Elektrik enerji kalitesi, tüketicilerin şebekeye bağlı yüklerinin (cihazlarının), önemli bir performans ve ömür kaybı yaşamadan, uygun şekilde çalışmasını sağlayan elektriksel limitleri anlatır. Bu limitler,  IEC 61000-4-30, EN 50160 gibi uluslararası standartlar tarafından belirlenmiştir. 

Elektrik enerji kalitesindeki problemler, son kullanıcıların yüklerinin çalışmasında problemlere neden olabileceği gibi ekipmanlarında kalıcı arızalara da neden olabilir. Başlıca enerji kalitesi problemleri şunlardır:

  • Frekans kaynaklı problemler
    • Düşük gerilim & Yüksek gerilim
    • Gerilim kırpışması
  • Kısa süreli gerilim darbeleri (Transient)
  • Harmonik
  • Topraklama & Dengeleme kaynaklı problemler
  • Reaktif güç tüketimi kaynaklı problemler
  • Faz dengesizliği
  • Statik elektrik kaynaklı problemler
  • Elektromanyetik girişim kaynaklı problemler

Uluslararası standartların verdiği sınır değerler dışında bir de şu konu vardır: Enerji kalitesi kullanıcıdan kullanıcıya değişir. Bir son kullanıcının elektrik ekipmanları uzun yıllar boyunca sorunsuz bir şekilde çalışıyorsa o kullanıcı için enerji kalitelidir. Fakat aynı şebeke şartları başka bir kullanıcının ekipmanlarında arıza ve kesintilere neden oluyorsa o kullanıcı için enerji kalitesi sıkıntılıdır. Dolayısıyla yukarıdaki problemlere son kullanıcı perspektifinden de bakmak gerekir.

Frekans Kaynaklı Problemler

Şebeke geriliminin belirli bir periyot boyunca düşük veya yüksek kaldığı düşük frekanslı bir enerji kalite problemidir.

Nedenleri: Büyük güçlü yüklerin anahtarlaması. Paralel hatlarda yaşanan kısa devreler.

Etkileri: Kısa süreli kesintiler, elektronik cihazlarda donma ve veri kaybı, aşırı gerilim kaynaklı elektronik cihaz arızaları. Aydınlatmada gerilim kırpışması.

Çözümleri: Yükün izolasyon trafosundan beslenmesi. Gerilim regülatörü kullanımı. UPS kullanımı.

Kısa Süreli Gerilim Darbeleri

Şebeke geriliminin çok kısa süreler (ms ve daha az) için çok yüksek değerlere çıktığı bir enerji kalitesi problemidir.

Nedenleri: Büyük güçlü yüklerin anahtarlaması. Atmosferik olaylar (Yıldırımın şebeke veya yakınına düşmesi).

Etkileri: Yıldırımın düştüğü yerde yarattığı mekanik etki, aşırı gerilim kaynaklı elektronik cihaz arızalı, hatalı devre açmaları.

Çözümleri: Direk yıldırım riski altındaysa dış yıldırımlık kullanımı. Gerilim darbelerine karşı iç yıldırımlık (parafudr) kullanımı.

Harmonik

Elektrikli cihazlar tarafından yararlı enerjiye dönüştürülemeyen, şebeke frekansının katları (150Hz, 250Hz, 350Hz vs) şeklinde oluşan periyodik salınımlardır.

Nedenleri: Motor sürücüleri, upsler, bilgisayar ve ofis cihazları, endüksiyon fırınları gibi nonlineer karakteristiğe sahip  güç elektroniği elemanlarıyla kontrol edilen yükler.

Etkileri: Enerji kayıpları, tesisat ömrünün kısalması, kesici ve şalterlerde hatalı açmalar, rezonans yaratma riski.

Çözümleri: Harmonik distorsiyonu düşük cihaz seçimi. Hat reaktörleri kullanımı. Pasif filtreli kompanzasyon. Aktif harmonik filtresi.

Topraklama & Dengeleme Kaynaklı Problemler

Elektrik tesisinde topraklama ve dengelemenin, hatalı veya yetersiz yapılması sonucu yaşanan problemlerdir.

Nedenleri: Şartnamelere uygun olmadan yapılan imalat. Topraklamanın yetersiz olması. Dengelemeye önem verilmeyişi. Elektrik tesisine bakım ve kontrol yapılmaması. Son dağıtım noktalarında kaçak akım ve izolasyon önlemlerinin kullanılmayışı.

Etkileri: Elektrik şoku nedeniyle can kaybı ve sakatlık. Elektrik tesisatı kaynaklı yangın. Hassas elektrik ekipmanlarında arıza. Elektrik ekipmanın çalışmaması ya da hatalı çalışması.

Çözümleri: Topraklama ve dengelemenin elektrik iç tesisatları ve topraklama yönetmeliklerine göre yapılması. Elektrik tesisinin rutin kontrol ve bakımı. Elektrik ekipmanının uygun şekilde izolasyonu. Elektrik panolarının gerekli yerlerinde 30mA ve 300mA kaçak akım anahtarlarının kullanımı. 

Reaktif Güç Kaynaklı Problemler

Reaktif enerji, şebekeye bağlı tüketim yapan yüklerin (cihazların) çalışabilmesi için aktif enerji ile birlikte çekilen enerjidir. Reaktif enerji kullanımının fazla olmasından kaynaklanan enerji kalitesi problemidir.

Nedenleri: Kompanzasyon panosu kullanılmaması. Kompanzasyon panosunun hatalı dizaynı ya da kompanzasyon panosundaki arızalar.

Etkileri: Güç kayıplarında artış. Maliyetlerde artış. Reaktif ceza bedeli.

Çözümleri: Elektrik tesisinin şartlarına uygun şekilde projelendirilmiş, rutin kontrol ve bakımları yapılan kompanzasyon panosu.

Faz Dengesizliği

Trifaze beslenen tesislerde fazlardan farklı akımlar akması sonucu oluşan dengesizlik durumudur.

Nedenleri: Monofaze yüklerin fazlara dengeli bir şekilde dağıtılmayışı

Etkileri: Nötr akımının artması sonucu nötr toprak arası gerilimin artması ve bu durumun elektronik cihazlarda arıza yaratması. Elektrik tesisinde ekstra güç kayıpları. Elektrik motorlarında ısınma, vibrasyon ve kayıpların artışı. 

Çözümleri: Yeniden projelendirme yapılarak monofaze yüklerin fazlara dengeli bir şekilde dağıtılması.

Statik Elektrik Kaynaklı Problemler

Birbirinden farklı iki malzemenin birbirine dokunması ve sürtmesi sonucu, malzeme yüzeyinde oluşan elektriksel dengesizliğe statik elektrik denir. Yıldırım ve şimşek gibi atmosferik olaylar, insan derisinin yün kazağa sürtmesi, havayla temas eden sıvı madde taşıyan tanker gibi olaylar statik elektriğe örnek olarak verilebilir.

Nedenleri: Proseste statik elektriklenmeye müsait malzemenin kullanılışı. Ortam neminin düşük oluşu. Topraklama önlemi alınmaması.

Etkileri: Statik elektriğin deşarjı sonucu personelde yaratağı can kaybı ve sakatlanma riski. Statik elektrik deşarjı kaynaklı yaşanabilecek yangın. Hassas elektronik cihazlarda arızaya neden olması.

Çözümleri: Statik elektrik olan yerlerde topraklama yapılması. Uygun yerlere personelin kendini topraklayabileceği topraklama levhaları konulması. Ortam neminin artırılması.

Elektromanyetik Girişim Kaynaklı Problemler

Akım taşıyan bir iletkenin etrafından elektromanyetik alan oluşur. Elektromanyetik alana maruz kalan bir iletkende gerilim indüklenir. Bu elektromanyetik etkinin hassas elektronik cihazlarda yarattağı etkiye elektromanyetik girişim denir.

Nedenleri: Kuvvetli akım ve zayıf akım kablolarının birbirine çok yakın olması. Elektromanyetik uyumluluğu düşük cihazların kullanımı. 

Etkileri: Elektronik cihazların hatalı çalışması. Kontrol devrelerinin çalışmasında hata.

Çözümleri: Kuvvetli ve zayıf akım kablolarınının birbirinden ayrılarak çekilmesi. Ekranlı kablo kullanılması. Hassas cihazların elektromanyetik girişim kaynağından uzakta tutulması.