Harmonik Nedir? Azaltma Yöntemleri Nelerdir?

Harmonik: Bozulmuş dalga formunu oluşturan yüksek frekans dalga şekillerini tanımlar. Elektrik bağlamında, harmonik çarpık gerilim veya akım dalga formunun yüksek frekans bileşenleridir.

Elektrik dağıtım şebekesinde gerilim sinüs şeklindedir. Şebekeden çekilen akımın da sinüs şeklinde olmalıdır. Oysa elektrik şebekelerinde saf sinüs şeklindeki gerilim ve akım dalga şekilleri ile karşılaşmak zorlaşmıştır. Gerilim ve akım dalga şekilleri sinüs şeklinden farklı bir duruma gelmeye, yani harmonik oluşturmaya başlamıştır.

Harmonik bir periyodik dalganın temel frekansındaki bileşen ve katlarındaki frekans bileşenin toplamı olarak tanımlanır. Harmonikler, bozulmuş dalga formunu oluşturan toplam yüksek frekans dalgaları tanımlar. Elektrikte ise, harmonik çarpık gerilim veya akım dalga formunun yüksek frekans bileşenleridir.

harmonik nedir

Harmonik Bozulma Nedir?

Elektrik dağıtım sistemlerinde harmonik bozulma, frekans değişimlerinden kaynaklanır. Standart bir gerilim ve akım değişimidir. Örneğin, voltaj veya akımlardaki tipik sinüzoidal varyasyonlardan bir sapma olabilir.

Harmonik Meydana Getiren Alıcılar

Günümüzde harmoniklerin oluşmasının sebebi, modern enerji dönüşüm teknikleri kullanan güç elektroniği cihaz sayısındaki hızlı artıştır. Örneğin uygulamalarda verimlilik ve kontrol için elektrik motorları sürücüler ile kontrol edilir. Bir güç elektroniği cihazı olan motor sürücü şebekeden harmonik içerikli akımlar çeker.

Endüstriyel tesislerde karşılaşılabilecek harmonik içerikli akımlar çeken cihazlar şunlardır.

Kesintisiz güç kaynakları (KGK’ lar)
Doğrultucular (redresörler) ve akü şarj cihazları
İndüksiyon ocakları
Bilgisayarlar ve ofis cihazları
Özellikle elektronik balastlı deşarj lambaları
Frekans çeviriciler
Kaynak makineleri,
Gerilim regülatörleri,
Ark ocakları,
Trafolar

Harmoniklerin Zararları

Şebeke geriliminde bozulmalar.
Gerilim düşmeleri.
Yüklerde kayıpların artması
Nötr akımının artması
Kompanzasyon sistemlerinin aşırı reaktif yüklenmesi. Kondansatörlerin güç kaybetmesi ve hatta sonunda delinmesi.
Motorlarda ve kablolarda aşırı ısınma.

Harmonik Üreten Kaynaklar

Elektrik Şebekelerinde

Güç kayıplarının artması
Kuvvetli elektromagnetik alanlar
Nötr iletkeninin aşırı ısınması ve yangın riskine sebep olması
TRF ların delta sargılarında aşırı yüklenme, gürültü, sıcaklık yükselmesi

Harmonik Hareket Nedir?

Fizikte, harmonik veya basit harmonik hareket. Bir merkezi veya konum dengesi boyunca ileri geri – tekrarlayan hareketi temsil eder. Bu durumda, bir taraftaki maksimum yer değiştirme, karşı taraftaki toplam yer değiştirmeye eşittir.

Tamamlanan her titreşimin aralığı her zaman aynıdır. Hareketi yaratan kuvvet her zaman merkezi konuma veya denge konumuna yönelir. Her zaman ondan uzaklıkla doğru orantılıdır.

Harmonik Azaltma Teknikleri

Harmoniği azaltmak veya düşürmek, kullanılan cihazların ömrünü uzatır. Arızaları azaltır ve enerji tasarrufu için verimliliği artıracağı için önemlidir. Harmonik azaltma trafo yüklemesini artırdığı gibi kablo kesitlerinin optimizasyonunu sağlar. Elektronik cihaz arızalarını ve üretim de maliyet kaybını azaltır.

Harmonik Filtreleme

Bir sistemdeki elektriksel harmonikleri filtreleyerek ekipmanların aşırı ısınmasını önler. Ayrıca devre kesicilerinin yanlış girmesini azaltarak güç kalitesini iyileştirir. Harmonikleri üreten sistemler ve cihazlar için kompanzasyon yöntemleri kullanılır.

Kompanzasyon sisteminin filtreli kompanzasyon sistemine dönüştürülmesi
Aktif harmonik filtre
Pasif harmonik filtre

Filtreli Kompanzasyon

Harmoniklerin yüksek olduğu tesislerde kompanzasyon sistemleri ile sorunlar yaşanabilir. Filtreli kompanzasyon sistemleri bu sorunlara hızlı, kolay ve ekonomik bir şekilde çözüm sağlar.

Filtreli kompanzasyon sistemlerinin temel farkı;

kondansatör gruplarının direkt bağlı olması yerine harmonik filtre reaktörü üzerinden bağlı olmasıdır.

Aktif Filtre Sistemi

Aktif güç filtresi (AGF). Akım denetimi sağlamak için doğru akım tarafına bir kondansatör bağlanmış üç fazlı bir evirici devresinden oluşur. AGF temel fonksiyonu şebekeden sinüzoidal ve dengeli güç faktörlü akımlar çekilmesini sağlar. Böylece yükün reaktif güç talebini karşılayıp harmonikleri yok etmektir.
Aktif harmonik filtre, reaktif güç kompanzasyonu da yapabilir. Böylece aktif harmonik filtre, kayma güç faktörünü (cos φ) 1,00’e yaklaştırmak için akımı kendi içerisinde üretip sisteme sağlayacaktır. Yani bir kondansatör grubu gibi davranacaktır. Aktif filtrelerde, harmonik filtreleme ve reaktif güç kompanzasyonu özellikleri vardır. Bunlar ayrı ayrı veya birlikte devreye sokulup devreden çıkartılabilir. Aktif filtreler ikiye ayrılır:

Seri Aktif Filtreler

Bu filtreler sisteme bir trafo ile bağlanır. Seri aktif filtre ile gerilim harmonikleri eler.

Paralel Aktif Filtreler

Adından da anlaşıldığı gibi sisteme paralel bağlı olarak çalışır. Paralel aktif filtre, akım kaynağı gibi davranan nonlineer (doğrusal olmayan) yükler için etkilidir

Pasif Filtre Sistemi

Bu filtreler, kaynak ile alıcı arasına konulur. Temel frekans dışındaki bileşenleri yok etmek için tasarlanır. Kondansatör (C), endüktans (L) ve bazı durumlarda direnç (R) elemanlarından oluşan devrelerdir. Pasif filtreler, seri pasif filtreler ve paralel (şönt) pasif filtreler olarak ikiye ayrılır. Ayrıca uygulamada karşılaşılan bir diğer pasif filtre sistemi kompanzasyona seri endüktans bağlamaktır.

Seri Pasif Filtreler

Bu filtreler kaynak ile harmonik üreten eleman arasına seri bağlanan endüktans L elemanından oluşur. Seri bağlanan bu empedans, XL=2∏.f.L formülüne göre harmonik frekanslarına yüksek empedans gösterir. Onların geçişlerini önler.

Paralel Pasif Filtreler

Bu pasif filtreler, harmonik kaynağı ile şebeke arasına kondansatör C, endüktans L ve bazı durumlarda direnç R elemanlarının paralel olarak bağlanması ile oluşur. Paralel pasif filtrelerde amaç yok edilmek istenen harmonik frekansı için rezonansa gelecek L, C değerleri hesaplayarak bu devreyi güç sistemine bağlamaktır

Harmonik Ölçümü

Harmonik Ölçüm Nasıl Yapılır? ölçüm testi yapılırken 3 faz ölçümünde ayrı ayrı düşüm işlemi yapılmaktadır.

Enerji kalitesi ölçümleri için geliştirilen harmonik analizör ve ölçü aleti ile sistemdeki ölçülebilir. Potansiyel bozunum oranında belirlenmiş olan sınırın hangi sıklıkla aşıldığı kontrol edilmektedir. Ortalama bozunum oranının %3’ün üzerinde olması halinde harmonik ölçüm testi uygulanır. IEEE tarafından ve uluslararası bazda standart kabul edilen harmonik gerilim değeri % 3. akım değeri ise % 5 değerinin altında olmalıdır.

Harmonik Ölçü Aletleri İle Ölçülebilen Değerler