harmonikler ve eleminasyonu

HARMONKLER Harmonik Eleminasyonu

Abdullah ARDIBA 11567101 Kontrol ve Otomasyon Mhendislii Yksek Lisans stanbul, 2015

HARMONKLER- Harmonik problemlerinin balca sebebleri olarak, ebekeye direkt etki eden g elektronii elemanlar, transformatrler ve dner makinalar gsterilebilir.

- Genel olarak harmonik sorunu, elektrik sistemlerinde dorusal olmayan bileenlerin varlndan kaynakl, temel frekanstan farkl akm ve gerilim sinsoidal dalga ekillerinde srekli hal bozulmalar tespit edilmesidir.

- Sinzoidal olmayan dalga biimleri, periyodik olmakla birlikte sinzoidal dalga ile frekans ve genlii farkl dier sinzoidal dalgalarn toplamndan olumaktadr. Temel dalga dndaki sinzoidal dalgalara harmonik bileen ad verilir.

HARMONKLER- Kaynan non-sinsoidal veya ykn non-linear olmas harmonik oluum iin yeterlidir.

letme Tr Harmonik Bileenler

Kaynak Yk Gerilimde Akmda Aklama

Sinsoidal Linear Yok Yok Bu durumda harmonik bileen yoktur

Sinsoidal Non-Linear Yok Var Yk nedeniyle akmda harmonik bileen oluur

Non-Sinsoidal Linear Var Var Gerilim ve akmda ayn harmonik bileenler oluur

Non-Sinsoidal Non-Linear Var Var Ayn veya farkl harmonik bileenler bulunabilir

HARMONKLERG sistemindeki sinzoidal dalgann simetrisinden dolay 3., 5., 7.,11,.... gibi tek harmonik bileenleri bulunur. ift harmonikli bileenler bulunmaz. Temel bileen ve harmonik bileenler gsterilmitir.

Harmonik Kaynaklar

- Transformatrler

- Dner makineler

- G elektronii elemanlar

- Doru akm ile enerji nakli (HVDC)

- Statik VAR generatrleri

- Ark frnlar

- Kesintisiz g kaynaklar

- Gaz dearjl aydnlatma

- Elektronik balastlar

- Fotovoltaik sistemler

Enerji sistemlerinde harmonikler ile gerilim ve akm dalga ekillerinin bozulmas ok eitli problemlere yol amaktadr. Bunlar maddeler halinde yle verilebilir:

- Generatr ve ebeke geriliminin bozulmas

- Gerilim dmnn artmas

- Kompanzasyon tesislerinin ar reaktif yklenme ve dielektrik zorlanma nedeniyle zarar grmesi

- Enerji sistemindeki elemanlarda ve yklerde kayplarn artmas

- Senkron ve asenkron motorlarda moment salnmlarnn ve ar snmann meydana gelmesi

- Endksiyon tipi sayalarda yanl lmeler

- Uzaktan kumanda, yk kontrol v.b. yerlerde alma bozukluklar

- ebekede rezonans olaylar, rezonansn neden olduu ar gerilimler ve akmlar

- Koruma ve kontrol dzenlerinde sinyal hatalar

- zolasyon malzemesinin delinmesi

- Elektrik aygtlarnn mrnn azalmas

Enerji sistemlerinde harmonikler ile gerilim ve akm dalga ekillerinin bozulmas ok eitli problemlere yol amaktadr. Bunlar maddeler halinde yle verilebilir:

- Sesli ve grntl iletiim aralarnda parazit ve anormal alma

- Mikroilemciler zerinde hatal alma

- Elektromekanik cihazlarda ve kablolarda snma

- Makinelerde mekanik titreimler (vibrasyon)

- Ateleme devrelerinin anormal almas

- CAD/CAM terminallerinde hafzalarn silinmesi

- Elektronik kart arzalar

- G kondansatrlerinde g kayplar, delinmeler ve patlamalar

- Kompanzasyon sigortalarnda atmalar

- Kesici ve alterlerde amalar

- Rle sinyallerinin bozulmas ve anormal almas

- Enerji kayplar

HARMONKLERN SEBEP OLDUU REZONANS OLAYLARI- Harmoniklerin en byk bozucu etkilerinden biri de rezonans etkisidir. Endktif reaktansn kapasitif reaktansa eit olduu frekansa "rezonans frekans" denmektedir. Bilindii gibi g sistemlerinde frekans arttka endktif reaktans artarken; kapasitif reaktans azalmaktadr. Yani g sisteminin frekans endktif reaktansla doru orantl, kapasitif reaktans ile ters orantldr.

wL=2*pi*f*L 1/wC=1/2*pi*f*C

- Sistemin rezonans, harmonik frekanslardan birine yakn bir deerde oluursa, ar seviyede harmonik akm ve gerilimleri ortaya karacaktr. Harmonik seviyelerini etkileyen en nemli etkenlerden biri de rezonansn seri ve ya paralel rezonans durumunda olmasdr.

Seri Rezonans Durumu

Elektrik devresinde endktif ve kapasitif reaktanslarn birbirine eit olmas sonucu meydana gelir. Seri rezonans durumunda empedans dk olduundan dolay devreye dk bir gerilim uygulansa dahi devreden yksek deerde rezonans akmlar akacaktr.

Paralel Rezonans DurumuEndktif ve kapasitif reaktanslar birbirine paralel olduundan devrenin admitans deeri dktr. Yani devreden kk bi rezonans akm dahi ok byk gerilimler meydana gelmektedir. zetleyecek olursak paralel rezonans devrelerinde empedans maksimum deer alr bundan dolaydr ki devreden kk deerde bir akm gese dahi, elemanlarn u gerilimlerinde yksek genlikli ve tehlike arz eden rezonans gerilimleri meydana gelir.

Rezonansn Yapt EtkilerHarmonikler sonucu oluan rezonans, genellikle sistemde ykn az olduu zamanlarda daha fazladr. Genel olarak rezonans durumunda;

- L ve C elemanlarna ait gerilimler ykselir, ar akm geer.

- Devre elemanlarnda izolasyon zorlanmalar, kondansatrlerin dielektrik malzemelerinde delinmeler, ar snmadan dolay kalc hasarlar oluabilir.

- Harmonik gerilimlerin ykselmesi sonucu Toplam Harmonik Distorsiyon(THD) deerinin artmasyla tketicilere uygulanan gerilimin dalga ekli bozularak, enerji kalitesi olumsuz etkilenmektedir.

HARMONKLERN NEML ETKLER

Harmoniklerin Kondansatrler zerindeki Etkileri

Kondansatrler kendileri harmonik retmemelerine ramen, harmoniklerden en ok etkilenen elemanlardan biridir. Harmonik etkisi genellikle paralel bal kondansatr gruplarnda gzlenmektedir. Kondansatrler zerinde harmoniklerin oluturduu rezonans olay sonucunda oluan ar gerilim ve akmlar kondansatrlerin ar snmasna ve mrlerini ksalmasna sebep olmaktadr.


Harmoniklerin Transformatrler zerindeki Etkileri

G sistemlerinin olmazsa olmazlarndan olan transformatrler yap olarak demir ekirdee sahip bobinlerden olumaktadr. Bu bobinlerde bulunan demir ekirdeklerin mknatslanma karakteri lineer olmad iin transformatrler doyuma gitmekte ve bunun sonucunda harmonikler retmektedir.

Transformatrlerin belirlenen nominal deerinin altnda ya da stnde almas nvenin daha fazla doyuma gemesine ve harmonik akmlarnn hzl bir eki lde artmasna neden olabilmektedir.


Harmoniklerin Transformatrler zerindeki Etkileri


Harmoniklerin letim Hatlar zerindeki Etkileri

Enerji iletim hatlar denirken belirli bir empedans deeri hesaplanarak kullanlan hatlar iin bu empedans deeri baz alnmaktadr. Sistemde var olan harmonikler bu empedans deerinin artmasna neden olmaktadr. Dolaysyla empedansta oluacak bu art hem hat kayplarna neden olacak hem de hat zerindeki gerilim deerini arttrarak dielektrik zorlanmay arttracaktr.


Harmoniklerin Koruyucu Sistemler zerindeki Etkileri

Koruma elemanlar belirli bir akm ve gerilim deerleri baz alnarak imal edilmektedirler. Harmoniklerin koruyucu elemanlar zerinde yaratt en skntl durum mesafe koruma rlelerinde grlmektedir. Mesafe koruma rleleri hattn empedans deerine gre almas sz konusu olduundan frekans deeri rlenin dzgn almas iin nemli bir niceliktir. Harmoniklerin frekans bozucu etkisi direkt olarak hat empedansna etki ettiinden koruyucu sistemler dzgn almasn engellemektedir.


Harmoniklerin Dner Eleman (Motor-Generatr) zerindeki Etkileri

En byk doal harmonik reticileri generatrlerdir. Generatrler, alan ekline ve manyetik devrenin doyuma ulamasna ya da manyetik direncin deiimine bal olarak harmonik retmektedirler. Bundandr ki generatr sarglarn balan ekli harmonik sorununu ortadan kaldrmak iin ok nemlidir.

Harmonik etkisinde kalm bir dner makinada oluan harmonik momentler nedeniyle makina, titreimli ve grltl almaktadr. Ayn zamanda akm harmoniklerine maruz kalan makinalarda; artan bakr kayplar ve gerilim harmoniklerine maruz kalan makinalarda artan demir kayplar sonucu makinalarn verimi de dmektedir.

Harmoniklerin Eleminasyonu

Transformatrlerin mknatslanma zelliinden kaynaklanan ve n kat olan harmonikler u yollarla yok edilebilmektedir:

Transformatrn sarglarnn balan tarz (balanma grubu) Primeri yldz balanm sarglarda, yldz noktasnn ebekenin ntrne balanp balanmamasna, Transformatrlerde mknatslanmann serbest veya zorunlu olmasna.

Buna ramen ebekeden 5. Ve 7. Harmonikler gemeye devam eder. Bu tr harmonikler rezonansa sebep olmaktadr. Buna nlemek iin ebekedeki mknatslanma akm drlp, magnetik endksiyounu minimumda tutmaktr.

Harmoniklerin Transformatrlerdeki Eleminasyonu


Generatrn balant ekilleri de harmonik frekansnda belirleyici zellie sahip olduuna dair rnek vermek gerekirse;

Statorun sargs yldz balanmsa, ve n kat frekansl harmonikler faz gerilimlerinde bulunabildii halde fazlar aras gerilimlerde bulunmazlar.

Generatr sarglar gen bal olduu takdirde bu sarglarda n katlar frekansl bir sirklasyon akm gemektedir. Bu akm yke bal olmad halde sarglarda byk kayplara neden olmaktadr.

Yldz balanm bir generatre fazl ve dengeli bir tketici balanp; yldz noktas generatrn yldz noktasna balanmazsa, ve n kat harmonik akmlar gemez. Yldz noktas ntre balanm bir ykte ise, faz iletkenlerinden ve n kat frekansl akm, ntr zerinden de bunlarn toplam olan kat deerde akmlar geecektir.

Tm bu nedenlerden dolay, generatr sarglarnn yldz balanmas ve yldz noktasnn yaltlmas tercih edilmektedir.

Harmoniklerin Dner Elemanlardaki Eleminasyonu

Harmoniklerin EleminasyonuHarmonikleri bastrmann veya en azndan etkilerini azaltmann eitli yollar vardr.

a) Olumu harmonik akmlarn azaltma

- ok bobini:

G kaynana seri olarak 3 fazl bir ok bobini taklmaktadr (veya frekans deitirici iin DC hattna entegre edilmektedir). Hattn akm harmoniklerini (zellikle de sayca fazla olan harmonikleri) ve bylece de enversr balant noktasndaki bozulmay ve akm tketiminin RMS deerini azaltmaktadr. ok bobinini, harmonik reticisini etkilemeden takmak ve ok bobinlerini birden fazla tahrik iin kullanmak mmkndr.


-Tesisat deitirme:

1) Duyarl ykleri filtreler ile duyarl hale getirme

2) Tesisatn ksa devre gcn artrma

3) Cihazn g deerini azaltma

4) Kirletici ykleri denetim altna alma

5) Koruyucu cihazlar ve kondansatrlerin gereinden byk boyutlandrlmas


- 12 fazl dorultucu kullanma:

Burada, akmlar birletirilerek 5 ve 7 gibi dk sradaki harmonikler ebeke tarafndan ortadan kaldrlmaktadr (genellikle byk genliklerden dolay en fazla kesintiyi bunlar yaratmaktadr). Bu zm bir trafo ile iki sekonder sarm (yldz ve gen) gerektirmektedir ve sadece 12k1 sayl harmonikleri retmektedir.


- 12 fazl dorultucu kullanma:

Anti-Harmonik ok bobininin tesisat empedans zerinde etkileri

Harmoniklerin Eleminasyonub)Filtreleme

Gh/Sn > %60 olduunda uzmanlar harmonik filtresini hesaplamal ve takmaldr.

Gh: Toplam non-linear yk Sn: Datm transformatr anma gc

1) Pasif filtreleme

Bu, pasif bileenleri (endktans, kondansatr, diren) kullanarak, genlii drlecek olan frekanslara dk empedansl bir by-pass balamay gerektirmektedir. Farkl bileenleri ortadan kaldrmak iin birbirine paralel bal trdeki pasif filtreler gerekebilir.alma mant olarak; paralel kol olarak tasarlanan pasif filtre dzenei, tasarland harmoniin frekans deerinde seri rezonans oluturarak harmonik akmn sisteme zarar vermeden topraa aktarr. Harmonik filtreleri boyutlandrlrken ok dikkatli olunmaldr; kt dizayn edilmi pasif bir filtre rezonansa yol aabilir ve filtrenin montajndan nce kesintiye neden olmayan frekanslar ykseltebilir.


2) Aktif filtreleme

Bu, yk tarafndan tketilen harmoniklerin analiz edilmesiyle ykn yayd harmonikleri ntr hale getirmekten ve ayn harmonik akmn uygun fazla yeniden eski durumuna getirmekten ibarettir. Temel olarak alma mant; aktif filtre devreye baland noktadaki akm lerek, ieriindeki g elektronii devresi ile tespit ettii harmoniin tam ters iaretlisini kendi tetikleme devresi ile reterek sisteme enjekte eder.

Harmoniklerin Eleminasyonu3) Karma filtreleme

Hibrit filtre olarak da bilinen bu yntemde, gerekli reaktif gc salayan hakim harmonik (rnein 5) sras iin bir aktif filtre ve bir pasif filtre setinden ibarettir.

Teekkrler

harmonikler ve eleminasyonu

Documents