OG Kompanzasyon Sistemlerinde Harmonik Filtreleme Stratejileri
Orta gerilim (OG) kompanzasyon sistemleri, yüksek güçlü sanayi tesislerinde enerji kalitesini iyileştirmek ve reaktif güç dengesini korumak için vazgeçilmez çözümler arasında yer alır. Ancak bu sistemlerin kararlı, güvenli ve uzun ömürlü çalışabilmesi, harmonik bileşenlerin doğru şekilde yönetilmesine bağlıdır. Endüstriyel tesislerde kullanılan inverterler, motor sürücüler, kaynak makineleri, doğrultucular ve UPS sistemleri gibi ekipmanlar şebekeye doğrusal olmayan akımlar yükleyerek harmonik bozulmalara neden olur. Bu harmonikler yalnızca güç faktörünü düşürmekle kalmaz; aynı zamanda transformatör, kondansatör, kablo ve reaktör gibi ekipmanlarda ısınma, izolasyon zorlanması ve arıza riskini artırır. Bu nedenle OG kompanzasyon sistemlerinde harmonik filtreleme stratejilerinin dikkatli biçimde planlanması gerekir. Doğru filtre seçimi, enerji verimliliğini artırırken hem ekipman ömrünü uzatır hem de reaktif ceza bedellerinin önüne geçer.
Orta Gerilim Sistemlerinde Harmonik Kaynakları ve Etkileri
OG sistemlerinde harmonikler genellikle doğrusal olmayan yüklerden kaynaklanır. Frekans konvertörleri, AC sürücüler, indüksiyon ocakları ve yüksek güçlü otomasyon sistemleri harmonik üretiminin en yaygın sebepleridir. Bu tür ekipmanlar enerji dönüşümü sırasında akım ve gerilim dalga formlarını bozar, şebekeye 3., 5., 7., 11. ve 13. harmonik bileşenleri ekler. Bu bozulma sonucunda şebekenin toplam harmonik distorsiyon oranı (THD) artar ve sistem enerji kalitesini kaybeder.
Harmoniklerin etkileri, sistemin tüm katmanlarına yayılır. Trafolarda ve motorlarda aşırı ısınma, verim kaybı ve izolasyon zayıflaması meydana gelir. Kondansatörler, yüksek frekanslı harmonik akımlardan dolayı dielektrik zorlanma yaşar ve ömürleri kısalır. Reaktörlerde gürültü, titreşim ve aşırı ısınma oluşur. Ayrıca koruma röleleri, harmonik akımlar nedeniyle yanlış tetiklenme yapabilir. Bu durum, özellikle OG sistemlerinde gereksiz devre kesmelerine yol açarak üretim sürekliliğini olumsuz etkiler.
Rezonans da harmoniklerin neden olduğu önemli bir problemdir. Kondansatör ve reaktörlerin doğal rezonans frekansları, sistemdeki harmonik frekanslardan biriyle çakıştığında gerilim yükselmesi meydana gelir. Bu durum, hem kondansatörleri hem de şebeke elemanlarını ciddi şekilde zorlar. Bu nedenle kompanzasyon sistemlerinin projelendirilmesi aşamasında harmonik analizi yapılmalı ve rezonans noktaları belirlenmelidir. IEC 61000-3-6 standardına göre OG seviyesinde harmonik distorsiyon oranı %5’in altında tutulmalıdır. Bu değerin aşılması, hem enerji kalitesinde bozulma hem de ekonomik kayıplar anlamına gelir.
Pasif, Aktif ve Hibrit Filtre Seçim Kriterleri
Harmoniklerin bastırılması için en yaygın kullanılan çözümler pasif, aktif ve hibrit filtre sistemleridir. Hangi tip filtrenin kullanılacağı, tesisin yük profiline, harmonik seviyesine, çalışma koşullarına ve bakım olanaklarına göre belirlenmelidir.
Pasif filtreler, LC devresi mantığıyla çalışan, belirli bir harmonik frekansını hedef alarak bastıran sistemlerdir. Ekonomiktir, ancak sabit karakteristikleri nedeniyle değişken yük profillerine sahip tesislerde rezonans riski taşıyabilir. Bu filtreler genellikle 5. veya 7. harmonik gibi sabit frekansları bastırmak için tasarlanır. Tasarımda en kritik konu, filtre rezonans frekansının sistem empedansına göre doğru hesaplanmasıdır.
Aktif filtreler ise elektronik kontrollü, dinamik tepki verebilen sistemlerdir. Bu filtreler, şebekedeki harmonikleri anlık olarak analiz eder ve ters fazda akım üreterek istenmeyen bileşenleri iptal eder. Yük değişimlerine hızla uyum sağlarlar, bu nedenle modern endüstriyel tesislerde tercih edilirler. Ancak ilk yatırım maliyetleri pasif filtrelere göre daha yüksektir.
Hibrit filtre sistemleri, pasif ve aktif filtrelerin bir arada kullanıldığı yapıları ifade eder. Pasif filtre temel harmonikleri bastırırken, aktif filtre dinamik olarak üst harmonikleri kontrol eder. Bu kombinasyon, yüksek güçlü OG sistemlerinde hem maliyet hem de performans açısından optimum çözüm sağlar. Filtre seçimi yapılırken sistem kısa devre gücü, harmonik spektrumu, kondansatör kapasitesi, reaktör endüktansı ve hedeflenen THD değeri göz önüne alınmalıdır.
Pasif Harmonik Filtre Uygulamalarında Dikkat Edilmesi Gerekenler
Pasif filtre uygulamaları OG kompanzasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılır, ancak doğru tasarlanmadığında sistem verimliliğini düşürebilir. Filtrelerin doğru çalışabilmesi için hedef harmonik frekansına uygun şekilde de-tuned (ayarlı) reaktörlerin seçilmesi gerekir. Örneğin %7 reaktör kullanılan bir sistemde rezonans frekansı yaklaşık 189 Hz’e düşürülür ve bu değer 5. harmonik bileşenin etkili şekilde bastırılmasını sağlar.
Filtre devrelerinde kullanılan kondansatörlerin, harmonik akımların neden olduğu gerilim artışlarına dayanıklı olması gerekir. Bu nedenle 440 V sistemlerde 480 V veya 525 V sınıfı kondansatörlerin tercih edilmesi önerilir. Reaktörlerin ısı sınıfı en az “H” olmalı ve termal sensörlerle sıcaklık artışına karşı izlenmelidir.
Filtre grupları devreye alınırken kademeli kontrol yapılmalı, ani akım yüklenmelerinden kaçınılmalıdır. Bu amaçla mikroişlemci tabanlı kompanzasyon röleleri kullanılabilir. Ayrıca, her bakım döneminde kondansatörlerin kapasitans değerleri ölçülmeli, nominal değerden %10 sapma görülürse değiştirilmelidir. Reaktörlerin endüktans değerleri ve bağlantı sıkılığı da kontrol edilmelidir. Pasif filtrelerin doğru konumlandırılması, pano içinde hava sirkülasyonunun sağlanması ve elektromanyetik girişimden korunması uzun ömürlü çalışma için gereklidir.
Harmonik İzleme, Raporlama ve Bakım Stratejileri
Harmonik filtreleme yalnızca kurulumla sınırlı değildir; etkin bir izleme ve bakım süreciyle desteklenmelidir. OG kompanzasyon sistemlerinde harmonik değerleri, gelişmiş enerji analizörleri veya SCADA tabanlı izleme sistemleri aracılığıyla sürekli takip edilmelidir. Bu cihazlar gerilim (THD-U) ve akım (THD-I) değerlerini kaydederek sistemin enerji kalitesi eğilimini ortaya koyar.
İzleme sistemlerinden elde edilen veriler EN 50160 ve IEC 61000-4-7 standartlarına göre değerlendirilmelidir. Eğer harmonik değerleri sınırın üzerindeyse filtre ayarları yeniden kalibre edilmeli veya ek filtre katmanları devreye alınmalıdır. Uzaktan izleme sistemleri, IoT tabanlı yazılımlarla entegre edilerek, anlık uyarı mesajları gönderebilir. Bu sayede harmonik artışı, aşırı ısınma veya dengesizlik durumlarında erken müdahale sağlanır.
Bakım planlamasında reaktörlerin sıcaklık ölçümleri termal kamera ile yapılmalı, bağlantı noktalarında gevşeme veya oksidasyon olup olmadığı kontrol edilmelidir. Kondansatör gruplarının kapasitans sapmaları, reaktörlerin endüktans değerleri ve filtre empedans ölçümleri periyodik olarak test edilmelidir. Bu düzenli bakım ve izleme süreci, OG kompanzasyon sistemlerinde harmonik filtrelerin performansını koruyarak sistemin enerji kalitesini sürekli yüksek seviyede tutar.
