Хармониците са сериозна загриженост в електрическите енергийни системи и тяхното въздействие върху силови трансформатори от сух тип е тема, която изисква внимание. Като доставчик наСилов трансформатор сух тип, бях свидетел от първа ръка на предизвикателствата и последиците, които хармониците могат да поставят пред тези основни компоненти на електрическата инфраструктура.
Разбиране на хармониците
Хармониците са синусоидални напрежения или токове, които имат честоти, кратни на основната честота (обикновено 50 или 60 Hz). В една идеална енергийна система вълните на напрежението и тока са чисти синусоиди на основната честота. Все по-широкото използване на нелинейни товари като задвижвания с променлива честота, компютри и електронни баласти доведе до въвеждането на хармоници в енергийната система.
Нелинейните товари черпят ток в кратки импулси, а не в гладка синусоидална форма на вълната. Тези несинусоидални вълни на тока съдържат хармонични компоненти. Например, ток на трета хармоника има честота три пъти по-голяма от основната честота, ток на пета хармоника има честота пет пъти по-голяма от основната честота и т.н.
Въздействие върху силовите трансформатори от сух тип
1. Повишено отопление
Едно от най-значимите въздействия на хармониците върху силовите трансформатори от сух тип е повишеното нагряване. Трансформаторите са проектирани да работят със синусоидални вълни на основната честота. Когато има хармоници, допълнителните хармонични токове, протичащи през намотките на трансформатора, причиняват допълнителни загуби.
Загубите в трансформатора могат да бъдат разделени на два основни типа: загуби в мед и загуби в сърцевината. Загубите на мед са пропорционални на квадрата на тока, протичащ през намотките. Тъй като хармоничните токове се добавят към общия ток, загубите на мед се увеличават значително. Например, ако в системата присъства ток на третата хармоника, общият ток в намотката е векторната сума на основния ток и тока на третата хармоника. Увеличаването на тока води до увеличаване на $I^{2}R$ загубите, където $I$ е токът, а $R$ е съпротивлението на намотката.
Загубите в сърцевината също се увеличават поради хармоници. Хистерезисът и загубите от вихров ток в сърцевината на трансформатора зависят от честотата. Хармониците с по-висока честота причиняват по-бързи промени в магнитното поле в сърцевината, което води до увеличени загуби от хистерезис. Загубите от вихрови токове са пропорционални на квадрата на честотата, така че наличието на високочестотни хармоници може да причини значително увеличение на загубите от вихрови токове.
Това повишено нагряване може да има няколко отрицателни последици. Това може да намали живота на изолацията на трансформатора. Изолационните материали в сухи трансформатори, като епоксидна смола вСух трансформатор от епоксидна смола, са проектирани да работят в определен температурен диапазон. Прекомерното нагряване може да доведе до по-бързо разграждане на изолацията, което води до разрушаване на изолацията и потенциална повреда на трансформатора.
2. Намаляване на мощността на трансформаторите
Поради увеличеното нагряване, причинено от хармоници, може да се наложи намаляване на мощността на сухите силови трансформатори. Намаляването на мощността означава намаляване на номиналния капацитет на трансформатора, за да се гарантира, че той може да работи безопасно при условия, богати на хармоници.
Размерът на необходимото намаляване зависи от големината и честотата на хармониците, присъстващи в системата. Например, ако общото хармонично изкривяване (THD) на тока е относително ниско, да кажем по-малко от 10%, намаляването на мощността може да е минимално. Въпреки това, ако THD е висок, например 30% или повече, трансформаторът може да се наложи да бъде намален със значително количество, може би 20 - 30% от номиналния му капацитет.
Намаляването на мощността на трансформатор може да бъде скъпо решение. Може да изисква инсталирането на трансформатор с по-голям капацитет, отколкото би било необходимо в нехармонична среда. Това увеличава първоначалната инвестиция и освен това заема повече място в електрическата инсталация.
3. Изкривяване на напрежението
Хармониците също могат да причинят изкривяване на напрежението в електроенергийната система. Когато хармоничните токове протичат през импеданса на трансформатора и свързаната електрическа мрежа, те създават спадове на напрежението при хармоничните честоти. Тези спадове на напрежението изкривяват формата на вълната на напрежението на клемите на трансформатора.
Изкривяването на напрежението може да има отрицателно въздействие върху работата на друго електрическо оборудване, свързано към същата система. Например, чувствително електронно оборудване може да работи неизправно или да има намалена надеждност поради изкривеното напрежение. В допълнение, изкривяването на напрежението може да причини допълнителни загуби в други електрически устройства, което води до повишена консумация на енергия.
4. Звуков шум
Наличието на хармоници може да увеличи звуковия шум, излъчван от сухи трансформатори. Магнитните сили в ядрото на трансформатора са пропорционални на квадрата на плътността на магнитния поток. Тъй като хармониците причиняват промени в магнитното поле, те могат да доведат до повишени механични вибрации в сърцевината и намотките.
Тези вибрации се предават към корпуса на трансформатора и се излъчват като звукови вълни. Високочестотните хармоници могат да произведат високочестотно виене или бръмчене, което може да бъде неудобство в жилищни или търговски райони, където се намира трансформаторът.
Стратегии за смекчаване
1. Хармонични филтри
Хармоничните филтри са един от най-разпространените методи за смекчаване на въздействието на хармониците върху силовите трансформатори от сух тип. Има два основни вида хармонични филтри: пасивни филтри и активни филтри.
Пасивните филтри се състоят от индуктори, кондензатори и резистори, свързани в специфична конфигурация, за да осигурят път с нисък импеданс за хармоничните токове. Те са относително прости и рентабилни, но са проектирани да филтрират специфични хармонични честоти. Например пасивен филтър може да бъде проектиран да филтрира петия и седмия хармоник.
Активните филтри, от друга страна, са по-сложни и скъпи. Те използват силова електроника за генериране на компенсиращ ток, който е равен по големина и противоположен по фаза на хармоничния ток. Активните филтри могат да се адаптират към промените в хармоничния спектър и да осигурят по-всеобхватно решение за смекчаване на хармониците.
2. Избор на правилния трансформатор
Когато проектирате електрическа система с хармоници, е важно да изберете правилния сух силов трансформатор. Някои трансформатори са специално проектирани да се справят с богати на хармоници среди. Например, трансформатори с по-висок коефициент на k са по-подходящи за използване в системи със значителни хармоници.
Коефициентът k е мярка за способността на трансформатора да се справя с несинусоидални натоварвания. Трансформатор с по-висок коефициент k може да разсее по-ефективно допълнителната топлина, генерирана от хармоници. Когато се определя трансформатор за приложение, богато на хармоници, се препоръчва да се избере трансформатор с фактор ak, който е подходящ за очакваните хармонични нива в системата.
Нашата роля като доставчик на сухи трансформатори
Като доставчик наСилов трансформатор сух тип, ние разбираме предизвикателствата, поставени от хармониците пред нашите клиенти. Ние предлагаме набор от решения, за да помогнем на нашите клиенти да намалят въздействието на хармониците върху техните трансформатори.
Ние можем да предоставим трансформатори с различни рейтинги на k-фактора, за да отговарят на различни хармонични среди. Нашите10kv Сух силов трансформатор с високо напрежениее проектиран да отговаря на изискванията за приложения с високо напрежение, дори при наличие на хармоници.
Освен това можем да предложим техническа поддръжка на нашите клиенти. Нашият екип от експерти може да анализира хармоничното съдържание на техните енергийни системи и да препоръча най-подходящите стратегии за смекчаване. Независимо дали става въпрос за избор на правилния трансформатор, инсталиране на филтри за хармоници или прилагане на други мерки, ние се ангажираме да помогнем на нашите клиенти да осигурят надеждна и ефективна работа на техните електрически системи.
Ако сте изправени пред предизвикателства, свързани с хармоници във вашата електрическа система и се нуждаете от надежден сух силов трансформатор, препоръчваме ви да се свържете с нас. Нашият опитен екип по продажбите е готов да обсъди вашите специфични изисквания и да ви предостави персонализирано решение. Ние можем да ви помогнем да изберете правилния трансформатор и да предложим насоки относно стратегии за намаляване на хармониците, за да осигурим дългосрочна работа и надеждност на вашата електрическа инсталация.
Референции
- Стандарт IEEE 519 - 2014, „Препоръчани практики и изисквания на IEEE за хармонично управление в електрически енергийни системи“.
- „Инженеринг на трансформатори: дизайн, технология и диагностика“ от JC Das.
- „Качество на захранването в електрическите системи“ от L. Gyugyi и ED Stacey.