KOMPANZASYON NEDEN GEREKLİDİR? Elektrik enerjisinin, santralden en küçük alıcıya kadar dağıtımında en az kayıpla taşınması gerekmektedir. Günümüzde, teknolojinin gelişmesi ile her evde bulunan buzdolabı, çamaşır makinası, klima, vs. gibi ısıtma, havalandırma ve soğutma cihazları, elektrik enerjisine ihtiyacın her geçen gün biraz daha artmasına, enerji üretiminin gittikçe pahalılaşmasına neden olmakta, dolaylı olarak ta bu durum şebekede taşınan elektrik enerjisinin de kaliteli, ucuz ve hakiki iş gören aktif enerji olmasını daha zorunlu kılmaktadır. Kompanzasyonun tanımında bahsedildiği gibi, şebekeye bağlı bir alıcı, eğer bir motor, bir transformatör, bir floresant lamba ise, bunlar manyetik alanlarının temini için bağlı oldukları şebekeden indüktif reaktif güç çekerler. İş yapmayan ve sadece motorda manyetik alan doğurmaya yarayan indüktif reaktif güç, iletim hatlarında, trafolarda, tablo, şalterler ve kablolarda lüzumsuz yere kayıplara sebebiyet vermektedir. Bu kayıplar yok edilebildiği zaman, şüphesiz trafolar daha fazla motoru besleyebilecek bir kapasiteye sahip olacak, keza disjonktörler (disjonktör=Yüksek gerilimli enerji nakil hatlarına ve fabrikaların ana girişlerine konur. Disjonktörler akım taşıyan hatlarda açma kapama yapmaya yarar. Bu elemanlar yüksek gerilimli şebekelerin açma kapama şalteri olarak da tanımlanmaktadır.) lüzumsuz yere büyük seçilmeyecek, kullanılan kablolar ise daha küçük kesitte seçilebilecektir. Daha az yatırımla motora enerji verme yanında, uygulanan tarifeler yönünden, her ay daha az elektrik enerjisi ödemesi yapılacaktır. Görüldüğü gibi, daha ilk bakışta reaktif gücün santralden alıcıya kadar taşınması, büyük ekonomik kayıp görünmektedir. Genellikle enerji dağıtım şebekelerinde lüzumsuz yere taşınan bu enerji, taşınan aktif enerjinin % 75 ile %100’ü arasında olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu reaktif enerjinin santral yerine, motora en yakın bir bölgeden gerek kondansatör tesisleri (statik faz kaydırıcı), gerekse senkron döner motorlar (dinamik faz kaydırıcı) tarafından temin edilmesiyle, santralden motora kadar mevcut bütün tesisler bu reaktif gücün taşınması yükünden arınmış olacaktır.

İki sinüs eğrisinin faz farkları grafiği
Eğer AC şebekesinden bahsediliyorsa faz farkı kavramının büyük önemi vardır. Bunun örneğini yandaki grafikten görebiliyoruz. Kırmızı olan grafik 50 Hz frekansa sahip olan ideal sinüsü gösterirken, mavi grafik yine aynı frekans ve genlikte ancak farklı fazda bir sinüs formunu göstermektedir. Yani diyebiliriz ki, mavi sinüs kırmızı sinüsün açı olarak kaydırılmışıdır.

Faz farkından bahsedebilmek için, iki dalganın da referans ve frekanslarının aynı olması gerekmektedir. Frekansları farklı dalgalar arasında faz farkı hesabı yapılamaz. Faz açı olarak bir değer belirttiğinden, faz farkı da yine açı olarak ifade edilir.

Elektrikte faz farkını, gerilimin fazıyla akımın fazı arasındaki fark olarak ifade ediyoruz.

\ \phi = \phi_V – \phi_I
Faz Farkı Hesabı

İki sinüs eğrisi arasındaki faz farkı hesabı
İki dalga arasındaki faz farkının hesabını ise şöyle yapabiliriz. Yandaki grafikte iki sinüs dalgası çizilmiştir. Kırmızı grafik tam sinüs formunu takip ettiğinden fazı 0°dır. Kırmızı sinüsün genliği, maksimum noktasına ulaştıktan sonra grafikte de görüleceği gibi 10 ms’de sıfıra düşmektedir. Mavi sinüs ise maksimum genliğe t=0 ms’de ulaşmakta, maksimumdan sonraki ilk sıfırını ise t=5 ms’de bulmaktadır. Bu iki nokta yandaki grafikte çember içine alınmıştır. Çünkü bu noktalar iki sinüsün de benzer özelliğe sahip olduğu noktalardır (maksimumdan sonraki ilk sıfırlar). Aradaki farkın 5 ms olduğunu rahatlıkla hesap edebiliyoruz. Açı olarak fark ise şöyle bulunmaktadır.

\ T = \frac {1}{f} \to [f = 50 Hz]
\ T = \frac {1}{50} = 20ms \to [360^\circ TaramaZamani]
\ \phi = \frac {t \cdot 360^\circ} {T} \to [t = 5]
\ \phi = \frac {5 \cdot 360^ \circ}{20} = 90^ \circ
Mantık olarak ise şöyle bir açıklamada bulunabiliriz. Bir dalga saniyede frekansının değerince kendini tekrar eder. Buna göre de periyodu belli bir değer alır. Periyot, dalganın kendini tekrar etme süresidir. Örneğin bunu bir çember üzerinde düşünürsek, çember üzerindeki bir nokta tam \ 360^ \circ sonra yine kendi üzerine gelir. Dolayısıyla periyodun açı olarak değeri \ 360^ \circ olarak tanımlanabilir. Üstteki grafiklerde yapılan örnekte \ f = 50 Hz olarak alındığından periyot \ T = 20ms olmaktadır. Sinüs dalgası \ 20ms = 360^ \circ’de kendini tekrar etmektedir. Bunlardan hareketle de \ 5ms = 90^ \circ olduğunu söyleyebiliriz.

Saf Omik (Resistif) Devrelerde Faz Farkı
AC devrelerinde eğer saf resistif bir yük kullanılıyorsa, yani empedansın sanal kısmı mevcut değil ve sadece direnç kısmından oluşuyorsa akım ile gerilim arasında herhangi bir faz farkı oluşmayacaktır. Çünkü direnç, türev ifadesi içermeyen bir elemandır, bu da akım ile gerilim arasında sadece oransal bir ilişki olduğunu gösterir. Bu oransal ilişki de sinüs eğrisinin fazını değiştirmeyecek, sadece genlikler üzerinde etkili olacaktır. Aşağıda hesaplamalar yapılmıştır.

\ Z = R + jX \to [X=0]
\ Z = R \angle 0^ \circ
\ V = Z \cdot I
\ |V| \angle \phi_V = R |I| \angle 0^ \circ \angle \phi_I
Yukarıdaki ifadede genlik & faz eşitliği sağlanması gerektiğinden bellidir ki sağ tarafın fazıyla sol tarafın fazı birbirine eşittir. Yani aşağıdaki eşitlikler yazılabilir. Bunun örneğini yandaki grafikten görebiliriz.

\ \phi_V = \phi_I
\ \phi_V – \phi_I = 0
Kapasitif Devrelerde Faz Farkı
Kondansatör, formülünde türev ifadesi içeren elemanlardan biri olduğundan faz açılarında kaymalar gözlenecektir. Kondansatör sayfasındaki ayrıntılı açıklamalardan çıkan sonuçlar şöyledir. Kapasitif devrelerde empedansın sanal kısmı negatif \ (-) değer almaktadır, bu da empedansın faz değerinin negatif \ (-) olması demektir. Yani;

\ Z = |Z| \angle \phi_Z \to \phi_Z < 0
Akım – Gerilim – Empedans arasındaki ilişki kullanıldığında ise;

\ V = Z \cdot I
\ |V| \angle \phi_V = |Z| \cdot |I| \angle {\phi_Z + \phi_I}
Yukarıdaki ifadelere göre normaldir ki, gerilimin faz değeri, akımla empedansın faz değerleri toplamına eşittir. Kapasitif devrede empedansın faz değerinin negatif olduğunu biliyoruz. Buna göre aşağıdaki eşitlikleri çıkartabiliriz.

\ \phi_V = \phi_Z + \phi_I
\ \phi_V – \phi_I = \phi_Z
\ \phi_V – \phi_I < 0
Çıkan sonuç, kapasitif yüklerde akımın gerilime göre fazca daha ilerde olduğunu, gerilimin akımı takip ettiğini, en yalın anlatımıyla ise kapasitif yüklerde faz farkının negatif olduğunu gösterir.

Kompanzasyona giriş kısmında, bildiğiniz üzere, kompanzasyonun anlamını anlatmaya çalıştık. Şimdi ise, kompanzasyonun nasıl yapılması gerektiğini anlatacağımız için, bazı terimlerden ve bunların anlamlarından bahsetmek zorundayız. Buradaki temel amaç, başka kaynaklardan da kompanzasyon ile ilgili makale ya da bilimsel yayın okuduğunuzda bunların ne anlama geldiğini anlayabilmenizi sağlamaktır.

Her ne olursa olsun, sizleri mümkün olduğunca matematiksel işlemlere girmeden, bu işi nasıl yapabileceğiniz konusunda yardımcı olmaya çalışacağız. Asıl önemli olan kompanzasyonun temel mantığını kavramanızı sağlamaktır. Hesaplamanın nasıl yapılacağını, zaten işin temelini anladığınız anda çözmüş olacaksınız.

Genel olarak bilinmesi gereken terimler ve parantez içinde birimleri şu şekildedir;

Akım (Amper),
Gerilim (Volt),
Görünen (Sanal) Güç (VA),
Aktif Güç(Watt),
Reaktif Güç (VAR),
Æ (Fi açısı),
CosÆ (Aktif Güç Çarpanı),
SinÆ (Reaktif Güç Çarpanı),
TanÆ (Reaktif / Aktif Güç oranı),
Şimdi bunların ne anlama geldiklerini ve birbirlerine nasıl dönüştüklerini inceleyeceğiz.

Akım (Amper)
Pratik olarak, elektrik yükünün hareketine elektrik akımı denir.
Daha detaylı incelersek, iletken maddeye elektrik uygulandığında, elektronlar negatif kutup(-)’tan pozitif kutup(+) yönüne doğru hareket etmeye başlar. Bu harekete “Elektrik Akımı” denir.
Birimi ise “Amper” ‘dir. “I” harfi ile gösterilir.

Gerilim (Volt)
Elektrik akımının oluşabilmesi için, elektrik yüklü taneciklerin kutupları arasında fark olması gerekir. Yüksek bir noktadan aşağı bırakılan bir cisim nasıl aşağı düşüyor ise, elektrik akımı da akabilmek için, benzer mantık ile potansiyel farka sahip olması gerekir.
İşte bu farka “Gerilim” denir. Birimi “Volt”‘tur. “V” harfi ile gösterilir.

Zahiri (Sanal) Güç (VA),
Sistemden çekilen elektrik akımının, belli bir voltaj değerindeki gücüne “Görünen (Sanal) Güç” denir.
Birimi VA (VoltAmper) dir. “S” harfi ile gösterilir.
S=I*VGörünen (Sanal) güç , fazın akımı ile voltajının çarpımına eşittir.

Aktif Güç (Watt),
Omik direnç üzerinden geçen elektrik akımının, belli bir voltaj değerindeki gücüne “Aktif Güç” denir.
Birimi Watt’tır. “P” harfi ile gösterilir.
P=S*CosÆAktif güç , fazın görünen gücü ile CosÆ (Aktif Güç Çarpanı) çarpımına eşittir.
Görünen güç yerine akım ile gerilim çarpımını alırsak aktif güç,
P=I*V*CosÆAktif güç, fazın akım, gerilim ve CosÆ (Aktif Güç Çarpanı) çarpımına eşittir.

Reaktif Güç (VAr)
Bobin(Xl) ya da kapasitans(Xc) direnci üzerinden geçen elektrik akımının, belli bir voltaj değerindeki gücüne “Reaktif Güç” denir.
Birimi VAr’dir. “Q” harfi ile gösterilir. Bobin etkisi ile oluşan reaktif güce “İndüktif Güç” yani “+Q”, kapasitans etkisi ile oluşan reaktif güce “Kapasitif Güç” yani “-Q” denir
Q=S*SinÆReaktif Güç , fazın görünen gücü ile SinÆ (Reaktif Güç Çarpanı) çarpımına eşittir.
Görünen güç yerine akım ile gerilim çarpımını alırsak aktif güç,
Q=I*V*SinÆReaktif güç, fazın akım, gerilim ve SinÆ (Reaktif Güç Çarpanı) çarpımına eşittir.
Sinüs değeri, Cosinüs ve Tanjant değerlerinin çarpımına eşit olduğu düşünülür ise
Q=I*V*CosÆ*TanÆReaktif güç, fazın akım, gerilim, CosÆ (Aktif Güç Çarpanı) ve TanÆ (Reaktif Gücün Aktif güce oranı)’nın çarpımına eşittir.

Æ Açısı
Çekilen görünen güç ile aktif güç arasındaki faz açısına “Æ” denir. En ideal Æ açısı 0º’dir.

CosÆ (Aktif Güç Çarpanı)
Aktif Gücün, Görünen Güce Oranına “CosÆ” denir. CosÆ ile görünen gücün çarpımı bize aktif gücü verir. Bu neden ile CosÆ değerine “Aktif Güç Çarpanı” da denir.
CosÆ=P/S

SinÆ (Reaktif Güç Çarpanı)
Reaktif Gücün, Görünen Güce Oranına “SinÆ” denir. SinÆ ile görünen gücün çarpımı bize reaktif gücü verir. Bu neden ile SinÆ değerine “Reaktif Güç Çarpanı” da denir.
SinÆ=Q/S

TanÆ (Reaktif/Aktif Güç Oranı)
Reaktif Gücün, Aktif Güce Oranına “TanÆ” denir. TanÆ ile aktif güç çarpımı bize reaktif gücü verir. Sadece aktif güç ile TanÆ değerini ya da görünen güç, CosÆ ve TanÆ değerlerini biliyorsak ReaktifGücü bulabiliriz. Bu neden ile TanÆ değerine “Reaktif/Aktif güç oranı” da denir.
TanÆ=Q/P

Görüldüğü üzere, basit hesaplama yapılacak olan tüm formüller, birbiri içerisinden türetilerek, detaylı olarak hesaplama yapılabilinmektedir. Önemli olan bu hesaplamanın nasıl yapıldığını bilmek ya da temel olarak kompanzasyonun mantığını anlamak önemlidir.