Høje harmoniske? Din transformator kan være overophedet og aldrer hurtigt.

Denne rapport er baseret på analyse af en dags overvågning af strømkvaliteten i dit firms fordelelsessystem. Dataene viser, at der er en betydelig tre-fase strømharmonisk forvrængning i systemet (med en høj total harmonisk forvrængning af strømmen, THDi). I henhold til internationale standarder (IEC/IEEE) har harmoniske strømme på dette niveau skabt betydelige risici for den sikre, pålidelige og økonomiske drift af strømforsynings-transformatorerne, primært udtrykt gennem ekstra varmegenerering, nedsat levetid og endda transformatorskade.

1. Oversigt over testdata

• Overvåget parameter: Total Harmonisk Forvrængning af Tre-Fase Strøm (A THD[50] Gns. [%] L1, L2, L3)

• Overvågningstidspunkt: kl. 16:00 den 8. september 2025 til kl. 08:00 den 9. september 2025 (Rwandisk tid)

Datakilde: FLUKE 1732 Power Logger

• Under overvågningsperioden forblev den totale harmoniske forvrængning af tre-fase strøm (THDi) på et højt niveau (f.eks. konsekvent omkring 60%).

• Dette harmoniske niveau overstiger betydeligt det anbefalede bedste praksisområde (THDi < 5%) og det generelle tilladte område (THDi < 8%) for fordelelsessystemer, som er specificeret i internationale standarder som IEEE 519-2014 og IEC 61000-2-2.

2. Mekanisme for effekten af harmoniske strømme på transformatorer (problem analyse)

Transformatorer er designet med hensyn til ren 50Hz sinusformet strøm. Harmoniske strømme (især 3., 5. og 7. harmonik) forårsager to kerneproblemer:

• Fordoblet omløbsstrøms tab: Omløbsstrøms tabet i transformatorens vindinger er proportionalt med kvadratet af strømfrekvensen. Høje frekvens harmoniske strømme fører til en skarp stigning i omløbsstrøms tab, langt over designværdien baseret på grundstrøm.

• Ekstra varmegenerering og termisk stress: De ovennævnte ekstra tab konverteres til varme, hvilket resulterer i abnorme temperaturstigninger i transformatorens vindinger og jernkerne.

3. Risiko vurdering baseret på internationale standarder

I overensstemmelse med bestemmelserne i IEC 60076-1 og IEEE Std C57.110 vedrørende drift af transformatorer under ikke-sinusformet strøm, inkluderer de primære risici, som det aktuelle harmoniske niveau stiller for din transformator:

• Risiko 1: Accelereret isoleringsaldring og alvorlig nedsat levetidLevetiden for en transformator fastsættes direkte af dens driftstemperatur. En regel af tommen indikerer, at for hver kontinuerlige 6-10°C stigning i vindings temperaturen, fordobles isoleringsaldringshastigheden, og den forventede levetid for transformator halveres i overensstemmelse hermed. Langvarig overophedning vil forårsage, at transformatorisoleringen bliver sprø, og vil sidestille føre til nedbrydelsesfejl.

• Risiko 2: Nedsat faktisk lastbærende kapacitet (derating kræves)For at undgå overophedning kan transformator ikke operere ved dens nominerede kapacitet under det aktuelle harmoniske niveau. Ifølge beregningsmetoden i IEEE Std C57.110, skal transformator derates (for eksempel, når THDi er 12%, kan deratingfaktoren være 0,92 eller lavere). Dette betyder, at en transformator med en nomineret kapacitet på 1000 kVA kan have en faktisk sikkert lastbærende kapacitet under 920 kVA, hvilket begrænser systemets kapacitetsudvidelsesmuligheder.

• Risiko 3: Øget transformatorfeltstyrkeIfølge spændingsformlen Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (hvor f er frekvens), genererer harmonikker høgfrekvent magnetisk flux, som inducerer betydelige omløbsstrømme i ledningsledninger, hvilket fører til lokale hede punkter og overophedning. Overfrekvensen af harmonikker fungerer som en "forstærker" - selvom amplituden af harmonisk magnetisk flux Φmh er lille, vil dens høgfrekvent karakteristika forstærke den inducerede spænding mellem vindingerne med h gange. Denne forstærkede spænding anvendes på vindingsisoleringen, især de første par vindinger i spolen, hvilket forårsager lokal overspænding og øger risikoen for isoleringsnedbrydelse betydeligt.