Kompanzasyon Sistemlerinde Harmonikler - Dökümanlar

[Roboelektronik]

KOMPANZASYON SİSTEMLERİNDE HARMONİKLER


Günümüzde elektrik enerjisini verimli kullanmak üretim maliyetleri düşürmek ve enerji tüketimini azaltarak çevreyi korumak açısından büyük önem kazanmıştır.

Elektrik şebekesine bağlanan cihazların hemen hemen tamamı şebekeden aktif yani iş yapan gücün yanında reaktif güç de çekerler. Şebekeden çekilen ve hemen ardından şebekeye tekrar geri verilen bu reaktif güç hiçbir iş yapmaz, ancak şebekeyi gereksiz yere yükler ve şebekenin işletme maliyetlerini yükseltir. Bu nedenle şebekeden çekilen reaktif güç için de ücret ödenir. Çekilen reaktif gücün belirli sınırların dışında olması durumunda ise ek cezalar nedeniyle elektrik enerjisine ödenen ücret katlanarak artar.

Bu nedenle her işletme şebekeden çektiği reaktif gücü kontrol etmeli, bir başka deyişle güç faktörünü belirli sınırlar içinde tutmalıdır. Bunu sağlamak için kompanzasyon panoları kullanılır. Kompanzasyon panolarında bulunan “reaktif güç kontrol rölesi” işletmenin güç faktörünü sürekli olarak ölçer ve gerektiğinde panoda bulunan kondansatör gruplarını ilgili kontaktörlere kumanda ederek devreye alır ve devreden çıkartır.

Kompanzasyon panolarında karşılaşılan en büyük sorun kullanılan kondansatör gruplarının kısa sürede arıza yapmalarıdır. Bu durumda arızalanan kondasatörler yenileri ile değiştirilerek sorun geçici olarak çözülür. Ancak bu tip arızaların gerçek nedeni büyük bir olasılıkla sistemde “harmonik rezonans” denilen bir olayın meydana gelmesidir.


Harmonik Nedir


Harmonikler, günümüzde elektriksel hatalar söz konusu olduğunda en çok kullanılan kavramlardan biridir. Harmonikler yüksek frekanslı sinüs biçimli bileşenlerdir. Harmoniklerin frekansları temel frekans (50 Hz) x harmonik derecesi ile tanımlanır.


Harmonik Derecesi - Harmonik Frekansı

3 150
5 250
7 350



Elektrik enerji sisteminden beslenen, sinüs biçimli olmayan akımlar çeken yüklerin (Yarıiletken anahtar elemanlı çeviriciler, doymuş magnetik malzemeler, kaynak makineleri vb.) kullanımının yaygınlaşmasıyla sistemdeki gerilim ve akım dalga şekilleri sinüs şeklinden uzaklaşır. Aşağıda 3, 5 ve 7. harmonik dalga şekilleri sunulmaktadır.


Harmoniklerin Oluşmasına Neden Olan Etkenler

Yarıiletken endüstrisine dayanan, Alternatif akım / Doğru Akım veya Alternatif Akım / Doğru Akım / Alternatif Akım çeviricileri temel bileşen akımının yanında harmonik akım bileşenleri çekerler. Bu tür sistemler aşağıdaki şekilde sıralanabilir:



 Hız Kontrol Cihazları

 Tristör Kontrollü Ekipmanlar

 Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS)

 Ark fırınları

 Kaynak makinaları

 Enerji Tasarruflu Lambalar

 Frekans Çeviriciler

 Kontrollü Güç Kaynakları

 Trafolar






Harmoniklerin Sisteme Etkileri


Harmonik akımlar sistem empedansı üzerinde gerilim düşümlerine sebep olurlar.
Bu gerilim düşümleri temel bileşen gerilimi üzerine ilave olarak, gerilimde bozulmalara ve efektif gerilimin yükselmesine neden olurlar. Enerji sisteminden sinüs biçimli olmayan akımlar çekilmesi gerilim dalga şeklinin de bozulmasına neden olmaktadır. Dolayısıyla enerji kalitesi bozulmakta, sistemde rezonans riski artmaktadır.

Harmoniklerin diğer etkileri aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir.

Harmonikler;

• Kondansatörlerin aşırı yüklenmesine ve ömürlerinin azalmasına neden olmaktadır.

• Röle, kesici ve sigortaların hatalı çalışmasına, gereksiz açma yapmasına neden olmaktadır.

• Harmonikli akımlar transformatörlerin, kondansatörlerin ve diğer elektriksel dağıtım cihazlarının aşırı yüklenmesine neden olmaktadır.

• Güç kablolarında yalıtkan dielektrik yalıtkan delinmelerine sebep olacak, rezonans olaylarına sebep olurlar.

• 3 ve 3’ün katı harmonikler nötr hattının aşırı yüklenmesine yardımcı olurlar.

• Özellikler gerilimin sıfır geçişinden kontrolleri için gerekli referans bilgisini elde eden kontrol sistemlerinin hatalı çalışmalarına neden olmakta, yarıiletken elemanların zarar görmesine neden olmaktadır.

• Enerji sisteminde seri ve paralel rezonans olayların meydana gelmesine neden olurlar.

• Sayaçlarda ölçüm hatalarına, haberleşme hatlarında gürültülere ve elektronik kartların arızalanmasına neden olurlar.

• Sistemlerden temel bileşen akımına ilave olarak harmonikli bileşen akımlarının çekilmesi, elektronik kart arızalarının sıklığına yol açmaktadır.

• Trafolarda demir ve bakır kayıplarının artmasına, ısınmalara neden olur. Enerji kaybına yol açar.

• Harmonik kirlilik digital sayaçlarda reaktif güç gibi görülmektedir. Yani kayıplar yaratmaktadır.

• Motor, generator ve iletkenlerde harmonik bileşenden dolayı akımın artmasına buda kayıplara sebep olup cihazların ve iletkenlerin ısınmasına neden olur.




Güç Kalitesi Ölçütleri ve Standartları


Uluslar arası IEC 519 -1992 ‘ye göre standartlar içinde kabul edilen harmonik bozulma değerleri, Gerilim için % 3, Akım için % 5 olarak belirlenmiştir. Bu limit değerlerinin üzerinde bulunan harmonik oranlarında, elektrik sistemleri için tehlikeli ve büyük maddi zararlar oluşturabilecek problemler meydana gelmektedir.


Kompanzasyon Sistemlerinde Harmonikler Konulu Dökümanlar:



(Kompanzasyon Sistemlerinde Harmonikler)
(Harmonikler - Ergün Elektrik)
(Harmoniklerin Azaltılması - Doktora Tezi)
(Elektrik Güç Sisteminin Kalitesini Bozan Faktörler)

 

[start_61]

değerli roboelektronik
konuyu bizlerle paylaştığın için teşekkür ederim meslek hayatında başarılar dilerim
saygılarımla Varol KANBUR

 

[Roboelektronik]

Harmonik Filtre Reaktörleri ile ilgili; (grafiklerle anlatılmış)

http://www.hilkar.com/harmonikfiltrereaktorleri.htm


Reaktörler ile ilgili güzel bilgiler bulunmaktadır;

http://www.hilkar.com/trindex.htm

 

[yaser]

Bilgiler harika eline sağlık roboelektronik..bi sorum olacak: Sistemdeki harmonikler hesaba katılmadan kompanzasyn yapmaya kaltığımızda hesapladığımız kond. Değerinde kond. Sisteme bağlandığında bi süre sonra kondansatörlarin küt diye patladığı görülür sanarım.peki sistemde atuyorum 9. Dereceden bi harmonik old. Varsayılırsa veya derece önemli değil ozaman kond. Hesabı nasıl yapılacak ve harmoniklerin ciddi olduğu bi sistemde ne tür kond. Kullanılıyor yani gene normal güç kapasitörleri mi kullanılır? şimdiden teşekkürler....

 

[Analizör]

Bilgiler harika eline sağlık roboelektronik..bi sorum olacak: Sistemdeki harmonikler hesaba katılmadan kompanzasyn yapmaya kaltığımızda hesapladığımız kond. Değerinde kond. Sisteme bağlandığında bi süre sonra kondansatörlarin küt diye patladığı görülür sanarım.peki sistemde atuyorum 9. Dereceden bi harmonik old. Varsayılırsa veya derece önemli değil ozaman kond. Hesabı nasıl yapılacak ve harmoniklerin ciddi olduğu bi sistemde ne tür kond. Kullanılıyor yani gene normal güç kapasitörleri mi kullanılır? şimdiden teşekkürler....

Sorunuzun detaylı cevabı linkteki dosyada

https://www.kontrolkalemi.com/forum/konu/kompanzasyon-ve-harmonikler-İki-güzel-sunum.1610/

 

[avganlı]

bir şey danışabilirmiyim. büyük taş kırma tesislerindeki kırıcılardaki balans ( titreşim) hormanik e sebep olurmu.

 

[Analizör]

bir şey danışabilirmiyim. büyük taş kırma tesislerindeki kırıcılardaki balans ( titreşim) hormanik e sebep olurmu.

Kabloyu elimde sallarsam harmonik oluşturur mu gibi bir soru
mekaniksel bir etki asla harmonik oluşturmaz. Harmonik elektriksel kirliliktir. Akım ve gerilimde Sinüsoidal yapının bozulmasıdır.

 

[avganlı]

bir kondansötör üreticisi kondansötöründeki sorundan kolayca kurtulmak için çalıştığım tesissdeki kırıcıların titrreşimden dolayı harmanik oluştuğunu öne sürerek kurturmaya çalıştı da merek ettim

 

[burhanburhan]

HARMONİK NEDİR ?

Enerji dağıtım sistemlerinde sinüs formundaki bir gerilim kaynağı yarı iletken teknolojiye sahip bir sisteme uygulanırsa ( DC veya AC Sürücü , UPS , vb) sistemin vereceği akım cevabı kare dalga şeklinde olacaktır.

Sinüs formunda ve sistem empedansı oranında genliğe sahip olması gereken bu akım dalga şeklinin kare dalga olmasının nedeni içerdiği temel şebeke frekansı dışındaki sinüs dalgalarıdır. Temel şebeke frekansı ( 50 Hz) dışındaki diğer sinüs formundaki bu akımlara “Harmonik “ denir.

HARMONİK SEVİYELERİ

Yukarıda bahsedilen yarı iletken teknolojiye sahip olan bir cihazın üreteceği harmonik akımların hangileri ve hangi mertebelerde olduğu bu cihazın pulse sayısına yani içerdiği tristör veya diyot gibi elemanların adetlerine bağlıdır.Günümüz 3 fazlı elektrik teknolojisinde diyot ve tristörler bir cihaz içerisinde 6 adet veya 12 adet kullanılarak 6 pulslı veya 12 pulslı sistemler olarak adlandırılırlar .6 pulslı bir sistem için ;

n=q+1(1)

formulünde
h ; puls sayısı
q ; sıra ile ilerleyen tam sayı olmak üzere

n= 6.1+1= 5 ve 7

n= 6.2+1=11 ve 13

n= 6.3+1=17 ve 19

n= 6.4+1= 23 ve 25 gibi harmonik akımlar üretilecektir.

Üretilecek bu harmoniklerin temel şebeke frekansındaki akıma olan

yüzdesel değerleri ise ;
% = 100 / n

formülü ile hesaplanabilir.

Örnek ;
5. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 5 = % 20

7. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 7 = % 15

11. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 11 = % 9

13. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 13 = % 8

17. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 17 = % 6

19. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 19 = % 5

23. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 23 = % 4

25. Harmonik yüzdesel değeri % = 100 / 25 = % 4

REZONANS

Yukarıda üretim seviyesi ve mertebeleri harmonik akımlar şebeke empedansı üzerinde ohm yasasına göre harmonik gerilim endüklerler. Elbetteki bu oluşan gerilim distorsiyonunun değeri üretilen harmonik akımın değerine bağlı olduğu kadar ilgili şebekenin empedansına da bağlıdır. İlgili şebekede toplam empedansı oluşturan iki temel ve birbirine paralel empedans göz önüne alınmalıdır.

Bunlardan birincisi Trafo empedansı olan;
Ztr =WL
ve kompanzasyon sisteminin empedansı olan ,
Zk = 1/WC ‘dir.

Bu iki empedansın paralel devresinin toplam empedansı ;
Ztoplam = wL / ( 1-W2 LC ) olarak hesaplanır .

Bu eşitlik ile ifade edilen paralel empedansın paydasındaki 1-W2 LC değer “0” olur ise sistem ilgili freakns için teorik olarak sonsuz empedans seviyesine ulaşır. Bu duruma “ Paralel Rezonans “ denir .

Teorik olarak sonsuz büyüklükteki empedans demek olan bu değer pratik uygulamalarda üretilen harmonik akımların 3 ila 6 katı arasında amplifiye olmasına neden olur . Bu durumda Trafo hattı için ve kompanzasyon sistemi için en tehlikeli boyutlara yükselir. Artık yukarıda bahsedilen standart üretimler ( 5. harmonik için % 20 vb ) sözkonusu değildir. Bu değerler devreye giren kompanzasyon miktarına bağlı olarak % 100 değerine kadar yükselebilir.

REZONANS FREKANSI

Sistemin ne zaman ve hangi frekans değeri için paralel rezonansa gireceği aşağıdaki formülasyon ile yaklaşık olarak hesaplanır ;

n = ( Sk / Qc) ½

Burada Sk = İlgili Trafonun kısa devre gücü Sn /uk ( kVA )
Qc = Devreye paralel bağlı olan kondansatör gücü ( kVAr )


Anlaşıldığı üzere sistemin rezonans frekansı Trafonun kısa devre gücü ile doğru , hat üzerine paralel olarak bağlı kondansatör gücü ile ters orantılıdır. Devreye giren kondansatör gücü arttıkça rezonans frekansı 5 ve 7 gibi düşük frekanslı harmonik noktalara doğru ilerler .

Ancak unutulmaması gereken nokta rezonans frekansı hangi harmonik bileşene gelirse o harmonik sistem için en tehlikeli harmonik haline gelir. Bu neden ile sistemde üretilen hiçbir harmonik frekansı için rezonansa izin verilmemelidir.

HARMONİK FİLTRASYON

Yukarıda bahsedildiği üzere rezonansa engel olmak harmonik filtrasyonun ön koşuludur. Bunu yapabilmek için kondansatör grupları reaktörler ile desteklenmeli ve bu iki devre elemanı ile bir odaklama freakansı elde edilmelidir. Bu frekans şebekede var olan en düşük frekanslı harmonik akımın bir geri noktası olmalıdır. Tipik 3 fazlı sistemlerde oluşan harmonik seviyenin daha önce de bahsedildiği gibi 5. harmonikten (250 Hz ) başlayacak olması bu odaklama frekansının 189 ila 223 Hz aralığında olmasını gerektirecektir.

HARMONİK KAYNAKLI REAKTİF GÜÇ BEDELİ

Enerji dağıtım sistemlerinde temel şebeke frekansındaki akım ile gerilim arasındaki faz farkını işaret eden büyüklüğü “cos j “ denir ve bu değer bir endüstriyel hattın enerji aldığı üreticiye ödeyeceği reaktif güç bedelini belirler.Döner telli konvansiyonel elektrik sayaçları ile faturalandırma yapan sistemlerde durum yukarıda bahsedildiği gibidir. Ancak son yıllarda kanunla da zorunlu olan dijital sayaçlara geçilmesi ile bu durum



farklılık göstermiştir. Zira dijital sayaçlarda güç faktörü ile bilinen yukarıdaki değerin hesaplanması için sadece temel şebeke frekansındaki akım ve gerilim arasındaki açıya bakılmaz , harmonik denilen diğer freakanslardaki akım ve gerilimin etkisi de göz önüne alınır . Buna “Power Factor “ denir.

Kısaca power factor , cos j değerinden farklı olarak , harmonikler dahil olan akım ile harmonikler dahil olan gerilim arasındaki faz farkıdır. Bu iki değer arasında harmonikli ortamlarda aşağıdaki formül kadar bir fark oluşur.

PF = m . cos j
m = 1 / 1 + ( THD(I) )2

Örnek olarak ile dijital sayaç kullanan ve şebekesinde THD(I) =%30 seviyelerinde harmonik akımı olan bir tüketici cos j = 0,96 değerine sahipken ;

m = 1 / 1 + (0,3)2 = 0.917

PF = 0,917 . 0.96 = 0,88 değerinde bir güç faktörüne sahip olacaktır.

Bunun temel sonucu olarak döner telli bir sayaçtan dijital sayaca geçmesi ile aynı yük ve kondansatör sistemi ile daha önce ödemediği reaktif güç bedelini ceza olarak ödeyecektir.

 

[CEVDET ÇALIK]

Sn.Roboelektrik

Vermiş olduğunuz bilgiler için teşekkür ederim.

Tarafınıza harmoniklerle ilgili bir sorum olacak.

Analizatörler vasıtasıyla harmonikler ölçülmekte.Analizatör ekranlarından bu değerler THD % olarak görülmekte. 3. ve 5.harmonik seviyesi için analizatör ekranından THD % değerini ne olarak okumam gerekmekte.