu güç, stator ile kutuplar arasındaki hava aralığında husule gelen ve rotoru boş çalışma durumuna getirmek isteyen momente ait senkron hızdaki güçtür.

Po ve Ps mikdarları elektrik cihazları imalâtçısı tarafından kullanılan proje (imalât) sabitleri olup, (Pr) ile olan bağlantıları aşağıda verilmiştir.

Pr

Po = Ps =

KW

(KW) Alternatörün gücü, (Pr) Elektriksel derece basına

5P7r,3 senkronlayıcı güç (kilovat)

WR2 miktarı, hareket eden

kütlelerin atalet (eylemsizlik) momentidir.

Alternatör rotoru, volan ve diğer dönen kütleler için WR2, parçaların (W) ağırlıklarıyle, Jirasyon

(cevelân) yarı çapının (R) karesi çarpımına eşittir.

Mamafih, bir mo-törde müteakip hareketli

parçaların ataletini (eylemsizliğini), dönen

kısımlarınkine eş değer bir esasa irca etmek

lâzımdır.

Yeni cihazları imâl eden müessese, şayanı memnuniyet bir paralel çalışmayı temin eden lüzumlu proje hesaplarını yaparken, mevcut kurulu guruba ait aşağıdaki malûmatı haiz olmalıdır.

Bu şekilde yeni gurubun WR2 sinin ayarı yapılarak bazı hallerde mevcut gurup veya gurupların WR2'sinde değişiklikler yapmak icap edip etmiyeceği araştırılır:

İmalâtçı Fabrika Model Seri No:

Örnek: (1)

Kurulu Dizel motörüne ait bilgiler:

............. ............. .............

2 veya 4 zamanlı Tek veya çift tesirli Volan WR2

Silindir Sayası .Çapı ve Stoku Beygir gücü Hız d/d

İmalâtçı Fabrika Seri No: HVE gücü Voltaj Faz sayısı

Regülatör markası Regülatör tipi

Kurulu Alternatöre ait bilgiler:

.............................. .............................. .............................. ..............................

Çevrim şekli (direkt veya endirekt)

Hız d/d

Pr (KW/elektrik radyan

Rotor WR2 (Kg. m2)

.............................. Amortisör sargısı olup olmadığı: .......

Paralel çalışan generatörlerin voltaj karakteristiklerindekı farklar yük dağıtımını değiştirmez. Fakat tek bir gurup tarafından üretilen akım, diğerleri tarafından üretilen aklînin ileri veya geri kalmasını temin eder.

Her gurup için yükü birinci guruptan diğerinde nakledilmesi ve böylece paralel çalışmada yükü orantılı olarak bölmek için, elle veya elektrikle çalıştırılan senkronizasyon tertibatına ihtiyaç vardır.

Böyle bir tertibatın çalışması ile yükün nakli hissedilir derecede bir hız değişikliği olmaksızın yapılır. Bu senkronizasyon cihazı bir gurubu, paralel çalışmadan önce, diğer gurupların hızına getirmek için kullanılır.

örnek : 2

160 Ps. gücünde «Lanz» markalı, çift volanlı, sursof borulu, 14 atü basınçlı, 200 devirli, çift silindirli, alev borulu bir lokomobil, Kayışla çevrilen, gaz markalı, 125 KVA, 380/220, V devir sayısı 750, priyotu 50, coş 0 = 0.8 olan bir alternatörü çevirmektedir. Yukarda gösterilen bu lokomobil ile paralel çalışabilecek bir dizel elektrojen grubuna ait lüzumlu bilgiler deneyle tesbit edilerek aşağıda verilmiştir :

b) Nominal sistem frekansı 50 Periyot saniyedir. c) Buhar makinesi regülatörü takriben % 6 hız regülasyonu temin etmek üzere imâl edilmiştir. Santrifüj şaft tipi olan regülâtörün devamlı ayar tertibatı yoktur. Ancak makina durur halde iken, regülâtörün 2 yayını sıkıştırıp gevşeterek (hız - yük) eğrisini kendisine paralel bir şekilde yukarı, aşağı kaydırmak mümkündür.

Bu suretle, 1/2 yükte 50 frekansda, boşta (+ % 3) ve tam yükte (— % 3) frekans verecek şekilde makine ayarlanabilir.

4 — Buhar mikanesinin hm : Dakikada 200 devir:

5 — Senkronize edici güç :

A) Faz başına «UVye eşit ve sabit tutulan gerilimli bir bara sistemine bağlanmış bir alternatörün mevcut olduğunu kabul edelim ; eğer alternatörün elektromotris kuvveti faz başına E0 ise, alternatör tarafından inkişaf ettirilen gücün ifadesi (Şekil 4) den görülebilir :

NETİCE ÖZETİ :

1 — 125 KVA ve 0,80 güç kat sayısında, elek trik radyan başına senkronize edici trafaze güç:

Pr = 390 KW/ elektrik radyan 2 — Buhar makinesi volanı WR* si:

4.500 Kg-m1 (dev/Dak. = 200 için) Alternatör rotoru MR2 si : 26 Kg-m2 (dev/dak. = 750 için) Alternatör, buhar makinesine 9,4 mm. kalınlıkta; 29 cm. eninde ve 22,60 m. uzunlukta köseleden düz bir kayış ile bağlıdır.

3 — Periyodik Çalışma :

a) Buhar makinesi, paralel iki silindiri yanına konmuş ve çift taraflı buhar alan kompunt tiptedir. Pistonlar birbirine nazaran 180° aralıklıdır.

Şekil : 4 Sabit farzedilen bir Ea gerilimine göre Senkron bir makinemin elektromotris kuvvet diyagramı

E0. U. Sin « P = q U. I. Coş 0 = q

Burada (q) faz adedini; (I) faz başına geçen akımı; (0) akım ile (U) gerilimi arasındaki faz farkını; ( a) açısı U ile E0 arasındaki faz .farkını; (x) alternatörün kaçak reaktansını (R direnci çok küçük kabul edilmiştir) göstermektedir.

Elektrik Mühendisliği-84

Eğer (E0) miktarı (U) 'ye nazaran ileride ise, (P) gücü alternatör tarafından istihsal edilmekte ve eğer (E0) mikdarı (U) 'ye nazaran geride kalıyorsa, bu güç, motor olarak çalışan makina tarafından çekilmiş bulunur.

Gözönünde tutulan bir alternatör tarafından istihsal edilen senkronize edici güç diye ; bu makinanın senkronizm hızından ayrılmak istemesi halinde, onu senkronizm hızına getirmeye çalışan güce denir.

Senkronizm hızından ayrılışı ^ a değişikliği ile gösterirsek, bu değişikliğe tekabül eden güç değişikliği :

q.E0. U . Coş a . a olur.

Eğer ^ a mikdarı pozitif ise, ^P gücü alternatör tarafından istihsal edilerek şebekeye verilir ve makinayı frenlemeye çalışır.

Eğer ^ a negatif ise, alternatör hareketini yavaşlatarak gücünü şebekeden çeker ve bir motor gibi çalışır.

^ a Mikdarı, elektrik faz farkı açısının değişikliğiyle ölçülür. Eğer şebekenin reaktans ve direncini X,. , Re ve herbir alternatörün kaçak reaktansı ve kaçak direncini x ve R ile gösterirsek, gücün /\P değişikliği için şu ifade bulunur :

C

2 \ R2 -r- Xa R + 2Re + x 4- 2xe

^ a Miktarı, bir elektromotris kuvvetin değerine nazaran defasaj değişikliğini gösterir, ^p ifadesindeki birinci terim senkronize edici güç faktörünü; ikinci terim ise, şebekenin mevcudiyetinden dolayı senkronizasyonu önleyici güç faktörünü gösterir, Bu ikinci güç faktörü birinci güç faktörünün tesirini azaltmaktadır.

Senkronize edici gücün maksimum olabilmesi için (Hopkınson'a göre), alternatörün R rezistansının X reaktansına eşit olması lâzımdır.

Mialimizdeki alternatörün plâkasındaki değerlerin :

125 KVA; 400/231 Volt; Frekans = 50; dev/ dak. = 750 Alternatörün gömülü kutuplu tipten 8 kutuplu olduğu nazara alınarak, senkronize edici gücü hesaplamak için, çapraz bileşenler usulü yerine, senkron empedans metodlu kullanılabilir.

B) Deney ile xs = U uı Mikdarmm tâyini (Behn — Eschenburg metodu) :

Şekil : 5 — Trifaze senkron makinanın açık devre karekteristiği AS , trifaze kısa devre karakteristiği

Ol doğrusu, eksitasyon akım J ile gösterilmiştir.

Şekil (5) de görüldüğü gibi, alternatörün boştaki açık devre karakteristiği (As) eğrisi ve trifaze kısa devre karakteristiği (01) doğusunu, (j) eksitasyon akınına göre çizmiş olalım.

Aynı eksitasyon akımının verilmiş bir değeri için ; açık devre karakteristiğinde Ej elektromotris kuvveti ve kısa devre karakteristiğinden Ij kısa devre akımına tekabül etsin. Buna göre endüvı'nin empedansı:

Z = • = Z = V R2 ı,

Burada :

(L) endüvinin şelf endüksiyon faktörü olup, kaçak endüktanslara, direkt ve transversal reaksiyonsiyonlara tekabül eder.

(R) Direnci doğrudan doğruya ölçülerek bulunduktan sonra, yukarıki münasebetten (L. w;) miktarı elde edilir.

Buna göre. misalimizde verilen Alternatörün boştaki ve kısa devre diyagramları çizilerek nominal volta j'm takriben % 133 ine tekabül eden nokta için faz başına empedans bulunur.

Z=

307 = 0,691 ohm/faz

Daha sonra, 102 kW yüke ve 0,967 güç

sayısına tekabül eden voltaj regülasyonu

ölçülerek bu voltaj regülasyonuna göre çizilen bir

vektör diyagramından :

Xs = 0,61 Ohm/Faz bulunur. Aşağıdaki hesaplarda bu değer kullanılmıştır :

Endüvinin (20° C) oda sıcaklığında doğru, akım direnci; R = 0,04108 Ohm/Faz olarak ölçüldüğü nazara alınırsa, buna istinaden 75° C'deki efektif direnç, aşağıdaki şekilde hesaplanır :

R» = 1,6 . R (D. C. 20°C) 1+0,0038 . 55) = 1,6 . 0,04108 . 1,209 = 0,0795 Ohm/Faz

Normal çalışma şartı olarak; 125 KVA; 400 Volt ve Coş = 0.80 kabul edilirse :

125000 I = 225 amper

0,8 . . 400 U = 231/volt/Faz

L R t = 225 . 0,0795 = 17,87 Volt Lx . = 225 . 0.61 = Volt bulunur.

Bu değerlerle, aşağıda gösterilen senkron empedans vektör diyagram! (şekil 6) çizilebilir. Bu diyagramda :

E0 = 346 VoltFaz a = 14 derece hesaplanır.

Faz ve elektrik radyan başına senkronize edici güç.

(Puchtein and Lloyd 'un «alternating Current Machines» adlı kitabının (2 nci baskı 504 üncü sayfasındaki formüle göre):

Pr dp 3 d«

UE0

R,

Coş (a — arctg -------- >

X,

231x 346 . Coş (14°—arctg 0,1304)

231x 346 . 0.992

Pr 130.000 Vat /E Radyan/Faz, veyahut

Trifaze senkronize edici güç ise :

dp Pr = 3 x------ = 3 x 130 = 390 Kw/E Radyan da (125 KVA ve Coş <f> = 0,80 güç kat sayısına göre).

Yeni Yayınlarımız:

Kuvvetli Akım Elektrik Dağıtım Tesisatının Bakım, işletme ve Tesisine Dair

Talimatname

Elektrik iç Tesisat Yönetmeliği ve Fennî Şartnamesi

BUNLARI ODAMIZDAN TEMİN EDEBİLİRSİNİZ.

.Elektrik Mühendisliği 84