Високи хармоници? Вашата трансформаторска станција може да се прегрева и да старее брзо.

Овој извештај е основан на анализа на податоци за мониторинг на квалитетот на енергијата од вашата дистрибутивна система за еден ден. Податоците покажуваат дека во системот постои значително хармоничко искривување на трострујниот ток (со висока укупна хармоничка деформација на токот, THDi). Според меѓународните стандарди (IEC/IEEE), хармоничките токови на овој ниво поставуваат значителни ризици за безбедна, надежна и економска работа на трансформаторот за снабдување со електрична енергија, главно манифестирани како дополнителна генерација на топлина, намалување на временската продолжителност на животот, а често и повреда на трансформаторот.

1. Преглед на тестирани податоци

• Параметар за мониторинг: Укупна хармоничка деформација на трострујниот ток (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Траење на мониторинг: од 16:00 часа на 8 септември 2025 до 08:00 часа на 9 септември 2025 (време на Руанда)

Извор на податоци: FLUKE 1732 Power Logger

• Во текот на периодот на мониторинг, укупната хармоничка деформација на трострујниот ток (THDi) остана на високо ниво (на пример, константно околу 60%).

• Овој ниво на хармонии значително надминува препорачаниот опсег на добри практики (THDi < 5%) и општиот дозволен опсег (THDi < 8%) за дистрибутивни системи специфицирани во меѓународните стандарди како IEEE 519-2014 и IEC 61000-2-2.

2. Механизам на влијание на хармоничките токови врз трансформаторите (анализа на проблемот)

Трансформаторите се дизајнирани според чист 50Hz синусоидален ток. Хармоничките токови (особено 3-та, 5-та и 7-та хармонија) создаваат две основни прашања:

• Подвојена загуба од вихрели токови: Загубата од вихрели токови во витките на трансформаторот е пропорционална на квадратот на фреквенцијата на токот. Високочестотните хармонички токови доведуваат до брз пораст на загубата од вихрели токови, многу надминувајќи ја дизајн вредноста базирана на основниот ток.

• Дополнителна генерација на топлина и термален стрес: Наведените дополнителни загуби се конвертираат во топлина, што резултира со необичаен пораст на температурата во витките и железните јадра на трансформаторот.

3. Оценка на ризик според меѓународните стандарди

Според правилата на IEC 60076-1 и IEEE Std C57.110 за работа на трансформаторите при несинусоидален ток, главните ризици кои ги поставува нивото на хармонии на вашиот трансформатор вклучуваат:

• Ризик 1: Бргу стареење на изолацијата и сериозно намалување на временската продолжителност на живототВременската продолжителност на животот на трансформаторот директно зависи од работната температура. Правилото на палецот покажува дека за секој континуиран пораст на температурата во витките од 6-10°C, стареењето на изолацијата се подвојува, а очекуваната временска продолжителност на животот на трансформаторот се полуполови. Долговремено прекумување ќе го направи изолацијата на трансформаторот да стане хрупка, што ќе доведе до повреди.

• Ризик 2: Намалена реална капацитет за носење на оптерење (необходимо поништување)За да се избегне прекумување, трансформаторот не може да работи на својата номинална капацитет при моменталното ниво на хармонии. Според методот за пресметка во IEEE Std C57.110, трансформаторот мора да се поништи (на пример, кога THDi е 12%, факторот за поништување може да треба да биде 0.92 или помалку). Тоа значи дека трансформатор со номинална капацитет од 1000kVA може да има реална безбедна капацитет за носење на оптерење помала од 920kVA, што ограничува потенцијалот за расширување на капацитетот на системот.

• Ризик 3: Повишена полетна јачина на трансформаторотСпоред формулата за електромотивна сила Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (каде f е фреквенција), хармониите генерираат високочестотен магнетски поток, што индуцира значителни вихрели токови во проводниците на витките, доведувајќи до локални топли точки и прекумување. Превишена фреквенција на хармониите делува како „амплификатор“ — дури и да е мал амплитудата на хармоничкиот магнетски поток Φmh, неговата високочестотна карактеристика ќе ја амплифицира индуцираната межувитковна електромотивна сила h пати. Оваа амплифицирана електромотивна сила се применува на изолацијата на витките, особено на првите неколку витка на цевката, што создава локално прекумување на напон и значително зголемува ризикот од повреда на изолацијата.