Harmonik Filtre Nedir? Kompanzasyon Sistemlerinde Harmonik Filtre Reaktörü ve Uygulamaları

Elektrik şebekelerinde yüklerin artması, özellikle doğrultuculu ve anahtarlamalı cihazların yaygınlaşmasıyla birlikte harmonik bozulmalar gün geçtikçe daha kritik hale gelmiştir. Bu tür harmonik etkileri bastırmak ve şebeke üzerindeki zararlı etkilerini engellemek amacıyla harmonik filtre çözümleri devreye alınmaktadır.

Harmonik Filtre Nedir?

Harmonik filtreler, şebekede oluşan yüksek frekanslı akım bileşenlerini (3., 5., 7., 11. harmonikler vb.) bastırmak için tasarlanmış devre elemanlarıdır. Bu filtreler, harmonik akımların trafolara, kondansatörlere ve diğer hassas cihazlara zarar vermesini önleyerek sistemin güç kalitesini artırır.

Harmonik filtre sistemleri iki ana gruba ayrılır:

• Pasif harmonik filtre
• Aktif harmonik filtre

Pasif Harmonik Filtre Nedir?

Pasif harmonik filtreler, belirli harmonik frekanslarda düşük empedans sağlayarak istenmeyen harmonikleri sönümleyen RLC elemanlarından oluşan bir devre yapısıdır.

Genellikle kondansatör + harmonik filtre reaktörü kombinasyonundan oluşur. Şebekeye paralel bağlanarak belirli frekanstaki harmonik akımları üzerlerine çekip sönümleme yapar.

Aktif Harmonik Filtre Nedir?

Aktif harmonik filtreler, sistemdeki harmonik bileşenleri anlık olarak tespit edip, bu bileşenlerin ters fazlı karşılığını üreterek şebekeye uygular ve böylece harmonik bozunumunu giderir. Yüksek hassasiyetle çalışan bu filtreler, dinamik yük değişimlerine hızlı tepki verir; ancak maliyetleri pasif filtrelere kıyasla daha yüksektir.

Harmonik Filtre Reaktörü Nedir?

Harmonik filtre reaktörü, pasif filtre sistemlerinde kullanılan ve genellikle kondansatörlerle birlikte çalışan endüktif bir elemandır. Görevi, istenmeyen frekanslardaki akımları bastırmak ve rezonans frekansını kontrol altına almaktır. Özellikle kompanzasyon sistemlerinde kullanılan kondansatörlere yüksek frekanslı harmoniklerin ulaşmasını engellemek için kullanılır.

Harmonik Filtre Bağlantı Şeması

Harmonik filtrenin bağlantısı, sistemde yapılan harmonik analiz sonuçlarına dayanarak uygun frekans ve kapasitede olacak şekilde tasarlanır.  Harmonik filtre devresi, tipik olarak aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

• Kondansatör bankı (C)
• Harmonik filtre reaktörü (L)
• Gerekirse direnç (R) – sönümleme için
• Koruma sigortası veya şalter
• Filtrenin şebekeye paralel bağlantısı

Harmonik filtre bağlantı şeması, belirli harmonik sıralarına (örneğin 5. veya 7. harmonik) göre ayarlanmış LC rezonans devrelerini içerir. Bu filtrelerde, reaktörler genellikle kondansatörlerin önüne yerleştirilerek harmonik akımların doğrudan kondansatörlere ulaşması ve hasar oluşturması önlenir.

Harmonik Filtre Seçimi Nasıl Yapılır?

Doğru bir harmonik filtrenin seçimi, yük profili, harmonik distorsiyon seviyesi (THDi), yükün doğası ve kompanzasyon gereksinimlerine göre yapılmalıdır. Aşağıdaki faktörler dikkate alınır:

• Şebeke gerilimi (V)
• Yük akımı (A)
• Toplam harmonik distorsiyon oranı (THDi %)
• Filtrenin hedeflediği harmonik sırası (n)
• Rezonans frekansı (fₒ)
• Kompanzasyon ihtiyacı (kVAr)

Yüksek THDi değerlerinde aktif harmonik filtre tercih edilirken, %15’in altındaki harmoniklerde pasif filtreler yeterlidir. Harmonik filtre seçim tablosu, üretici firmalar tarafından sunulan teknik kataloglarda genellikle detaylı olarak bulunur.

Harmonik Filtre Fiyat ve Maliyet Etkenleri

Harmonik filtrenin fiyat aralığı; filtre tipine (aktif/pasif), kapasitesine (kVAr), filtrelediği harmonik seviyesine ve teknolojisine göre değişir. Genellikle:

Pasif harmonik filtreler → Daha ekonomik, belirli harmoniklerde etkilidir

Aktif harmonik filtreler → Daha pahalıdır fakat geniş bant çözüm sunar

Ayrıca projeye özel harmonik analiz yapılmadan doğru fiyatlandırma yapmak zordur.

Harmonik Filtre Kompanzasyon Entegrasyonu

Harmonik filtre kompanzasyon panoları, reaktif güç dengeleme ile harmonik bastırmayı entegre şekilde sunar. Bu ürünlerde, her bir kondansatör grubuna uygun bir reaktör bağlanarak harmonik filtreleme sağlanır. Reaktif güç ihtiyacı doğrultusunda, kompanzasyon rölesi yardımıyla bu gruplar otomatik olarak devreye alınır. Sistem stabil çalışır, reaktif ceza ve harmonik kaynaklı arızalar engellenmiş olur. Bu tür sistemler, özellikle yüksek harmonikli endüstriyel tesislerde, inverterli motorlar, kaynak makineleri, UPS sistemleri olan yerlerde vazgeçilmezdir.

Harmonik filtre, modern elektrik sistemlerinde güç kalitesi, reaktif enerji kontrolü ve şebeke sağlığı açısından kritik öneme sahiptir. Kompanzasyon sistemlerinde harmonik filtre reaktörleriyle entegre edilen çözümler, kondansatörlerin daha uzun ömürlü çalışmasını sağlarken, sistemdeki harmonik bozulmaları da önemli ölçüde azaltır. Sistem verimliliğini artırmak isteyen mühendisler için uygun harmonik filtrenin seçimi, sahada yapılan harmonik analiz sonuçlarına dayanmalı ve filtre bağlantı şeması bu analiz doğrultusunda doğru şekilde tasarlanmalıdır.