Harmonik, alternatif akımın en önemli özelliği tam, düzgün ve temiz bir sinüs dalga şeklinden uzaklaşmasıdır. Güç elektroniği kaynaklı artan harmonikler endüstriyel tesislerde giderek daha önemli sorunu olmaktadır.Harmonikler genel olarak nonlineer elemanlar ile nonsinüsoidal kaynaklardan herhangi birisi veya bunların ikisinin sistemde bulunmasından oluşur. Temel dalga dışındaki sinüsoidal dalgalara “harmonik” adı verilir. Harmonikli akım ve gerilimin güç sistemlerinde bulunması sinüsoidal dalganın bozulması anlamına gelir. Bozulan dalgalar teknik literatürde nonsinüsoidal dalga olarak isimlendirilir.Harmonikler, konverterler, transformatörler, jeneratörler, ark fırınları, bazı aydınlatma türleri, bilgisayarlar, yazıcılar, televizyonlar, telefon şarj cihazları ve kesintisiz güç kaynakları gibi elektronik cihazların kullanımının yaygınlaşmasıyla hayatımıza giren yeni bir terimdir. Bilindiği gibi alternatif gerilim belirli bir frekansı olan sinüs dalgası biçimindedir. Türkiyede kullanılan alternatif gerilimin frekansı 50 Hz’dir.
Enerji analizörü ile sinüzoidal olmayan dalga formları için harmonikler de ölçülebilir. Ek olarak çeşitli parametreleri görüntülemenin dışında bu verileri yazdırabilir, saklayabilir ve diğer benzer ağlara, bilgisayarlara gerekli yazımsal programları yükleyerek aktarabilirsiniz.Enerji analizörü aynı zamanda birçok farklı elektrostatik analizör için de kullanılır. Elektrostatik enerji analizörü verilen özel enerjiye sahip iyonların veya elektronların geçişine izin vermek için elektrik alanı kullanan iyon optik bir araçtır.Güç sistemlerinde akım ve gerilimin dalga şeklinin ideal olarak sinüsoidal biçimde olması istenir. Fakat bu her zaman mümkün olmaz. İşte harmonik, A.A’da sinüsoidal dalga şeklinin bozulmasıdır. Farklı frekansta ki sinyaller saf sinüsoidal dalga şeklinin yapısında bozunumlar yapar.Sinüsoidal dalga şeklinin bozulmasının sebepleri; yarı iletken elemanların anahtarlama etkileri ve nonlineer yüklerin (transformatör, ark fırınları, indüksiyon ocakları vs) şebekeye bağlanmasıdır.
Elektrik dağıtım sisteminden enerji alan bütün tüketiciler, kullandıkları cihazların bağlandığı noktanın kısa devre gücü oranı ile ilişkili olarak bozucu etkiler oluştururlar. Elektrik şebekelerinde en fazla karşı karşıya kalınan bozucu etkilerin nedenleri ve bunların şebekede yarattığı olumsuzluklar şu şekilde açıklanabilir:
- Gerilimin genliğinde ve frekansında meydana gelen ani değişimler ve dalgalanmalar
- Yük dengesizlikleri
- Harmonikler veya ara harmonikler
Bu etkiler arasında tüketicilerin yaşadığı bir olumsuz durum, gerilimin dalgalanması yüzünden aydınlatma araçlarında oluşan ve ışık parıltısının dalgalanması olarak algılanan Fliker etkisidir. Uluslararası standartlara göre kabul edilebilir fliker seviyeleri şu şekildedir:
- 380 kVolt ve üzeri çok yüksek gerilmde 0,85
- 36 kVolt ile 380 kVolt arası yüksek gerilimde 0,97
- Orta ve alçak gerilimde ise 1,15
Yarı iletken elemanların doğası gereği ve sanayide kullanılan transformatörler veya ark fırınları gibi bazı nonlineer yüklerin etkisi ile, akım ve gerilim dalga şekilleri, periyodik olmakla birlikte, sinüsoidal dalga ile frekans ve genliği farklı olan diğer sinüsoidal dalgaların toplamından oluşmaktadır. Temel dalga dışındaki bu sinüsoidal dalgalara harmonik adı verilmektedir. Bu duruma manyetik devrelerde doyma, güç kontrol elemanları, lineer olmayan yükler, doyma bölgesinde çalışan transformatör mıknatıslanma akımları, kesintisiz güç kaynakları, bilgisayarlar, fluoresant lambaları, elektronik balastlar, akü şarj sistemleri, yarı iletken kontrollü cihazlar ve deşarj lambaları neden olmaktadır.Güç sistemlerinde harmonikli akım ve gerilimin bulunması, sinüsoidal dalganın bozulması anlamına gelmektedir. Harmonikler güç sistemlerinde, ilave kayıplar, rezonans olayları, gerilim düşmeleri, güç faktörünün değişmesi gibi bazı teknik ve ekonomik problemlere neden olmaktadır.
Harmonikler ile gerilim ve akım dalga şekillerinin bozulması, enerji sistemlerinde birçok problem yaratmaktadır. Örneğin, jeneratör ve şebeke gerilimi bozulmakta, gerilim düşmekte, enerji sistemindeki elemanlarda ve yüklerde kayıplar olmakta, endüksiyon tipi sayaçlarda yanlış ölçümler yapılmakta, şebekede rezonanslar olmakta ve bu yüzden aşırı gerilimler ve akımlar oluşmakta, koruma ve kontrol sistemlerinde sinyal hataları olmakta, izolasyon malzemeleri zarar görmekte ve elektrikli araçların ömürleri kısalmaktadır.
Harmoniklerin Etkileri
Harmonikler; motorlar, generatörler, kondansatörler, transformatörler ve enerji iletim hatlarında ilave kayıplara neden olurlar. Bazı durumlarda da harmonikler, güç sistem elemanlarının zarar görmesine veya devre dışı kalmasına sebep olurlar. Ayrıca harmonikler nedeniyle rezonans olayının meydana gelme olasılığı artacaktır. Rezonans sonucu oluşabilecek aşırı akım ve gerilimler, işletmedeki elemanlara büyük zararlar verecektir.Nonlineer yüklerin oluşturduğu harmonik akım bileşenleri, sistemde harmonik gerilimlerin oluşmasına neden olurlar. Harmonik gerilimler ise bu sisteme bağlı lineer ve nonlineer yükler üzerinden harmonik akımlar akıtırlar. Böylece kendileri harmonik üretmeyen elemanlar (yükler) harmonik bozunumlara maruz kalabilirler. Sistemizde var olan harmoniklerin etkilerini azaltmak için bir çok yöntem mevcuttur. Harmonik bileşenleri bu olumsuzluklarının incelenmesi ve giderilmesi bakımından harmonikli sistemlerde detaylı analizlerin yapılması gerekmektedir.
Bunlar;
- Harmonik Akımları Azaltmak
- Filtreleme
- Aktif Filtre
- Pasif Filtre
- Karma Filtre
- Devre Kesiciler
Enerji Piyasası Denetleme Kurumu (EPDK) standartlarında Toplam Harmonik Gerilim Bozunumu (THDV) %3, Toplam Harmonik Akım Bozunumu (THDI) %8 altında olması gerektiğini, üzerinde olması durumunda kompanzasyonu sisteminde kullanılan kondansatörler ile rezonansa girerek hem kondansatörlere hem de sisteminizdeki diğer yüklere zarar verebilecek duruma gelmektedir.Shunttech olarak hem devlet kurumlarına hem de özel sektör kuruluşlarına gerilim ve akım harmoniklerinin sistemlerine zarar vermeden önce tespit edilmesinde ve var olan harmonik türlerine göre çözüm sunma hususunda “Harmonik Analiz Ölçme ve Raporlama” hizmeti vermekteyiz. Ölçüm sırasında kullanılan “Enerji Analizörü”, TURCERT tarafında akredite edilmiş kalibrasyon labratuvarları tarafından onaylanmıştır. Ayrıca gerilim düşümü (sag), gerilim yükselmesi (swell), nominal değerde atlamalar(notch) ve kısa süreli gerilim kesintileri (outage) gibi güç kalitesi bozuklukların tespit edilmesi hususlarında Harmonik Analizi, Ölçme ve Raporlama hizmeti içerisinde sunulmaktadır.Firmamız elektriksel güvenlik muayeneleri çerçevesinde, harmonik eneji analizlerini, ilgili yasal düzenlemelere, yerli ve yabancı kuruluşlar tarafından yayınlanan standartlara ve test yöntemlerine uygun şekilde gerçekleştirmektedir.
