Elektrik fırını ve güç elektroniği tabanlı ekipmanlar gibi doğrusal olmayan yükler, harmonik bozulmaya sebep olan harmonik akımların kaynaklarıdır. Güç kalitesini ifade ederken kullanılan en önemli parametrelerden biri de harmonik bozulumdur. Bilgisayarlar, fotokopi makinası, anahtarlamalı güç kaynakları ve florasan lambalar gibi ticari yüklerin yanında AC ve DC motor sürücüler gibi endüstriyel yükler de bağlı oldukları enerji şebekesine harmonik akımları enjekte etmektedir.
Şebekedeki harmonik bozulumlar aşağıdakilere sebep olmaktadır:
- Ekipmanların aşırı ısınması
- Aşırı ısınmadan ve yüksek gerilim atlamalarından kaynaklanan yalıtım sorunları
- Ekipmanın hatalı çalışması (güç elektroniği cihazlarında yanlış sıfır geçişi algılanması)
- Haberleşme sistemlerinde gürültü
- Sigorta ve kesicilerin hatalı açması
Pasif harmonik filtreler, şebekedeki harmonik bozulmaları azaltmak için kullanılan en yaygın yöntemlerdendir. Bu filtreler, pasif RLC elemanları yani direnç, endüktans ve kondansatörden oluşmaktadır.
Düşük gerilim seviyelerinde, genellikle demir çekirdekli reaktörler, harmonik filtre bobinleri olarak kullanılmaktadır. Bazı özel uygulamalarda, orta gerilim seviyesinde de kullanılabilirler.
Bu reaktörler, harmonik filtre içinde bulunan kondansatörlerle birlikte rezonans yolunu sağlamaktadır. Harmonik filtrenin rezonans frekansının uygun bir şekilde ayarlanması ile doğrusal olmayan yüklerden kaynaklanan harmonik akımların elektrik şebekesine girmesi engellenmektedir.
Tasarım aşamasında, seri rezonans (filtre empedansının en düşük olduğu frekans) ve paralel rezonansın (eşdeğer devre ve filtre empedansının en yüksek olduğu frekans) hesaplanması önemlidir. Pratikte, en çok kullanılan filtreler seri bağlı bir kondansatör ve bir reaktörden oluşmaktadır (Tek akortlu filtre). Bu konfigürasyonda, seri rezonans frekansı aşağıdaki formüller hesaplanmaktadır:
L, reaktörün endüktans değeri (Henry), ve C, kondansatör bankasının her faz için eşdeğer kapasitans değeri (Farad). Diğer yandan, temel frekansta, reaktörün reaktansı ile kapasitörün reaktans oranı p faktörü olarak tanımlanmıştır
fr = 134 Hz için p = %14
fr = 189 Hz için p = %7
fr = 210 Hz için p = %5,64
Bu değerler 50Hz şebekedeki filtreler için standart endüstriyel değerlerdir. Seri rezonans frekansının, temel frekansın tam sayı katları olmadığı durumlarda (ara harmonikler) geçerlidir. Buna akortsuz filtre denir ve bu filtre harmonikleri filtrelemek yerine sadece reaktif güç kompansasyonu sağlamaktadır. Bunu yaparken de şebekede varolan herhangi bir harmonik veya ara harmonikle paralel rezonansı engellemekte ve harmonik filtrenin demeraj akımını düşürmektedir. 50 Hz'lik bir şebekede seri rezonans frekansı beşinci harmoniğe ayarlı bir filtre elde etmek için:
Birbirine seri olan reaktör ve kondansatörlerin, kondansatör üzerine düşen gerilimi şebeke geriliminin üzerine çıkardığı görülmektedir. Bu artışın p faktörü ile ilişkisi aşağıdaki gibidir:
Urt şebeke gerilimi, Uc kapasitör gerilimidir. Kapasitör bankasının gerilim değerlerini seçerken gerilimdeki bu artış göz önüne alınmalıdır.
Tek frekansa ayarlı filtrelerden farklı olarak, harmonik filtre reaktörleri yükün çeşidine ve işlevine göre ikinci derece ve C tipi filtre olarak kullanılabilmektedir. Orta gerilim seviyelerinde, harmonik filtreler statik VAr kompanzatör (STATCOM) gibi esnek AC iletim sistem (FACTS) cihazlarına seri bağlanarak, bu sistemlerden elektrik şebekesine geçen harmonik miktarını azaltmaktadır.
Endüstriyel kullanıcılar, IEEE 519.92 gibi bazı standartlarla gerilim seviyesi ve kısa devre gücünün yük gücüne oranı ile belirlenmiş harmonik akım ve harmonik gerilim sınırlama kurallarına uymak zorundadır. Ayrıca, büyük bant genişliğine sahip harmonikler ve ara harmonikler göz önüne alındığında filtrelerin akort frekanslarının ayarlanması oldukça önemlidir.
Hilkar tarafından üretilen tüm demir çekirdekli harmonik filtre reaktörleri; gerilim, akım, endüktans, uygulamanın türü (filtrenin türü), harmonikler, ara harmonikler, ebatlar, kayıp karakteristiği ve anahtarlama sırasındaki anlık olaylar göz önüne alınarak en etkin şekilde özel olarak tasarlanmaktadır. İmalat sonrasında EN 60289 standartında belirtilen tüm rutin testler uygulanmaktadır. Ayrıca müşteri tarafından özel talep edilen testler de uygulanabilmektedir. Tüm test raporları müşteriye ürünle birlikte teslim edilmektedir.
- Rutin testler (Endüktans, direnç, bir dakikalık izolasyonun AC gerilime dayanımı testleri ile darbe gerilim dayanım testi)
- Kısa devre dayanım testi
- Sıcaklık artış testi
- Gürültü seviyesi testi
- Sismik test
