Jak řešit problémy s kvalitou elektrické energie v transformátorech elektrických systémů

Transformátory a sledování kvality elektrické energie

Transformátor je zásadní komponentou elektrického systému. Sledování kvality elektrické energie je základem pro zajištění bezpečnosti transformátorů, zlepšení efektivity systému a snížení provozních a údržbářských nákladů – což má přímý vliv na spolehlivost a výkon celé elektrické sítě.

Proč provádět testy kvality elektrické energie na transformátorech?

• Zajištění bezpečného provozu transformátoru
  Problémy s kvalitou elektrické energie, jako jsou harmonické složky, kolísání napětí a nerovnoměrné zatížení, mohou způsobit přehřívání, stárnutí izolace, snížení efektivity a dokonce i předčasné selhání.

• Identifikace harmonického znečištění a prevence přetížení
  Současné elektrické systémy široce používají nelineární zátěže (např. UPS systémy, energetická elektronika, inverzory), které generují harmonické proudy. Tyto zvyšují železné a měděné ztráty v transformátorech. Pokud celkové harmonické zkreslení (THD) přesahuje 5 %, transformátory čelí významnému riziku přetížení.

• Prevence poruch vybavení způsobených kolísáním napětí
  Časté kolísání napětí nebo blikání mohou destabilizovat transformátor a zařízení dále po síti, což vedou k provozním chybám.

• Kontrola nerovnoměrného zatížení a prevence lokálního přehřívání
  Nerovnoměrné třífázové zatížení způsobuje nadměrný neutrální proud, což vede k lokálnímu přehřívání, snížení efektivity a možnému poškození transformátoru.

• Zajištění bezpečnosti zemnícího systému a prevence problémů s N-G napětím
  Nesprávné návrhy zemnících systémů mohou vést k posunu neutrálního bodu, což způsobuje anormální Neutral-to-Ground (N-G) napětí, což ruší funkci transformátoru a ochranných zařízení.

Jak provést systematické sledování kvality elektrické energie na transformátorech

Kontrola harmonických složek a aplikace K-faktoru

• Použití transformátorů s K-faktorem: Vyberte vhodné K-hodnocení (např. K-4, K-13, K-20) na základě charakteristik harmonických složek zátěže, aby se zvýšila schopnost transformátoru odolat harmonickým proudům.

• Omezení THD (Celkové harmonické zkreslení): Udržujte THD pod 5 % v souladu se standardy IEE-Business 519.

• Instalace filtračního zařízení: Nasazujte aktivní nebo pasivní filtry blízko zdrojů harmonických složek, aby se snížilo vstřikování harmonických složek do systému.

Potlačení zkreslení a kolísání napětí

• Použití stabilizačního zařízení napětí: Použijte automatické regulátory napětí (AVR) nebo statické var generátory (SVG) pro stabilizaci napětí.

• Optimalizace plánování zátěže: Vyhýbejte se současnému startu vysokovýkonového zařízení, abyste minimalizovali poklesy napětí.

• Implementace sledování a vydávání upozornění: Nasazujte systémy sledování kvality elektrické energie pro detekci a upozorňování na anomálie napětí v reálném čase.

Mírnění nerovnoměrného zatížení

• Optimalizace distribuce zátěže: Udržujte vyrovnané třífázové proudy.

• Použití vyvažovačů zátěže: Automaticky vyvažujte zátěže v aplikacích, kde je manuální nastavení nereálné.

• Pravidelná inspekce a úpravy: Používejte analyzátory kvality elektrické energie pro pravidelné sledování a korekci úrovní nerovnováhy.

Praxe zemnícení transformátorů

• Správné návrhování a údržba zemnícího systému

• Zemnění neutrálu: V oddělených zdrojích (SDS) musí být neutrální bod správně zemněn podle standardů, jako je NEC 250, aby se zabránilo "plavajícímu zemnění."

• Kontrola N-G napětí: Stabilizujte neutrální potenciál prostřednictvím správného zemnění, aby se minimalizovalo Neutral-to-Ground napětí.

• Splnění požadavků na odpor zemnění: Zajistěte, aby odpory zemnění splňovaly požadavky norm (např. ≤4Ω).

• Vyhněte se směšování zemnění: Držte signální a výkonové zemnění oddělené, aby se snížila interference.

• Pravidelné testování: Používejte testér odporu zemnění pro periodickou kontrolu integrity systému.

Určení kapacity s korekcí faktoru zkreslení

• Zohlednění faktoru vrcholu (CF) a faktoru derating harmonických složek (HDF): Upravte kapacitu transformátoru na základě skutečných charakteristik zátěže.

• Dodržování ANSI/IEEE C57.110: Aplikujte faktory derating podle tohoto standardu pro přesné určení kapacity.

• Poskytnutí rezervy kapacity: Rezervujte 10–20 % navíc při návrhu, aby bylo možné zahrnout budoucí zátěže a vliv harmonických složek.