Harmonik bozulma meydana geldiğinde, direnci artırarak elektrik bileşenlerinin içinde istenmeyen ısı birikimine neden olan bu sinir bozucu yüksek frekanslı akımlar oluşur. Transformatörler, motorlar ve iletkenler, termal tasarımlarının taşıma kapasitesini aşacak şekilde olması gerekenden daha fazla çalışmak zorunda kalır. Bundan sonra ne olur? Aynı akımlar manyetik nüvelerde ve sargılarda fuko (eddy) akımlarını tetikler. Bu süreç, yalıtımın yaşlanma hızını gerçekten ciddi oranda artırır ve bazen normal koşullara göre %40 daha hızlı eskimesine neden olabilir. Çeşitli imalat tesislerinde 2023 yılına ait verilere bakacak olursak dikkat çeken bir şey görürüz: erken motor arızalarının neredeyse onda yedisinin harmoniklerin neden olduğu bu tür aşırı ısınmadan kaynaklandığı ortaya çıkar. Kondansatör bankaları da çok daha iyi durumda değildir. Toplam harmonik bozulmanın yüksek olduğu ortamlarda çalışan kondansatörlerin dielektrik bozulmaya uğrama sıklığı, normalde beklenenin üç katı kadar fazladır.
Son yapılan vaka çalışmaları, aktif harmonik filtrelerin CNC makine kümelerinde iletken sıcaklıklarını 18–35 °C azalttığını ve ekipman bakım aralıklarını %22 uzattığını göstermiştir.
Kızılötesi termal görüntüleme, işletim sıcaklıklarındaki artış yoluyla harmonik gerilmenin erken belirtilerini tespit etmeye yardımcı olur:
| Ölçüm Noktası | Normal Sıcaklık | Yüksek Harmonik Sıcaklık |
|---|---|---|
| Transformatör bushings'leri | 65°C | 89°C |
| Motor Terminal Kutusu | 55°C | 72°C |
| Kondansatör Kabini | 45°C | 68°C |
IEEE 519-2022 harmonik sınırlarını aşan tesisler, üretim döngülerinde genellikle 2,3 kat daha hızlı sıcaklık artışı yaşar. Modern izleme sistemleri, THD% ve termal verileri entegre ederek sıcaklıklar 55°C gibi kritik eşiklere ulaştığında aktif harmonik filtreleri otomatik olarak devreye alır.
Endüstriyel kontrol sistemleri, harmonik bozulma adı verilen bir nedenle düzenli bakım almasına rağmen arızalanmaya eğilimlidir. Oluşan bu bozulma, voltaj dalgalarını etkileyerek sistem içindeki hassas elektronik bileşenlerin çalışmasını bozar. Sonuç olarak röleler hatalı çalışmaya başlar, sensörler yanlış ölçümler yapar ve servo motorlar normal ömürlerinden çok daha önce aşınır. 2023 yılında yapılan bir güç kalitesi denetimine göre, fabrikalardaki gizemli motor arızalarının yaklaşık üçte ikisi aslında mekanik bir sorundan kaynaklanmaz; bunun yerine harmoniklerden kaynaklanan kararsız voltajlara bağlıdır. Çoğu bakım ekibi bu tür gizli elektriksel sorunları fark etmez ve sadece yüzeyde görünen arızaları gidermeye odaklanırken asıl sorun sessizce arka planda kalarak tekrar sorun çıkarmayı bekler.
Et işleme tesisi, üreticinin önerdiği bakım rutinlerine tam olarak uymasına rağmen her hafta tekrar eden PLC arızalarıyla mücadele ediyordu. Mühendisler güç kalitesi sorunlarını incelediğinde, 480V elektrik sistemlerinde rezonans problemlerine neden olan sorunlu 7. ve 11. harmonik frekanslar buldular. Bu harmonikler, kontrol devreleri için IEEE 519-2022 standardında belirtilen %8 eşiğini çok aşan %23'lük alarma geçecek düzeyde toplam harmonik bozulmaya (THD) neden olan geçici voltaj sıçramaları üretiyordu. Durumu daha da kötüleştiren şey, bu özel frekans desenlerinin normal gerilim koruyucuların fark etmesini sağlayacak şekilde kayıp gitmesi ve sonunda birkaç PLC giriş/çıkış modülünü yakmasıydı. Çözüm, adaptif aktif harmonik filtrelerin (AHF) kurulmasıyla geldi. Kurulumdan sadece üç ay sonra harmonik seviyeler %4'ün altına düştü ve üretim takviminden o sinir bozucu plansız duruşlar tamamen kayboldu.
Aktif harmonik filtreler, zararlı harmonikleri gerçek zamanlı olarak nötralize etmek için karşı faz akımları dinamik olarak enjekte eder. Sadece sabit frekanslara sınırlı olan pasif filtrelerin aksine, AHF'ler VFD'ler ve kaynak ekipmanları kullanan tesislerde yaygın olan değişen yüklere uyar. Bu sürekli düzeltme:
Harmonik bozulmanın kök nedenini ele alarak AHF'ler ekipman ömrünü uzatır ve mevcut bakım programlarını geliştirir. AHF kullanan tesisler yılda reaktif bakım iş emirlerinde %43 daha az kesinti bildirmektedir.
Toplam Harmonik Bozulma, ya da kısaca THD, temel olarak bir sinyalin ne kadar saf sinüs dalgasından saptığını ölçer. THD %5'in üzerine çıkarsa verimlilikte düşüşler ve güvenilirlik sorunları gibi ciddi problemlere yol açabilir. Yüksek THD seviyeleri transformatörlerin yaklaşık %12 veya daha fazla oranda enerji kaybetmesine, motor sistemlerinde istenmeyen ters tork oluşmasına, artan deri etkisi nedeniyle iletkenlerin daha zor çalışmasına ve yalıtım malzemelerinin normalden daha hızlı şekilde yıpranmasına neden olur. Geçen yıldan alınan bazı sektör verilerine bakıldığında, voltaj THD açısından IEEE 519 standartlarını karşılamayan tesisler diğerlerine kıyasla bakım maliyetlerinde yaklaşık %23 fazladan harcama yapmıştır. Bu ek maliyetler özellikle kapasitör bankalarının arızalanması ve rölelerde meydana gelen arızalardan kaynaklanmaktadır ki bunların hiçbiri düzenli işletme süreçlerinde karşılaşmak isteyeceğiniz şeyler değildir.
IEEE 519-2022, düşük gerilim sistemleri için (<1 kV) maksimum izin verilen gerilim THD değerini %8'in altında ve orta gerilim şebekeleri (1–69 kV) için %5'in altında belirler. Şirketler, uyumluluğu artan ölçüde sözleşmeler aracılığıyla zorunlu hale getirmektedir. 2023 EnergyWatch çalışması, sanayi kullanıcılarının %42'sinin, ortak bağlantı noktasında THD değeri %6,5'i aştığında uyumsuzluk bildirimi aldığını göstermiştir.
Geleneksel sabit ayarlı pasif filtreler, belirli harmonik frekanslarla uğraşırken en iyi şekilde çalışır ancak değişken frekans sürücülerin spektrum boyunca geniş bir harmonik aralığı oluşturduğu günümüz endüstriyel ortamlarında zorlanır. Gerçek dünya ölçümleri, bu pasif yaklaşımların toplam harmonik bozulmada en iyi ihtimalle yaklaşık %30 ila %50 oranında azalma sağlayabildiğini göstermektedir. Buna karşılık uyarlanabilir aktif harmonik filtrelerle elde edilen sonuçlara bakıldığında, bunların tutarlı şekilde %80 ile %95 arasında etkinlik sağladığı görülür. Bunun nedeni? Bu gelişmiş sistemler elektrik dalga biçimlerini sürekli izler ve gerçek zamanlı olarak karşıt akımlar enjekte eder; böylece yükler gün boyu değiştikçe bile ekipmanların uyumlu kalmasını sağlar. Her ne kadar tek başına çözüm olmasa da, birçok tesis AHF'lerin güç kalitesi yönetim stratejilerinde önemli bir fark yarattığını keşfetmiştir.
Değişken frekans sürücüleri (VFD'ler), kesintisiz güç kaynakları veya UPS sistemleri ve doğru akım sürücüleri gibi ekipmanlar, gerilim dalgalarının şeklini bozan ve sistemin verimliliğini düşüren bu sinir bozucu harmonik akımları üretir. Sonuç olarak ne olur? Transformatörler ve kablolar gereğinden fazla çalışır hale gelir ve bu da endüstrilerin yaklaşık %12 daha fazla enerji tüketmesine neden olur. Herhangi bir fabrika alanına bir bakın ve şunu düşünün: standart 500 kW'lık bir motor sürücü sistemi, yalnızca bu can sıkıcı reaktif güç ücretlerinden dolayı yılda yaklaşık 18.000 ABD doları ek maliyete mal olabilir. Durum, özellikle 5. ve 7. derece harmonikler birleştiğinde daha da kötüleşir. Bu harmonikler sessizce durmazlar; bunun yerine elektromanyetik girişim oluşturarak motorların verimsiz çalışmasına neden olurlar ve aynı zamanda dağıtım panolarının normal koşullardan daha sıcak çalışmasına yol açar.
Aktif harmonik filtreler, güç faktörlerini 0,95'in üzerinde tutarken THD'yi %5'in altına düşürerek ölçülebilir finansal faydalar sağlar:
Tipik bir 480V AHF sistemi, bu birleştirilmiş tasarruflar sayesinde 18-24 ay içinde geri ödeme sağlar.
Dünya Bankası'nın geçen yılki verilerine göre endüstriyel tesisler için elektrik maliyetleri 2021'den bu yana dünya çapında yaklaşık %22 arttı ve şimdi tepe talep ücretleri, şirketlerin aylık enerji ihtiyaçları için ödedikleri miktarın yaklaşık üçte birini oluşturuyor. Çoğu elektrik sağlayıcısı IEEE 519 standartlarını aşan reaktif güç ve harmonik bozulmalar gibi durumlar karşısında sıkı önlemler alıyor ve bu sorunlar çok ciddi hale geldiğinde kVAR başına 12 ABD dolarına kadar ücret ekleyebiliyor. Aktif Harmonik Filtreler uygulayan tesisler, pasif filtreler kullanmaya devam eden eski tesislere kıyasla enerji faturalarında genellikle %18 ile %27 arasında düşüş yaşar. Maliyetleri düşürmeye çalışan ve aynı zamanda uyumluluğu korumaya çalışan üreticiler için bu uyarlanabilir çözümlere yatırım yapmak sadece akıllıca bir iş kararı değil, günümüz piyasa koşullarında neredeyse zorunlu hale geliyor.
Sabit frekanslı pasif filtreler, belirli harmoniklere ayarlanmış önceden tanımlanmış LC devrelerine dayandığından, yüklerin değişken olduğu modern endüstriyel ortamlara uygun değildir. Temel sınırlamalar şunlardır:
Modern aktif harmonik filtreler, anlık harmonik düzeltme sağlamak için dijital sinyal işleme teknolojisini kullanır:
YFD ağırlıklı ortamlarda performansı en üst düzeye çıkarmak için:
Toplam Harmonik Bozulma (THD), bir sinyalin saf sinüs dalgasından ne kadar saptığını ölçer. Yüksek THD, enerji kaybına, ekipmanlarda artan aşınmaya ve potansiyel işletme arızalarına neden olarak güç sistemlerinde verimsizlik ve güvenilirlik sorunlarına yol açar.
AHF'ler, zararlı harmonikleri gerçek zamanlı olarak dengelemek için karşı faz akımları dinamik olarak enjekte eder, değişen yük şartlarına uyum sağlar ve THD'yi kabul edilebilir seviyelerin altında tutar. Bu durum, güç kalitesinin artırılmasına ve ekipman ömrünün uzatılmasına yardımcı olur.
Harmonikler, ekipmanlarda aşırı ısınmaya, artan I²R kayıplarına, kapasitörlerde dielektrik bozulmalara, kontrol sistemlerinde istikrarsız davranışlara ve artan enerji tüketimine neden olabilir; bu da işletme maliyetlerinin yükselmesine yol açar.
AHF'ler güç faktörünü iyileştirir ve harmonik akımları azaltarak talep ücretlerinde düşüş sağlar, I²R kayıplarını en aza indirir ve güç kalitesi standartlarına uyumsuzluktan kaynaklanan cezalardan kaçınmayı mümkün kılar. Sıkça yatırımın 18-24 ay içinde geri dönüşünü sağlar.
EN
Son Haberler