THD Sobrecargas: Kiel Harmonioj Detruas Energetikan Ekipaĵon

Kiam la efektiva reto THD superas limojn (ekz., tensio THDv > 5%, streĉo THDi > 10%), ĝi kaŭzas organan damaĝon al aparatoj tra la tuta energokadro — transdonado → distribuado → produktado → kontrolo → konsumado. La kernecesaj mekanismoj estas aldonaĵaj perdoj, rezonantaj superstreĉoj, ŝanĝiĝanta torkego, kaj specimena distordiĝo. La damaĝaj mekanizmoj kaj manifestaĵoj variiĝas signife laŭ tipo de aparato, kiel detale priskribite sube:

1. Transdonadaj aparatoj: Supera varmeco, maljunigo, kaj dramatike reduktita vivdaŭro

Transdonadaj aparatoj direktas la retstreĉon/kuranton. Harmonikoj pligrandigas energiaperdojn kaj izolada degenerado. Klucapartoj afektitaj estas transdonaj linioj (kabeloj/ŝtanglinioj) kaj kuranto-transformiloj (CTs).

1.1 Transdonaj Linioj (Kabeloj / Ŝtanglinioj)

• Damaĝa Mekanismo: Pliaj harmonikaj frekvencoj intensigas la "skinefekton" (altafrekvencaj kurantoj koncentriĝas sur la surfaco de la konduktoro, reduktante efektivan sekcaareon), pligrandigante linian rezistancon. Aldonaĵaj kuproperdoj pligrandigas kun la kvadrato de la harmonika ordo (ekz., la kuproperdo de la 5-a harmoniko estas 25× tiu de la fundamenta).

• Specifaj Damaĝoj:

• Supera Varmeco: Je THDi = 10%, kuproperdoj pligrandigas je 20%-30% kompare al normaj kondiĉoj. Kabla temperaturo povas altiĝi de 70°C al 90°C (superpasante izoladan toleron), akceligante maljunigon kaj fendas de izoladaj stratoj (ekz., XLPE).

• Malpliigita Vivdaŭro: Prolongis supervarmecon reduktas kablan vivdaŭron de 30 jaroj al 15–20 jaroj, potencialigante "izoladan malfunkciigon" kaj mallongcirkvitajn erarojn. (Industria parko brulis du 10kV kabelojn en unu jaro pro supera 3-a harmoniko, kostante pli ol 800,000 RMB en riparadoj.)

1.2 Kuranto-Transformiloj (CTs)

• Damaĝa Mekanismo: Harmonikaj kurantoj (speciale 3-a kaj 5-a) kaŭzas "transientan saturiĝon" de CT ferkorpoj, akre pligrandigante histeresan kaj viktorajn perdojn (aldonaĵaj ferperdoj). Saturiĝo distordas la duaflankan eldonan ondformon, nepermesante akuran reprezenton de la unuaflanka kuranto.

• Specifaj Damaĝoj:

• Koroverŝemo: La temperatura de la CT korpo povas superi 120°C, bruligante izoladon de duaflankaj ventiloj kaj kaŭzante rilatumajn neakuratecojn.

• Protektmisoperacio: Distordita duaflanka kuranto kondukas protektrelukojn (ekz., superkuranta protekto) erare detektadi "linian mallongcirkviton," aktivigante falsajn trippingojn. (Distribua reto spertis 10 konduktorejojn pro CT-saturiĝo, afektante 20,000 domojn.)

2. Distribuaj aparatoj: Frekventaj damaĝoj, sisteme stabiliga kolapsado

Distribuaj aparatoj estas klucaj por "konecti supran kaj suban fluon" en la reto. THD superante limojn kaŭzas la plej direktan damaĝon. Klucapartoj afektitaj inkluzivas potencajn transformilojn, kapacitorbankojn, kaj reaktorojn.

2.1 Potencaj Transformiloj (Distribuaj / Ĉeftransformiloj)

• Damaĝa Mekanismo: Harmonikaj voltoj pligrandigas magnetan histeresan kaj viktorajn perdojn en transformila korpo (aldonaĵaj ferperdoj); harmonikaj kurantoj pligrandigas ventilan kuproperdon. Kombinita, tiuj signife pligrandigas totalajn perdojn. Neequilibrata tri-faza harmoniko ankaŭ pligrandigas neutralan kuranton (al 1.5× fazkuranto), malbonigante lokan supervarmecon.

• Specifaj Damaĝoj:

• Koroverŝemo: Je THDv = 8%, transformila ferperdo pligrandigas je 15%-20%. Korotemperaturo altiĝas de 100°C al 120°C, akceligante degradon de izolada oleo (ekz., 25# transformila oleo), pligrandigante acidon, kaj reduktante dielektran fortikon.

• Ventilo Brulado: Longtempe supervarmega karbonizas ventilan izoladon (ekz., Nomex), kondukante al mallongcirkvitoj. Substacio 110kV ĉeftransformilo suferis ventilan mallongcirkviton post 3 jaroj pro supera 5-a harmoniko, kun riparokostoj super 5 milionoj RMB.

• Malpliigita Vivdaŭro: Prolongis THD reduktas transformilan vivdaŭron de 20 jaroj al 10–12 jaroj.

2.2 Paralelaj Kapacitorbankoj (por Reaktiva Enerĝokompensado)

• Damaĝa Mekanismo: Kapacitanca reaktanco malpligrandigas kun frekvenco (Xc = 1/(2πfC)), do altafrekvencaj harmonikoj induktas superkuranton. Se kapacitoroj formos "harmonikan resonon" kun reto-induktanco (ekz., 5-a orda resono), kuranto povas surgi al 3–5× norma valoro—multe super kapacitora rango.

• Specifaj Damaĝoj:

• Izolada Malfunkciigo: Superkuranto varmegigas internan dielektro (ekz., polipropilenfilmo), kaŭzante trupeton, bulgon, aŭ eĉ eksplodon. (Industria laboratorio damaĝis tri 10kV kapacitorbankojn en unu monaton pro 7-a harmonika resono; anstataŭigokosto por ĉiu banko superis 150,000 RMB.)

• Protektmalfunkciigo: Resonaj kurantoj bruligas fusilinkojn; se protekto ne funkcias, la risko de incendio pligrandigas.

2.3 Seriaj Reaktoroj (por Harmonika Supresado)

• Damaĝa Mekanismo: Kvankam uzitaj por supresi specifajn harmonikojn (ekz., 3-a, 5-a), reaktoroj suferas pligrandigitajn ventilan kuproperdojn sub longtempa harmonika kuranto. Pulsantaj magnetaj kampoj de harmonikoj ankaŭ intensigas korvibracion, kaŭzante mekanikan usuron.

• Specifaj Damaĝoj:

  • Supervojaĵo de la Bobeno: Je THDi = 12%, la kupraj perdoj de la reaktoro pliiĝas je pli ol 30%; la temperaturo de la bobenoj superas 110°C, kio kaŭzas karbonizadon kaj flakigon de la izolada vernakso.

  • Bruo de la Kerno kaj Uzado: La vibracia frekvenco kunlaboras kun harmonikoj, produktante fortan bruon (>85 dB). Longa-tempa vibracio malviciĝas siliciumaĉierajn lamenadojn, reduktante permeablecon kaj rendante harmonikan supresadon neefektivan.

3. Generadaj Ekipaĵoj: Limigo de Elpuŝo, Pligrandiĝo de Sekurecaj Riskoj

Generadaj ekipaĵoj estas la "energia fonto" de la reto. Tro granda THD negativa influas operacian stabilecon. Ĉefaj afektitaj aparatoj: sinkronaj generiloj, inversigiloj de renovabla energio (PV/vento).

3.1 Sinkronaj Generiloj (Termika/Hidra Elektrocentroj)

• Mekanismo de Damaĝo: Harmonikoj de la reto retroalimentas al la statorbobenoj de la generilo, kreante "harmonikan elektromagnetan torkon." Supermetita sur la fundamentan torkon, ĉi tio formigas "pulsantan torkon," pligrandigante vibracion. Harmonikaj korantoj ankaŭ pligrandigas kuprajn perdojn de la statoro, kaŭzante lokan supervojaĵon.

• Specifaj Damaĝoj:

• Malpliigo de Elpuŝo: Unuo de 300MW je THDv = 6% spertas ±0.5% fluctuon de rapido pro pulsanta torko, malpliigante elpuŝon sub 280MW, malpliigante efikecon je 5%-8%.

• Supervojaĵo de la Bobeno: La temperaturo de la statoro povas atingi 130°C (superante la limon de Klasi A izolado de 105°C), akcelante maturaĝon de la izolado kaj riskante interturnajn kortkurtojn.

• Uzado de la Lagero: Pligrandigita vibracio akcelas uzadon de la lagero (ekz., manĝil-lagero), malpliigante vivdaŭron de 5 jaroj al 2–3 jaroj.

3.2 Inversigiloj de Renovabla Energio (PV / Vento)

• Mekanismo de Damaĝo: Inversigiloj estas sensiblaj al THD de la reto (laŭ GB/T 19964-2012). Se THDv en punkto de konekto > 5%, la inversigilo aktivigas "harmonikan protekton" por eviti damaĝon. Aldone, harmonika voltaĝo kaŭzas potencan disbalanceton inter DC kaj AC flankoj, kondukante al supervojaĵo de IGBT-modulo.

• Specifaj Damaĝoj:

• Disligo de la Rezo: En ventparko kun THDv = 7%, 20 unuoj de 1.5MW inversigiloj disligis samtempe, forlasante pli ol 100,000 kWh de venta energio en unu tago, kostante ~50,000 RMB en perditaj revenoj.

• Kruĉo de IGBT: Longtempa operacio sub harmonikoj pligrandigas komutajn perdojn en IGBT-moduloj (ĉefkomponanto), altigante la temperaturon super 150°C, riskante "termikan kruĉon." Repara kostoj por ĉiu inversigilo superas 100,000 RMB.

4. Kontrolaj Ekipaĵoj: Malsimetrigo de Provaĵado, Sistemo Malfuncioj

Kontrolaj ekipaĵoj agas kiel la "cerbo kaj nerva sistemo" de la reto. Tro granda THD kaŭzas malsimetrigon de provantaj datumoj kaj abnorman transdonon de ordonoj. Ĉefaj afektitaj aparatoj: protektaj relukoj, aŭtomataj komunikadaj sistemoj.

4.1 Protektaj Relukoj (Overcurrent / Differential Protection)

• Mekanismo de Damaĝo: Harmonikaj korantoj kaŭzas transestantan saturigon de CT, malsimetrigante provantajn korantajn ondformojn (ekz., plat-topaj ondformoj), kondukante protektajn algoritmojn al misjudico pri amplitudo kaj fazo, trigere erarajn agojn. Harmonikaj voltagoj ankaŭ povas interferi kun la reluka energofonto, kaŭzante malfunkciojn de logika cirkvito.

• Specifaj Damaĝoj:

• Falsa Tripo: Distribua reto kun THDi = 12% spertas malsimetrigon de CT-eligo pro saturigo, kaŭzante overcurrent-protektan falsan detektadon de "linia kortkurto" kaj tripigan de 10 distribuaj linioj, fortranĉante energion al 20,000 domoj dum 4 horoj, rezultigante indirektajn ekonomiajn perdojn super 2 milionoj RMB.

• Mankado de Tripo : Se harmonika interferenco kaŭzas ±10% voltagflukton en la reluka energofonto, la logika cirkvito povas krashi, ne tripi dum realaj defektoj, permesante defektan eskaladon.

4.2 Aŭtomataj Komunikadaj Aparatoj (RS485 / Fiber Moduloj)

• Mekanismo de Damaĝo: Elektromagnetradiaĵo de harmonikoj (ekz., 10V/m RF-interferenco) kunlaboras kun komunikadaj linioj, kaŭzante "bit-flip" en daten-transdonado. Harmonikaj voltagoj ankaŭ perturbas horloĝmodulon, pligrandigante sinkronigajn erarojn.

• Specifaj Damaĝoj:

• Pligrandigita Bit-Erara Tauxo: Pro harmonika interferenco, RS485-komunikada bit-erara tauxo en distribua aŭtomata sistemo pligrandigis de 10⁻⁶ al 10⁻³, malfruigante aŭ perdante disponegajn ordonojn (ekz., "reguli kapacitoran komutan").

• Kruĉo de Modulo: Haltfrekvencaj harmonikoj povas rompi signalisoladajn cirkvitojn (ekz., optokuploj) en komunikadaj moduloj, kaŭzante malfunkcion. Unu substacio detruis 8 fibermodulojn en unu monaton pro 5-a harmonika interferenco.

5. Finaj Uzaj Ekipaĵoj: Degradado de Performanco, Produkta Accidentoj

Finaj uzaj ekipaĵoj reprezentas la "terminalan ŝarĝon" de la reto. Industriaj kaj precizaj aparatoj suferas plej severe pro tro granda THD. Ĉefaj afektitaj aparatoj: industraj motoroj, precizaj aparatoj (litografiaj maŝinoj / medicinaj MRI).

5.1 Industriaj motoroj (induktiomotoroj / sinkronmotoroj)

• Damaĝa mekanismo: Harmoniaj voltaĝoj generas "harmoniajn kurantojn" en la statorvindingoj de la motoro, formante "negativan sekvencon de rotaciantaj magnetaj kampoj." Kiam ili supermetiĝas al la fundamenta kampo, ili produktas "bremsan momenton," kaŭzante ŝanĝejojn de rapido kaj pli grandan vibradon. Harmoniaj kurantoj ankaŭ pligrandigas stator/rotor-kupradperdojn, kondukante al ĝenerala supervarmeco.

• Specifaj damaĝoj:

• Faligo de efikeco: 100kW induktiomotoro je THDv = 7% vidis faligon de efikeco de 92% sub 85%, konsumante pli ol 50,000 kWh ekstra jare (je 0,6 juano/kWh, aldona elektrika kostoj: 30,000 juano/jaro).

• Brulado: Sidmotoro de rolobrilo en akierfabriko brulis dufoje en ses monatoj pro longdaŭra espozo al 7-a harmonio; statora temperaturo atingis 140°C. Anstataŭiga kostoj por ĉiu motoro superis 2 milionojn RMB.

• Vibrado & bruado: Akkeleracio de motorvibrado pligrandiĝis de 0,1g al 0,5g, bruado superis 90dB, afektante laboran medio kaj plirapidigante fondusuron.

5.2 Precizaj aparatoj (semikonduktora litografiomachinoj / medicina MRI)

• Damaĝa mekanismo: Ĉi tiuj aparatoj postulas tre puran voltaĝon (THDv ≤ 2%). Harmonioj pligrandigas ripolton en internaj povrakurantaj aparatoj kaj reduktas ADC-specimencan akuratecon, finfine malhelpante funkciecon.

• Specifaj damaĝoj:

• Perdo de precizeco: Semikonduktora litografiomachino je THDv = 4% vidis faligon de laserpoziciona precizeco de 0,1μm al 0,3μm, reduktante rendimenton de vafro de 95% al 80%, perdante pli ol 500,000 juano valoron de produkto tagmeze.

• Malfermo de aparato: Harmonioj kaŭzis kurantajn fluktuojn en gradientaj spiroj de MRI, malhelpante klaran bildigon, forĉe malfermante operaciojn. (Hospitale haltigis MRI-operaciojn dum 2 tagoj pro troa 3-a harmonio, perdante pli ol 100,000 juano diagnostikajn revenojn.)

Resumo: Kernaj reguloj de THD-inducita aparateca damaĝo

• Induktaj aparatoj (transformiloj, motoroj, reaktoroj): Sensiblaj al "aldonaj perdoj" — harmonioj pligrandigas feron/kupran perdojn, kun supervarmeco kaj vetusteco estanta primaraj damaĝoj.

• Kapacitaj aparatoj (kapacitoroj): Sensiblaj al "rezonanca superkuranto" — harmonioj facile aktivigas rezoncon, kun superkuranta izolbrolado estanta ĉefa damaĝo.

• Regilaj aparatoj (relaĵoj, komunikaj sistemoj): Sensiblaj al "specimenca distordo" — harmonioj distordas datumojn, kondukante al misoperacioj aŭ malsukcesoj operaci.

• Precizaj aparatoj (litografiomachinoj, MRI): Sensiblaj al "formodistordo" — harmonioj pligrandigas voltagripplon, kondukante al perdo de precizeco.

Do, elektraj retoj devas adopti duoblan strategion:
"Harmonia monitorado (kontrolado de THD-mezurado eraro ≤ ±0,5%) + Aktiva filtrado (APF) / Pasiva filtrado"
por teni THDv en la nacia normlimo de 5%, do prevenante aparatecan damaĝon je la fonto.