Jak rozwiązywać problemy z jakością energii w transformatorach systemu elektrycznego

Transformatory i monitorowanie jakości zasilania

Transformator jest kluczowym elementem systemu zasilania. Monitorowanie jakości zasilania jest podstawowe dla zapewnienia bezpieczeństwa transformatora, poprawy efektywności systemu oraz obniżenia kosztów eksploatacji i konserwacji – bezpośrednio wpływając na niezawodność i wydajność całego sieci energetycznej.

Dlaczego przeprowadzać testy jakości zasilania na transformatorach?

• Zapewnienie bezpiecznej pracy transformatora
  Problemy z jakością zasilania, takie jak harmoniczne, wahania napięcia i nierównowaga obciążeń, mogą powodować nadmierny nagrzewanie, starzenie się izolacji, obniżoną wydajność i nawet przedwczesny awarię.

• Identyfikacja zanieczyszczenia harmoniczami i zapobieganie przeciążeniu
  Współczesne systemy zasilania szeroko stosują nieliniowe obciążenia (np. systemy UPS, elektronika mocy, inwertery), które generują prądy harmoniczne. Te zwiększają straty żelaza i miedzi w transformatorach. Gdy całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD) przekracza 5%, transformatory są narażone na istotne ryzyko przeciążenia.

• Zapobieganie awariom sprzętu spowodowanym wahaniem napięcia
  Częste wahania napięcia lub migotanie mogą destabilizować transformator i sprzęty położone dalej w sieci, prowadząc do błędów operacyjnych.

• Kontrola nierównowagi obciążeń w celu uniknięcia lokalnego nagrzewania
  Nierównowaga obciążeń trójfazowych powoduje nadmierny prąd neutralny, co prowadzi do lokalnego nagrzewania, obniżonej wydajności i potencjalnej uszkodzeniem transformatora.

• Zapewnienie bezpieczeństwa systemu uziemienia i zapobieganie problemom z napięciem N-G
  Niewłaściwe projektowanie uziemienia może prowadzić do dryfu punktu neutralnego, powodując anormalne napięcie Neutral-to-Ground (N-G), co zakłóca pracę transformatora i funkcjonowanie urządzeń ochronnych.

Jak przeprowadzać systematyczne monitorowanie jakości zasilania na transformatorach

Kontrola harmoniczna i zastosowanie czynnika K

• Używanie transformatorów K-Factor: Wybierz odpowiednią klasę K (np. K-4, K-13, K-20) na podstawie charakterystyk harmonicznych obciążeń, aby zwiększyć zdolność transformatora do znoszenia prądów harmonicznych.

• Ograniczanie THD (Całkowite Zniekształcenie Harmoniczne): Utrzymuj THD poniżej 5%, zgodnie ze standardami IEEE 519.

• Instalacja sprzętu filtrowego: Wdrażaj filtry aktywne lub pasywne w pobliżu źródeł harmonicznych, aby zmniejszyć wprowadzanie harmonicznych do systemu.

Stłumianie zniekształceń i wahania napięcia

• Używanie sprzętu stabilizującego napięcie: Zastosuj automatyczne regulatory napięcia (AVR) lub statyczne generatory var (SVG) do stabilizacji napięcia.

• Optymalizacja planowania obciążeń: Unikaj jednoczesnego uruchamiania urządzeń o dużej mocy, aby minimalizować opadanie napięcia.

• Wdrożenie monitoringu i alarmowania: Wdrażaj systemy monitoringu jakości zasilania, aby wykrywać i sygnalizować anomalie napięcia w czasie rzeczywistym.

Minimalizacja nierównowagi obciążeń

• Optymalizacja rozkładu obciążeń: Utrzymuj zrównoważone prądy trójfazowe.

• Używanie balanserów obciążeń: Automatycznie równoważ obciążenia w aplikacjach, gdzie ręczna regulacja jest niewykonalna.

• Regularne kontrole i korekty: Używaj analizatorów jakości zasilania, aby monitorować i korygować poziomy nierównowagi okresowo.

Praktyki uziemienia transformatorów

• Poprawne projektowanie i utrzymanie systemu uziemienia

• Uziemienie neutrali: W oddzielnie wygenerowanych systemach (SDS), punkt neutralny musi być prawidłowo uziemiony zgodnie ze standardami, takimi jak NEC 250, aby zapobiec „płynącemu uziemieniu”.

• Kontrola napięcia N-G: Stabilizuj potencjał neutralny poprzez właściwe uziemienie, aby zminimalizować napięcie Neutral-to-Ground.

• Zgodny opór uziemienia: Upewnij się, że opór uziemienia spełnia wymagania norm (np. ≤4Ω).

• Unikanie mieszania uziemień: Trzymaj uziemienie sygnałowe i uziemienie zasilania osobno, aby zmniejszyć interferencje.

• Regularne testy: Używaj testera oporu uziemienia, aby regularnie weryfikować integralność systemu.

Określanie pojemności z uwzględnieniem korekty współczynnika zniekształcenia

• Biorąc pod uwagę współczynnik szczytowy (CF) i współczynnik deratacji harmonicznej (HDF): Dostosuj pojemność transformatora na podstawie rzeczywistych charakterystyk obciążeń.

• Postępuj zgodnie z ANSI/IEEE C57.110: Zastosuj współczynniki deratacji zgodnie ze standardem, aby dokonać dokładnego wyboru pojemności.

• Zapewnienie rezerwy pojemnościowej: Przy projektowaniu zarezerwuj 10–20% dodatkowej pojemności, aby uwzględnić przyszłe obciążenia i efekty harmoniczne.