Yazar: Ahmet YAVUZ – ARKEN JENERATÖR Global Proje Analizi Yöneticisi

Önsöz:

Arken Jeneratör Global Proje Analizi Yöneticisi Ahmet YAVUZ‘un kaleme aldığı teknik yazımızda, kritik güç sistemleri için önemli bir mühendislik parametresi olan jeneratörlerde performans sınıfları ve ISO 8528-5 standardı konusu ele alınmaktadır.

Jeneratör setlerinin sahada ani yük değişimlerine karşı neden beklendiği gibi tepki vermediğini, gerilim ve frekans dalgalanmalarındaki hangi tasarım varsayımlarının hatalı olduğunu ve kritik yüklerin bulunduğu sistemlerde güvenli, sürdürülebilir ve yüksek güç kalitesine sahip çözümlere nasıl ulaşılabileceğini net biçimde ortaya koymaktır.

Giriş:

Elektrik yüklerinin normal şartlarda güç kalitesine etkileri sınırlıdır. Ancak bu durum her zaman geçerli değildir. Kullanılan kaynak, jeneratörler gibi görece sınırlı bir güçten oluşuyorsa elektrik yükleri ve yük karakteristikleri önemli olmaktadır.

Elektrik yüklerinin davranışları güç kaynağının kararlılığını etkilediğinden dolayı, jeneratörlerin bu yüklerin ani değişimlerine ve karakteristiklerine verdiği tepki enerji kalitesini belirler. Elektrikte kararlılık; gerilim ve frekans kararlılığına eşdeğer olduğundan, enerji kaynağının özellikle geçici durumlardaki frekans ve gerilim dalgalanmaları enerji kalitesini göstermektedir.

ISO8528-5 standardı içten yanmalı motor tahrikli alternatif akım jeneratör setlerinin performans sınıflarını tanımlamaktadır. ISO8528-5 standardı performans sınıflarını belirlerken jeneratör setleri için geçici ve kararlı durumdaki kabul edilebilir sınırları da belirtir. Bu standardın Türk Standartları Enstitüsü nezdindeki yürürlükteki en güncel hali ‘’ISO8528-5:2022’’ olarak yayımlanmıştır. Standardın belirlediği sınır değerleri uygun jeneratör seti seçiminde önemli olmakla beraber elektrik yüklerinin doğası gereği güç kaynağına farklı tepki şekilleri olduğundan jeneratör seçiminde özellikle kritik yüklerin bulunduğu sistemlerde yük analizinin yapılmış olması gerekmektedir. Güç gereksiniminin ve kabul edilebilir performans sınır değerlerinin belirlenerek jeneratör seçimi yapılması sistemin istenen güç kalitesinde çalışması açısından önemlidir.

Jeneratör Setleri İçin Performans Sınıfları:

ISO8528-5 Standardı performans sınıflarını güç kalitesinin farklı alanlarındaki sistem uygulamalarına göre belirtmiştir:

G1 Sınıfı: Genel amaçlı hassas olmayan yüklerde kullanılabilir. (Aydınlatma ve diğer basit yükler için.)
G2 Sınıfı: Jeneratör setlerindeki yük değişikliklerinde gerilim ve frekans için kabul edilebilir sınırlardaki geçici değişimlerin olduğu genel amaçla kullanılan uygulamalar. ( Aydınlatma sistemleri, endüstriyel motorlu sistemler vb.)
G3 Sınıfı: Haberleşme tesisleri, tristörlü uygulamalar gibi hassas sistemlerde aranan bir gereksinimdir. Gerilim ve frekans kararlılığı kritik öneme sahiptir.
G4 Sınıfı: Jeneratör setlerinin güç kalitesi (frekans ve gerilim kararlılığı) ve sınır değerleri üretici ve müşteri arasında belirlenir. Özel uygulama gereksinimine ihtiyaç duyar.

Performans Sınıfı	Frekans/Gerilim	Kararlı Durumdaki Değişim	Yük Artışındaki Değişim (Geçici Durum)	%100 Yük Azalışındaki Değişim (Geçici Durum)	Kararlı Duruma Geçiş Süresi
G1	Frekans (Hz)	+-%2,5	+-%15	+-%18	10 sn
G1	Gerilim (V)	+-%5	+-%25	+-%35	10 sn
G2	Frekans (Hz)	+-%1,5	+-%10	+-%12	5 sn
G2	Gerilim (V)	+-%2,5	+-%20	+-%25	6 sn
G3	Frekans (Hz)	+-%0,5	+-%7	+-%10	3 sn
G3	Gerilim (V)	+-%1	+-%15	+-%20	4 sn
G4	Frekans (Hz)	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir
G4	Gerilim (V)	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir	*Müşteri ve Üretici Tarafından Belirlenir

ISO8528-5 standardında yük artışı ve yük azalışının hangi oranlarda yapılacağı açıkça belirtilmiştir. Tablodan da görüleceği üzere yük azalışı tüm sınıflarda %100 olarak belirlenmiştir. Bu jeneratör setinin nominal gücünde yüklüyken ani olarak yüksüz hale gelmesi durumudur. Yine standart, yük artışı kademelerini de BMEP (ortalama efektif basınç) değerine göre belirlemiştir. BMEP (kPa) teoride hesaplanabilen bir değer olmakla birlikte birçok motor üreticisi teknik veri sayfalarında bu değeri beyan etmektedir.

BMEP Değeri Nasıl Hesaplanır?

BMEP [kPa] =

P × n_r × 1000 V_d × N

P = Motor Mekanik Gücü (kWm)

nr = Krank Dönme Sayısı (4 zamanlı motorlar için bu değer 2’dir.)

Vd = Motor Silindir Hacmi (lt)

N = Motor Devri (devir/saniye)

Arken Jeneratör’ ün ARK-B 500 N5 model jeneratör setinde kullanılan Baudouin marka 6M21G500/5 model motorun standby gücü için teoride BMEP değerini hesaplayalım: Ilgili 6M21G500/5 Motorun Standby Gross Gücü : 450kWm Devir Sayısı : 1500 rpm Silindir Hacmi : 12,54 lt.

BMEP (kPa) =

450 × 2 × 1000 12,54 × 25

= 2870 kPa = 28,7 bar

Aşağıdaki tablodan görüleceği üzere jeneratör setinin ISO8528-5 Standardına göre adım adım ne kadar yükleneceği görülmektedir:

BMEP = 2870kPa için Yükleme Adımları

Yükleme Kademesi	Yük Aralığı (%)
1. Adım Yüklemesi	%0-%28
2. Adım Yüklemesi	%28-%47
3. Adım Yüklemesi	%47-%62
4. Adım Yüklemesi	%62-%78
5. Adım Yüklemesi	%78-%94
6. Adım Yüklemesi	%94-%100

Tablo 2 : Ortalama Efektif Basınç (bmep) Ile 6M21G500/5 Motor Için Yükleme Adımları

Jeneratör üreticileri jeneratör seti etiketlerinde ilgili ürünün hangi performans sınıfında olduğunu belirtirler. Jeneratör setinin nominal gücünde G1, G2 veya G3 sınıfında olduğunu söyleyebilmek için örnekte hesaplanan ARK-B 500 N5 ürününde olduğu gibi tüm adımlarda belirlenen limit değerlerine uygun olması gerekir. Bunun yanında jeneratörler tüm adımlarda istenen performans sınıflarını karşılayamayabilirler. Bu durumlarda güç ihtiyacı ve güç kalitesi talebine göre başka ürünler önerilebilir veya jeneratör setinin gücünün ancak belirli bir kapasitesine kadar istenen limit değerleri sağlayabileceği belirtilebilir.