Elektrik sistemlerinde harmonikleri nedenler?

Elektrik sistemlerindeki harmonikler, alterne akım sistemlerinde sinusoidal olmayan akım veya voltaj dalgalanmaları üreten doğrusal olmayan yükler nedeniyle ortaya çıkar. Harmonikler, temel frekansların tam katları olan frekanslardaki sinüzoidal bileşenlerdir. Aşağıda, elektrik sistemlerinde harmoniklerin bazı ana nedenleri bulunmaktadır:

Doğrusal olmayan yük

Doğrusal olmayan yükler, akımın voltajla doğrusal olarak ilişkili olmadığı yüklerdir. Bu tür yük, güç sisteminde yaygın bulunur ve başlıca kaynakları şunlardır:

• Dikdörtgenleştirici: Alternatif akımı direkt akıma dönüştürmek için kullanılan bir cihaz, örneğin bir güç adaptörü, frekans dönüştürücüsü vb.

• Anahtarlı güç kaynağı: Modern elektronik ekipmanlarda yaygın olarak kullanılan güç kaynağı, örneğin bilgisayar güç kaynakları, cep telefonu şarj cihazları vb.

• Inverter: Direkt akımı alternatif akıma dönüştürmek için kullanılan bir cihaz, genellikle güneş fotovoltaik sistemlerinde, elektrikli araç şarj istasyonlarında vb. bulunur.

• Değişken frekansta sürücü: Bir motorun hızını kontrol etmek için kullanılan bir cihaz, endüstriyel otomasyon alanında yaygın olarak kullanılır.

• Ark kaynağı makinesi: Kaynak işlemi sırasında doğrusal olmayan akım oluşur.

• Gaz boşaltma lambaları: Örneğin, floresan lambalar, yüksek basınçlı sodyum lambaları vb., başlatma ve işletme sırasında harmonikler üretirler.

Güç elektronik ekipmanları

Modern güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılan güç elektronik cihazları, harmoniklerin önemli kaynaklarıdır:

• Frekans dönüştürücü: AC motorun hızını ve torkunu kontrol etmek için kullanılan, çalışma prensibi harmonikler üretir.

• Kesintisiz güç kaynağı (UPS): Pil gücüyle çalıştırıldığında harmonikler üretilir.

• Dönüştürücü: Rüzgar enerjisi üretiminde kullanılan gibi, alternatif akımın frekansını değiştirmek için kullanılan bir cihaz.

Motorlar ve transformatörler

Hatta geleneksel motorlar ve transformatörlerde bile, manyetik doygunluk etkileri gibi nedenlerden dolayı hafif harmonikler oluşabilir:

• Motorlar: Özellikle başlangıç aşamasında, doğrusal olmayan manyetizasyon eğrilerinin etkisiyle harmonikler oluşabilir.

• Transformatör: Transformatör doygun bölgesinde çalıştığında, harmonikler üretir.

Ağın kendi sorunları

• Dengesiz yük: Üç fazlı sistemde dengesiz bir yük, nötr akımın harmonikler içermesine neden olabilir.

• Uzun mesafe iletimi: Uzun mesafe iletim sürecinde, hatların endüktans ve kapasitans etkileri, harmoniklerin amplifikasyonuna neden olabilir.

Diğer faktörler

• Güç ekipmanlarının yaşlanması: Eski güç ekipmanları, iç komponentlerin bozulması nedeniyle ek harmonikler üretebilir.

• Tasarım hataları: Yetersiz tasarlanmış güç sistemleri, harmoniklerin amplifikasyonuna veya oluşmasına neden olabilir.

Harmonik etkileri

Harmonikler, güç sistemlerinde çeşitli olumsuz etkilere neden olabilir, bunlar arasında ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere:

• Ekipman kayıplarının artması: Harmonikler, motor, transformatör ve diğer ekipmanların ek kayıplarına neden olabilir, bu da hizmet ömrünü kısaltır.

• Sistem verimliliğinin azalması: Harmonikler, sistem verimliliğini azaltır ve enerji tüketimini artırır.

• Ölçüm doğruluğunun etkilendirilmesi: Harmonikler, enerji sayacının ölçüm doğruluğunu etkileyecek ve elektrik ücretlerinin yanlış hesaplanmasına neden olabilir.

• İletişim sistemiyle interferans: Harmonikler, iletişim sistemine interferans oluşturur ve sinyal iletim kalitesini etkiler.

• Rezonansın tetiklenmesi: Bazı durumlarda, harmonikler, sistemin indüktörleri ve kondansatörleriyle rezonans oluşturarak ciddi güç kalitesi sorunlarına neden olabilir.

Harmonik baskıurma önlemleri

Harmoniklerin etkisini azaltmak için genellikle aşağıdaki önlemler alınır:

• Filtreler: Pasif veya aktif filtreler kurularak harmonikler absorbe edilir veya karşılanır.

• Yük endüktansının artırılması: Yük endüktansını artırarak harmonikler bastırılır.

• Yük karakteristiklerinin iyileştirilmesi: Düşük harmonik içeren bir yük kullanılır, örneğin tek faz dikdörtgenleştiriciden ziyade üç faz dikdörtgenleştirici.

• Dinamik reaktif güç kompensasyonu: SVG (statik reaktif güç jeneratörü) gibi ekipmanlar kullanılarak dinamik reaktif güç kompensasyonu yapılır.

Sonuç

Elektrik sistemlerindeki harmonikler, dikdörtgenleştiriciler, anahtarlı güç kaynakları, inverterler, değişken frekansta sürücüler gibi doğrusal olmayan yükler nedeniyle çoğunlukla ortaya çıkar. Harmonikler, güç sisteminin performansını ve güvenilirliğini olumsuz etkileyebilir, bu nedenle harmoniklerin baskıranı veya ortadan kaldırılması için uygun önlemlerin alınması gerekmektedir.