Elektrik enerjisine artan talep, elektronikteki son teknolojik gelişmeler ve insan hayatının daha da kolaylaştırılmak istenmesi ve elektrik enerjisine olan sürekli ihtiyaç değişimi; beraberinde elektriğin yapısında bozulmalar yani saf halinin bozulması (kalite problemleri) meydana getirmiştir. Örneğin; Bir elektronik cihazın sahip olduğu yarı iletkenler dolayısıyla harmonik, ani yük değişimleri sonucunda gerilim değişimleri, 3 fazlı iletimde tek fazlı sorunlar neticesinde dengesizlikler gibi birçok sorun meydana gelmektedir.
Makinelerde performans kaybı, sistemde meydana gelen arızalar sonucunda ciddi maddi kayıplar, işletmedeki kalitelerin düşmesi kullanıcıları enerjiyi nasıl kaliteli hale getirebilirim sorularını aramaya ve enerjiyi sürekli izlemeye yöneltmiştir. Firmalar bu sorunlara binaen enerji izleme sistemleri geliştirmişler ve akademik olarak yapılan çalışmalar sonucunda da çeşitli tasarımların arayışına girilmiştir ve her geçen gün kaliteli enerji anlayışı iyileşmektedir.
Bu yazımızda beş ayrı kalite problemi üzerinde durucağız. Bunlar harmonik, fliker, gerilim düşmesi, gerilim yükselmesi ve gerilim dengesizliği problemleridir.
Harmonik
Harmonik temel frekans (50Hz) dışında meydana gelen ve sistemi saf sinusoidal olmakta çıkaran bir kalite problemidir. Temel frekansların katlarında (2f, 3f, 4f…) oluşmaktadır ve kendisi de sinusoidal formdadır. Elektrik şebekelerinde dalgaların simetrik özelliklerinden dolayı çift katlı harmoniklere rastlanmaz. Darbeli değişimler ve frekans değişimine ihtiyaç duyulan yerlerde de ayrıca ara harmoniklere de rastlanabilir.
(Şekil 1)'de görüldüğü gibi temel frekansla olan bileşimi sinusoidal bir dalgadan farklıdır. Harmonikler şebekenin dalga şeklini bozarlar. Sistem üzerinde kayıpları artırabilirler. Makinelerin titreşimli çalışmasına, yer altı kablolarında yalıtkan katmanın zarar görmesine veya delinmesine, aydınlatma elamanlarının ve koruma sistemlerinin hatalı çalışmasına, arıza anında akımların yükselmesi, sistemlerde performans düşüklüğü gibi birçok soruna neden olabilirler.
Harmonikleri elimine etmek için, aktif filtreler, pasif fitreler, harmoniğe sebep olacak sorunu gözden geçirme, yük dağılımlarda değişimler gibi çeşitli yollara başvurulabilir.
Fliker
Fliker, gerilimin periyodik olarak 6-7 tam dalga süresince (8-9 Hz) azalması ve yükselmesidir. Fliker akkor flamanlı lambalarda titreşim ya da parlaklık değişimi olarak da algılanabilir. Fliker sinüssel bir fonksiyona sahiptir. Matematiksel olarak sinüs genliği periyodik olarak belli zaman aralıklarında azalır ve tekrar yükselir. Flikerı incelerken diğer önemli parametre ise meydana gelen değişimin frekansıdır (f).
Şekil 2 Fliker dalga şekli
Fliker'ın oluşma nedenleri arasında aşırı yükler bulunmaktadır. Arc fırınları, lazer yazıcılar, klima sistemleri, büyük motorlu yüklerin devreye girmesi, kaynak makineleri gibi büyük yük değişimlerinde fliker oluşur.
Fliker terimsel olarak bile bir oran olduğu için ilk olarak lambalardaki etkisi dolayısıyla göz sağlığını olumsuz etkiler. Kalite problemlerinin genel olarak neden olduğu motor yüklerinde verimin düşmesine neden olur. Elektronik cihazların ömrünü kısaltır. Fliker etkisi elimine etmek için; lambaya yardımcı elemanlar kullanılabilir. Arc fırınlarının çıkışına seri reaktörler bağlanabilir. Cihazlar ve motorlar üzerinde yapısal değişiklikler yapılabilir.
Gerilim Düşmesi
Gerilimin yarım periyottan 1 dk ya kadar olan sürede %90'a kadar inmesi, gerilim düşmesi olarak isimlendirilir. Sinüsoidal fonksiyona sahip olan gerilim genliğinin belirli frekans aralıklarında azalmasıdır.
Şekil 3 Orta bölgede meydana gelen bir gerilim düşmesi
Gerilim düşmesinin sebepleri arasında büyük fabrikalar gibi sistemlerde yüksek güçlü motorların yol alması, şebeke yetersizliği, sistem arızaları, aşırı yüklenme gibi sebeplerle meydana gelebilir. Gerilim düşmesinin meydana getirdiği problemler ise, deşarjlı lambaların sönmesine, elektronik devrelerde arızalara, yanlış açmalar sebebiyle motor arızalarına, motorlarda tork kaybına, motorların tamamen durmasına da neden olabilir.
Gerilim Yükselmesi
Gerilimin yarım periyottan 1 dk ya kadar olan sürede %110'dan daha yüksek değerlere erişmesi, gerilim yükselmesi olarak isimlendirilir. Sinüsoidal fonksiyona sahip olan gerilim genliğinin belirli frekans aralıklarında yükselmesidir.
Şekil 4 Orta bölgede meydana gelen bir gerilim yükselmesi
Gerilim yükselmesinin sebepleri arasında büyük bir yük grubunun devre dışı kalması, büyük kapasitelere sahip kondansatörlerin devreye girmesi, şebekenin ayar zayıflığı, sistem arızaları gibi nedenler bulunabilir.
Gerilim yükselmesinin meydana getirdiği problemler ise; motor sürücülerinde ve kontrol elemanlarında arızalara, akkor flamanlı lambalarda ömür azalması, bilgisayar arızalarına, anahtarlama arızalarına, kontrol sistemlerinin arızalı çalışmasına vb. neden olur.
Gerilim Dengesizliği
Üç fazlı sistemlerde fazlar arasındaki açıların eşit olmaması ve genliklerinin birbirinden farklı olduğu durum gerilim dengesizliği olarak isimlendirilir. Üç fazlı sinüs formundan oluşan sistemlerde arada olması gereken faz farkı (120'nin dışında olursa) ve aynı zamanda sinüs genlikleri birbirinden farklı olursa dengesiz bir sistem gözlemlenir. Akım ve gerilimin yüzde olarak ortalamasından maksimum sapmasıdır.
Şekil 5 Üç fazlı gerilim dalgalanması
Gerilim dengesizliği; sistemler kurulurken fazlar eşit miktarda yüklerde yüklenmezse, iletim hatlarında meydana gelen faz-toprak arızaları gibi nedenlerle oluşabilir. Gerilim dengesizliğinin meydana getirdiği problemler ise; üç fazla asenkron motorların aşırı ısınmaya, farklı yüklenme nedeniyle motordaki dengeli momenti bozarak titreşime, nötr hattında yüklenme vb.
Tüm fazları eşit yüklerle dengeleme, motorlara koruyucu ekipmanlar ekleme vb. gibi yöntemlerle gerilim dengesizliği önlenebilir.