Armoniche elevate? Il tuo trasformatore potrebbe surriscaldarsi e invecchiare rapidamente.

Questo rapporto si basa sull'analisi dei dati di monitoraggio della qualità dell'energia elettrica del sistema di distribuzione della vostra azienda per un giorno. I dati mostrano che esiste una significativa distorsione armonica della corrente trifase nel sistema (con un alto tasso di distorsione armonica totale della corrente, THDi). In conformità con gli standard internazionali (IEC/IEEE), le correnti armoniche a questo livello hanno posto rischi sostanziali per il funzionamento sicuro, affidabile ed economico del trasformatore di alimentazione, manifestandosi principalmente in generazione di calore aggiuntivo, riduzione della durata di vita e persino danneggiamento del trasformatore.

1. Panoramica dei dati di test

• Parametro monitorato: Distorsione Armonica Totale della Corrente Trifase (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Durata del monitoraggio: dalle 16:00 del 8 settembre 2025 alle 08:00 del 9 settembre 2025 (ora del Ruanda)

Fonte dei dati: FLUKE 1732 Power Logger

• Durante il periodo di monitoraggio, la distorsione armonica totale della corrente trifase (THDi) è rimasta ad un livello elevato (ad esempio, costantemente intorno al 60%).

• Questo livello armonico supera significativamente l'intervallo di buona pratica raccomandato (THDi < 5%) e l'intervallo generalmente ammesso (THDi < 8%) per i sistemi di distribuzione specificati negli standard internazionali come IEEE 519-2014 e IEC 61000-2-2.

2. Meccanismo dell'impatto delle correnti armoniche sui trasformatori (Analisi del problema)

I trasformatori sono progettati sulla base di una corrente sinusoidale pura a 50 Hz. Le correnti armoniche (in particolare le 3ª, 5ª e 7ª armoniche) causano due problemi principali:

• Raddoppio della perdita per correnti indotte: La perdita per correnti indotte nelle avvolgimenti del trasformatore è proporzionale al quadrato della frequenza della corrente. Le correnti armoniche ad alta frequenza portano a un aumento netto della perdita per correnti indotte, superando di gran lunga il valore di progetto basato sulla corrente fondamentale.

• Generazione di calore aggiuntivo e stress termico: Le predette perdite extra vengono convertite in calore, causando aumenti anomali della temperatura negli avvolgimenti e nei nuclei di ferro del trasformatore.

3. Valutazione del rischio in base agli standard internazionali

In conformità con le disposizioni dell'IEC 60076-1 e dello IEEE Std C57.110 riguardanti il funzionamento del trasformatore sotto corrente non sinusoidale, i principali rischi posti dal livello attuale di correnti armoniche al vostro trasformatore includono:

• Rischio 1: Invecchiamento accelerato dell'isolamento e riduzione severa della durata di vitaLa durata di vita di un trasformatore è determinata direttamente dalla sua temperatura di funzionamento. La regola empirica indica che per ogni aumento continuo di 6-10°C nella temperatura degli avvolgimenti, il tasso di invecchiamento dell'isolamento raddoppia, e la durata di vita prevista del trasformatore viene dimezzata di conseguenza. Un sovrariscaldamento a lungo termine causerà l'ingrigimento dell'isolamento del trasformatore, portando infine a guasti di rottura.

• Rischio 2: Riduzione della capacità effettiva di carico (necessario derating)Per evitare il sovrariscaldamento, il trasformatore non può operare alla sua capacità nominale con il livello attuale di correnti armoniche. Secondo il metodo di calcolo nello IEEE Std C57.110, il trasformatore deve essere sottodimensionato (ad esempio, quando THDi è del 12%, il fattore di sottodimensionamento potrebbe dover essere del 0,92 o inferiore). Ciò significa che un trasformatore con una capacità nominale di 1000 kVA potrebbe avere una capacità effettiva di carico sicuro inferiore a 920 kVA, limitando il potenziale di espansione della capacità del sistema.

• Rischio 3: Aumento del campo magnetico del trasformatoreSecondo la formula della forza elettromotrice Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (dove f è la frequenza), gli armonici generano flusso magnetico ad alta frequenza, che induce correnti indotte significative nei conduttori degli avvolgimenti, portando a punti caldi locali e sovrariscaldamento. La sovrafrequenza degli armonici agisce come un "amplificatore" — anche se l'ampiezza del flusso magnetico armonico Φmh è piccola, la sua caratteristica ad alta frequenza amplificherà la forza elettromotrice indotta tra giri per h volte. Questa forza elettromotrice amplificata viene applicata all'isolamento degli avvolgimenti, specialmente ai primi giri della bobina, causando sovratensioni locali e aumentando notevolmente il rischio di rottura dell'isolamento.