Önceki sayımızda şebeke geriliminin tam ve şebeke frekansının da 50 Hz olduğu yani yalnız birinci temel harmoniğin bulunduğu kompanzasyon konusunu irdelemiş idik.
Halbuki bazı sanayi tesislerinde ve tüketici işletmelerde kullanılan aşırı doymuş trafolar, reaktans bobinleri, ark kaynak makinaları ile tristör kumandalı doğrultucular-redresörler ve günümüzün artık olmazsa olmazı kesintisiz güç kaynakları harmonik üreten cihazlardır.
Demir çelik sektörünün kullandığı ark ocakları da özel olarak çift mertebeden etkili bir oranda enterkonnekte şebekeye harmonik üretmektedir.
Trifaze alternatif akım şebekelerinde stasyoner durumda birinci temel harmonikden başka yine sinüs şeklinde (ark ocakları hariç) yalnızca tek sayılı olmak üzere 3,5,7,9,11,13,…n gibi mertebelerden yüksek harmonikler oluşabilir.
Ancak simetrili bileşen özelliğinden dolayı 3 ve 3 ün katları olan harmonikler yok kabul edilebilirler. Harmonik mertebesi yükseldikçe genlik değeri (etkisi) düşeceğinden 17. mertebeden yüksek harmonikler dikkate alınmayabilirler.
Yüksek harmonik üreten elektrikli alıcıları olan veya çevreden gelen harmonik etkileri altında çalışan tesislerde otomatik kompanzasyon sistemi dizayn ederken 5, 7, 11, 13, 17. mertebeden harmoniklerin dikkatlice araştırılması gerekmektedir.
Günümüzde bu iş için oldukça hassas ve güvenilir laboratuvar ve mobil Analizörler mevcut olup bu sayede geniş kapsamlı şebeke analizi yapılabilmektedir. Elektrik devrelerinde 3 temel eleman; Direnç (R)-Self (L)-Kapasite (C) bulunmakta olup, bunlardan ilk ikisi frekans ve gerilim ile birinci dereceden doğru orantılıdır.
Ancak C Kapasite yani kondanatör ise gerilimin karesi ile doğru orantılıdır. 6 U2.0.C (monofaze kondansatör için) @= 20.1 T5 Yani diğer elemanlardan farklı olarak şebeke frekansı ve gerilim arttıkça devredeki kondansatörün gücü dolayısıyla akımı da artmaktadır.
Kondansatör nedir ? içerikli makalemiz ilginizi çekebilir. Aşşağıdaki linkten okuyabilirsiniz.
Harmonikli Gerilim Akım Dalga Şekilleri
Yüksek harmoniklerin bulunduğu bir şebekeden tüketicilerin çektiği aktif güç-enerji değişmez.Fakat temel birinci harmonikte QL olan endüktif reaktif güç,yüksek harmoniklerin etkisi ile QL= Q/n değerini alır.
Birinci harmonikte Qc olan kapasitif güç ise yüksek harmoniklerin etkisi ile Qc= n. Qc değerine ulaşır. Burada (n) harmonik mertebesidir ve o mertebeden harmoniğin şebeke frekansının kaç katı olduğunu belirtir.
Örneğin 7. harmonik için f=50×7 dir. Bilindiği gibi gerilim altındaki Kondansatör ve Bobinden oluşan devreye titreşim devresi denir. Bu devrenin kayıpsız olabilmesi için devredeki bobinin saf endüktif ve kondansatörün ise saf kapasitif olması gerekir.
Ancak bu ideal bir durumdur. Gerçekte ise bobinin bir sargi direnci (endüktif dirence seri) ve reaktansa paralel bir direnç ile ifade edilen demir kayıpları vardır.Kondansatörün ise seri veya paralel bir direnç ile ifade edilebilen dielektrik kaybi mevcuttur. Tüm bunların dışında şebekeye ait toplam endüktif ve omik dirençde devreye seri olarak etkiler.
Kısaca R, L, C devresi diye de adlandırılan devre bu elemanların bağlanış şekline göre Seri ve Paralel Rezonans devresi olarak anılır.
Seri Rezonans Devresi ; Yüksüz halde gerilim altındaki bir düşürücü Trafo sekonderi ile devredeki kondansatörlerin durumudur.
Paralel Rezonans Devresi ; Sekonderinden yük çekilen bir Trafo sekonderi ile devredeki kondansatörlerin durumudur.Tıkaç devresi de denilen bu devrelerde;
- L: trafo ve devredeki endüktif yüklerin selfi,
- C: kompanzasyon sistemindeki devrede olan kondansatörlerin toplam kapasitesi,
- R: bobin demir kayıpları ve devredeki kondansatö dielektrik kayıplarıdır.
Paralel rezonans devresinde rezonans anında şebekeden akım çekilmemesine rağmen devredeki C ve i arasında n.o frekansli bir akım geçer.
Paralel reaktana uclarında o.r frekanslı bir Ur gerilimi olduğundan bobin tarafından ILr = Ur/XLr ve kondansatör tarafından da Icr = Xcr akımı çekilir. Xcr = XLr olduğu için (rezonanstan dolayı) Icr = ILr olur. Icr veya ILr akımları rezonans frekansının değerine göre birinci temel harmonikli gerilim altında çekilen akım dan çok daha yüksektir.
Bu nedenle kondansatörler ile birlikte paralel bağlı bulunduğu trafolar veya motorlar da aşırı yüklenirler.
Yakın tarihte elektrik satışında sadece aktif ve reaktif tüketimlerin ölçülmesi ile yetinilmeyip, enerjinin kalitesi ve tasarruflu kullanımı bağlamında harmonik değerleri de ölçülerek izin verilen sınırı aşan abonelere bedeli tahakkuk ettirilecektir.
Enerji iletim ve dağıtım şirketleri bu konudaki altyapı hazırlıklarını sürdürmektedirler. Aşağıdaki tabloda günümüzde geçerli olan standart değerler ve sınırlamalar görülmektedir.
Harmonikler İle İlgili Standartlar ve Sınır Değerler
IEEE-519-1992 Standartlarına göre tavisye edilen harmonik bileşenler ve THD (Toplam Harmonik Distorsiyonu) için belirlenen sinir değerlere ilişkin büyüklükler aşağıdaki gibidir.
Harmoniklerin olumsuz etkilerinden kurtulmak için kullanılan filtre uygulamaları ve filtreli kompanzasyon sistemlerini sonraki sayımızda ele almak üzere hoşçakalın.
Makale: Mehmet ERKAL -Elektrik Mühendisi- Haziran 2011 – Sektörüm Dergisi
Kompanzasyon nedir konulu içeriğimizi inceleyebilirsiniz.
