Elektrik üretim sistemlerinde senkronizasyon ve sistem verimliliğinin iyileştirilmesi

Son yıllarda dünyamızdaki çok yönlü teknolojik gelişmelerin ivmesinin artışı ile birlikte, elektrik enerjisine olan ihtiyacın da arttığı gözlenmektedir. Bu ihtiyacın giderilmesine yönelik çalışmalar son hızla sürmektedir. Sanayi tesislerinin ve hızlı nüfus artışı ile birlikte kentleşmenin de hızla artması elektrik enerjisine olan ihtiyacı da artırdığı aşikardır. Elektrik enerjisinin üretilmesi için çok yönlü çalışmalar yapılmakla birlikte üretilen elektrik enerjisinin kalitesinin ve sürekliliğinin de karşılanması gerekmektedir. Ürünlerin kesintisiz olarak tesislerde üretilebilmesi için elektrik enerji üretim ve dağıtım sistemlerinin de koruma ve kontrol ekipmanları ile donatılma zarureti doğmuştur. Elektrik enerjisi üretim ve dağıtım şebekesinden talep edilen gücü, kesintisiz şekilde tüketicilere sağlaması kritik bir durum olarak dikkate alınması gerektiğini ortaya koymaktadır. Elektrik üretim tesisleri (Santraller) genel olarak şebeke üzerinden birbirleriyle paralel çalışmaktadır. Şebekenin talep ettiği gücü karşılamak üzere büyük güçlü santraller devrede iken puant gücü karşılamak üzere kurulan daha düşük güç kapasiteli santraller de sistem içinde bulunmaktadır. Bununla birlikte bazı sanayi kuruluşları kendi ihtiyacı olan elektrik enerjisini kendisi üretmekte ve üretmiş olduğu fazla elektrik enerjisini şebeke üzerinden sisteme satmaktadır. Elektrik üretim tesislerinde üretilen enerji genel olarak birden fazla Generatörün ana baraya veya transfer baraya paralel bağlanması suretiyle iletilmektedir. Generatörlerin paralel olarak bağlanması kapasite problemini ortadan kaldırmakta ve sistemde oluşması muhtemel hata oranını önemli ölçüde tolera etmektedir. Sürekliliğin sağlanması ve talep edilen daha fazla gücün tüketim bölgesine transfer edilmesi, sistemin işletme kolaylığı bakımından da ayrıca tüketicilere avantaj sağlamaktadır. Alternatif akım (AC) kaynağı olarak her bir Senkron Generatörün baraya paralel olarak bağlanmadan önce statorundan üretilen elektriğin karakteristik değerleri (faz yönü, genlik ve frekansı) birbirlerinden doğal olarak farklıdır. En az 2 Generatörün paralel olarak bağlanabilmesi, yani senkron olabilmesi için bu değerlerin eşit ya da çok yakın değerlere sahip olması istenir. Aksi durumda devre üzerindeki ekipmanların zarar görmesi kaçınılmaz bir durum oluşturur. Generatörlerin birbirleri ile ya da şebekeyle senkron olabilmesi için bazı yöntemler mevcuttur. Bu yöntemlerden en eski ve basit olanı senkron lambalarıdır. Bu yöntemdeki mantık senkronlama yapılacak iki sistem arasındaki faz değerleri arasındaki fark çok fazla ise lambalar parlak yanar. Değerler birbirlerine yaklaştıkça parlaklığı azalır ve değerlerin çok yakın veya eşit olması durumunda tamamen söner. Her faza ait üç lamba da birlikte parlaklaşır ve birlikte sönerse faz sıraları ve frekansları aynı ve genlikleri de eşit demektir. Diğer bir yöntem ise, kaynaklardan gelen işaretleri gösteren çift voltmetre, çift frekansmetre ve senkron operasyonunu yapan senkronoskoptur. Her iki sistemin senkron olup olmadığının belirlenmesi ve kontrolünün sağlanması sayısal kontrol ve koruma röleleri (Syncron-check relay) vasıtasıyla gerçekleştirilir. Bu çalışmada ölü baranın (dead-bus) enerjilendirmesi, canlı bara üzerinden iki ve daha fazla Generatörün otomatik senkron rölesi ile senkronlama işleminin aşamaları anlatılacaktır. Ayrıca bu çalışmanın son bölümünde ise Elektrik Üretim tesislerinde verimliliğin artırılması konusunda bilgiler sunulacaktır. Bu başlığın altında, son yılların önemli araştırma konularından biri olan superiletkenlik konusu da işlenecektir.

In recent years, with the acceleration of technological developments in our world, the need for electrical energy has increased greatly. Studies to meet this need continue at full speed. The rapid increase in the number of industrial establishments increases the need for electrical energy. While multi-faceted studies are carried out to produce electrical energy, the quality and continuity of the electrical energy produced must also be met. In order for products to be produced in facilities without interruption, it has become necessary for electrical energy production and distribution systems to be equipped with protection and control equipment. The Electricity Production and distribution network must meet the demanded power and ensure uninterrupted energy flow. Power Plants generally operate in parallel with each other over the network. While large-power power plants are in operation to meet the power demanded by the network, smaller-capacity power plants established to meet peak power are also present in the system. Some industrial establishments even produce their own electrical energy and sell the excess electricity they produce to the system via the grid. The energy produced in electricity production facilities is generally transferred by connecting more than one generatör in parallel to the main busbar or transfer busbar. Connecting generatörs in parallel eliminates the capacity problem and the system tolerates the possible error rate to a great extent. Ensuring continuity and transferring more power requested to the consumption area also provides advantages to consumers in terms of ease of operation of the system. The characteristic values (phase direction, phase amplitude and frequency) of the electricity produced from the stator of each synchronous generatör as an alternating current (AC) source before being connected in parallel to the busbar are naturally different from each other. In order for at least 2 generatörs to be connected in parallel, i.e. to be synchronous, it is desired that these values have equal or very close values. Otherwise, damage to the equipment on the circuit is an inevitable situation. There are some methods for generatörs to be synchronous with each other. The oldest and simplest of these methods is synchronous lamps. The logic in this method is that if the difference between the phase values between the two systems to be synchronized is too much, the lamps will light up brightly. As the values approach each other, their brightness decreases and if the values are too close or equal, they will go out completely. If all three lamps belonging to each phase brighten and go out together, it means that the phase sequences and frequencies are the same and their amplitudes are equal. Another method is a double voltmeter, double frequency meter, and a synchronoscope that performs the synchronous operation, which shows the signals coming from the sources. Determining whether both systems are synchronous and ensuring control is carried out by means of digital control and protection relays (Syncron-check relay). In this study, the dead bus will be energized and the synchronization process will be carried out with the automatic synchronous relay of two or more generatörs over the live bus. In addition, information will be provided in the last section of this study on increasing efficiency in Electricity Production facilities. Under this heading, the subject of superconductivity, one of the important research topics of recent years, will also be discussed.