Harmonik Filtreli Kompanzasyon

Harmonik Nedir?

Elektrik enerjisinin üretilmesi ve dağıtılması sırasında akım ve gerilim temel frekansta (50 Hz) ve sinüsoidal dalga şeklinde olması idealdir. Fakat gelişen güç elektroniği sistemlerinde sıklıkla kullanılmaya başlanan yarı iletken elemanlar, çalışma karakteristiklerinden ötürü çeşitli frekans seviyelerinde akımların oluşmasına ve gerilimde endüklenmesine sebep olurlar. Sistem empedansı ve akımı ile orantılı olan gerilimin de dalga formunda bozulmalar oluşur. Temel bileşen dışındaki dalgalara harmonik denir. 

Harmonik Kaynakları 

• AC hız kontrol cihazlar
• Yumuşak yol vericiler 
• Motorlar
• Trafolar
• Ark ocakları
• UPS’ ler (Kesintisiz Güç Kaynakları; UPS)
• Gazlı lambalar
• Elektroliz üniteleri
• Lineer olmayan yükler
• Ledler
• Tristörlü kompanzasyon panoları ( Güç Kompanzasyonu )
• Aküler
• Gerilim regülatörleri
• Elektronik Balastlı lambalar
• Alçak gerilim şebekelerinde güç kondansatörleri de harmonik kaynağa olabilir. Kondansatörler şebekeye karşı paralel rezonans devresi oluşturur. Kondansatörlerin devreye alınması ile rezonans frekansı oluşur. Paralel devrenin  direncinin bu frekans ile doğru orantılı olarak artmasıyla akım ve gerilimde ciddi düşüşler oluşur.
• Akım harmonikleri % 10-12,  gerilim harmonikleri %2-3 civarında olması sistem için büyük bir sorun oluşturmaz. Bu durumun olası bir problem yaratmaması için sistemdeki harmonik yük dengesinin sürekli kontrol edilmesinde fayda var. 

Harmoniklerin Zararları 

• Kondansatörlerde güç kaybı
• Haberleşmede endüktif etkiler
• Kontrol sisteminde sinyalizasyon hataları
• Nakil hatlarında dalgalanmalar
• Rölelerde anormal çalışma
• Termik-manyetik şalterlerinde istenmeyen durmalar
• Ölçüm cihazlarında hata 
• Sigorta atması
• CAD/CAM terminallerinde hafıza silinmesi
• Elektromekanik cihazlarda ısınma
• Ateşleme devrelerinin anormal çalışması
• Gerilim düşümünde artış,
• Şebeke geriliminin bozulması
• Makinalarda mekanik titreşimler
• Enerji sayaçlarının fazla okuması nedeniyle ücretin artması

Harmoniklerin Tespit Edilmesi 

Harmoniklerin tespit edilmesi; onların sisteme oluşturduğu etkilerin izlenilmesi ile bulunabilir. Ancak teknolojinin gelişimi ile bunu daha kolay yapabilecek enerji analizörlerini kullanılabilir.  Harmonik analizörleri model ve markaya göre değişiklik gösterebilir ama 25.-50. harmoniğe kadar frekanslarda akım, gerilim ve harmonik bozulmalarını verebilir. Tesislerde var olan harmoniğin tespiti için 3 faz üzerinden dengesiz akım ve gerilim harmoniklerinin ölçülmesi ve çözümün sunulması gerekmektedir. Bu sistem hali hazırda mevcut tesisler için gereklidir. Yeni kurulacak tesisler için ise oluşabilecek  harmoniklere  ilk başta önlemler alınmasında fayda vardır. 

Harmonik Filtreli Kompanzasyon 

Harmoniklerin etkisini en aza indirmek için kompanzasyon sisteminin önüne harmonik filtre reaktörleri eklenmelidir. Harmonik filtre seçerken, harmoniğin büyüklüğü, hangi akım harmoniği için üretildiği gibi bazı önemli kriterler bulunmaktadır. Sağlıklı bir sistem için doğru bir filtreleme yapılmalıdır.
Harmonik Filtre Reaktörünün amacı alternatif yükler sebebi ile oluşan harmonik akımının kondansatör gibi sabit empedanslı yükler üzerin akan akımı sınırlamaktır.

Formül 1′ e göre; Frekansın artışı, kondansatör empedansının düşüşüne sebep olur. Böyle durumda akım düşük empedansa akacağından kondansatör üzerindeki toplam akım, nominal birleşen akımı ve harmonik akımı toplamına eşit olacaktır. Kondansatör üzerine harmonik akımı da aktığından istenmeyen bir durum oluşacaktır.  Harmonik birleşen akımını azaltmak için kondansatörün bağlandığı kol empedansını yükseltmemiz gerekmektedir.

Formül 2; Yüksek frekanslarda yüksek empedans gösteren bobini, kondansatöre seri olarak bağlamak ile mümkündür. Bu sayede toplam empedans, kondansatör ve bobin empedansı toplamına eşit olacak ve bu kol üzerine akan harmonik akımı en düşük seviyeye indirilecektir.

Harmonik Filtre Reaktörleri, bara gerilimi ve kondansatör empedansına/gücüne uygun olarak, sistemdeki dominant harmonik akımı mertebesine göre akort frekansı seçilerek , tek fazlı veya üç fazlı olarak imal edilebilir. Harmonik filtre  reaktörleri sistemdeki harmonik birleşenleri yok etmez, yalnızca harmonik akımı genliğinin artmasını engeller. 

Harmonik Filtreli Kompanzasyon Faydaları 

• Harmonik rezonanslarının engellenmesi,
• Enerji faturasındaki kayıpların önlenmesi,
• Güç faktörünün düzeltilmesi
• Lineer olmayan yüklerin olduğu sistemlerde harmonik akım ve gerilim genliğinin yükselmesini engeller.
• Transformatör, baralar , kablolar, şalt malzemeler, koruma ekipmanları üzerindeki aşırı akım ve ısınma problemlerini ortadan kaldırır.
• Kondansatör üzerine akan harmonik akımını limitler.  

Kaynakça:

• https://tr.wikipedia.org
• https://www.emo.org.tr
• http://www.gruparge.com
• https://www.se.com/tr/tr
• Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 3(3): 43-51, (2018)