HARMONİKLER NEDİR?
Harmonik frekanslar, şebeke frekansının integral katları şeklindedirler. Örneğin, 50Hz temel harmonik için üçüncü harmonik 150Hz, beşinci harmonik ise 250Hz dir. Harmonikler akım harmonikleri olarak oluşur ve harmonik akımlar alt devrelere akarak gerilim harmoniklerini oluştururlar. 100-Hz (2nci harmonik) ile 2,5-kHz (50nci harmonik) frekans aralığındakiler hesaplama ve ölçümlerde dikkate alınır. 2,5kHz ila 150kHz aralığı Supraharmonik olarak adlandırılır. Harmonikler aşağıda görüleceği gibi akım ve gerilim dalga şeklinin ideal sinüs formundan uzaklaşmasına neden olurlar.
Harmonik akım ve gerilimler elektrik şebekesine doğrusal olmayan yüklerin bağlanmasıyla oluşan akım ve gerilimlerdir.
Son yıllarda ara harmoniklerde bilimsel çalışmalarda oldukça sık rastlanmakla birlikte, harmonik olarak tanımlanan frekanslar şehir şebeke frekansının tam katları olarak karşımıza çıkar ve 100-Hz (2nci harmonik) ile 2,5-kHz (50nci harmonik) frekans aralığındakiler hesaplama ve ölçümlerde dikkate alınır. 2,5kHz ila 150kHz aralığı Supraharmonik olarak adlandırılır.
Şebeke harmonikler güç kalitesi cihazı ile yapılan ölçümler ile tespit edilirler, Güç kalitesi cihazı ile ölçülen Akım Harmonikleri THDi , Gerilim harmonikleri de THDu olarak gösterilmektedir.
Doğrusal Yükler:
- Omik Yükler, dirençler.
- Asenkron motor
- Kondansatörler
Gerilim ve akım dalga şeklini ideal formundan uzaklaşmasına sebep olan doğrusal olmayan yükler:
- Kesintisiz güç kaynakları ve bilgi işlem yükleri
- Hız kontrol cihazları
- Doğrultucu devreleri
- Tristör kontrollü devreler
- Ark ocakları
- Kaynak makinaları
- Doyma bölgesinde çalışan transformatörler
- Nominal gücünün üzerinde yüklenen transformatörler
Altı darbeli köprü, altının katlarının her birinde bir fazla ve bir eksik olmak üzere 6n±1 harmonikler üretir.
Harmonik akımlar ve harmonik gerilimler hem şebeke tarafında hem de yük barası tarafında problemlere yol açarlar, Elektrik tesisatlarında harmoniklerin sebep olduğu olaylar ve problemler;
- Rezonans oluşması ve de sonucunda kompenzasyon tesisatının zarar görmesi
- Besleme şalterleri rezonans olayları ile belirsiz zamanda açma yaparak işletmeyi durdurması
- Motorlar ve kablolarının kayıpları artması ve aşırı ısınmaları (Deri Olayı)
- Yalıtımı zayıflatarak tesis elemanlarının ömürlerini kısalması
- Nötr kablosu yüklenmesi ve ısınması
- Kondenzatörlerin ve ilgili teçhizatlarının ömürleri belirgin şekilde kısalması
- Ölçüm cihazları hatalı ölçüm yapması
- Sıfır noktasına bağlı çalışan kumanda devrelerinin hatalı çalışması
- Transformatörlerin ve asenkron motorların aşırı ısınması
- Kayıpların artması. S = √ (P2 + Q2 + D2) D: Harmonik Bozulma
Şebekeye bağlı her bir tüketicinin doğrusal yükler ile harmonikler üretmesi ve kaynak empedasına orantılı olarak bu akımlar şebekeye akar ve de birleşme noktasında (PCC) harmonik gerilim bozulması meydana gelir. Ne kadar çok tükeciden harmonik akım üretilir ise PCC noktasında harmonik gerilim bozulması oranı artacaktır. Diğer bir ifade ile her bir kullanıcıdan şebekeye ilave bir harmonik katkısı olacaktır. Şebekenin harmonikler ile kirletilmesine mani olmak amacıyla genel harmonik standartları yayınlanmıştır. Standardın belirlediği harmonik limit değerlerini aşan işletmelerin harmonik seviyelerini limitlerin altına çekmesi gerekmektedir. Farklı yüklerin oluşturduğu harmonikleri bastırmak amacıyla harmonik kaynağına bağlı olarak birbirinden farklı güç kalitesi çözümleri bulunmaktadır. Bu güç kalitesi çözümleri, sistem harmoniklerinin bastırılması sonrasında yukarıda bahsedilmiş olan harmoniklerin sebep olduğu olay ve problemleri ortadan kaldıracaktır.
Didem Ergun Sezer
Ergun Elektrik A.Ş.
didem@ergunelektrik.com