ฮาร์โมนิกสูง? หม้อแปลงของคุณอาจกำลังร้อนเกินและเสื่อมสภาพเร็ว

รายงานนี้สร้างขึ้นบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ข้อมูลการตรวจสอบคุณภาพไฟฟ้าเป็นเวลาหนึ่งวันของระบบการกระจายพลังงานของบริษัทของคุณ ข้อมูลแสดงให้เห็นว่ามีการบิดเบือนฮาร์โมนิกของกระแสไฟฟ้าสามเฟสอย่างมากในระบบ (โดยมีความบิดเบือนฮาร์โมนิกรวมของกระแสไฟฟ้า THDi สูง) ตามมาตรฐานสากล (IEC/IEEE) กระแสฮาร์โมนิกในระดับนี้ได้ก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อการดำเนินงานที่ปลอดภัย เชื่อถือได้ และประหยัดของหม้อแปลงพลังงาน โดยส่วนใหญ่จะแสดงออกผ่านการสร้างความร้อนเพิ่มเติม การลดอายุการใช้งาน และแม้กระทั่งความเสียหายของหม้อแปลง

1. ภาพรวมของข้อมูลทดสอบ

• พารามิเตอร์ที่ตรวจสอบ: ความบิดเบือนฮาร์โมนิกรวมของกระแสไฟฟ้าสามเฟส (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• ระยะเวลาการตรวจสอบ: เวลา 16.00 น. วันที่ 8 กันยายน 2025 ถึงเวลา 08.00 น. วันที่ 9 กันยายน 2025 (ตามเวลาท้องถิ่นรวันดา)

แหล่งข้อมูล: FLUKE 1732 Power Logger

• ตลอดช่วงเวลาการตรวจสอบ ความบิดเบือนฮาร์โมนิกรวมของกระแสไฟฟ้าสามเฟส (THDi) ยังคงอยู่ในระดับสูง (เช่น อยู่ที่ประมาณ 60% อย่างต่อเนื่อง)

• ระดับฮาร์โมนิกนี้สูงกว่าขอบเขตที่แนะนำสำหรับปฏิบัติที่ดี (THDi < 5%) และขอบเขตที่ยอมรับได้ทั่วไป (THDi < 8%) สำหรับระบบการกระจายพลังงานที่ระบุไว้ในมาตรฐานสากลเช่น IEEE 519-2014 และ IEC 61000-2-2 อย่างมาก

2. กลไกของผลกระทบของกระแสฮาร์โมนิกต่อหม้อแปลง (การวิเคราะห์ปัญหา)

หม้อแปลงถูกออกแบบมาบนพื้นฐานของกระแสไฟฟ้าไซนัสอย่างเดียวที่ 50Hz กระแสฮาร์โมนิก (โดยเฉพาะฮาร์โมนิกที่ 3, 5, และ 7) ทำให้เกิดปัญหาหลักสองประการ:

• การสูญเสียจากการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า: การสูญเสียจากการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าในขดลวดหม้อแปลงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่ของกระแสไฟฟ้า กระแสฮาร์โมนิกความถี่สูงทำให้การสูญเสียจากการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก มากกว่าค่าที่ออกแบบไว้ตามกระแสไฟฟ้าพื้นฐาน

• การสร้างความร้อนเพิ่มเติมและการสะสมความร้อน: การสูญเสียเพิ่มเติมดังกล่าวถูกแปลงเป็นความร้อน ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในขดลวดและแกนเหล็กของหม้อแปลงอย่างผิดปกติ

3. การประเมินความเสี่ยงตามมาตรฐานสากล

ตามบทบัญญัติของ IEC 60076-1 และ IEEE Std C57.110 เกี่ยวกับการทำงานของหม้อแปลงภายใต้กระแสไฟฟ้าที่ไม่เป็นไซนัส ความเสี่ยงหลักที่ระดับฮาร์โมนิกของกระแสไฟฟ้าปัจจุบันมีต่อหม้อแปลงของคุณรวมถึง:

• ความเสี่ยงที่ 1: การเร่งความเสื่อมของฉนวนและการลดอายุการใช้งานอย่างรุนแรง อายุการใช้งานของหม้อแปลงถูกกำหนดโดยอุณหภูมิในการทำงาน กฎทั่วไประบุว่าสำหรับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิขดลวดอย่างต่อเนื่อง 6-10°C ความเร็วในการเสื่อมของฉนวนจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า และอายุการใช้งานที่คาดหวังของหม้อแปลงจะลดลงครึ่งหนึ่ง การทำงานที่มีอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่องจะทำให้ฉนวนของหม้อแปลงเปราะบางและสุดท้ายอาจนำไปสู่ความเสียหายจากการแตกหัก

• ความเสี่ยงที่ 2: การลดความสามารถในการรับโหลดจริง (จำเป็นต้องลดความจุ) เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดความร้อนสูง หม้อแปลงไม่สามารถทำงานที่ความจุที่กำหนดไว้ภายใต้ระดับฮาร์โมนิกของกระแสไฟฟ้าปัจจุบัน ตามวิธีการคำนวณใน IEEE Std C57.110 หม้อแปลงต้องลดความจุ (เช่น เมื่อ THDi เป็น 12% ตัวคูณลดความจุอาจต้องเป็น 0.92 หรือน้อยกว่า) นั่นหมายความว่าหม้อแปลงที่มีความจุที่กำหนดไว้ 1000kVA อาจมีความสามารถในการรับโหลดจริงน้อยกว่า 920kVA ซึ่งจำกัดศักยภาพในการขยายความจุของระบบ

• ความเสี่ยงที่ 3: การเพิ่มความแข็งแรงสนามแม่เหล็กของหม้อแปลง ตามสูตรแรงดันไฟฟ้า Et = 4.44 ⋅f⋅Φm (เมื่อ f คือความถี่) ฮาร์โมนิกสร้างสนามแม่เหล็กความถี่สูง ซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าวนรอบในสายนำขดลวดอย่างมาก ทำให้เกิดจุดร้อนและเกิดความร้อนสูง ความถี่สูงของฮาร์โมนิกทำหน้าที่เหมือน "ตัวขยาย" แม้ว่าขนาดของสนามแม่เหล็กฮาร์โมนิก Φmh จะน้อย แต่ลักษณะความถี่สูงจะขยายแรงดันไฟฟ้าระหว่างวงจรภายในขดลวด h เท่า แรงดันไฟฟ้าที่ขยายแล้วนี้ถูกนำไปใช้กับฉนวนขดลวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรแรกๆ ของขดลวด ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงในท้องถิ่นและเพิ่มความเสี่ยงของการแตกหักของฉนวนอย่างมาก