Aký je vplyv harmonických na olejový transformátor?

Harmonické sa stali významným problémom pri prevádzke elektrických energetických systémov, najmä pokiaľ ide o zariadenia, ako sú výkonové transformátory ponorené do oleja. Ako popredný dodávateľVýkonový transformátor ponorený do oleja, Bol som svedkom toho, aký vplyv môžu mať harmonické zložky na tieto kritické komponenty. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do rôznych účinkov harmonických na výkonové transformátory ponorené do oleja, preskúmam príčiny harmonických a prediskutujem stratégie na zmiernenie ich vplyvu.

Pochopenie harmonických

Harmonické sú sínusové napätia alebo prúdy s frekvenciami, ktoré sú celočíselnými násobkami základnej frekvencie (zvyčajne 50 alebo 60 Hz). V ideálnom systéme napájania sú priebehy napätia a prúdu čisté sínusoidy na základnej frekvencii. Avšak rastúce používanie nelineárnych záťaží, ako sú pohony s premenlivými otáčkami, výkonová elektronika a žiarivkové osvetlenie, vnieslo do energetického systému harmonické. Tieto nelineárne záťaže odoberajú prúd nesínusovým spôsobom, čo skresľuje priebehy napätia a prúdu.

Vplyv harmonických na výkonové transformátory ponorené do oleja

1. Zvýšené straty jadra

Jedným z najvýznamnejších vplyvov harmonických na výkonové transformátory ponorené do oleja je zvýšenie strát v jadre. Straty jadra v transformátore pozostávajú z hysteréznych strát a strát vírivými prúdmi. Hysterézne straty vznikajú v dôsledku obrátenia magnetizácie v materiáli jadra, zatiaľ čo straty vírivými prúdmi sú spôsobené cirkulačnými prúdmi indukovanými v jadre.

Harmonické zvyšujú straty v jadre, pretože spôsobujú, že magnetický tok v jadre sa mení rýchlejšie. Vyššie frekvenčné harmonické majú za následok väčší počet zvratov magnetizácie, čo vedie k zvýšeniu hysteréznych strát. Okrem toho sú straty vírivými prúdmi úmerné druhej mocnine frekvencie. Keďže frekvencia harmonických je vyššia ako základná frekvencia, straty vírivými prúdmi sa výrazne zvyšujú. Toto zvýšenie strát v jadre vedie k vyšším prevádzkovým teplotám v transformátore, čo môže znížiť životnosť izolácie a ďalších komponentov.

2. Zvýšené straty medi

Straty medi v transformátore sú spôsobené odporom vinutia. Keď sú v prúde prítomné harmonické, efektívny odpor vinutia sa zvyšuje. Je to spôsobené tým, že efekt kože a efekt priblíženia sa stávajú výraznejšími pri vyšších frekvenciách. Kožný efekt spôsobuje, že prúd prúdi blízko povrchu vodiča, čím sa zvyšuje efektívny odpor. Efekt blízkosti je na druhej strane interakcia medzi susednými vodičmi, ktorá tiež zvyšuje odpor.

V dôsledku zvýšeného odporu sa zvyšujú straty medi vo vinutiach transformátora. To vedie nielen k vyššej spotrebe energie, ale tiež generuje viac tepla, ktoré môže ďalej zhoršovať izoláciu a ďalšie komponenty transformátora.

3. Skreslenie napätia

Harmonické môžu spôsobiť skreslenie napätia v napájacom systéme. Keď je priebeh napätia skreslený, môže to ovplyvniť výkon iného elektrického zariadenia pripojeného k rovnakému systému. V prípade výkonových transformátorov ponorených do oleja môže skreslenie napätia viesť k nerovnomernému rozloženiu magnetického toku v jadre. To môže spôsobiť lokálne prehriatie jadra a vinutia, čo môže poškodiť izoláciu a znížiť účinnosť transformátora.

4. Rezonancia

Harmonické môžu tiež spôsobiť rezonanciu v napájacom systéme. K rezonancii dochádza, keď sa vlastná frekvencia obvodu zhoduje s frekvenciou harmonických. Vo výkonovom transformátore ponorenom do oleja môže rezonancia viesť k nadmerným prúdom a napätiam, ktoré môžu poškodiť transformátor a ďalšie zariadenia v systéme. Rezonancia môže tiež spôsobiť mechanické vibrácie v transformátore, čo môže viesť k predčasnému zlyhaniu transformátora.

5. Znížená kapacita transformátora

V dôsledku zvýšených strát a potenciálu prehriatia spôsobeného harmonickými sa znižuje efektívna kapacita výkonového transformátora ponoreného do oleja. Transformátor, ktorý je navrhnutý tak, aby pracoval pri určitej záťaži za normálnych podmienok, nemusí byť schopný zvládnuť rovnakú záťaž, keď sú prítomné harmonické. To znamená, že na uspokojenie dopytu po energii môžu byť potrebné ďalšie transformátory, čo zvyšuje náklady na energetický systém.

Príčiny harmonických v systéme napájania

Ako už bolo spomenuté vyššie, nelineárne zaťaženia sú primárnou príčinou harmonických v systéme napájania. Niektoré bežné nelineárne zaťaženia zahŕňajú:

• Pohony s premenlivou rýchlosťou (VSD): VSD sa široko používajú v priemyselných aplikáciách na riadenie rýchlosti motorov. Používajú výkonovú elektroniku na konverziu striedavého prúdu na jednosmerný a potom späť na striedavý prúd s premenlivou frekvenciou. Tento proces zavádza harmonické do energetického systému.
• Výkonová elektronika: Zariadenia ako usmerňovače, invertory a spínané napájacie zdroje sú všetky nelineárne záťaže. Odoberajú prúd nesínusovým spôsobom, ktorý generuje harmonické.
• Fluorescenčné osvetlenie: Žiarivky používajú elektronické predradníky, ktoré sú nelineárne záťaže. Tiež prispievajú k tvorbe harmonických v elektrizačnom systéme.

Stratégie zmierňovania

Na zmiernenie vplyvu harmonických na olejové výkonové transformátory možno použiť niekoľko stratégií:

1. Filtrovanie

Harmonické filtre možno použiť na zníženie úrovne harmonických v napájacom systéme. Existujú dva hlavné typy harmonických filtrov: pasívne filtre a aktívne filtre. Pasívne filtre pozostávajú z kondenzátorov, induktorov a rezistorov a sú navrhnuté tak, aby poskytovali nízkoimpedančnú cestu pre harmonické. Aktívne filtre na druhej strane využívajú výkonovú elektroniku na vstrekovanie prúdov, ktoré sú rovnaké a opačné ako harmonické prúdy, čím ich rušia.

2. Návrh transformátora

Transformátory môžu byť navrhnuté tak, aby boli odolnejšie voči harmonickým. Napríklad použitie väčšej veľkosti jadra môže pomôcť znížiť straty v jadre spôsobené harmonickými. Okrem toho použitie vodičov s väčším prierezom môže znížiť straty medi v dôsledku efektu kože a efektu blízkosti.

3. Správa záťaže

Riadením nelineárneho zaťaženia v napájacom systéme je možné znížiť úroveň harmonických. Dá sa to dosiahnuť použitím zariadení na korekciu účinníka, obmedzením používania nelineárnych záťaží počas špičkových období odberu a zabezpečením správnej veľkosti a inštalácie nelineárnych záťaží.

Záver

Harmonické prvky majú významný vplyv na výkonové transformátory ponorené do oleja, vrátane zvýšených strát v jadre a medi, skreslenia napätia, rezonancie a zníženej kapacity transformátora. Ako dodávateľVýkonový transformátor ponorený do oleja, chápeme dôležitosť riešenia problému harmonických, aby sme zabezpečili spoľahlivú a efektívnu prevádzku našich transformátorov.

Ak máte záujem o aTrojfázový olejový transformátoralebo aStaničný servisný transformátor, sme tu, aby sme vám poskytli vysokokvalitné produkty a riešenia. Náš tím odborníkov vám môže pomôcť vybrať ten správny transformátor pre vašu aplikáciu a poskytnúť rady, ako zmierniť vplyv harmonických. Kontaktujte nás ešte dnes, aby ste začali diskusiu o vašich potrebách transformátora a preskúmali najlepšie riešenia pre váš energetický systém.

Referencie

• J. Arrillaga, NR Watson a PS Bodger, Power System Harmonics, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, „Harmonika v energetických systémoch: príčiny, účinky a zmiernenie“, IEEE Power Engineering Review, zv. 20, č. 10, str. 27 - 31, 2000.
• Štandard IEEE 519 - 2014, Odporúčané postupy a požiadavky IEEE na harmonické riadenie v elektrických energetických systémoch.