Şönt Reaktör mü Harmonik Filtre Reaktörü mü? OG’de Probleme Göre Seçim

Şönt Reaktör mü Harmonik Filtre Reaktörü mü? OG'de Probleme Göre Seçim

Bir sanayi tesisinde 34,5 kV baradaki gerilim, gece yükü düştüğünde anma değerinin üzerine çıkıyorsa ve kondansatör grubu devreye girer girmez akım ölçümlerinde tuhaf ısınmalar başlıyorsa, karşınızda iki ayrı fiziksel problem vardır ve ikisi de “reaktör” ister — ama aynı reaktör değil. Şönt reaktör ile harmonik filtre reaktörünü birbirinin yerine koymak, saha ekiplerinin en sık düştüğü tuzaktır.

Bu yazıda tanım vermek yerine doğrudan karar zincirini kuruyoruz: şebekedeki sorunun kapasitif fazlalık/aşırı gerilim mi yoksa harmonik/rezonans mı olduğunu belirleyip oradan reaktör tipine, akort faktörüne ve anma değerine iniyoruz. Reaktif güç cezası tarafındaki mantığı ayrıca kompanzasyon panosu ve reaktif güç cezası yazısında işledik; burada odak orta gerilim (OG) tarafındaki reaktör seçimi.

Önce problemi teşhis edin: kapasitif mi, harmonik mi

Reaktör seçiminin tamamı tek bir soruya bağlıdır: baradaki asıl derdiniz nedir? İki farklı fiziksel olay, iki farklı bağlantı topolojisi ve iki farklı reaktör tipi demektir.

Kapasitif fazlalık genelde uzun yeraltı kablolarında ve düşük yüklü havai hatlarda görülür. XLPE kablonun paralel kapasitesi, hafif yükte hattın kendisinden daha fazla reaktif güç üretir; bunun sonucu Ferranti etkisiyle hat sonu geriliminin yükselmesidir. Burada gereken şey, bu fazla kapasitif reaktif gücü emen bir eleman: baraya paralel bağlanan bir şönt reaktör.

Harmonik problemi ise doğrusal olmayan yükten (frekans çevirici, doğrultucu, ark ocağı) beslenir. Kondansatör grubunuz varsa, kondansatörün kapasitif reaktansı ile şebekenin endüktif reaktansı belirli bir frekansta paralel rezonansa girer ve o frekanstaki harmonik akımı büyütür. Burada emici değil, rezonans noktasını harmoniklerden uzaklaştıran bir eleman gerekir: kondansatörle seri bağlanan akort bozucu reaktör.

Bu iki durumu karıştırmanın sonucu somuttur: kapasitif fazlalık için şönt reaktör yerine kondansatör-reaktör grubu koyarsanız aşırı gerilim düzelmez, hatta rezonans riskini büyütürsünüz. Harmonik tesiste çıplak kondansatör grubunu şönt reaktörle desteklemeye çalışmak da rezonansı çözmez.

Şönt reaktör: aşırı gerilimi ve kapasitif yükü nereye kadar tutar

Şönt reaktör baraya ya da kablo çıkışına paralel bağlanır ve endüktif reaktif güç çekerek kablonun ürettiği kapasitif reaktif gücü dengeler. Boyutlandırma, kablonun ürettiği kapasitif gücün karşılanması üzerinden yapılır.

Örnek üzerinden gidelim: 34,5 kV bir baradan beslenen 10 km XLPE kablo, tipik olarak kilometre başına yaklaşık 0,25 µF kapasiteyle toplam 2,5 µF verir. Bu kablonun 50 Hz’de ürettiği kapasitif güç Qc = U² · 2πf · C bağıntısıyla yaklaşık 0,9 MVAr çıkar. Hafif yükte bu güç ağa geri döner ve gerilimi yukarı iter; onu dengelemek için mertebe olarak yine 0,9 MVAr’lık bir şönt reaktör seçilir.

Önemli nokta: şönt reaktör sürekli devrede olmaz. Yük arttığında tesis endüktif tarafa döner; reaktör devrede kalırsa bu kez reaktif güç açığı ve gerilim düşümü üretir. Bu yüzden OG şönt reaktörler çoğunlukla bir OG hücreden kesici ile anahtarlanır. Kesici seçimi ve hücre tipi için OG hücre seçimi karşılaştırmasına bakılabilir; reaktör anahtarlaması indüktif akım kesme açısından hücre için ayrı bir yük profilidir.

Harmonik filtre reaktörü: akort faktörü ve rezonans frekansı

Harmonik ortamda kondansatörün önüne seri bir reaktör konur. Bu, kondansatör-reaktör grubunun rezonans frekansını, şebekede baskın harmoniklerin (5., 7.) altına çeker; yani grup, harmonik frekanslarda artık empedansı yükseltmez, tersine endüktif davranır ve amplifikasyonu engeller. Bu düzeneğe akort bozucu reaktör (detuned reaktör) denir.

Seçimi belirleyen tek sayı akort faktörüdür. Akort faktörü p = X_L / X_C oranıdır; sık kullanılan değerler %5,67, %7 ve %14’tür. Rezonans frekansı fr = f / √p ile bulunur.

%7 akort faktörü, yani 0,07 için 50 Hz temel frekansta rezonans frekansı yaklaşık 189 Hz çıkar. 5. harmonik 250 Hz’te olduğundan, sistem rezonansı 5. harmoniğin güvenli biçimde altındadır ve o frekansta büyütme olmaz. Bu, en yaygın seçimdir çünkü hem 5. hem 7. harmoniği kapsamın dışında bırakır.

Harmonik profilinde 3. harmonik (150 Hz) baskınsa %14 akort faktörü (rezonans ~134 Hz) tercih edilir. %5,67 (rezonans ~210 Hz) ise ağırlıklı 5. harmonik ve daha az reaktör kaybı istenen tesislerde kullanılır. Yanlış akort faktörü, reaktörü tam rezonans noktasına koyup harmonik akımı büyütmek anlamına gelir; bu, saha ölçümü yapmadan katalog değeri seçildiğinde başa gelir.

Şönt, akort bozucu ve akort edilmiş filtre: hangisi nerede

Üç çözümü tek bakışta ayırmak için:

Standartlar pratikte ne söylüyor

IEC 60076-6 (Güç transformatörleri – Reaktörler): Şönt ve seri reaktörlerin anma değerlerini, sıcaklık artışı sınırlarını ve doğrusallık gereksinimini tanımlar. Pratikteki karşılığı şudur: reaktörün endüktansı, tepe akıma kadar doğrusal kalmalı, yani çekirdek doymamalıdır. Harmonik filtre reaktöründe bu kritiktir; çekirdek doyarsa akort faktörü kayar ve rezonans harmonik frekansına oturur. Bu yüzden filtre reaktörlerinde çoğunlukla havada çekirdekli ya da geniş hava aralıklı demir çekirdek tercih edilir.

IEC 61000-3-6: OG ve YG şebekelerinde harmonik emisyon sınırlarını ve planlama seviyelerini verir. Reaktör/filtre projelendirmesinde bu standart, hedef toplam harmonik bozulma (THD) ve tekil harmonik seviyeleri için üst sınırları belirler; filtreyi hangi harmoniğe göre boyutlandıracağınızı bu planlama seviyeleri belirler.

IEC 60871-1 (1 kV üstü şönt kondansatörler): Filtre reaktörünün seri bağlandığı kondansatörün, reaktör nedeniyle uçlarında oluşan yükselmiş gerilime dayanması gerektiğini hatırlatır. Akort bozucu reaktör kondansatör gerilimini yaklaşık 1/(1-p) oranında yükseltir; %7 akortta bu ~%7,5’lik bir artıştır. Kondansatör anma gerilimi bu artışa göre seçilmezse kondansatör erken ömrünü tüketir.

Bu üç standardın ortak mesajı: reaktör tek başına değil, bağlandığı kondansatör ve şebeke ile birlikte bir sistem olarak boyutlandırılır.

Uygulamada sık yapılan hatalar

• Çıplak kondansatör grubunu harmonikli tesise koymak: En pahalı hata. Kondansatör şebeke endüktansıyla rezonansa girer, harmonik akımı büyür, kondansatör ve trafo aşırı ısınır. Harmonik varlığında kondansatör grubu akort bozucu reaktörsüz devreye alınmamalıdır.
• Akort faktörünü ölçmeden seçmek: Katalogdan gelişigüzel %7 almak yerine, tesisin baskın harmoniği ölçülmeli. 3. harmonik baskınsa %7 reaktör onu zayıf bastırır.
• Şönt reaktörü sürekli devrede bırakmak: Yük profili değiştiğinde reaktör gerilim düşümü üretir; kesiciyle yük durumuna göre anahtarlanmalıdır.
• Kondansatör gerilimini yükseltmemek: Seri reaktör kondansatör uçlarındaki gerilimi yükseltir; kondansatör anma gerilimi buna göre seçilmezse erken delinir.
• Reaktör sıcaklık sınıfını göz ardı etmek: Harmonik akım reaktörde ek kayıp ve ısınma üretir. Kuru tip elemanlarda sıcaklık sınıfı, tıpkı kuru tip trafo seçiminde olduğu gibi, ömrü doğrudan belirler.

Seçim kontrol listesi

1. Baradaki asıl sorun kapasitif aşırı gerilim mi, harmonik mi? Ölçün.
2. Kapasitifse: kablonun/hattın ürettiği MVAr’ı hesaplayıp şönt reaktör anma gücünü belirleyin, anahtarlama için OG hücre planlayın.
3. Harmonikse: baskın harmoniği ölçün, akort faktörünü (%5,67 / %7 / %14) ona göre seçin, rezonans frekansını f/√p ile doğrulayın.
4. Kondansatör anma gerilimini seri reaktörün yükselttiği gerilime göre seçin.
5. Reaktör doğrusallığını ve sıcaklık sınıfını harmonik yüke göre kontrol edin.

OG barada aşırı gerilim mi harmonik rezonans mı yaşadığınızdan emin değilseniz, ölçüm ve reaktör seçimi için proje ekibimizle iletişime geçin.

📩 şönt reaktör ihtiyaçlarınız için bize ulaşabilirsiniz.

📧 Teklif ve talepleriniz için: info@electricistanbul.com
🌐 WhatsApp: +90 537 398 12 15