1. İlknur ÇOLAK 02/03/2008 ENERJİ KALİTESİ PROBLEMLERİ

2. Gündelik yaşamda karşılaştığımız… Bilgisayar kilitlenmeleri Ekranlarda ve ışıklarda kırpışma Motor hızının durup dururken değişmesi Düşen bir yıldırımın elektronik cihazları çalışmaz duruma getirmesi Evdeki bilgisayarın FM radyo dalga yayınlarını bozması Elektrik süpürgesinin TV’lerde karlanmaya neden olması Floresan lambaların yandığında bilgisayar ekranının kırpışması Klima her devreye girdiğinde video cihazının sıfırlanması Radyo dinlerken civardaki bir telsizin araya girmesi Hava alanı radarlarının diz üstü bilgisayardan etkilenmesi Cep telefonlarının ABS fren sistemini kilitlemesi Radyo istasyonuna yakın uçan bir helikopterin kontrolden çıkabilmesi Bilgisayar ana kartına eklenen ilave bir kartın yada bellek elemanının daha takarken yanması … gibi problemlerin hepsi enerji kalitesi ile ilgilidir.

3. GÜÇ KALİTESİ NEDİR? Enerji sürekliliği Sbt. gerilim + Sbt. frekans 0,9<Cos φ Dengeli üç faz Akım ve gerilimde düşük harmonik

4. GÜÇ KALİTESİ TERİMLERİ Transiyentler - Geçici Rejim Bileşenleri AnIık Transiyentler Osilasyonlu Transiyentler Kısa Süreli Gerilim Değişimleri Çökme Yükselme Kesinti Uzun Süreli Gerilim Değişimleri Kalıcı Kesintiler Düşük Gerilim Aşırı Gerilim Gerilim Dalgalanmaları Gerilim Dengesizliği Frekans Değişimi Gerilim Distorsiyonları DC Bileşen Çentik Gürültü İnterharmonikler Harmonikler

5. TRANSİYENTLER-GEÇİCİ REJİM BİLEŞENLERİ Anlık Transi y ent AnIık Transiyentler: Çok küçük süreli (<0.5 devir) dalgalanmalardır. Anahtarlama olayları, yıldırımlar, endüklenmiş akımın ani deşarjı, kontaklar arası arklar vs. nedeniyle meydana gelir. Şiddetin büyüklüğü ve enerjisine göre cihazda hasara sebep olabilirler. Osilasyonlu Transiyentler: Akım veya gerilim dalgası üzerine binmiş yüksek frekanslı ve kısa süreli dalgalanmalardır. Transformatörlerin enerjilenmesi, anahtarlama olayları veya ferrorezonans durumlarında meydana gelirler. Osilasyonlu Transi y ent

6. KISA SÜRELİ GERİLİM DEĞİŞİMLERİ Çökme (sag): Bir periyottan daha uzun süre gerilim veya akımın anma değerinin %10 ile %90 değerleri arasına düşmesine denir. Şebekenin yetersiz kalmasında, motor vs. devreye girmesinde veya kısa devre gibi durumlarda görülmektedir. Kontrol sistemlerinin hatalı çalışmasına Motor hızının değişmesine veya durmasına Kontaktörün zamansız açılmasına Bilgisayar sistemlerinde arızalara Anahtarlama arızalarına, vs. neden olur Yükselme (swell): Bir periyottan daha uzun süre gerilim veya akımın anma değerinin, %110'dan daha büyük değere çıkmasına denir. Şebekede yük azalması gibi nedenlerle meydana gelir. Bilgisayar donanımının ve akkor flamanlı lambanın ömrünü azaltır Motor sürücülerini, kontrol elemanlarını, vs. olumsuz yönde etkiler Kesinti (Interruption): Bir periyottan daha uzun süre gerilim veya akımın anma değerinin %10’undan daha düşük değere düşmesidir. Şebeke hatalarından, yükteki arızalardan, kontrol kısmındaki aksaklıklardan, vs. meydana gelir. Kesinti Çökme Yükselme

7. UZUN SÜRELİ GERİLİM DEĞİŞİMLERİ Kalıcı Kesintiler: 1dk’dan daha uzun süreli gerilim kesintilerine denir. Düşük Gerilim: AC gerilimin 1dk’dan daha uzun süreyle değerinin %90’ından az olması durumudur. Bir kapasite bankasının devreden çıkması, şebekenin aşırı yüklenmesi gibi durumlarda meydana gelir. Aşırı Gerilim: AC gerilimin 1dk’dan daha uzun süreyle değerinin %110’undan çok olması durumudur. Kapasitif yüklerin devreye alınması, kademeli transformatörlerin yanlış anahtarlanması gibi durumlarda meydana gelir. Kalıcı kesinti Aşırı gerilim Düşük gerilim

8. GERİLİM DALGALANMALARI Gerilim Dalgalanmaları (flicker-fluctuation): Gerilimin periyodik olarak 6-7 tam dalga süresince %90-%110 aralığında değişmesidir Ark fırınları, vinçler ve pistonlu pompalar gibi dalgalı aşırı yüklerden kaynaklanır Motor sürücülerini ve elektronik elemanları olumsuz yönde etkiler Cihazların ömrünü kısaltır Kontrol elemanlarında kararsızlıklar meydana getirir 8.2Hz’e duyarlı olan insan gözünü rahatsız eder Gerilim dalgalanması

9. GERİLİM DENGESİZLİĞİ Gerilim Dengesizliği: 3 fazlı sistemlerde faz gerilimi rms değerleri ve faz açılarının eşit olmama durumudur. Tek fazlı yüklerden Üç fazlı yüklerin dengesiz akım çekmesinden Yıldız bağlı yüklerin nötrlerinin bağlanmamasından Transformatör problemlerinden, vs. kaynaklanır Dengeli 3 faz R S T T R S T R S Dengesiz 3 faz

10. FREKANS DEĞİŞİMİ Frekans değişimi: Şebeke frekansının anma değerinden sapmasıdır Şebeke Jeneratör UPS’lerdeki ayar düzensizliklerinden kaynaklanır Frekans değişimi

11. GERİLİM DİSTORSİYONLARI DC Offset: AC gerilimin pozitif ve negatif yarım dalgalarının birbirine eşit olmamasıdır Genellikle yarım dalga doğrultuculu sistemlerden kaynaklanır Çentik (notches): Güç elektroniği elemanlarındaki darbe sayısı kadar şebeke geriliminde medana gelen tekrarlanan çökmelerdir Genelde doğrultucuları besleyen trafo ve hat endüktanslarının anahtar aktarımını geciktirmesiyle oluşur DC Offset Yarım dalga doğrultucu akımı Çentik

12. GERİLİM DİSTORSİYONLARI Interharmonikler: Bir harmonik bileşeni ile diğeri arasındaki orandır Temel kaynakları statik frekans çeviricileri, doğrudan frekans çeviriciler, ark makinaları, asenkron motorlardır CRT TV’lerde gerilim dalgalanması olarak kendini gösterir Gürültü: Akım veya gerilim dalga şekli üzerine binmiş 10kHz ile 1GHz arasında değişen düşük enerjili bozucu dalgalardır. Anahtarlama elemanları, kontrol kartları, ark kaynakları, vs nedeniyle meydana gelirler

13. GERİLİM DİSTORSİYONLARI Harmonikler: Gerilim ve akım dalga şeklinin, güç elektroniği devreleri ve doyma/ark prensibine bağlı çalışan elektromekanik cihazlar nedeniyle sinüs biçiminden uzaklaşmasıdır Bilgisayar, printer, faks ve fotokopi makinaları Akü şarj cihazları Elektronik balast, floresan lambalar ve dimmerlar Evirici, doğrultucu ve çeviriciler Doyma noktasında çalıştırılan transformatörler Kaynak makinaları AC ve DC motor sürücüleri UPS’ler Doğrultucular Ark fırınları, vb. gibi yüklerden kaynaklanırlar

14. Harmonik Nedir? I=?

15. Fourier Serisi Fourier Serisi = DC Bileşen Temel Bileşen Harmonikler k= 3n+1 Isınma k= 3n-1 Isınma ve motor problemleri k= 3n Isınma ve nötr problemleri =

16. Fourier Serisiyle Gösterilim Akım Dalga Şekli Akım Dalga Şekli Temel Bileşen Akım Dalga Şekli H1 + H5 5. Bileşen 7. Bileşen Akım dalga şekli H1 + H5 + H7 Akım dalga şekli H1 + H5 + H7 + H11 + H13 H25 H1 + H5 + H7 + H11 + H13 + H17 + H21 + H23 + H25 Akım dalga şekli

17. HARMONİKLERİN ETKİLERİ Cihazlarda aşırı ısınma Kayıplarda artış Kontrol ve koruma rölelerinde operasyonel sorunlar Sayaçlarda yanlış okumalar Şalterlerde anlamsız açmala r RMS ve Max. değer ler de artış Sigorta atmaları Kullanılabilir güçte azalma ve kayıplarda artma, düşük güç faktörü Üç faz sistemlerde nötr hatta aşırı akımların oluşumu Transformatör, generatör, motor ve kondansatörlerde aşırı ısınma Akustik gürültüde artma Telefon hatlarında artan girişim Motorlarda ısınma ve mekanik salınımlar İzolasyon sistemlerinde yalıtkan stresinin artması Rezonans oluşumu ve yüksek gerilim delinmesi

18. NE YAPILMALI? Yük ve enerji kaynağı yeterli kalite şartlarını sağlar durumda seçilmeli Akım-Gerilim düzenleyici sistem ve cihazlar kullanılmalı Elektrik tesisatı ve topraklama, standartlara uygun yapılmalı Hassas veya problemli yüklerin ayrılması sağlanmalı Enerji kalitesi düzenli olarak izlenmeli Kompanzasyon sistemi kullanılmalı Büyük tesislerde güce ve hassasiyete bağlı olarak Aktif filtre Pasif filtre (rezonansa dikkat!) Düşük harmonik PF’de kompanzasyon yerine filtre kullanılmalı Yeni yükleri devreye almadan önce hat güncellenmeli Tek faz yerine 3 fazlı sistemler kullanılmalı Küçük cihazlar için lokal çözümler uygulanabilir UPS Özel bağlantı şekilleri Özel Trafolar 4 veya 6 pulse yerine 12 pulse ve üzeri sistemler kullanılmalı

19. NİÇİN KOMPANZASYON? Reaktif güç kompanzasyonunun ihtiyaç duyulan yere en yakın yerde yapılması suretiyle şebekenin güç faktörü yükseltildiğinde: Hat kayıpları azalır, hattın yüklenebilirliği artar Kablo kesitleri küçülür Gerilim düşümü azalır Sigorta, şalter, kontaktör, vs. akımı düşer Transformatör, motor, vs. verimi artar Üretim ve dağıtım sisteminin kapasitesi artar Tüketilen enerjinin, kalitesi, sürekliliği artar, tüketimi ucuzlar Aktif Güç (W) Reaktif Güç Aktif Güç (W) Reaktif Güç (VAR) Reaktif Güç (VAR)

20. TCR-Tristör Kontrollü Reaktör 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 -100 -50 0 50 100 Vca Itcr Vca Itcr 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 -100 -50 0 50 100 VL VL  V TCR V L I TCR

21. TSC – T ristör Anahtarlamalı Kondansatör Vca Th1 Th2 C Vc V TSC I TSC 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 -100 -50 0 50 100 Şebeke gerilimi Vca Kondansatör akımı Ic 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 -100 -50 0 50 100 Kondansatör gerilimi Vc Tetikleme sinyali

22. SVC – Stati k Var Kompanzasyonu Düşürücü tip transformatör Düşük gerilim barası Tristör kontrollü reaktör Tristör kontrollü kondansatör Filtre Kontrol devresi 1 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6

23. EMI - ELEKTROMANYETİK GİRİŞİM EMI Elektrik elektronik elektromekanik sistemlerin İstenmeyen tepkiler vermesi Bozulması Çalışmaz hale gelmesine neden olan Yüksek frekanslı bozucu etki, işaret ve emisyonlardır

24. EMİSYON Emisyon, elektrik-elektronik cihazdan yayılan elektromanyetik enerjidir. İstemli ve istemsiz olarak ayrılır. Ör: Bir telsiz vericisinin kendisine ayrılan kanaldan ortama elektromanyetik enerji yayması Ör: Aynı telsize diğer kaynaklardan yayılan gürültülerin bozucu etki yaratması

25. EMI KAYNAKLARI RF Vericiler Elektrik motorları Röle, Tristör, IGBT, Mosfet gibi anahtarlama elemanları Converter, Rectifier ve Inverterler Endüstriyel RF kaynakları (ark kaynağı, RF ısıtıcılar) Floresan ve neon lambalar EMP ESD Yıldırımlar Yüksek gerilim hatlarındaki korona deşarjı

26. Elektromanyetik Spektrum EMI frekansı ve dalga boyu olan bir dalga olayıdır

27. EMC – ELEKTROMANYETİK UYUMLULUK EMC Elektrik elektronik elektromekanik sistemlerin belirli bir limit içerisinde EMI’dan etkilenmemesi EMI’ya neden olmaması

28. EMİSYON YOLLARI KUPLAJ Elektriksel İletim Yoluyla Emisyon (Conducted Emissions  CE) Işıma Yoluyla Emisyon (Radiated Emissions  RE) Yakın Alan Uzak Alan Kapasitif Endüktif Güç Hattı Sinyal Hattı

29. KUPLAJ YOLLARI IŞIMAYLA KUPLAJ Kaynağın istemli ışıma için kullandığı anten Kaynağın kasası (anten gibi davranır) Kaynağa bağlı kablolar (anten gibi davranır) İLETKENLİK YOLUYLA KUPLAJ İstemsiz EMI enerjisinin iletkenler üzerinden iletilmesidir: Güç beslemesi kabloları Kontrol ve işaret kabloları Topraklama sistemi İletim hatları

30. ELEKTROMANYETİK IŞIMANIN ZARARLARI HERP (H azards of E lectromagnetic R adiation to P ersonnel ) EMI’in insan vücudunda meydana getirdiği etkidir Sınır değer 1˚C’dir Metabolik faaliyetle dengelenemeyecek seviyede RF güç absorsiyonu meydana gelmiş ise; vücutta ve beyinde iflas söz konusu olabilir HERF (H azards of E lectromagnetic R adiation to F uel ) Yakıt buharlarının şiddetli bir RF alanın endüklediği ark ile ateşlenmesidir İki iletken arasındaki arkın şiddeti; RF enerjisinin alan şiddetine İletkenin uzunluğunun RF enerjnin dalgaboyuna oranına RF alanı içindeki yönüne bağlıdır HERO (H azards of E lectromagnetic R adiation to O rdnance ) EMI nedeniyle ortamdaki ateşlemeli mühimmat ve silah sistemlerinin aktif hale gelmesidir

31. Pratik Öneriler… Yüksek gerilim hatlarının en az 50-100m uzağında bulunulmalı Güçlü EM sızıntıya neden olan TV’ler en az 3metre uzaklıktan izlenmeli Traş ve saç kurutma makineleri 1-2dk ara ile kullanılmalı 14-15in. ekranlı PC’ler 50-60cm, 17in. ekranlı PC’ler en az 70 cm uzaklıktan kullanılmalı Stand-by durumundaki EMI’dan korunmak için kullanılmayan cihazlar fişten çıkarılmalı Uyurken başucunuzda elektrikli saat, alarm, wireless vb. bulunmamalı Mikrodalga fırın çalışırken en az 1 metre uzakta durulmalı Açık GSM telefonu kendinizden en uzak mesafede bulunmalı SAR <0.1 W/kg olan cep telefonlarını tercih edilmeli

32. EMI ÖNLEMLERİ Topraklama (Grounding) Ekranlama (Shielding) Bağlama (Bonding) Filtreleme (Filtering) Kablolama (Cabling) Karartma (Blanking) Devre Tasarımı (Circuit Design) Fiziksel Ayırım (Separation) Frekans Yönetimi (Frequency Management) RAM (Radar Absorbing Material)

33. TOPRAKLAMA Sistem için referans olabilecek eş potansiyel nokta veya düzlemdir Toprak, akımın kaynağına dönerken izleyeceği düşük empedanslı yoldur Kritik yerlerde oluşabilecek girişim gerilimini istenen işaret seviyelerinin altında tutabilmelidir

34. DOĞRU TOPRAKLAMA Yanlış Doğru Doğru Tek-nokta toprağı Çok-nokta toprağı 1MHz’in altında kullanılmalıdır Toprak bağlantısı kısa ise 1 <f <10MHz arasında kullanılabilir Lokal olarak yapılan çok nokta toprağı ana sisteme bu şeklinde bağlanabilir 10MHz’in üstünde tercih edilmelidir Sayısal ve yüksek işaret seviyesine sahip RF devreleri için kullanılması şarttır

35. TOPRAKLAMA PROBLEMLERİ Yüksek empedanslı toprak kullanılmasında Başta doğru saptanamayan yüksek toprak akımı durumunda Yüksek hassasiyetli (düşük gürültü eşiğine sahip) devrelerin toprağa bağlanmasında Sisteme bağlı iki farklı topraklama arasında gerilim farkı oluşmasında meydana gelir.

36. ÇÖZÜM ? İki devre optokuplörle birbirinden izole edilebilir İki devre dengeli devrelerle birbirinden izole edilebilir

37. ÇÖZÜM ? Topraklardan biri kaldırılır İki devre transformatör ile birbirinden izole edilir İki devre ortak mod durdurucusu ile birbirinden izole edilir Devre 1 Devre 2 Manyetik nüve

38. EKRANLAMA SE = R + A + B Ekran belirli bir bölgeyi dış elektromanyetik ortamdan izole etmek veya iç elektromanyetik ortamın dışarıya sızmasını engellemek amacıyla kullanılan metal yapıdır Ekranlama etkinliği Yansıma kaybı Yutma kaybı Çoklu yansıma kaybı = + +

39. EKRANLAMA

40. EKRANLAMA Gelen alan Eo Yansıyan alan Er İletilen alan Meydana gelen alan Eo-Er Gelen alan Eo Yansıyan alan Er İletilen alan Meydana gelen alan Eo-Er KALIN EKRANLAMA İNCE EKRANLAMA

41. BAĞLAMA Bağlama Tipleri Doğrudan Bağlama Yardımcı iletken kullanmadan, elektriksel yolun kurulmasıdır Dolaylı Bağlama Zorunlu fiziksel ayırım olduğunda kullanılır. Atlama teli (jumper) veya bağlama şeridi (strap) ile sağlanır Kaynak Lehim Brazing Civatalama Perçinleme Sıkıştırma İletken kablo

42. BAĞLAMA Dolaylı bağlamada en büyük sorun düşük empedanslı yolu muhafaza edebilmektir. Yüksek frekanslarda reaktif empedans da devreye girer.

43. GALVANİK KOROZYON Birbiriyle potansiyel farkı bulunan iki metalin bağlantısından ileri gelen bir korozyon çeşididir Nemli bir ortamda negatif gerilime sahip metal (anodik) ile pozitif gerilime sahip metal (katodik) arasında korozyon meydana gelir Metalin yüzeyi nemli olmamalı Çelik saçtan yapılan panolarda paslanmaz çelik cıvatalar direk kullanılmamalı Bakır iletken, çelik cıvata, pul veya somun alüminyum şaseye direk bağlanmamalı Cıvata ve somunlar plastik cıvatalar ile izole edilmeli İpek bant, amyant, macun, vs gibi izolasyon malzemeleri kullanmak gerekli

44. CİHAZ KABİN TASARIMI Tüm yüzeylerin elektriksel bağlantısı gerçekleştirilmeli Dış çevre koşullarına karşı dayanıklı olmalı Özelliğini uzun süre korumalı Galvanik korozyona karşı dayanıklı olmalı Düşük direnç < 2.5 miliohm Gereken yeterli ekranlama özelliğine sahip olmalı Kabindeki açıklıkların ekranlama performansına etkisi göz önünde bulundurulmalı Kapılar Panel birleşimleri Kablo girişleri Nümerik display, panel göstergeleri, gösterge lambaları Kontaktör, anahtarlar ve sigorta yerleri Havalandırma boşlukları

45. TEHLİKE : VAR MI / YOK MU? BOYUTU NEDİR? TEŞEKKÜRLER İlknur Çolak 02/03/08