Aşağıdaki yazı sanırım bu konudaki sorulara açıklık getirecektir.
Transformatörler ve Harmonikler
Güç sistemlerindeki en önemli eleman olan transformatörler, demir çekirdeği bulunan bobinden oluştuğu için harmoniklere yol açmaktadır. (Dommel v.d, 1986). Demir çekirdeğinin mıknatıslama karakteristiği lineer olmadığından, transformatör doyuma gitmekte ve harmonikler üretmektedir. Transformatörler, sinüzoidal gerilimle çalışma altında lineer mıknatslama karakteristiği bölgesinde sinüzoidal çıkış büyüklüğü verecek şekilde tasarlanırlar. Transformatörlerin nominal değerlerinin dışında çalışması nüvede daha çok doymaya ve harmonik akımları seviyesinde hızla artmaya sebep olabilir (Szabados ve Lee, 1981). Mıknatıslama akımı harmonikleri günün erken saatlerinde en yüksek seviyeye ulaşır. Çünkü sistem yükü az olup, gerilim yükselerek aşırı uyarma meydana gelir, aşırı uyarmayla oluşan akım harmoniklerinde 3., 5. ve 7. harmonikler etkili olur (Arrillaga v.d. , 1985). Akım şiddeti bakımından en önemli harmonik 3. harmoniktir. 3 ve 3’ün kat. harmonikler arasında 360 derecenin tam katları kadar faz farkı olduğundan hepsi aynı fazdadır.
Harmonik akımlar. transformatörün primer reaktansı, hattın reaktansı ve generatörün kaçak reaktansı üzerinden geçerek harmonik gerilim düşümü meydana getirir; generatörde sinüs şeklinde emk üretildiği halde çıkış uçlarındaki gerilim şekli bozulabilir. Bununla beraber mıknatıslama akımlarının şebekeye geçip geçmemesi transformatörün bağlantı grubu, primerin yıldız bağlı olması halinde yıldız noktasının şebekenin nötrüne bağlı olup olmaması ve transformatördeki manyetik devrenin geometrik yapısına bağlı olarak değişmektedir.
Transformatörlerin harmonik üretme özelliği,demir çekirdeğin mıknatıslanma karakteristiğinin lineer olmayışından ileri gelir (Bayram, 1984). Transformatörler doyuma gitmekte ve harmonikler üretmektedirler. Transformatörlerin nominal değerlerin dışında çalışması nüvede daha çok doymaya sebep olur. Doyma harmonik akımların seviyesinde hızla artmaya sebep olur.
Transformatörlerde genelde iki türlü harmonik oluşur. Bu harmonikler akım hamonikleri ve gerilim harmonikleri olarak sınıflandırılır. Akım devresinde akan yüksek harmoniklerden dolayı ilave joule (RxI2 ) kayıpları oluşur. Çekirdek demir kayıpları artar. Haberleşme devreleri üzerinde magnetik etkiler yapar.
Gerilim harmonikleri Dielektrik zorlanmayı artırır. Haberleşme devrelerine
Elektrostatik etki yapar. Transformatörün endüktansı ile transformatöre bağlı tüketicilerin kapasitesi arasında rezonans oluşmasına sebep olur. Bu etkiler istenmeyen etkilerdir.
Üç fazlı transformatörlerde mıknatıslanma akımı transformatörün bağlama şekline ve magnetik devresnin yapısına bağlı olarak değişir. Üç ve üçün katı harmonikler çeşitli bağlantı grupları ile yok edilebilirler. 5, ve 7, harmoniklerin etkileri soğukta haddelenmiş ve kristalleri yönlendirilmiş saclar kullanılarak azaltılabilir.
Transformatörlerde mıknatıslanma akımının 3 ve 3 ’ün katı harmoniklerin şebekede bulunmasını önlemek için primer yıldız bağlı transformatörlerin yıldız noktası , şebekenin nötr hattına bağlanmaz veya sargıların biri üçgen bağlanır veya büyük güçlü transformatörlerde olduğu gibi üçgen bağlı tersiyer sargı kullanılır.
Transformatörlerde kristalleri magnetik yönlendirilmiş saçlar kullanarak harmoniklerin etkileri azaltılabilir. 1600 Gauss’ ta kristalleri magnetik yönlendirilmiş saclardan oluşan trafo çekirdeklerinde muhtelif harmoniklerin etkin değeri ile toplam mıknatıslanma akımının etkin değeri arasındaki oranlar. aşağıdaki çizelgede verilmiştir (Boduroğlu , 1988).
Harmonik bileşenler –n- 1 3 5 7 9
Imn/Im 0,86 0,4 0,23 0,12 0,07
Mıknatıslanma akımlarının harmoniklerinin tepe değerleri, temel mıknatıslanma akımının tepe değerinden oldukça küçüktür. Transformatörlerin mıknatıslanma akımları nominal akımlarının %0.5 ile %1 ’i kadard.r. Buna rağmen seri bağlı generetör, hat ve transformatör reaktansları frekansla orantılı arttıklarından, özellikle düşük yüklerde yüksek harmonik akımlarının bunlar üzerinde sebep oldukları reaktif gerilim düşümleri büyük değerler alır. Mıknatıslanma akımlarının şebekeye geçişleri aşağıdaki faktörlere bağlıdır (Boduroğlu , 1988).
a) Transformatör sargılarının bağlanış tarzı (bağlama grubu)
b) Primerdeki yıldız bağlı sargılarda, yıldız noktasının şebekenin nötr hattına bağlanıp bağlanmamasına,
c) Transformatörlerde mıknatıslanmanın serbest veya zorunlu olmasına.
Buna rağmen şebekeden 5. ve 7. harmonikler geçmeye devam eder. Bu tür harmonikler rezonansa sebep olabilir. Bunu önlemek için transformatörlerde konstrüktif tedbirlere başvurulabilir. Şebekedeki mıknatıslanma akımını düşürmek için en uygun tedbir magnetik endüksiyonu düşük tutmaktır. Transformatörlerde soğuk haddelenmiş ve kristalleri yönlendirilmiş saç kullanmakla bu sonuca ulaşılmaktadır. Bu tür sacları kullanmakla harmonikler değerlerinin 1/5 ne kadar düşmektedirler. Böylece harmoniklerin tehlikesi büyük çapta önlenmiş olur.
Kaynak : Süleyman Adak, Enerji Sistemlerinde Harmonik Distorsiyonun Azaltılması, Doktora Tezi, YTU, 2003
