Elektrik Sistemlerinde Harmonikler ve Etkileri
Elektrik enerjisinin üretim, iletim ve dağıtım süreçlerinde en önemli kriterlerden biri enerji kalitesidir. Enerji kalitesini olumsuz yönde etkileyen unsurlardan biri ise harmoniklerdir. Harmonikler, elektrik sistemlerinde çeşitli problemlere yol açarak hem enerji verimliliğini düşürmekte hem de ekipmanların ömrünü kısaltmaktadır.
Harmonik Nedir?
Elektrik sistemlerinde harmonikler, bir elektrik sinyalinin temel frekansı (örneğin, 50 Hz) dışında daha yüksek frekanslı bileşenlerinin bulunması durumudur. Harmonikler, genellikle temel dalga formuna eklenen bozulmalardır ve bu durum, sinüs dalgasının ideal yapısından sapmasına neden olur.
Harmonikler, temel frekansın katları olarak adlandırılır:
Temel Frekans: Sistemin orijinal sinyal frekansı (örneğin 50 Hz).
3. Harmonik: 150 Hz (temel frekansın üç katı).
5. Harmonik: 250 Hz (temel frekansın beş katı).
7. Harmonik: 350 Hz (temel frekansın yedi katı).
Bu şekilde, frekanslar artarak devam eder. Düşük seviyede harmonikler doğal bir durumdur, ancak seviyeleri arttığında ciddi problemlere neden olabilir.
Harmonikler Nasıl Oluşur?
Harmoniklerin oluşmasının temel nedeni, elektrik sistemlerinde kullanılan cihazların doğrusal olmayan yükler oluşturmasıdır. Günümüz teknolojisinde üretimi hızlandırmak ve enerji verimliliğini artırmak için kullandığımız cihazlar tipik bir sanayi tesisisin toplam yükünün büyük çoğunluğunu oluşturmaktadır. Doğrusal olmayan bu yükler, çekilen akımın sinüs dalga formunu bozarak harmoniklerin ortaya çıkmasına neden olmaktadır.
Doğrusal olmayan yükler arasında şunlar yer alır:
Elektronik cihazlar: Bilgisayarlar, LED aydınlatmalar, televizyonlar.
Motor sürücüler: Frekans dönüştürücüler ve değişken hız sürücüleri.
Kesintisiz güç kaynakları (UPS).
Endüstriyel cihazlar: Kaynak makineleri, ark fırınları.
Harmoniklerin Olumsuz Etkileri
Harmoniklerin elektrik sistemlerinde birçok olumsuz etkisi vardır:
1. Ekipmanların Isınması: Harmonikler, transformatörler, motorlar ve kablolar gibi ekipmanlarda aşırı ısınmaya neden olarak verimliliği düşürür ve ömürlerini kısaltır.
2. Enerji Kayıpları: Harmonikler, elektrik enerjisi iletiminde kayıplara yol açarak enerji maliyetlerini artırır.
3. Rezonans ve Sistem Kararsızlığı: Harmonikler, elektrik sistemlerinde rezonansa neden olabilir. Bu durum, gerilim yükselmelerine ve ekipmanların arızalanmasına yol açar.
4. Hassas Cihazların Bozulması: Özellikle elektronik cihazlar, harmoniklerden etkilenerek arızalanabilir veya hatalı çalışabilir.
5. Güç Faktörü Bozulması: Harmonikler, sistemin güç faktörünü olumsuz etkileyerek daha fazla reaktif güç ihtiyacı doğurur.
Harmonik Problemleri Nasıl Çözülür?
Harmoniklerin etkilerini minimize etmek için aşağıdaki yöntemler kullanılabilir:
1. Pasif Filtreler: Harmonik frekanslarını bastırmak için pasif filtreler kullanılır. Bu filtreler, belirli frekanslardaki harmonikleri sönümleyerek sistem performansını artırır.
2. Aktif Filtreler: Pasif filtrelere göre daha esnek olan aktif filtreler, dinamik olarak harmonikleri algılar ve kompanzasyon yapar.
3. Doğru Ekipman Seçimi: Doğrusal olmayan yüklerin minimum seviyede olduğu ekipmanlar tercih edilmelidir.
4. Güç Kalitesi Analizi: Harmonik seviyelerinin düzenli olarak ölçülmesi ve analiz edilmesi, olası problemlerin erken tespit edilmesini sağlar.
5. Kapasite Planlaması: Elektrik sistemlerinin tasarım aşamasında harmonik etkileri göz önünde bulundurularak doğru kapasite planlaması yapılmalıdır.
Güç Kalitesi Ölçümü Neden Önemlidir?
Güç kalitesi ölçümü; enerji verimliliği, güvenliği ve sürdürülebilirliği açısından büyük önem taşımaktadır. Güç kalitesi, elektrik enerjisinin belirli bir sistemde düzgün ve kararlı bir şekilde sağlanmasını ifade eder. Yetersiz güç kalitesi, cihazların zarar görmesine, kayıplara ve üretim sürecinin aksamasına neden olabilir. Çalışan tesislerde harmonik bozulmaların doğru bir şekilde tespit edilebilmesi için uygun cihazlarla enerji kalitesi ölçümü alınmalıdır.
Ölçüm veya ölçümlerin yapılacağı noktaların seçimi, sisteme bağlı yüklerin değerlendirilmesi ve alınan veriler doğrultusunda uygulanacak en doğru ve ekonomik çözümü sunmak için yeterli bilgi ve saha tecrübesi gereklidir.
Güç kalitesi ölçümünde incelenen parametreler
-Gerilim değerleri (faz-faz/faz-nötr)
-Akım değerleri
-Gerilim değişimleri
-Akım, gerilim, güç maksimum ve minimum değerleri
-Frekans
-Akım ve gerilim dalga formları
-Aktif güç
-Endüktif reaktif güç
-Kapasitif reaktif güç
-Görünen güç
-Güç faktörü
-Toplam gerilim harmonik ( THDV )
-Toplam akım harmonik ( THDI )
-Harmonik kayıp faktörü
-Kısa dönem flicker
-Gerilim harmonikleri ( 3,5,7,….50. harmonik’e kadar)
-Akım harmonikleri (3,5,7…..50. harmonik’e kadar)
