GENETEK Güç, Enerji, Elektrik Sistemleri Özel Eğitim ve Danışmanlık San. Tic. Ltd. Şti. Güç Sistemlerinde Harmonikler Yeniköy Merkez Mh. KOÜ Teknopark No:83 C-13, 41275, Başiskele/KOCAELİ Telefon-Faks: +90 262 341 45 33
İçindekiler GÜÇ KALİTESİ TANIMLARI HARMONİK TANIMI VE HARMONİK KAYNAKLARI HARMONİKLİ SİSTEMDE TEMEL KAVRAMLAR VE HESAPLAR HARMONİĞİN ETKİLERİ HARMONİKLERİ ÖNLEME YÖNTEMLERİ STANDARTLAR VE EŞİK DEĞERLER HARMONİK ÖLÇÜMÜ Sayfa 2
Güç Kalitesi Tanımları Güç Kalitesi Tanımı Güç Kalitesi Bozulmalarının Sınıflandırılması Transient Gerilim Çökmesi Gerilim Yükselmesi Kısa Süreli Kesinti Düşük Gerilim Aşırı Gerilim Uzun Süreli Kesinti Gerilim Dengesizliği Gerilim Dalgalanması Güç Frekansı Değişimi Dalga Şeklinde Bozulma Sayfa 3
Güç Kalitesi Tanımları Güç Kalitesi Tanımı Güç kalitesi, gerilim genlik ve frekansının nominal değerini koruması, gerilim dalga şeklinin saf sinüs biçiminde olması ve kesintisiz olarak sunulması şeklinde tanımlanabilir. IEEE standardında ise güç kalitesi hassas cihazların uygun çalışma koşullarında işletilmesidir. Elektrik mühendisliğinde uluslararası standartlarda ise güç kalitesi elektromanyetik uyumluluk olarak ifade edilmektedir Sayfa 4
Gerilim [%] Gerilim [%] Gerilim (%) Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Güç Kalitesi Bozulmalarının Sınıflandırılması Geçici Rejim Olayları (Transients) Kısa Süreli Değişimler; Gerilim çökmesi (Voltage sag) Gerilim yükselmesi (Voltage swell) Kısa süreli kesinti Uzun Süreli Değişimler; Düşük gerilim (Undervoltage) Aşırı Gerilim (Overvoltage) Uzun süreli kesinti Gerilim Dengesizliği (Voltage Unbalance) Gerilim Dalgalanması (Fliker) Güç Frekansı Değişimi Dalga Şeklinde Bozulma DC bileşen Çentik Gürültü Harmonikler Ara harmonikler (Interharmonic) 100 0-100 150 100 50 0-50 -100-150 100 0-100 100 0-100 Zaman (s) Zaman (s) Zaman (s) Zaman (s) Sayfa 5
Güç Kalitesi Tanımları Güç Kalitesi Bozulmalarının Sınıflandırılması Geçici Rejim Olayları (Transients) Kısa Süreli Değişimler; Gerilim çökmesi (Voltage sag) Gerilim yükselmesi (Voltage swell) Kısa süreli kesinti Uzun Süreli Değişimler; Düşük gerilim (Undervoltage) Aşırı Gerilim (Overvoltage) Uzun süreli kesinti Gerilim Dengesizliği (Voltage Unbalance) Gerilim Dalgalanması (Fliker) Güç Frekansı Değişimi Dalga Şeklinde Bozulma DC bileşen Çentik Gürültü Harmonikler Ara harmonikler (Interharmonic) Sayfa 6
Gerilim Güç Kalitesi Tanımları Geçici Rejim Olayları (Transients) 50 nanosaniyeden 50 milisaniyeye kadar olan sürelerde gerilim ve/veya akımda meydana gelen ani değişimler geçici rejim olayları olarak değerlendirilir. Genellikle kararlı bir durumdan başka bir duruma geçerken meydana gelir. Temel Nedenleri Yıldırım Anahtarlama olayları Ark oluşturan gevşek bağlantılar Komşu tesisler Etkileri Elektronik cihazların verimliliğini azaltma Motorlarda ısı artışı, titreşim, gürültü oluşturma Floresan ampul ve balastlarda hasara yol açma Hatalı açmalara neden olma Trafolarda histerisiz kayıplarını artırma Zaman Önlemler Parafudur TVSS (Transient Voltage Surge Suppressor) Sayfa 7
Gerilim (%) Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Gerilim Çökmesi (Voltage Sag, Voltage Dip) Gerilim çökmesi IEEE 1159 standardında, gerilim etkin değerinin (RMS) yarım periyottan 1 dakika süreye kadar %10 - %90 seviyesine düşmesi olarak tanımlanır. Temel Nedenleri Kısa devre arızaları Yüksek güçlü motorların devreye girmesi Önemli yük değişimleri 100 50 0-50 Etkileri Sistemin devre dışı kalması Ekipman verimliliğini ve ömrünü azaltma Önlemler Kesintisiz güç kaynağı (UPS) Dinamik gerilim regülatörü -100 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 Zaman (s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Zaman (s) Sayfa 8
Gerilim (%) Gerilim (%) Güç Kalitesi Tanımları Gerilim Yükselmesi (Voltage Swell) Gerilim yükselmesi IEEE 1159 standardında, gerilim etkin değerinin (RMS) yarım periyottan 1 dakika süreye kadar %110 - %180 seviyesine yükselmesi olarak tanımlanır. Temel olarak gerilim çökmesinin tersidir. 150 Temel Nedenleri Faz-toprak kısa devre arızaları Yüksek güçlü yüklerin devre dışı kalması Büyük kapasitör banklarının devreye girmesi 100 50 0-50 -100 Etkileri Koruma, kontrol problemleri Sistemin devre dışı kalması Hassas elektronik cihazların arızalanması Önlemler Kesintisiz güç kaynağı (UPS) Dinamik gerilim regülatörü -150 Zaman (s) 120 115 110 105 100 95 90 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Zaman (ms) Sayfa 9
Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Kısa Süreli Kesinti (Short Time Interruption) Kısa süreli kesinti IEEE 1159 standardında, gerilim değerinin maksimum 1 dakika süreye kadar %10 altına düşmesi olarak tanımlanır. Ani (0.5-30 periyot), anlık (30 periyot-3 saniye), geçici (3 saniye- 1 dakika) olarak sınıflandırılır Temel Nedenleri Arıza sonrası tekrar kapama olaylarında kapama cihazlardan veya işletme prosedüründen kaynaklanan gecikmeler 100 Etkileri Hassas ekipmanların devre dışı kalması (PC, PLC, vb.) Veri kaybı Veri işleme ekipmanlarının arızalanması 0 Önlemler Geçici arızaları azaltmaya yönelik önlemler Hızlı tekrar kapama Kesintisiz güç kaynağı -100 Zaman (s) Sayfa 10
Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Düşük Gerilim (Undervoltage) Düşük gerilim IEEE 1159 standardında, gerilim etkin değerinin (RMS) 1 dakikadan daha uzun süre boyunca %80 - %90 seviyesine düşmesi olarak tanımlanır. Temel Nedenleri Uzun enerji dağıtım hatları Sistemin aşırı yüklü olması Etkileri Motorların aşırı ısınması, verimlerinin ve ömürlerinin azalması Hassas elektronik cihazların arızalanması Teknik kayıpların artması Koruma ekipmanlarının açması 100 0 Önlemler Sistem empedansının azaltılması (seri kapasitör ekleme, hat kesiti artırma, transformatör boyutunu artırma ) Gerilim profilini iyileştirilmesi (gerilim regülatörü, yükte kademe ayarlı transformatör) Hat akımının azaltılması (Yük paylaşımı, paralel kapasitör, gerilim seviyesi artırımı ) -100 Zaman Sayfa 11
Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Aşırı Gerilim (Overvoltage) Aşırı gerilim IEEE 1159 standardında, gerilim etkin değerinin (RMS) 1 dakikadan daha uzun süre boyunca %110 - %120 seviyesine yükselmesi olarak tanımlanır. Temel Nedenleri Transformatör kademe ayarı hatası Büyük bir yük grubunun devreden çıkması Gereğinden fazla kapasitör bankının devreye alınması 150 100 Etkileri Hassas elektronik cihazların arızalanması, devre dışı kalması Koruma ekipmanlarının açması 50 0-50 Önlemler Gerilim profilini iyileştirilmesi (gerilim regülatörü, yükte kademe ayarlı transformatör) Yük yoğunluğunun az olduğu zamanlarda paralel kapasitörlerin manuel veya otomatik olarak devreden çıkarılması -100-150 Zaman (s) Sayfa 12
Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Uzun Süreli Kesinti (Long Time Interruption) Uzun süreli kesinti IEEE 1159 standardında, gerilim değerinin 1 dakikadan daha uzun süre sıfıra düşmesi olarak tanımlanır. Temel Nedenleri Sistemde meydana gelen kalıcı arızalar Bakım onarım çalışmaları için yapılan planlı kesintiler 100 Etkileri Kullanıcıların tamamen enerjisiz kalması 0 Önlemler Kalıcı arızaları azaltmaya yönelik önlemler almak Dizel jenaratör, kojenerasyon santrali vb. (kullanıcı tarafında) -100 Zaman (s) Sayfa 13
Beklenen Sıcaklık aatışı [%) Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Gerilim Dengesizliği (Voltage Unbalance) Üç fazlı bir sistemde gerilim dengesizliği, ardışık fazlar arasındaki faz açılarının eşit olmaması ve/veya gerilim etkin değerlerinin eşit olmaması olarak tanımlanır. Dengesizliğin derecesi negatif veya sıfır dizi bileşeninin pozitif dizi bileşene oranı olarak tanımlanır. Temel Nedenleri Dengesiz yük dağılımı Arızalar Ekipmanlardan kaynaklı dengesiz gerilim oluşumu (motorlar) 100 0 Etkileri Asenkron motorların aşırı ısınması Sistem ekipmanların negatif bileşene mazur kalarak zarar görmesi Önlemler Tek fazlı yüklerin dengeli dağıtılması Motorlar için uygun sürücülerin ve koruma ekipmanlarının kullanılması Tek fazlı gerilim regülatörleri -100 120 100 80 60 40 20 0 Zaman (s) 0 1 2 3 4 5 6 7 Gerilim Dengesizliği [%] Sayfa 14
Gerilim [pu] Güç Kalitesi Tanımları Gerilim Dalgalanması (Voltage Fluctuantions) Gerilimin %90-%110 aralığında sürekli ve rastgele değişimi gerilim dalgalanması olarak adlandırılır. Dalgalanma frekansının 25 Hz den düşük olması durumunda çeşitli ışık kaynaklarının parlaklıklarında değişme meydana gelir. Gerilim dalgalanması ile meydana gelen bu parlaklık değişimi fliker olarak adlandırılır. Temel Nedenleri Etkileri Ark ocakları Statik frekans konvertörleri Yüksek güçlü motorların kalkışı Kaynak makinaları Flikerden kaynaklı görsel ve sinirsel yorgunluk oluşturması Üretim hatalarına sebep olması Hatalı açmalar meydana getirmesi Sabit gerilim gerektiren hassas cihazlarda (ör. Tıbbi cihazlar) sorunlara yol açması Önlemler Statik Var kondansatör, STATCOM Seri direnç (ark ocakları) Kesintisiz güç kaynağı (UPS) 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5 Zaman (s) Sayfa 15
Güç Kalitesi Tanımları Güç Frekansı Değişimi (Power Frequency Variation) Güç frekansı değişimi, sistemin frekansının nominal değerden (50 Hz) sapması olarak tanımlanır. Temel Nedenleri Büyük güçlü generatörlerin devre dışı kalması Yüksek güçlü yük gruplarının devreden çıkması Sistem hataları gibi olaylar sonucu üretim ve tüketim arasındaki dinamik dengenin sağlamamasıdır Etkileri Cihazların arızalanması Veri kaybı Şebeke hataları Sistemin tamamen çökmesi Frekans [Hz] 50.2 50 49.8 49 Zaman Önlemler Yük-frekans kontrol yöntemleri Sayfa 16
Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Dalga Şeklinde Bozulma (Waveform Distortion) Dalga şekli bozulması, temel frekanstaki sinüsoidal dalga şeklinin bozulması olarak tanımlanır. Dalga şekli bozulmaları DC bileşen, çentik, gürültü, harmonik ve ara harmonik olmak üzere beş gruba ayrılır. DC Bileşen; Bir alternatif akım sisteminde doğru akım bileşenin meydana gelmesi olarak tanımlanır. 200 150 100 Temel Nedenleri Yarım dalga doğrultucular 50 0-50 -100 Etkileri Doymaya sebep olmaları nedeniyle transformatörlerin aşırı ısınmasına -150 Zaman (s) Sayfa 17
Gerilim [%] Güç Kalitesi Tanımları Dalga Şeklinde Bozulma (Waveform Distortion) Çentik (Notching) Güç elektroniği cihazlarının (ör. doğrultucuların) çalışması sırasında akımın bir fazdan diğerine geçmesi sonucu meydana gelen periyodik bozulmadır Temel Nedenleri Üç fazlı doğrultucu ve dönüştürücüler 100 Etkileri Elektromanyetik filtrelere ve yüksek frekansa duyarlı kapasitif devrelerde aşırı yüklenme 0 Önlemler Hassas ekipmanların çektik meydana getiren kaynaklardan izole edilmesi -100 Zaman (s) Sayfa 18
Güç Kalitesi Tanımları Dalga Şeklinde Bozulma (Waveform Distortion) Gürültü (Noise) Temel dalganın üzerine binen yüksek frekanslı dalgaların meydana getirdiği bozulma olarak tanımlanır Temel Nedenleri Güç elektroniği cihazları Kontrol devreleri Anahtarlamalı güç kaynakları Radyo vericileri Etkileri Mikro işlemcilerin, programlanabilir kontrollerin hatalı çalışması Görüntü aktarımı bozulması Sabit disk arızaları Önlemler Kesintisiz güç kaynağı Gürültü önleyici filtre İzolasyon transformatörü Kabloların ekranlanması Sayfa 19
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Tanımı Lineer Elemanlar Lineer Olmayan Elemanlar Harmonik Kaynakları Fourier Analizi Faz Sırası Değişimi Tekil Harmonik Distorsiyon Şekil Faktörü Tepe Faktörü Toplam Harmonik Distorsiyon K Faktörü Harmonikli Sistemede Akım ve Gerilim Harmonikli Sistemede Görünür Güç Distorsiyon Güç Faktörü Harmonikli Sistemde Yüklenebilecek Maksimum Güç Sayfa 20
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Tanımı Çeşitli etkilerden dolayı sistemde temel frekansın katlarında sinüsoidal dalga şekillerinin meydana gelmesi sonucu temel dalga şeklinin bozulması harmonik olarak tanımlanır. Bir sistemde harmonik oluşmasının temel nedeni lineer olmayan (nonlineer) elemanlardır. Sayfa 21
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Lineer Elemanlar Tanım Akım ve gerilim arasındaki ilişkinin doğrusal olduğu elemanlardır. Lineer elemanlarda akım ve gerilim dalga şekli aynı formdadır. V Z V I I V I Sayfa 22
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Lineer Olmayan (Non-Lineer) Elemanlar Tanım Akım ve gerilim arasındaki ilişkinin doğrusal olmadığı elemanlardır. V Z Doym a Noktası U U I Doym a B aşlama Noktası I V U I U I Sayfa 23
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Kaynakları Döner Makinalar Döner makinalarda Uyartım sargısının şekli Manyetik devrenin doyması Manyetik direncin değişimi harmonik bileşen üretilmesine neden olur Temel dalga şekli Döner makinalar akım harmoniği üretirler Kutup Boşlukları Meydana gelen dalga şekli Sayfa 24
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Kaynakları Güç Elektroniği Ekipmanları Motor Sürücü 100 50 HD [%] THD %44 Statik AC/DC güç dönüştürücüleri Doğrultucular (Rectifier), Çeviriciler (İnverterlar) Frekans dönüştürücüler AC Hız kontrol cihazları, Yumuşak yol vericiler Kesintisiz güç kaynakları Elektronik balastlı armatürler Bilgi işlem ve TV yayın sistemleri, PC, vb... Ofis ekipmanları Diğer dalga değişimli ve faz ayarlamalı kontrol sistemleridir. Doğrultucu Veri İşleyiciler Floresan Balast 0 100 50 0 100 50 0 100 50 0 HD [%] HD [%] HD [%] 1 5 7 11 13 17 19 23 25 THD %28 1 5 7 11 13 17 19 23 25 THD %115 1 5 7 11 13 17 19 23 25 THD %53 1 5 7 11 13 17 19 23 25 h h h h Sayfa 25
Ark Fırının İnceltme Anındaki Akım Frekans İlişkisi Ark Fırının Eritme Anındaki Akım Frekans İlişkisi Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Kaynakları Ark Cihazları Akım Kaynak makinaları Ark ocakları 10 1 0.1 0 100 200 300 400 500 Akım F (Hz) 10 1 Sayfa 26 0.1 0 100 200 300 400 500 F (Hz)
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Kaynakları Transformatörler Transformatörlerin doyma bölgesinde çalışması harmonik bileşen üretilmesine neden olur V Doym a Noktası Doym a B aşlama Noktası Z Transformatörlerin kalkış anında kısa süreli 2. harmonik bileşen oluşmasına neden olurlar I Inrush akımı Uygulanan gerilim Sayfa 27
Harmonik Tanımı ve Harmonik Kaynakları Harmonik Kaynakları Harmonik Kaynağı Tipik Harmonik Derecesi 6 Pulse Sürücü/Doğrultucu 5, 7, 11, 13, 17, 19 12 Pulse Sürücü/Doğrultucu 11, 13, 23, 25 18 Pulse Sürücü 17, 19, 35, 37 Anahtarlamalı Güç Kaynağı 3, 5, 7, 9, 11, 13 Elektronik Balast 3, 5, 7, 9, 11, 13 Ark Üreten Cihazlar 2, 3, 4, 5, 7... Transformatör Enerjilenmesi 2, 3, 4 Sayfa 28
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Fourier Analizi Fourier serisi ile periyodik olarak aynı frekansta devam eden bütün işaretler temel frekansın katlarına göre ayrıştırılabilir. Ayrıştırma sonrası elde edilen serinin her bir bileşenine harmonik denir. f t : Harmonik bileşen içeren periyodik işaret A 0 = 1 T A n = 2 T T n=0 T n=0 f t dt f t. cos (n. wt)dwt Periyodik işaret dalga formu Temel bileşen (50 Hz) 5. Harmonik bileşen (250 Hz) 3. Harmonik bileşen (150 Hz) B n = 2 T T n=0 f t. sin (n. wt)dwt f t = A 0 + n=1 A n cos(n. wt) + B n sin(n. wt) f t = A 0 + n=1 A n cos(n. wt) + B n sin(n. wt) Sayfa 29
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Faz Sırası Değişimi VA t = V 1 cos wt + V 2 cos 2wt + V 3 cos 3wt + V 4 cos 4wt + V 5 cos 5wt + V 6 cos 6wt + V 7 cos 7wt +.. VB t = V 1 cos wt 120 + V 2 cos 2wt 240 + V 3 cos 3wt 360 + V 4 cos 4wt 480 + V 5 cos 5wt 600 + V 6 cos 6wt 720 + V 7 cos 7wt 840 +.. = V 1 cos wt 120 + V 2 cos 2wt + 120 + V 3 cos 3wt + V 4 cos 4wt 120 + V 5 cos 5wt + 120 + V 6 cos 6wt + V 7 cos 7wt 120 +.. Temel Bileşen 3. Harmonik 5. Harmonik 7. Harmonik 9. Harmonik A B C A-B-C 0 0 120 0 240 0 A' B' C' 3x0 0 = 0 0 3x120 0 = 360 0 3x240 0 = 720 0-0 0 0 0 0 0 A' B' C' 5x0 0 = 0 0 5x120 0 = 600 0 5x240 0 = 1200 0 C-B-A 0 0-120 0-240 0 A' B' C' 7x0 0 = 0 0 7x120 0 = 840 0 7x240 0 = 1680 0 A-B-C 0 0 120 0 240 0 A' B' C' 9x0 0 = 0 0 9x120 0 = 1080 0 9x240 0 = 2160 0-0 0 0 0 0 0 B B VC t = V 1 cos wt + 120 + V 2 cos 2wt + 240 + V 3 cos 3wt + 360 + V 4 cos 4wt + 480 + V 5 cos 5wt + 600 + V 6 cos 6wt + 720 + V 7 cos 7wt + 840 +.. = V 1 cos wt + 120 + V 2 cos 2wt 120 + V 3 cos 3wt + V 4 cos 4wt + 120 + V 5 cos 5wt 120 + V 6 cos 6wt + V 7 cos 7wt + 120 +.. C Temel Bileşen ABC A A 5. Harmonik CBA C Sayfa 30
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Faz Sırası Üç fazlı dengeli bir sistemde harmonik bileşeler faz sırası h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Sequence + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 B B h 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Sequence + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 h 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Sequence + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 C Temel Bileşen A A 5. Harmonik C h 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Sequence + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 ABC CBA Dengeli bir üç fazlı sistemde sürekli halde 2 ve katı harmonikler bulunmaz Transforamtörlerin kalkış anında meydana gelen ınrush akımlarından dolayı şebekede çok kısa süreli 2. harmonik bileşen görülebilir Sayfa 31
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Tekil Harmonik Distorsiyon (HD) Tekil harmonik distorsiyonu, gerilim ve akımın n. harmonik mertebesindeki değerini ifade eder İ 1 :Temel frekans akım değeri HD v V n V 1 V 1 İ n V n HD İ HD V :Temel frekans gerilim değeri :Temel frekansın n. katındaki akım değerleri :Temel frekansın n. katındaki gerilim değerleri :Akım harmonik distorsiyonu :Gerilim harmonik distorsiyonu HD i I n I 1 Sayfa 32
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Şekil (Form) Faktörü Şekil faktörü sinüsoidal bir dalganın bozulma ölçütünü belirlemede kullanılır. Saf sinüsoidal bir dalga için şekil faktörü 1,11 değerindedir. Şekil Faktörü = Efektif Değer Ortalama Değeri Tepe (Cest) Faktörü Harmonik bileşen tespiti için kullanılan faktörlerdendir. Bir sistemde tepe faktörü 2 değerinden farklı ise sistemde harmonik olduğu anlamına gelir Tepe Faktörü = Tepe Değer Temel Bileşen Efektif Değeri Sayfa 33
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Toplam Harmonik Distorsiyon (THD) Toplam harmonik distorsiyonu, harmonik büyüklüklerin sınırlandırılması amacıyla standartlarda tanımlanmış bir büyüklüktür. % THD İ ( İ 2 2 İ 2 3 İ 1... İ 2 n x100 Sistemdeki harmonik bozulmanın seviyesini tespit etmekte çok yaygın olarak kullanılmaktadır. İ 1 :Temel frekans akım değeri % THD V ( V 2 2 V 2 3 V 1... V 2 n x100 V 1 :Temel frekans gerilim değeri İ 2,3,..n :Temel frekansın 2,3, n. katındaki akım değerleri V 2,3,..n :Temel frekansın 2,3, n. katındaki gerilim değerleri THD İ :Akım toplam harmonik distorsiyonu THD V :Gerilim toplam harmonik distorsiyonu % THD 2 2 (25 13 100 x100 28.17% Sayfa 34
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Toplam Talep Distorsiyon (TTD) Toplam talep distorsiyonu, bir yüke ait toplam akım harmonik distorsiyonu olarak tanımlanır İletim Sistemi PCC İ 2,3,..n :Temel frekansın 2,3, n. katındaki akım değerleri I L :Bağlantı noktası maksimum akım değeri I L Dağıtım Sistemi TTD :Toplam talep distorsiyonu Müşteri Yükü Diğer Yükler Bağlantı noktası maksimum akım değeri (I L ) sistemin ortak bağlantı noktasından çekilen temel frekanslı akım değeridir. İlgili noktadan çekilen maksimum akımların 1 yıllık periyottaki ortalaması olarak hesaplanır. İletim Sistemi TTD 2 2 ( İ2 İ3... İ İ L 2 n PCC Dağıtım Sistemi I L Müşteri Yükü Sayfa 35
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar K Faktörü K faktörü, transformatörlerin harmonikli yükleri beslemesi durumunda transformatörün yüklenme kapasitesindeki azalmayı hesaplamak için kullanılan bir kavramdır İ 1 :Temel frekans akım değeri K = n n=1 (n I n ) 2 I 1 İ 2,3,..n :Temel frekansın 2,3, n. katındaki akım değerleri n :Harmonik dereceleri K K n :K faktörü :Transformatörün efektif akımına göre normalleştirilmiş K faktörü K n = n ( n. I n n=1 ) I 2 1 1 + (THD I ) 2 K faktörü, bir sistemdeki hem harmonik büyüklüğü hem de harmonik derecesi hakkında fikir edinmemizi sağlar Sayfa 36
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar K Faktörü Örnek Harmonik akım bileşenleri yandaki tabloda verilen transformatör için K faktörünü ve normalleştirilmiş K faktörünü bulunuz Harmonik Derecesi (n) 1 5 7 11 13 17 19 23 25 Harmonik Akımı (In) [%] 100 19 13 8 5 3 2 1 0.9 K = n n=1 (n I n ) 2 I 1 K = 4. 43 % THD İ ( İ 2 2 İ 2 3 İ 1... İ 2 n x100 % THD İ 25.18% n ( n. I n n=1 ) I 2 K n = 1 1 + (THD I ) 2 K n = 4. 171 Sayfa 37
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Harmonikli Sistemde Akım ve Gerilim İ 1,2,3,..n V 1,2,3,..n I RMS V RMS :Temel frekansın 1,2,3, n. katındaki akım değerleri :Temel frekansın 1,2,3, n. katındaki gerilim değerleri :Harmonik bileşen içeren bir sistemde akımın efektif değeri :Harmonik bileşen içeren bir sistemde gerilimin efektif değeri I rms 2 2 2 2 THDI I1 I2 I3... In I1 1 100 2 h 1 50 Hz h 3 150 Hz V rms 2 2 2 2 THDV V1 V2 V3... Vn V1 1 100 2 h 5 250 Hz h 7 350 Hz h 9 450 Hz Sayfa 38
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Harmonikli Sistemde Görünür Güç I 1 V 1 P 1 Q 1 S 1 D S :Temel frekanstaki akım değerleri :Temel frekanstaki gerilim değerleri :Temel frekanstaki aktif güç değerleri :Temel frekanstaki reaktif güç değerleri :Temel frekanstaki görünür güç değerleri :Distorsiyon (bozulma) gücü :Harmonikli sistemde görünür güç P V 1 1I Q V 1 1I 1.cos 1.sin S 2 P Q 2 1 1 1 D S S 1 Q 1 S P 2 2 2 1 Q D 1 P 1 Sayfa 39
Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar Distorsiyon Güç Faktörü I 1 V 1 I V P GF :Temel frekanstaki akım değerleri :Temel frekanstaki gerilim değerleri :Harmonik bileşen içeren bir sistemde akımın efektif değeri :Harmonik bileşen içeren bir sistemde gerilimin efektif değeri : Harmonikli sistemde aktif güç değeri :Harmonikli sistemde güç faktörü V V 2 V 1 THD 100 1 I I 2 I 1 THD 100 1 GF I P 2 2 1V 1 THD V THD 1 I 100 100 1 Sistemin harmonik bileşen içermesi güç faktörünün düşmesine neden olmaktadır Sayfa 40
Harmonikli Sistemde Yüklenebilecek Maksimum Güç Harmonikli Sistemde Temel Kavramlar Ve Hesaplar K S N D S H :Normalleştirilmiş K faktörü :Nominal güç :Yüklenme faktörü :Harmonikli sistemde yaralanabilecek maksimum güç Örnek : 34,5/0,4 kv 160 kva trafonun sekonderinden çekilen akım Ih1 = 180A; Ih5 = 75A; Ih7 = 32A; Ih11 = 17A; Ih13 = 6A Olmak üzere K = D = n ( n. I n n=1 ) I 2 1 2 1 + THD I 1,15 1 + 0,15. K K= 6,71 D=0,573 olarak hesaplanır Buna göre bu harmonik akımlara göre trafonun verebileceği maksimum güç Sn= 0,573x160 =92 kva olarak bulunur. Eğer bu harmoniklerin bulunduğu sistemde 160 kva güç çekilmesi gerekiyorsa trafo nominal gücü S H = D. S N 160/0,573 =280 kva olmalıdır. Sayfa 41
Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Meydana Getirdiği Genel Problemler Transformatörler Üzerindeki Etkileri Döner Makinalar Üzerindeki Etkileri İletkenler Üzerindeki Etkileri Koruma Ekipmanları Üzerindeki Etkileri Kondansatör Üzerindeki Etkileri Harmoniklerin Rezonans Etkileri Sayfa 42
Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Meydana Getirdiği Genel Problemler Generatör ve şebeke geriliminin dalga şeklinin bozulması Sistemdeki teknik kayıpların artması Ekipmanlarda verim düşmesi ve ömür kısalması Gerilim düşümünün artması Faz-toprak arıza akımlarının yükselmesi Yalıtım malzemenin zorlanması ve delinmesi Koruma sistemlerinin hatalı çalışması Rezonansa neden olması sonucu aşırı akım ve gerilimlerin oluşması Endüksiyon tipi sayaçlarda ölçüm hataları oluşması Ses ve görüntü aktarım cihazlarında parazit oluşması Elektronik kartların arızalanması Veri kaybına neden olması Sayfa 43
Harmoniğin Etkileri Transformatörler Üzerindeki Etkileri Akım harmoniklerinin etkisi sonucu bakır kayıplarının ve kaçak akı kayıplarının artması Gerilim harmoniklerinin etkisi sonucu demir kayıplarının artması ve yalıtım zorlanmalarına neden olması Transformatör ile kompanzasyon sisteminin paralel rezonansa girmesi Transformatörün gürültülü çalışması Bunlara bağlı olarak transformatörde aşırı ısınmalar, ömründe azalma meydana gelmektedir. Sayfa 44
Harmoniğin Etkileri Döner Makinalar Üzerindeki Etkileri Faz sırası değişmesi etkisiyle ters yönde dönmeye zorlanması Sargıların aşırı ısınması Manyetik kayıpların artması Verimim düşmesi, ömür kısalmaı Titreşimli ve gürültülü çalışması Hava aralığında bileşke akı üretilmesinden dolayı motorun kalkış 5. Harmonik yapamaması veya senkronlama sağlayamaması Temel Bileşen h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Sequence + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 B B C A A C Temel Bileşen 5. Harmonik Sayfa 45
Harmoniğin Etkileri İletkenler Üzerindeki Etkileri Frekans etkisiyle direncin ve reaktansın değişmesi sonucu ısıl kayıpların artması Deri etkisi oluşturması nedeniyle izolasyon sorunları meydana gelmesi ve dielektrik kayıpların artması Tek fazlı yükleri besleyen üç fazlı dört iletkenli sistemlerde nötr iletkeninin aşırı yüklenmesi A 10A -150 Hz 10A - 50 Hz B 10A -150 Hz 10A - 50 Hz C 10A -150 Hz 10A - 50 Hz Doğru akımda kullanılabilir iletken alanı Düşük frekanslı alternatif akımda kullanılabilir iletken alanı Yüksek frekanslı alternatif akımda kullanılabilir iletken alanı N 0A-50 Hz 30A-150 Hz Sayfa 46
Harmoniğin Etkileri Koruma Ekipmanları Üzerindeki Etkileri Rölelerin gereksiz açma sinyali vermesi veya arıza durumunda açmaması Harmonik etkiden dolayı sıfır geçiş anının yakalanamamasından sebebiyle kesicilerin ark söndürme işleminde zorlanması Aşırı ısınmalar meydana getirmelerinden dolayı sigortaların hatalı açmalarına neden olması Örnek : Harmonik akım bileşenleri Ih1 = 56,2A; Ih3 = 27,2A; Ih5 = 5,7A; Ih7 = 9,2A; Ih9 = 7,8A olan aşağıdaki sistemde çekilen akımın etkin değeri I RMS 56, 2 2 27, 2 2 5, 7 2 9, 2 2 7, 8 2 63, 85 A I Sayfa 47
Harmoniğin Etkileri Kondansatör Üzerindeki Etkileri Kondansatör empedansının frekans ile ters orantılı olmasından dolayı yüksek frekanslı harmonik akımların kondansatör üzerinden geçmesi sonucu kondansatörün aşırı yüklenmesi X C Kondansatör gücü gerilimim karesi ile değiştiğinden harmonik bileşen etkisiyle etkin gerilim değerinin artması sonucu kondansatörde aşırı yüklenme meydana gelmesi, dielektrik malzemenin zorlanması Çeşitli harmonik bileşenlerinde rezonans durumunun meydana gelmesi Qs :Kondansatör gurubunun bağlı olduğu noktadaki kısa devre gücü Qc :Kondansatör gücü n :Rezonansın meydana geldiği harmonik mertebesi f X C =1/2π*f*C Q Q 2 1 U U Qs = 20 MVA Qc (kvar) 100 200 300 400 500 n 11 7.8 6.4 5.5 4.9 Qs = 80 MVA Qc (kvar) 100 200 300 400 500 n 14.9 10.5 8.6 7.5 6.7 2 2 2 1 Çalışma ömrünün azalması veya kalıcı hasarların meydana gelmesi Sayfa 48
Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Rezonans Etkileri Rezonans Tanımı Bir elektrik devresinde endüktüf reaktans değeri ile kapasitif reaktansı değerinin birbirine eşit olması durumuna rezonans denir. R L C Başka bir deyişle endüktif ve kapasitif reaktanslar vektörel olarak birbirlerine zıt yönlü olduklarından değerlerinin eşit olması durumunda birbirlerinin etkilerini yok ederler ve sistem empedansı omik özellik gösterir. Bu duruma rezonans hali denir. Z = R 2 + (2πfL 1 2πfC ) Rezonans hali güç sistemlerinde istenmeyen bir durumdur R X L X C R f X L =2π*f*L f X C =1/2π*f*C f Sayfa 49
Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Rezonans Etkileri Rezonans Frekansı Rezonans hali sistemdeki endüktif ve reaktif reaktansı değerlerinin birbirine eşit olmasıdır. Güç sistemleri temel frekansta rezonans meydana haline girmeyecek şekilde tasarlanır Harmonik bileşenlerin etkisiyle sistemde temel frekansın dışında herhangi bir frekansta rezonans hali meydana gelebilir f 2 = X L = X C 2πfL = 1 2πfC 1 (2π) 2 LC Rezonans hali sistemde bir sorun oluşturmadığında yani fark edilmediğinde sistemin yüksek harmonik akımlar taşıması söz konusudur. f c = 1 2π LC Sayfa 50
Seri Reaktans Değeri Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Rezonans Etkileri Seri Rezonans Seri rezonans durumunda devrenin eşdeğer empedans değeri devrenin omik bileşeni kadar olacaktır. L Omik bileşenin çok küçük olması durumunda akım çok yüksek değerlere çıkacaktır. C Kapasitif Davranış Endüktif Davranış I [A] Z [ ] Z R I fr Frekans f r f Sayfa 51
Pararel Empedans Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Rezonans Etkileri Paralel Rezonans Paralel rezonans durumunda devrenin eşdeğer empedans çok yüksek değerlere ulaşacaktır. (Teorik olarak sonsuza yaklaşır) L C Empedansın çok yüksek olması gerilimde aşırı yükselmeler meydana getirecektir. Endüktif Davranış Kapasitif Davranış I [A] Z [ ] I Z fr Frekans f r f Sayfa 52
Harmoniğin Etkileri Harmoniklerin Rezonans Etkileri Şekil eklenecek Harmonik etkisiyle sistemde rezonans meydana gelmesi durumunda; Devre ekipmanlarında izolasyon zorlanması Kondansatörlerin dielektrik malzemelerinde delinmeler Kondansatörlerde aşırı ısınma, kalıcı hasara uğraması Kısa devre etkisi oluşması Harmonik gerilimlerin yükselmesi, THD değerinin artması Sayfa 53
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Tasarım Aşamasında Alınacak Önlemler Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Aktif Filtreler Sayfa 54
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Tasarım Aşamasında Alınacak Önlemler Üç ve üçün katı harmonikleri önlemek için nonlineer yükleri besleyen üç fazlı transformatörlerin şebeke tarafındaki bağlantı grubunun üçgen yapılması Yüksek darbe sayılı konvertörlerin tercih edilmesi Doğrultucu Dalga Şekli THD [%] Tek Fazlı 85 6-Pulse Filtre kondansatörlü 70 Kompanzasyon gücünün tesisin paralel rezonans gücünden daha düşük güçte olması Transformatörlerde soğuk haddelenmiş ve kristalleri yönlendirilmiş sacların kullanılması, generatörlerde sargıların krişlenmesi gibi üretim aşamasında gerekli önlemlerin alınması 6-Pulse Filtre kondansatörlü ve bastırıcılı 6-Pulse Tristörlü 12-Pulse Tristörlü 40-60 25-40 15 Sayfa 55
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Pasif filtreler, endüktans (L), kapasite (C) ve direnç (R) elemanları ile C C C 1 C 1 tasarlanır L C 2 R L C 2 L R R R L Pasif filtreler rezonas ilkesine göre çalışır. Tasarlandıkları frekanstaki harmonik bileşenlere karşı yüksek direnç veya alçak direnç göstererek sönümlenmelerini sağlarlar Önlenmesi istenen her bir harmonik bileşen için (Ör. 3 harmonik, 5 harmonik vs.) ayrı bir filtre kolu tasarlanması gerekir Sayfa 56
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Avantajları C C C 1 C 1 Yüksek frekans aralığı Güç faktörünü düzenleme L R L C 2 L C 2 R Birden fazla sürücü için tek filtre R R L Dezavantajları Sistem yapısının değişmesi (sisteme eleman eklenmesiçıkarılması) durumunda etkisiz kalma Ayrı koruma düzeni ve montaj yeri ihtiyacı Aşırı yüklenme ve aşırı gerilimleri önleyecek şekilde tasarlanmalı Sayfa 57
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Pasif Filtreler Paralel Filtreler Seri Filtreler Tek Ayarlı Filtreler Çift Ayarlı Filtreler Sönümlü Filtreler Sayfa 58
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Seri Filtreler Sadece tek bir frekanstaki işaretin sisteme veya elemana girmesini önlemek amacıyla kullanılır Harmonik kaynağı ile şebeke arasına seri bağlanır Tasarlandığı frekansta yüksek empedans göstererek ilgili frekanstaki harmonik akımların akmasının engeller L Tek fazlı sistemlerde 3. Harmoniğin etkisini yok etmek için yaygın olarak kullanılır Devreye seri olarak bağlandıklarından gerilim düşümlerine neden olabilirler Tam yük akımını taşıma ve hat gerilimlerinden yalıtılmayı gerektirecek şekilde tasarlanır Seri filtrelerin şebeke ile rezonansa girme problemi yoktur C Nonlineer Yük Sayfa 59
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Paralel Filtreler Düşük empedanslı paralel bir yol oluşturarak istenmeyen harmonik bileşenlerin toprağa akıtılarak sistem içerisindeki dolaşımı engellemek amacıyla kullanılır Harmonik kaynağı ile şebeke arasına paralel olarak bağlanır Tasarlandığı frekansta düşük empedans göstererek ilgili frekanstaki harmonik bileşenlerin üzerinden geçerek toprağa akmasını sağlar Temel frekansta reaktif güç ihtiyacının karşılanmasını sağlar Seri filtrelere göre daha ekonomik ve tasarımları kolaydır Şebeke ile rezonansa girme riski vardır C L R C 1 L 1 R 1 C 2 L 2 R 2 R 3 Sayfa 60
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Paralel Filtreler C L Tek Ayarlı Paralel Filtre Tek bir frekans için tasarlanır R Tasarlanan frekansta düşük empedans veya kısa devre yolu oluşturarak harmonik bileşenin toprağa aktarılmasını sağlar Seri R, L, C elemanlarından meydana gelir Z [ ] R f r f Sayfa 61
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Paralel Filtreler Çift Ayarlı Paralel Filtre C 1 İki farklı frekanstaki harmonikleri sönümlemek için kullanılır Tasarlandıkları frekanslarda düşük empedans yolu oluşturarak harmonik bileşenin toprağa aktarılmasını sağlar L 1 Tek ayarlı filtreye göre temel frekansta güç kaybı daha azdır Endüktans sayısı ayarlanarak yüksek gerilim darbeleri denetim altına alınabilir R 1 Z [ ] C 2 L 2 R 2 R 3 R f r1 f r2 f Sayfa 62
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Paralel Filtreler Sönümlü Paralel Filtre Yüksek mertebeden (Ör. 17 ve üzeri) harmoniklerin sönümlenmesi için kullanılır C C C 1 C 1 Paralel kollara ayırmaya gerek kalmaksızın geniş bir frekans aralığında düşük empedans sağlarlar Isı değişiminden ve frekans sapmalarına karşı daha az duyarlıdır L R L C 2 L C 2 R Yüksek dereceli harmoniklerin sönümlenmesinde tek ayarlı filtreye göre daha etkilidir. R R L Düşük dereceli harmoniklerin sönümlenmesi için ekonomik bir çözüm değildir Sayfa 63
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Filtre Tasarımı (Tek Ayarlı Filtre) f :Temel frekans n :Harmonik derecesi X c U Q 2 c Sistem için gerekli reaktif güç gücüne göre filtredeki kapasitör reaktansı belirlenir U Q c X c :Şebeke gerilimi :Sistem için gerekli kapasitör gücü :Kapasitör reaktansı X L X n c 2 Filtrelenecek harmonik bileşenin derecesine göre bobin reaktansı belirlenir X L :Bobin reaktansı X N R :Karakteristik reaktans :Bobin direnci X N X. X c L L C Q :Kalite faktörü R X Q N Seçilen kalite faktörüne göre direnç değeri belirlenir Sayfa 64
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Filtre Tasarımı (Tek Ayarlı Filtre) Örnek G 36kV 0.4 kv Sk=20 MVA 36/0.4 kv Filtre Nonlineer Yük X X c L U 2 400 2 0. 266 Q 600000 c X c 0.266 0. 01064 2 2 n 5 Şekildeki sistemde bağlantı noktası kısa devre gücü 20 MVA gerekli kapasitör ihtiyacı 600 kva olduğuna göre tesisdeki 5 harmoniği X N X c. X 0.266x0.01064 L 0.0532 filtrelemek için kullanılacak ekipmanlar için Xc, XL ve R değerlerini belirleyiniz? (Kalite faktörü = 30) R X N 0.0532 0. 00173 Q 30 Sayfa 65
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Pasif Filtreler Kapasitör Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar ANSI/IEEE 18-2012 Shut Power Capacitor Standandına göre güç sisteminde kullanılacak kapasitörler için aşağıdaki belirtilen limitler tanımlanmıştır; Harmonikli durumdaki reaktif güç kapasitör nominal gücünün %135 ini aşmayacak Q Q C C1 V h V h h 1 1 h 1 2 1 h I I h 1 2 1.35 Harmonikli durumdaki anma akımının etkin değeri kapasitör nominal akımının %130 unu aşmayacak. Benzer şekilde akımın tepe değeri de kapasitör akımının tepe değirinin %180 ini aşamayacak I I 1 1.30 Harmonikli durumda gerilimin etkin değeri kapasitör nominal geriliminin %110 nunu aşmayacak V rms V 1 1.10 Sayfa 66
Harmonikleri Önleme Yöntemleri Kurulu Bir Tesiste Alınacak Önlemler Aktif Filtreler Güç elektroniği ekipmanları ile tasarlanır 100 HD [%] Yükün çektiği temel frekans dışındaki akımları karşılayarak yükün şebekeden sadece temel frekansta akım çekmesini sağlar 50 0 1 5 7 11 13 17 19 23 25 Yük Akımı Harmonik Spektrumu h Dönüştürücü, akım kontrol devresi ve harmonik belirleme bloğu adı verilen üç temel bileşenden oluşur 100 HD [%] Birden fazla frekansa ayarlanabilir Sistem yapısının değişmesi (eleman eklenmesi-çıkarılması vs) çalışmalarını etkilemez 50 0 Aktif Filtre Akımı Harmonik Spektrumu h 1 5 7 11 13 17 19 23 25 HD [%] Pasif filtrelere göre maliyeti yüksektir 100 50 Filtrelenmiş Akım Harmonik Spektrumu 0 1 5 7 11 13 17 19 23 25 h Sayfa 67
Standartlar ve Eşik Değerler Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri Akım Harmonik Distorsiyon Limitleri Sayfa 68
Standartlar ve Eşik Değerler Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri PCC Noktası Gerilim Seviyesi (V) ANSI/IEEE 519 Gerilim İçin Harmonik Distorsiyon Sınırları HD V THD V (Tekil harmonik Bozulma) (Toplam Harmonik Bozulma) [%] [%] V < 69 kv 3.0 5.0 69 V < 161 kv 1.5 2.5 161 kv 1.0 1.5 Elektrik Dağıtımı Ve Perakende Satışına İlişkin Hizmet Kalitesi Yönetmeliğinde 40. harmoniğe kadar THD için sınır değer %8 olarak belirlenmiştir IEC 61000-2-2 Konutlarla İlgili Alçak Gerilim Şebekeleri İçin Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri Tek Harmonikler Çift Harmonikler 3 ve Katı Harmonikler n %Vn n %Vn n %Vn 5 6 2 2 3 5 7 5 4 1 9 1.5 11 3.5 6 0.5 15 0.3 13 3 8 0.5 21 0.2 17 2 10 0.5 19 1.5 12 0.2 23 1.5 25 1.5 29 k k= 0.2+12.5/n Sayfa 69
Standartlar ve Eşik Değerler Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri IEC 61000-2-4 Endüstriyel Tesisler İçin Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri (2. Sınıf Elemanlar) Tek Harmonikler Çift Harmonikler 3 ve Katı Harmonikler n %Vn n %Vn n %Vn 5 6 2 2 3 5 7 5 4 1 9 1.5 11 3.5 6 0.5 15 0.3 13 3 8 0.5 21 0.2 17 2 10 0.5 19 1.5 12 0.2 23 1.5 25 1.5 29 k k= 0.2+12.5/n Sayfa 70
Standartlar ve Eşik Değerler Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri IEC 61000-2-4 Endüstriyel Tesisler İçin Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri (3. Sınıf Elemanlar) Tek Harmonikler Çift Harmonikler 3 ve Katı Harmonikler n %Vn n %Vn n %Vn 5 8 2 3 3 6 7 7 4 1.5 9 2.5 11 5 6 1 15 2 13 4.5 21 1.75 17 4 27 1 19 4 23 3.5 25 3.5 29 m m = 5 11/n Sayfa 71
Standartlar ve Eşik Değerler Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri EN 50160 Konutlarla İlgili Gerilim Harmonik Distorsiyon Limitleri (Alçak Gerilim ve Orta Gerilim Şebekeleri) Tek Harmonikler Çift Harmonikler 3 ve Katı Harmonikler n %Vn n %Vn n %Vn 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 17 2 19 1.5 23 1.5 25 1.5 Elektrik Dağıtımı Ve Perakende Satışına İlişkin Hizmet Kalitesi Yönetmeliğine göre; Dağıtım şirketleri EN 50160 standardında tanımlanan gerilim harmonik distorsiyonu limitlerine uymakla yükümlüdür Yukardaki değerler her bir gerilim harmoniğinin ana bileşene göre oransal değerlerini ifade eder. m = 5 11/n Ölçüm periyodu boyunca ölçülen her bir gerilim harmoniği etkin değerinin 10 ar dakikalık ortalamalarının en az % 95 i, yukarıdaki tabloda verilen değerlerden küçük veya bu değerlere eşit olmalıdır. Sayfa 72
Standartlar ve Eşik Değerler Akım Harmonik Distorsiyon Limitleri IEEE 519 Dağıtım Sistemleri İçin Akım Harmonik Distorsiyon Limitleri 120 V Vn < 69 kv Isc / 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 Isc :Ortak bağlantı noktası (PCC) kısa devre akımı I L :Temel frekanstaki maksimum yük akımı Çift harmonikler kendiden sonraki tek harmonik için tanımlanan değerin %25'i ile sınırlandırılmıştır m = 5 11/n Elektrik Dağıtımı Ve Perakende Satışına İlişkin Hizmet Kalitesi Yönetmeliğine göre; Reaktif enerki bedeli uygulanan dağıtım sistemi kullanıcıları IEEE 519 standardında tanımlanan akım harmonik distorsiyonu limitlerine uymakla yükümlüdür Sayfa 73
Harmonik Ölçümü Giriş Harmonik Ölçüm Cihazları Ölçme Devreleri Harmonik Analiz Yazılımları Sayfa 74
Harmonik Ölçümü Giriş Ölçüm cihazları, ölçüm periyodu boyunca ortalama ve anlık bilgi sağlar. Ani değerler, harmonilere bağlı bozukluklar için kullanılırken ortalama değerler güç kalitesi değerlendirmesi için kullanılır. En güncel ölçüm cihazları, IEC 61000-4-7, "Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4-7: Testing and measurement techniques General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto«ve IEC 61000-4-30,«Part 4-30:Testing and measurement techiques- Power quality measurement methods"a göre tasarlanmıştır. Sayfa 75
Harmonik Ölçümü Harmonik Ölçüm Cihazları Ölçme Cihazları Taşınabilir Cihazlar Sabit Cihazlar Güç Kalite Analizörleri Osilaskoplar Sayfa 76
Harmonik Ölçümü Harmonik Ölçüm Cihazları Osilaskop Harmonik bozunumun dalga formu üzerindeki etkisi, bir osilaskop ile akım ve gerilim sinyallerinin izlenmesi ile görülebilir. Sinyalin sinusoidal formdan ayrıldığı noktalarda harmonik bozunumun etkileri görülebilir. Ancak, bu ölçüm kesin bozunum miktarını belirlemede yeterli olmadığı bilinmelidir. Sayfa 77
Harmonik Ölçümü Harmonik Ölçüm Cihazları Güç Kalite Analizörleri Standartlar tarafından belirlenen tüm göstergelerin yeterli doğrulukta ölçülebilen portatif cihazlardır. Harmonik ölçümünde FFT(Fast Fourier Transform) adı verilen yüksek performanslı algoritmalar kullanırlar. Akım ve gerilim sinyalleri sayısallaştırılır ve içlerindeki algoritma 10(50 Hz sistemlerde) ve 12(60 Hz sistemlerde) periyot zaman pencerelerine göre verileri işler. Sayfa 78
Harmonik Ölçümü Harmonik Ölçüm Cihazları Sabit Tip Güç Kalite Analizörleri Taşınabilir analizörler ile aynı özelliklere sahip, ancak kullanıcısına sürekli olarak veri sağlayan cihazlardır. Ayrıca üzerindeki dijital ve analog girişlerin kullanılması ile kesici açması gibi olaylar ile alınan ölçümler eşleştirilebilir. Sayfa 79
Harmonik Ölçümü Ölçme Devreleri Doğrudan bağlantı Güç sistemine doğruda gerilim ve akım probları üzerinden gerçekleştirilen bağlantıdır. Ölçüm cihazının yalıtım seviyesine uygun gerilim seviyelerinde kullanabilir. Akım probu seçimi, yük akımına uygun olarak yapılmalıdır. 3000 A Flex Akım Probu 1000 V CAT III Gerilim Probu 20 A Akım Probu Sayfa 80
Harmonik Ölçümü Ölçme Devreleri Ölçü Transformatörleri ile Bağlantı Ölçülecek olan sistemin, cihaz ölçüm girişlerinin izolasyon seviyesinden yeksek olduğu gerilim seviyelerinde, akım ve gerilim ölçü transformatörleri üzerinden ölçülmesi gerekmektedir. 3000 A Flex Akım Probu 1000 V CAT III Gerilim Probu 20 A Akım Probu Sayfa 81
Harmonik Ölçümü Harmonik Analiz Yazılımları Harmonikli bir sistemde yük akışı analizi gerçekleştirmek için güç sistemleri analiz yazılımları kullanılır Bu yazılımlarda harmonik kaynakaların ürettikleri harmoniklere göre modellenme yapılır Analiz sonucunda HD, THD, TTD vs. harmonik etkisinin değerleridirilmesinde kullanılan parametreler elde edilir PSS Sincal Sayfa 82
Harmonik Ölçümü Harmonik Analiz Yazılımları CYME Sayfa 83
Harmonik Ölçümü Harmonik Analiz Yazılımları NEPLAN Sayfa 84
Harmonik Ölçümü Harmonik Analiz Yazılımları DIGSILENT POWER FACTORY Sayfa 85
TEŞEKKÜRLER Sayfa 86