Hautes harmoniques Votre transformateur peut surchauffer et vieillir rapidement.

Ce rapport est basé sur l'analyse des données de surveillance de la qualité de l'énergie pendant un jour de votre système de distribution. Les données montrent qu'il y a une distorsion harmonique significative du courant triphasé dans le système (avec un taux élevé de distorsion harmonique totale du courant, THDi). Conformément aux normes internationales (IEC/IEEE), les courants harmoniques à ce niveau ont posé des risques importants pour le fonctionnement sûr, fiable et économique du transformateur d'alimentation, principalement manifestés par une production de chaleur supplémentaire, une réduction de la durée de vie et même des dommages au transformateur.

1. Aperçu des données de test

• Paramètre surveillé : Distorsion harmonique totale du courant triphasé (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Durée de la surveillance : 16h00 le 8 septembre 2025 à 8h00 le 9 septembre 2025 (heure du Rwanda)

Source des données : FLUKE 1732 Power Logger

• Pendant la période de surveillance, la distorsion harmonique totale du courant triphasé (THDi) est restée à un niveau élevé (par exemple, constamment autour de 60%).

• Ce niveau harmonique dépasse considérablement la plage recommandée de bonnes pratiques (THDi < 5%) et la plage généralement acceptable (THDi < 8%) pour les systèmes de distribution spécifiées dans les normes internationales telles que IEEE 519-2014 et IEC 61000-2-2.

2. Mécanisme de l'impact des courants harmoniques sur les transformateurs (analyse du problème)

Les transformateurs sont conçus sur la base d'un courant sinusoïdal pur de 50 Hz. Les courants harmoniques (en particulier les 3e, 5e et 7e harmoniques) causent deux problèmes majeurs :

• Doublement de la perte par courants de Foucault : La perte par courants de Foucault dans les enroulements du transformateur est proportionnelle au carré de la fréquence du courant. Les courants harmoniques de haute fréquence entraînent une augmentation importante de la perte par courants de Foucault, dépassant largement la valeur de conception basée sur le courant fondamental.

• Production de chaleur supplémentaire et contrainte thermique : Ces pertes supplémentaires se convertissent en chaleur, entraînant des augmentations anormales de température dans les enroulements et les noyaux de fer du transformateur.

3. Évaluation des risques basée sur les normes internationales

Conformément aux dispositions de l'IEC 60076-1 et de l'IEEE Std C57.110 concernant le fonctionnement des transformateurs sous des courants non sinusoïdaux, les principaux risques posés par le niveau actuel de courants harmoniques pour votre transformateur incluent :

• Risque 1 : Accélération du vieillissement de l'isolation et réduction sévère de la durée de vie. La durée de vie d'un transformateur est directement déterminée par sa température de fonctionnement. La règle générale indique qu'une augmentation continue de 6 à 10°C de la température des enroulements double le taux de vieillissement de l'isolation, et la durée de vie attendue du transformateur est réduite en conséquence. Un surchauffage à long terme rendra l'isolation du transformateur fragile, aboutissant finalement à des défauts de rupture.

• Risque 2 : Réduction de la capacité de charge effective (nécessité de dérater) Pour éviter la surchauffe, le transformateur ne peut pas fonctionner à pleine capacité sous le niveau actuel de courants harmoniques. Selon la méthode de calcul de l'IEEE Std C57.110, le transformateur doit être dératé (par exemple, lorsque le THDi est de 12%, le facteur de dératement peut nécessiter 0,92 ou moins). Cela signifie qu'un transformateur avec une capacité nominale de 1000 kVA peut avoir une capacité de charge sûre effective inférieure à 920 kVA, limitant ainsi le potentiel d'expansion de la capacité du système.

• Risque 3 : Augmentation de l'intensité du champ du transformateur. Selon la formule de force électromotrice Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (où f est la fréquence), les harmoniques génèrent un flux magnétique de haute fréquence, qui induit des courants de Foucault importants dans les conducteurs des enroulements, provoquant des points chauds locaux et une surchauffe. La surfréquence des harmoniques agit comme un "amplificateur" — même si l'amplitude du flux magnétique harmonique Φmh est faible, sa caractéristique de haute fréquence amplifiera la force électromotrice intertour induite par h fois. Cette force électromotrice amplifiée est appliquée à l'isolation des enroulements, en particulier aux premiers tours de la bobine, provoquant une surtension locale et augmentant considérablement le risque de rupture de l'isolation.