Високі гармоніки? Ваш трансформатор може перегріватися і швидко старіти.

Цей звіт базується на аналізі даних моніторингу якості електроенергії вашої компанії протягом одного дня. Дані показують, що в системі є значна гармонійна спотворення струму (з високим загальним гармонійним спотворенням струму, THDi). Відповідно до міжнародних стандартів (IEC/IEEE), гармонійні струми на цьому рівні становлять значну загрозу для безпечного, надійного та економічного функціонування перетворювача електроенергії, що проявляється у додатковому нагріванні, скороченні терміну служби та навіть пошкодженні перетворювача.

1. Огляд тестових даних

• Моніторовані параметри: Загальне гармонійне спотворення струму трьохфазової системи (A THD[50] Avg [%] L1, L2, L3)

• Тривалість моніторингу: 16:00 години 8 вересня 2025 року - 08:00 години 9 вересня 2025 року (час Руанди)

Джерело даних: FLUKE 1732 Power Logger

• Протягом періоду моніторингу загальне гармонійне спотворення струму трьохфазової системи (THDi) залиталося на високому рівні (наприклад, постійно близько 60%).

• Цей рівень гармоній значно перевищує рекомендовані практики (THDi < 5%) та загальні допустимі обмеження (THDi < 8%) для розподільчих систем, визначені міжнародними стандартами, такими як IEEE 519-2014 та IEC 61000-2-2.

2. Механізм впливу гармонійних струмів на перетворювачі (аналіз проблеми)

Перетворювачі проектуються на основі чистого синусоїдального струму з частотою 50 Гц. Гармонійні струми (особливо 3-та, 5-та та 7-та гармоніки) викликають дві ключові проблеми:

• Подвоєння втрат через завихрення: Втрати через завихрення в обмотках перетворювача пропорційні квадрату частоти струму. Високочастотні гармонійні струми призводять до гострого зростання втрат через завихрення, що значно перевищують проектні значення, базовані на основному струмі.

• Додаткове тепловиділення та термічний напруження: Вказані додаткові втрати перетворюються в тепло, що призводить до аномального підвищення температури в обмотках та серцевині перетворювача.

3. Оцінка ризиків на основі міжнародних стандартів

Відповідно до положень IEC 60076-1 та IEEE Std C57.110 щодо функціонування перетворювачів при несинусоїдальних струмах, основні ризики, пов'язані з поточним рівнем гармоній для вашого перетворювача, включають:

• Ризик 1: Прискорене старіння ізоляції та значне скорочення терміну служби Термін служби перетворювача прямо визначається його робочою температурою. Правило сказує, що при кожному постійному підвищенні температури обмоток на 6-10°C швидкість старіння ізоляції подвоюється, а очікуваний термін служби перетворювача зменшується вдвічі. Довготривалий перегрів призведе до того, що ізоляція перетворювача стане хрупкою, що врешті-решт призведе до аварійних пошкоджень.

• Ризик 2: Зниження фактичної вантажопідйомність (необхідне зниження навантаження) Для уникнення перегріву перетворювач не може працювати на своїй номінальній вантажопідйомність при поточному рівні гармоній. Відповідно до методу розрахунку в IEEE Std C57.110, перетворювач має бути знижений (наприклад, коли THDi становить 12%, фактор зниження може бути 0,92 або нижче). Це означає, що перетворювач з номінальною вантажопідйомністю 1000 кВА може мати фактичну безпечну вантажопідйомність менше 920 кВА, що обмежує потенціал розширення системи.

• Ризик 3: Збільшення магнітного поля перетворювача Відповідно до формули електромотивної сили Et = 4,44 ⋅f⋅Φm (де f — частота), гармоніки генерують високочастотний магнітний потік, який викликає значні завихрення в провідникам обмоток, що призводить до локальних гарячих точок та перегріву. Перевищення частоти гармонік діє як "підсилювач" — навіть якщо амплітуда гармонійного магнітного потоку Φmh невелика, його високочастотна характеристика буде підвищувати викликану міжвиткову електромотивну силу в h разів. Ця підвищена електромотивна сила прикладається до ізоляції обмоток, особливо до перших кількох витків катушки, що призводить до локального перенапруги та значно збільшує ризик пошкодження ізоляції.