Kirli Elektrik Nedir? - HUYU Electric

Kirli elektrik, olarak tanımlanır yüksek frekanslı voltaj paraziti 50 veya 60 Hz besleme şebekesi üzerinde, büyük ölçüde anahtarlamalı güç dönüştürücülerin işleyişi ile birlikte yüksek frekanslı kesintiler yaratan diğer yükler tarafından oluşturulan. Bu durum, terapötik özelliklere sahip olduğunu iddia eden ekipmanların satışına dayanan önemli bir ticari boyut etrafında döner, ancak bu iddiaları destekleyecek kesin bir kanıt bulunmamaktadır. Konuyla ilgili yeterli anlayışı sağlamak için bu iki konunun ayrı ayrı ele alınması önemlidir.

Kirli elektrik, en basit haliyle yaklaşık 2 kHz ile neredeyse 150 kHz arasında ana şebeke sistemi içinde geniş bant gürültüsü olarak açıklanabilir; bu durum esas olarak anahtarlamalı güç dönüştürücülerin, LED sürücülerin, değişken hız sürücülerinin, yüksek frekanslı dimmerlerin, güneş invertörlerinin ve yüksek frekanslı ark kontaklarının çalışmasına atfedilir. Kirli elektrik, yüksek frekanslı içeriğin mili-volt cinsinden ölçülmesi veya harmonik distorsiyon yerine iletilen emisyonlar biçiminde değerlendirilmesiyle nicelenir. Kirli elektriğin belgelenmiş etkileri, transformatörler veya motorların aşırı ısınması, RCD’lerin gereksiz açması ve güç hattı iletimlerine müdahale gibi elektronik cihazlar üzerindeki olası etkilerini ifade eder. Kirli elektrikle ilgili sağlık etkilerine dair yerel otoriteler tarafından herhangi bir destekleyici iddia bulunmamaktadır. Kirli elektriğin kaynağında filtreleme ve uygun topraklama teknikleri uygulanarak kontrol edilmesi önerilir.

Aşağıdaki detaylar, kirli elektriğin teknik anlamını ve kaynağını açıklamayı amaçlamaktadır. Ayrıca kirli elektriğin farklı ekipman ve cihazlar üzerindeki çeşitli etkilerini de detaylandırabilir.

Bina hizmetleri mühendisleri perspektifinden, kirli elektrik için, kirli elektrik priz ölçerine sahip ev sahibi dahil olmayan bir tanım vardır.

Pratikte Kirli Elektriğin Tanımı

Kirli elektrik olarak sınıflandırılabilecek üç fenomenin farklı kökenleri ve çözümleri vardır.

Harmonik Gecikmesi sistemdeki besleme frekansının N katı frekansta voltaj ve akım dalgalarının şeklinin saf sinüs dalgası değerinden (tamamen düzgün bir elektrik dalga formu) kararlı durumda değişmesini içerir. Tüm elektrik sistemleri, ortak bağlantı noktasında %5 harmonik bozulma sınırına uymak zorundadır. Doğrultucular ve değişken frekanslı sürücüler gibi doğrusal olmayan yükler harmonik bozulmanın oluşmasına neden olur.

Yüksek frekanslı gürültü çoğunluğun kirli elektrik olarak kabul edeceği şeydir. Yüksek frekanslı gürültü, harmonik distorsiyonun üzerindeki frekanslarda, özellikle 2 kilohertz (kHz) ile 150 kHz arasında meydana gelir ve güç kaynaklarının devrelerinin iç işleyişinin anahtarlama döngülerinden kaynaklanır; bu devreler onlarca kHz'den yüzlerce kHz'e kadar frekanslarda çalışır. Harmonik analizörler yüksek frekanslı gürültüyü tespit edemez ve herhangi bir güç kalitesi raporu hazırlayan kişi bu fenomen hakkında bilgi vermez, çünkü harmonik analizörler yalnızca 50. harmonik frekansa kadar ölçüm yapabilir.

Geçici Gerilimler güç kaynağı devrelerinin açma/kapama anahtarlaması veya güç dağıtım şebekesindeki yıldırım veya ark oluşumu nedeniyle meydana gelebilen kesikli voltaj sıçramalarıdır. Geçici olaylar, filtreleme teknikleri kullanılmadan aşırı gerilim koruma cihazları ile kontrol edilebilir. Geçici durum için herhangi bir satın alma işlemi yapmadan önce devre kesiciler ve aşırı gerilim koruyucular arasındaki farkların anlaşılması tavsiye edilir çünkü bu cihazlar farklı işlevlere hizmet eder ve hiçbiri sistemleri üzerinden yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemez.

Bir mühendisin tanımı açıkça belirlenmiş olup, mühendislerle ilişkilendirilmiştir; normal güç kalitesi ölçümleriyle doğrulanamayan, rastgele standartların ve doğal harmoniklerin seviyelerini aşan tüm tedarik kirliliği durumlarıdır. Nesnel bir sınıflandırma sunar ancak önceki tanımımıza kıyasla daha az bilinir.

İşte Burada Devreye Girer

Günümüz binalarında anahtarlamalı güç kaynaklarının (SPS) rolünün bir nedeni, elektromanyetik girişimin başlıca nedenlerinden biri olmalarıdır.

Bir SPS, yüksek frekansta şalter fonksiyonu aracılığıyla AC kaynağı DC kaynağa dönüştüren bir köprü sağlar. Şalter fonksiyonu, kesme işleminde açma/kapama fonksiyonlarının kullanılmasıyla küçük gerilim darbeleri üreten keskin gerilim kenarları oluşturur. Tek bir dizüstü bilgisayar güç kaynağı herhangi bir girişime neden olmazken, yüzlerce LED sürücüsü, dizüstü bilgisayar güç kaynağı ve batarya şarj cihazı, değişken hızlı sürücüler vb. aynı elektrik panelinde birleştirildiğinde yüksek frekanslı gerilim distorsiyonu oluşur.

Elektronik balastlar, programlanabilir LED sürücüler, değişken hızlı sürücüler, kesintisiz güç kaynakları ve güneş inverterleri, her elektrik güç sisteminde elektromanyetik gürültünün beş temel kaynağıdır. Ayrıca, ark bağlantıları da elektromanyetik gürültü üretebilir ve bu durum güç kalitesi sorunları açısından ciddi bir endişe oluşturur.

Gürültüyü kontrol etmek için doğru kablo tasarımı, uygun elektrik kaynağı kadar önemlidir. Bu, eşlenmiş iletkenlerin uzunluklarının artırılması, ortak nötr bağlantılarının kullanılması, topraklama eksikliği ve sinyalin doğrudan yüküne gönderilmesi gibi uygulamaları içerir.

Aşağıdaki tablo, sorun kaynaklarını, etkilerini ve alınabilecek önlemleri özetlemektedir.

Sorun Kaynağı	Başlangıç Frekansı – Bitiş Frekansı	Etki	Standart Eylemler
Anahtarlamalı güç kaynakları ve LED sürücüler	20 kHz – 1 MHz	Sürekli düşük seviyede gürültü, iletişimde olası sorunlar	Kaynakta filtreleme, devreyi ayırma.
Değişken hız sürücüleri	2 kHz – 150 kHz	Motorun ısınması ve RCD'nin gereksiz açması	Seri reaktans veya korumalı motor kabloları kullanın
Bir bağlantıda elektrik arkı	Zirve şeklinde görünen gürültü	Yanma, yangın tehlikesi ve düzensiz çalışma	Yeniden sonlandırma, doğru tork ve AFDD sağlama
Yıldırım ve anahtarlama işlemlerinden kaynaklanan geçici olaylar	1 ms’den kısa süren geçici olaylar	Ekipman hasarı, izolasyona aşırı stres	Aşırı gerilim koruma sistemleri kullanın, bu frekansta filtreleme yapılmaz.
Harmonik bozulma	100 Hz ila 2,5 kHz	Nötr ve trafonun aşırı ısınması	Yük dengeleme yöntemleri ve harmonik filtreler kullanın.

2 kHz ile 150 kHz Frekans Aralığının Önemi

Aynı cihazlar için iki frekans aralığında enerji emisyonları için standartlar vardır. 2 ile 150 kHz arasındaki frekans aralığında kalan enerji emisyonlarının çoğu genellikle kirli emisyonlar olarak kabul edilir.

Başlangıç olarak, 2 kHz’den düşük frekanslardaki emisyonlar Kuzey Amerika’da IEEE 519 standardı kapsamında belirlenen harmonik bozulma sınırları ile düzenlenir. 150 kHz’den yüksek frekanslardaki emisyonlar ise CISPR 11 ve CISPR 32 uluslararası standartları tarafından kontrol edilir. Yakın zamana kadar, anahtarlamalı güç kaynaklarının kullanımı ve gürültü birikimine neden olan frekans bantlarını içeren 2 ila 150 kHz arasındaki frekans bandı için herhangi bir düzenleme yoktu.

Düzenlemedeki bu boşluk, açıklanan duruma neden olmaktadır. Bir ürün elektromanyetik uyumluluk (EMC) kurallarına tamamen uyuyorsa bile, 2 ila 150 kHz frekans bandında çevreyi kirletmesi mümkündür. CISPR 16-1-2, bu bantta emisyonların ölçüm yöntemini sağlar, ancak kullanılan standartların uygulanması birçok ürünün bu bantta gürültü yaymasına izin vermektedir.

Bu nedenle, kullanılan ölçüm cihazı genellikle IEC 61000-4-30’a göre elektrik enerji kalitesi analizörü olarak adlandırılır ve 50 Hz’de 50. veya 63. mertebedeki harmonikleri (2,5 kHz ila 3,15 kHz) ölçebilir; yüksek frekanslarda raporlama yapmak için yüksek frekanslı akım probu ve spektrum analizörü kullanılması gerekmektedir. Bu durum, bina enerji mühendislerini önemli ölçüde etkiler.

Elektriksel Gürültünün Ekipman Üzerindeki Etkisi

Üç tür etki vardır: termal etkiler, fonksiyonel etkiler ve iletişim etkileri. Son iki etki, kullanıcıya olan gerçek maliyetleri açısından termal etkilerle karıştırılmaması için daha ayrıntılı açıklanacaktır.

Termal etkiler. Yüksek frekanslı sinyal iletiminde doğuştan gelen deri etkisi, akımın bir iletken boyunca düzensiz akmasına neden olur, çünkü akım yüzeyde daha yoğun boşalır ve iletim sırasında oluşan termal enerji sonucunda, bu durum sürekli yüksek frekanslı sinyaller ileten iletkenlerde aşırı ısınmaya yol açabilir. Kapasitör cihazlar üzerindeki yüksek frekanslı akımların etkisi de anlaşılmalıdır çünkü bu, aşırı güç seviyeleri nedeniyle arızanın başlıca nedenidir.

Elektrik tasarımları uygulanırken, mühendislerin kapasitör cihazlar üzerindeki yüksek frekanslı akımların etkilerini dikkate almaları esastır çünkü aşırı ısınma meydana gelecek ve erken arızaya yol açacaktır.

Güç hattı iletişim sistemlerinde, ister akıllı şebekeler ister elektrik iletim sistemleri olsun, sinyal bütünlüğü korunmalıdır. Yüksek frekanslı gürültünün varlığı, sistemin performansını ve etkinliğini bozacak, çünkü bu tamamen iletişimle ilgili bir parazit sorunudur.

Gürültünün varlığı, çeşitli yollarla üretilebildiği için diğer elektronik cihazlarda da oldukça yaygındır. Bu gürültü üretildiğinde, bunun tek bir fiziksel konuma atfedilmesi mümkün değildir çünkü her zaman rastgele bir olaydır.

Sistemde mevcut olan elektrik arklarının incelenmesi ve analiz edilmesi mümkündür çünkü bu hem bir neden hem de bir

Bir empedans analizörü, işitsel bir ton üretmeyen kesinti olaylarını tespit ettiğinde, bu durum yük taşıma ile ilgili bir sorun yerine elektrik bağlantısının sıkılığı ile ilgili bir problemi gösterir. ark arıza tespit cihazı seri arkın imzasını tanır ve tutuşma gerçekleşmeden önce devreyi açar, bu nedenle filtrelemeden farklı bir işlevdir.

Sağlık İddialarına İlişkin Kanıtlar

Konu burada elektrik mühendisliği alanının ötesine geçerek daha anlaşılır bir açıklamaya uygun hale gelir.

Kirli elektriğin insanlarda yorgunluk, baş ağrısı ve uyku bozukluğuna neden olduğu iddiası hakkında çok sayıda bilgi bulunmaktadır. Dünya Sağlık Örgütü, raporları ve diğer ulusal radyasyon koruma otoriteleri aracılığıyla, binalardaki kirli elektrik seviyesinin sağlık sorunlarıyla ilişkilendirilebileceğine dair ampirik bir kanıt olmadığını doğrulamıştır.

Bu alandaki ilginç bir fenomen olarak bilinir nocebo etkisi: bu durumdan etkilenen hastalar, maruz kalınan tür ne olursa olsun semptomlarını ifade ederler. Bu bilgi, onların herhangi bir hastalığı olmadığı anlamına gelmez, ancak her tedavi yöntemi etkili olmadığından şikayetlerinin uygun şekilde ele alınmasını sağlamak için bir araç olarak hizmet eder.

Sağlık sorununu karmaşıklaştıran teknik bir yön, yüksek frekansta elektromanyetik enerjinin ekipman kurulumlarını ısıtması ve rahatsız edici devre kesmeler ile iletişim parazitlerine neden olmasıdır. Bu parazit sorununu çözme gerekçesi yalnızca bu temele dayanmaktadır.

Doğru Ölçüm Kılavuzları

Ölçüm yoluyla para kaybı varsa, bunun nedeni çoğunlukla en güvenilir ölçüm cihazlarının farklı yerlerde veya herhangi bir değişiklik öncesi ve sonrası karşılaştırılamayan keyfi birimlerle sonuç vermesidir.

İlk ölçüm adımı, uygun güç kalitesi anketi aracını içerir. Araç, voltaj, akım ölçümü, harmonikler (50. harmoniklere kadar), flicker ve geçici olaylar bilgilerini en az bir hafta boyunca toplamak için Sınıf A ekipman kullanır. Bu, problemin geçici, harmonik veya yüksek frekanslı olup olmadığını belirlemeye yardımcı olur ve veriler geçerli kabul edilebileceği için hem hizmet sağlayıcılar hem de danışmanlar için karşılaştırma temeli oluşturur.

İkinci ölçüm yöntemi yüksek frekans ölçümünü içerir. Güç kalitesi anketi enerji kalitesi sorununu ortaya çıkardıysa, kaynak kHz spektrumunu bir spektrum analizörü kullanarak çizecek ve veri yakalamak için 2-150 kHz aralığında akım probu da zorunludur.

Üçüncü ölçüm yöntemi yük ile korelasyonu içerir. Ölçümler, panoları birbiri ardına açıp kapattığımız zamanda yapılacağından, komplikasyonları bir saat içinde tespit etmek kolay olacaktır.

Kurgusal birimlerde okuma sunan sayaçlar hiçbir yardım sağlayamaz çünkü hem akımı hem de voltajı mutlak terimlerle değil, kurgusal verilerle tanımlarlar.

Çözüm: Kaynak Kontrolü, Filtre ve Topraklama

Sonuç sıralamasının gerekliliği vurgulanmalıdır. Kaynaktan üretilen gürültü durdurulamazsa, filtrelenmiş gürültü sürekli maliyetlere yol açar.

Kaynak kontrolü. Düzenlenmiş düşük emisyonlu güç kaynakları kullanın ve üreticileri tarafından belirtilen 2 kHz ila 150 kHz frekans aralıklarında düzenlenmiş cihazlar kullanın. Ayrıca, bir ortak panoda çok sayıda düşük maliyetli cihaz birikiminden kaçının. Yeni binaların sahibiyseniz, bu bir spesifikasyon sorunudur ve bu konuda henüz size herhangi bir maliyet yoktur.

Devre ayrımı. Ağır yük devre gruplarının hassas devre gruplarıyla, ILS devreleri dahil, karışmamasını sağlayın. Kabloları ve gücü ayrı tutun, en az 90 derece kesişmelerini sağlayın, mümkün olduğunca paralel uzun kablo koşularından kaçının. Ticari bina ortamlarındaki elektromanyetik girişim sorunlarının neredeyse tamamı devrelerin basitçe ayrılmasıyla kolayca çözülür.

Son filtreleme. EMI'nin aynı devre kartındaki diğer cihazlara yayılmasını önlemek için yük öncesinde kapasitif filtreleme yapın, ancak filtre ekleme kaybı gereksinimini karşılamalıdır – belirli bir zayıflatma noktası belirtilmemişse veri sayfasında herhangi bir zayıflatma noktası olmayabilir.

İzolasyon. Laboratuvar cihazları ve/veya ses stüdyolarından istenmeyen EMI'nin başarılı şekilde filtrelenme olasılığını artırmak açısından, elektrostatik kalkanlı korumalı izolasyon trafoları hassas elektrikli ekipmanla çalışırken değerlendirilmesi gereken iyi bir seçenektir.

Seçilecek olan dağıtım panoları için koruma cihazı türü önemlidir, çünkü yüksek frekans bağışıklılığının mevcut bir gürültü probleminde gereksiz açmalara katkıda bulunmayacağını garanti etmeye yardımcı olabilir.

Yeni Bir Tesis Tasarımında Spesifikasyon İçin Anahtar Unsurlar

Büyük elektronik yük gereksinimleri olan herhangi bir binada, elektrik spesifikasyonunuza dahil edilmesi gereken beş gerekli bileşen vardır; bunların tümü tasarım aşamasında uyum aşamasına göre daha az maliyetlidir.

Harmonik distorsiyon sınırlarının (ortak bağlantı noktası) bir standart kullanılarak (genellikle IEEE 519 veya benzeri) belirlenmesi, danışmanın hesaplamalar yerine ölçümlerle uyumu göstermesini gerektirir.

Sürücü kurulumları, invertör cihazlar ve büyük LED’ler gibi doğrusal olmayan yükler için ayrı paneller kullanmak, bunların çalışmasının enstrümantasyon ve BT panel yükleri üzerindeki etkisini azaltacak ve bu paneller birbirinden ayrı olmalıdır.

Nötr iletkenin boyutlandırılması, harmonik üç akımlarının nötr akımı üzerindeki etkilerini iptal etmesi nedeniyle her iki harmonik akımı da dikkate almalıdır. Böylece nötr iletkenin temeli, temel akımın büyüklüğüne göre belirlenecek ve tesise uygulanan yüklerin termal etkileri göz önünde bulundurulmalıdır.

Topraklama ve bağlantı testlerinin kanıtı, döngü empedans sonuçları ve bağlantı testleri gibi, geçiş döneminde sağlanmalıdır.

2-150 kHz frekans aralığındaki devreye alma test sonuçları, mevcut projeler için bir kıyaslama noktası olarak kullanılmalıdır.

Son olarak, koruyucu ve dağıtım cihazı türleri bu paneller içinde bulunur ve bu cihazların özelliklerine göre ölçümler yapılmalı ve başlanmalıdır.

HUYU’nun Yeri

Biz devre kesiciler, artık akım cihazları, ark hata tespit cihazları ve ilgili elektrik bileşenleri üretmekteyiz ve kirli elektrikle ilgili bu ürün yelpazesiyle bağlantılı iki yön vardır.

İlk husus bağışıklıktır. Yüksek frekans kaçak akımı ile çalışan bir artık akım cihazı, yanlış bir devrede beklendiği gibi çalışırken, ürünler arasındaki fark, bu durum gerçekleşmeden önce dayanabilecekleri gürültü miktarına bağlıdır. Nihai devrelerde kullanılan RCBO cihazları belirli bir yüksek frekans performans derecesine sahiptir ve varsayılmak yerine talep edilmelidir.

İkinci yön ise etkiye değil, sebebe karşı koruma sağlamaktır. Bir ark tespit cihazı, ısı veya geniş bant gürültü üreten ark bağlantısı üzerinde çalışır. Verimli bir devre kesicinin güvenli kullanımı, ekipmanın gürültü üretmesi nedeniyle devre aşırı yüklerinin asla oluşmamasını sağlar.

Filtre satmıyoruz ve her gürültü tespit edildiğinde koruma yerine bunu belirteceğiz. Temiz elektrik kaynağı, sistematik olarak kaynak kontrolü, izolasyon ve uygun topraklama yoluyla sağlanır. Dağıtım panosunda bir cihaz uygulamak, sadece bulmacanın bir parçasıdır.

SSS

Kirli elektriği nasıl yok ederim?

Elektriğinizi temizlemek, genellikle belirli cihazların normalde kullanılmayan enerji voltajı veya akımları üreten frekanslarını ortadan kaldırmak anlamına gelir. Herhangi bir elektrikli cihaz genellikle bilgisayarınız, buzdolabınız veya diğer herhangi bir elektrikli cihaz olsun, diğer cihazların güç kalitesini etkileyebilecek bazı harmonikler üretir. Özetle, kirli elektrik, normalde böyle harmonikler üretmeyen cihazlar tarafından üretilen enerjiyi ifade eder.

Kirli elektriği nasıl ortadan kaldırabilirim?

Kirli elektriğin tamamen ortadan kaldırılması günlük hayatta mümkün değildir ancak olası olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için önlemler alabilirsiniz. Elektromanyetik alanlarla ilişkili sağlık sorunları konusunda endişeleriniz varsa, kesinlikle cep telefonları kullanmak, evde wi-fi bağlantısı bulundurmak ve elektriği etkileyen birçok başka şeyi yapmak hakkında düşünmelisiniz.

Kirli elektrik seviyelerinin azaltılmış etkileri söz konusu olduğunda, yukarıda belirtildiği gibi elektrik sisteminizi yükselterek, gereksiz cihazları kapatarak, transformatör sisteminizi yeniden kalibre ederek, ekipmanlarınızı mümkün olan en az güç çekecek şekilde ayarlayarak, yani yeterli bir topraklama sağladığınızdan emin olarak ve filtreler kullanarak başlayabilirsiniz. Son olarak, yukarıdakilerin hiçbiri tatmin edici değilse, profesyonel bir yardım çağırmaktan başka seçenek kalmaz.

Voltaj beslemesindeki ve harmoniklerin üzerindeki akım sinyallerindeki baskın yüksek frekanslı elektriksel gürültünün kaynağı çoğunlukla anahtarlamalı güç kaynakları, LED sürücüler, değişken hızlı motorlar ve inverter uçları dahil olmak üzere çeşitli cihazlardan kaynaklanır. Sorun, bazı kullanıcıların harmonik distorsiyon ve geçici olayları elektriksel gürültü olarak adlandırmasıdır. Elektriksel gürültüyü anlamanın en iyi yollarından biri, standart bir güç kalitesi ölçerle ölçülemeyen normal kirlenmeyle nasıl ilişkili olduğunu kavramaktır.

Kirli elektrikle ilgili bir efsane var mı?

Kirli elektrik gerçekten bir sağlık sorunudur. Dünya Sağlık Örgütü ve hükümetler, binalardaki birikmiş seviyelerin iddia edilen herhangi bir duruma neden olduğuna dair tutarlı bir kanıt sunmamıştır. Ayrıca, çok hassas bireylerin kirli elektriğe maruz kalıp kalmadıklarını ayırt edebileceğini doğrulayan herhangi bir provokasyon testi de yapılmamıştır. Mühendislik etkilerine dair kanıtlar bulunmasına rağmen, sağlıkla ilgili iddiaların dava edilmemesi, gerçek mühendislik ifadesinin yayılmasını zorlaştırmaktadır.

Referanslar

Sonuç

Kirli elektrik mühendislik dünyasında mevcuttur ancak bunun ticarileştirilmesi, bu fenomenin etkilerinin ne kadar ciddi olduğuna dair bir yanlış anlamaya yol açmıştır. Kirli elektrik gürültü ile ilgili zorluklar üretir ancak iddia edilen sağlık etkileri temelsizdir. Sağlık perspektifine dayalı müdahaleyi benimseyen herkes, değeri az olan bir araç için kaynaklarını boşa harcayacaktır.

Kirli elektrik, üç aşamanın gerçekleşmesi gereken bir güç kalitesi olarak görülmelidir: doğru ölçümler, diğer kaynakların doğru ayrılması ve ardından filtrasyon. Yeni binalarda, tasarımların mesafe ölçümleri ve nötr boyutlandırma için düzenlemeler içermesini sağlamak faydalı olacaktır çünkü bu, ileride gereksiz harcamaların önüne geçecektir.