elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Elektrik Sebepli Yangınlarda Harmonik ve Rezonans Etkisi |
Harmonik Filtre Reaktörleri ile Sektörel Çözümü

Yangınların sebepleri arasında elektrik kaynaklı yangınların oranı oldukça önemli bir oranda karşımıza çıkmaktadır. Yangının sebebi tam olarak belirlenemediği veya ilk tahmin anlarında elektrik kontağından kaynaklanan yangın çıktı olarak bir algı bulunmaktadır. Bu yazımızda kompanzasyon panolarında rastlanan harmoniklerin sebep olduğu rezonanslar sonucu yaşanan yangınların sebepleri ve çözüm için sektörel uygulama olan harmonik filtre reaktörlerini inceleyeceğiz.



A- A+
24.02.2025 tarihli yazı 82 kez okunmuştur.
Harmonik filtreler konusuna geçmeden önce harmonik kavramının ne olduğunu ve elektrik-elektronik sistemler için neyi ifade ettiğini tanımlamamız gerekir. Endüstride ve günlük hayatımızda kullandığımız sistem ve cihazların istenilen kalitede çalışabilmeleri için elektrik sistemlerinde akım ve gerilimin ideal olması gerekir. Burada ideal olarak belirtilen, akım ve gerilim dalgalarının temel frekansta sinüzoidal şekilde olması gerekliliğidir. Harmonik filtrelerin kullanımına neden olan harmonik kavramı ise tam olarak burada karşımıza çıkmaktadır. Çok temel bir ifade ile harmonik, sinüzoidal şeklindeki dalgaların frekans ve genliğini bozan bir nevi elektriksel kusurdur. Başka bir deyişle harmoniğe elektriksel bozulmada diyebiliriz. Özellikle enerji kalitesinin ve verimliliğinin çok daha önemli olduğu günümüzde bu konu hassasiyetle odaklanılması gereken bir durumdur.

Harmoniklerin gerilim ve akımda oluşturduğu nonsinüzodial dalga şekli; güç sistemlerinde gerilim düşümlerine, kayıplara, kesicilerin hatalı çalışmasına, motorlarda sarsıntı ve verim düşümüne, hassas elektronik cihazların bozulmasına, kompanzasyon sistemlerinin aşırı yüklenerek arızalanmasına varıncaya kadar birçok ekonomik ve teknik probleme yol açar.



 
Alternatif akım normal şartlarda temiz bir sinus dalgasıdır. Güç elektroniğinin gelişmesi ve endüstride yarı iletken kullanımının artmasıyla birlikte, doğrultucusürücüLED aydınlatma ve kesintisiz güç kaynakları kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu cihazların kullanımıysa; sinüs dalgasının bozulmasına ve akım harmoniğine yol açmaktadır. Bu durum işletmenizdeki cihazların zarar görmesine ve iş kayıplarına yol açabilir.

 

Harmonik Nedir?


20. yüzyılın ikinci yarısından sonra birçok elektrik-elektronik cihazda kullanılan yarı iletken elemanların tabiatı gereği ve sanayide kullanılan bazı nonlineer yüklerin (transformatör, ark fırınları v.b.) etkisiyle, akım ve gerilim dalga biçimleri, periyodik olmakla birlikte sinüsoidal dalga ile frekans ve genliği farklı diğer sinüsoidal dalgaların toplamından meydana gelmektedir. Temel dalga dışındaki sinüsoidal dalgalara harmonik denir. Her ne kadar tüm gerekli önlemler alınsa dahi harmoniklerin tamamen şebekeden temizlenmesi zor hatta imkansızdır. Elektrikle çalışan cihazlar sistemde harmonik etkisi olsa dahi çalışabilir yapıdadır. Ancak bu çalışmanın hem cihazlara hem de şebekeye olumsuz etkileri bulunmaktadır. 
 

Harmoniklerin Sisteme Etkileri


Güç sisteminde mevcut durumda bulunan harmonikler hem sisteme bağlı tüm elemanları hem de güç sistemini etkilemektedir. Harmoniklerin yaptığı bozulma sonucunda gerilim ve akımda yarattığı nonsinüzodial dalga şekli çok çeşitli problemlere neden olmaktadır.
 


Doğal Sinüs Dalgası ve Bu Doğal Sinüs Dalgasına Bozucu Etki Yapan 3., 5. ve 7. Harmonikler


Endüstriyel tesislerde gelişen teknoloji ile birlikte üretim alanlarına yeni makineler eklemek durumunda olduundan dolayı bu durum yük karakteristiklerinin sürekli değişimine sebep olmaktadır. Yük karakteristikleri değiştiğinden ötürü her yıl harmonik (güç kalitesi) ölçümü yapılması önem arz ermektedir. 



►İlginizi Çekebilir: Enerji Takibi Nedir? Enerji İzlemenin Faydaları Nelerdir?


Harmoniklerin etkisi sonucu enerji sistemlerinde gözlemlenen olumsuz etkiler şunlardır:
 
Kablolarda, baralarda ve transformatörlerde aşırı ısınma
► Gerilim düşümünün artması
► Enerji tüketiminde artış
► Cihazlarda ısınma sorunu
► Generatör ve şebeke geriliminin dalga şeklinde bozulma olması
► Elektromanyetik girişim sebebiyle elektronik kartların yanması
► Kompanzasyon sistemlerinde aşırı reaktif yüklenme
► Dönen makinalarda moment salınımlarının ve aşırı ısınmalarının oluşumu
► Dielektrik malzemelerinin delinmesi
Ölçüm cihazlarında hatalı sonuçların meydana gelmesi
► Ses ve görüntü sistemlerinde parazitli çalışma
► Güç faktöründe değişme
► Şebekede meydana gelen rezonans olayları, rezonansın neden olduğu aşırı gerilim ve akım etkisi
► Endüksiyon sayaçlarının yanlış ölçüm yapması
► Koruma elemanlarının hatalı çalışması
► Mikroişlemcilerin hatalı çalışması
 

Harmoniklerin Oluşmasına Sebep Olan Yükler:

Doymuş reaktörler ve transformatörler
► Tristör/Diyot kontrollü motor sürücüleri
► Ark ocakları
► Ark kaynakçıları
► İndüksiyon fırınları
► Gaz boşaltmalı aydınlatma, düşük/yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalar
► Yüksek basınçlı cıva buharlı lambalar
► CFL/floresan tüplü lambalar
► DC doğrultucular
► Redresörler
► Kesintisiz güç kaynakları
► Güneş enerjisinden üretilen DC’yi AC’ye çeviren güç invertörleri
► Switch mod güç sistemleri, vb.

 

Harmoniklerin Sebep Olduğu Rezonans Olayları

 
Harmoniklerin en büyük bozucu etkilerinden biri de rezonans etkisidir. Endüktif reaktansın kapasitif reaktansa eşit olduğu frekansa "rezonans frekansı" denmektedir. Bilindiği gibi güç sistemlerinde frekans arttıkça endüktif reaktans artarken; kapasitif reaktans azalmaktadır. Yani güç sisteminin frekansı endüktif reaktansla doğru orantılı, kapasitif reaktans ile ters orantılıdır.

Sistemin rezonansı, harmonik frekanslardan birine yakın bir değerde oluşursa, aşırı seviyede harmonik akım ve gerilimleri ortaya çıkaracaktır. Harmonik seviyelerini etkileyen en önemli etkenlerden biri de rezonansın seri veya paralel rezonans durumunda olmasıdır. 
 

1- Seri Rezonans Durumu


Elektrik devresinde endüktif ve kapasitif reaktansların birbirine eşit olması sonucu meydana gelir. Seri rezonans durumunda empedans düşük olduğundan dolayı devreye düşük bir gerilim uygulansa dahi devreden yüksek değerde rezonans akımları akacaktır.

2- Paralel Rezonans Durumu


Güç sistemindeki kat sayısının düzeltilmemesi ya da filtrelerde kullanılan kondansatörlerden dolayı bu rezonans olayı meydana gelebilmektedir. Bu durumda seri rezonansta olduğu gibi endüktif ve kapasitif reaktansların birbirine eşit olmasıyla meydana gelir. Ancak bu eşitliğin etkisi; seri rezonansa göre farklıdır. Endüktif ve kapasitif reaktanslar birbirine paralel olduğundan devrenin admitans değeri düşüktür. Yani devreden küçük bi rezonans akımı dahi çok büyük gerilimler meydana gelmektedir.

Özetleyecek olursak paralel rezonans devrelerinde empedans maksimum değer alır bundan dolayıdır ki devreden küçük değerde bir akım geçse dahi, elemanların uç gerilimlerinde yüksek genlikli ve tehlike arz eden rezonans gerilimleri meydana gelir.
 

Rezonansın Yaptığı Etkiler


Harmonikler sonucu oluşan rezonans, genellikle sistemde yükün az olduğu zamanlarda daha fazladır.

Genel olarak rezonans durumunda;

► L ve C elemanlarına ait gerilimler yükselir, aşırı akım geçer.
► Devre elemanlarında izolasyon zorlanmaları, kondansatörlerin dielektrik malzemelerinde delinmeler, aşırı ısınmadan dolayı kalıcı hasarlar oluşabilir.
► Harmonik gerilimlerin yükselmesi sonucu Toplam Harmonik Distorsiyon(THD) değerinin artmasıyla tüketicilere uygulanan gerilimin dalga şekli bozulurak, enerji kalitesi olumsuz etkilenmektedir.
 
İşletmenizdeki total harmonik bozulma değeri %10'un altındaysa uygun, %10 ila %20 arasında ise sınırda, %20 ila %30 arasında ise tehlikeli, %30’un üzerinde ise çok tehlikeli demektir.




Geniş güç aralığına ve farklı yük çeşitlerine sahip cihazlar nedeniyle yüksek akım ve gerilim harmonikleri, faz ve güç dengesizliği gibi bozulmalar meydana gelebilmektedir. Daha yüksek harmonikler ile güç ve faz dengesizliği nedeniyle elektrik ekipmanları doğru çalışmayabilir. Üç fazlı dört telli dağıtım sistemlerinde, doğrusal ve doğrusal olmayan tek fazlı yüklerin ve dengesiz yük dağılımı nedeniyle nötr akımın varlığı oldukça yaygındır. Bununla birlikte, yüksek bir nötr akım, nötr iletkeni ve dağıtım transformatörünü aşırı yükleyebilir ve bu da elektrik güvenliği sorunlarına ve hatta yangına neden olabilir. Nötr akım, harmonik ile güç ve faz dengesizliği sonuçlarındandır. Üçün katları olan (yani 3, 9, 15, 21 vb.) ve tek fazlı yükler tarafından üretilen yüksek harmonikler, üç fazlı dört telli sistemlerde belirli bir etkiye sahiptir. Dengeli (simetrik) üç fazlı bir sistemde, her üç fazdaki harmonik (sinüs benzeri) akımlar 120o birbirine kaydırılır, yani nötr teldeki akımların toplamı sıfırdır. Aynı şey üçün katları olanlar hariç (n = 3 (2 k + 1) , burada k = 0, 1, 2, ...) tüm harmonikler için de geçerlidir. Üç fazlı sistemlerde, bunlar 360o kaydırılır ve sıfır dizi oluşturmak için fazda çakışır. Tek harmonikler nötr telde birleşir. Bunlar, faz akımlarının gerçek değerinde daha büyük bir kısmı temsil ettiğinden, nötr teldeki toplam akım, faz akımlarını aşabilir. Nötr telde üçün katları olan daha yüksek harmoniklerin varlığının, nötr tel akımının faz akımlarını aşmasına neden olabileceği ve böylece üç fazlı dört telli nötr tellerin kesitinin arttırılması sonucuna varılmaktadır.
 
EN61000-2-4 standardında toplam harmonik gerilim bozulma oranlarının (%) sınır (limit) değerleri belirtilmiştir. Yapmış olduğunuz ölçümdeki toplam harmonik gerilim bozulma oranı limit değerlerin üzerinde ise tesisatınızda rezonans yaşanma ihtimali vardır.


Tablo: Harmoniklerin Güç Sistemi Üzerindeki Etkileri


 


Şebekede harmonikler olduğu sürece kompanzasyon tesisatı şebekeye kapasitif baktığı için harmonikler katlanmakta ve rezonans olayları yaşanmaktadır. İhtiyacımız olan kompanzasyon tesisatının nominal frekans 50Hz’de kapasitif olması, kompanzasyonu gerçekleştirmesi, ancak harmoniklerde şebekeye indüktif bakması, rezonans oluşturmamasıdır.


ENTES harmonik filtre reaktörlerini kullanarak sisteminizi ve kompanzasyon panonuzu harmoniklerin zararlı etkilerinden koruyabilirsiniz.

Enerji Doktoru ile sisteminizin toplam harmonik bozulmasını izleyebilir ve güncel durum hakkında bilgi edinebilirsiniz


Enerji Doktoru ile enerjinizi her an her yerden izleyin!

 
 

Sektörel Çözümler | ENTES Harmonik Filtre Reaktörleri
 

Harmonik filtre reaktörleri, kompanzasyon sistemlerinde kondansatör gruplarına seri olarak kullanılır. Bu cihazlar kullanılarak sistem üzerinde oluşan harmonik akımlarına karşı kondansatör empedansı arttırılabilir, rezonans frekansı kaydırılarak ana harmonik akımların oluşturduğu frekansların altında tutulabilir.
 
ENTES monofaze harmonik filtre reaktörleri, reaktif güç kontrol sistemlerinde harmonikleri bastırarak kompanzasyon sistemini korumak üzere tasarlanmış yüksek kaliteli reaktörlerdir.


ENTES üç fazlı harmonik filtre reaktörleri, reaktif güç kontrol sistemlerinde harmonikleri bastırarak kompanzasyon sistemini korumak üzere tasarlanmış yüksek kaliteli reaktörlerdir.




Reaktif Bedel Nedir? Görünür Güç - Aktif Güç - Reaktif Güç Nedir?





Kaynak:



Aktif etkinlik bulunmamaktadır.
ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar