Elektrik şebekesinin en temel pasif elemanlarından biri, hiç kuşkusuz, kondansatörlerdir. Sanayide, elektrik tarifelerinin gereklilikleri ve endüktif yüklerin güç dengesini sağlamak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Değişken yük koşullarına bağlı olarak, kondansatörlerin devreye girip çıkması, yani anahtarlanması gerekmektedir ve bu işlem için kontaktörler kullanılır.
Otomatik kompanzasyon panoları, birden fazla kompanzasyon kademesine sahiptir ve her bir kademe, yük durumuna göre anahtarlanır. En yaygın kullanılan anahtarlama elemanları kontaktörlerdir. Bir kontaktörün bir kondansatörü anahtarlarken en ideal anahtarlama noktası, üzerindeki artık gerilim ile sinüsoidal dalga formundaki gerilim seviyesinin eşit olduğu andır. Ancak bu durum teoride mümkün olsa da, pratikte gerçekleşmez. Şans eseri gerçekleşse bile, yalnızca tek bir fazda olabilir; diğer fazlarda ideal anahtarlama sağlanamaz.
Kademeli otomatik kompanzasyon panolarında, kademeler ardışık olarak anahtarlanırken çok yüksek hücum akımları (inrush veya back-to-back akımları) oluşabilir. Kondansatörler, doğaları gereği enerji depoladıkları için bu anahtarlamalar sırasında, devrede bulunan kondansatör, yeni devreye giren kondansatörü besler ve bu esnada çok yüksek hücum akımları (inrush veya back-to-back akımları) meydana gelir. Kademeli otomatik kompanzasyon panolarında, nominal akımın 200 katına kadar akım değerlerinin aktığı gözlemlenebilir. Bu çalışma koşullarında, kontaktörün kontakları eriyebilir, birbirine yapışabilir ve bunun sonucunda kontaktörün ömrü önemli ölçüde kısalır.
Kompanzasyon kontaktörlerinde bulunan ön dirençler, devreye girme anındaki 200 katına ulaşan akımı, 70 kat seviyesine kadar sınırlandırarak sistemin daha güvenli çalışmasını sağlar.
ÖN DİRENÇLİ KOMPANZASYON KONTAKTÖRÜ ÇALIŞMA PRENSİBİ:
Devreye Girme Anı:
Ön Dirençli Kompanzasyon Kontaktörleri kapasitif yüklerin (örneğin kondansatörlerin) devreye alınması sırasında oluşan yüksek devreye giriş akımlarını sınırlamak için tasarlanmıştır.
Bu kontaktörlerde bulunan pre-make kontaklar, ana kontaklardan önce devreye girerek düşük empedanslı bir direnci devreye alır. Böylece kondansatörlerin devreye giriş akımı sınırlandırılarak ani akım pikleri ve gerilim darbeleri önlenir.
Ana kontaklar devreye girdikten sonra pre-make kontaklar devreden çıkar ve sistem normal çalışma düzenine geçer. Kontaktör devreye girdiğinde, ana kontaklar kapanmadan önce ön direnç devreye bağlanır. Bu sayede akım, doğrudan kondansatöre ulaşmadan önce ön direnç üzerinden akar.
Ön direnç, geçiş akımını sınırlayarak kondansatörlerde ve şebekede ani gerilim düşüşlerini ve darbe akımlarını engeller. Bu aşama, hem kontaktör kontaklarının aşınmasını azaltır hem de şebeke üzerindeki harmonik etkileri minimize eder.
Fonksiyon Diyagramı:
Çalışma Aşaması:
Ön direnç üzerinden geçen akım sınırlanıp stabilize edildikten sonra, ana kontaklar kapanır ve ön direnç devreden çıkar. Bu aşamada, tüm akım doğrudan ana kontaklar üzerinden akmaya başlar. Ana kontakların devreye girmesiyle sistemdeki güç kayıpları azalır, çünkü ön direnç sadece kısa süreli bir geçiş rolü üstlenir. Bu süreç, kontaktörün yüksek performanslı ve düşük kayıplı bir şekilde çalışmasını sağlar.
Devreden Çıkma Anı:
Kontaktör devreden çıkarıldığında, ana kontaklar açılarak kondansatör devreden ayrılır. Bu esnada, ön direnç tekrar devreye bağlanmaz, çünkü ana kontakların açılması yük akımını kesmek için yeterlidir.
KADEMELİ KOMPANZASYON ANAHTARLAMASI:
Laboratuvar ortamında, ardışık kademelerin devreye girme anında hücum akım değeri nominalin 200 katına ulaşmaktadır.
MÜNFERİT (TEK KADEME) KOMPANZASYON ANAHTARLAMASI:
Laboratuvar ortamında, tek kademenin devreye girme anının osiloskop kaydı alındığında aşağıdaki akım eğrileri kaydedilmiştir.
Bunun yanında, kompanzasyon sistemde hem ön dirençli kontaktör hem de harmonik filtre reaktörü ( detuned reaktör) kullanıldığında, K3-62K kondansatör kontaktörünün katalogda belirtilen ömrü 300.000 açma-kapama döngüsüdür. Ancak, harmonik filtre reaktörü ( detuned reaktör) kullanılmadığında, bu ömür 150.000 açma-kapama döngüsüne düşmektedir.
ÖN DİRENÇSİZ KONTAKTÖR İLE KAPAMA
- NORMAL KONTAKTÖR ( ÖN DİRENÇ YOK )
- YALIN KOMPANZASYON ( DE-TUNED REAKTÖR YOK )
Benedict K3-62A tipi kontaktör
50kVAr 400V (72A) Electronicon kondansatör
Dikey: 2000A/kare Yatay : 0,625ms/kare
Bu yukarıdaki inceleme, laboratuvar ortamında ve yalnızca tek bir kademe için geçerlidir.
Osiloskop kaydından görüldüğü üzere, tek bir kademe 72A değerindeki bir kondansatörü ön dirençsiz bir kontaktör ile anahtarladığında, akımın tepe noktası 4000A’den daha yüksek olmaktadır.
Ölçülen devreye giriş (hücum) akım değeri, yalnızca tek kademe kondansatör içindir. Ancak, birçok kademeden oluşan kompanzasyon panolarında hücum akımı çok daha yüksek değerlere ulaşabilmektedir. Bunun sebebi, “back to back switching” olarak adlandırılan olayın yaşanmasıdır. Devrede olan bir kondansatör kademesi, devreye giren yeni kondansatörü beslemekte ve bu durum hücum akımının çok yüksek seviyelere çıkmasına neden olmaktadır. Başka bir deyişle, kondansatör kademeleri devreye girdikçe, birbirlerini şarj akımları ile beslemektedirler. Bu durumda, devreye giriş (hücum) akımları 200In seviyelerine ulaşabilmektedir.
ÖN DİRENÇLİ KONTAKTÖR İLE KAPAMA
- KOMPANZASYON KONTAKTÖRÜ ( ÖN DİRENÇ VAR )
- DE-TUNED KOMPANZASYON ( DE-TUNED REAKTÖR VAR )
Benedict K3-62A tipi kontaktör
50kVAr 400V (72A) Electronicon kondansatör
Dikey :200A/kare Yatay : 10ms/kare
Bu inceleme, laboratuvar ortamında ve tek bir kademe için geçerlidir.
Osiloskop kaydından görülebileceği üzere, tek kademe 72A değerinde bir detuned reaktörlü kondansatör, ön dirençli kontaktör ile anahtarladığında akımın tepe noktası 200A seviyesine düşürülmüştür. Ayrıca, detuned reaktör harmoniklere karşı bir filtre görevi gördüğü için sinüzoidal dalga şekli daha belirgindir.
İlk devreye girme (hücum) akımı, ön dirençler sayesinde sönümlenmiş ve detuned reaktörün ataleti ile 200A seviyesine kadar düşürülmüştür.
Ölçülen devreye girme (hücum) akım değeri, tek kademe kondansatör içindir. Ancak, birçok kademeden oluşan kompanzasyon panolarında, detuned reaktör devrede olan kondansatör kademesinin, yeni devreye giren kondansatörü beslemesini kontrol ederek bir filtre görevi üstlenecektir. Kondansatör kademeleri devreye girdikçe, birbirlerini şarj akımları ile beslemekte olup, bu durumda detuned reaktör bu akımları sınırlayacaktır.
IEC 60947-4-1 Standardında, kontaktörlerin kullanım sınıfları açıkça belirtilmiştir. Belirtilen kullanım sınıflarına göre, AC-6b kategorisi ön dirençli kontaktör kullanımı, kompanzasyon panolarında standart bir gerekliliktir.
IEC 60947-4-1 Standardına göre kontaktör kullanım sınıfları aşağıdaki gibi listelenebilir:
| Sınıf | Uygulama | Tipik Yük Türü | Örnek Kullanım Alanı |
| AC-1 | Düşük İndüktanslı Devreler | Rezistif Yükler | Isıtma sistemleri, akkor lambalar |
| AC-2 | Rotor Sargılı Motorlar | Rotor sargılı motorlar | Rotor sargılı motor yol vericileri |
| AC-3 | Kafesli Asenkron Motorlar | Düşük kalkış akımlı endüksiyon motorları | Pompa ve fan motorları |
| AC-4 | Sık Başlatma/Durdurma | Yüksek kalkış akımlı endüksiyon motorları | Asansörler, vinçler, yük asansörleri, presler |
| AC-5a | Deşarj Lambalarının Kontrolü | Yüksek basınçlı sodyum veya cıva buharlı lambalar | Sokak aydınlatması |
| AC-5b | Akkor Flamanlı Lambalar | Dirençli flamanlı lambalar | İç mekan aydınlatma |
| AC-6a | Transformatör Anahtarlama | Transformatörler | Güç transformatörleri |
| AC-6b | Kapasitif Kademe Kontrolü | Kompanzasyon kondansatörleri | Kompanzasyon Panoları |
| AC-7a | Evsel Rezistif Yükler | Dirençli yükler | Ev ısıtıcıları, fırınlar |
| AC-7b | Evsel Endüktif Yükler | Tek fazlı motorlar | Ev tipi klimalar ve Beyaz Eşyalar |
SONUÇ
Kompanzasyon panolarında kullanılan AC-6b sınıfı ön dirençli kompanzasyon kontaktörleri, özellikle kondansatör anahtarlama işlemleri sırasında oluşan yüksek geçiş akımlarını kontrol etmek için tasarlanmış özel anahtarlama elemanlarıdır. Bu sınıf kontaktörler, IEC 60947-4-1 standardına uygun olarak geliştirilmiş olup, anahtarlama sırasında meydana gelen ani enerji salınımlarını sönümlemek amacıyla ön dirençli bir yapı kullanır.
Ön dirençli mekanizma, akımın doğrudan kontaktör yüzeyine ulaşmasını engelleyerek, direnç üzerinden akmasını sağlar. Bu sayede kontaktör yüzeyinde erozyon ve ark oluşumu minimize edilir. Özellikle kapasitif yüklerin devreye alınması ve devreden çıkarılması sırasında sıkça karşılaşılan kontaktör kontağı aşınmasını önleyerek, uzun ömürlü bir kullanım sunar.
AC-6b sınıfı kontaktörler, kompanzasyon panolarında kullanılan kontaktörlerin hem elektriksel hem de mekanik ömrünü uzatarak sistemin güvenilirliğini artırır. Bu avantajlar sayesinde, AC-6b sınıfı ön dirençli kompanzasyon kontaktörleri, yüksek performanslı ve uzun ömürlü kompanzasyon sistemleri için önemli bir bileşen haline gelmiştir.
Didem Ergun Sezer
Elektrik Mühendisi
Ergun Elektrik A.Ş.
