5.Harmonik Filtreli Komp Sistemi

HARMONİK FİLTRELİ KOMPANZASYON SİSTEMLERİ
Bilindiği gibi EPDK tarafından yayınlanan Yönetmelikler gereği Dağıtım Şirketlerinin ve Müşterilerinin tüketmiş
oldukları aktif enerjiye göre Reaktif - Reaktif Kapasitif oranları değiştirilmiş ve aşağıdaki oranlar uygulamaya
geçirilmiştir.
Reaktif/Kapasitif oranlar(%-%)
Yıllar
Kullanıcı
2008 2009
Dağıtım Şirketleri (her bir ölçüm noktasında)…. 33-20 20-15
Müşteriler- (50 kVA altı) ………………………….
Müşteriler- (50 kVA ve üzeri)…………………….
33-20 33-20
20-15 20-15
Dağıtım Şirketleri ; Elektrik tesislerini “ Elektrik Piyasasında Dağıtım Sistemine Sunulan Elektrik Enerjisinin
Tedarik Sürekliliği , Ticari ve Teknik Kalitesi Hakkındaki Yönetmelik” hükümleri doğrultusunda iyileştirmek için
,gerek kendilerince yapılacak gerekse de Müşterilerinden isteyecekleri güç faktörü , Harmonik , fliker gibi birçok
ölçüme göre teknik kaliteyi yakalamak için gerekli önlemleri almak , proje geliştirmek ve tesisleri yapmak
durumundadır.
TEDAŞ Genel Müdürlüğünce , Dağıtım Şirketlerince kullanılmak üzere Alçak Gerilim Harmonik Filtreli
Kompanzasyon Panoları ve Tesisleri Teknik Şartnameleri hazırlanmış olup çok yakın bir zamanda bu iki şartname
yürürlüğe girecektir.
Alçak Gerilimden kompanzasyon yapacak kuruluşlara büyük destek verecek bu Şartnamelerde; harmonik filtre
reaktörleri -reaktif güç kontrol röleleri-kondansatörler-kompanzasyon kontaktörleri – panolar ve içerisinde
kullanılacak tüm malzemelerin teknik özellikleri ve tip-rutin-fonksiyon deneyleri açıkça belirtilmektedir.
Reaktif enerji , güç faktörü , elektrik tesislerindeki harmonikler ve giderilmesi , rezonans oluşumu (örneklianlatımlı), kompanzasyon tesislerine harmoniklerin etkisi , harmonik ölçümleri gibi konular aşağıda kısaca
anlatılmaktadır.
Reaktif enerjinin tanımlanması;
Reaktif enerji manyetik alan etkisine ihtiyaç duyan tüm elektrikli cihazların çalışabilmeleri için gerekli bir enerjidir.
Reaktif enerjinin hiç çekilmemesi diğer bir deyişle güç faktörünün 1 olması durumunda, teorik olarak başta trafolar
olmak üzere manyetik alan etkisi ile çalışan tüm elektrikli cihazlar (tüm elektrik motorları, buzdolabı – çamaşır
makinesı - bulaşık makinesi – elektrikli süpürge – motor barındıran tüm küçük ev ve el aletleri ateşlemeli lambalar
vb.) çalışamaz. Dolayısıyla reaktif enerji kullanımı, bu türde cihazlar için bir zorunluluktur ve kaçınılmazdır.
Reaktif Güç Faktörü Neden Artırılmalıdır ?
Reaktif güç kompanzasyonu yapılarak güç faktörü yükseltildiğinde :
Hat kayıpları azalır,
Gerilim düşümü azalır,
Hattın yüklenebilirliği artar.
Yüksek Reaktif Güç Faktörü Uygulaması ve Sonuçları;
Şebeke genelinde Güç Faktörünün yükseltilmesi kompanzasyon tesisleri ile mümkündür.
Ancak şebekede harmonik üreten cihazlar varsa ve bu cihazların harmonik seviyeleri standartlarda belirtilen
limitlerin üzerinde ise yapılacak kompanzasyon önemli empedans değişimlerine sebep olacağından mevcut
harmoniklerin artmasına sebep olur.
Kompanzasyon sistemi ile yükler arasında işletme bazında paralel rezonans, şebeke bazında seri rezonans
oluşması riski ortaya çıkar.
Dolayısıyla harmonik etkisini gözardı eden bir kompanzasyon uygulaması, işletme ve şebeke için bir çok
harmonik kaynaklı problemin ortaya çıkmasına sebep olabilecektir.
Harmonik Dalga Formları;
Belirli bir frekanstaki tüm periyodik dalga şekilleri kendi frekansının katlarındaki sinüs dalgalarının toplamına
eşittir. Toplanarak periyodik dalgayı oluşturan sinüs dalgalarının her birine harmonik denilmektedir.
Harmonik Adı Frekansı
Temel Frekans
1.Harmonik
50 Hz
2.Harmonik 100 Hz
3.Harmonik 150 Hz
4.Harmonik 200 Hz
5.Harmonik 250 Hz
Lineer Olmayan Yükler ve Harmonik Kaynakları;
Gerilim ve akımda meydana gelen harmonik bozunumlarının (THD) kaynağı lineer olmayan yüklerdir. Lineer
olmayan yükler arasında kesintisiz güç kaynakları, motor yol vericileri, motor sürücüleri, bilgisayarlar ve elektronik
aydınlatma ve kaynak makineleri, tüm güç elektroniği dönüştürücüleri şebekedeki harmonik bozunumu arttırıcı
etki gösterirler. Bunların yanısıra alternatif akımı doğru akıma çeviren cihazlar, üç fazlı yada tek fazlı kaynaktan
beslenen doğru akım motorları için statik hız ayar üniteleri, Elaktrokimya yada Elektrometalurji tesislerinde klor,
vb. kimyasal maddelerin üretiminde veya aliminyum - bakır rafinasyonunda kullanılan büyük güçlü statik redresör
üniteleri, üç fazlı endüksiyon motorlarına ait hız ayar üniteleri, akım beslemeli, darbe genliği modulasyonlu, doğru
akım ara besleme üniteli vb. motor hız ayar üniteleri, manyetik çekirdekli cihazlar, elektrik arkı ile çalışan cihazlar,
ark ocaklarında kullanılan tristör kontrollü reaktif güç kompanzasyon üniteleri sayılabilir.
Harmoniklerin Sebep Olduğu Arızalar ;
 Elektromekanik cihazlarda ve kablolarda ısınma
Makinelerde mekanik titreşimler (vibrasyon)
Ateşleme devrelerinin anormal çalışması
 Gerilim yükselmeleri, Kablolarda ve diğer elektromekanik cihazlarda yüksek gerilim kaynaklı delinmeler,
Elektronik kart arızaları
Güç kondansatörlerinde güç kayıpları, delinmeler ve patlamalar, kompanzasyon sigortalarında atmalar;
Kesici ve şalterlerde sebepsiz açmalar;
Röle sinyallerinin bozulması ve anormal çalışması;
Enerji kayıpları’ dır.
Harmonik Problemlerine Karşı Alınması Gereken Tedbirler;
Kurulu bir tesiste Harmoniklerin Tespiti (Hesap Yöntemi)
Kurulu bir tesiste Harmonikleri analiz edilebilmenin en doğru yolu tesiste Harmonik ölçümü yapılmasıdır.
 Harmoniklerin bulunduğu sistemlerde, belli başlı harmonik kaynakları tespit edilmeli ve gerekirse kaynak
başından ölçüm alınmalıdır.
Yeni Kurulacak Bir Tesiste Harmoniklerin Tespiti
Tesisin yapısı incelenerek harmoniklere karşı baştan önlem alınması mümkündür.
Tesisin projelendirilmesinde kompanzasyon gücünün tesisin paralel rezonans gücünden küçük olmasına dikkat
edilmelidir.
Tesisin trafo gücü, kurulu gücü, fiili gücü, ve tüm harmonik kaynaklarının model ve güçleri tespit edilmelidir
Rezonans Oluşumu;
Şebeke endüktansı ve kondansatörler arasında rezonans devresi oluşur.
Transformatörün primer tarafındaki enerji sistemi sonsuz güçlü kabul edilerek ST transformatörün nominal gücü
ve uk bağıl kısa devre gerilimi olmak üzere meydana gelebilecek rezonans frekansına ait harmonik mertebesi,
eşitliği ile belirlenebilir.
Bu eşitlikte açıkça görüldüğü gibi güç katsayısının yükseltilmesi halinde sistemdeki toplam kondansatör gücü QC
artacağı için rezonans oluşacak harmonik mertebesi de daha düşecektir. Örneğin güç katsayısı 0.95 iken
sözgelimi 13. harmonikte rezonans oluşma riski varken güç katsayısı 0.99’a çıkartılırsa QC’nin artması sebebiyle
rezonans oluşturacak harmonik mertebesi 11’e inebilecektir. 11.harmonik akımının genliğinin 13. harmonikten
daha yüksek olması sebebiyle çok daha şiddetli rezonans olayları meydana gelebilir.
Örnek:
SK=20 MVA ve QC=750 kVAr ise
Sistemde 5. harmonik frekansında rezonans meydana gelecektir.
Kademeli kompanzasyonda her kademede QC değişeceğinden her kademe için farklı harmonik frekanslarında
rezonans oluşabilir, bu durumun incelenmesi gerekir.
Reaktif güç kondansatörleri ile ilgili olarak IEEE Standard 18-1992 (IEEE Standard for Shunt Power Capacitors)
‘de bir reaktif güç kondansatörü sürekli olarak,
• Nominal reaktif gücünün 1,35 katına,
• Nominal efektif geriliminin 1,1 katına (Harmonikler dahil, kısa süreli transientler hariç)
• Nominal akımının 1,8 katına (Temel bileşen ve harmonik akımları dahil)
• Gerilimin tepe değerinin 1,2 katına (Harmonikler dahil)
dayanabilmelidir.
Yukarıdaki örnekte yaşanmış gerçek bir rezonans olayında ölçülmüş değerler verilmiştir. Görüldüğü gibi
kompanzasyon devreye alınınca 5. harmonik frekansında paralel rezonans oluşmuş, 5. harmonik akımı 265 A’den
668 A değerine yükselmiştir. 415 V brasında 5. harmonik geriliminin paralel rezonans sebebiyle aşırı derecede
yükselmesi kondansatör üzerinden büyük akımların geçmesine neden olacak ve kondansatör hasar görecektir.
Harmonik bileşenlerin bulunması ve sistemde rezonans oluşması halinde kondansatörün akım, gerilim ve güç
değerleri bu sınırların kolayca üzerine çıkabilmekte ve kondansatörler hasar görmektedir.
Sonuç olarak, güç katsayısının yükseltilmesi halinde sistemde rezonans frekansı daha da düşecek, daha düşük
mertebeden fakat daha yüksek genlikli harmonik akımlarının oluşturduğu daha şiddetli rezonans olayları meydana
gelebilecektir.
Çözüm olarak şebekeyi kirleten harmonik kaynaklarının bulunduğu yüklere ait kompanzasyon tesislerinin filtreli
kompanzasyon olarak yapılması halinde sistemdeki harmonik bileşen genlikleri minimum olacağı için rezonans
olaylarının etkileri de azaltılabilir.
HARMONİKLERİN KOMPANZASYON TESİSLERİ ÜZERİNE ETKİSİ ;
Konvansiyonel Kompanzasyon - Filtreli Kompanzasyon Sonuçları;
Konvansiyonel Kompanzasyon Uygulaması Sonucu Akım Harmonikleri;
Filtreli Kompanzasyon Uygulaması Sonucu Harmonik Değişimleri
Harmonik Ölçümü;
Harmonik Analizörü
Ölçüm, tesisteki yük ve harmonik dengesizliklerini algılayabilmek amacıyla 3 faz – 4 tel dengesiz akım ve gerilim
örneklemesi ve %0,5 hata payıyla, True RMS olarak ve uzun süreli olarak yapılmalıdır.
Düzenleyen :N.Cahit GENÇER-Elk.Müh.