KONDANSATÖR SERVİS ÖMRÜ

Elektrik şebekesinin en temel pasif elemanlarından biri hiç kuşkusuz kondansatörlerdir. Elektrik tarifelerinin gerekliliği olarak sanayi tesislerinde yüksek adetlerde kullanılmaktadırlar. Yatırım yapılıp tesis edilen kondansatörlerin kullanıldıkları tesislerde çok sık sığa değeri yitirip yenilendiklerine üzülerek şahit olmaktayız. Kondansatörler aslında uzun yıllar boyunca hizmet verebilecek ürünleridir. Fakat ne kadar kaliteli tedarik edilirse edilsin, kullanım hataları kondansatörlerin servis ömrünü kısaltmaktadır. Peki, “Kondansatör Servis Ömrü” nelere bağlı olarak değişir?

Kondansatörlerin servis ömrü, çeşitli faktörlere bağlı olarak farklılık gösterir. Bu faktörler, kondansatörün performansını ve dayanıklılığını doğrudan etkiler. Genel olarak, bir kondansatörün servis ömrünü belirleyen başlıca parametreler aşağıda listelenmiştir. Bunlar:

• Üretim Kalitesi
• Güvenlik
• Gerilim Dayanımı
• Akım Dayanımı
• Ortam Sıcaklığı
• Montaj Hataları
• Bakım Hataları

Kondansatör, IEC 60831 (2014) standardına göre imal edilmiş olmalıdır. Kondansatör etiketinde, standarda uygun üretildiği belirtilmelidir. Kondansatörün 50Hz’deki nominal gerilim seviyesi, etiketin üzerinde belirtilmelidir. Uygulama için kondansatörün etiketindeki şebeke frekansındaki nominal gerilim seviyesi dikkate alınmalıdır. Kondansatörün üretim kalitesi, daha uzun ömür, daha iyi performans ve daha az arıza anlamına gelir.

MKPg teknolojisi ile üretilen kondansatörler düşük kayıplı dielektrik içeren saf polipropilen filmden imal edilir. Polipropilen filmin bir yüzeyi vakum altında çinko-alüminyum karışımı buhar ile metalize edilir. Bu teknoloji, kondansatörün uzun ömürlü olmasını sağlar. Metalize edilmiş polipropilen film sarılır, alüminyum muhafaza kutusuna sargılar yerleştirilir ve üçgen olacak şekilde klemens bağlantısı yapılır. Daha sonra kutulara N2 gazı emprenye edilir. N2 gazı, sargıları çevresel etkilerden korur. Gaz zararsızdır ve kondansatörü her düzlemde (yatay veya dikey) montaj edebilme imkânı sunar.

Eğer kondansatörün bir noktasındaki elektrik alan, polipropilen filmin dielektrik dayanımını aşarsa, örneğin; aşırı gerilimde anahtarlama yapıldığı taktirde, izolasyon delinir ve ani bir ark oluşur. Bu arkın oluşturduğu ısı, çevresindeki metalizasyonun erimesine sebep olur ve aniden o noktayı izole eder. Kondansatör kısa devre olmaz, bütünlüğünü ve çalışmasını çok düşük bir güç kaybı ile sürdürür. Kısa devre olmaz, fakat bu mikro düzeydeki noktalar zaman içerisinde artıkça, birçok nokta oluştuğu zaman kondansatör servis ömrünü yitirir. Kondansatörlerin kendini onarma özelliği, otomatik olarak devre dışı kalan bölgenin izole edilerek cihazın işlevselliğini korumasını sağlar.

Kondansatörler, enerji sistemlerinde güvenilirlik ve uzun ömür sağlamak adına çeşitli güvenlik mekanizmaları ile donatılmıştır. Bu mekanizmalar, olası arızaların ve tehlikelerin önlenmesine yardımcı olurken, aynı zamanda bakım süreçlerini de kolaylaştırır. Kondansatörlerde kullanılan iki kritik güvenlik özelliği olan Mekanik Sigorta ve Kondansatör Klemensleri, sistemin hem mekanik hem de elektriksel güvenliğini sağlamak için tasarlanmıştır. Aşağıda mekanik sigorta ve kondansatör klemensleri gibi güvenlik mekanizmalarının işleyişi ve önemi hakkında daha detaylı bilgi bulabilirsiniz.

Kendini onarma çöküntülerinin artması, kondansatörün içinde basınç artışına neden olur. Oluşan basıncın kondansatörü patlatmasını engellemek için bir güvenlik mekanizması bulunmalıdır. Bu mekanik sigorta mekanizmasını kısaca özetlersek: Kondansatörün içerisindeki sargılar, üçgen bağlantısı şeklinde lehimlenir. Bağlantı tellerinin orta noktasında, çentik şeklinde zayıflatılmış bir nokta bulunur. Artan basınç kuvvetiyle körüğün yukarı yükselmesiyle birlikte bağlantı teli bu çentik noktasından kopar ve akım yolu kesilmiş olur. Kondansatörün dış alüminyum muhafaza kutusunun üst kısmında bulunan körükler açılarak, alüminyum gövde genleşir ve kondansatör patlamaz ve yangına sebep olmaz. Elektrik bakım teknikeri, arızalı kondansatörü gözlem kontrolü ile kolaylıkla tespit edebilir çünkü servis ömrünü yitirmiş olan kondansatör, diğer kondansatörlerden daha uzun görünecektir.

Ancak, bu güvenlik sisteminin sadece izin verilen yük ve aşırı yük sınırları dahilinde düzgün çalışabileceği belirtilmelidir.

Alüminyum gövdeli kondansatörler, alt saplamadan topraklanmalıdır. Kondansatör klemensleri IP20 koruma sınıfında olmalı ve el ile teması engellemelidir.

Excessive voltages may cause overheating of the polypropylene film, leading to a shorter lifespan for the capacitor. For a specific application, the capacitor’s label should indicate the appropriate nominal voltage level at the grid frequency. During continuous operation, the maximum allowable effective value of the sinusoidal AC voltage must not surpass the nominal voltage values provided in the capacitor’s data sheets. In accordance with the IEC 60831 standard, the capacitor should sustain the nominal voltage level continuously for 24 hours per day, and the daily overvoltage endurance values specified in the accompanying table should serve as a reference for applications.

Tablo Electronicon GmbH kataloğundan alınmıştır.

Kondansatöre seri bağlanmış detuned reaktörler, kondansatörlerin klemenslerindeki gerilim değerini nominal şebeke gerilim seviyesinin üzerine çıkaracaktır. Kondansatör klemesinde aşağıdaki formülde belirtilen gerilim değeri oluşacaktır. Detuned reaktörlerle kullanılan kondansatörlerin gerilim seviyeleri, şebeke gerilim seviyesinden daha yüksektir; bu nedenle şebeke gerilim seviyesine eş değer kondansatörler kullanılamaz. Sonuç olarak, reaktörlerle birlikte kullanılan kondansatörlerin şebeke geriliminden daha yüksek bir gerilim değerine sahip olmaları gerekmektedir. Aksi takdirde, kısa bir süre içinde servis ömrünü tamamlayacaklardır.

Reaktörlü bir kondansatörün klemenslerindeki gerilim aşağıdaki şekilde hesaplanır:

U_n = Nominal Şebeke Gerilimi
U_c = Kondansatör Gerilimi
P = Reaktör Faktörü

Kontaktör açtığında, kondansatör devreden çıktığında, kondansatörün uçlarındaki artık gerilim seviyesi 60 saniyeden kısa bir sürede <50V değerinin altına inmelidir. Bu süreçte, dirençlerdeki ısı artışı maksimum 70°C/W değerinde olmalıdır. Aksi takdirde kondansatörün sargılarına ısı iletimi olur ve kondansatör arızalanır. Kondansatörleri monte ederken üretici firmaların teknik dokümanlarındaki kondansatör direnç değerlerine riayet edilmelidir.

Deşarj dirençleri aşağıdaki formül kullanılarak da hesap edilebilir.

t = Deşarj Periyodu (sn)
C_T = Bir Fazın Sığa Değeri
C_toplam = Toplam Sığa Değeri
U_b = İşletme Gerilimi
R = Modülün Direnç Değeri
U_e = t Periyodundan sonra izin verilen maksimum gerilim

Kompanzasyon panolarında rölenin yanında manuel bir el kumandası için butonların monte edilmesi oldukça yaygın bir uygulamadır. Bu uygulamanın, reaktif rölenin bozulması durumunda müdahale edilebilmesi için öngörüldüğü ve gerekli olduğu belirtilmektedir. Ancak bu uygulama kesinlikle gerekli değildir ve önerilmemektedir. Aslında her işletmede, reaktif rölenin arızalanması durumunda aynı teknik özelliklere sahip yedek bir reaktif röle bulundurulmalıdır.

Manuel el kumandasının sakıncalarını şu şekilde özetleyebiliriz: Kontaktör açıldığında veya kondansatör devreden çıktığında, üzerinde sinüzoidal dalga formunun kesim noktasına bağlı olarak artık bir gerilim kalır. Kondansatör tekrar enerjilendirilmeden önce nominal gerilim değerinin %5 – %10 mertebesine deşarj edilmesi gereklidir.

Reaktif röle üreticisi tarafından kondansatörün deşarj süresi öngörülmüştür, ancak manuel el kumandasında bu süre hiç dikkate alınmamaktadır. Kondansatörler manuel olarak anahtarlandığında, anahtarlandığı andaki gerilim değeri ile kondansatörün klemensi üzerindeki artık gerilim çakışmakta ve kondansatörün polypropilen filmi aşırı ısınarak kondansatöre zarar verebilmektedir.

Sisteminizde işletme gereği reaktif rölenin kondansatörleri devreye alma – çıkartma süreleri 8 saniyeden kısa ise, kondansatörün üzerindeki deşarj dirençlerine ilaveten deşarj bobinleri de monte edilmelidir.

Akım dayanımı, elektrik sistemlerinde kullanılan bileşenlerin güvenliği ve uzun ömürlülüğü açısından kritik bir öneme sahiptir. Kondansatörler, özellikle reaktif güç kompanzasyonu süreçlerinde hem kısa süreli hem de uzun süreli aşırı akımlara maruz kalabilirler. Kısa süreli aşırı akımlar, otomatik kondansatör kademelerinin anahtarlanması sırasında meydana gelen yüksek deşarj akımlarıyla karakterize edilirken, uzun süreli aşırı akımlar ise harmoniklerin etkisiyle oluşan sürekli akım artışlarından kaynaklanır. Bu durum, kondansatörlerin performansını ve dayanıklılığını doğrudan etkileyen kritik bir faktördür. Kondansatörlerin hem kısa hem de uzun süreli aşırı akımlara karşı korunması, elektrik sistemlerinin güvenli ve verimli bir şekilde çalışması için hayati önem taşır.

Otomatik Kondansatör Kademelerinin Anahtarlanması: Reaktif güç ihtiyacına göre, kompanzasyon panosunda kontaktörler, kondansatör kademelerini devreye alıp çıkartırlar. Kondansatörler anahtarlandığında kısa süreli rezonanslar oluşabilir ve çok yüksek deşarj akımları akabilir. Bu deşarj akımları, kondansatör kontaktörünün ön dirençleri ile sınırlanmalıdır.

Ön dirençli kondansatör kontaktörü kullanıldığında, devreye girme akımı olan 200In değeri, ön dirençler sayesinde 70In değerine düşürülür. Kondansatörler, kısa süreli aşırı akımlardan ön dirençli kondansatör kontaktörlerinin ön dirençleri sayesinde korunur. IEC 60947-4-1 standardına göre, kompanzasyon kademelerinde ön dirençli kontaktörlerle anahtarlama yapmak gereklidir.

Harmonikler, elektrik enerji sistemine doğrusal olmayan yüklerin bağlanmasıyla temel frekansın katları frekansında oluşan akım ve gerilim bozukluklarıdır. Gerilim ve akım dalga şeklini ideal formundan uzaklaştırırlar. Sanayide en sık 5. (250Hz), 7. (350Hz), 11. (550Hz) ve 13. (650Hz) harmonik değerlerine rastlanmaktadır. Harmoniklerin bulunduğu işletmelerde sıklıkla kondansatör ve ilgili ekipmanların yenilenmesi gerekebilir.

Bu durum çok basit bir şekilde Ohm kanunu ile açıklanabilir.

Formülden görüldüğü üzere akım ve frekans doğru orantılıdır.

Akımın ve frekansın doğru orantılı olması ve harmonik akımların şebeke frekansının katları olması nedeniyle, akması gerekenden çok daha fazla akım kondansatörün üzerinden akacaktır.

EN60831 standardında, kondansatörlerin maksimum sürekli dayanma akım değeri 1,3In olarak belirtilmiştir. Harmoniklerin bulunduğu bir ortamda kondansatörlerin üzerinden akan akımlar, bu değerin çok üzerinde ölçülmektedir. Kondansatörler çok kısa bir sürede kapasite değerlerini kaybedebilir ve servis ömürlerini yitirebilirler. Markası, kalitesi, ve gerilim seviyesi ne olursa olsun, bir sanayi tesisi sürekli olarak kondansatörleri yenilemek zorunda kalabilir. Harmonik akımların bulunduğu bir ortamda kondansatörleri korumanın tek yolu, girişlerine seri olarak harmonik filtre (detuned) reaktörü tesis etmektir.

Kondansatörlerin servis ömrünü sağlayabilmesi için, etiketlerinde, veri tablolarında ve kataloglarda belirtilen tüm elektriksel ve termal özelliklere ve talimatlara riayet edilmesi gerekmektedir. Bu koşullar altında elde edilebilecek çalışma sıcaklığı (tüm kondansatörler için -40°C) bir harf işareti ile belirtilir. Harf, sıcaklık sınıfının üst sınır değerlerini tanımlar. Aşağıdaki tablo, IEC 60831 standardına göre kondansatörlerin her sıcaklık sınıfı için izin verilen maksimum ortam sıcaklıklarını göstermektedir (B, C veya D). Kondansatörün servis ömrü, üretici firmalarının teknik dokümanlarında sıcaklık sınıfına bağlı olarak belirtilen servis çalışma ömürlerine göre değerlendirilmektedir.

525V MKPg tipi kondansatörün ömrü:

D sınıfı sıcaklık seviyesinde > 150.000 saat

Tablo Electronicon GmbH kataloğundan alınmıştır.

Her 7°C ‘lik sıcaklık artışı kondansatör ömrünün %50 oranında azalmasına sebep olur.

Kondansatör aşırı sıcak bir ortama monte edilirse ömrü logaritmik olarak azalır. Tipik olarak ortam sıcaklığının izin verilenden 7°C ‘lik artması kondansatör ömrünü yarıya indirir.

Görüldüğü üzere sıcaklığın kondansatör ömrü üzerinde çok önemli etkisi bulunmaktadır.

Kondansatörlerin aşırı ısınmasını engellemek için dış ısı kaynaklarından uzak tutulmaları ve soğumalarının engellenmemesi gereklidir. Kondansatörler reaktörler, baralar gibi ısı kaynaklarının yanına veya üzerine monte edilmemelidir.

Elektrik panosuna, oluşan ısıyı dışarıya atacak fan monte edilmelidir. Ayrıca elektrik odalarının havalandırması ve/veya soğutulması gereklidir. Elektrik odası yıllık ortalama sıcaklığı 35°C yi geçmemelidir.

Tablo Electronicon GmbH kataloğundan alınmıştır.

* kablo yüksüğü ile | **kablo yüksüksüz

Klemensler gevşek bırakılırsa da klemenste ısınma ve arıza meydana gelecektir.

Özetle, tork anahtarı kullanılarak elektromontaj yapılmalıdır.

EN60831 standardında, kondansatörlerin maksimum sürekli dayanma akım değeri 1,3In olarak belirtilmiştir. Besleme kablosu seçilirken bu değer dikkate alınmalıdır.

Kondansatörlerin uzun süre verimli ve güvenilir bir şekilde çalışmaya devam edebilmesi için düzenli bakım gereklidir. Bu bakım, kondansatörün ve sistemin servis ömrünü uzatırken, enerji verimliliğini artırır ve arıza riskini minimize eder. Ayrıca düzenli ve dikkatli bir bakım programı, kondansatörlerin güvenilirliğini artırır ve kompanzasyon sisteminin genel performansını optimize eder. Aşağıda listelenen kondansatör bakım adımları, arızaların önlenmesine ve enerji verimliliğinin sürdürülebilirliğine önemli katkılarda bulunur.

Kondansatör Terminallerinin Temizlenmesi: Kondansatör terminalleri, oksidasyon ve kir birikimini önlemek için düzenli olarak temizlenmelidir. Temiz terminaller, elektriksel bağlantının kalitesini artırır ve ısınmayı önler.

Kondansatör Akımının İzlenmesi: Kondansatör akımı düzenli aralıklarla ölçülmeli ve nominal değerlerle karşılaştırılmalıdır. Kondansatör akımlarının, nominal akımın %15’i içinde olması gerekmektedir. Eğer kondansatör akımı, nominal akımın %85’inin altındaysa, ilgili kademenin kapatılıp değer kaybeden kondansatörlerin değiştirilmesi gerekmektedir. Bu kontroller, kondansatörün performansını izlemek ve olası sorunları erken tespit etmek için önemlidir.

Çalışma Elemanlarının Kontrolü: Kondansatörlere bağlı çalışma elemanlarının (kontaktörler, sigortalar vb.) kontaklarının durumu kontrol edilmelidir. Aşınmış veya zarar görmüş kontaklar, sistemin verimliliğini azaltabilir ve arızalara yol açabilir.

Fiziksel Hasarların Kontrolü: Kondansatörün dış yüzeyinde veya bağlantılarında herhangi bir fiziksel hasar olup olmadığı kontrol edilmelidir. Şişmiş, sızdıran veya başka bir mekanik hasar görmüş kondansatörler kullanılmamalı ve değiştirilmelidir.

Sıcaklık ve Havalandırma Kontrolleri: Kondansatörlerin bulunduğu ortamın sıcaklığı ve havalandırması, optimum çalışma koşullarını sağlamak için düzenli olarak kontrol edilmelidir. Yüksek sıcaklıklar, kondansatörlerin ömrünü kısaltabilir ve performanslarını olumsuz etkileyebilir.

Yazımızda açıklamaya çalıştığımız konulara hassasiyet gösterildiği takdirde, kondansatörler katalog ömürlerini sağlıklı bir şekilde tamamlayacaklardır.

Didem Ergun Sezer
Elektrik Mühendisi
Ergun Elektrik A.Ş.
didem@ergunelektrik.com