Günümüzde kulanılan güç elektroniği cihazlarının sayısı çok arttığı için harmonik oluşmasına temel nedenin bu olduğu düşünülüyor. Yani harmonik neden oluşur diye soracak olursak burada yatan en temel neden modern yaşamdır. Ek olarak bu sayısı giderek artan çok fazla cihazın modern enerji dönüşüm teknikleri kullanması da harmonik akım veya akım harmonikleri ortaya çıkarıyor.
Normal şartlar altında istenen özellikteki bir şebeke gerilimi parazitsiz ve temiz bir sinüs dalgası şeklinde gelmelidir. Fakat DC güç kaynakları giderek çoğaldığı için bu her zaman mümkün olmuyor. Özellikle kamusal alanlarda ve binalarda LED aydınlatmaların yaygınlaşması bile akım harmoniklerine neden oluyor. Bütün bunları toparlayacak olursak akım harmoniğini şöyle tanımlayabiliriz; şebeke gerilimini bozan, temel dalga dışındaki sinüsoidal dalgalar. Sinüsodial dalgalar akım harmoniği olarak değerlendirilir ve çok sayıda cihaz bunun başlıca sebebi olabilir.
Diğer bir deyişle sistemde harmonik bileşenlerin oluşması bir elektrik sisteminde istenen bir durum değildir. Çeşitli yükler buna yol açabilir ancak bunun ölçülüp değerlendirilmesi ve engellenmesi gerekir. Harmonik başka bir tanımlama ile elektriğin sinüs formunda gerçekleşen bozulma durumuna verilen teknik addır. Günümüzde çok fazla yük altında kalan sistemlerde bu durum kolay ortaya çıkabilir yani yaygın görülür.
Bu bakımdan dikkatli davranılması ve önlenmesi elzem bir hal almıştır. Örneğin elektronik kartlar, motor ve sürücüler, kesintisiz güç kaynakları flüoresan lambalar sisteme fazla gelebilir. Aynı şekilde en basit biçimde çok sayıda bilgisayar ve bu saydığımız teçhizat bir araya gelirse harmonik oluşur. Harmonik oluşmasını engellemek ve zararlarından korunmak için profesyonel olarak önlem almak gerekir. Aksi halde trafolar ısınır, cihazlar zarar görebilir ve şebeke gerilimi bozulur. Buna benzer semptomların ortaya çıkması ile aşırı yüklenme büyük risk faktörleri ortaya çıkarır.
Akım Harmonikleri Nasıl Oluşur?
Şebeke gerilimi temiz ve parazitsiz bir sinüs dalgası şeklinde olmalı kuralını ihlal eden bir durum olarak karşımıza harmonik çıkar. Kamuya açık binalarda kesintisiz güç kaynaklarının yani UPS cihazlarının artması, LED aydınlatmanın yaygınlaşmasıyla DC güç kaynaklarının çoğalması ya da güç elektroniğiyle birlikte doğrultucu elemanların artması akım harmoniklerine neden olabilir.
Akım harmonikleri ise şebeke gerilimini bozabilir. Doğal sinüs dalgası da bulunur ancak bozucu etki yapan harmonikler bu dalganın riskli hal almasına sebep olurlar. Güç sistemine bağlı bulunan tüm elemanlar ve sistemin kendisi bütünsel olarak harmoniklerin yıkıcı etkisine açıktır. Yani diğer bir deyişle sistemdeki her şey problemlere dahil olmaya adaydır. Cihazlara ve şebekeye olumsuz etkide bulunabilecek ölçekte akım harmoniklerinin ortaya çıkması için ne gerekir?
Gerilim ve akımın grafik dalga şekilleri eğer sinüs şeklinden farklılaşırsa yani sinüsoidal dalga oluşursa bu durum sorun haline gelmeye başlar. Anormalleşen sinüs dalgasından anlaşılan sistemin harmonik oluşturmaya başlamış olduğudur. Harmonikler gelişen teknolojiye paralel olarak sanayide yaygın bir sorun oluşturmaya başlar. Bugün ise bu tip sorunlar harmoniklerin zararlı etkileri giderek artma durumundadır. Harmonik akıma maruz kalan cihazlar özellikle zamanla gözle görülür etkiler altında kalır.
Akım Harmoniklerinin Şebekeye Etkisi Nedir?
Yarı iletken elemanlarda tabiatları gereği akım ve gerilim dalga biçimleri bozulmaya uğrar. Ancak periyodik olarak oluşan sinüsoidal dalgaoluşan tüm dalgaların toplamından meydana gelir. Ve birikimi halinde durum daha tehlikeli bir hal alır. Yarı iletken maddelerin doğal durumu yanında sanayide kullanılan kimi tür nonlineer yüklerin örneğin transformatörlerle ark fırınları gibi sistemlerin etkisiyle,bu durum artabilir. Temel dalga grafiği dışında kalan sinüsoidal dalga yinelenmeleri sonunda oluşan birikim harmonikte ortaya çıkar.
Her halükarda, gerekli ve mümkün tüm önlemlerin alınması halinde dahi bir şebekedeki harmonik tamamen bu sistemden temizlenemez. Şebekeden harmoniklerin çıkarılması, şebekenin akım harmoniği ve etkisinden arındırılması zor hatta bir bakıma imkansız olur. Ancak diğer yandan aşırı ölçülere ulaşmadıkça, sistemlerdeki elektrikli cihazlar zaten harmonik etkisine rağmen çalışabilir. Yani cihazların normal ölçütte harmoniklere karşı bağışıklığı söz konusudur. Bir taraftan da cihazların harmonik etkisinde çalışmanın şebekeye olumsuz etkisi bulunduğunu unutmamak gerekir.
Akım Harmoniği Hangi Aralıkta Şebekeye Risk Oluşturur?
Bir şebekenin akım harmonikleri ve onların doğurduğu tehlikelerden tamamen arındırılmasının mümkün olmadığını belirtmiştik. İşte her ne kadar siz gereken önlemleri alarak sisteminizi bu etkilerden korumaya çalışsanız da harmonik oluşabilir. Üstelik cihazlar bu etkiye dayanıklı olarak da tasarlanmıştır. Yani toplam harmonik bozulma belirli bir seviyenin altında tutulduğu sürece risk küçük kalır.
Toplam harmonik bozulma cihazlarla ölçülür ve değerler %20 ile altında kalırsa bu dayanılabilir bir sınır olacaktır. Ancak toplam veri 20 üzerine çıktığında cihaz ve şebeke dayanıklılığı kırılmaya başlar. Tehlikeli durum oluşturacak bu %220’lik akım harmonikleri toplamı dikkatle izlenmelidir. Bu ölçüde bir bozulmada akım harmoniklerinin dalgalanması ve bozulması beraberinde şebeke geriliminin bozulmasını getirir. İşte bu gibi örnek bir durum yaşandığı takdirde sistem sigortaları, hatta trafolar ve bütün elektriksel aksam tehlike altındadır. Tüm bu cihaz ve düzenekler ciddi zararlar görebilir; bu da akım harmoniğinin tehlikeli yanın ortaya koyar.
Enerji ve dalgalanma ölçüsü takibi ile akım harmoniklarinin seviyeleri kontrol edilebilir. Bu kontroller sonucunda riskli yükseliş görüldüğünde müdehale edilmesi gerekir. Harmonik filtre uygulamaları yaygın olarak yükselen ölçümleri engellemek için kullanımakta ve sistemleri akım harmoniklerinin zararlı yanlarından korumakta.
Normalde temiz bir sinus dalgası durumundaki alternatif akımın bozulmalara uğramasıyla ortaya çıkan harmonik çok riskli bir hal alabilir. Gerilimde düşmenin çok artması, mikro işlemci hatalarında artış, endüksiyon sayacı hatalarının artması gibi sonuçlar harmonikle bağlantılıdır. Bunlar gibi ipuçlarına dikkat edilmeli ve zarara sebep olmadan harmonik için gerekli önlemler alınmalıdır.
7 Aralık 2022 tarihinde yayımlandı