Harmonik filtreleme, elektriksel güç sistemlerinde harmonik distorsiyonu azaltmak için kullanılan bir tekniktir. Harmonik distorsiyon, güç sisteminde çalışan cihazların ürettiği elektrik akımında veya voltajında istenmeyen yüksek frekans bileşenlerinin varlığına denir. Bu distorsiyonlar, enerji kayıplarına, ekipmanların aşırı ısınmasına ve genel olarak güç kalitesinin düşmesine neden olabilir. Harmonik filtreleme, bu olumsuz etkileri azaltmak amacıyla uygulanır.
İşte harmonik filtreleme tekniklerinin temelleri:
1. Harmoniklerin Tanımı
Harmonik: Temel frekansın (örneğin, 50 Hz veya 60 Hz) tam katları olan sinüzoidal dalga formlarıdır.
THD (Toplam Harmonik Distorsiyonu): Bir sistemdeki harmoniklerin toplam miktarını ifade eder ve hem voltaj hem de akım için hesaplanabilir.
2. Harmonik Kaynakları
Güç Elektroniği Cihazları: Doğrultucular, invertörler, UPS sistemleri.
Yüksek Frekanslı Aydınlatma: Floresan lambalar, LED sürücüler.
Motorlar ve Transformatörler: Manyetik doyma ve akım distorsiyonu.
Bilgisayarlar ve Ofis Ekipmanları: Güç kaynağı birimleri.
3. Harmoniklerin Etkileri
Isınma: Transformatörlerde, motorlarda ve kablolarda aşırı ısınmaya neden olabilir.
Rezonans: Güç sisteminde rezonansa girerek daha yüksek voltaj ve akım distorsiyonuna yol açabilir.
Koruma Cihazlarının Yanlış Çalışması: Kesiciler ve sigortalar gibi koruma cihazlarının yanlış çalışmasına neden olabilir.
Enerji Kayıpları: Dağıtım hatlarında ve cihazlarda enerji kaybına yol açar.
4. Harmonik Filtreleme Yöntemleri
Pasif Filtreler:
Seri LC Filtreleri: Belirli bir harmonik frekansında rezonansa girerek o frekanstaki harmonikleri azaltır.
Şönt (Paralel) LC Filtreleri: Belirli bir harmonik frekansında düşük empedans yolu oluşturarak harmonikleri toprağa deşarj eder.
Band Geçiren Filtreler: Belirli bir frekans aralığındaki harmonikleri hedefler.
Aktif Filtreler:
Aktif Güç Filtreleri (APF): Harmonik akımlarını algılayarak zıt fazda harmonik akımları üretir ve bunları iptal eder.
Hibrit Filtreler: Hem pasif hem de aktif filtreleme elemanlarını kullanarak daha geniş bir frekans aralığında harmonikleri azaltır.
Diğer Teknikler:
Sistem Topolojisi Düzenlemeleri: Harmonik üreten cihazların uygun şekilde yerleştirilmesi ve yüklerin dengelenmesi.
Gelişmiş Kontrol Teknikleri: Harmonik distorsiyonu azaltmak için güç elektronik cihazlarının kontrol algoritmalarının optimize edilmesi.
5. Filtre Tasarımı ve Uygulama
Filtre Seçimi: Harmoniklerin seviyesine ve frekansına bağlı olarak uygun filtre tipi seçilir.
Yerleşim: Filtrelerin doğru yerleştirilmesi ve sistemdeki diğer elemanlarla uyumlu olması önemlidir.
Bakım ve İzleme: Filtrelerin düzenli olarak bakımı yapılmalı ve sistemdeki harmonik seviyeleri izlenmelidir.
Harmonik filtreleme, modern güç sistemlerinde güç kalitesini artırmak ve enerji verimliliğini sağlamak için kritik bir teknolojidir. Hem pasif hem de aktif filtreleme yöntemleri, çeşitli uygulamalarda harmonik distorsiyonun etkilerini azaltmak için kullanılabilir. Doğru filtre tasarımı ve düzenli bakım, sistemin uzun vadeli güvenilirliği ve performansı açısından önemlidir.
Jeneratör Terminallerinde Yüksek Geçişli Filtre
Aşağıda verilen örnek, yüksek geçişli bir filtrenin bir kurulumdaki Toplam Harmonik Bozulma Gerilimini (THDV) nasıl azaltabileceğini göstermektedir. Yüksek geçiş filtresi rezonans durumunu kontrol etmeye yarar. Harmonik sorunların jeneratör ünitesinde hasara yol açtığı gerçek dünya senaryosunu detaylandırarak karmaşık bir olgunun araştırılması için temel bir örnek teşkil eder.
Bir Yüksek Geçişli Filtre Uygulama Örneği:
3 MVA'lık bir senkron turbo jeneratör olan AC kaynağı, iki adet 1,5 MVA'lık düşürücü transformatöre güç sağladı. Bu transformatörler daha sonra kuyu içi elektro dalgıç pompaları çalıştıran birkaç VFD'ye güç verdi. Platform hizmetleri için küçük bir servis transformatörünün yanı sıra VFD'ler, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi tek yükleri oluşturuyordu.
Çeşitli harmonik ölçümleri gerilim ve akım harmoniklerinin aşırı yüksek olduğunu göstermiştir. Şüphelenilen neden, jeneratör ve transformatörler arasındaki bağlantı kablolarıyla birlikte jeneratör barasında bir rezonans durumuna neden olmuş gibi görünen 0,27 µF aşırı gerilim koruma kapasitör bankasıdır. Ve daha ileri ölçümler ve simülasyon çalışmaları bu bulguyu doğruladı.
Bu makalede, IEEE-519 standardı sınırları içinde kalarak, jeneratör terminallerindeki harmonik bozulma seviyelerini ve rezonans durumunu nasıl kontrol edebileceğimizi yüksek geçişli bir filtre kullanarak açıklayacağız.
Şekil 2, empedansta ani bir artışı (noktalı çizgi ile gösterilmiştir) ve 39 ile 43 arasındaki harmoniklerdeki rezonans durumunu belgelemektedir.
Bu durum jeneratör üzerinde yoğun şaft titreşimi ve yüksek çalışma sıcaklıkları ile karakterize edilen önemli bir strese neden oldu. Ek olarak, 600-V jeneratör veriyolunda uygulanan bant geçiren filtrenin Z-f karakteristiği görüntülenir. Filtre elemanları yaklaşık olarak 11. harmoniğe odaklanan bir köşe frekansı elde edecek şekilde seçilmiştir.
Yüksek geçiş filtresinin rezonans noktasında, empedansta belirgin bir düşüş olduğu sistem tepkisini göz önünde bulundurun.
Şekil 3, bir petrol kuyusundaki bir VFD'ye güç sağlayan alt transformatörlerden birinin primerindeki empedans frekans karakteristiğini gösteriyor.
Bu konumlarda 5., 7. ve 11. harmonik filtrelerin yerleştirilmesi, dağıtım sisteminin Z-f karakteristiğinde bant geçiren filtre etkisi olarak da görülebilen önemli bir değişiklik yarattı. Bu sayede, jeneratör barasına monte edilen düşük maliyetli ve yüksek kapasiteli bir filtrenin (67 kVA kapasitörlü) kurulumu, potansiyel olarak rahatsız edici bir sorunu kontrol altına almayı mümkün kıldı.
Şaşırtıcı bir biçimde, ileride görüleceği üzere, rezonans fenomeni, amplifikasyondan sonra THD seviyelerini ani bir şekilde artıran, oldukça düşük (fakat görünüşte oldukça etkili) değerlere sahip karakteristik harmoniklerin bulunduğu bir frekans aralığını kapsıyordu.
Jeneratör baralarında yüksek geçişli filtre uygulamaları, bireysel VFD sahalarında olduğu gibi jeneratör terminallerinde de önerilen limitler içinde THD seviyelerini sağlamak amacıyla genellikle VFD lokasyonlarında tek ayarlı filtreler kullanılarak gerçekleştirilir.
Yüksek geçiş filtresini yalnızca bir harmonik azaltma yöntemi olarak kullanmak, filtre elemanlarının aşırı ısınmasına yol açabilir.
Bu örnek uygulamada, yüksek geçişli filtrelerin temel amacı, çeşitli VFD bölgelerinde oluşan tüm harmonik akımlar için düşük empedanslı bir yol sağlamaktan ziyade, rezonans koşullarından kaynaklanan yüksek empedansı gidermektir.
Doküman: | The Essentials of Harmonic Filtering Techniques by Francisco c. De La rosa |
Format: | |
Boyut: | 1.6 MB |
Sayfa: | 38 |
İndirme: |
Comments