Altes harmoniques? El vostre transformador pot estar sobrecalentant-se i envejillant ràpidament.

Aquest informe es basa en l'anàlisi de dades d'un dia de monitoratge de la qualitat de l'energia elèctrica del sistema de distribució de la vostra companyia. Les dades mostren que hi ha una distorsió harmònica significativa de la corrent tri-fàsica al sistema (amb un alt nivell de distorsió harmònica total de la corrent, THDi). Segons les normes internacionals (IEC/IEEE), les corrents harmòniques a aquest nivell han posat riscos substancials a la operació segura, fiable i econòmica del transformador de subministrament, manifestant-se principalment en la generació addicional de calor, la reducció de la vida útil i fins i tot el danys del transformador.

1. Resum de les Dades de Prova

• Paràmetre Monitoritzat: Distorsió Harmònica Total de la Corrent Tri-Fàsica (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Durada de la Monitorització: De les 16:00 hores del 8 de setembre de 2025 a les 08:00 hores del 9 de setembre de 2025 (hora de Ruanda)

Font de Dades: FLUKE 1732 Power Logger

• Durant el període de monitorització, la distorsió harmònica total de la corrent tri-fàsica (THDi) va mantenir-se a un nivell alt (per exemple, consistentment al voltant del 60%).

• Aquest nivell harmònic supera significativament el rang recomanat de bones pràctiques (THDi < 5%) i el rang general permès (THDi < 8%) per als sistemes de distribució especificats en normes internacionals com l'IEEE 519-2014 i l'IEC 61000-2-2.

2. Mecanismes de l'Impacte de les Corrents Harmòniques en els Transformadors (Anàlisi del Problema)

Els transformadors estan dissenyats basant-se en una corrent sinusoidal pura de 50 Hz. Les corrents harmòniques (especialment les harmòniques de 3r, 5è i 7è ordre) causen dos problemes principals:

• Pèrdues Eddy Doblades: Les pèrdues eddy en les bobines del transformador són proporcionals al quadrat de la freqüència de la corrent. Les corrents harmòniques d'alta freqüència condueixen a un augment agut de les pèrdues eddy, superant amb creus el valor de disseny basat en la corrent fonamental.

• Generació Addicional de Calor i Estrès Tèrmic: Les mencionades pèrdues addicionals es converteixen en calor, resultant en increments anormals de temperatura en les bobines i nuclei ferrosos del transformador.

3. Avaluació de Riscos Basada en Normes Internacionals

Segons les disposicions de l'IEC 60076-1 i l'IEEE Std C57.110 sobre l'operació dels transformadors sota corrent no sinusoidal, els riscos principals que presenta el nivell actual de corrents harmòniques al vostre transformador inclouen:

• Risc 1: Envejeciment Acelerat de l'Aïllament i Reducció Severa de la Vida ÚtilLa vida útil d'un transformador es determina directament per la seva temperatura de funcionament. La regla empírica indica que per cada increment continu de 6-10°C en la temperatura de les bobines, la velocitat d'envejeciment de l'aïllament es dobla, i la vida útil esperada del transformador es redueix a la meitat. El sobrecalentament a llarg termini farà que l'aïllament del transformador es torni fragil, acabant en faltes de ruptura.

• Risc 2: Reducció de la Capacitat Real de Portada de Càrrega (Rebaixament Requerit)Per evitar el sobrecalentament, el transformador no pot funcionar a la seva capacitat nominal sota el nivell actual de corrents harmòniques. Segons el mètode de càlcul de l'IEEE Std C57.110, el transformador ha de ser rebaixat (per exemple, quan THDi és del 12%, el factor de rebaixament pot ser de 0,92 o inferior). Això significa que un transformador amb una capacitat nominal de 1000 kVA pot tenir una capacitat real de portada de càrrega segura inferior a 920 kVA, limitant el potencial d'expansió de la capacitat del sistema.

• Risc 3: Augment de la Intensitat de Camp del TransformadorSegons la fórmula de força electromotriu Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (on f és la freqüència), les harmòniques generen un flux magnètic d'alta freqüència, que induix corrents eddy significatives en els conductors de les bobines, conduint a punts calents locals i sobrecalentament. La sovraposició de freqüències d'harmoniques actua com un "amplificador" — encara que l'amplitud del flux magnètic harmònic Φmh sigui petita, la seva característica d'alta freqüència amplificarà la força electromotriu induïda entre espires per h vegades. Aquesta força electromotriu amplificada s'aplica a l'aïllament de les bobines, especialment a les primeres espires de la bobina, causant un sobretensió local i augmentant enormement el risc de ruptura de l'aïllament.