Høye harmoniske? Din transformator kan overhete og aldringsprosessen kan skje raskt.

Denne rapporten er basert på analyse av en dags overvåkingsdata for strømkvaliteten i bedriftens distribusjonssystem. Dataene viser at det er betydelig trefase strømharmonisk forvrengning i systemet (med høy total harmonisk forvrengning av strøm, THDi). I henhold til internasjonale standarder (IEC/IEEE) har harmoniske strømer på dette nivået representert betydelige risikoer for trygg, pålitelig og økonomisk drift av strømforsyningstransformator, hovedsakelig uttrykt gjennom ekstra varmeproduksjon, reduksjon av levetid, og til og med skade på transformator.

1. Oversikt over testdata

• Overvåket parameter: Total Harmonic Distortion av trefasestrøm (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Overvåkingstid: 16:00 den 8. september 2025 til 08:00 den 9. september 2025 (Rwandisk tid)

Datakilde: FLUKE 1732 Power Logger

• Under overvåkingsperioden forble total harmonisk forvrengning av trefasestrøm (THDi) på et høyt nivå (for eksempel konsekvent rundt 60%).

• Dette harmoniske nivået overskrider betydelig den anbefalte god praksis rekkevidde (THDi < 5%) og den generelle tillatte rekkevidde (THDi < 8%) for distribusjonssystemer som er spesifisert i internasjonale standarder som IEEE 519-2014 og IEC 61000-2-2.

2. Mekanisme for innvirkning av harmoniske strømer på transformatorer (problemanalyse)

Transformatorer er designet basert på ren 50Hz sinusformet strøm. Harmoniske strømer (spesielt 3., 5. og 7. harmonikker) fører til to kjerneproblemer:

• Dobbel vikhvirveltap: Vikhvirveltapet i transformatorvindinger er proporsjonalt med kvadratet av strømfrekvensen. Høyfrekvente harmoniske strømer fører til en skarp økning i vikhvirveltap, langt over designverdien basert på grunnleggende strøm.

• Ekstra varmeproduksjon og termisk stress: De nevnte ekstra tapene konverteres til varme, som resulterer i uvanlig temperaturøkning i transformatorvindinger og jernkjerner.

3. Risikovurdering basert på internasjonale standarder

I henhold til bestemmelsene i IEC 60076-1 og IEEE Std C57.110 om transformatoroperasjon under ikke-sinusformet strøm, inkluderer de hovedrisikene som den nåværende harmoniske strømnivå representerer for din transformator:

• Risiko 1: Forhastet isolasjonsaldring og alvorlig reduksjon av levetidLevetiden til en transformator er direkte bestemt av dens driftstemperatur. Et regelverk indikerer at for hver kontinuerlige 6-10°C økning i vindingsvarme, dobles isolasjonsaldringen, og forventet levetid av transformator halveres deretter. Langvarig overoppvarming vil føre til at transformatorisolasjonen blir sprø, og til slutt kan det føre til nedbrytningsfeil.

• Risiko 2: Redusert faktisk lastbæreevne (derating nødvendig)For å unngå overoppvarming, kan ikke transformator operere ved sitt nominerte kapasitet under det nåværende harmoniske strømnivå. Ifølge beregningsmetoden i IEEE Std C57.110, må transformator derates (for eksempel når THDi er 12%, kan deratefaktoren måtte være 0.92 eller lavere). Dette betyr at en transformator med et nominert kapasitet på 1000kVA kan ha en faktisk sikker lastbæreevne mindre enn 920kVA, som begrenser systemets kapasitetsutvidelsespotensial.

• Risiko 3: Økt transformatorfeltstyrkeIfølge elektrisk motkraft formel Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (der f er frekvens), genererer harmonikker høyfrekvent magnetisk fluks, som inducerer betydelige vikhvirvelstrømmer i ledningsledere, som fører til lokale varmepunkter og overoppvarming. Overfrekvensen av harmonikker fungerer som en "forsterker" — selv om amplituden av harmonisk magnetisk fluks Φmh er liten, vil dens høyfrekvente karakteristikk forsterke den induerte vinding til vinding elektromotorisk spenning med h ganger. Denne forsterkede elektromotoriske spenningen påføres vindingisolasjon, spesielt de første noen vindinger, som fører til lokal overspenning og øker risikoen for isolasjonsnedbrytning betydelig.