Höga harmoniska? Din transformator kan överhettas och åldras snabbt.

Detta rapport är baserat på analys av en dagars övervakningsdata för strömkvaliteten i företagets distributionsnät. Datat visar att det finns betydande trefasströmförvrängning i systemet (med ett högt totalt harmoniskt förvrängningsvärde för ström, THDi). Enligt internationella standarder (IEC/IEEE) har harmoniska strömmar på detta nivå utgjort stora risker för den säkra, tillförlitliga och ekonomiska drift av strömförsörjningstransformatorn, främst genom ökad värmeutveckling, minskad livslängd och till och med transformatorskador.

1. Översikt av testdata

• Övervakad parameter: Total Harmonisk Förvrängning av Trefasström (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Övervakningstid: Kl. 16:00 den 8 september 2025 till kl. 08:00 den 9 september 2025 (Rwandansk tid)

Datakälla: FLUKE 1732 Power Logger

• Under övervakningsperioden var den totala harmoniska förvrängningen av trefasström (THDi) konstant hög (till exempel runt 60%).

• Denna harmoniknivå överstiger betydligt den rekommenderade goda praxisområdet (THDi < 5%) och det generella tillåtna området (THDi < 8%) för distributionsnät som anges i internationella standarder som IEEE 519-2014 och IEC 61000-2-2.

2. Mekanism för harmoniska strömmars inverkan på transformatorer (problem analys)

Transformatorer är utformade baserat på ren 50Hz-sinusformad ström. Harmoniska strömmar (särskilt tredje, femte och sjunde harmoniker) orsakar två kärnproblem:

• Dubbel virvelströmsförlust: Virvelströmsförlusten i transformatorvindningar är proportionell mot kvadraten av strömfrekvensen. Högfrekventa harmoniska strömmar leder till en skarp ökning av virvelströmsförlust, långt över designvärdet baserat på grundström.

• Ytterligare värmeutveckling och termisk stress: De ovan nämnda extraförlusterna omvandlas till värme, vilket resulterar i ovanliga temperaturhöjningar i transformatorvindningar och järnkärnor.

3. Riskbedömning enligt internationella standarder

Enligt bestämmelserna i IEC 60076-1 och IEEE Std C57.110 angående transformerdrift under icke-sinusformad ström, inkluderar de huvudsakliga riskerna från det aktuella harmoniska nivån för din transformator:

• Risk 1: Förökad isoleringsåldring och allvarlig minskning av livslängd. Transformatorns livslängd fastställs direkt av dess drifttemperatur. En tumregel indikerar att för varje kontinuerlig 6-10°C temperaturhöjning i vindnings temperaturen, dubblas isoleringsåldringens hastighet, och den förväntade livslängden halveras därefter. Långvarig överhettning kommer att göra transformatorisoleringen spröd, vilket slutligen leder till brytningssvikten.

• Risk 2: Minskad faktisk belastningskapacitet (nedgradering krävs)För att undvika överhettning kan transformatorn inte drivas vid sin nominella kapacitet vid det aktuella harmoniska nivån. Enligt beräkningsmetoden i IEEE Std C57.110 måste transformatorn nedgraderas (till exempel när THDi är 12%, kan nedgraderingsfaktorn behöva vara 0,92 eller lägre). Detta innebär att en transformator med en nominell kapacitet på 1000kVA kan ha en faktisk säker belastningskapacitet på mindre än 920kVA, vilket begränsar systemets kapacitetsutvidgningspotential.

• Risk 3: Ökad transformatorfältstyrkaEnligt elmotkraftsformeln Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (där f är frekvens), genererar harmoniska högfrekventa magnetflöden, vilket inducerar betydande virvelströmmar i ledningsledarna, vilket leder till lokala hetpunkter och överhettning. Den överfrekvensen av harmoniska verkar som en "förstärkare" - även om amplituden av det harmoniska magnetflödet Φmh är liten, kommer dess högfrekventa karaktär att förstärka den inducerade spännings mellan varv med h gånger. Denna förstärkta spänning appliceras på vindningsisoleringen, särskilt de första får varven i spolen, vilket orsakar lokalt överspänning och ökar risken för isoleringsbrott betydligt.