GENERATÖRDE DEVİR VE AKTİF GÜÇ
Senkron jeneratörler alternatif akım üreten makinalardır. Bu tür jeneratörler, rotorun döner manyetik alanı ile stator sargılarında indüklenen elektromanyetik güç sayesinde enerji üretirler.
Generatörlerde kutup sayısı ile devir sayısı arasında şebeke frekansını sağlayacak şekilde ilişki bulunmaktadır. Frekans değerinin belli bir üst/alt değerinde generatör koruma sinyalleri çalışarak sistemi korumaktadır.
Peki bir termik santralde generatör kaç MW'da senkronize olmaktadır? Senkronize oluncaya kadar elektrik üretimi yapılıyor mu, üretilen bu elektrik bir yerde kullanılıyor mu?
Yukarıdaki sorular basitliği ile bir çoğunuzu güldürmüştür. Üstadların affına sığınarak soruların cevaplarını vermeden önce, generatörde elektrik üretimi nasıl yapıldığını anlatmaya çalışalım.
Termik santraller bir nevi enerji dönüşüm istasyonu olarak tanımlanabilir. Kömürün içerisinde bulunan yanarak ısı meydana getiren Karbonların sahip olduğu kimyasal enerji, yanma reaksiyonu sonrasında ısı enerjisine dönüşmektedir. Bu ısı enerjisi kazan boruları içerisinde bulunan suyun sıcaklığını, dolayısıyla entalpisini artırmaktadır. Suyun sıcaklığının artması sonucu yüksek basınç ve sıcaklığa sahip oluşan kızgın buhar, türbine gönderilerek buharın içerisindeki ısı enerjisi, mekanik enerjiye dönüştürülmektedir. En nihayetinde türbinin uç kısmında bulunan generatörün türbin miline bağlı olarak aynı devirde dönmesi sonucu da mekanik enerji elektrik enerjisine dönüşmektedir.
Gelelim elektrik üretiminin nasıl meydana geldiğine; Türbinin dönmesi sonucu uç kısmında yer alan rotorda aynı hızda dönecektir. Türbin/genaratör devri nominal değerine ulaştığında,generatör rotoruna fırçalar vasıtasıyla verilen doğru akım rotor üzerinde birbirine ters polarite meydana getirir. Rotorun stator içerisinde dönmesi sonucu rotordaki polaritenin oluşturduğu elektromanyetik alan, statorun indüklenmesine neden olarak bir gerilim meydana gelir. Dolayısıyla meydana gelen gerilimin büyüklüğü uyartım akımının büyüklüğüyle ayarlanmaktadır.
Generatördeki meydana gelen gerilimin yani elektrik enerjisinin şebekeye aktarılması için başlıca 4 şartın gerçekleştirilmesi gerekmektedir;
- Generatör ve şebeke gerilimi eşit olmalıdır,
- Generatör ve şebeke frekansları eşit olmalıdır,
- Generatör ve şebeke gerilim fazörleri arasında faz farkı bulunmamalıdır,
- Generatör ve şebeke gerilim fazörleri aynı yönde dönmelidir.
Bunlardan 1 numara generatör uyarma akımını,2 numara ise türbin dolayısıyla generatör devrini ayarlanarak sağlanır.3 ve 4 nolu maddeler ise senkronizasyon cihazı tarafından otomatik gerçekleştirilmektedir.
Gelelim sorumuzun cevabına;Generatör çıkış gerilimin ana güç trafosundan geçerek geriliminin yükseltilmesine müteakip çıkış kesicisi, senkron şartları oluştuğunda kapatarak üretilen elektriğin şebekeye akmasını başlatır. Bu nedenle senkronize olmadan bir elektrik üretimi söz konusu olmamakta olup, çıkış kesicisi kapattığında generatör karekteristiğine uygun yükte elektrik üretimi başlar. Senkronize olmadan herhangi bir elektrik üretimi gerçekleşmemekte olup, bu nedenle elektriğin şebeke dışında bir yerlere verilmesi gibi bir durum da söz konusu olamaz.
Bir soru daha...Türbin devirleri her yük koşulunda sabittir. Aynı devirde döndüğüne göre neden daha fazla buhar gücü gereksinimine gerek duyulmaktadır? Yani bir termik santral generatörü 150MW üretirken de 360 MW üretirken de aynı nominal hızda yani 3000 d/dk hızda dönmektedir. Burada değişen nedir?
Yukarıda senkron jeneratör stator sargılarında gerilim oluşturmak için rotora DC uyartım akımı uygulanarak elektro motor kuvveti sağlandığını kısaca anlatmıştık. Şebeke ile senkron çalışan jeneratörün uç gerilimi sabit olduğundan uyartım akımı ile reaktif güç ayarı yapılabilir. Reaktif güç ayarında jeneratörde (aktif güç sabit iken) rotora uygulanan uyarma akımı azaltılırsa kapasitif reaktif, uyarma akımı artırılırsa endüktif reaktif güç verir. Elektriksel gücün akım ve gerilim değerlerinin çarpımı sonucu hesaplandığını da ekleyelim.
Senkron jeneratörde aktif güç kontrolü sinδ veya δ yük açısı değiştirilerek yapılmaktadır. Bu değişim rotor miline uygulanan moment ile sağlanır. Bu moment doğalgaz, kömür vb. santrallerde buhar, hidroelektrik santrallerinde ise suyun potansiyel enerjisi ile sağlanmaktadır. Rotor miline bağlı olan türbine daha fazla güç uygulandığında yani daha fazla yüksek basınç ve sıcaklığa sahip kızgın buharın türbine girdiğinde devir değişmez. Çünkü mekanik güç artmasına karşın jeneratör şebeke ile senkron çalıştığından rotor şebeke frekansına bağlı sabit hızda dönmeye devam edecektir. Rotora uygulanan tork, rotor devrinin anlık olarak senkron devrinin üzerine çıkmaya zorlar ve yük açısı δ artar. Şebekeye verilen akım yani generatör statorundan geçen akimin artmasıyla rotora uygulanan fren momenti de artar ve hemen dengeleme sağlayarak rotorun senkron hızda kalmasını sağlar. Genellikle yük açısı 0°<δ<90° arasında değişmektedir. 90° açı farkından daha fazla yük açısı olması durumunda jeneratör kritik seviyeyi aşarak kararsız duruma geçebilir.
Özetle,generatörün şebekeye bağlı olduğu durumda türbine giren daha fazla buhar, devri artıramayacağı için yükü artırır.
Generatörün herhangi bir koruma sinyali sonucu devre dışı olduğunda, türbin koruması da çalışır yüksek ve orta basınç stop valflerine kapatma talimatı gönderilir. Böylelikle senkrondan ayrılan generatörünün bağlı olduğu türbinin önündeki yükün kalkarak arkadan gelen buhar debisi nedeniyle aşırı hızlanması önlenmiş olur. Türbinin elektriksel ve mekanik aşırı hız korumaları mevcut olup, bu korumalar sayesinde ana stop vanalarına kapatma göndererek türbin devrinin aşırı yükselmesi engellenmektedir. Bu nedenle ana stop vanalarının sızdırmazlığı kritik öneme sahip olup, bakımlarının düzgün yapılmaması halinde bu tip durumlarda türbinin aşırı hızlanarak kötü sonuçlar oluşturmasına sebebiyet verebilir. Bu tip kritik ekipmanların bakım ve kontrollerinin uzman kişiler tarafından yapılması oldukça önemlidir.
Saygılarımızla...
Blog Yorumları
0 Yorum Var