ENERJİ SİSTEMLERİNDE HARMONİK ANALİZİ ve HARMONİK AZALTMA TEKNİKLERİ

Abstract

Elektrik kullanan tesislerde veya enerji sistemlerinde üretimin sağlıklı bir şekilde yapılabilmesi için tesise kaliteli enerji sağlanması oldukça önem arz etmektedir. Elektrik enerjisinin kalitesini belirleyen ana faktörlerden biri olan akım ve gerilimin sinüs eğrisine çok benzer bir biçimde ve 50 Hz frekansında olmasıdır. Fakat doğrusal olmayan yük kullanımının yaygınlaşması sonucunda bu yüklerin ürettiği harmoniklerden dolayı, akım ve gerilimin dalga şekli sinüs halden uzaklaşır ve sonuç olarak işletmede istenmeyen elektrik sorunları meydana gelir. Yarı iletken elemanların kullanıldığı cihazlar, kesintisiz güç kaynakları, transformatörler, jeneratörler, redresörler, motor hız kontrol sistemleri şebekede harmoniklerin meydana gelmesine sebep olmaktadır. Güç faktörünün şebekede 1’e yakın olmasının ekonomiye olan katkısından dolayı kanunlarla yapılması zorunlu hale getirilen reaktif güç kompzanzasyonu, harmonikler nedeniyle rezonans halinde kompanzasyonda kullanılan kondansatörleri tahribata uğramakta ve hatta patlatabilmektedir. Ayrıca harmonikler yalıtkan kablolarda delinme oluşmasına sebep olabilmekte ve bu durum büyük bir sorun oluşturmaktadır. Elektrik enerji sistemlerinde harmoniklerden kaynaklı olarak işletmelere kaliteli bir elektrik enerjisi sunulamadığı için sistemde kullanılan cihazları olumsuz etkilemesinden dolayı ek kayıplara yani endüstriyel işletmelerde önemli ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Harmoniklerin şebekelerde azaltılması, EPDK (Enerji Piyasası Denetleme Kurulu) tarafından belirtilen değerlerin altında tutulması tesislerde hem teknik hem de ekonomik açıdan fayda sağlar. Harmoniklerin azaltılması için farklı yöntemler kullanılabilir. Bunlardan ilki harmoniklerin giderilmesi için işletmelerde harmoniklere sebebiyet veren cihazlar tasarlanırken harmonikleri düşük seviyede ya da hiç oluşturmayacak filtre ile birlikte tasarlanması, diğeri ise filtreler vasıtasıyla sistemde bulunan harmoniklerin süzülerek azaltılmasıdır. Elektrik tesislerinde reaktif güç kompanzasyonu yapılırken harmoniklerin de göz önünde bulundurulması, tesislerde ve dağıtım sistemlerindeki harmoniklerin incelenmesi, harmonik sınırlara uyumluluğu sağlamak üzere atılacak adımlara rehberlik etmesi açısından oldukça önemlidir. Bu tez çalışmasının asıl amacı harmoniklerin güç sistemindeki etkilerini ve harmoniklerin azaltılmasının sanayinin istifadesine nasıl sunulacağını göstermektir. Yapılan bu çalışmada, harmonik bozulmanın, güç kalitesiyle ilgili en önemli sorunlardan biri olduğu ve güç sistemine çeşitli bozulmalar oluşturduğu açıklanmaktadır. Bu doktora tezinde birçok tesisin akım, gerilim ve güç gibi parametreleri ölçülmüştür. Ölçümler sonucunda veriler bilgisayara aktarılarak harmonik analizi yapılmıştır. En son ölçüm yapılan tesis 1250 kVA ve 1600 kVA’lik trafolardan beslenmekte olup, bu tesiste önce filtresiz olarak, daha sonra reaktif güç kompanzasyon kondansatörleri önüne harmonik filtre reaktörü bağlayarak ve en son pasif harmonik filtre bağlayarak ölçümler gerçekleştirilmiştir. Ölçümler sonucunda harmonik güç oranı filtresizde %31.92, harmonik filtre reaktörlü bağlantıda %13.82 ve pasif harmonik filtreli bağlantıda %8.81 olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar doğrultusunda uygulamaya yönelik öneriler geliştirilmiştir.