harmonikler nedenler etkiler

7/30/2019 harmonikler nedenler etkiler

1/16

2.0

100

80

60

40

20

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

Derece

Harmonik Numaras

Akm(

A)

ByklkYzdesi

0 90 180 270 360

ELEKTROLTK BAKIR SANAY VE TCARET A.fi.

Leonardo da Vinci

Education and Culture

G Kalitesi Uygulama Klavuzu


Harmo

nikler

Nedenler ve Etkiler

Harmonikler3 . 1


2/16

Nedenler EtkilerDavid Chapman

Copper Development Association

Mart 2001

Harmonikler

Trk PirelliKablo ve Sistemleri A.fi.

Nexans letiflimEndstri ve Ticaret A.fi.

Kaynak Yayn Tantm ReklamSan. ve Tic. Ltd. fiti.

Sarkuysan Elektrolitik Bakr Sanayi ve Ticaret A.fi.Elektrolitik bakr ve mamlleri retmek zere 1972 ylnda kurulmuflolan SARKUYSAN A.fi. her yl hzl bir geliflme gstererek, bugn

konusunda sahip olduu kapasitesi, teknolojisi, uluslararas standartlardaki retimi, rn yelpazesi vevasfl insan kaynaklar ile dnyann nde gelen kurulufllar arasnda yer alan bir flirket konumunaykselmifltir.

SARKUYSAN A.fi., toplam kalite felsefesi erevesinde tafld toplumsal sorumluluun bir gereiolarak, elektrik sektrnde kullanlan bakr rnlerinin bilinli kullanmna katkda bulunmak zere

Avrupa Bakr Enstits liderliinde yrtlen "Elektrik Enerjisinde Kalite Projesi" nin Trkiye koordi-natrln slenmifl bulunmaktadr.

Avrupa Bakr Enstits (ECI,European Copper Institute)

Avrupa Bakr Enstits, IWCC (International Wrought Copper Counsil)ve ICA (International Copper Association) tarafndan oluflturulan birortak giriflimdir. ECI dnyann ve Avrupann nde gelen bakr reti-

cileri adna hareket eder ve Avrupada bakr kullanmn zendirici faaliyetlerde bulunur. Ocak 1996tarihinde kurulan ECI; Benelux, Fransa, Almanya, Yunanistan, Macaristan, talya, Polanya, skandi-navya, spanya ve ngiltere olmak zere on Avrupa lkesindeki Bakr Gelifltirme Dernekleri (CDAs,

Copper Development Associations) tarafndan desteklenmektedir. Daha nce 1959 ylnda kurulanCopper Products Development Association ile 1961 ylnda kurulan International Copper ResearchAssociation (INCRA) tarafndan bafllatlan faaliyetler ECI bnyesinde devam ettirilmektedir.

Sorumluluk

Sarkuysan Elektrolitik Bakr Sanayi ve Ticaret A.fi. ve Avrupa Bakr Enstits, bu yaynda yeralan bil-gilerin veya verilerin kullanlmasndan veya yanlfl kullanlmasndan doabilecek sonulardan vehertrl olumsuzluklardan dorudan veya dolayl olarak sorumlu tutulamaz.

Basm ve yayn hakk , Sarkuysan Elektrolitik Bakr Sanayi ve Ticaret A.fi.ne aittir.

Deifliklik yaplmadan ve kaynak gsterilerek oaltlabilir.

Avrupa Bakr Enstits Trkiye Partnerleri:



3/16

Nedenler ve Etkiler

Klavuzun bu blmnde, harmo-nik akmlarn kayna ve elektrik sis-temleri zerindeki etkileri incelenmifl-tir. Etkilerin azaltlmasna iliflkin yn-temler Harmonik zmleri blmn-de verilmektedir.

Harmonik frekanslar, flebeke fre-kansnn integral katlar fleklindedir. r-nein, 50 Hz temel harmonik iin n-c harmonik 150 Hz, beflinci harmonikise 250 Hzdir. fiekil 1de temel bir sinserisi nc ve beflinci harmoniklerlebirlikte gsterilmektedir.

fiekil 2de, %70 nc harmonik ve%50 beflinci harmoniklerin ilave edildiibir flebeke grlmektedir. Dikkat edilir-se uygulamalarda karfllafllan bozulmufl

akm dalga flekilleri bu gsterilenden ok daha karmaflktr ve daha ok sayda harmonikler ile da-ha karmaflk faz iliflkileri ierirler.

Akca grld gibi bu dalga flekli bir sins erisi deildir ve dolaysyla etkin deer-kalib-reli multimetreler gibi normal l aletleri ile yaplan ve ortalama deeri gsteren lmler yan-lfl olmaktadr. Her bir devirde iki deil alt adet sfr noktas bulunur, bu nedenle referans ola-rak sfr noktasn alan cihazlarla yaplan lmler hatal sonular verecektir. Dalgaflekli, flebeke

frekansndan farkl frekanslar iermek-tedir ve deerlendirmelerin de buna g-re yaplmas gerekir.

Harmonikler akm harmonikleri ola-rak oluflur ve olumsuzluklarn ou dabu akmlarn etkisi ile ortaya kmakta-dr; bu nedenle, enerji tesislerinde har-monikler sz konusu edildiinde akmharmonikleri anlafllmaldr. Akm har-monikleri spektrumu hakknda bilgiedinmeden doru sonulara ulaflmakmmkn deildir, buna ramen toplamharmonik bozulmalarn (Total Harmo-nic Distortion-THD) gsteren rakamlarhala kullanlmaya devam edilmektedir.Bir datm sistemine yaylan harmonik

akmlar, bu akmlarn taflnmas ile ala-kas olmayan alt devrelerde gerilim har-monikleri olarak taflnrlar. llen geri-

lim ve akm deerlerinin ayr ayr net bir flekilde tanmlanarak kullanlmas son derece nemlidir.Alfllagelen flekilde; akm sapmas lmleri I sembol ile (%35 THDI gibi), gerilim sapmas l-mleri de V sembol ile (%4 THDV gibi) gsterilmektedir.

Elektrik sistemlerinde harmonik akmlarn ortaya kmas yllar ncesine dayanr. Harmonikler ilkdefa, demiryollarnn elektrikli donanm srasnda alternatif akmn doru akma evriminde kullanlancival ark redresrlerinde ve deiflken hzl DA srclerinde grlmfltr. Yakn zamanlarda, harmo-nik reten ekipmanlarn tiplerinde ve saylarnda hzl artfl olmufltur ve artfl devam edecektir. Bu ne-denle, tasarmclar ve proje uzmanlar tarafndan harmoniklerin ve yan etkilerinin zerinde nemle du-rulmas gerekmektedir.

Bu blmde, harmoniklerin neden ve nasl olufltuklar, elektrik sistem ve donanmlarn nasl etki-ledikleri ve en dflk deerlere indirilebilecekleri aklanmaktadr.

Harmonikler

1

fiekil 1- Temel harmonikle 3. ve 5. harmonikler

Temel harmonik

90 180 270 360

5. Harmonik(%50)

3. Harmonik(%70)

2

1

0

-1

-2

0

fiekil 2- Bozuk akm dalga flekli

90 180 270 360

2

1

0

-1

-2

0


4/16

Harmonikleri oluflturan donanm tipleriDorusal olmayan yklerin hepsi harmonik yk akmlar oluflturur. Bu kapsama giren ykler:

Tek fazl ykler, rnek;

Anahtarlanabilir g kaynaklar (Switched mode power supplies-SMPS)

Elektronik floresan aydnlatma balastlar Kk tip UPS (kesintisiz g kayna) niteleri

fazl ykler, rnek;

Deiflken hzl srcler

Byk tip UPS niteleri

Tek fazl yklerAnahtarlanabilir g kaynaklar (Switched mode power supplies: SMPS)Modern elektronik nitelerin ounda anahtarlanabilir g kaynaklar (SMPS) kullanlmaktadr. Mo-

dern elektronik nitelerinde, eski nitelerden farkl olarak, geleneksel indirici transformatr ve redresryerine bir kapasitr bataryasn doldurarak istenilen kfl gerilim ve akm deerlerine uygun gc re-ten bir dorultucu bulunmaktadr. Boyut, maliyet ve arlklarn nemli lde azaltlmas yannda he-men hemen istenilen her formda imal edilebilmeleri bu nitelerin avantajlar olarak ifade edilebilir.

Bu sistemlerin dezavantaj ise; elektrik kaynandan srekli akm ekmek yerine, darbeler halindebyk miktarlarda yksek frekans bi-leflenli, nc ve beflinci harmonik-ler ieren akm ekilmesidir. (baknzfiekil 3). Hatlarda ve ntr-toprak ba-lantlarndaki yksek frekans bileflen-lerini szmek zere besleme giriflindebasit bir filtre kullanlmaktadr. An-cak, girifle geri dnen harmonikakmlara karfl bu filtrenin etkinliisz konusu olmaz. Sz konusu filtre-lerdeki topraklama kaaklar (earthleakage) ile ilgili aklamalar Blm6da verilmektedir.

Tek fazl UPS niteleri, anahtarla-nabilir g kaynaklarna (SMPS) ok

yakn zellikler taflmaktadr.

Yakn zamanlarda, byk g kullanlan tesislerde dzeltilmifl g faktr konusuna gittike ar-tan bir ilgi gsterilmektedir. Yaklaflmn amac; besleme ykne diren nitelii kazandrarak girifl ak-

mn, sins erisi flekline ve uygulanan gerilim ile ayn faza getirmektir. Bu yaklaflm, girifle yerlefltiri-len bir filtre yardm ile sins erisine yakn bir flekilde ve yksek frekansl gen dalga fleklinde akmelde edilerek gereklefltirilmektedir. Bir hayli karmaflk olmas nedeniyle bu yaklaflm, endstriyel ve ti-cari tesislerin byk blmnde kullanlan nisbeten ucuz nitelere henz uygulanamamaktadr. Buteknolojinin genifl kapsaml uygulanmasndan doabilecek sorunlarn renilmesi zaman alacaktr!

Floresan aydnlatma balastlarElektronik aydnlatma balastlar, verimliliklerinin daha yksek olduu dflnlerek son yllarda yay-

gn bir flekilde kullanlmaktadr. Elektronik balastlarn verimlilii iyi kaliteli magnetik balasttan ok azdaha yksektir. Aslnda, floresan lambalarn verimlilii kullanlan elektronik balasttan deil, yksekfrekanstan kaynaklanmaktadr. Lambadaki akmn geri besleme kontrol nedeniyle flk seviyesininuzun sre devam etmesi nemli bir avantaj gibi grlmekle birlikte bu uygulama lambann toplam kul-

lanm verimliliini artrmaz, tam tersine azaltr. Akm harmoniklerinin oluflmas bu lambalarn en bykdezavantajdr. G-faktr dzeltilmifl olarak nitelenen tipler harmonik problemleri azaltlmfl gllambalardr, fakat fiyatlar daha yksektir. Kk tip lambalar ise genel olarak dzeltilmifl zelliine sa-

Nedenler Etkiler

2

fiekil 3- Tipik bir PCde harmonik sepektrumu

Harmonik numaras

100

80

Temelharmoniegre%o

larakbyklk

60

40

20

01 3 5 7 9 11 13 15 17


5/16

hip deildirler.

Tungsten filamanl lambalar yerinekullanlmak zere piyasada satlmaktaolan kompakt floresan lambalarda(CFL), 8 mm apl bklmfl bir fl-

oresan tpn kontrol eden balantkutusunun iine yerlefltirilmifl minya-tr bir balast bulunmaktadr. rnein,60 watlk bir filaman lambann yerinekullanlan 11 watlk bir CFL lambannmr yaklaflk 8000 saattir. Byle birlambann tipik harmonik akm spekt-rumu fiekil 4te gsterilmektedir. Bulambalarn meskenlerde ve zellikleotellerde yaygn olarak kullanlmasy-la birlikte ok ciddi harmonik problem-leri de ortaya kmaya bafllamfltr.

fazl yklerDeiflken hz kontrolr, UPS ni-

teleri ve DA dnfltrclerinde genel-likle -faz kpr sistemi esas alnr veDA kflnda, her bir yar periyotta (herfazn yar devir srecinde) alt darbeolduundan bu sistemler alt-darbelikpr olarak tanmlanmaktadr.

Alt darbeli kpr, altnn katlar-nn her birinde bir fazla ve bir eksik

olmak zere 6n /- 1 harmonikler re-tir. Teorik olarak, her bir harmoniingenlii harmonik numarasnn tersidir;rnein, beflinci harmonik %20, onbi-rinci harmonik %9, v.b. olacaktr.

Tipik bir alt darbeli kpr spektru-mu fiekil 6da grlmektedir.

Harmoniklerin genlii oniki-darbe-li bir kpr kullanlarak nemli ldeazaltlabilir. Bu, aralarnda 30 derecefaz fark olan bir yldz ve bir gentrasformatr sargsndan beslenen ikiadet alt-faz kpr demektir.

6n harmoniklerin ortadan kaldrl-mas teorik bazda mmkn olmaklabirlikte, uygulamada harmoniklerinnlenmesi veya hangi lde nlene-bilecei, dnfltrclerin tipik olarak20 ile 50 arasnda bir faktr kullanla-rak uygun duruma getirilmesine balolmaktadr. 12n harmoniklerde dei-fliklik olmaz. Bu flekilde, toplam har-monik akm azaltlmakta ve ayn za-manda kalan yksek harmonikler de

kolaylkla filtre edilebilmektedir.Donanm imalatlar, rnein filtre

veya flok bobinleri kullanarak harmo-

Nedenler Etkiler

3

fiekil 5- fazl veya alt darbeli kpr

Harmonik numaras

Harmonik numaras

1d

1ph

fiekil 4- Tipik bir CFL harmonik spektrumu

1 3 5 7 9 11 13 15 17

100

80

60

40

20

0Temelharmoniegre

%o

larakbyklk

fiekil 6- Tipik bir 6 darbeli kpr harmonik spektrumu

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

100

80

60

40

20

0Temelharmoniegre%o

larakby

klk


6/16

nik akm fliddetini azaltma ynndealflmalar yapmaktadrlar. Gemiflte,baz imalatlarn bu alflmalara daya-narak G5/3 standardna uyumlu do-nanmlar rettikleri bilinmektedir. An-

cak; G5/3 standard, tesisatn tmneuygulanan bir planlama standarddrve tesisatta yer alan her trl donan-ma ait bilgilere dayandrlmadkastandard uyumundan sz edilemez.

Daha ileri aflamada, faz fark 15derece olan paralel bal 12 darbeli ikinite ile darbe says 24e ykseltile-rek, toplam harmonik akm yaklaflk%4.5e kadar dflrlebilir. Oldukakarmaflk olan bu kontrol sistemininmaliyeti de yksek olacandan ancakzorunlu hallerde kullanlmas sz ko-nusudur.

Teorik esaslar harmoniklerinoluflumu

deal temiz bir sistemde akm vegerilim dalgalar sins erisi fleklinde-dir. Uygulamada, tatbik edilen gerilimile devredeki akm iliflkisi dorusal ol-mad zaman sins erisi flekline uy-mayan akmlar oluflur. Sadece doru-sal devre elemanlarnn diren, en-dktans ve kapasite - yer ald basitbir devreden geen akm ile tatbik edi-len gerilim (belirli bir frekansta) ara-snda belli bir oran vardr. Dolaysyla,tatbik edilen gerilim sins erisi flek-linde ise, fiekil 9da gsterildii gibi,devreden sins erisi fleklinde birakm geecektir. Tatbik edilen gerilimile meydana gelen akm arasndaki

iliflki yk-dorusu fleklindedir ve fiekil9da dorusal yk olarak grlmekte-dir. Grlebilecei gibi reaktif elemanieren bir devrede gerilim ve akm dal-ga flekilleri arasnda bir faz kaymasolur, g faktr dfler, fakat devredorusal olarak kalr.

fiekil 10da, tipik bir anahtarlana-bilir g kaynann girifl aflamasnabenzer flekilde, ykn basit bir tam-dalga redresr ve kapasitr olduu du-rum grlmektedir. Bu durumda; sa-

dece, tatbik edilen gerilim, kapasitebataryasndaki gerilimin zerine kt- zaman devreden akm geer, dier

Nedenler Etkiler

4

fiekil 9- Dorusal bir ykte akm dalga flekli

fiekil 7- Oniki darbeli kpr

Harmonik numaras

fiekil 8- Tipik bir 12 darbeli kpr harmonik spektrumu

1 3 5

Dalga flekli

A

A

I

Yk dorusu

V

Gerilim dalga flekli

7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Temel harmonik %100

40

20

0

Temelharmoniegre%o

larakbyklk


7/16

bir ifade ile, flekilde grld gibi gerilim,sins erisinin tepe noktasna yakn oldu-unda akm gemeye bafllayacaktr.

Uygulamada yk dorusu (ve bu du-rumda akm dalga flekli) rnekte gsterilen-

den ok daha karmaflktr; simetrisizlik,histerezis ve yke bal olarak krlma nok-talarnda ve eimlerde deifliklikler olabilir.

Herhangi bir periyodik dalga flekli, har-monik frekanslarda bir miktar sins erile-ri ile birlikte temel harmonik sins erisiflekline dnfltrlebilir. Bylece; fiekil10da grlen bozulmufl akm dalga flekli,temel harmonik yannda belli oranda ikinciharmonik art belli oranda nc harmo-nik (otuzuncu harmonie kadar) ile birliktegsterilebilir. Pozitif ve negatif yar periyot-

larda ayn flekil ve byklkte olan simet-rik dalga flekillerinde tm ift sayl harmo-nikler sfrdr. Yarm dalgal redresrlerin

yaygn olarak kullanld dnemlerde skkarfllafllan ift harmoniklere gnmzdeolduka ender rastlanlmaktadr.

Dorusal olmayan yke ait efldeer birdevre fiekil 11de gsterilmektedir. Her birharmonik frekans iin bir akm kaynaolacak flekilde ok sayda akm kaynaklarile yk paralel balanarak lineer bir ykdevresi modeli oluflturulabilir.

Ykten kaynaklanan harmonik akmla-rn -daha doru bir ifade ile; yk tarafndanflebeke akmndan harmonik akma dnfl-trlen akmlarn- kaynak empedans vetm paralel balantlardan geerek devre-nin her tarafnda dolaflmalar gerekir. Neti-cede, besleme empedansnda ve tesisatnher tarafnda harmonik gerilimler ortaya -kar. Harmonik kaynaklar zaman zamangerilim kaynaklar olarak gsterilmektedir;

flayet bu doru olsayd kaynak empedansnn kaynaktaki harmonik gerilim fliddeti zerinde hibir et-kisinin olmamas gerekirdi. Gerekte, harmonik gerilim fliddeti ile kaynak empedans arasnda (belli s-nrlar dahilinde) oransal bir iliflki mevcuttur ve kaynak, bir akm kayna niteliindedir.

Kaynak empedanslar ok dflk olduu iin harmonik akmn yol at harmonik gerilim bozulma-s da az olur ve ender durumlarda tesisteki deerin zerine kar. Ancak, bu aklama, yksek harmo-nik akmlarn gerekten mevcut olmasna ramen harmonik problemi yokmufl gibi bir yanlfl alglama-

ya yol amamaldr. Bu durum, topraa geen akmn bir voltmetre ile aranmasna benzer. Harmonik ih-timalinin sz konusu olmas, veya olmadnn dorulanmas gerektiinde akmn llmesi flarttr.

Harmoniklerin yol at problemlerHarmonik akmlar hem besleme sisteminde ve hem de tesisatta problemler yaratr. Etkiler ve -

zmler farkl olup ayr ayr ele alnmas gerekir; harmoniklerin tesisat iindeki etkilerinin kontrolaltna alnmasna dnk nlemler, besleme sistemindeki bozukluklara karfl etkin olmayabilir ve

bunun tersi de dorudur.

Nedenler Etkiler

5

fiekil 11- Dorusal olmayan yk efldeer devresi

fiekil 10- Dorusal olmayan ykte akm dalga flekli

Akm dalga flekli

Yk dorusu

Gerilim dalga flekli

VA

Kaynak empedans

I 3. I 5. I 7.

Tesisat

Dorusalykempedans

Besleme

V~

A


8/16

Tesisat iindeki harmonik problemlerHarmoniklerin neden olduu problem alanlar:

Harmonik akmlarn neden olduu problemler:

ntrlerin aflr yklenmesi

transformatrlerin aflr snmas devre kesicilerde istenilmeyen alma (nuisance tripping)

g faktr dzeltme kapasitrlerinde aflr gerilim

deri olay Harmonik gerilimlerin neden olduu problemler:

gerilim bozulmas

asenkron motorlar

sfr-kesme grlts Harmonik akmlar besleme sistemine ulafltnda ortaya kan problemler

Bu alanlar ayr ayr afladaki Blmlerde zet olarak incelenmifltir.

Harmonik akmlarn neden olduu problemler

Ntr iletkende aflr snma-fazl bir sistemde gerilim dalga flekli her bir fazdan ntr yldz noktasna 120lik a deiflimi ya-

par ve her faz eflit olarak yklendiinde ntrdeki akm bileflkesi sfr olur. Fazlar dengeli olarak yklen-medii takdirde ntrden sadece denge dfl kadar net akm geer. Eskiden, tesisatlar (standardlara da-yanarak) yarm-lde ntr iletken kullanarak bu olgudan avantaj salyorlard. Ancak, flebeke akmlar-nn birbirini dengelemesine ramen harmonik akmlar birbirini dengelememekte ve hatta temel har-moniin katnn tek sayl arpanlar olan harmonik akmlar l-N harmonikleri halinde ntrde bir-leflmektedir. Bu etki fiekil 12de grlmektedir. Diyagramn st ksmndaki faz akmlarnn aralklar120dir. Her fazn nc harmonii, frekansn kat ve bir peryodun te biri olacak flekilde birbirinin

benzeridir. Etkin olan nc harmonik ntr akm diyagramn en altnda gsterilmifltir. Bu durumda, herfazdaki %70 nc harmonik akm ntrde %210 fleklinde bir akm olarak sonulanmaktadr.

Nedenler Etkiler

6

fiekil 12- Ntrde birleflen l N akmlar

Faz 1

Faz 1 3. harmonik

Faz 2 3. harmonik

Faz 3 3. harmonik

3. harmonik ntr akm

0 120 240 360 480 600 720

Faz 2 Faz 3


9/16

Ticari binalarda yaplan durum arafltrmalar, yarm-ldeki iletkenlerde, genel olarak ntr akmla-rn, faz akmlarnn %150 ile %210u arasnda olduunu gstermifltir.

Proje tasarmclarnn bu konu ile ilgili yaklaflmlarnda baz karflklklar vardr. Tek-damarl kablo-larn kullanld durumlarda getirilecek en basit zm, ya iki ayr iletkenden veya iki kat lde geniflkesitli tek bir iletkenden oluflan bir ntr kullanmaktr. ok-damarl kablolarn kullanlmas durumunda

zm bu kadar kolay olmaz. ok-damarl kablo seilirken (rnein, IEC 60364-5-523 Tablo 52 ve BS7671 Ek 4de verildii gibi) ykn dengeli olduu ve ntr iletkenin akm taflmayaca kabul edilir, di-er bir ifade ile drt veya befl damardan sadece tanesinin akm taflyaca ve sadece bunlarda snmameydana gelecei kabul edilir. Bir kablonun akm taflma kapasitesinin, izin verilen en yksek scaklk-ta kablonun tolere edebilecei s miktarna gre belirlenmesi nedeniyle l-N akmlar taflyan kablola-rn tekrar llendirilmesi gerekir. Yukarda verilen rnekteki kablo, fazlarda ve ntrde iki olmak ze-re befl birim akm taflmaktadr, halbuki seim birim zerinden yaplmfltr. Dolaysyla bu kablonun

seiminde, kapasitenin (iletecei akmnanma deerinin) yaklaflk %60 dikka-te alnarak tekrar hesap yaplmaldr.

Bir l-N kablo iin, harmonikakmlar nedeniyle tavsiye edilen seim

faktrleri IEC 60364-5-523 Ek Cde ve-rilmektedir. Yukarda belirtilen termalyntem ve IEC 60364-5-523 Ek Cdekitanmlamaya gre, l-N harmonikierii ile kablo seim faktr iliflkisifiekil 13te gsterilmifltir.

Konunun yasal erevesi halen tar-tfllmakta olup bir ksm yeni gereksi-nim ve yardmc bilgilerin yakn za-manda ulusal tesisat standardlar kap-samna alnmas beklenmektedir.

Transformatrlerdeki etkilerTransformatrler harmoniklerden

iki flekilde etkilenir. Birincisi, girdap akm kayplardr, normal olarak tam ykte %10 olan kayplar har-monik numarasnn karesi ile orantl olarak artar. Uygulamada, IT donanmlarn besleyen tam ykte-ki bir transformatrn toplam kayplar, efldeerdeki dorusal yklerin beslenmesinde meydana gelentoplam kayplardan iki kat daha fazladr. Bu durum ok daha yksek alflma scakl ve daha ksa birmrle sonulanr. Hatta, szkonusu flartlar altnda alflan bir transformatrn yaklaflk 40 yl civarn-da olan kullanm mr 40 gne dflebilir! Neyseki, tam ykte alflan transformatr ok azdr, yine detesis seiminde bu konunun dikkate alnmas son derece nemlidir.

kinci etki l-N harmonikleri ile ilgilidir. l-N harmonikleri gen sargya geldiklerinde hepsi ay-n fazda olduklar iin sarg iinde dolanrlar, etkin bir flekilde absorbe olmufllardr ve besleme devresineulaflmazlar. Bu nedenle, gen sargl transformatrler izole zellikli transformatrler olarak yararldr.

Ancak, l-N zellii taflmayan dier tm harmonikler iin durum farkldr, bunlar devreye yaylrlar.Transformatrlerin anma deerlerinin belirlenmesinde, sirklasyon akmlarnn dikkate alnmas gerekir.

Harmonik akmlar asndan transformatrlerin anma deer belirleme konusu Klavuzun daha son-raki bir blmnde ayrntl olarak ele alnmfltr.

Devre kesicilerinde istenilmeyen almalarArtk miknatsiyet akm devre kesicileri (Residual current circuit breakers: RCCB), faz ve ntr ilet-

kenlerdeki akmlar toplayarak sonucun anma deerinin zerine kmas halinde harekete geerek g-c ykten ayrrlar. Harmoniklerin mevcut olduu sistemlerde istenilmeyen devre almalar iki neden-den kaynaklanr. Birincisi; elektromekanik olarak alflan bir RCCB cihaznda yksek frekansl bileflen-lerin hatal toplanmas halinde cihaz devreyi kesebilir. kincisi; harmonik reten bir cihaz ayn zaman-da grlt retir ve bu sesin cihazn g kayna ile balant noktasnda filtre edilmesi gerekir. Bu mak-

satla kullanlan filtrelerde normal olarak faz ve ntrden topraa bal bir kondansatr bulunur ve birmiktar akm topraa geer. Topraa kaan bu akmn, standartlara gre 3.5mAden az olmas gerekir

ve genellikle de ok daha dflktr. Sz konusu cihazn baflka bir devreye bal olmas halinde kaak

Nedenler Etkiler

7

fiekil 13- l N harnomikleri iin kablo anma deeri yenilenmesi

1.0

0.8

Termal

IEC

0.6

0.40 10 20 30 40 50

3. harmonik, %

60 70

Kabloanmadeeriyeni

lemefaktr


10/16

akm miktar yeterli dzeye ykselerekRCCByi aabilir. Bu sorunun en kolayzm, her biri daha az ykleri besle-

yen daha ok sayda devreler kullan-maktr. Yksek topraklama akmlar ile

ilgili problemler bu Klavuzun ileri birblmnde ayrntl olarak incelenmifltir.

Minyatr devre kesicilerindeki (Mini-ature circuit breakers: MCB) istenilme-yen devre almalar genellikle, harmo-nik akmlar hesaba katmadan yaplanakm hesaplamalar veya basit lmlernedeniyle gerekte devrelerden daha faz-la akm getii iin ortaya kmaktadr.Portatif l aletlerinin ou gerek etkindeerleri lmez ve sins erisi fleklindeolmayan akmlar %40 daha farkl gste-rebilirler. Gerek etkin deer lmlerikonusu Blm 3.2.2de verilmektedir.

G faktr dzeltmekondansatrlerinin aflr yklenmesi

Endksiyon motorlar gibi endktifykler tarafndan ekilen geri fazl (lag-ging) akm dengelemek iin ileri fazl(leading) faz asnda akm ekmek ze-re g faktr dzeltme (PFC) kondan-satrleri kullanlmaktadr. fiekil 14tePFC kondansatrl dorusal olmayan

ykteki bir efldeer devre grlmektedir.Frekans ykseldike PFC kondansatrempedans dflmekte, genellikle endktifolan kaynak empedans ykselmektedir.Dolaysyla, kondansatrn ok yksekharmonik akmlar taflmas kanlmaz-dr ve tasarmda harmonikler iin zelnlemler alnmamflsa olumsuz sonularortaya kabilir.

ok daha ciddi potansiyel bir prob-lem ise; kondansatr ile besleme siste-mindeki kaak empedansn, harmonik

frekanslarn birinde veya birine yaknolarak rezonansa gemesidir (pek tabii-ki, bu olay 100 Hz aralklarda meydanagelecektir). Byle bir durumda, kapasitrsisteminin kmesine yol aabilecek ka-dar yksek gerilim ve akmlar oluflabilir.

Devreye, bileflimi en kk harmo-nikte endktif olacak flekilde, bir endk-tans ile kondansatr balanarak rezo-nans nlenebilir. Bu flekilde, kondansa-trden geebilecek harmonik akm da s-nrlanmfl olur. Endktrn fiziksel bo-

yutlar, zellikle dflk dzeydeki har-moniklerin mevcut olmas halinde prob-lem oluflturabilir.

Nedenler Etkiler

8

fiekil 16- Dorusal ve dorusal olmayan yklerin ayrm

fiekil 14- PFC kapasitrl dorusal olmayanyke ait efldeer devre

Kaynak empedans

I 3. I 5. I 7.I 3. + I 5. +

PFC

I 7.

Tesisat

Dorusalolmayanyk

Ortakbirleflmenoktas

Besleme gerilimidalga flekli

Kabloempedans

Kabloempedans

Kabloempedans

Dorusal yk

Dorusal ykeuygulanan gerilimin

dalga flekli

Dorusal olmayan ykeuygulanan gerilim

dalga flekli

Dorusalykteki

akm

Ykakm

Dorusa

lykempedans

Besleme

V~

fiekil 15- Dorusal olmayan yknneden olduu gerilim bozulmas

Kaynak empedans

Besleme Dorusal yk

Besleme gerilimidalga flekli

Yke uygulanangerilimin dalga flekli

Dorusal yktekiakm

Ykakm

Dorusal olmayan yk


11/16

Deri olayAlternatif akm, iletkenlerin dfl yzeyinden geme eilimindedir. Yzey etkisi olarak bilinen bu

zellik yksek frekanslarda daha belirgin olarak kendini gsterir. G besleme frekanslarnda yzeyetkisi ok zayf olduundan normal olarak ihmal edilmektedir, fakat frekans yaklaflk 350 Hz zeri-ne ktnda (yedinci harmonik ve st) nemli olmaya bafllar, daha fazla kayp ve snmaya neden

olur. Harmonik akmlarn mevcut olduu durumlarda tasarmclarn deri olayn dikkate almalar vebuna gre kablo deerlendirmeleri yapmalar gerekmektedir. Problemin nlenmesine yardmc olmakzere ok damarl kablolar veya izole edilmifl baralar kullanlabilir. Harmonik frekanslarda baralarntesbit dzenlerinde mekanik rezonans meydana gelmemesi iin tasarmclarn bu konu zerindenemle durmalar gerekir. Bu konularla ilgili tasarm klavuzu, CDA Publication 22de Copper forBusbars olarak verilmektedir.

Harmonik gerilimlerin yol at problemlerBesleme sisteminin kaynak empedans olmas nedeniyle harmonik yk akmlar, gerilim dalga flek-

lindeki harmonik gerilim bozulmalarnn artmasna neden olur (dz tepe oluflmasnn kayna da bu-dur). Burada empedansn iki eleman bulunmaktadr; bunlardan biri ortak birleflme noktasndan (pointof common coupling: PCC) gelen dahili kablo devresine aittir, dieri ise ortak birleflme noktasnda bulu-

nan beslemeye ait eleman, yani lokal besleme transformatrdr. Birincisi fiekil 15te gsterilmektedir.Dorusal olmayan ykn ektii bozulmufl akm, kablo empedansnda bozulmufl bir gerilim dfl-

m meydana getirir. Ortaya kan bozulmufl gerilim dalga flekli ayn devreye bal dorusal olanlar da-hil dier yklerin hepsine yaylmakta ve sistemde harmonik akmlarn dolaflmasna neden olmaktadr.

zm iin, fiekil 16da gsterildii gibi, harmonik reten ykleri besleyen devrelerin, harmonikle-re karfl hassas olan yklerin beslendii devrelerden ayrlmas gerekir. Burada, ortak birleflme nokta-sndan gelen ayr ayr devreler dorusal ve dorusal olmayan ykleri beslemekte, dolaysyla dorusalolmayan ykn yol at gerilim bozulmas dorusal yk devresini etkilememektedir.

Enerji kesilmesi halinde bir UPS veya bir yedek generatr devreye girdii zaman elektrik kayna-na ait empedanstan kaynaklanan gerilim bozulma fliddetinin ok daha byk olaca gz nnde tu-tulmaldr.

Transformatr seiminde kfl empedansnn yeteri kadar dflk tutulmasna ve kapasitesinin faz-la snmalara karfl daha byk seilmesine dikkat edilmelidir. Transformatr tasarm ve seimi konu-sunda bir nemli nokta da soutma ile ilgilidir; cebri soutma etkisine dayanarak transformatr kapa-sitesinin yksek tutulmas doru bir yaklaflm deildir, aksi takdirde transformatrdeki i snma dahafazla olacak ve servis mr azalacaktr. Cebri soutma sadece acil durumlarda kullanlmal, transforma-trn normal faaliyeti srasnda cebri soutma yaplmamaldr.

Asenkron motorlarHarmonik gerilim bozulmas, transformatrlerde olduu gibi motorlarda da girdap akm kayplar-

nn ykselmesine neden olur. Ayrca, statorda oluflan harmonik alanlar ilave kayplarn meydana gel-mesine yol aar ve bu alanlarn herbiri motoru ileri veya geri farkl hzda dnmeye zorlar. Kayplarn

ykselmesinin dier bir nedeni de rotorda oluflan yksek frekansl akmlardr.

Harmonik gerilim bozulmasnn mevcut olduu durumlarda ilave kayplar gz nne almak zereanma deerleri yeniden belirlenmelidir.

Sfrlama sorunuElektronik kontrolrlerin birounda gerilimin sfr volt olduu an tesbit edilerek sistemin devreye

alnmas salanmaktadr. Bunun nedeni, sfr gerilimde endktif yklerin devreye alnmas srasndageici etkilerin (transients) oluflmamasdr. Bu flekilde, elektromagnetik grlt, bozucu etki (EMI) ve

yar iletken anahtarlama aygtlarndaki zorlanmalar azaltlabilmektedir. Besleme devresinde harmonik-lerin ve geici etkilerin mevcut olmas halinde sfrlama srasnda gerilim deiflmesi hzlanmakta, sfr-lamann tesbiti zorlaflmakta ve hatal operasyonlar meydana gelmektedir. Herbir yarm periyottaki ge-rilim sfrlamas birden fazla olabilir.

Besleme devresini etkileyen harmonik problemlerBesleme devresinden harmonik akm ekilmesi halinde akm ve kaynak empedans ile orantl ola-rak ortak birleflme noktasnda (PCC) harmonik gerilim dflmnde bir artfl meydana gelir. Genel ola-

Nedenler Etkiler

9


12/16

rak besleme devresi endktif zellik tafldndan frekans ykseldike kaynak empedans da ykselir.Doal olarak, sistemden beslenen baflka kullanclarn ektii harmonik akmlar ve bu kullanclara aittransformatrlerin de etkisi ile PCC noktasndaki gerilimde bozulma meydana gelecektir, dier bir ifadeile herbir kullancdan kaynaklanan ilave bir katk sz konusudur.

Kullanclarn sistemi kirletmelerine ve birbirlerine zarar verecek etki yaratmalarna izin verilmesi

dflnlemez, bu nedenle lkelerin ounda elektrik datm yapan kurulufllar ekilecek harmonikakm miktarn snrlayan kurallar koymufllardr. Bu kodlarn birounda, yakn zamanda G5/4 (2001)ile deifltirilen ve 1995 ylnda yaymlanmfl olan UK Electricity Associationn G5/3 kodu esas alnmfl-tr. Bu standard, Klavuzun baflka bir yerinde ayrntl olarak tartfllmfltr.

Harmonikleriazaltc nlemlerHarmonik akm fliddetini kontrol al-

tna almak iin gelifltirilen nlemler buKlavuzun daha sonraki blmlerindeayrntl olarak tartfllmfltr. Bu blm-de, konu guruplar halinde zet olarak

verilmektedir. Harmonik azaltma yn-temleri genel olarak gruba ayrlr; pa-sif filtreler, izolasyon ve harmonik azal-tc transformatrler ve aktif zmler.Her yaklaflmn avantaj ve dezavantajla-r olup ideal tek bir zm sz konusudeildir. Uygun olmayan ve etkinliktenuzak bir zm iin masraf yapmak ko-laydr; esas olan genifl kapsaml birarafltrma yapmaktr. Bu amaca uygunaralar Klavuzun ilgili blmlerinde ta-nmlanmfltr.

Pasif filtrelerPasif filtreler, harmonik akmlar iin

dflk empredansl devreler olarak kul-lanlrlar, harmonik akmlar beslemesisteminde deil filtre iinde dolaflmak-tadr (fiekil 17). htiyalar dorultusun-da tek bir harmonik iin veya genifl birharmonik band aral iin filtre tasar-m yaplabilir.

Baz hallerde, fiekil 18de grld- gibi, besleme sistemine geri dnebi-lecek akm orann azaltmak zere da-ha ok sayda seri empedanslarn kul-lanld komplike filtrelere ihtiya du-yulabilir.

Zaman zaman, faz veya ntrde seriolarak balanan durdurucu filtrelerinkullanlmas dflnlebilir. Seri balfiltrede, harmonik akmlarn kontrol al-tnda tutulaca ayr bir devre yerineharmonik akmlarn bloke edilmesiamalanmfltr ve filtredeki harmonik

gerilim dflm yksektir. Bu harmo-nik gerilim, besleme devresinin yk ta-rafnda kendini gsterir. Besleme geri-

Nedenler Etkiler

10

fiekil 17- Pasif harmonik flnt filtre

fiekil 19- Yldz gen izolasyon transformatr

Kaynak empedans

I 3. I 5. I 7.fint filtre(band geiren)

Ih

Tesisat

Dorusalykempedans

Besleme

V~

YkBeslemeI3

fiekil 18- Pasif seri ve flnt filtreler

Seri filtre(band geirmeyen)

Kaynak

empedans

I 3. I 5. I 7.

fint filtre(band geiren)

Ih

Tesisat

Dorusalykempedans

Besleme

V~


13/16

limi, nemli lde bozulmaya urad iin cihaz, tasarm ve garanti standardlarnda belirtilen de-erlerin dflndadr. Baz cihazlar bu bozulmaya karfl nisbeten duyarsz, bazlar ise ok duyarldr.Seri filtreler zel durumlarda faydal olabilir, uygulamalarn dikkatli yaplmas gerekir, genel maksat-l bir zm iin nerilemez.

zolasyon transformatrleriDaha nce ifade edildii gibi, l-N akmlar transformatrlerin gen sarglarnda dolanrlar ve

transformatr imalatlar veya tasarmclar asndan bir problem (ki fazladan bir yk olarak her za-man gz nnde tutulmalar gerekir) olan bu zellik, l-N harmoniklerin besleme devresine yaylma-sn nledii iin sistem tasarmclar asndan bir avantaj niteliindedir.

l-N harmoniklerinin beslemedevresinden izole edilmesi iin zik-zaksargl bir transformatr de kullanlabi-lir. Zik-zak transformatrler, sarglararas zel faz iliflkisi olan yldz balan-tl oto transformatrler olup sarglarbesleme sistemi ile flnt balantldr.

Aktif filtrelerYukarda ifade edilen zmler sa-

dece belli harmoniklere uygulanr; izo-lasyon transformatrleri sadece l-Nharmonikleri iin, pasif filtreler ise ken-di tasarmndaki harmonik frekans iingeerlidir. Baz tesisatlarn ierdii har-

monikler yeterli derecede belirgin deildir. rnein, IT tesisatlarnn ounda cihazlarn nicelikleri vebulunduklar yerler ve dolaysyla harmonik kltr srekli deiflmektedir. Uygun bir zm aktif filt-re veya aktif flartlandrcdr.

fiekil 20de gsterildii gibi, aktif filtre bir flnt cihazdr. Bir akm transformatr, yk akmndakiharmonik miktarn ler ve bir akm generatrn kontrol ederek bir sonraki devirde sisteme geri bes-lenen akmn aynsnn retilmesini salar. Harmonik akm aktif flartlandrc tarafndan retildii iinbesleme devresinden sadece temel akm gemektedir. Uygulamada, harmonik akm fliddeti %90 orann-da azaltlmakta ve harmonik frekanslardaki kaynak empedans azald iin gerilim bozulmas da azal-mfl olmaktadr.

SonuYaklaflk tm modern elektrik ve elektronik donanmlar anahtarlanabilir g kayna (SMPS) ve-

ya belli bir g kontrol nitesi ve dolaysyla da dorusal olmayan bir yk ihtiva ederler. Dorusalykler nisbeten azdr ve parlak filamanl ampller ile kontrolsz stclar ifade edilebilecek belli bafl-l rneklerdir.

Bu Klavuzun ileri bir blmnde belirtilmifl bulunan donanm standardlar, PCler gibi elektronikcihazlarn rettii harmonik kirlenmelerin nlenmesi asndan, bugne kadar henz etkin olarak y-rrle konulmufl deildir. Endstriyel ve ticari alanlarda karfllafllan harmonik problemlerin kaynaolan bu tr cihazlarn yaratt sorunlar devam etmektedir.

Yaptrmlar ile desteklenmifl gl standardlar olmadan kullanmlar gittike yaygnlaflan bu cihaz-larn yaratt harmonik kirlenmeler de artmaya devam edecektir. fl dnyas iin risk kayna olan bukonunun

- yksek tasarm uygulamalar yaplarak,

- doru seilmifl elektrik cihazlar kullanarak,

- uygun bakm prosedrleri gelifltirilerek

- gerekli yatrmlar yaplarak

kontrol altnda tutulmas ve iyilefltirilmesi gerekmektedir.

Nedenler Etkiler

11

fiekil 20- Aktif harmonik flartlandrc

Kaynakempedans

Temel akm Yk akm

I 3. I 5. I 7.Ih

Itemel Iyk

Tesisat

Aktifflartlandrc

Dorusalyk

empedans

Ha

rmonikakm

Besleme

V~


14/16

Notlar

12


15/16

BenelksCupper BeneluxAvenue de Tervueren 168

B-1150 BrusselsBelgiumTel: 00 32 2 777 7090Faks: 00 32 2 777 7099e-mail: [email protected]

Web-sitesi: www.copperbenelux.orgrtibat: Mr. Dme-Direktr

FransaCentre dInformation du Cuivre et Laitons

30 Avenue de MessineF-75008 ParisTel: 00 33 1 42 25 25 67Faks: 00 33 1 49 53 03 82e-mail: [email protected]

Web sitesi: www.cuivre.orgrtibat: Mr. P Blazy - Direktr

AlmanyaDeutsches Kupfer-Institut e.VAm Bonneshof 5

D-40474 DusseldorfTel: 00 49 211 4796 300Faks: 00 49 211 4796 310e-mail: [email protected]

Web sitesi: www.kupferinstitut.dertibat: Dr. W Seitz - Direktr

YunanistanHellinic Copper Development Institute74 L Riankour StrGR-115 23 AtinaTel: 00 30 1 690 4406-7Faks: 00 30 1 690 4463e-mail: [email protected]: Mr D Simopoulos- Direktr

RomanyaHungarian Copper Promotion CentreOctober 6 u 7H- 1241 BudapeflteTel: 00 36 1 266 6793, 317 2421

Faks: 00 36 1 266 6794e-mail: [email protected]: Mrs M Sipos - Direktr

talyaIstituto Italiano del Rame

Via Corradino DAscanio 1

-20142 MilanoTel: 00 39 02 89301330Faks: 00 39 02 89301513e-mail: [email protected]

Web sitesi: www.iir.itrtibat: Mr V Loconsolo - Direktr

PolonyaPolish Copper Promotion Centre SAPl. 1 Maja 1-2

PL-50-136 WroclawTel: 00 48 71 78 12 502, 78 12 383Faks: 00 48 71 78 12 504e-mail: [email protected]: Mr P Juarsz - Direktr

skandinavyaScandinavian Copper Development AssociationKopparbergsvgen 28S-72188 Vsters sveTel: 00 46 21 19 86 20

Faks: 00 46 21 19 80 35e-mail: [email protected]

Web sitesi: www.scda.comrtibat: Mrs M Sundberg - Direktr

spanyaCentro Espanol de Informacion del CobrePrincesa 79 E-28008 MadridTel: 00 34 91 544 8451Faks: 00 34 91 544 8884e-mail: [email protected]: Mr D J Segura - Genel Direktr

ngiltereCopper Development Association

Verulam Industrial Estate224 London Road St AlbansHertfordshire AL1 1AQTel: 00 44 1727 731200Faks: 00 44 1727 731216e-mail: [email protected]

Web sitesi: www.cda.org.uk & www.brass.orgrtibat: Mrs A Vessey - Mdr

Avrupa Bakr Merkezleri


16/16

David Chapman

Copper Development Association

European Copper InstituteAvenue de Tervueren 168B-1150 BrusselsBelgium

Tel: 00 32 2 777 7090Faks: 00 32 2 777 7099e-mail: mail@copperbenelux org

Merkez: Sarkuysan fl Mrk. Okumusa Cad.No:1 80020 Beyolu - stanbul

Direk Tel.: (262) 653 27 58Tel.: (212) 252 60 00 (20 Hat)Faks: (212) 251 23 04e-mail: [email protected]: www.sarkuysan.com

Fabrika: Osmangazi Tren stasyonu Yanayrova 41401 Gebze - Kocaeli

Tel.: (262) 653 45 07 (4 Hat)Tel.: (262) 653 26 04 (3 Hat)Tel.: (262) 653 27 52 (4 Hat)Faks: (262) 653 55 12


harmonikler nedenler etkiler

Documents