Hoë harmoniese? Jou transformator mag oorkoel en vinnig verouder.

Hierdie verslag is gebaseer op die analise van een-dag se kragkwaliteitemoniteringsdata van jou maatskappy se distribusiesisteem. Die data wys dat daar 'n beduidende drie-fase stroomharmoniese vervorming in die sisteem is (met 'n hoë totale harmoniese vervorming van stroom, THDi). Volgens internasionale standaarde (IEC/IEEE) het harmoniese ströme op hierdie vlak betydslike risiko's vir die veilige, betroubare en ekonomiese operasie van die kragvoorsieningstransformer gebring, hoofsaaklik uitgedruk as addisionele warmte-uitsetting, vermindering van lewensduur en selfs skade aan die transformer.

1. Oorsig van Toetsdata

• Gemonitorde Parameter: Totale Harmoniese Vervorming van Drie-Fase Stroom (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Monitortydperk: 16:00 op 8 September 2025 tot 08:00 op 9 September 2025 (Rwandese Tyd)

Data Bron: FLUKE 1732 Power Logger

• Tydens die monitortydperk het die totale harmoniese vervorming van drie-fase stroom (THDi) op 'n hoë vlak bly (bv. konstant ongeveer 60%).

• Hierdie harmoniese vlak oorskryf beduidend die aanbevole beste praktyksbereik (THDi < 5%) en die algemene toelaatbare bereik (THDi < 8%) vir distribusiesisteme soos gespesifiseer in internasionale standaarde soos IEEE 519-2014 en IEC 61000-2-2.

2. Mekanisme van Harmoniese Stroomimpak op Transformers (Probleemanalise)

Transformers word ontwerp op basis van suiwer 50Hz sinusvormige stroom. Harmoniese ströme (veral die 3de, 5de, en 7de harmoniese) veroorsaak twee kernprobleme:

• Verdubbelde Eddy-stroom Verlies: Die eddy-stroom verlies in transformerwindings is eweredig met die kwadraat van die stroomfrekwensie. Hoogfrekwensie harmoniese ströme lei tot 'n skerp toename in eddy-stroom verlies, wat baie oor die ontwerpwaarde op grond van die fundamentele stroom uitkom.

• Addisionele Warmte-uitsetting en Termiese Spanning: Die voorgenoemde ekstra verliese word omgeset na warmte, wat lei tot abnormale temperatuurstygings in transformerwindings en yskerne.

3. Risikobeoordeling Gebaseer op Internasionale Standaarde

Volgens die bepalings van IEC 60076-1 en IEEE Std C57.110 oor transformeroperasie onder nie-sinusvormige stroom, sluit die hoofrisiko's wat deur die huidige harmoniese vlak vir jou transformer ingesluit word, in:

• Risiko 1: Versnelde Isolasieouderdom en Severe LewensduurverminderingDie lewensduur van 'n transformer word direk bepaal deur sy bedryfstemperatuur. Die regel van duim wys dat vir elke kontinue 6-10°C toename in windingtemperatuur, die isolasieouderdoms tempo verdubbel, en die verwagte lewensduur van die transformer daarmee halveer. Langtermyn oorkook sal die transformerisolasie brosheid laat word, uiteindelik tot inslagfeilheid lei.

• Risiko 2: Verminderde Aktuele Lastdraagkapasiteit (Derating Vereis)Om oorkook te vermy, kan die transformer nie by sy gerate kapasiteit funksioneer nie onder die huidige harmoniese vlak. Volgens die berekeningmetode in IEEE Std C57.110, moet die transformer gederrateer word (byvoorbeeld, wanneer THDi 12% is, mag die deratingfaktor 0.92 of laer wees). Dit beteken dat 'n transformer met 'n gerate kapasiteit van 1000kVA 'n aktuele veilige lastdraagkapasiteit van minder as 920kVA kan hê, wat die potensiaal vir sisteemkapasiteitsekspanning beperk.

• Risiko 3: Toename in Transformer VeldsterkteVolgens die elektromotiewe formule Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (waar f frekwensie is), genereer harmoniese hoëfrekwensie magneetvlak, wat beduidende eddy-ströme in die windinggeleiders induseer, wat lei tot plaaslike warmplekke en oorkook. Die oorfrekwensie van harmoniese werk as 'n "versterker" — selfs al is die amplitude van die harmoniese magneetvlak Φmh klein, sy hoëfrekwensie kenmerk sal die geïnduseerde spoels-aan-spoels elektromotiewe krag deur h keer vermeerder. Hierdie versterkte elektromotiewe krag word toegepas op die windingisolasie, veral die eerste paar spoels van die spoel, wat plaaslike oorspanning veroorsaak en die risiko van isolasieinslag grootliks verhoog.