Harmonik Filtre Ne Zaman Gerekir? THD, Reaktör ve Ölçüm

Kısa cevap: Harmonik filtre; tesiste frekans dönüştürücü, UPS, doğrultucu, kaynak makinesi gibi doğrusal olmayan yüklerin payı yüksekse, ölçülen gerilim ve akım THD değerleri yüksekse, kondansatörler sık şişiyor ya da sigortalar atıyorsa gerekir. Karar ölçümle verilir: çoğu tesiste kompanzasyon kademelerine %7 reaktör (ayar frekansı yaklaşık 189 Hz) eklemek yeterlidir; 3. harmonik belirginse %14 reaktör, akım bozulmasının sınırlar içine çekilmesi gerekiyorsa aktif filtre seçilir.

Harmonik nedir, nereden gelir?

Şebeke gerilimi 50 Hz sinüs dalgasıdır. Elektronik güç devresi içeren yükler bu gerilimden sinüs biçiminde olmayan, darbeli akım çeker. Bu bozuk akım, 50 Hz’in tam katlarındaki bileşenlerin toplamı olarak ifade edilir: 5. harmonik 250 Hz, 7. harmonik 350 Hz gibi.

• Üç fazlı sürücüler ve doğrultucular (6 darbeli): ağırlıklı olarak 5., 7., 11. ve 13. harmonik.
• Tek fazlı elektronik yükler (LED sürücüleri, bilgisayar, anahtarlamalı güç kaynakları): belirgin 3. harmonik; bu akım nötr iletkeninde toplanır.
• Ark ve kaynak yükleri, indüksiyon ocakları: değişken ve geniş bantlı bozulma.

THD nedir, hangi değerlere bakılır?

THD (toplam harmonik bozulma), harmonik bileşenlerin temel bileşene oranıdır. İki ayrı değer izlenir:

• THDi (akım): yükün ne kadar bozuk akım çektiğini gösterir. Sürücü ağırlıklı panolarda yüksek değerler görülebilir.
• THDv (gerilim): bu akımın şebeke empedansında yarattığı gerilim bozulmasıdır; tüm tesisi ve kondansatörleri etkiler.

Uluslararası referans olarak IEEE 519, ortak bağlantı noktasında 1 kV ve altındaki baralar için gerilim THD değerini %8, tek bir harmonik mertebesini %5 ile sınırlar; akım sınırlarını ise kısa devre akımı ile yük akımının oranına bağlar. Türkiye’de iletim seviyesindeki sınırlar Elektrik Şebeke Yönetmeliği’ndedir; dağıtım şebekesine bağlı bir tesis için dağıtım şirketinin ve proje şartnamesinin şartlarına bakılır. Bu değerler bir başlangıç ölçütüdür; kondansatörlü bir tesiste daha düşük THDv değerlerinde bile rezonans sorun çıkarabilir.

Kondansatör harmonikle neden sorun yaşar?

Kondansatörün empedansı frekansla ters orantılıdır: Xc = 1 / (2πfC). Frekans 5 katına çıktığında empedans beşte bire iner; kondansatör harmonik akımları kendine çeker, ısınır ve tepe gerilimi artar.

Daha ciddi sorun rezonanstır. Kondansatör ile trafonun endüktansı bir paralel rezonans devresi kurar ve rezonans mertebesi yaklaşık h ≈ √(Sk / Qc) ile bulunur. Örnek: 1000 kVA, %6 kısa devre gerilimli bir trafoda yalnız trafo empedansı dikkate alınırsa Sk ≈ 16,7 MVA olur. Devrede 300 kVAr kondansatör varken h ≈ √(16 700 / 300) ≈ 7,5 çıkar, yani 7. harmoniğe yakın bir rezonans. Röle kademe ekledikçe rezonans mertebesi düşer ve bir noktada 5. harmoniğe denk gelebilir. Bu durumda küçük bir harmonik akım bile büyük gerilim bozulmasına dönüşür. Elektrik İç Tesisleri Proje Hazırlama Yönetmeliği de harmonikli yükü olan tesislerin kompanzasyon projesinde rezonans frekansı hesabını ve reaktör oranını ister.

Reaktörlü (detuned) kademe nasıl çalışır?

Her kondansatör kademesine seri bir reaktör eklenir. Reaktör oranı p, reaktör reaktansının kondansatör reaktansına oranıdır ve kademenin ayar frekansı fr = 50 / √p ile bulunur:

Ayar frekansının üstündeki tüm frekanslarda kademe endüktif davranır, bu yüzden 5. ve üstü harmoniklerle rezonans oluşmaz. Reaktörlü kademe harmonikleri büyük ölçüde yok etmez; asıl görevi kondansatörü korumak ve harmoniğin büyümesini engellemektir.

%7 mi, %14 mü?

%7 reaktörün ayar frekansı 150 Hz’in üstündedir; 3. harmonik bu frekansın altında kaldığı için %7’li kademe 3. harmoniğe karşı kapasitif davranır ve onu büyütebilir. Ölçümde belirgin 3. harmonik görülüyorsa ayar frekansı 150 Hz’in altında kalan %14 reaktör seçilir.

Reaktör kondansatör gerilimini neden yükseltir?

Seri reaktör kondansatör uçlarındaki gerilimi yaklaşık U / (1 − p) oranında yükseltir. 400 V şebekede %7 reaktörle yaklaşık 430 V, %14 reaktörle yaklaşık 465 V olur; harmonikler bunun üstüne eklenir. Bu yüzden reaktörlü kademede 400 V kondansatör kullanılmaz, üretici tablosuna göre daha yüksek gerilim sınıfı seçilir. Reaktörlü kademenin şebekeye verdiği güç de kondansatör etiket değerinden farklıdır; boyutlandırma bu tablolarla yapılır.

Aktif filtre ne zaman tercih edilir?

Aktif harmonik filtre yük akımını ölçer ve harmonik bileşenlerin tersini IGBT’li bir eviriciyle şebekeye basarak onları sönümler. Birçok harmonik mertebesine birlikte ve hızlı yanıt verir; modele göre reaktif güç ve faz dengesizliği düzeltmesi de yapabilir. Şu durumlarda öne çıkar:

• Akım bozulmasının dağıtım şirketi ya da proje şartnamesindeki sınırlara indirilmesi gerekiyorsa
• Yük hızlı değişiyor ve harmonik içeriği sürekli kayıyorsa
• Jeneratörle beslenen ya da zayıf şebekede gerilim bozulması işletmeyi etkiliyorsa
• Nötr iletkeninde 3. harmonik akımı yüksekse

Aktif filtre harmonik akımı (A) üzerinden boyutlandırılır ve reaktörlü kademeye göre daha yüksek maliyetlidir. Belirli bir harmoniğe ayarlanmış pasif filtreler de büyük ve tek tip harmonik kaynakları için kullanılır; ancak şebekedeki diğer harmonikleri de çekebildikleri için tasarım çalışması ister.

Karar için ölçüm nasıl yapılmalı?

1. Ölçüm, IEC 61000-4-30 sınıf A yeteneğine sahip bir enerji analizörüyle trafo sekonderinde ya da ana dağıtım panosu girişinde yapılır.
2. Süre en az bir tam üretim döngüsünü kapsamalıdır; mümkünse bir hafta.
3. THDv, THDi, tek tek harmonik mertebeleri, güç katsayısı ve reaktif güç birlikte kaydedilir.
4. Mevcut kompanzasyon devredeyken ve devre dışıyken ayrı ölçülür; aradaki fark rezonansı ortaya çıkarır.
5. Sonuç, sürücü ve UPS gibi yüklerin toplam güce oranıyla birlikte değerlendirilir.

Ölçüm sürecini enerji analizi sayfasında, uygulama seçeneklerini harmonik filtre sayfasında bulabilirsiniz.

Hangi belirtiler harmonik sorununa işaret eder?

• Kondansatörlerin kısa sürede şişmesi, kademe sigortalarının atması (kondansatör neden şişer)
• Kontaktörlerde yanma, panoda olağan dışı ısınma ve uğultu
• Trafonun yük oranına göre fazla ısınması
• Nötr akımının faz akımlarına yakın ya da üstünde olması
• Sürücü ve elektronik kartlarda açıklanamayan arızalar
• Rölenin cos φ değeri ile faturadaki oranın tutarsız görünmesi

Harmonik doğrudan reaktif ceza yazdırmaz, ama kondansatörler bozuldukça kompanzasyon zayıflar ve endüktif oran %20 sınırını aşmaya başlar. Cezanın nasıl oluştuğu için reaktif ceza nedir yazısına bakın.

Sık sorulanlar

Harmonik filtre reaktif cezayı da çözer mi?

Reaktörlü kompanzasyon kademeleri hem reaktif gücü karşılar hem kondansatörü harmonikten korur, yani ceza çözümünün parçasıdır. Aktif filtrenin reaktif güç desteği modele bağlıdır; çoğu tesiste reaktif güç kademelerle, harmonik ise filtreyle ayrı ayrı ele alınır.

Mevcut panoya sonradan reaktör eklenebilir mi?

Reaktör eklenebilir ama mevcut kondansatörlerin gerilim sınıfı yükselen gerilime uygun değilse onların da değişmesi gerekir. Ayrıca reaktörler yer ve ısı atma kapasitesi ister; birçok eski gövdede bu mümkün olmaz.

Ofis binasında da harmonik filtre gerekir mi?

LED aydınlatma, bilgisayar ve UPS yoğun binalarda 3. harmonik ve nötr akımı yüksek olabilir. Kompanzasyon panosu varsa %14 reaktör ya da aktif filtre gündeme gelebilir; karar yine ölçümle verilir.

Kaynaklar

• IEEE 519-2022, Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems

Mevzuat metinleri ve birim fiyat en son Ekim 2026’da kontrol edildi.