GÜÇ SiSTEMLERiNDE HARMONiK HARMONiKLERiN ETKiSi

SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7

Cilt, 1.Sayı (Mart 2003)

Güç

Sistemlerinde Harmonik Harmoniiderin Etkisi T.Dandan

GÜÇ SiSTEMLERiNDE HARMONiK HARMONiKLERiN ETKiSi

Turgay Dandan

••

Ozet..

Günümüzde güç elektroniği cihaziarının gelişmesi, güç sistenlinde sinüzoidal olmayan büyüklüklere neden olmuştur. Sinüzoidal olmayan büyüklüklerin bulunması, harmoniiderin güç sisteminde bulunması demektir.Bu çalışınada

h

armoni

kl

erin analizi için fourier dönüşümleri incelenmiş, barınonikieri üreten kaynaklar ve oluşan harmoniiderin güç sisteminde etkisi ele alınnuştır.Rezonans olayı sonucu şebekenin akım ve gerilim değerlerinin değiştiği ve şebekenin bundan o

1

un1suz etkilendiği tespit edilmiştir.

Anahtar kelimeler Rezona n s, Filtre

Harmoniider _' Fourier,

Abstracl-

Today, the development of power elektronics devices has caused. non-sinusoidal greatnesses. The discoverence of non-sinusoidal greatnesses ıneans that harınonics exist in power system.In this study, fourier transformotioııs have been examined for

t

he analysis of harmonics. The sources producuing harmonics and the effect of existent harmon

i

cs to the power system have been analysed. It has been found that, as a resold of resonance even

t

, current and voltage valves of the circuit have changcd and the curcit have changed and the curcit has been affected from this sitvation

ne

g

at

i

Yel

)

_{' .}

Key words- harınonics,

f

ourier, resonance, tilter

I.

_GİRİŞ

K

alıte

l

i Elektrik

E

ner

j

i

s

i_,

'' gerilun

genlik ve

fr

ekansının

annıa

d

eğerleiinde

olması ve

gerilinı dal

g

a

ş

eklinin tam

sınüzoidal olması"

şek

li

nde tanınlianabilir.

Yt t)=\1 m .Sin

2

.f.t

\1(t):

G

e

ri

l

i

mi

n ani de

ğ

eri

V

nı : Gerilimin tepe

de

ğe

r

i

f

: Şebeke frekans ı (

5 O

Hz)

T Dandan ;SAÜ Fen Bilimleri

Enstitüsü,

Elektrik Elektronik

MLihcnd1sliği Bölünıü

\'(t)

ll 5 _ms

( 5 _IliS

t (ms)

Şekil

1. Sinilzoidal dalga

Bu tanımın

ter

s

i o

l

arak,

g

erilim genli

ğinin

de

ğ

işmesi,

kesintiler, gerilim darbeleri

ve

çökıneleri, d

a

lg

a

ş

eklinin

sinüs forn1undan uzaklaşması,

de

ğ

işik

frekanslı akımlar

ve

gerilimler, üç fazdaki dengesizEkler (vb .. ) de

e

ner

Jİ

kalitesizliği

olarak tanıınlanabilir.

E

nerjinin üretimi, dağıtımı ve

tü

ket

i

n

li

n

d

e akım ve

ger

i

linl

i

n

50 Hz

frekansta sinüs e

ğr

i

si şeklinde

olması

istenir. Bu

ko

ş

ul

;

elektrik ener

j

i

s

inin

k

a

lites

ini

bel

i

r

l

e

yen

ana

f

ak

t

örler

de

n biridir.

Tcsislerin1izde kullandığırmz bazı makinalar, çalı

ş

ma prensipleri gereği

sinüs

forınıında değişiklik

y

a

p

ı

lm

as

ını gerektirirler. Sinüzoidal ge

ri

lin

li

n anahtarlanması

pr

e

nsibiyle çabşan ma

k

inalar

(AC/DC

ç

ev

i

r

i

ciler₎ DL

nıo

t

orlar

ve

f

rekan

s konvertör leri,

soft s

t

a

r

t

erler

.. ) değişik

frekanslı akımlar

üretirler. Ayrıca many

e

tik devrenin doyınası, elektrik

arkları,

açma kapamalarda r1ıeydana

g

elen

darbe

ve

ç

ö

k

m

eler_{.. .} lineer olmayan yükler dir.

Doyma bö

l

ge

sinde çalışan deınir çekirdekli

aygıtlar,

jeneratör

ve motorlarda oluklardaki kaçak akılar,

ark ocakları .. vb de

y

ine değ

i

şik

frekanslı akımlar üretir ler.

Bu akımlar

dola

ş

ırken şebekedeki

e

mp

edan

slar üzerinde

yine

d

e

ğişik frekanslı ve

g

enli

k

l

i

ger

i

l

i

m

d

ü

şü

rnl

eri oJuştw11rlar.

129

Dolayısıyla; şebekemizde değişi

k

frekanslı ve genlikli (kirli) akımlar ve bunlardan k

a

yn

a

k

lanan

g

eri

li

ml

er do

l

a

ş

ır

l

a

r.

B

ınılar harmonik ak

ıml

ar

ve ge

ril

iml

erdir.

SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7 .Cilt, 1.Sayı (Mart 2003)

Matematiksel olarak

50

Hz ve katlarıyla ifade

edilirler.

Çift harmoniider

g

e

nel

d

e

düşük

değerdedir

ve

birbirlerinin e

tlci

s

i

ni yok edecek karakteristiktedirler.

(Fourier Analizi'nden)

çeşitli frekanslarda

h

a

r

m

on

i

k akım ve gerillnılerin

bulunduğu bir şebekede,

bileşke akın1 veya

gerilimin

dalga biçimi,

t

e

n

ı

el

fre

kan

sa

(

50

Hz.)

ilişkin ana

bileşenin

ani değerleri ile tüm ha

rmo

ni

k

akım

v

e

y

a

gerilimlerin ani

değerleri toplarm olarak ortaya çıkar.

Faz

fa

rk

l

a

nın

düşünmezsek

bu toplam

:t:.. :r,

V(t)= Iı�,(t)= LVnı,,.sin2n.!,,.t

n=l,1. tı:::l,2..

foımülüyle ifade edilebilir.

Tablo

.

1 Frekansların hannon ik

değerleri

n

Fn

(Hz)

Ani Gerilim

1

50

Vl(t)

Nominal Gerilim

3

ıso

V3(t)

3.

Harmonik

5

250

VS(t}

S. Harmonik

7

350

V7(t)

7. Harmonik

9

450

V9(t)

9.

Harrıonik

11..

550

Vll(t)

11.

Harmonik

Ana bileşene ilişkin gerilim dalgası ile

ana bileşenle aynı

ve

farklı fazlarda

3. 5.

ve

7.

harmanikierin

b

ul

unm

a

sı

halinde, bileşke

gerilim dalga

b

i

ç

i

mi

sinüs eğrisinden

oldukça

uzaklaşacaktır

ki

z

a

_t

_en

_{şebekemizde de}

çoğunlukla bu harmo

n

ik

l

e

r

yüksek

g

enl

i

k

l

idi

r l

e

r

.

Vet) , o ı

r·

\�

r.

·

1 ,J

1

ı o _rr.�

\)

Şekil2.

Harmonikli

Gerilin1 Dalgası

devreleri kondansatörlerle bobinleri seri veya

p

aral

e

l

bağla

nmal

an

ile

elde

e

d

i

l

ir

.

Güç Sistemlerinde .Harmonik Harmoniiderin !Etıru·

T.Dandar

B

i

l

i

n

d

i

ğ

i

gibi tesislerin1izde çalışan cihaz]ar ve

makinala:

genellikle

220/230 V

AC

efektif de

ğ

e

r

l

i

(faz-nötr),

_50/6.

Hz

frekanslı

g

e

ri

l

iml

e

beslenınek

üzere

irm.

edilmişlerdir. Far

kb

g

e

n

l

i

k

li

ve frekanslı

k

ir

li

ene

ıj

inin

bı..

cihaz ve ınakinaların ön1rünü

kıs

al

t

a

c

ağ

ı

ke

s

i

n

d

i

r _.

Gelişnıiş güç

elektroniği s

i

s

t

e

mle

r

i

n

i

n

hızlı

a.rtaL

uygulama alanlan nedeniyle, elektrik sistemlerinde

gözlenen kirlenmeler giderek artmakta ve

enerji kalites1

de düşmektedir. [ 1]

II.

I-IARMONİKLERİ OLUŞTURAN FAKTÖRLE,R

-Lineer olmayan yükler

.

Dengesiz akım çeken yükler (punta

ve

ar

k

kaynakları .

.

. ) - Frekans Konvertör leri,

AC DC

çeviriciler, DC n1akinalar

.

Soft

st

ar

t

er

l

e

r

Magnetik devrelerde

d

oy

m

a

Elektrik nıakinalarında oluklardaki ka

ç

a

k alalar

.

..

• •

III . HARMONIKLERI OLUŞT

URAN

••

FAKTOIUıER

H.

ez

o

n

a

n

s

Kesiti uygun kablolarda

ı

s

ı

nı

n

a

la

r

Makinalarda ısınmalar, n

1

eka

ni

k

titreşimler

Kedensiz

gibi göıünen kesici, şalter açmalan

Kondansatörlerde

değer k

ay

ı

p

la

r

ı

_,

patl

am

a

l

ar

Elek1:ronik

kartlarda arızalar

Veri

kay

ı

p

l

a

r

ı

. .

.

•

IV.

HARMONİKLERİN

ÖNLENMESİ

Hannanilderin hiç

olınaması ıdeal bir d

uru

m

d

ur

.

Fakat

günüınüzde

lineer

o

l

m

a

y

a

n

yiliderin

kul1'1

nımını

n

vazgeçilmez hale gelmesi harmoniksiz

bir

sistemin

mevcudiyetini

i

m

k

ans

ı

z

kılmaktadır.

Bu

nedenle

harmonik fıltrelerı kullanarak, tesise olan zararlı etkiler

önlemneye çalışıhr. Fakat

her

h

a

nno

nik

li şebeke için

mutlaka filtre

h'Ullanınak

gerekmez .. Genelde

3

ve

5 inci

b

a

r

ıno

ni

k

i

e

r

i

n

etkileri diğer

h

ar

moniid

e

r

den

daha

fazladır. F

il

tr

e

m

a

li

y

e

ti

hannonik k

a

yı

p

l

a

n

n

dan

daha

fazla olabilir.

Bu durunıda dikkate a

lının

ası gerekir.

Şebekenin toplam harınonik bozulmasının

t

es

pi

t edilen

lcritik değeri aşmadığı anlaşıldığı

takdirde bu

tesiste

filtre

kullanmaya gerek yoktın. Bugün Barınonikierin üretildiği

kompanzasyon tesislerinde,

mesela

ark

fınnlannı

ve

büyük

doğrultucu]arı besleyen

ş

e

b

eke

l

e

r

d

e,

harm

onilderi

ortadan kaldırınale için filtre k

u

ll

an

ılmakta

d

ır.

Filtre

SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

7. Cilt, 1.Sayı (Mart 2003)

KAYNAKLAR

rl] B

O

RTEK MÜ1lENDİSLİK TİC.SAN. LTD. ŞTİ.,

�·Hannonikler" , Saka

r

ya

,

2002

[2] SUCU, M ., " Güç Sistemlerinde Harmoniklerin

�ı\nalizi

n,

Lisans Tezi, Mannara Üniversitesi ,

İstanbul,

Temmuz

2000

(3) ÖZTlJl(K,

A., "Güç Sistemlerinde Harmoniklerin

Rezonansa Etkisi" ,Y.Lisans Tezi, SAÜ

Fen

Bilimleri

Enstitüsü, S

a

k

a

r

y

a

,

li

aziran

2001

[

4

J

ÖZBU.LUR,

V

"Güç Sisteın Harmoniklerİnİn

Bilgisayarlı Simülasyonu ve Ölçün1ü", Y.ljsans Tezi,

İ.T.Ü, Fen Bilinıleri Enstitüsü, İstanbul, Temmuz

1991

[5] GEMİCİ, A., "Elektrik Enerji Sisternlerinde Güç

Kalitesi" , Y.Lisans tezi, İ.T.'Ü, Fen Bilimleri Enstitüsü,

İstanbul, T'ernmuz

1991

[6] SARIOGLU,K.,

ÖZKA

YA, M. VE ILICETA, F.,

�·Müşterilerin

Sebep

Olduğu

Bozucu

Etkilerin

Belirlenmesine İlişkin

İ

nceleme

ler''

,

İstanbul, Haziran

1992

(7]

KOÇYİÖİT,F.,

"Harmoniklerin Şebeke

Üzerinde

Etkileri

ve

Pspice Analizi", Y.Lisans Tezi , SAÜ Fen

Bilinıleri Enstitüsü, Sakarya, Haziran

1997

[8] ATMACA, E., "Hannoniklerin Elektrik Donanımları

Üzerinde Etkileri"

)

1995

[9] ARRLLIGA,

J.,

BRADLEY, D.A., BODGEER,P

. .. Po\ver

System Harınonikcs"

,

John

Wiley Ans

Sony,

1985

[lO] BAYRAM, M., " Kuvvetli Akım Tesislerinde

Reaktıf Güç Kompanzasyonu" Birsen

Yayınevi, İs

t

anb

u

l

1995

(ll]

LUDBROOK,

A., "Harmonik Filters

for

Notch

reduction'\ IEEE Transactions On Power Systems,

1995

[12J IIASARLI,

B.,

"Güç sistem Harmnik:leri ve

Harnıoniklerin Süzülmesi", Y.Lisans

Tezi,

Y.T.(J.

Elektrik

Müh.

Böl. ,İstanbul

1995

131

Güç Sistemlerinde Hanııonik Harmonikleı·in Etkisi T.Dandan