GÜÇ KALİTESİ MİLLİ PROJESİ
Yrd. Doç. Dr. Oktay ARIKAN 2. HARMONİKLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.1  Harmoniklerin Tanımı, Ortaya Çıkışı ve Harmoniklerle İlgili Kavramlar   Harmonikler ,  ak ı m ve gerilimin, temel fre...
2.1.1. Harmonikler Nasıl Oluşur?   Sinüsoidal fonksiyon   Sinüsoidal ak ı m ı n ani değeri, Çeşitli non-sinüsoidal fonksiy...
Nonsinüsoidal ak ı m Fourier serisi ile  Yükün ak ı m-gerilim karakteristiği lineer (doğrusal) ise bu tip yüklere  lineer ...
(a) Faz Fark ı  Yok   (b) Faz Fark ı  Var Lineer Yükün ak ı m-gerilim dalga  ş ekilleri   Lineer yükün akım ve gerilimi si...
Yükün akım-gerilim karakteristiği lineer değil ise bu yüke  non-lineer yük  denir  Şebekede harmoniklerin kaynağ ı  non-li...
Sinüsoidal gerilim uygulanan bir Non-lineer yük  non-sinüsoidal ak ı m  çeker ve   harmonik üretir.  Enerji Kalitesi ve Ha...
Harmonik üreten elemanlar nedeniyle şebeke geriliminin bozulmas ı  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.1.2. Harmoniklerle İlgili Kavramlar  Gerilimin Ani Değeri Gerilimin EFEKTİF DEĞERİ  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.1.2. Harmoniklerle İlgili Kavramlar  Akımın Ani Değeri Akımın EFEKTİF DEĞERİ  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.1.2. Harmoniklerle İlgili Kavramlar  Aktif Güç Görünür   Güç D :  Distorsiyon Gücü Ani Değerler Enerji Kalitesi ve Harmo...
Harmoniklerin olmad ı ğ ı  durumda distorsiyon gücü D=0 olur. Tam kompanzasyon yapılarak reaktif güç Q=0 değerine indirile...
Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD)   ( Toplam Harmonik Bozulması)   Gerilim için: Akım için: Enerji Kalitesi ve Harmonikle...
Toplam Harmonik Distorsiyonu ( THD )   Tekil Harmonik Distorsiyonu Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Toplam Talep Distorsiyonu (TTD)   I L  yük taraf ı ndan, besleme sisteminin ortak bağlant ı  noktas ı ndan çekilen, temel ...
Transformatör K – Faktörü 500 kVA’nın altındaki transformatörler için tanımlanmıştır.    K-faktörü harmonik akımlar mevcut...
UL standartları 1561; Kuru Tip Genel Maksat ve Güç Transformatörleri için standart 1562; Kuru Tip 600 Volt üstü dağıtım tr...
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Harmonikli Durumda Güç Faktörü Nonsinüsoidal  gerilim ve akımın efektif değeri,  Harmonik distorsiyonu nedeniyle güç faktö...
2.2. Harmonik Kaynakları             Konverterler,           Yüksek gerilim ile enerji iletim (HVDC) sistemleri,       ...
2.2.1. Konverterler   Transformatörün yıldız/yıldız bağlı olması halinde  Üç fazlı 6-darbeli konverter (Yarı kontrollu doğ...
Transformatörün yıldız/yıldız bağlı olması halinde  Transformatörün yıldız/üçgen bağlı olması  12 darbeli konverterde ikis...
Üç fazlı 12 darbeli konverter (Yarı kontrollu doğrultucu) a) Bağlantı şeması b) Hat akımı dalga şekli   (a) (b) 12 darbeli...
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.2.2. Transformatörler   Transformatörler  mıknatıslanma eğrisinin lineer olmaması nedeniyle harmonik üretir  Transformat...
2.2. 3  Ark Fırınları   Ark fırınlarının empedansı dengesiz olup, akımı aşırı distorsiyonludur ve ark direnci çok hızlı de...
Bir ark fırını akımının ergitme (a) ve tasfiye (b) aşamalarında frekans dağılımı   2,3,4 ve 5 mertebesindeki akım harmonik...
2 . 2 . 4  Gaz Deşarjı Prensibi ile Çalışan Aydınlatma Elemanları   Fluoresant lambaların 3.harmonik akımları   nötr hattı...
2 . 2 . 5 . Fotovoltaik Sistemler   Doğru akım üretirler, içindeki DC/AC dönüştürücü harmonik kaynağıdır.  Fotovoltaik ene...
2 . 2 . 7 . Elektronik Balastlar  ve Kompakt Fluoresant Lambalar   THD i = %144   Kompakt fluoresant lamba akımı Enerji Ka...
2.3. Harmoniklerin Meydana Getirdikleri Etkiler          Elektrik güç sistemi elemanlarında ve yüklerde ek kayıpların oluş...
2.3.1 Harmoniklerin  Direnç Üzerindeki Etkisi   Deri etkisi (Skin Effect) nedeniyle direnç artar.  için   için   R 0  doğr...
2.3.2.Harmoniklerin  Reaktanslar Üzerindeki Etkisi   Endüktif Reaktans   <ul><li>Temel bileşen  </li></ul><ul><li>n. harmo...
Devre Elemanlar ı n ı n Frekans Bağ ı ml ı  E ş de ğ erleri   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.3.3. Harmoniklerin Kayıplara Etkisi   Bak ı r Kay ı plar ı   Akımın efektif değeri  Güç kaybı  Harmonikler nedeniyle  ek...
Güç kayıplarının THD I  ile değişimi (I 1 , R=sabit)   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Demir kayıpları   <ul><li>Histerizis kayıpları frekans (f) ile ve gerilimin karesi  ile orantılı artar.   </li></ul><ul><l...
2.3.4. Harmoniklerin Motorlar Üzerindeki Etkisi   <ul><li>Aşırı akım nedeniyle kayıpların artması  </li></ul><ul><li>Momen...
2.3.6. Harmoniklerin Enerji İletim Sistemi Üzerindeki Etkisi  temel bileşen (50 Hz) için  n. harmonik için  <ul><li>Güç ka...
2.3.7. Harmoniklerin Devre Kesicilere ve Sigortalara Etkisi  2.3.8. Harmoniklerin Güç Faktörüne Etkisi  GF=P/S   <ul><li>Ş...
2.3.9. Harmoniklerin Koruma Rölelerine  Etkisi  <ul><li>Rölelerin çalışma karakteristiklerinde değişme </li></ul><ul><li>H...
2.3.9. Harmoniklerin Koruma Rölelerine  Etkisi  İndüksiyon diskli elektromekanik   ters zamanlı aşırı akım rölesi Elektron...
2.3.11 Harmoniklerin Elektronik Elemanlar Üzerindeki Etkisi  Harmonik distorsiyon, gerilimin sıfır geçişlerini kaydırabili...
Harmonik akımları   n=1., 4., 7., 10., 13., ..  pozitif bileşen harmonikleri (faz sırası a-b-c)  n=2., 5., 8., 11., 14., 1...
n=3., 6., 9., 12., 15., .... sıfır bileşen harmonikleri  Harmonik dereceleri ve bunların sequence tipleri   Dengeli şebeke...
sinüsoidal akım  (Dengeli sistem) (Nötr hattından akım akmaz.)   sinüsoidal akım  (Dengesiz sistem) ( Nötr hattından akım ...
Dengeli nonsinüsoidal akım (Nötr hattından üç fazın 3.harmonik akımlarının toplamı akar.)   Enerji Kalitesi ve Harmonikler...
3. Harmonik nedeniyle nötr hattının aşırı yüklenmesi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Nötr hattının 3. harmonik bileşenlerle yüklenmesi   3. harmonik bileşenlerin nötrde toplanması ile bu nötr hattı aşırı yük...
3. Harmonik Filtresi Nötr hattına seri bağlanır, L-C elemanlarından oluşan bir paralel rezonans devresidir. Enerji Kalites...
2.4. Harmonikler ve Transformatörler   (a)  (b)  (c) Demir çekirdekli bir bobinin, a) Uygulanan gerilim,   b) Mıknatıslanm...
2.4.1 Tranformatörlerin  Darbe  Akımı Harmonikleri   Gerilim kesilince oluşan artık akı  sebebiyle transformatör ilk devre...
Darbe akımı harmonik bileşenlerin zamanla değişimi   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.4.2. Transformatör Bağlama Grupları ve Harmonikler  Üç ve üçün katı harmonik bileşenlerin dışındaki diğer harmonik bileş...
Ttransformatörler ; -        primeri ve sekonderi nasıl bağlanırsa bağlansın, -        primer ve sekonderin yıldız noktası...
2.5. HARMONİKLERİN KOMPANZASYON TESİSLERİ ÜZERİNE ETKİSİ   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.5. HARMONİKLERİN KOMPANZASYON TESİSLERİ ÜZERİNE ETKİSİ   Bir elektrik sisteminde harmonik bileşenlerin varlığını ilk hab...
2.5.1. Aşırı Gerilim   Harmonikli durumda  Gerilim yükselir,  IEEE-519’a göre gerilim distorsiyonu sınırı %5’dir.   TS 804...
2.5.3. Aşırı Reaktif Yük  2.5.4. Rezonans Oluşumu   Şebeke endüktansı ve kondansatörler arasında rezonans devresi oluşur. ...
A Barasına göre   S T  : Nominal transformatör gücü  Q C  :Kondansatör gücü  u k  : Trf. Bağıl kısa devre gerilimi   rezon...
Örnek:   S K =20 MVA ve  Q C =750 kVAr ise  Sistemde 5. harmonik frekansında rezonans meydana gelecektir.  Kademeli kompan...
2.5.5. Kondansatörlerin Harmonik Distorsiyonuna Etkisi   Kompanzasyon devreye girdiği zaman yük akımının dalga şekli daha ...
Kompanzasyonun THD i ’ye etkisi   KOMPANZASYON DEVRE DIŞI KOMPANZASYON DEVREDE I 5 % 2 I 5 % 16 THD i % 2,5 THD i % 18 K-F...
KOMPANZASYON DEVRE DIŞI KOMPANZASYON DEVREDE I 5 % 12 I 5 % 150 THD i % 14 THD i % 152 K-Faktörü 1,53 K-Faktörü 32,4 Enerj...
2.6 . 1 . Elk. Enerji Sistemlerin de   Rezonans Oluşumu Seri rezonans devresi  Paralel rezonans devresi Seri rezonans devr...
<ul><li>Seri rezonans devresi bir akım kaynağı ile besleniyorsa, rezonans halinde Z=R olması sebebiyle devrenin gerilimi m...
Pratikte  Elektrik enerji sistemlerinde seri rezonans, A.G ve O.G şebekelerinde bir güç transformatörü ile reaktif güç kom...
-  Örnek seri rezonans devresi ve Frekansa göre eşdeğer empedansın değişimi   (5 .harmonik civarında  (270 Hz) empedans mi...
2.6.2. Güç Sisteminde Seri Rezonans Oluşmasına Örnekler Seri rezonansın oluşması  Seri rezonansın oluşması  Enerji Kalites...
Enerji sistemlerinde en etkili rezonans problemleri harmoniklerin mevcut olması durumunda ve paralel rezonans devrelerinde...
Paralel Rezonans Devresi Elektrik enerji sistemlerinde sistem endüktansı (L s ) ile sistem kapasitesi (C s ) veya yüke ait...
Harmonikler genelikle bir akım kaynağı olarak modellenir.  D evrede kaynak bir akım kaynağı ise, rezonans durumunda;   P a...
Bir devrede L, C elemanlarından oluşan birden fazla kolun olması durumunda farklı frekanslarda devre seri ve paralel rezon...
Reaktif güç kontrol rölesi ile kontrol edilen kademeli kompanzasyon tesislerinde herbir kademedeki kapasite değeri için ay...
paralel rezonans olayında ölçülen akım değerleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.6.3. Güç Sisteminde Paralel Rezonansın Oluşumuna Örnekler Nonlineer yükün kompanzasyonu  Nonlineer yük ve kompanzasyon s...
2.6.4. Harmonikler Nedeniyle Rezonans Oluşumu için Sayısal Örnek <ul><li>Enerji sistemlerinde rezonans problemleri genelli...
<ul><li>Deri etkisi nedeniyle direnç değerindeki artış ihmal edilebilir. </li></ul><ul><li>h. harmonik için endüktif reakt...
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Harmonik analizi sonuçları: Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
<ul><li>Sonuçların Değerlendirilmesi: </li></ul><ul><li>Kondansatörün 13.harmonik akımı nominal akımının 6-7  katına </li>...
Çok baralı sistemlerde rezonans oluşma riski sistemin frekansa bağlı empedans değişimi ile incelenebilir. Empedansın belir...
<ul><li>Kurulu bir tesiste harmoniklerin belirlenmesi </li></ul><ul><li>Kurulu bir tesiste harmonik seviyesini belirlemeni...
2.7.  HARMONİKLERİN SINIRLANDIRILMASI VE HARMONİK STANDARTLARI   2.7.1.  Harmonikle Bozulmanın Ölçütü   Standartlarda harm...
2.7.2. Harmonik Standartları   Çeşitli ülkelerin harmonik standartları Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Konutlarla ilgili (a) alçak ve (b) orta gerilim şebekeleri için  EN 50160  harmonik distorsiyon limitleri   Alçak Gerilim ...
Orta gerilim şebekeleri için  EN 50160  harmonik distorsiyon limitleri Orta Gerilim Şebekesi (1kV < U < 35kV) Tek Harmonik...
IEEE 519-1992 ’nin  Gerilim için  Harmonik Distorsiyon Sınırları   <ul><li>Transformatör akımındaki harmonikler IEEE C 57....
Harmonik üreten elemanlar nedeniyle şebeke geriliminin bozulmas ı  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
IEEE 519-1992  ’nin genel dağıtım sistemlerine ait  akım için  harmonik distorsiyon sınırları   U n     69kV I K  /I L n...
69    U n    161kV    20 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5 20-50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0 50-100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0 1...
2.7.3. Türkiye’de Harmonik Bozulmalarla İlgili Sınırlandırmalar   EPDK (Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu)’nun19 Şubat 2003...
20 - 154 kV  arası iletim sisteminde kabul edilebilir  harmonik gerilim  seviyeleri   EPDK tarafından hazırlanan  ELEKTRİK...
EPDK tarafından hazırlanan  ELEKTRİK PİYASASI ŞEBEKE YÖNETMELİĞİ ’ne göre   380 kV  iletim sisteminde kabul edilebilir  ha...
<ul><li>Akım harmonikleri ile ilgili sınırlandırmalar: </li></ul><ul><li>EPDK tarafından hazırlanan  ve 10.11.2004 tarihli...
Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
GÜÇ KALİTESİ MİLLİ PROJESİ  KAPSAMINDA YAPILAN MOBİL HARMONİK ÖLÇÜMLERİNDEN  ÖRNEKLER   TEİAŞ  KONYA-4 TM  380/154 kV  OTO...
Ölçüm yapılan sistemin tek hat şeması  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
KONYA-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3,  7 GÜNLÜK, Primer Akımı Gerçek-RMS Değişimi  OTOTRANSFORMATÖRÜN  380 kV  TARAFIN...
Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
KONYA-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri , 7 günlük,  Primer Akımı (3., 5., 7. ve 9). Harmonik Bileşenleri   (3 sa...
Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri , 7 günlük,  Primer Akımı   Toplam Talep Bozulumu (TTD) ( 3 saniyelik ort...
EPDK tarafından hazırlanan  ELEKTRİK PİYASASI ŞEBEKE YÖNETMELİĞİ ’ne göre   380 kV  iletim sisteminde kabul edilebilir  ha...
Konya-4 TM  380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri, 7  günlük ,   Fazlar Arası Gerilim 5. Harmonik Bileşeni   (3 saniyelik ...
Konya-4 TM  380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri, 7  günlük ,   Fazlar Arası Gerilim  Toplam Harmonik Bozulumu   (  THDv ...
KONYA-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3  Sekonderi  , 7 günlük,  Sekonder Akımı (3., 5., 7. ve 9). Harmonik Bileşenleri  ...
Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3  Sekonderi  , 7 günlük,  Sekonder Akımı   Toplam Talep Bozulumu (TTD) ( 3 saniyel...
Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI OTOTRANSFORMATÖRÜN  154 kV  TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Konya-4 TM  380/154 kV Ototransformatör-3  Sekonderi , 7  günlük ,   Fazlar Arası Gerilim  Toplam Harmonik Bozulumu   (  T...
2.8. HARMONİK FİLTRELERİ   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.8.2. Pasif Filtreler   Tek ayarlı filtre Q=30….60  Q=X r  / R    Q: Kalite  faktörü   İkinci mertebe sönümlü filtre   Q=...
Devrede seri filtrenin kullanımı   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Şönt Filtreler Temel frekansta reaktif güç kompanzasyonu harmonik frekanslarında filtreleme yaparlar. Harmonik akımlarına ...
Filtre bağlandıktan sonra nonlineer yük barasındaki gerilim,   olacaktır.  <ul><li>  </li></ul><ul><ul><li>Filtrenin güç s...
Tek ayarlı filtreler Düşük empedans veya kısa devre oluşturarak ayarlanan yalnız bir frekanstaki harmonik akımının bastırı...
<ul><li>Çift Ayarlı Filtreler   </li></ul><ul><li>iki ayrı frekansa ayarlı olup ayarlandıkları frekanslarda düşük  empedan...
2.8.2.2.1. Tek Ayarlı Şönt Filtre ile İlgili Bağıntılar   Rezonans frekansı :  f=50 Hz temel frekans olmak üzere  ile hesa...
Örnek :  Filtre reaktör faktörü %7 olan bir filtrenin rezonans frekansı nedir?   Örnek : 210 Hz’lik filtre için p=?   p=%5...
2.8.2.2.2. Tek Ayarlı Şönt Filtre Çeşitleri   Uygulamada tek ayarlı pasif filtreler rezonans frekanslarının herhangi bir h...
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
189 Hz  Detuned Filtrenin empedans grafiği  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
189 Hz  Detuned Filtrenin empedans grafiği  Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.  Ayarlı Filtreler (Tuned Filtreler)   Harmonik distorsiyonunun yüksek olduğu yerlerde kullanılırlar. Harmonik frekansla...
3 kollu (245 Hz, 345 Hz ve 545 Hz) Tuned Filtrenin Empedans-Frekans grafiği   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Bir Tuned filtrede ölçülmüş değerler   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
2.8.2.3. Sönümlü Filtreler   Yüksek dereceli harmonik bileşenlerini (örneğin 17 ve üzeri) filtrelemek için kullanıldığında...
2.8.3. Aktif Filtreler   Aktif filtreler nonlineer yük tarafından üretilen ve şebekeye enjekte edilen harmonik akımlarını ...
Aktif filtrenin devreye bağlanması   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Aktif filtreyi oluşturan temel elemanlar   Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Aktif filtreleri harmonik giderme işlemini devreye iki şekilde bağlanarak sağlarlar. Bu bakımdan aktif filtreler seri ve ş...
Aktif filtre ile pasif filtrenin karşılaştırılması   Konu PASİF FİLTRE AKTİF FİLTRE Filtrenin ayarlandığı frekans Bir veya...
2.8.4.  Filtre Hesabı <ul><li>Harmonik üreten yükün meydana getirdiği harmonik akım spektrumu, </li></ul><ul><li>İzin veri...
2.8.4.1.  Tek ayarlı filtrenin tasarım eşitlikleri   Filtrenin ayarlı olduğu rezonans frekansı,  Filtre temel frekansta ko...
Filtrenin her bir kolundaki C r  değeri belirlendiği için n harmonik mertebesi olmak üzere endüktif reaktansın rezonans fr...
ÖRNEK  (Düşük Ayarlı (Detuned) Pasif  Filtre Hesap Örneği) <ul><li>Trafonun 400 V barasından çekilen güç 1200 kW,  cos  =...
1.  Filtrenin rezonans frekansının belirlenmesi <ul><ul><li>Tesiste etkin olan harmonik 5. harmoniktir.  5. harmonik freka...
2.  Kondansatör Gücü, Gerilimi ve Rezonans Frekansının Hesaplanması <ul><ul><li>Filtrenin gücü yükün reaktif güç ihtiyacın...
Filtreli kompanzasyon tesisinin vermesi gereken reaktif güç, Rezonans frekansı 210 Hz olduğuna göre filtre reaktör faktörü...
Nominal kondansatör gerilimleri:   400V – 440V – 480V – 525V – 600V – 660V 440V yeterli gibi görünse de şebeke geriliminde...
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
Enerji Kalitesi ve Harmonikler Semineri Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI Filtre kondansatörü ile ilgili değerlerin IEEE Stand...
Yrd. Doç. Dr. Oktay ARIKAN Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik - Elektronik Fakültesi Elektrik Mühendisliği Bölümü TEŞEKKÜ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Tei̇aş harmonikler 02.11.2009

4,090 views

Published on

Published in: Technology, Business
1 Comment
4 Likes
Statistics
Notes
  • tHANK YOU FOR HELP
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
No Downloads
Views
Total views
4,090
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
15
Actions
Shares
0
Downloads
344
Comments
1
Likes
4
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Tei̇aş harmonikler 02.11.2009

  1. 1. GÜÇ KALİTESİ MİLLİ PROJESİ
  2. 2. Yrd. Doç. Dr. Oktay ARIKAN 2. HARMONİKLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  3. 3. 2.1 Harmoniklerin Tanımı, Ortaya Çıkışı ve Harmoniklerle İlgili Kavramlar Harmonikler , ak ı m ve gerilimin, temel frekans ı n (50 Hz) tam kat ı frekansl ı (150 Hz, 250 Hz, 350 Hz, ... ) bile ş enleri olarak tan ı mlanabilir. Nonsinüsoidal ak ı m için temel bile ş en ve harmonik bile ş enleri 650 Hz 13 550 Hz 11 350 Hz 7 250 Hz 5 150 Hz 3 50 Hz 1 Frekans n Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  4. 4. 2.1.1. Harmonikler Nasıl Oluşur? Sinüsoidal fonksiyon Sinüsoidal ak ı m ı n ani değeri, Çeşitli non-sinüsoidal fonksiyon örnekleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  5. 5. Nonsinüsoidal ak ı m Fourier serisi ile Yükün ak ı m-gerilim karakteristiği lineer (doğrusal) ise bu tip yüklere lineer yük ad ı verilir. Gerilim sinüsoidal yük lineer ise harmonik olu ş maz . Lineer Yükün V-I karakteristiği Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  6. 6. (a) Faz Fark ı Yok (b) Faz Fark ı Var Lineer Yükün ak ı m-gerilim dalga ş ekilleri Lineer yükün akım ve gerilimi sinüsoidaldir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  7. 7. Yükün akım-gerilim karakteristiği lineer değil ise bu yüke non-lineer yük denir Şebekede harmoniklerin kaynağ ı non-lineer yüklerdir. Non-lineer Yükün V-I karakteristiği (a) Faz Fark ı Yok (b) Faz Fark ı Var   Non-lineer Yükün ak ı m-gerilim dalga ş ekilleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  8. 8. Sinüsoidal gerilim uygulanan bir Non-lineer yük non-sinüsoidal ak ı m çeker ve harmonik üretir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  9. 9. Harmonik üreten elemanlar nedeniyle şebeke geriliminin bozulmas ı Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  10. 10. 2.1.2. Harmoniklerle İlgili Kavramlar Gerilimin Ani Değeri Gerilimin EFEKTİF DEĞERİ Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  11. 11. 2.1.2. Harmoniklerle İlgili Kavramlar Akımın Ani Değeri Akımın EFEKTİF DEĞERİ Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  12. 12. 2.1.2. Harmoniklerle İlgili Kavramlar Aktif Güç Görünür Güç D : Distorsiyon Gücü Ani Değerler Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  13. 13. Harmoniklerin olmad ı ğ ı durumda distorsiyon gücü D=0 olur. Tam kompanzasyon yapılarak reaktif güç Q=0 değerine indirilebilir S=P olur böylece güç faktörü PF=1 yap ı labilir. Ancak sistemde harmonikler var ise mutlaka distorsiyon gücü de vardır (D≠ 0 ) kompanzasyon yap ı lsa bile S>P olur. Bu nedenle harmonikli sistemlerde güç faktörü 1 yap ı lamaz ( G F≠1), Reaktif güç Temel bileşen (50 Hz) için Görünür güç Güç Faktörü Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  14. 14. Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD) ( Toplam Harmonik Bozulması) Gerilim için: Akım için: Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  15. 15. Toplam Harmonik Distorsiyonu ( THD ) Tekil Harmonik Distorsiyonu Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  16. 16. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  17. 17. Toplam Talep Distorsiyonu (TTD) I L yük taraf ı ndan, besleme sisteminin ortak bağlant ı noktas ı ndan çekilen, temel frekansl ı en yüksek ak ı md ı r. On iki ay öncesinden ba ş lanarak hesaplaman ı n yap ı laca ğı ana kadar olan süre zarf ı nda yük taraf ı ndan talep edilen maksimum ak ı mlar ı n ortalamas ı olara k hesaplan ı r. TTD kavram ı IEEE ‘Standard 519’ uygulamas ı nda özellikle belirtilmi ş tir. Şekil (Form) Faktörü   k f = Efektif De ğe r / Ortalama De ğ e r   Bozulmu ş sinüsoidal bir dalgan ı ın bozulma ölçütünü verir.   sinüsoidal bir dalga için, k f =1.11 Tepe (Crest) Faktörü   Tepe Faktörü = Tepe Değer / Temel Bileşenin Efektif Değeri Sinüsoidal bir dalga için bu değer, ’dir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  18. 18. Transformatör K – Faktörü 500 kVA’nın altındaki transformatörler için tanımlanmıştır.   K-faktörü harmonik akımlar mevcut olduğu zaman standart transformatörlerin yüklenme kapasitesindeki azalma miktarlarını hesaplamak için kullanılır. Standart transformatörün anma değerindeki düşümünün hesaplanmasında, IEEE C57.110-1986’da D, transformatör gücündeki azalma. Harmonikli akımla yüklenen transformatörün verebileceği en büyük güç değeri,  S H = D.S N Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  19. 19. UL standartları 1561; Kuru Tip Genel Maksat ve Güç Transformatörleri için standart 1562; Kuru Tip 600 Volt üstü dağıtım transformatörleri için, harmonik içeriği %5’ten yüksek olan yüklerde standart transformatör kullanımını sınırlandırmıştır. UL standartlarına göre standart K-faktörü oranları K 1 4 9 13 20 30 40 50 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  20. 20. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  21. 21. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  22. 22. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  23. 23. Harmonikli Durumda Güç Faktörü Nonsinüsoidal gerilim ve akımın efektif değeri, Harmonik distorsiyonu nedeniyle güç faktörü azalır Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  24. 24. 2.2. Harmonik Kaynakları          Konverterler,          Yüksek gerilim ile enerji iletim (HVDC) sistemleri,          Motor sürücü devreleri          Ark fırınları,          Kaynak makinaları,          Elektrik makinaları (Transformatörler, Generatörler, Motorlar)          Statik VAr kompanzatörler,          Gaz deşarj prensibi ile çalışan aydınlatma elemanları,          Fotovoltaik sistemler,          Bilgisayarlar,          Elektronik balastlar,          Kesintisiz güç kaynakları,          Anahtarlamalı güç kaynakları Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  25. 25. 2.2.1. Konverterler Transformatörün yıldız/yıldız bağlı olması halinde Üç fazlı 6-darbeli konverter (Yarı kontrollu doğrultucu) Transformatörün yıldız/üçgen bağlı olması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  26. 26. Transformatörün yıldız/yıldız bağlı olması halinde Transformatörün yıldız/üçgen bağlı olması 12 darbeli konverterde ikisinin toplanması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  27. 27. Üç fazlı 12 darbeli konverter (Yarı kontrollu doğrultucu) a) Bağlantı şeması b) Hat akımı dalga şekli (a) (b) 12 darbeli konverter Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  28. 28. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  29. 29. 2.2.2. Transformatörler Transformatörler mıknatıslanma eğrisinin lineer olmaması nedeniyle harmonik üretir Transformatörün mıknatıslanma eğrisi Bir dağıtım transformatörünün harmonik spektrumu I n : n.harmonik akımı I  : Mıknatıslanma akımı Transformatörün mıknatıslanma akımı ve harmonik spektrumu Harmonik Derecesi (n) 3 50 5 20 7 5 9 2.6 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  30. 30. 2.2. 3 Ark Fırınları Ark fırınlarının empedansı dengesiz olup, akımı aşırı distorsiyonludur ve ark direnci çok hızlı değişim gösterir. Harmonik spektrumu çok geniştir, çift harmonikler de üretir. Bir ark fırını akımının değişimi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  31. 31. Bir ark fırını akımının ergitme (a) ve tasfiye (b) aşamalarında frekans dağılımı 2,3,4 ve 5 mertebesindeki akım harmoniklerinin temel bileşen akımının yaklaşık %2’si ile %4’ü arasında ve 6,7,...,10 mertebesindeki akım harmoniklerinin ise temel bileşen akımının yaklaşık %0.4’ü ile %1.3’ü arasında dağılım gösterdiği de tespit edilmiştir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  32. 32. 2 . 2 . 4 Gaz Deşarjı Prensibi ile Çalışan Aydınlatma Elemanları Fluoresant lambaların 3.harmonik akımları nötr hattının aşırı yüklenmesine neden olur.. Bir fluoresant lambanın akımının zamana göre değişimi (a) ve akımına ait harmonik spektrumu (b) Tablo : Magnetik balastlı bir fluoresant lamba akımının harmonik spektrumu   Harmonik (n)   1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21   100   19.9 7.4 3.2 2.4 1.8 0.8 0.4 0.1 0.2 0.1 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  33. 33. 2 . 2 . 5 . Fotovoltaik Sistemler Doğru akım üretirler, içindeki DC/AC dönüştürücü harmonik kaynağıdır. Fotovoltaik enerji üretimi blok şeması 2 . 2 . 6 . Bilgisayarlar Gerilim distorsiyonuna ve nötr hattının 3.harmonikle yüklenmesine neden olurlar. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  34. 34. 2 . 2 . 7 . Elektronik Balastlar ve Kompakt Fluoresant Lambalar THD i = %144 Kompakt fluoresant lamba akımı Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  35. 35. 2.3. Harmoniklerin Meydana Getirdikleri Etkiler       Elektrik güç sistemi elemanlarında ve yüklerde ek kayıpların oluşması,        Gerilim düşümünün artması,        Reaktif güç kondansatörlerinin aşırı yüklenmeleri ve hasar görmeleri        Asenkron motorlarda moment salınımların oluşması nedeniyle aşırı ısınmalar,        Koruma rölelerinin hatalı çalışmaları,        Ölçü aletlerinin hatalı çalışması        İzolasyon malzemesinin zorlanması ve delinmesi,        Rezonans olayları nedeniyle aşırı gerilim veya akımların oluşması,        Mikroişlemcilerin hatalı çalışması,     Harmoniklerden kaynaklanan gürültü nedeniyle kontrol sistemlerinin hatalı işletimi, Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  36. 36. 2.3.1 Harmoniklerin Direnç Üzerindeki Etkisi Deri etkisi (Skin Effect) nedeniyle direnç artar. için için R 0 doğru akım direnci R H : Harmonikler nedeniyle direnç artışı R 1 : 50 Hz’deki direnç R=R 1 +R H Omik direncin frekansla artması (Skin-effect ) a) Sinüsoidal akımlı durum, b) Nonsinüsoidal akımlı durum. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  37. 37. 2.3.2.Harmoniklerin Reaktanslar Üzerindeki Etkisi Endüktif Reaktans <ul><li>Temel bileşen </li></ul><ul><li>n. harmonik </li></ul>Kapasitif Reaktans <ul><li>Temel bileşen </li></ul><ul><li>n. harmonik </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  38. 38. Devre Elemanlar ı n ı n Frekans Bağ ı ml ı E ş de ğ erleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  39. 39. 2.3.3. Harmoniklerin Kayıplara Etkisi Bak ı r Kay ı plar ı Akımın efektif değeri Güç kaybı Harmonikler nedeniyle ek kayıplar oluşur. Akıma bağlı kayıplar Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  40. 40. Güç kayıplarının THD I ile değişimi (I 1 , R=sabit) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  41. 41. Demir kayıpları <ul><li>Histerizis kayıpları frekans (f) ile ve gerilimin karesi ile orantılı artar. </li></ul><ul><li>Fuko kayıpları frekansın karesi ve gerilimin karesi ile orantılı artar. </li></ul>Harmonikler nedeniyle demir kayıpları artar Dielektrik kayıpları   Dielektrik kayıp faktörü   Kondansatörün dielektrik kayıpları Gerilime bağlı kayıplar Harmonikler nedeniyle dielektrik kayıpları artar . Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  42. 42. 2.3.4. Harmoniklerin Motorlar Üzerindeki Etkisi <ul><li>Aşırı akım nedeniyle kayıpların artması </li></ul><ul><li>Moment salınımları nedeniyle gürültülü çalışma </li></ul><ul><li>Motor ömrünün azalması </li></ul>2.3.5. Harmoniklerin Transformatörler Üzerindeki Etkisi <ul><li>Akım harmonikleri nedeniyle bakır kayıplarının artması </li></ul><ul><li>Gerilim harmonikleri nedeniyle demir kayıplarının artması </li></ul><ul><li>Aşırı ısınma </li></ul><ul><li>Aşırı ısınma </li></ul><ul><li>Transformatör ömrünün azalması </li></ul><ul><li>Rezonans olayları </li></ul><ul><li>Harmonikli yüklerde nominal gücün azalması (K-Faktör) </li></ul><ul><li>3. harmonikle ilgili problemler </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  43. 43. 2.3.6. Harmoniklerin Enerji İletim Sistemi Üzerindeki Etkisi temel bileşen (50 Hz) için n. harmonik için <ul><li>Güç kayıpları artar </li></ul><ul><li>Gerilim düşümü artar </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  44. 44. 2.3.7. Harmoniklerin Devre Kesicilere ve Sigortalara Etkisi 2.3.8. Harmoniklerin Güç Faktörüne Etkisi GF=P/S <ul><li>Şalter ve kesicilerin hatalı açması </li></ul><ul><li>Sigortaların hatalı açması </li></ul><ul><li>Güç faktörü değeri düşer </li></ul>Sinüsoidal gerilimde, yük nonlineer ise, Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  45. 45. 2.3.9. Harmoniklerin Koruma Rölelerine Etkisi <ul><li>Rölelerin çalışma karakteristiklerinde değişme </li></ul><ul><li>Hatalı açma (trip) sinyali verme </li></ul>3. Harmonik akımı nedeniyle toprak rölesinin hatalı çalışması Mod 0 : sinüsoidal Mod 1 : THDi=%30 Mod 2 : THDi=%40 Mod 3 : THDi=%60 Mod 4 : THDi=%70 Mod 5 : THDi=%85 Harmoniklerin bir indüksiyon diskli elektromekanik röle karakteristiğine etkisi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  46. 46. 2.3.9. Harmoniklerin Koruma Rölelerine Etkisi İndüksiyon diskli elektromekanik ters zamanlı aşırı akım rölesi Elektronik (Statik) ters zamanlı aşırı akım rölesi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  47. 47. 2.3.11 Harmoniklerin Elektronik Elemanlar Üzerindeki Etkisi Harmonik distorsiyon, gerilimin sıfır geçişlerini kaydırabilir. Elektronik devre elemanlarının çoğu bu durumdan etkilenir. Sıfır geçiş noktasının kayması elektronik kontrol devrelerinin hatalı çalışmasına yol açar. Triyak, tristör gibi güç elektroniği elemanlarının harmonikler sebebiyle ateşlenme anları değişebilir. 2.3.12 Harmonik ve Üçün Katı Mertebesindeki Harmoniklerin Oluşturduğu Problemler Dengeli sistemde a,b,c fazlarının temel bileşen akımları, Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  48. 48. Harmonik akımları n=1., 4., 7., 10., 13., .. pozitif bileşen harmonikleri (faz sırası a-b-c) n=2., 5., 8., 11., 14., 17., .. negatif bileşen harmonikleri (faz sırası a- c-b ) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  49. 49. n=3., 6., 9., 12., 15., .... sıfır bileşen harmonikleri Harmonik dereceleri ve bunların sequence tipleri Dengeli şebeke ve yük koşulları altında üç faz akımının 3. harmonik bileşenleri birbirine eşittir. Bu nedenle,nötr hattından üç faz akımının toplamı geçtiği için dengeli sistemde bir fazdan geçen 3. harmonik akımının 3 katı nötr hattından geçer. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  50. 50. sinüsoidal akım (Dengeli sistem) (Nötr hattından akım akmaz.) sinüsoidal akım (Dengesiz sistem) ( Nötr hattından akım akar .) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  51. 51. Dengeli nonsinüsoidal akım (Nötr hattından üç fazın 3.harmonik akımlarının toplamı akar.) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  52. 52. 3. Harmonik nedeniyle nötr hattının aşırı yüklenmesi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  53. 53. Nötr hattının 3. harmonik bileşenlerle yüklenmesi 3. harmonik bileşenlerin nötrde toplanması ile bu nötr hattı aşırı yüklenir. Nötr akımının efektif değeri, faz akımının efektif değerinin 1,7 katına kadar çıkabilir. Nötr iletkenleri faz iletkenleri ile aynı kesitte olsa bile bu durumda nötr iletkeni aşırı yüklenebilir. Bu sorun en çok, 3-fazlı dağıtım sisteminin tek fazlı büyük yükleri beslediği ticari binalarda rastlanmaktadır. Söz konusu soruna karşı alınan en yaygın önlem, nötr iletkenini faz iletkenlerinin iki katı büyüklüğündeki kesitlerde yapmaktır . Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  54. 54. 3. Harmonik Filtresi Nötr hattına seri bağlanır, L-C elemanlarından oluşan bir paralel rezonans devresidir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  55. 55. 2.4. Harmonikler ve Transformatörler (a) (b) (c) Demir çekirdekli bir bobinin, a) Uygulanan gerilim, b) Mıknatıslanma karakteristiği, c) Akısı Şebeke gerilimi yükselirse veya transformatör yüksüz çalışırsa gerilim yükselir doyma artar transformatör harmonikleri yükselir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  56. 56. 2.4.1 Tranformatörlerin Darbe Akımı Harmonikleri Gerilim kesilince oluşan artık akı sebebiyle transformatör ilk devreye girdiğinde darbe akımı oluşur. I  5-10 pu değerine çıkar. 5 MVA’lık transformatörün inrush akımı Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  57. 57. Darbe akımı harmonik bileşenlerin zamanla değişimi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  58. 58. 2.4.2. Transformatör Bağlama Grupları ve Harmonikler Üç ve üçün katı harmonik bileşenlerin dışındaki diğer harmonik bileşen akımlarının (5., 7., 11., 13., ...) aralarındaki 120 0 ’lik faz farkı nedeniyle yıldız noktasında toplamları (a) (b) (a) Yıldız/yıldız bağlı ve (b) yıldız/üçgen bağlı transformatörlerde üç ve üçün katı harmonik akımlarının yönü Transformatörün yıldız-topraklı / yıldız-topraklı bağlı olması halinde üç ve üçün katı harmonikler şebekeye geçer. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  59. 59. Ttransformatörler ; -        primeri ve sekonderi nasıl bağlanırsa bağlansın, -        primer ve sekonderin yıldız noktası nötre bağlansın veya bağlanmasın, -        çekirdek tipi nasıl olursa olsun  şşebekelerden 5,7,11,13 harmoniklerini daima çekerler.   Ş eb ekelerde 3. ve 3’ün katı harmonikleri önlemek için, nonlineer yükün bulunduğu taraftaki sargı yıldız, şebeke tarafındaki sargı üçgen bağlanır.   Nnonlineer yük dengesiz ise transformatör bağlantısı ne olursa olsun üç ve üçün katı harmonik akımları dengesizlik sebebiyle şebekeye geçer. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  60. 60. 2.5. HARMONİKLERİN KOMPANZASYON TESİSLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  61. 61. 2.5. HARMONİKLERİN KOMPANZASYON TESİSLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Bir elektrik sisteminde harmonik bileşenlerin varlığını ilk haber veren elemanlar genelde kondansatörlerdir. Nonlineer yüklerle harmonikli gerilimin oluşması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  62. 62. 2.5.1. Aşırı Gerilim Harmonikli durumda Gerilim yükselir, IEEE-519’a göre gerilim distorsiyonu sınırı %5’dir. TS 804’e göre kondansatörler geçici rejimler dışında nominal anma geriliminin 1,1 katına kadar dayanabilmelidir . 2.5.2. Aşırı Akım n. harmonik bileşenine ait kondansatör akımı, Kondansatör akımının efektif değeri TS 804’e göre I<1,3I N olmalıdır. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  63. 63. 2.5.3. Aşırı Reaktif Yük 2.5.4. Rezonans Oluşumu Şebeke endüktansı ve kondansatörler arasında rezonans devresi oluşur. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  64. 64. A Barasına göre S T : Nominal transformatör gücü Q C :Kondansatör gücü u k : Trf. Bağıl kısa devre gerilimi   rezonans frekansına ait harmonik mertebesi, eşitliği ile belirlenebilir . B Barasına göre S K : Kondansatör grubunun bulunduğu noktadaki kısa devre gücü Q C :Kondansatör gücü rezonans frekansına ait harmonik mertebesi, Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  65. 65. Örnek: S K =20 MVA ve Q C =750 kVAr ise Sistemde 5. harmonik frekansında rezonans meydana gelecektir. Kademeli kompanzasyonda her kademede Q C değişeceğinden her kademe için farklı harmonik frekanslarında rezonans oluşabilir, bu durumun incelenmesi gerekir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  66. 66. 2.5.5. Kondansatörlerin Harmonik Distorsiyonuna Etkisi Kompanzasyon devreye girdiği zaman yük akımının dalga şekli daha çok bozulur, baradaki geriliminin harmonik bileşenleri yükselir, kondansatörler aşırı akım ve aşırı gerilime maruz kalır. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  67. 67. Kompanzasyonun THD i ’ye etkisi KOMPANZASYON DEVRE DIŞI KOMPANZASYON DEVREDE I 5 % 2 I 5 % 16 THD i % 2,5 THD i % 18 K-Faktörü 1,05 K-Faktörü 1,6 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  68. 68. KOMPANZASYON DEVRE DIŞI KOMPANZASYON DEVREDE I 5 % 12 I 5 % 150 THD i % 14 THD i % 152 K-Faktörü 1,53 K-Faktörü 32,4 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  69. 69. 2.6 . 1 . Elk. Enerji Sistemlerin de Rezonans Oluşumu Seri rezonans devresi Paralel rezonans devresi Seri rezonans devresi Rezonans durumunda X L =X C olduğu için Z=R olur. Empedans minimum iken akım maksimum değer alır . Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  70. 70. <ul><li>Seri rezonans devresi bir akım kaynağı ile besleniyorsa, rezonans halinde Z=R olması sebebiyle devrenin gerilimi minimum değer alır. </li></ul><ul><li>Uygulamada nonlineer yükler genellikle bir harmonik akım kaynağı olarak modellendiği için, bir seri rezonans devresinden ibaret olan harmonik filtreleri kullanılarak harmonik gerilimleri çok düşük değerlere indirebilir. </li></ul>Harmonik filtresi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  71. 71. Pratikte Elektrik enerji sistemlerinde seri rezonans, A.G ve O.G şebekelerinde bir güç transformatörü ile reaktif güç kompanzasyon tesislerindeki kondansatörler arasında meydana gelir. Bir güç transformatörü ile kondansatör arasındaki seri rezonans devresi Yüksek mertebeden harmoniklerde h.harmonik için kondansatörün kapasitif reaktansı X (h) C = (1/h).X (1) C olduğu için yük direnci ihmal edilebilir ve devre seri L-C devresi haline gelir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  72. 72. - Örnek seri rezonans devresi ve Frekansa göre eşdeğer empedansın değişimi (5 .harmonik civarında (270 Hz) empedans minimum seri rezonans var ) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  73. 73. 2.6.2. Güç Sisteminde Seri Rezonans Oluşmasına Örnekler Seri rezonansın oluşması Seri rezonansın oluşması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  74. 74. Enerji sistemlerinde en etkili rezonans problemleri harmoniklerin mevcut olması durumunda ve paralel rezonans devrelerinde meydana gelir. Paralel Rezonans Devresi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  75. 75. Paralel Rezonans Devresi Elektrik enerji sistemlerinde sistem endüktansı (L s ) ile sistem kapasitesi (C s ) veya yüke ait reaktif güç kompanzasyon tesis kapasitesi (C L ) arasında bir paralel rezonans devresi oluşabilir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  76. 76. Harmonikler genelikle bir akım kaynağı olarak modellenir. D evrede kaynak bir akım kaynağı ise, rezonans durumunda; P aralel rezonansta kondansatör ve bobin in (transformatör) harmonik gerilimleri yükselmektedir. L ve C elemanları izolasyonda zorlanma ve aşırı akım nedeniyle tahrip olur. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  77. 77. Bir devrede L, C elemanlarından oluşan birden fazla kolun olması durumunda farklı frekanslarda devre seri ve paralel rezon an sa girebilir. 190 Hz için Paralel rezonans var. (Empedans Maksimum). 270 Hz için seri rezonans var. (Empedans minimum) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  78. 78. Reaktif güç kontrol rölesi ile kontrol edilen kademeli kompanzasyon tesislerinde herbir kademedeki kapasite değeri için ayrı ayrı rezonans olup olmayacağı analiz edilmelidir. Güç kondansatörlerinin zamanla kapasiteleri değişmektedir. Tesis ilk kurulduğunda rezonans meydana gelmediği halde, ileride zamanla kapasite değişimi sebebiyle rezonans meydana gelebilir. Şebekeden gelen harmonik akımlarını etkisiz hale getirmek ve rezonansı önlemek için en uygun çare, etkili harmonik frekansları için filtreler kullanmaktır. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  79. 79. paralel rezonans olayında ölçülen akım değerleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  80. 80. 2.6.3. Güç Sisteminde Paralel Rezonansın Oluşumuna Örnekler Nonlineer yükün kompanzasyonu Nonlineer yük ve kompanzasyon sistemi eşdeğeri Paralel rezonansın meydana geldiği harmonik eşdeğer devresi Paralel Rezonans hali (XL=XC) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  81. 81. 2.6.4. Harmonikler Nedeniyle Rezonans Oluşumu için Sayısal Örnek <ul><li>Enerji sistemlerinde rezonans problemleri genellikle harmoniklerin mevcut olması durumunda ortaya çıkmakta ve özellikle kompanzasyon tesislerine zarar vermektedir. </li></ul><ul><li>Sistemde rezonans riskinin olup olmadığını belirlemek için öncelikle enerji sisteminin harmonik analizi yapılmalı, bu amaçla sistemin harmonik eşdeğer devresi oluşturulmalıdır. Bu eşdeğer devre oluşturulurken; </li></ul><ul><li>  </li></ul>2.6. Harmoniklerin Rezonans Etkisi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  82. 82. <ul><li>Deri etkisi nedeniyle direnç değerindeki artış ihmal edilebilir. </li></ul><ul><li>h. harmonik için endüktif reaktanslar değerini alır. </li></ul><ul><li>h. harmonik için kapasitif reaktanslar değerini alır. </li></ul><ul><li>Harmonik kaynağı durumundaki nonlineer yükler, her bir harmonik için ayrı ayrı harmonik akım kaynakları olarak modellenir. </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  83. 83. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  84. 84. Harmonik analizi sonuçları: Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  85. 85. <ul><li>Sonuçların Değerlendirilmesi: </li></ul><ul><li>Kondansatörün 13.harmonik akımı nominal akımının 6-7 katına </li></ul><ul><li>çıkmıştır. 13.harmonik gerilimi de çok yüksektir. (Kondansatörler </li></ul><ul><li>%30 aşırı yüklenebilirler. I  1,3.I N olmalıdır.) </li></ul><ul><li>13. HARMONİKTE REZONANS OLUŞMUŞTUR. </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  86. 86. Çok baralı sistemlerde rezonans oluşma riski sistemin frekansa bağlı empedans değişimi ile incelenebilir. Empedansın belirli bir frekansta maksimum olması (paralel rezonans) veya minimum olması (seri rezonans) o frekansta bir rezonans meydana geldiğini göstermektedir. İncelediğimiz sistemde 650 Hz’de (13.harmonik) paralel rezonans meydana gelmiştir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  87. 87. <ul><li>Kurulu bir tesiste harmoniklerin belirlenmesi </li></ul><ul><li>Kurulu bir tesiste harmonik seviyesini belirlemenin en doğru yolu tesiste harmonik ölçümü yapmaktır. </li></ul><ul><li>Ölçümden önce mutlaka tesisin elektriksel yapısı ayrıntılı olarak incelenmeli, kritik ölçüm noktaları belirlenmelidir. </li></ul><ul><li>Harmoniklerin bulunduğu sistemlerde, belli başlı harmonik kaynakları tespit edilmeli ve gerekirse kaynak barasında ölçüm yapılmalıdır. </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  88. 88. 2.7. HARMONİKLERİN SINIRLANDIRILMASI VE HARMONİK STANDARTLARI 2.7.1. Harmonikle Bozulmanın Ölçütü Standartlarda harmonik bozulmanın ölçütü olarak en çok kullanılanlar: Toplam harmonik distorsiyonu (THD), tekil harmonik distorsiyonu (HD) ve toplam talep distorsiyonu (TTD)’dur. “IEEE Standard 519” uygulamasında “toplam talep distorsiyonu” kavramına önem verilmiştir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  89. 89. 2.7.2. Harmonik Standartları Çeşitli ülkelerin harmonik standartları Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  90. 90. Konutlarla ilgili (a) alçak ve (b) orta gerilim şebekeleri için EN 50160 harmonik distorsiyon limitleri Alçak Gerilim Şebekesi (  1kV) Tek Harmonikler Çift Harmonikler 3 ve 3’ün katı Harmonikler n %V n n %V n n %V n 5 6 2 2 3 5 7 5 4 1 9 1,5 11 3,5 6....24 0,5 15 0,5 13 3   21 0,5 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  91. 91. Orta gerilim şebekeleri için EN 50160 harmonik distorsiyon limitleri Orta Gerilim Şebekesi (1kV < U < 35kV) Tek Harmonikler Çift Harmonikler 3 ve 3’ün katı Harmonikler n %V n n %V n n %V n 5 6 2 2 3 5 7 5 4 1 9 1,5 11 3,5 6....24 0,5 15 0,5 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  92. 92. IEEE 519-1992 ’nin Gerilim için Harmonik Distorsiyon Sınırları <ul><li>Transformatör akımındaki harmonikler IEEE C 57.1200 – 1987 tarafından % 5 olarak sınırlandırılmıştır. </li></ul>Bara gerilimi (U n ) Tekil harmonik büyüklüğü (%) (Toplam Harmonik Distorsiyonu) THD V (%) U n  69kV 3.0 5.0 69  U n  161kV 1.5 2.5 U n  161kV 1.0 1.5 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  93. 93. Harmonik üreten elemanlar nedeniyle şebeke geriliminin bozulmas ı Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  94. 94. IEEE 519-1992 ’nin genel dağıtım sistemlerine ait akım için harmonik distorsiyon sınırları U n  69kV I K  /I L n  11 11  n  17 17  n  23 23  n  35 n  35 TTD (%)  20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0 20-50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 50-100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 100-1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0  1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  95. 95. 69  U n  161kV  20 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5 20-50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0 50-100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0 100-1000 6.0 2.75 2.5 1.0 0.5 7.5  1000 7.5 3.5 3.0 1.25 0.7 10.0 U n  161kV  50 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5  50 3.0 1.5 1.15 0.5 0.22 4.0 Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  96. 96. 2.7.3. Türkiye’de Harmonik Bozulmalarla İlgili Sınırlandırmalar EPDK (Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu)’nun19 Şubat 2003 tarihli ve 25025 sayılı Resmi Gazete’de yayımlanan “ Elektrik Piyasası Dağıtım Yönetmeliği” nin 52d. maddesinde harmoniklerle ilgili olarak aşağıdaki hükümler getirilmiştir: Madde 52 d) Harmonik bozulma: Toplam harmonik bozulmaya ilişkin hizmet kalitesinin sağlanabilmesi için, ölçülen toplam harmonik bozulmanın, ölçüm süresinin % 5’inden daha uzun bir süre içinde % 8’den daha yüksek olmaması gerekir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  97. 97. 20 - 154 kV arası iletim sisteminde kabul edilebilir harmonik gerilim seviyeleri EPDK tarafından hazırlanan ELEKTRİK PİYASASI ŞEBEKE YÖNETMELİĞİ ’ne göre Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  98. 98. EPDK tarafından hazırlanan ELEKTRİK PİYASASI ŞEBEKE YÖNETMELİĞİ ’ne göre 380 kV iletim sisteminde kabul edilebilir harmonik gerilim seviyeleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  99. 99. <ul><li>Akım harmonikleri ile ilgili sınırlandırmalar: </li></ul><ul><li>EPDK tarafından hazırlanan ve 10.11.2004 tarihli 25639 sayılı Resmi Gazete’de yayımlanan “ ELEKTRİK İLETİM SİSTEMİ ARZ GÜVENİLİRLİĞİ ve KALİTESİ YÖNETMELİĞİ ” ile akım harmonikleri </li></ul><ul><li>Gerilim seviyesine (OG, YG, ÇYG) </li></ul><ul><li>Şebekenin kısa devre gücüne </li></ul><ul><li>bağlı olarak sınırlandırılmıştır. </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  100. 100. Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  101. 101. GÜÇ KALİTESİ MİLLİ PROJESİ KAPSAMINDA YAPILAN MOBİL HARMONİK ÖLÇÜMLERİNDEN ÖRNEKLER TEİAŞ KONYA-4 TM 380/154 kV OTOTRANSFORMATÖR HARMONİK ÖLÇÜMLERİ Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  102. 102. Ölçüm yapılan sistemin tek hat şeması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  103. 103. KONYA-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3, 7 GÜNLÜK, Primer Akımı Gerçek-RMS Değişimi OTOTRANSFORMATÖRÜN 380 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  104. 104. Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  105. 105. KONYA-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri , 7 günlük, Primer Akımı (3., 5., 7. ve 9). Harmonik Bileşenleri (3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 380 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  106. 106. Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri , 7 günlük, Primer Akımı Toplam Talep Bozulumu (TTD) ( 3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 380 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  107. 107. EPDK tarafından hazırlanan ELEKTRİK PİYASASI ŞEBEKE YÖNETMELİĞİ ’ne göre 380 kV iletim sisteminde kabul edilebilir harmonik gerilim seviyeleri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  108. 108. Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri, 7 günlük , Fazlar Arası Gerilim 5. Harmonik Bileşeni (3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 380 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  109. 109. Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Primeri, 7 günlük , Fazlar Arası Gerilim Toplam Harmonik Bozulumu ( THDv ) (3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 380 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  110. 110. KONYA-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Sekonderi , 7 günlük, Sekonder Akımı (3., 5., 7. ve 9). Harmonik Bileşenleri (3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 154 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  111. 111. Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Sekonderi , 7 günlük, Sekonder Akımı Toplam Talep Bozulumu (TTD) ( 3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 154 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  112. 112. Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI OTOTRANSFORMATÖRÜN 154 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  113. 113. Konya-4 TM 380/154 kV Ototransformatör-3 Sekonderi , 7 günlük , Fazlar Arası Gerilim Toplam Harmonik Bozulumu ( THDv ) (3 saniyelik ortalamalar şeklinde) OTOTRANSFORMATÖRÜN 154 kV TARAFINDAKİ ÖLÇÜMLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  114. 114. 2.8. HARMONİK FİLTRELERİ Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  115. 115. 2.8.2. Pasif Filtreler Tek ayarlı filtre Q=30….60 Q=X r / R   Q: Kalite faktörü İkinci mertebe sönümlü filtre Q= 0.5….5 Q=R / X r Seri Filtreler 3. harmoniğin baskın olduğu 1 fazlı sistemde kullanılır. 3. harmonik akımlarına yüksek empedans gösterir. Dezavantajı yük akımının üzerinden geçmesidir. Seri Filtre Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  116. 116. Devrede seri filtrenin kullanımı Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  117. 117. Şönt Filtreler Temel frekansta reaktif güç kompanzasyonu harmonik frekanslarında filtreleme yaparlar. Harmonik akımlarına düşük empedans gösterirler. Devrede şönt filtrenin kullanımı Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  118. 118. Filtre bağlandıktan sonra nonlineer yük barasındaki gerilim, olacaktır. <ul><li>  </li></ul><ul><ul><li>Filtrenin güç sistemiyle rezonansa girme riski vardır. </li></ul></ul><ul><ul><li>Gelecekte yükün büyümesi ve harmonik spektrumunun değişmesi halinde filtre yetersiz kalacaktır. </li></ul></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  119. 119. Tek ayarlı filtreler Düşük empedans veya kısa devre oluşturarak ayarlanan yalnız bir frekanstaki harmonik akımının bastırılmasını sağlarlar. Tek ayarlı filtre devresi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  120. 120. <ul><li>Çift Ayarlı Filtreler </li></ul><ul><li>iki ayrı frekansa ayarlı olup ayarlandıkları frekanslarda düşük empedans göstererek o frekanstaki harmonik bileşenlerin süzülmesini sağlarlar </li></ul><ul><li>Tek ayarlı filtre ile karşılaştırıldığında temel frekanstaki güç kaybının azlığı, bu filtrelerin en önemli özelliğidir. </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  121. 121. 2.8.2.2.1. Tek Ayarlı Şönt Filtre ile İlgili Bağıntılar Rezonans frekansı : f=50 Hz temel frekans olmak üzere ile hesaplanan “Filtre Reaktör Faktörü” olarak tanımlanır. p’ye bağlı olarak rezonans frekansı ‘dir. U n üç fazlı filtreye uygulanan fazlar arası gerilimin nominal değeri olmak üzere, 3 fazlı filtre kondansatörünün fazlar arası gerilimi U C , eşitliği ile hesaplanır. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  122. 122. Örnek : Filtre reaktör faktörü %7 olan bir filtrenin rezonans frekansı nedir? Örnek : 210 Hz’lik filtre için p=? p=%5.67’dir. Örnek : Nominal gerilimi 400V olan kondansatör 189 Hz’lik bir filtrede kullanılırsa ve şebekenin nominal gerilimi 380Vise kondansatör uçlarındaki gerilim değeri ne olur? filtreli durumda kondansatör gerilimi TS804’e göre 400V nominal gerilimli kondansatörler 1.1U Cn değerine (440V) dayanabilmelidir. Ancak şebeke gerilimindeki bir artış durumunda kondansatör risk altında olacaktır. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  123. 123. 2.8.2.2.2. Tek Ayarlı Şönt Filtre Çeşitleri Uygulamada tek ayarlı pasif filtreler rezonans frekanslarının herhangi bir harmonik frekansına yakın olup olmamalarına göre iki çeşittir:   1. Düşük Ayarlı Filtreler (Detuned Filtreler) Bu filtreler harmonik distorsiyonunun düşük olduğu endüstri tesislerinde kullanılırlar. Genellikle 189Hz yaygındır. Daha çok kompanzasyon amaçlı olarak kullanılırlar, kondansatörlerle şebeke arasındaki rezonansı önlerler. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  124. 124. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  125. 125. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  126. 126. 189 Hz Detuned Filtrenin empedans grafiği Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  127. 127. 189 Hz Detuned Filtrenin empedans grafiği Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  128. 128. 2. Ayarlı Filtreler (Tuned Filtreler) Harmonik distorsiyonunun yüksek olduğu yerlerde kullanılırlar. Harmonik frekanslarına yakın frekanslarda seçilirler. (Örneğin 5. harmonik için 245 Hz, 7.harmonik için 345 Hz, 11. harmonik için 545 Hz gibi.). Filtre edilmek istenen her bir harmonik için ayrı ayrı filtrelerin paralel bağlanması gerekir. Üç fazlı filtrelerde kondansatörler yıldız veya üçgen bağlanabilirler Üç fazlı filtre bağlantıları ve tek faz eşdeğeri a) Yıldız bağlı kondansatörlü filtre b) Üçgen bağlı kondansatörlü filtre c) Üçgen bağlı kondansatörlü f iltrenin tek faz e şdeğeri Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  129. 129. 3 kollu (245 Hz, 345 Hz ve 545 Hz) Tuned Filtrenin Empedans-Frekans grafiği Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  130. 130. Bir Tuned filtrede ölçülmüş değerler Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  131. 131. 2.8.2.3. Sönümlü Filtreler Yüksek dereceli harmonik bileşenlerini (örneğin 17 ve üzeri) filtrelemek için kullanıldığında yüksek geçiren filtre olarak anılırlar, bu durumda yüksek frekansa küçük empedans gösterirken düşük frekanslara yüksek empedans gösterirler. Sönümlü filtre Sönümlü filtrenin frekans-empedans değişimi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  132. 132. 2.8.3. Aktif Filtreler Aktif filtreler nonlineer yük tarafından üretilen ve şebekeye enjekte edilen harmonik akımlarını analiz edip genlik ve faz açılarını belirlerler. Bu harmonik akımlarının aynı genlikte ters işaretlisini yük barasına enjekte ederler. Böylece şebekeden sadece temel bileşen akımı yani sinüsoidal akım çekilir. Aktif filtre ile harmoniklerin giderilmesi (şematik gösterim) Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  133. 133. Aktif filtrenin devreye bağlanması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  134. 134. Aktif filtreyi oluşturan temel elemanlar Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  135. 135. Aktif filtreleri harmonik giderme işlemini devreye iki şekilde bağlanarak sağlarlar. Bu bakımdan aktif filtreler seri ve şönt olarak ikiye ayrılabilir. Günümüzde yaygın kullanılan, şönt tipi aktif filtredir. Şönt aktif filtre, tesiste var olan pasif filtre ile kombine olarak da çalışabilmektedir. Aktif filtrenin devreye bağlanması a) Seri b) Şönt Filtreleme işlemi yapılacak tesisteki yükler, güç katsayısı yüksek dolayısıyla reaktif güç kompanzasyonu gerektirmeyen ancak harmonik distorsiyonu yüksek olan yükler ise bu durumda aktif filtre kullanımı uygundur. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  136. 136. Aktif filtre ile pasif filtrenin karşılaştırılması Konu PASİF FİLTRE AKTİF FİLTRE Filtrenin ayarlandığı frekans Bir veya iki frekansa ayarlıdır Birden fazla frekansa ayarlanabilir Harmonik değerlerinde değişme Yeni filtre gerektirir Problem çıkarmaz Empedansın etkisi Rezonans meydana gelebilir Etkilemez Temel frekans değişmesi Etkinliğini azaltır Etkilemez Akım yükselmesi Problem çıkabilir. Aşırı yüklenme yaşanmaz Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  137. 137. 2.8.4. Filtre Hesabı <ul><li>Harmonik üreten yükün meydana getirdiği harmonik akım spektrumu, </li></ul><ul><li>İzin verilen toplam harmonik distorsiyon değeri, </li></ul><ul><li>Tesiste gereksinim duyulan reaktif güç değeri, </li></ul><ul><li>Diğer kaynakların sebep olduğu harmoniklerin seviyesi, </li></ul><ul><li>Şebekedeki diğer yükler ile güç sisteminin eşdeğer devresinin sistemde etkili harmonikler için empedans değişimi, </li></ul><ul><li>Filtrenin çalışma değerleri (frekans, sıcaklık, gerilim, ...) </li></ul>Hesap için gerekli bilgiler: Bir filtrenin anma değeri, temel frekansta bu filtrenin sağladığı reaktif güç olarak tarif edilir. Bu değer, kondansatörler tarafından sağlanan temel reaktif güce eşittir. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  138. 138. 2.8.4.1. Tek ayarlı filtrenin tasarım eşitlikleri Filtrenin ayarlı olduğu rezonans frekansı, Filtre temel frekansta kompanzasyon yapacağı için kapasite değeri Filtreler için kullanılacak kondansatör kapasitesinin değerinin belirlenmesinde kullanılacak şönt filtre adedinden yararlanılır. Şönt filtre kolu sayısı k olmak üzere her filtre için kondansatör kapasitesi değeri, Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  139. 139. Filtrenin her bir kolundaki C r değeri belirlendiği için n harmonik mertebesi olmak üzere endüktif reaktansın rezonans frekansındaki değeri bulunur: ise Filtrelerin ayar keskinliğinin ölçüsü olarak bilinen kalite faktörü, ve reaktans değerleri, rezonans frekansındaki değerlerdir Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  140. 140. ÖRNEK (Düşük Ayarlı (Detuned) Pasif Filtre Hesap Örneği) <ul><li>Trafonun 400 V barasından çekilen güç 1200 kW, cos  =0.75 (endüktif)’tir. </li></ul><ul><li>Nonlineer yük akımında 5. harmonik etkindir. </li></ul><ul><li>400V barasındaki yükler devre dışı iken trafonun 34.5 kV O.G. şebeke girişinde ölçülen beşinci harmonik gerilim distorsiyonu %2 ’dir. </li></ul><ul><li>Nonlineer yük akımının 5. harmonik bileşeni trafodan çekilen temel bileşen akımının %25’idir. </li></ul><ul><li>Hem reaktif güç kompanzasyonu yapmak hem de 5. harmonik bileşenini filtre etmek amacıyla 400 V barasına filtreli kompanzasyon panosu bağlanacaktır. </li></ul><ul><li>Reaktif güç kompanzasyonundan sonra cos  =0.96 olması hedeflenmektedir. </li></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  141. 141. 1. Filtrenin rezonans frekansının belirlenmesi <ul><ul><li>Tesiste etkin olan harmonik 5. harmoniktir. 5. harmonik frekansı 250 Hz ’dir. </li></ul></ul><ul><ul><li>Düşük Ayarlı Filtrenin rezonans frekansı 5. harmonik frekansının altında seçilir </li></ul></ul><ul><ul><li>Yaygın olarak kullanılan Düşük Ayarlı Filtreler 189 Hz ve 210 Hz ’dir. </li></ul></ul><ul><ul><li>Bu tesiste akım distorsiyonu (I5/I1=%25) yüksek olduğu için rezonans frekansının 210 Hz seçilmesi uygun olacaktır. </li></ul></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  142. 142. 2. Kondansatör Gücü, Gerilimi ve Rezonans Frekansının Hesaplanması <ul><ul><li>Filtrenin gücü yükün reaktif güç ihtiyacına dayalı olarak belirlenir. </li></ul></ul><ul><ul><li>Filtre reaktörleri kondansatörlere seri bağlandıktan sonra toplam reaktansın azalması sebebiyle filtreden geçen akım artar ve kondansatör gerilimi yükselir . </li></ul></ul><ul><ul><li>Filtre kondansatörlerinin nominal gerilimlerinin bara gerilimi 400V’dan daha yüksek seçilmesi gerekir. </li></ul></ul>Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  143. 143. Filtreli kompanzasyon tesisinin vermesi gereken reaktif güç, Rezonans frekansı 210 Hz olduğuna göre filtre reaktör faktörü p, Kondansatör uçlarındaki fazlar arası gerilim, Nominal kondansatör gerilimleri: 400V – 440V – 480V – 525V – 600V – 660V Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  144. 144. Nominal kondansatör gerilimleri: 400V – 440V – 480V – 525V – 600V – 660V 440V yeterli gibi görünse de şebeke gerilimindeki yükselmeleri de göz önüne alarak daha emniyetli olması için kondansatör gerilimi 480V seçilebilir . (Ucn=480 V) Filtrenin bir faz eşdeğer devresi Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  145. 145. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  146. 146. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  147. 147. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  148. 148. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  149. 149. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  150. 150. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  151. 151. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  152. 152. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  153. 153. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  154. 154. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  155. 155. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  156. 156. Enerji Kalitesi ve Harmonikler Semineri Yrd. Doç. Dr. Recep YUMURTACI Filtre kondansatörü ile ilgili değerlerin IEEE Standard 18-1992’ye göre karşılaştırılması Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu
  157. 157. Yrd. Doç. Dr. Oktay ARIKAN Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik - Elektronik Fakültesi Elektrik Mühendisliği Bölümü TEŞEKKÜRLER Enerji Kalitesi ve Harmonikler Kursu

×