DİZEL ELEKTROJEN GRUPLARININ PARELEL ÇALIŞMA İMKANLARI

Sincap ka fesli motor

Faz kom panzatörlü

Senkron indüksiyon

Yüksek senk ronlama mo

motoru mentli senk

ron motor

Yol alma kavramalı senkron motor

Güç sahası Bakım masrafı

COB ^

400 Kw ta bütün güç

kadar

lerde

% 88 92

0,8 0,9

0,85 0,9

bütün güç lerde %130

% 89 94

bütün güç lerde % 150

bütün güç lerde % 180

Bütün güç lerde

% 210

0,98 1 normal 0,95

Devir sayısı

Kullanılması Yol alma mo menti

(2 8) ku , bütün de

tuplu

virler

8 veya da ha fazla ku tuplu motor

% 90

Arzu edilen Arzu edilen Arzu edilen değer

% 110

>% 120 Arzu edilea

Yol alma akımı

Aşağı yuka Aşağı yuka Aşağı yuka

rı yol alma rı yol alma rı yol alma

momentile o momentile o momentile o

Büyük güç kısa za man için

Gerilim dü şümlerine kar şı hassasiyeti

Dönme momenti karesel orantılı

Dönme momenti yol almada karesel ve İşletmede (senkronlamadan son ra) doğrudan doğruya orantılı

U D K : 621.311.23

Dizel Elektrojen Gruplarının Paralel

Çalışma İmkânları

REVUE OERLİKON dan özetlenmiştir.

1 — GİRİŞ :

Pistonlu makinalarla takrik edilen senkron ge neratörlerde muharrik makinanm dönme hızının değişken olması dolayısı ile gerilim ve frekansta dönüş hizana bağlı olarak değişmelerin vukua gel diği görülür. Filhakika aynı hal senkron motorlar la tahrik edilen pistonlu kompresörlerde de gö rülür.

Değişken gerilim ve frekansın enerjinin istih salinde işletme bakımından birçok mahzurları' olduğu gibi aydınlatma sahasında da mahzurlu ol duğu bilinen bir hakikattir. Ayrıca bu durumun demir ve bakır kayıplarını da kötüleştireceği zik re değer.

Özetleyen : Hüsamettin ATEŞ Y. Müh. İller Bankası

Pratikte bu değişmeleri kısmen tahdit etmek için VOLAN kullanıldığı malûmdur. Devir adedi düşük olan generatörlerde rotor üzerinde fazla sayıda kutup bulunacağı cihetle rotor hali ile bir volan vazifesi görür. Ancak devir adedi yüksek olan makinalarda motor miline —Motor genera tör arasına— uygun boyutta bir volan yerleş tirilir.

Ayrıca rotor üzerine yerleştirilen amortisör sargısının da mekanik titreşimleri tahdit ettiğini zikretmek gerekir.

Ancak zikredilen bu hal çareleri makinanın pa halı olmasını intaç edeceğinden hesap ve boyut

TO

landırma işinde asgari hassasiyeti göstermek ve asgari malzeme ile gayeyi temin etmek gerekir.

2 — PİSTONLU MAKİ NAL ARDA MOMENT :

A — Tek Silindirli bir Makinada Teğetsel Kuvvet Diyagramı:

Pistona tatbik edilen itme kuvveti Biyel ve Krank kollan vasıtası ile bir dönme hareketini tevlid eder.

Şekil: 1, iki zamanlı bir dizel motorunda bir

silindirin hasıl ettiği döndürme momentinin,

krank açısına göre değişimini, şekil 2, hareket

halindeki parçaların hasıl ettiği atalet momenti

nin yine aynı açıya göre değişimini göstermek

tedir.

analizi yardımı ile aşağıdaki şekilde yazmak ka bildir.

+ M'5! Cosa + M^ Sin 2 a + M"2 Cos 2 a + . . .

= Mm + Mı Sin (a+p 0 + Mj, Sin (2a+(P2)+ (1)

M r o = Ortalama momenti gösterir.

Şekil 1 deki eğrinin analizi ile Tablo 1 de gös terilen değerler bulunur.

Tablo 1 — İki zamanlı bir dizel motorunda dönme momentinin (Şekil 1 deki eğrinin) analizi.

M1

1 2,28 2 2,30 3 1,46 4 0,97 5 ' 0,53 6 0,24

M" Mm

1,06 —0,17 ' —0,38

0,39 —0,42 —0,26

M Mm

2,51 + 24,99 2,30 — 4,30 1,51 —14,62 1,05 —22,03 0,68 —38,80 0,38 —47,76

İki zamanlı motorlarda değişken moment aza mî değerlerini dönme frekansında ve bunun iki misli frekanslarda almaktadır.

Dört zamanlı motorlarda iş çevrimi iki devir de tamamlanmaktadır. Bu sebeple değişken mo ment azami değerlerini dönme frekansının yarı sında ve bunun 3/2 misli frekanslarda alır.

(Şekil • 1) İM zamanlı bir dizel motorunun bir silindirine ait teğetsel moment diyagramı

f

V f" *]»••"

0 1 0 Ö9 *

/ 4ı.\

0 tü ı W J '

(Şekil 2) Tek silindirli bir makinanın teğetsel atalet momentleri diyagramı.

Her iki diyagram bütün patlamalı motorlarda aynı karakteri haizdir.

B — Dönme Momentinin Analizi:

Gerek krank miline gelen çevresel kuvvet, ge rekse dönme momenti krank açısının periyodik fonksiyonudurlar. Bahismevzuu momenti FURİER

ı _ Endik* basınç p. (kg/enf)

(Şekil 3) Yanmalı motorlarda döndürme momentinin aşağı harmonikleri. 11

a — Dört zamanlı dizel motoru

b — İki zamanlı dizel motoru

c — İki zamanlı gaz motoru —

d — Benzin motoru

—..

Şekil 3 te muhtelif pistonlu makinaların mo mentlerinin endike basınca göre değişimi görül mektedir. Görülüyorki iki ve dört zamanlı dizel motorları gaz motorlarının momentleri arasında büyük fark vardır.

Değişk'en moment genel olarak endike basınç la ters orantılıdır. Ancak benzin motorlarında şe kilde görüldüğü üzere durum değişir. Bütün, yan malı motorlarda motor nominal momenti ortala ma momentin 2,2 ile 2,5 misli kadardır.

C — Çok Silindirli Makinalarda Değişken Moment:

Pratikte bütün yanmalı motorların çok silin dirli olarak imal edildiği malûmdur. Bu tip ma kinalarda krank açıları münasip bir tarzda seçil mek suretiyle beher silindire ait atalet kuvvetleri ve şekil 3 te bahis mevzuu edilen aşağı harmonik ler biribirlerini ifna ederler. Harmoniklerin ifna durumu silindir sayısına bağlıdır. Silindir adedi arttırılmak sureti ile yüksek dereceli harmonikle rin dahi ifna edilmesi kabildir.

Ancak pratikte aşağı dereceden harmoniklerin dahi tamamen ifna edilmesi mümkün olmaz. Zira bilindiği gibi gerek yükün tevzi şeklinin gerekse ateşleme sırasının mutlak olarak intizamı sağlana maz. Bu durum realitede az çok bir intizamsızlık husule getirir. Esasen yükün silindirlere tevziin de % 20 kadar bir tolerans kabul edilir. Silindir adedi (Z) olan bir makinada intizamsızlığı tevlid eden fark momentin büyüklüğü:

Z

1 0,5 Mn dir.(2)

Mn = Motor nominal momentidir.

fiti zamanlı dizel motorlarında değişken mo mentin frekansının dönme frekansına ve bunun iki misline dört zamanlı motorlardan dönme fre kansının yansına ve bunun 3/2 katına eşit olduğu evvelce söylenmişti.

Binaenalyh bahis mevzuu moment frekansları.

İki zamanlı motorlarda:

fo =

, C/sec (3)

00 30

Dört zamanlı motorlarda

nn

• fp =

,

C/sec. dir (3)

120 40

''

(n) : d/d. olarak motorun devir adedidir.

3 — SENKRON MAKİNANIN SALINIMLI ÇA LIŞ/MA HALİ Nİ N ETÜDÜ:

A — Pistonlu Makina ile Tahrik edilen bîr senkron makinamn sabiteleri :

a — Doymamış hale tekabül eden Sabiteler:

Aşağıda 2 numaralı tabloda dizel motoru ile tahrik edilen alternatörlere ve pistonlu kompre sörleri tahrik eden senkron motorlara ait sabite ler verilmiştir. Bu tabloda verilen sabitelerin ol dukça dar sınırlar arasında bulunduğu ve beher makinaya ait sabitelerin mütekabillerine nazaran çok az farklı olduğu dikkati çekmektedir.

Tablo 2 — Dizel motoru ile tahrik edilen senkron alternatörlere ve pistonlu kompresörleri tahrik için kullanılan senkron motorlara ait sa biteler.

Pmet. P,

x Xd

q

kW kVA d/d %

San San m. San m. San

Dizel motoru ile tahrik edilen senkron alternatörler.

1 550 630 214,3 103 59

2 735 840 214,3 101 53

3 1250 1400 250

125 66

4 1765 2000 187,5 116 63

5 3310 4000 161,7 137 75

Pistonlu kompresörleri tahrik i çin kullanılan senkron motorlar.

189 600

140 76

7 660

750 250

8 3020 4000 150

2,70 0.56 2,06 0,44 2,86 0,59 2,91 0,64 3,46, 0,77

1,41 0,30 1,76 0,51 2,64 0,72

6,7

6,9

10,8 11.7

te.MM. 70

b —• Doymanın Tesiri: Makinamn salınındı çalışması halinde mağne tik flüks normal çalışma değeri civarında salınır. Mıknatıslanma eğrisi üzerinde normal çalışma noktası olan P. cüzi yer değiştirmeler yapar.

(ŞeJcıl . 4) Bir senkron makinamn mıknatıslanma karakteristik eğrisi

Makinamn salınımlı çalışmasını doyma haline tekabül eden sabiteleri yardımı ile izah etmek mümkündür. Makinamn doyma halindeki sabite lerinin miknatıslanma eğrisi yardımı ile hesabı için hava aralığının (a/b) oranında büyütülmesi gerekir, (t), P çalışma noktasında mıknatıslanma karakteristiğinin teğetidir.

c — Normal Malana :

Bütün senkron makinalarda sabiteler doyma durumuna göre değişmekle beraber büyük bir yaklaşıklıkla aşağıdaki ortalama değerleri ver mek kabildir.

xd= xq = %65,x =%2i,x; =x;

= % 17,Td = 0,32 Saniye

Sübransient (Hızlı geçici) zaman sabiti çok değiştiği cihetle ortalama bir değer vermek kabil değildir. Dizel motorları ile tahrik edilen alterna törlerde ve direkt olarak yol alabilen senkron mo torlardan T j = T " = 50 m. saniye, yol alma akımı büyük olan makinalarda bunu mümkün olduğu ka dar sınırlamak için amortisör sargı direnci büyük tutulur. Bu takdirde sübtransient zaman sabiti çok küçülür. Td' = T^ = 10 m. saniye

Yukarıda zikredilen sabiteleri ve normal bir amortisör sargısını haiz makinaya «Normal maki na» tabir edilir.

B — SENKRON MAKİ NANIN SALINIMLI HAREKETİNİN EİNİNE VE BOY UNA EKSENLERİNE GÖRE TEORİSİ :

a — Teori ile alâkalı kısa bilgi : ifadeleri lüzumsuz yere muğlâk hale sokma mak için stator sargılarının' omik direnci ihmal

E.M Ü. 70

edilecektir. Döner alan tarafından stator sargıla rında husule getirilen gerilim her an makinanın bağlı olduğu şebeke gerilimine eşit farzedilecek tir. Makinamn boyuna ve enine eksenlerine göre karakteristiklerinin farklı olduğu kabul edilecek tir. Zira döner alanın makinanın enine ve boyuna eksenleri istikametinde iki bileşene ayrılması dai ma mümkün olup birinciye boyuna alan ikinciye enine alan tabir edilir.

Boyuna alan ikaz akımı tarafından stator sar gılarında husule getirilen döner alanın (Stator amper sarımlarının) boyuna ekseni üzerindeki iz düşümüne tekabül eder.

Enine alan stator amper sarımlarının enine ek sen üzerindeki izdüşümüne tekabül eder. Aşağı daki şekilde enine ve boyuna alanlar ile toplam v döner alanın kutup tekerleğine göre durumları ve (S) açısı gösterilmiştir. Bu açının yüke bağlı olarak değiştiği bilinmektedir rop/om döner a/on

V Boyuna alan (Şekil 5) Sekron makinada toplam döner alanın boyuna ve enine alan bileşenlerine ayrılması b — Boyuna Eksene Göre:

Eşdeğer Şema: Makinanın boyuna eksen konumunda üç sarg) mevcuttur. 1 — Stator sargısı 2 — Amortisör sargısı 3 r Endüktör sargısı

Amortisör sargısı doğrudan doğruya bir kısa devre kafesinden ibarettir. Endüktör sargısı üze rinde bir doğru akım kaynağı bulunan kapalı bir devre teşkil eder. Bu durumda boyuna alanın de ğişimi üçüncü devrede transient akımlar indükler.

Şekil 6 da iki sargısı kısa devre edilmiş bir transformatör şeması gösterilmiştir Bunun eşde^ ğer şeması şekil 7 de verilmiştir.

Rotorun salınımlı hareketinde frekans fp, şe beke frekansını fn ile gösteren (X) bir katsayı ol mak üzere fn =£ fn yazılır.

(Şekil : 6) Boyuna eksene göre senkron

makina sargılan

^

d — Stator sargılan D — Amortisör sargısı f — Endüktör sargısı.

Boyuna alanfp frekansı ile değişir ve D ve f sargılarında fp frekanslı bir akım indükler. Buna göre eşdeğer şemada rezistanslar fn/fp oranında büyür.

L

(Şekil : 7) Senkron makınanın boyuna eksene eşdeğer seması

Rotorun sükunet halinde ve boyuna eksen ko numunda bir stator fazı muhtelif ıfn A) frekanslı gerilimlerle beslenerek şekil 7 de gösterilen eşde ğer şemaya tekabül eden toplam empedansın öl çülmesi kabildir.

Bu şekilde ölçülen empedanslara tekabül eden süseptans değerleri nazarı itibare alınarak şekil 8 deki eğri çizilir.

J»

h

mu

J>

Tr3

\ \l ts "AV

(Şekil : 8) Senkron makınanın boyuna eksenine göre süseptans 1/Xd (JA) diyagramı

Doymuş değerler:

Xd = X q = 0,65, Xj = 0,21, x; = x;=o,ı?

wB . Tj = 100 rad. wnT'â = wDT^= 15 rad.

Şekil 7 de verilen eşdeğer şemaya tekabül eden toplam süseptans = (Şekil 7 den)

1 Xd (JA)

1.1

Xı Jjj^

X2 <

dir.

Bu ifade kolaylıkla görüleceği gibi şekil 8 de

verilen eğriye tekabül eder.

T j ^ ! endüktör sargısı resistans ve reaktansı na, r2,X2 amortisör sargısı rezistans ve reaktansı na tekabül eder. Amortisör sargısı bakır kesiti alan sargısına nazaran ekseriya çok küçüktür. Binaenaleyh düşük frekanslarda amortisör sargı sının süseptansını ihmal etmek kabildir. Buna göre:

Xd(JA)~

X ++ ı

J_rL

(5) olur.

Bu denklem şekil 7 de

x ve d

(6) noktaları arasında ke

sik çizgi ile çizilmiş olan yarım daireye tekabül

eder.

= co için

X,

1 (7)

noktası ideal kısa devre haline A= O için 1

noktası da şekil 6 da şematik olarak gösterilen transformatörün boşta çalışmasına tekabül' eder.

X ! , X 2 reaktanslarını Xd , X d' ve X d reak re 6 ve 7 denklemleri yardımı ile izah etmek ka bildir. Tarife zaman sabitleri de ithal edildiği tak dirde.

(8) con T j =

T" —

olur

ve (4) denklemi de ekseriya kullanıldığı veçhile :

1,11

X d + (•

Td'

».T;

+

(•

xd'

x •)

1d

X r)

(9) şekline girer.

c — Enine Eksene Göre Eşdeğer Şema :

Makinanın enine ekseni istikametinde stator ve amortisör sargılarının tesirlerinin mevcudiye

ti nazarı itibara alınarak durum şekil 9 da görül düğü veçhile sekonder sargısı kısa devre edilmiş iki sargılı bir transformatör haline irca edilir.

(Şekil . 9) Senkron makinanm enine ekseni istikametinde müessir sargılar

(Şekil 10) Senkron makınanın enine eksen istikametinde eşdeğer şeması

Şekil 10 da verilen eşdeğer şemanın toplam sü

septansi:

Xq(JX.) X< dır.

X, J.

Bu doğrudan doğruya şekil 11 de görülen ya

rım dairenin denklemi olup A — O için

boş

X<

ta çalışma noktasından, A — oo için

(10')

ideal kısa devre noktasından geçer. (10) denkleminde wn T^ = X3 / r3 ikamet et mek sureti ile çok kullanılan

K

1+ JAwar (11)

yarım daire denklemi elde edilir.

J'

101, il f1 ?

—* ^

S,

ft

(Şekil . 11) Senkronmakinanın enin eksen istikametinde silseptans diyagramı.

(Şekil 8 de verilen sabitlere göre)

Şekil 8 ve 11 de verilen diyagramlar amortisör sargısı bulunan normal bir makinaya göre çizil miştir. Amortisör sargısı bulunan diğer senkron makinalar için de benzer şekiller bulunabilir.

d — Pandüler Reaktans :

Gerilimi ve frekansı sabit bir şebekeye, bağlı senkron makinada gerilim ve frekans pratik Ola rak sabit kabul edilebilirse de yük değişmeleri, regülasyon durumu gibi sebepler dolayısı ile pek cüz'i de olsa salınımlar vukua gelir. Bu durumda hadiseyi basitleştirmek için ( X e ) toplam mutavas sıt reaktans olmak üzere k ( J A ) ifadesinde X d (J A. ) yerine,

Xa (J^)+Xe, Xq (JIÇ) yerine Xq (JX)+Xe şeklinde yazılır, ve Xd (JA) ile Xq (J X ) ye «PANDÜLER REAKTANS» adı verilen ve tayin edilebilen bir büyüklük olan (X B) konur.

Böylece bir senkron makinada şekil 12 de gö rüldüğü gibi şematik basitleştirme yapmak kabil olur.

(Şekil • 12) Senkron makina yerine Pandüler E M K ve Pandüler Reaktans ikame etmek sureti ile basitleştirme.

Ancak burada bir takribiyetin mevcut olduğu , nu zikretmek gerekir. Zira (X „) yüke ve pandü ler frekansa bağlı bir büyüklüktür.

ot ot

f*0y jvn VI

Sttta

ta

o r"cn%,*o/t/üt (Cöif* di.

Q3

I"

"9

u

=^ • M

0.01 QÛ2 0,03 QM OOS QX 007 906 009

(Şekil 13) Pandüler reaktansın Pandüler frekans ve yüke bağlı olarak değişimi

e — Hareket Denklemi :

Senkron makinanın normal çalışma halinde muharrik makina momenti ile generatör momen

ti denge halindedir. Salınımlı hareket vukuunda periyodik olarak husule gelen hızlanma ve yavaş lamalar momentin ortalama moment civarında de ğişimi ile alâkalıdır. Binaenaleyh senkron maki nanm salınımlı hareketi senkron hızla dönme ha reketi ile periyodik hareketin süperpozisyon ha lidir.

Buna göre denklem:

= A M P (12)

ve her iki taraf PJn/ wa nominal momenti ile bölünerek

P.n

Jw3

(13)

şeklinde olur. 1 /2Jıo 2 senkron hızla dönen küt

lelerin kinetik enerjisi olduğuna ve görünen güç

te Pm olduğuna göre atalet sabiti:

H = » J w

1,37 PD« , n • )

2Pm

Pra

olur. Bu değer (13) eşitliğinde yerine konursa:

AS + k(JA) AS = (15) olur.

Aynı denklem dizel motorları için (2) denk lemide nazarı itibara alındığında

0,50

Z1

tün M n

0,44 0,50_ CosP n Z1

(16)

şeklindedir. Cos f n , güç faktörü, nn de generatö rün nominal yükteki randımanıdır.

Alçak frekanslarda (A <0,005)(15) denklemi nin ikinci terimi ihmal edilebilir. Bu hal genera

tör uçlarının açık olmasına tekabül eder. Buna göre açısal sapma.

ASO

2 tün HA2

ve intizamsızlık nispeti:

V

tO max ~ İÜ taia

(17)

r

W nn H

(18) olur.

Elektriki reaksiyondan müstakil olarak sapma açısının tayini istendiği takdirde kayıpları tama men ihmal etmek gerekir. Bu suretle paralel ça lıştırılmak istenilen iki grubun intizamsızlık nis petlerinin mukayese imkânı temin edilmiş olur. Yukarda 13 No. lu denklemde bahsi geçen k(JA) ifadesi güç değişimine ve dolayısı ile rotorun açı sal değişmelerine tekabül eder.

Ayrıca dizel gruplarında grup zati frekansla rının şebeke frekansına veya onun katlarına ya kın olmaması gerekir. Grup zati frekansı:

(19)

n.

D2

formülü ile hesaplanır.

Bu formülde; n, == Devir adedini (d/d)

k = kısa devre oranını f = Şebeke frekansını

PD = Savurma momentini (tm2) göstermek tedir.

İşletmede şu iki husus bilhassa mühimdir.

1 — Aydınlatmada ışığın osilâsyon yapmama sı için gerilim değişimi oranı % 0,5 i geçmeme lidir.

2 — Grupların mekanik ve termik dayanıklı ğı bakımından kutup tekerleği sapması. (A 8), 60 miliradyanı (3,5°), ve yük değişimi oranı % 33 ü geçmemelidir.

A. SALVI & C. S. p. A., MİLANO

Enerji Hatları için Hırdavat Malzemesi

KONOR: P.K. 276 Galata İstanbul

E.M.M.70