هارمونیک‌های بالا؟ ترانسفورماتور شما ممکن است داغ شده و به سرعت قدیمی شود

این گزارش بر اساس تحلیل داده‌های یک روز نظارت بر کیفیت برق سیستم توزیع شرکت شما است. داده‌ها نشان می‌دهد که در سیستم تحریف هارمونیک جریان سه فاز قابل توجهی وجود دارد (با THDi بالا). طبق استانداردهای بین‌المللی (IEC/IEEE)، جریان‌های هارمونیک در این سطح خطرات قابل توجهی برای عملکرد ایمن، قابل اعتماد و اقتصادی ترانسفورماتور تامین برق به وجود آورده‌اند که عمدتاً در تولید گرما اضافی، کاهش طول عمر و حتی خسارت ترانسفورماتور منظور می‌شود.

1. مروری بر داده‌های تست

• پارامتر مورد نظارت: تحریف هارمونیک کل جریان سه فاز (A THD[50] Avg [%] L1، L2، L3)

• مدت زمان نظارت: ساعت 4 بعد از ظهر روز 8 سپتامبر 2025 تا ساعت 8 صبح روز 9 سپتامبر 2025 (زمان رواندا)

منبع داده: FLUKE 1732 Power Logger

• در طول دوره نظارت، تحریف هارمونیک کل جریان سه فاز (THDi) در سطح بالایی باقی ماند (به عنوان مثال، به طور مداوم حدود 60٪).

• این سطح هارمونیک به طور قابل توجهی از محدوده توصیه شده برای عملکرد خوب (THDi < 5%) و محدوده معمول مجاز (THDi < 8%) برای سیستم‌های توزیع مشخص شده در استانداردهای بین‌المللی مانند IEEE 519-2014 و IEC 61000-2-2 فراتر رفته است.

2. مکانیسم تأثیر جریان هارمونیک بر ترانسفورماتورها (تحلیل مشکل)

ترانسفورماتورها بر اساس جریان سینوسی خالص 50Hz طراحی شده‌اند. جریان‌های هارمونیک (به ویژه هارمونیک‌های 3، 5 و 7) دو مسئله اصلی ایجاد می‌کنند:

• دو برابر شدن ضرر ادی: ضرر ادی در پیچه‌های ترانسفورماتور متناسب با مجذور فرکانس جریان است. جریان‌های هارمونیک با فرکانس بالا منجر به افزایش تند ضرر ادی می‌شوند که به طور قابل توجهی از مقدار طراحی بر اساس جریان اصلی فراتر رفته است.

• تولید گرما اضافی و تنش حرارتی: ضررهای اضافی ذکر شده به گرما تبدیل می‌شوند که منجر به افزایش غیرطبیعی دما در پیچه‌ها و هسته‌های آهن ترانسفورماتور می‌شود.

3. ارزیابی ریسک بر اساس استانداردهای بین‌المللی

طبق مقررات IEC 60076-1 و IEEE Std C57.110 درباره عملکرد ترانسفورماتور تحت جریان غیر سینوسی، ریسک‌های اصلی موجود در سطح هارمونیک فعلی برای ترانسفورماتور شما شامل موارد زیر است:

• ریسک 1: شتاب گرفتن پیری عایق و کاهش شدید طول عمرطول عمر ترانسفورماتور مستقیماً توسط دمای عملکرد آن تعیین می‌شود. قاعده کلی نشان می‌دهد که برای هر افزایش مداوم 6-10 درجه سانتیگراد در دمای پیچه، نرخ پیری عایق دو برابر می‌شود و طول عمر منتظره ترانسفورماتور نصف می‌شود. گرم شدن طولانی مدت باعث خشک شدن عایق ترانسفورماتور می‌شود که در نهایت منجر به خرابی می‌شود.

• ریسک 2: کاهش ظرفیت واقعی تحمل بار (نیاز به کاهش ظرفیت)برای جلوگیری از گرم شدن، ترانسفورماتور نمی‌تواند در ظرفیت اسمی خود تحت سطح فعلی هارمونیک عمل کند. طبق روش محاسبه در IEEE Std C57.110، ترانسفورماتور باید کاهش ظرفیت دهد (به عنوان مثال، وقتی THDi 12% است، عامل کاهش ظرفیت ممکن است 0.92 یا کمتر باشد). این بدان معناست که ترانسفورماتور با ظرفیت اسمی 1000kVA ممکن است ظرفیت تحمل بار واقعی کمتر از 920kVA داشته باشد که پتانسیل گسترش ظرفیت سیستم را محدود می‌کند.

• ریسک 3: افزایش شدت میدان ترانسفورماتوربر اساس فرمول Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (که f فرکانس است)، هارمونیک‌ها جریان مغناطیسی با فرکانس بالا تولید می‌کنند که جریان‌های ادی قابل توجهی را در رسانه‌های پیچه القاء می‌کند که منجر به نقاط گرم محلی و گرم شدن می‌شود. فرکانس بالای هارمونیک‌ها به عنوان "تقویت‌کننده" عمل می‌کند - حتی اگر دامنه جریان مغناطیسی هارمونیک Φmh کوچک باشد، ویژگی فرکانس بالای آن ضربه الکتروموتوری بین لپ‌ها را h برابر تقویت می‌کند. این ضربه الکتروموتوری تقویت شده به عایق پیچه، به ویژه چند لپ اول کویل، اعمال می‌شود و باعث ایجاد ولتاژ محلی بسیار بالا می‌شود و خطر خرابی عایق را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.