Какво е влиянието на хармониците върху маслен силов трансформатор?

Хармониците се превърнаха в сериозен проблем при работата на електрическите системи, особено когато става дума за оборудване като маслени силови трансформатори. Като водещ доставчик наМаслен силов трансформатор, бях свидетел от първа ръка на въздействието, което хармониците могат да имат върху тези критични компоненти. В тази публикация в блога ще разгледам различните ефекти на хармониците върху маслените силови трансформатори, ще изследвам причините за хармониците и ще обсъдя стратегии за смекчаване на тяхното въздействие.

Разбиране на хармониците

Хармониците са синусоидални напрежения или токове с честоти, които са цели числа, 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. Въпреки това нарастващото използване на нелинейни товари като задвижвания с променлива скорост, силова електроника и флуоресцентно осветление въведе хармоници в електроенергийната система. Тези нелинейни товари черпят ток по несинусоидален начин, което изкривява вълните на напрежението и тока.

Въздействие на хармоници върху маслени силови трансформатори

1. Повишени загуби в ядрото

Едно от най-значимите въздействия на хармониците върху маслените силови трансформатори е увеличаването на загубите в сърцевината. Загубите в сърцевината на трансформатора се състоят от загуби от хистерезис и загуби от вихрови токове. Хистерезисните загуби възникват поради обръщане на намагнитването в материала на сърцевината, докато загубите от вихрови токове се причиняват от циркулиращите токове, индуцирани в сърцевината.

Хармониците увеличават загубите в сърцевината, защото причиняват по-бързо изменение на магнитния поток в сърцевината. Хармониците с по-висока честота водят до по-голям брой обръщания на намагнитването, което води до увеличаване на загубите от хистерезис. Освен това загубите от вихрови токове са пропорционални на квадрата на честотата. Тъй като честотата на хармониците е по-висока от основната честота, загубите от вихрови токове нарастват значително. Това увеличение на загубите в сърцевината води до по-високи работни температури в трансформатора, което може да намали живота на изолацията и другите компоненти.

2. Повишени загуби на мед

Загубите на мед в трансформатора се дължат на съпротивлението на намотките. Когато в тока има хармоници, ефективното съпротивление на намотките се увеличава. Това е така, защото ефектът на кожата и ефектът на близост стават по-изразени при по-високи честоти. Скин-ефектът кара тока да тече близо до повърхността на проводника, увеличавайки ефективното съпротивление. Ефектът на близост, от друга страна, е взаимодействието между съседни проводници, което също увеличава съпротивлението.

В резултат на повишеното съпротивление се увеличават загубите на мед в намотките на трансформатора. Това не само води до по-висока консумация на енергия, но също така генерира повече топлина, което може допълнително да влоши изолацията и други компоненти на трансформатора.

3. Изкривяване на напрежението

Хармониците могат да причинят изкривяване на напрежението в електроенергийната система. Когато формата на вълната на напрежението е изкривена, това може да повлияе на работата на друго електрическо оборудване, свързано към същата система. В случай на маслени силови трансформатори, изкривяването на напрежението може да доведе до неравномерно разпределение на магнитния поток в сърцевината. Това може да причини локално прегряване в сърцевината и намотките, което може да повреди изолацията и да намали ефективността на трансформатора.

4. Резонанс

Хармониците също могат да причинят резонанс в електроенергийната система. Резонанс възниква, когато естествената честота на верига съвпада с честотата на хармониците. В маслен силов трансформатор резонансът може да доведе до прекомерни токове и напрежения, които могат да повредят трансформатора и другото оборудване в системата. Резонансът може също да причини механични вибрации в трансформатора, което може да доведе до преждевременна повреда на трансформатора.

5. Намален капацитет на трансформатора

Поради увеличените загуби и потенциала за прегряване, причинено от хармоници, ефективният капацитет на масления силов трансформатор е намален. Трансформатор, който е проектиран да работи при определено натоварване при нормални условия, може да не е в състояние да се справи със същото натоварване, когато има хармоници. Това означава, че може да са необходими допълнителни трансформатори, за да се отговори на търсенето на мощност, което увеличава цената на електроенергийната система.

Причини за хармоници в електроенергийната система

Както бе споменато по-рано, нелинейните натоварвания са основната причина за хармоници в електроенергийната система. Някои често срещани нелинейни натоварвания включват:

• Задвижвания с променлива скорост (VSD): VSD се използват широко в индустриални приложения за контрол на скоростта на двигателите. Те използват силова електроника за преобразуване на променлив ток в постоянен ток и след това обратно в променлив ток с променлива честота. Този процес въвежда хармоници в енергийната система.
• Силова електроника: Устройства като токоизправители, инвертори и превключващи захранвания са всички нелинейни товари. Те черпят ток по несинусоидален начин, което генерира хармоници.
• Флуоресцентно осветление: Флуоресцентните лампи използват електронни баласти, които са нелинейни товари. Те също допринасят за генерирането на хармоници в електроенергийната система.

Стратегии за смекчаване

За смекчаване на въздействието на хармониците върху маслените силови трансформатори могат да се използват няколко стратегии:

1. Филтриране

Хармоничните филтри могат да се използват за намаляване на нивото на хармониците в електроенергийната система. Има два основни вида хармонични филтри: пасивни филтри и активни филтри. Пасивните филтри се състоят от кондензатори, индуктори и резистори и са проектирани да осигурят път с нисък импеданс за хармониците. Активните филтри, от друга страна, използват силова електроника за инжектиране на токове, които са равни и противоположни на хармоничните токове, като по този начин ги елиминират.

2. Проектиране на трансформатор

Трансформаторите могат да бъдат проектирани да бъдат по-устойчиви на хармоници. Например, използването на по-голям размер на сърцевината може да помогне за намаляване на загубите в сърцевината, причинени от хармоници. Освен това използването на проводници с по-голямо напречно сечение може да намали загубите на мед поради скин-ефекта и ефекта на близост.

3. Управление на натоварването

Чрез управление на нелинейните товари в електроенергийната система, нивото на хармониците може да бъде намалено. Това може да стане чрез използване на устройства за коригиране на фактора на мощността, ограничаване на използването на нелинейни товари по време на периоди на пиково търсене и гарантиране, че нелинейните товари са правилно оразмерени и инсталирани.

Заключение

Хармониците имат значително влияние върху маслените силови трансформатори, включително увеличени загуби в сърцевината и медта, изкривяване на напрежението, резонанс и намален капацитет на трансформатора. Като доставчик наМаслен силов трансформатор, ние разбираме значението на решаването на проблема с хармониците, за да гарантираме надеждната и ефективна работа на нашите трансформатори.

Ако сте на пазара за aТрифазен маслен трансформаторили аСтанция сервизен трансформатор, ние сме тук, за да ви предоставим висококачествени продукти и решения. Нашият екип от експерти може да ви помогне да изберете правилния трансформатор за вашето приложение и да ви даде насоки как да смекчите въздействието на хармониците. Свържете се с нас днес, за да започнем дискусия относно вашите нужди от трансформатори и да проучим най-добрите решения за вашата енергийна система.

Референции

• J. Arrillaga, NR Watson и PS Bodger, Хармоници на енергийната система, John Wiley & Sons, 1985 г.
• CL Sullivan, „Хармоници в енергийните системи: причини, ефекти и смекчаване“, IEEE Power Engineering Review, vol. 20, бр. 10, стр. 27 - 31, 2000.
• Стандарт IEEE 519 - 2014, IEEE Препоръчани практики и изисквания за хармонично управление в електрически енергийни системи.