Harmonik Ölçüm

Harmonik Nedir?

Kaliteli bir elektrik enerjisinde gerilimin dalga şeklinin tam sinüsoidal olması beklenmektedir. Gerilimin genliğinin değişmesi, gerilim çökmeleri meydana gelmesi, dalga şeklinin sinüsoidal şeklinden bozulmaya başlaması, değişik frekanslı akımlar meydana gelmesi ise kalitesiz ve istenmeyen bir elektrik enerjisi anlamına gelmektedir.

Sisteme bağlı lineer olmayan yüklerin şebekeye bağlanması ve yarı iletken malzeme içeren güç elektroniği cihazlar tarafından harmonik akım üretilerek sinüsoidal dalga şeklini bozan, istenmeyen, frekansı değişmiş dalga şekillerine harmonik denir.

Harmonik Ölçüm Nedir?

Elektrik enerjisi tüketen cihazlarda düzenli olarak elektrik kalitesini ölçmek, analiz etmek ve değerlendirmek gerekmektedir. Harmonik ölçüm, elektrik güç kalitesi ölçümlerinden harmoniklerin, harmonik ölçüm cihazı ile istenen ölçüm aralıklarında, istenen sürelerce ölçülmesi ve bu ölçüm sonuçlarına göre raporlandırılarak çözüm üretilmesidir.

Harmonik Akım Nasıl Bulunur?

Bir enerji analizörü ilgili frekans spektrumlarında voltaj ve akımın dalga şekillerini belirlemek için güç kalitesinin ayrıntılı analizini gerçekleştirmek için en etkili araçtır. Bir harmonik analizörü, belirgin semptomların olmamasının harmoniklerin endişe kaynağı olup olmadığını belirlemenizi engellediği durumlarda da yararlıdır.

Şüpheli kaynağın ayrıntılı bir analizini sağlamak için bir şebeke analizörü kullanılır. Bu verileri kullanarak, harmonik oran fonksiyonu gereken seviyede olmayan ve hatalı dalga formunun sapmasını belirtmek için %0 ile %100 arasında bir değer hesaplar. Bu değer akım harmoniği varlığını gösterir.

Harmonik Kaç Olmalı?

Farklı güç kalitesi olaylarında da yaşandığı gibi harmoniklerin var olduğu bir sistemde de sistemin çalışmasının devamlılığı sistemin sağlamlığı ve donanımlardaki hassasiyete bağlı bulunmaktadır. Harmonik üreten kaynakların şebekede üretmiş oldukları harmoniklerin frekansı 100 Hz ile 50 kHz arasında değişim göstermektedir. 5 kHz’e kadar olan harmoniklerin alıcılar üzerinde olumsuz etkileri olmaktadır. 5 kHz üzerindeki harmoniklerin ise daha çok iletişim sistemleri üzerinde olumsuz etkisi olmaktadır.

Uluslararası IEC 519’a göre kabul edilebilen harmonik bozulma sınır değerleri; Gerilim için %3, Akım için ise %5 olarak belirlenmiştir. Bu değerlerin üzerinde bulunan harmonik oranlarında elektrik güç sistemlerine büyük kayıplar ve zararlar oluşturabilecek problemler ortaya çıkmaktadır.

Harmoniklerin Zararları

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:

1. İletkenlerde aşırı ısınmaya yol açarlar.
2. Tek tip olan şebeke frekansında bozulmaya neden olarak cihazların yanmalarına veya bozulmalarına yol açarlar.
3. Yüksek frekanslı harmonik akımlar nötr-toprak arası gerilim değerini yükselterek elektronik kart ve elektronik cihazların arızalanmalarına yol açarlar.
4. Kaçak akım koruma sistemlerinin sağlıklı çalışmasına engel olarak zamansız açmalara yol açarlar.
5. Topraklama hattının güçlü olmadığı yerlerde ekranlı cihazlarda parazitlenmelere ve görüntü bozukluğuna yol açarlar.
6. Tüketim kayıplarının artmasına neden olurlar.
7. Yalıtkan malzemelerin yalıtkanlık direncini düşürüp sızıntı akımları oluşturarak kısa devrelere yol açarlar.
8. Kompanzasyon sistemlerinin sağlıklı çalışmasına engel olurlar.

Harmonik Ölçüm Neden Yapılır?

Elektrik sistemlerinde bulunan akım ve gerilimin sinüs şeklinde olması gerekir. Ancak elektrik şebekelerinde bulunan akım ve gerilimlerin günümüz koşullarında sinüs şekillerinde bozulmalar meydana gelmektedir. Çeşitli sebeplerden şebekelerde meydana gelen bozulmalar harmonik olarak adlandırılmaktadır. Harmonikler sanayi ve evlerde pek çok elektronik aletin bozulmasına, sigortaların sebepsiz yere atmasına neden olan bir çeşit artık akımdır.

Sanayi sektörü başta olmak üzere özel teknolojik cihazların kullanıldığı sağlık eğitim, savunma gibi alanlarda kullanılan özel cihazlar tespit edilmeyen sebeplerden dolayı arızalanabilmektedir.

Ortada herhangi bir sebep yokken cihazların arızalanması aslının asıl sebebi genellikle harmonikler olmaktadır. Harmonikler pek çok arızaya sebep olabileceği için şirketler veya kurumlar cihazları için önlem almak, daha temiz bir enerji kullanmak yada harmonik üreteci olan cihazlarını tespit etmek için harmonik ölçümü yapmaktadır.

Harmonik Ölçüm Nasıl Yapılır?

Harmonik ölçümleri için özel enerji kalite kaydedici cihazlar kullanılır. Harmonik ölçüm cihazlarını devreye alacak kişilerin alanında uzman olması şarttır. Çünkü doğru ölçüm yapabilmek için cihazların ayarlanması gereken birçok parametresi bulunur. Cihazlar üzerinde şebeke bağlantısının doğru seçilmesi akım trafo değerlerinin doğru girilmesi harmonik ölçümlerin doğru yapılması için önemlidir.

Harmonik ölçümü yapmak için bir enerji kalite kaydedicisi, akım trafoları ve scada sistemine ihtiyaç vardır. Harmonik ölçüm yapılacak noktalar şebeke giriş ve çıkışları, sürekli arızalanan cihazlarının girişleri gibi noktalardır. Harmonik ölçümlerde Spesifik ölçümler yapılacağı gibi genel ölçümlerde yapılabilmektedir. Harmonik ölçümü yapılacak noktaya ölçüm cihazları bağlanır ve SCADA sistemleri ölçülen parametreleri kaydeder.

Harmonik Ölçüm Raporu

Harmonikleri ölçmek için kullanılacak cihazlar devreye alınmaya başladıktan sonra kayıt ve ölçüm başlar. Harmonikler ile ilgili kesin bir sonuç elde etmek için ölçümler 1 hafta ve 4 hafta arasında değişmektedir. Harmonik ölçüm raporunda 1 dakikalık, 5 dakikalık, 15 dakikalık, 1 saatlik veya istenilen periyotlarda raporlar almak mümkündür.

Harmonik ölçüm raporlarında çok önemli olan Gerilim, Akım, Güç Faktörü, frekans, toplam akım harmonik bozulması, toplam gerilim harmonik bozulması ve 1. Harmonikten başlayarak cihazın ölçtüğü 51. Ve 63. Seviyeye kadar raporlama yapılabilir. Harmonik ölçüm raporunda ulaşılacak sonuçlar bu parametrelerin belirli anlardaki değerlerinin belirlenen standart aralığında olup olmadığı tespit edilir.

Harmonikler Nasıl Önlenir?

Harmonikler akım ve gerilimin sinüs dalgasını bozup kare dalgaya yaklaşmasına neden olur ve enerji kalitesinin bozulmasına neden olur. Harmonik üreteçlerinin başında frekans konvertörleri, gerilim regülatörleri, UPS’ler, Hız kontrol cihazları gibi pek çok cihaz vardır. Bu cihazlar çalışma prensipleri gereği harmonik üretirler. Harmonikleri önlemek için bu cihazların kullanımından vazgeçilemeyeceği için harmonikleri önlemek için çeşitli harmonik filtreler geliştirilmiştir.

Harmonik filtreler tesislerde oluşan harmonikleri yok ederek sinüs dalga formundan uzaklaşan enerjinin yeniden sinüs dalga formuna gelmesini sağlayarak harmoniklerin oluşturduğu yüksek akımları önleyerek cihazlarda aşırı ısınma ve arızaların yok olmasına olanak sağlar. Harmonik filtreler harmonik frekans değerlerine göre tasarlanır. Örneğin bir tesiste 3. Harmonik yüksekse 150Hz harmonik filtre kullanılarak ve Nötr kesiti artırılarak önlem alınabilir. Ya da 5. Harmoniğin yüksek olduğu bir tesis kompanzasyon panosunda 250Hz harmonik filtre kullanarak kompanzasyon panosunda malzemelerinin harmoniklerden dolayı arızalanmasının önüne geçebilir.