Magas harmonikusok? A transzformátorod túlmelegedhet és gyorsan elöregedhet.

Ez a jelentés az Ön cégének elosztási rendszerének egy napos áramminőség-figyelési adatának elemzésén alapul. Az adatok szerint a rendszerben jelentős háromfázisú harmonikus áramtorzítás van (a teljes harmonikus torzítás magas, THDi). Nemzetközi szabványok (IEC/IEEE) szerint ennyi mértékű harmonikus áramok jelentős kockázatot jelentenek a villamosenergia-transzformátor biztonságos, megbízható és gazdaságos működésére, elsősorban további hőtermelés, élettartam csökkenése, sőt a transzformátor károsodása formájában.

1. A tesztadatok áttekintése

• Figyelt paraméter: Háromfázisú áram teljes harmonikus torzítása (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Figyelés időtartama: 2025. szeptember 8. 16:00 óra - 2025. szeptember 9. 8:00 óra (Rwanda-i idő)

Adatforrás: FLUKE 1732 Power Logger

• A figyelési időszak alatt a háromfázisú áram teljes harmonikus torzítása (THDi) magas szinten maradt (pl. állandóan körülbelül 60%).

• Ez a harmonikus szint jelentősen meghaladja a nemzetközi szabványok, mint például az IEEE 519-2014 és az IEC 61000-2-2 által ajánlott jó gyakorlat határértékét (THDi < 5%) és az általánosan elfogadott határértéket (THDi < 8%) elosztási rendszerek esetén.

2. A harmonikus áramok hatásának mechanizmusa a transzformátorokon (Problémamegoldás)

A transzformátorok tiszta 50 Hz szinuszos áram alapján vannak tervezve. A harmonikus áramok (különösen a 3., 5. és 7. harmonikus) két fő problémát okoznak:

• Kétszeres vízszintes áramveszteség: A transzformátor tekercsekben lévő vízszintes áramveszteség arányos az áramfrekvencia négyzetével. A magasfrekvenciás harmonikus áramok jelentősen növelik a vízszintes áramveszteséget, messze túlszárnyaltva a tartós áram alapján történő tervezési értéket.

• További hőtermelés és hőtényezés: Az említett további veszteségek hővé alakulnak, ami a transzformátor tekercsekben és vasmagjában anormális hőemelkedést eredményez.

3. Kockázatelemzés nemzetközi szabványok alapján

Az IEC 60076-1 és az IEEE Std C57.110 előírásai szerint, amelyek a nem-szinuszoidális áram alatti transzformátor-működést írják le, a jelenlegi harmonikus szint főbb kockázatai a transzformátorhoz tartozók a következők:

• Kockázat 1: Gyorsult izoláció öregedése és súlyos élettartam-csökkenés. A transzformátor élettartama közvetlenül a működési hőmérsékletétől függ. A szempont szerint minden folyamatos 6-10°C-es hőmérséklet-emelkedés a tekercsben duplázza az izoláció öregedési sebességét, és felezheti a transzformátor várható élettartamát. A hosszú távú túlhőtét miatt a transzformátor izolációja szilárdodik, végül vezető hibákhoz vezethet.

• Kockázat 2: Valós teherbírás csökkenése (derating szükséges) A túlhőtét elkerülése érdekében a transzformátor nem működhet a jelenlegi harmonikus szint mellett a megengedett kapacitásán. Az IEEE Std C57.110 számítási módszerének megfelelően a transzformátort deratingelni kell (például, ha a THDi 12%, a derating tényezőnek 0,92 vagy annál kevesebbnek kell lennie). Ez azt jelenti, hogy egy 1000 kVA-os nominális kapacitású transzformátor valós biztonságos teherbírása 920 kVA-nál is kevesebb lehet, korlátozva a rendszer kapacitás-bővítési potenciálját.

• Kockázat 3: Transzformátor mezőerő növekedése. Az elektromos erő képletének (Et = 4,44 ⋅f⋅Φm, ahol f a frekvencia) megfelelően a harmonikusok magasfrekvenciás mágneses fluxust generálnak, ami jelentős vízszintes áramokat indukál a tekercs vezetőiben, helyi forró pontokat és túlhőtést eredményezve. A harmonikusok túlfrekvenciája "erősítőként" működik - még akkor is, ha a harmonikus mágneses fluxus Φmh kis amplitúdójú, a magasfrekvenciás jellemzője h-szeresen megnöveli a tekercsben indukált kerék-kerék közötti elektromos erőt. Ez a megnövelt elektromos erő a tekercs izoláción, különösen az első pár tekercs kerékén alkalmazódik, helyi túlfeszültséget okozva, és jelentősen növelve a izoláció átmeneti kockázatát.