Visoke harmonike? Vaš transformator možda pregrejava i brzo stari.

Ovaj izvještaj temelji se na analizi podataka o kvaliteti napajanja tijekom jednog dana vašeg distribucijskog sustava. Podaci pokazuju značajan harmonijski iskrivljenje trofaznog struja u sustavu (s visokim ukupnim harmonijskim iskrivljenjem struja, THDi). Prema međunarodnim standardima (IEC/IEEE), harmonijske struje na ovom nivou predstavljaju značajne rizike za sigurno, pouzdano i ekonomično funkcioniranje transformatora za snabdevanje, glavno se manifestirajući u dodatnom toplinskom generiranju, smanjenju vijeka trajanja i čak oštećenju transformatora.

1. Pregled testnih podataka

• Praćeni parametar: Ukupno harmonijsko iskrivljenje trofazne struje (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Trajanje praćenja: 16:00 sati 8. rujna 2025. do 8:00 sati 9. rujna 2025. (Vrijeme Ruande)

Izvor podataka: FLUKE 1732 Power Logger

• Tijekom razdoblja praćenja, ukupno harmonijsko iskrivljenje trofazne struje (THDi) ostalo je na visokoj razini (npr., konstantno oko 60%).

• Ova harmonijska razina značajno prelazi preporučene dobre prakse (THDi < 5%) i opće dopušteno razdoblje (THDi < 8%) za distribucijske sustave propisane u međunarodnim standardima kao što su IEEE 519-2014 i IEC 61000-2-2.

2. Mekanizam utjecaja harmonijskih struja na transformatore (Analiza problema)

Transformatori su dizajnirani na temelju čiste sinusne struje od 50 Hz. Harmonijske struje (posebno 3. 5. i 7. harmonik) uzrokuju dvije ključne probleme:

• Podvojena gubitci vrtnih struja: Gubitci vrtnih struja u transformatornim namotajima su proporcionalni kvadratu frekvencije struje. Visokofrekventne harmonijske struje dovode do značajnog porasta gubitaka vrtnih struja, daleko prelazeći projektirani vrijednosti temeljene na osnovnoj struji.

• Dodatno generiranje topline i toplinski stres: Navedeni dodatni gubitci pretvaraju se u toplinu, rezultirajući neobičnim porastom temperature u transformatornim namotajima i željeznim jezgri.

3. Procjena rizika prema međunarodnim standardima

Prema propisima IEC 60076-1 i IEEE Std C57.110 o radu transformatora pri nesinusnoj struji, glavni rizici koji su posljedica trenutnog nivoa harmonijskih struja za vaš transformator uključuju:

• Rizik 1: Ubrzanost starenja izolacije i težak smanjenje vijeka trajanjaVijek trajanja transformatora direktno je određen njegovom radnom temperaturom. Pravilo prema kojem se svaki kontinuirani porast temperature namotaja od 6-10°C udvostručava brzinu starenja izolacije, a očekivani vijek trajanja transformatora se s tim smanjuje na polovicu. Dugotrajno pretopljenje će dovesti do britvljavih stanja izolacije, što završno dovede do grešaka u izolaciji.

• Rizik 2: Smanjena stvarna nosivost opterećenja (potrebno derating)Da bi se spriječilo pretopljenje, transformator ne može raditi na svojoj nominiranoj kapaciteti pri trenutnom nivou harmonijskih struja. Prema metodi računanja u IEEE Std C57.110, transformator mora biti derated (na primjer, kada je THDi 12%, faktor deratinga može biti 0.92 ili niži). To znači da transformator s nominiranom kapacitetom od 1000 kVA može imati stvarnu sigurnu nosivost manju od 920 kVA, ograničavajući potencijal za proširenje kapaciteta sustava.

• Rizik 3: Povećana jakost polja transformatoraPrema formuli elektromotornog napon Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (gdje je f frekvencija), harmonici generiraju visokofrekventni magnetni tok, koji inducira značajne vrtnice u vodnicima namotaja, dovođeći do lokalnih točaka visoke temperature i pretopljenja. Previsoka frekvencija harmonika djeluje kao "pojacivač" - čak i ako je amplituda harmonijskog magnetnog toka Φmh mala, njegova visokofrekventna karakteristika će povećati inducirani napon između zavojaka h puta. Ovaj povećani napon primjenjuje se na izolaciju namotaja, posebno na prvih nekoliko zavoja bobine, uzrokujući lokalni prenapon i značajno povećavajući rizik od grešaka u izolaciji.