Υψηλές αρμονικές; Ο μετατροπέας σας μπορεί να ξεθερμαίνεται και να γηράσκει γρήγορα.

Αυτή η έκθεση βασίζεται στην ανάλυση δεδομένων παρακολούθησης ποιότητας ρεύματος για μία ημέρα του συστήματος κατανομής της εταιρείας σας. Τα δεδομένα δείχνουν ότι υπάρχει σημαντική τριφασική αρμονική διαστροφή ρεύματος στο σύστημα (με υψηλή συνολική αρμονική διαστροφή ρεύματος, THDi). Σύμφωνα με διεθνείς προδιαγραφές (IEC/IEEE), τα αρμονικά ρεύματα αυτού του επιπέδου έχουν δημιουργήσει σημαντικά προβλήματα για την ασφάλεια, την αξιοπιστία και την οικονομική λειτουργία του μετατροπέα ρεύματος, με κύρια εμφάνιση την πρόσθετη θερμοπαραγωγή, τη μείωση της διάρκειας ζωής και ακόμη και την κατάρρευση του μετατροπέα.

1. Επισκόπηση Δεδομένων Παρακολούθησης

• Παρακολουθούμενος Παράμετρος: Συνολική Αρμονική Διαστροφή Τριφασικού Ρεύματος (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Διάρκεια Παρακολούθησης: 4:00 μμ. στις 8 Σεπτεμβρίου 2025 έως 8:00 πμ. στις 9 Σεπτεμβρίου 2025 (Ώρα της Ρουάντα)

Πηγή Δεδομένων: FLUKE 1732 Power Logger

• Κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης, η συνολική αρμονική διαστροφή τριφασικού ρεύματος (THDi) παρέμεινε σε υψηλά επίπεδα (π.χ., σταθερά περίπου 60%).

• Αυτό το επίπεδο αρμονικών υπερβαίνει σημαντικά τον προτεινόμενο καλύτερο εύρος πρακτικής (THDi < 5%) και το γενικό επιτρεπτό εύρος (THDi < 8%) για συστήματα κατανομής που καθορίζονται σε διεθνείς προδιαγραφές όπως η IEEE 519-2014 και η IEC 61000-2-2.

2. Μηχανισμός Επιρροής των Αρμονικών Ρευμάτων στους Μετατροπείς (Ανάλυση Προβλήματος)

Οι μετατροπείς σχεδιάζονται με βάση καθαρά 50Hz συνημιτονοειδές ρεύμα. Τα αρμονικά ρεύματα (ειδικά τα 3ο, 5ο και 7ο αρμονικά) προκαλούν δύο βασικά προβλήματα:

• Διπλασιασμός Ζωντανών Χαμένων: Οι ζωντανές χαμένες στις συνειρμούς των μετατροπέων είναι ανάλογες με το τετράγωνο της συχνότητας του ρεύματος. Τα υψηλής συχνότητας αρμονικά ρεύματα οδηγούν σε αιφνίδια αύξηση των ζωντανών χαμένων, πολύ πέρα από την τιμή σχεδιασμού με βάση το θεμελιώδες ρεύμα.

• Πρόσθετη Θερμοπαραγωγή και Θερμικός Στρες: Οι προαναφερόμενες επιπλέον χαμένες μετατρέπονται σε θερμότητα, προκαλώντας ανωμαλίες στην θερμοκρασία των συνειρμών και των σιδηρούχων πυκνωτών των μετατροπέων.

3. Αξιολόγηση Κινδύνων Βάσει Διεθνών Προδιαγραφών

Σύμφωνα με τις διατάξεις της IEC 60076-1 και της IEEE Std C57.110 σχετικά με τη λειτουργία των μετατροπέων υπό μη συνημιτονοειδή ρεύμα, οι κύριοι κίνδυνοι που προκαλούνται από το επίπεδο αρμονικών ρεύματος για τον μετατροπέα σας περιλαμβάνουν:

• Κίνδυνος 1: Επιτάχυνση της Γήρανσης της Απομόνωσης και Σημαντική Μείωση της Διάρκειας ΖωήςΗ διάρκεια ζωής ενός μετατροπέα αποφασίζεται άμεσα από τη θερμοκρασία λειτουργίας. Η κατευθυντήρια γραμμή δείχνει ότι για κάθε συνεχή 6-10°C αύξηση της θερμοκρασίας των συνειρμών, η ταχύτητα γήρανσης της απομόνωσης διπλασιάζεται, και η αναμενόμενη διάρκεια ζωής του μετατροπέα μειώνεται αντίστοιχα. Η μακροχρόνια υπερθέρμανση θα προκαλέσει την εξάρθρωση της απομόνωσης του μετατροπέα, οδηγώντας τελικά σε παραβίαση της απομόνωσης.

• Κίνδυνος 2: Μείωση της Πραγματικής Χωρητικότητας Φορτίου (Απαιτείται Μείωση)Για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση, ο μετατροπέας δεν μπορεί να λειτουργεί στην ονομαστική του χωρητικότητα υπό το τρέχον επίπεδο αρμονικών. Σύμφωνα με τη μέθοδο υπολογισμού της IEEE Std C57.110, ο μετατροπέας πρέπει να υποβαθμιστεί (π.χ., όταν THDi είναι 12%, ο παράγοντας υποβάθμισης μπορεί να χρειαστεί να είναι 0.92 ή κάτω). Αυτό σημαίνει ότι ένας μετατροπέας με ονομαστική χωρητικότητα 1000kVA μπορεί να έχει πραγματική ασφαλή χωρητικότητα φορτίου λιγότερο από 920kVA, περιορίζοντας τη δυνατότητα επέκτασης της χωρητικότητας του συστήματος.

• Κίνδυνος 3: Αύξηση της Ισχύος Πεδίου του ΜετατροπέαΣύμφωνα με την τύπωση Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (όπου f είναι η συχνότητα), τα αρμονικά παράγουν υψηλής συχνότητας μαγνητικό ροή, η οποία επικαλύπτει σημαντικά ζωντανά ρεύματα στους συνειρμούς, προκαλώντας τοπικά θερμικά σημεία και υπερθέρμανση. Η υψηλή συχνότητα των αρμονικών λειτουργεί ως "ενισχυτής" — ακόμη και αν η ένταση της αρμονικής μαγνητικής ροής Φmh είναι μικρή, η υψηλή της συχνότητα θα ενισχύσει την επαναλαμβανόμενη ηλεκτρομοτική δύναμη h φορές. Αυτή η ενισχυμένη ηλεκτρομοτική δύναμη εφαρμόζεται στην απομόνωση των συνειρμών, ειδικά στις πρώτες λεπτές συνειρμών, προκαλώντας τοπική υπερτάση και αυξάνοντας σημαντικά τον κίνδυνο παραβίασης της απομόνωσης.