Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme Yazı Dizisi-7

Elektrik Tesislerinde Güç Faktörü Düzeltme ve Harmonik Filtreleme

Yazı Dizisi-7

Tercüme: Alper Çelebi

8.3.2 Rezonans

Doğrusal bozulma yüksek değerlere ulaştığında ve güç faktörü düzeltme sistemi (kapasitörlerin eşdeğer kapasitansı) ve şebekenin eşdeğer indüktansı arasındaki rezonans tehlikesi belirgin duruma geldiğinde çok daha önemli bir sorun ortaya çıkar.

İndüktif ve kapasitif reaktanslar eşit olduğunda rezonans meydana gelir. Sonuç olarak, indüktans ve kapasitans seri bağlandığında seri rezonant devreden veya indüktans ve kapasitans paralel bağlandığından paralel rezonant devreden bahsedilecektir. Bir seri rezonans ve bir paralel rezonans aynı şebekede bulunabilir. Rezonans, rezonans frekansı f_rdenen kesin bir frekansta oluşur:⁴

Eğer dizi rezonansı varsa, toplam empedans teorik olarak nötürlenir^.5:

Benzer şekilde, paralel rezonans mevcudiyetinde, toplam empedans sıfıra gitme eğilimindedir:

Eğer bir seri rezonant devresi, rezonans frekansına yakın bir frekans değerine sahip bir alternatif gerilim ile besleniyorsa, çekilen akımın bir amplifikasyonu oluşarak bozukluklara, aşırı akımlara ve şebeke bileşenlerinde hasara neden olabilir.

Bunun aksine, paralel rezonans devresi lineer olmayan yük akımının harmonik tarafından beslenir ise, rezonans harmoniğine denk gelecek bir aşırı gerilim ortaya çıkabilir.

⁵Esasen, empedans dikkate değer bir şekilde düşer ve sadece bağlantı kablolarının
rezistif bileşenine karşılık gelir.

Aşağıdaki diyagram, bir şebekenin kapasitif reaktans (harmoniklerin mertebesi ile düşen), indüktif reaktans (harmoniklerin mertebesi ile yükselen) ve toplam reaktansı ile ilgili eğrileri gösterir; toplam seri reaktansı, rezonans frekansı ile uyum içinde minimum değerini alır (grafik örnekte, temel frekansın üç katı).

Rezonans frekansı fr aşağıdaki formülden elde edilebilir:

burada:
• f1 temel frekanstır;
• XC1, temel frekansta kapasitörün kapasitif reaktansıdır;
• XL1 kapasitörün kurulum noktasının besleme tarafındaki şebekenin indüktif reaktansıdır (temel frekansta).

Harmoniklerin olmadığı durumda ve rezonans frekansının güç kaynağı sisteminin temel frekansından yeterli farklılıkta olduğu varsayılarak, hatlarda aşırı akım olmaz.

Eğer harmonikler mevcut olsaydı, rezonans frekansına yakın mertebedeki harmoniğine uygun bir akımın amplifikasyonu oluşabilirdi. Daha detaylı bir analiz için bir dizi rezonans devresinin sayısal bir örneğini de veren IEC 61642 standardına bakın. Bunun sonucunda eğer frekans seri rezonans frekansına yakınsa, besleme baralarındaki nispeten daha düşük bir gerilim, yüksek bir akıma neden olabilir.

Rezonans olayından kaçınmak ve dolayısıyla kapasitörün ömrünün kısalmasını önlemek için şebekenin mevcut harmoniklerinden olabildiğince farklı bir rezonans frekansına sahip olması gerekir.

EC 61642 standardında açıklanan en yaygın çözüm, indüktif reaktansı kapasitör ile seri bağlamayı içerir (detuning reaktansı); indüktör, şebekedeki harmonik gerilimin en düşük frekansının altında bir rezonans seviyesi elde edilecek şekilde boyutlandırılmalıdır.

Örnek:
Şekil 8.3'teki seri rezonant devredeki dikkate değer bir genlikle en düşük harmoniğin beşinci olduğunu varsayarak, önceki ilişkiye göre sonuç:

burada:
• X_C1, temel frekansta kapasitörün kapasitif
reaktansıdır;
• X_C1, temel frekanstaki kapasitörün seri reaktansıdır;
Dikkate değer genliğe sahip en düşük harmonik üçüncüyse, sonuç:

İndüktansın bu şekilde boyutlandırılmasıyla, indüktör-kapasitör bağlantısının empedansı ile (indüktif) şebeke indüktansının etkileşimi, şebekede bulunan gerilim ve akım harmoniklerinin frekanslarında daha fazla rezonans durumu oluşturamaz.

8.4 Harmonik filtreler

Bir şebekedeki harmoniklerin etkilerini sınırlamak için kapasitör banklarını indüktörler ile beraber kullanılabilir. Esasen, kapasitör-indüktör kombinasyonu harmonikler için bir filtre oluşturur.

Daha önce rezonansın negatif etkilerinden kaçınmak için kapasitör ile seri şekilde indüktör eklenmesinin neden gerekli olduğu anlatılmıştı. Benzer bir mantık uygulayarak, ortadan kaldırılacak akım harmoniğinin mertebesiyle aynı rezonans frekansı almak için düzgün bir şekilde boyutlandırılmış bir indüktör ve kapasitör kombinasyonunu şebekenin bir noktasına yerleştirmek mümkündür.

Bu şekilde, indüktör-kapasitör tertibatı tüm şebekeyi etkilemeden tertibatta dolaşacak ve ortadan kaldırılacak harmonik ile uyumlu çok düşük bir reaktans sunar.

Bu yüzden pasif filtre isimli bu filtre, bir indüktörle seri bağlanmış bir kapasitör içerir ve böylece rezonans frekansı ortadan kaldırılacak harmoniğin frekansına tümüyle eşit olacaktır.

Filtrelenecek belirli bir harmoniğe göre ayrı ayrı tanımlanan pasif filtreler uygun maliyetlidir ve kolayca kurulup işleme sokulabilir.

Buna karşın aktif filtreler otomatik olarak geniş bir frekans aralığı içinde bir şebekedeki akım harmoniklerini ortadan kaldırabilir. Güç elektroniği teknolojisi kullanarak, şebekede bulunanları nötrleyen bir harmonik sistemi enjekte edebilirler.

Aktif filtre düzinelerce harmoniği aynı anda filtreleme avantajına sahiptir ve boyutlandırılması için tasarım maliyetleri gerekmez.

Bundan sonraki yazımızda "Kapasitör banklarının anahtarlama ve koruması:Elektrik olaylarının anahtarlanması , Anahtarlama ve koruma: Koruyucu cihazın seçimi " anlatılacaktır.

Önceki Yazı Sonraki Yazı

Paylaş: