Hoge harmonischen? Uw transformatie-installatie kan oververhit raken en snel verouderen.

Dit rapport is gebaseerd op de analyse van één dag aan gegevens over de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening van het distributiesysteem van uw bedrijf. De gegevens tonen aan dat er een aanzienlijke driefasige stroomvervorming in het systeem bestaat (met een hoge totale harmonische vervorming van de stroom, THDi). Volgens internationale normen (IEC/IEEE) stellen harmonische stromen op dit niveau aanzienlijke risico's in voor de veilige, betrouwbare en economische werking van de voedingstransformator, voornamelijk zichtbaar in extra warmte-ontwikkeling, vermindering van de levensduur en zelfs schade aan de transformator.

1. Overzicht van testgegevens

• Gemonitorde parameter: Totale harmonische vervorming van de driefasige stroom (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Monitorperiode: 16:00 uur op 8 september 2025 tot 08:00 uur op 9 september 2025 (Rwandese tijd)

Gegevensbron: FLUKE 1732 Power Logger

• Tijdens de monitorperiode bleef de totale harmonische vervorming van de driefasige stroom (THDi) op een hoog niveau (bijvoorbeeld consistent rond 60%).

• Dit harmonische niveau overschrijdt aanzienlijk het aanbevolen goede praktijkbereik (THDi < 5%) en het algemeen toegestane bereik (THDi < 8%) voor distributiesystemen zoals gespecificeerd in internationale normen zoals IEEE 519-2014 en IEC 61000-2-2.

2. Mechanisme van de invloed van harmonische stromen op transformatoren (probleemanalyse)

Transformatoren zijn ontworpen op basis van zuivere 50Hz sinusvormige stroom. Harmonische stromen (vooral de 3e, 5e en 7e harmonischen) veroorzaken twee kernproblemen:

• Dubbelde veldstroomverlies: Het veldstroomverlies in de transformerwindingen is evenredig met het kwadraat van de stroomfrequentie. Hoogfrequente harmonische stromen leiden tot een scherpe toename van het veldstroomverlies, wat ver boven het ontwerpwaarde gebaseerd op de grondstroom uitkomt.

• Extra warmte-ontwikkeling en thermische spanning: De genoemde extra verliezen worden omgezet in warmte, wat resulteert in abnormale temperatuurstijgingen in de transformerwindingen en ijzerkernen.

3. Risicobeoordeling op basis van internationale normen

Overeenkomstig de bepalingen van IEC 60076-1 en IEEE Std C57.110 met betrekking tot de werking van transformatoren onder niet-sinusvormige stroom, omvatten de belangrijkste risico's die het huidige harmonische niveau voor uw transformator met zich meebrengt:

• Risico 1: Versnelde isolatie-ouderdom en ernstige vermindering van de levensduurDe levensduur van een transformator wordt direct bepaald door de werktijdtemperatuur. Als regel van duim geldt dat voor elke continue stijging van de windingstemperatuur met 6-10°C, de ouderdomssnelheid van de isolatie verdubbelt, en de verwachte levensduur van de transformator daarmee gehalveerd wordt. Langdurige overheating zal de isolatie van de transformator bros maken, uiteindelijk leidend tot storingen door inslag.

• Risico 2: Verminderde daadwerkelijke belastbaarheid (derating vereist)Om overheating te voorkomen, kan de transformator niet op volle capaciteit werken bij het huidige harmonische niveau. Volgens de berekeningmethode in IEEE Std C57.110 moet de transformator worden gederrateerd (bijvoorbeeld, als THDi 12% is, kan de deratingfactor 0,92 of lager moeten zijn). Dit betekent dat een transformator met een nominale capaciteit van 1000kVA een daadwerkelijke veilige belastbaarheid heeft van minder dan 920kVA, wat de potentie voor capaciteitsexpansie van het systeem beperkt.

• Risico 3: Verhoogde veldsterkte van de transformatorVolgens de elektromotiefkrachtformule Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (waarbij f de frequentie is), genereren harmonieën hoogfrequente magnetische flux, wat significante veldstromen in de geleiders van de windingen induceert, wat leidt tot lokale heetpunten en overheating. De overfrequentie van harmonieën werkt als een "versterker" — zelfs als de amplitude van de harmonische magnetische flux Φmh klein is, zal de hoogfrequente eigenschap de geïnduceerde spoelspanning tussen windingen door h keer versterken. Deze versterkte elektromotiefkracht wordt toegepast op de isolatie van de winding, vooral de eerste paar windingen, wat leidt tot lokale overspanningen en drastisch verhoogt het risico op isolatiestoringen.