Jaki jest wpływ harmonicznych na transformator mocy zanurzony w oleju?

Harmoniczne stały się poważnym problemem w działaniu systemów elektroenergetycznych, szczególnie jeśli chodzi o sprzęt taki jak transformatory mocy zanurzone w oleju. Jako wiodący dostawcaTransformator mocy zanurzony w oleju, byłem świadkiem na własne oczy wpływu, jaki harmoniczne mogą mieć na te krytyczne komponenty. W tym poście na blogu zagłębię się w różne skutki harmonicznych na transformatory mocy zanurzone w oleju, zbadam przyczyny harmonicznych i omówię strategie łagodzenia ich wpływu.

Zrozumienie harmonicznych

Harmoniczne to sinusoidalne napięcia lub prądy o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej (zwykle 50 lub 60 Hz). W idealnym systemie elektroenergetycznym przebiegi napięcia i prądu są czystymi sinusoidami przy częstotliwości podstawowej. Jednakże rosnące wykorzystanie nieliniowych obciążeń, takich jak napędy o zmiennej prędkości, energoelektronika i oświetlenie fluorescencyjne, spowodowało wprowadzenie harmonicznych do systemu elektroenergetycznego. Te nieliniowe obciążenia pobierają prąd w sposób niesinusoidalny, co zniekształca przebiegi napięcia i prądu.

Wpływ harmonicznych na olejowe transformatory mocy

1. Zwiększone straty w rdzeniu

Jednym z najbardziej znaczących wpływów harmonicznych na transformatory mocy zanurzone w oleju jest wzrost strat w rdzeniu. Straty w rdzeniu transformatora składają się ze strat histerezy i strat prądu wirowego. Straty histerezy powstają w wyniku odwrócenia namagnesowania w materiale rdzenia, natomiast straty wiroprądowe są spowodowane prądami krążącymi indukowanymi w rdzeniu.

Harmoniczne zwiększają straty w rdzeniu, ponieważ powodują szybsze zmiany strumienia magnetycznego w rdzeniu. Harmoniczne o wyższej częstotliwości powodują większą liczbę odwróceń namagnesowania, co prowadzi do wzrostu strat histerezy. Dodatkowo straty wiroprądowe są proporcjonalne do kwadratu częstotliwości. Ponieważ częstotliwość harmonicznych jest wyższa od częstotliwości podstawowej, straty wiroprądowe znacznie rosną. Ten wzrost strat w rdzeniu prowadzi do wyższych temperatur roboczych w transformatorze, co może skrócić żywotność izolacji i innych elementów.

2. Zwiększone straty miedzi

Straty miedzi w transformatorze wynikają z rezystancji uzwojeń. Gdy w prądzie obecne są harmoniczne, efektywny opór uzwojeń wzrasta. Dzieje się tak dlatego, że efekt naskórkowości i efekt bliskości stają się bardziej widoczne przy wyższych częstotliwościach. Efekt naskórkowości powoduje przepływ prądu w pobliżu powierzchni przewodnika, zwiększając efektywny opór. Z drugiej strony efekt bliskości to interakcja między sąsiednimi przewodnikami, co również zwiększa rezystancję.

W wyniku zwiększonej rezystancji zwiększają się straty miedzi w uzwojeniach transformatora. Prowadzi to nie tylko do większego zużycia energii, ale także generuje więcej ciepła, co może jeszcze bardziej pogorszyć izolację i inne elementy transformatora.

3. Zniekształcenie napięcia

Harmoniczne mogą powodować zniekształcenia napięcia w systemie elektroenergetycznym. Kiedy kształt fali napięcia jest zniekształcony, może to mieć wpływ na działanie innych urządzeń elektrycznych podłączonych do tego samego systemu. W przypadku transformatorów mocy zanurzonych w oleju odkształcenie napięcia może prowadzić do nierównomiernego rozkładu strumienia magnetycznego w rdzeniu. Może to spowodować lokalne przegrzanie rdzenia i uzwojeń, co może spowodować uszkodzenie izolacji i zmniejszenie sprawności transformatora.

4. Rezonans

Harmoniczne mogą również powodować rezonans w systemie elektroenergetycznym. Rezonans występuje, gdy częstotliwość własna obwodu odpowiada częstotliwości harmonicznych. W transformatorze mocy zanurzonym w oleju rezonans może prowadzić do nadmiernych prądów i napięć, które mogą uszkodzić transformator i inne urządzenia w systemie. Rezonans może również powodować drgania mechaniczne transformatora, co może prowadzić do przedwczesnej awarii transformatora.

5. Zmniejszona moc transformatora

Ze względu na zwiększone straty i możliwość przegrzania spowodowanego harmonicznymi, efektywna wydajność transformatora mocy zanurzonego w oleju jest zmniejszona. Transformator zaprojektowany do pracy przy określonym obciążeniu w normalnych warunkach może nie być w stanie wytrzymać tego samego obciążenia, gdy obecne są harmoniczne. Oznacza to, że do zaspokojenia zapotrzebowania na moc mogą być wymagane dodatkowe transformatory, co zwiększa koszt systemu elektroenergetycznego.

Przyczyny harmonicznych w systemie elektroenergetycznym

Jak wspomniano wcześniej, obciążenia nieliniowe są główną przyczyną występowania harmonicznych w systemie elektroenergetycznym. Niektóre typowe obciążenia nieliniowe obejmują:

• Napędy o zmiennej prędkości (VSD): Przemienniki częstotliwości są szeroko stosowane w zastosowaniach przemysłowych do sterowania prędkością silników. Wykorzystują elektronikę mocy do konwersji prądu przemiennego na prąd stały, a następnie z powrotem na prąd przemienny o zmiennej częstotliwości. Proces ten wprowadza harmoniczne do systemu elektroenergetycznego.
• Elektronika mocy: Urządzenia takie jak prostowniki, falowniki i zasilacze impulsowe są obciążeniami nieliniowymi. Pobierają prąd w sposób niesinusoidalny, co generuje harmoniczne.
• Oświetlenie fluorescencyjne: W świetlówkach zastosowano stateczniki elektroniczne, które są obciążeniami nieliniowymi. Przyczyniają się również do generowania harmonicznych w systemie elektroenergetycznym.

Strategie łagodzące

Aby złagodzić wpływ harmonicznych na transformatory mocy zanurzone w oleju, można zastosować kilka strategii:

1. Filtrowanie

Filtry harmonicznych można zastosować w celu zmniejszenia poziomu harmonicznych w systemie elektroenergetycznym. Istnieją dwa główne typy filtrów harmonicznych: filtry pasywne i filtry aktywne. Filtry pasywne składają się z kondensatorów, cewek i rezystorów i są zaprojektowane tak, aby zapewnić ścieżkę o niskiej impedancji dla harmonicznych. Z drugiej strony filtry aktywne wykorzystują elektronikę mocy do wstrzykiwania prądów równych i przeciwnych do prądów harmonicznych, w ten sposób je eliminując.

2. Projekt transformatora

Transformatory można zaprojektować tak, aby były bardziej odporne na harmoniczne. Na przykład użycie rdzenia o większym rozmiarze może pomóc w zmniejszeniu strat w rdzeniu spowodowanych harmonicznymi. Dodatkowo zastosowanie przewodów o większym przekroju poprzecznym może zmniejszyć straty miedzi wynikające z efektu naskórkowości i efektu bliskości.

3. Zarządzanie obciążeniem

Zarządzając nieliniowymi obciążeniami w systemie elektroenergetycznym, można zmniejszyć poziom harmonicznych. Można tego dokonać stosując urządzenia do korekcji współczynnika mocy, ograniczając użycie obciążeń nieliniowych w okresach szczytowego zapotrzebowania i zapewniając, że obciążenia nieliniowe są odpowiednio dobrane i zainstalowane.

Wniosek

Harmoniczne mają znaczący wpływ na transformatory mocy zanurzone w oleju, włączając zwiększone straty w rdzeniu i miedzi, zniekształcenia napięcia, rezonans i zmniejszoną wydajność transformatora. Jako dostawcaTransformator mocy zanurzony w olejurozumiemy znaczenie rozwiązania problemu harmonicznych w celu zapewnienia niezawodnej i wydajnej pracy naszych transformatorów.

Jeśli jesteś na rynku npTrójfazowy transformator olejowylubTransformator serwisowy stacji, jesteśmy tutaj, aby zapewnić Państwu wysokiej jakości produkty i rozwiązania. Nasz zespół ekspertów może pomóc w wyborze odpowiedniego transformatora do Twojego zastosowania i udzielić wskazówek, jak złagodzić wpływ harmonicznych. Skontaktuj się z nami już dziś, aby rozpocząć dyskusję na temat potrzeb transformatora i poznać najlepsze rozwiązania dla Twojego systemu elektroenergetycznego.

Referencje

• J. Arrillaga, NR Watson i PS Bodger, Power System Harmonics, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, „Harmoniki w systemach elektroenergetycznych: przyczyny, skutki i łagodzenie”, IEEE Power Engineering Review, tom. 20, nie. 10, s. 27 - 31, 2000.
• Norma IEEE 519 – 2014, Zalecane praktyki i wymagania IEEE dotyczące kontroli harmonicznych w systemach elektroenergetycznych.