Harmonik nedir? Harmonik kısaca akım ve gerilim dalga şekillerinin bozulması olarak tanımlanır. Bu bozulmanın şiddeti THD (Total Harmonic Distortion) terimi ile yüzdesel olarak ifade edilir.
Harmonikli bir dalga şekli, 50 Hertz’lik temel bileşen ve 50’nin tam katı (150, 250 vb.) frekanslarda harmonik bileşenlerden meydana gelmektedir. THD oranı %0 olan tam sinüzoidal bir dalga şeklinde yalnızca 50 Hz’lik temel bileşen bulunur.
Harmonik Bileşen Mertebesi | Frekans |
Temel Bileşen | 50 Hz |
2. Harmonik | 100 Hz |
3. Harmonik | 150 Hz |
4. Harmonik | 200 Hz |
5. Harmonik | 250 Hz |
∞ | ∞ |
Harmonik bozulmaların en yaygın sebebi güç elektroniği elemanlarının kullanıldığı makinelerdir. Bu makinelerin şebekeden çektikleri akım yapısal olarak harmoniklidir. Harmonikli akım ise besleme hattının iletken kesitine ve uzunluğuna bağlı olarak hat üzerinde gerilim düşümü oluşturur ve gerilim dalga şekli de bozulmaya uğrar.
Harmonikli yüklere örnek olarak aşağıdaki elektriksel ekipmanlar verilebilir.
– Motor hız kontrol sürücüleri (Frekans konvertörleri),
– Kesintisiz güç kaynakları (UPS),
– İnvertörler,
– Konvertörler,
– Manyetik devresi doyuma giren endüktif elemanlar,
– Raylı ulaşım sistemleri,
– Ark fırınları,
– İndüksiyon ocakları,
– Kaynak makineleri vb.
Harmonikler sistem üzerinde çok ciddi zararlı etkilere sebep olabilmektedir. Harmoniklerin elektriksel iç arızalar ve enerji verimliliğine negatif etkilerinin yanı sıra, çeşitli patlamalara yol açarak iş güvenliğine de olumsuz etkileri bulunmaktadır. Genel olarak harmoniklerin zararları şu şekilde sıralanabilir:
– Voltaj bozulmaları sonucunda çeşitli iç arızalar,
– UPS arızaları,
– Elektronik kart arızaları,
– Sürücü arızaları,
– Kompanzasyon panolarında yangın ve patlamalar,
– Kaçak akım rölesi ve şalterlerin hatalı açma yapması,
– Aydınlatmada kırpışma (flicker),
– Nötr – toprak geriliminde artış,
– Motorlarda aşırı ısınma, titreşim ve gürültülü çalışma,
– Rezonans sonucunda aşırı akım ve aşırı gerilimlerin oluşması,
– Transformatör ve iletkenlerde aşırı yüklenme, ısınma ve güç kayıpları,
– Kayıpların artması ve enerji verimliliğine olumsuz etki,
– Üretim kayıpları,
– Hukuki yaptırımlar vb.
Harmonik probleminin en önemli göstergelerinden biri tesis içerisinde sık sık elektriksel iç arızaların meydana gelmesidir. Sürücü arızaları, UPS arızaları, elektronik kart arızaları, kompanzasyon sisteminde kondansatör arızaları, kablo yanıkları vb. istenmeyen durumlar yüksek harmonik bozulmaların habercisidir. Ayrıca elektrik motorları aşırı ısınıyor, titreşimli ve gürültülü çalışıyorsa bu gibi durumlar harmonik bozulma oranlarının yüksek olduğunun göstergeleridir.
Harmonik ölçümü nasıl yapılır konusuna farklı bir yazımızda daha detaylı olarak değinmiştik. Harmonik ölçümü portatif veya sabit enerji kalitesi / şebeke analizörleri kullanılarak gerçekleştirilir. Ölçümler yapılırken tesisin normal işletme koşullarında olması esastır ancak mevsimsel yük farklılıklarının olduğu tesislerde harmonik yük akışında farklılıklar olabilmektedir. Harmonik analizinde kompanzasyon sisteminin toplam harmonik bozulmaya katkısının belirlenmesi amacıyla kompanzasyon sistemi devredeyken ve devre harici iken ayrı ölçümler alınması gereklidir. Ölçümlerin hassasiyeti açısından ölçüm cihazının class A özellikte olması önerilir. Ölçüm yeri genellikle işletmenin ana şalteri olmakla birlikte harmonik kaynağının net olarak belirlenebilmesi için işletme içerisinde farklı noktalardan ölçüm alınabilmektedir.
Harmonik filtreler aktif, pasif ve hibrit olmak üzere farklı teknolojilerde üretilmektedirler. İhtiyaca yönelik en uygun filtre yönteminin belirlenebilmesi için öncelikle harmoniğe sebep olan kaynağın tespit edilmesi gerekmektedir. Harmonik problemlerinin kaynağında çözülmesi optimizasyon açısından önemlidir. Harmoniklere sebep olan kaynak belirlendikten sonra tesisin reaktif güç ihtiyacı da göz önünde bulundurularak aktif, pasif veya hibrit harmonik filtre sistemlerinin tasarımı yapılmaktadır. Uygulama öncesinde gerekli durumlarda filtrenin performansı harmonik simülasyon yazılımları kullanılarak incelenebilmektedir.
İşletmenizde harmonik problemlerinin varlığından şüphe duyuyorsanız harmonik ölçümü ve analizi için bizlerle iletişim sağlayabilirsiniz.