Diyelim ki saf endüktif bir yük var ve bir dizel jeneratörden besleniyor. Sürtünmeler, ısınmalar, iç dirençler, kablo kayıpları gibi tüm bozucu etkiler ihmal ediliyor. Jeneratör bu yükü beslemeye başlıyor. Deposundaki yakıt seviyesi nasıl değişir? (Jeneratörün çok hassas yakıt seviye sisteminin olduğunu ve çok hassas anlık ölçümler dahi yapabildiğimizi düşünelim.)
Yakıt seviyesi yavaş yavaş düşer mi? Netice de bir yük besliyor ve jeneratör gür gür çalıştığına göre yakıt harcaması lazım diyenler çıkabilir.
Hiç değişmez mi? Saf endüktif yük var, bu yük reaktif güç çeker, reaktif güç de kurgusal olduğuna göre, hiç yakıt tüketmez diyenler olabilir.
Yakıt seviyesi bir düşer, sonra geri artar mı? Saf endüktif yük reaktif yüktür. Bu tür yükler şebekeden güç çeker, sonra bu gücü tekrar iade eder. Bu durumda güç çektiğinde yakıt azalır, güç iade edildiğinde yakıt tekrar artar diyenler olabilir. Tabi harcanan dizel elektrik devresinden tekrar nasıl geri gelir, onu bilemiyoruz.
Derinlemesine bir bakış atalım:
Dizel-Jeneratör dediğimiz ekipman bir dizel motor ve bir alternatörden oluşan bir settir. Dizel motor, dizel tüketerek şaftına akuple edilmiş alternatörü döndürür. Dönen alternatör ise elektrik enerjisi üretir. Dizel motor ister bir alternatör olsun isterse herhangi bir başka yük mesela araba olsun gereken gücü dizel yakarak elde eder. Yani dizel yandığında bir güç ortaya çıkar. Bu güç düpedüz iş yapan faydalı güçtür, yani elektrikteki aktif gücün karşılığıdır. Dizel motorlarda aktif, reaktif, görünür güç kavramları yoktur. Tek güç kavramı vardır ki söylediğimiz gibi elektrikteki aktif güce tekabül eder.
Jeneratör üreticileri, jeneratörleri kVA cinsinden görünür güç etiketiyle satarlar. Çünkü alternatör bir elektrik makinesidir ve tıpkı motor gibi sargılardan, rotordan, statordan oluşur. Her elektrik makinesi gibi aktif, reaktif ve görünür güç ile anlatılır.
Genelde üreticiler alternatörü güç faktörü PF=0.8 olarak üretirler. Mesela etiketinde 1000kVA yazan bir jeneratör 800kW aktif güç, 600kVAr reaktif güç üretebilir. Jeneratör üreticileri de 800kW aktif güç üreten bir alternatörü kaç kW gücünde bir dizel motorla sürerler?
Verim, sürtünme kayıpları vs. göz önüne alınırsa yaklaşık %10 fazlası bir dizel motorla, bizim örnekte 880kW motorla sürerler. Diyelim ki bizde hiç kayıp yok ve 800kW ile sürüldü. Alternatörümüz 1000kVA idi, 800kW aktif, 600kVAr reaktif güç üretiyordu. 800kW lık dizel motor ile 800kW elektriksel güç ürettik, yanında bir de 600kVAr reaktif güç ürettik. Ne güzel? Hani enerji yoktan var edilemiyordu? Evet! Var edilemiyor, onun için reaktif güç kurgusaldır. Gerçekte böyle bir güç yoktur.
Onun için tesislerde jeneratöre kompanzasyon yapılmaz. Trafosu 1000kVA olan bir tesiste PF=0.8 iken kompanzasyonla diyelim ki PF=0,95 yaptınız. 800kWtan 950kW’a çıktınız. 800kW lık dizel motordan 950kWlık çıkış mı almayı hayal ediyorsunuz? Böyle bir şey mümkün değil. Eğer böyle bir şey mümkün olsaydı, her araba sahibi, arabasının bagajında birer kompanzasyon grubu taşır, mesela 150kWlık aracını hiç yakıt tüketmeden mesela 180kW’a çıkarırdı. Bu olacak şey değil tabi ki. Böyle bir kompanzasyon sadece reaktif yük oluşturur jeneratöre.
Bir jeneratör üreticisinin 1006kVA’lık jeneratörü Standby çalışma tipinde 804kW sağladığı yukarıdaki broşüründe verilmiş. Aynı jeneratörde kullanılan dizel motorun ve alternatörün teknik bilgileri ise aşağıdadır.
Bu broşürde dizel motorun çıkışının 882kW olduğuna dikkat ediniz. Yani söylediğimiz gibi elde etmek istediğimiz elektriksel güç değerine kayıpları karşılayacak kadar ilave gelmiş.
Tekrar yazımızın başındaki sorumuza dönelim. Bunun için saf endüktif bir yükün güç eğrisine bakalım. Bildiğiniz gibi akım ve gerilim arasında 90º faz farkı vardır ve anlık güç eğrisi aşağıdaki gibidir.
Bu eğride mor ile gösterilen çizgi anlık güç eğrisidir. Güç eğrisi, akım ve gerilimin bir periyodunun içinde 2 defa artı ve eksi tarafa geçmektedir. Artı tarafta bildiğiniz gibi şebekeden güç çekilmekte, eksi tarafta ise şebekeye güç iade edilmektedir.
Sadece güç eğrisine bakarak daha detaylı yorumlayalım:
Görüldüğü gibi, 0-t1-t2-t3-t4 anlarında güç eğrisi yön değiştiriyor. t=0 anında jeneratörün çalışmaya başladığı ve aşırı akım çekme gibi herhangi bir geçici olay yaşanmayıp doğrudan durgun duruma geçildiği varsayımıyla:
0-t1 arasında yani yeşil bölgede devre şebekeden güç çekmektedir. Burada şebeke dediğimiz şey bizim jeneratörümüzdü. Yani jeneratör yeşil alana tekabül eden enerji kadar bir yakıt tüketecektir. Diyelim ki bu yakıt miktarı 1 birim. Jeneratörün yakıt depo seviyesi 1 birim azalacaktır. Çekilen bu güç devremizdeki saf endüktif yükün manyetik alanı olarak depolanacaktır.
t1-t2 arasındaki mavi bölgede, 0-t1 arasında jeneratörden çekilen güç iade edilir. Saf endüktif yük üzerinde saklanan güç jeneratöre iade edilir. Jeneratöre iade geldiğinde, jeneratör bunu dizel yakıta çevirip deposuna koyacak değildir. Jeneratörde bunu kendi sargılarında manyetik alan olarak depolayacaktır.
t2-t3 arasındaki yeşil bölgede tekrar jeneratörden güç çekilecektir. Ama bu sefer jeneratör bunun için yakıt tüketmeyecektir. Manyetik alanında depoladığı gücü gönderecektir.
t3-t4 arasındaki mavi bölge tıpkı t1-t2 arasındaki gibi jeneratörde manyetik alan olarak saklanacaktır.
Sonuçta jeneratör 1 tane yeşil alana tekabül eden enerjiyi oluşturacak kadar yakıt tüketecektir. Buna 1 birim demiştik. Yani yakıt deposundaki seviye sadece 1 birim azalacak, ondan sonra hiç değişmeyecektir.
Hatta şöyle bir düşünce deneyi yapalım: t3 anında jeneratör hokus pokusla yok olsun ve yerine akkor telli bir ampul bağlanıversin. Bu ampul yeşil alana tekabül eden enerjiyi tüketene kadar yanacak sonra sönecektir.
Ancak gerçek hayatta böyle bir durum olmayacağını, az ya da çok mutlaka bir takım kayıplar olacağını unutmayalım. Burada sadece reaktif gücü anlamak için ideal bir ortam olduğunu varsaydık.
Sonuçta, reaktif gücün şebekelere getirdiği yük sanırım daha iyi anlaşılmıştır. Şebekeden güç çekiliyor ve sonra tekrar iade ediliyor. İlk saykılı saymazsak, bu gücün hiçbir karşılığı yok. Öyle ya, karşılığı olsa yakıt tüketmemiz gerekirdi. İletim hatları üzerinde sadece kuru kalabalık oluşturuyor ve bu hatları tam kapasite ile kullanmamızı engelliyor.
Eğer elektrikte güç kavramını ve reaktif gücün ne olduğunu daha iyi anlamak isterseniz Elektrikte Güç Kavramına Derinlemesine Bir Analiz isimli yazımızı okuyabilirsiniz.