Visoke harmonike? Vaš transformator možda pregreja i brzo stari.

Ovaj izveštaj je zasnovan na analizi podataka o kvalitetu napajanja tokom jednog dana u raspodelnom sistemu vaše kompanije. Podaci pokazuju da postoji značajan harmonički iskrivljenje trofaznog struja (sa visokim ukupnim harmoničkim iskrivljenjem struje, THDi). Prema međunarodnim standardima (IEC/IEEE), harmonijske struje na ovom nivou predstavljaju značajne rizike za bezbedno, pouzdano i ekonomično funkcionisanje transformatora za snabdevanje, što se uglavnom manifestuje dodatnim generisanjem toplote, smanjenjem vremena života i čak oštećenjem transformatora.

1. Pregled testnih podataka

• Parametar koji se nadgleda: Ukupno harmoničko iskrivljenje trofazne struje (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Vreme nadgledanja: od 16:00 h 8. septembra 2025. do 08:00 h 9. septembra 2025. (vreme u Ruandi)

Izvor podataka: FLUKE 1732 Power Logger

• Tokom vremena nadgledanja, ukupno harmoničko iskrivljenje trofazne struje (THDi) ostalo je na visokom nivou (npr. konstantno oko 60%).

• Ovaj nivo harmonika značajno prelazi preporučene dobre prakse (THDi < 5%) i opšte dopušteni opseg (THDi < 8%) za raspodelne sisteme definisane u međunarodnim standardima kao što su IEEE 519-2014 i IEC 61000-2-2.

2. Mekhanizam uticaja harmonijskih struja na transformatore (analiza problema)

Transformatori su dizajnirani na osnovu čiste sinusne struje od 50 Hz. Harmonijske struje (posebno 3., 5. i 7. harmonik) dovode do dva ključna problema:

• Duplo povećanje gubitaka od vrtlogastih struja: Gubitci od vrtlogastih struja u vitičastim namotajima transformatora su proporcionalni kvadratu frekvencije struje. Visoko-frekventne harmonijske struje dovode do značajnog porasta gubitaka od vrtlogastih struja, daleko prevazilazeći projektnu vrednost baziranu na osnovnoj struji.

• Dodatno generisanje toplote i toplinska stres: Navedeni dodatni gubitci pretvaraju se u toplotu, što dovodi do anormalnog porasta temperature vitica i željeznog jezgra transformatora.

3. Procena rizika prema međunarodnim standardima

Prema odredbama IEC 60076-1 i IEEE Std C57.110 o radu transformatora pod uslovima nesinusne struje, glavni rizici koje trenutni nivo harmonika predstavlja za vaš transformator uključuju:

• Rizik 1: Ubrzanost starjenja izolacije i značajno smanjenje vremena životaVreme života transformatora direktno zavisi od njegove radne temperature. Pravilo palca kaže da za svaki kontinualan porast temperature vitica od 6-10°C stopa starjenja izolacije se udvostručava, a očekivano vreme života transformatora se polovi. Dugoročno pregrejavanje će dovesti do hrskavosti izolacije transformatora, što će eventualno dovesti do grešaka u radu.

• Rizik 2: Smanjena stvarna nosivost opterećenja (potrebno deritiranje)Da bi se izbegao pregrejavanje, transformator ne može raditi na svojoj nominalnoj nosivosti pod trenutnim nivoom harmonika. Prema metodi računanja u IEEE Std C57.110, transformator mora biti deritiran (na primer, kada je THDi 12%, faktor deritiranja može biti 0.92 ili niži). To znači da transformator sa nominalnom nosivosti od 1000 kVA može imati stvarnu sigurnu nosivost manju od 920 kVA, ograničavajući potencijal za proširenje kapaciteta sistema.

• Rizik 3: Povećanje jačine polja transformatoraPrema formuli za elektromotornu snagu Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (gde je f frekvencija), harmonici generišu visoko-frekventne magnetne fluks, koji indukuju značajne vrtlogaste struje u vodičima vitica, dovodeći do lokalnih točkagrejanja i pregrejavanja. Prekomerna frekvencija harmonika deluje kao "pojacivač" — čak i ako je amplituda harmonijskog magnetnog fluksa Φmh mala, njegova visoko-frekventna karakteristika će indukovati turn-to-turn elektromotornu snagu umnoženu h puta. Ova pojačana elektromotorna snaga primenjuje se na izolaciju vitica, posebno na prvih nekoliko navijanja, dovodeći do lokalnog prenapona i značajno povećavajući rizik od rušenja izolacije.