Трансформаторні технології крокують уперед семимильними кроками. Разом з тим як трансформатори стають економічнішими, дешевшими, технологічнішими у виготовленні та монтажі-на перший план виходить проблема сумісності трансформатора з сучасною мережею. З мережею, яка переповнена різними електронними силовими та імпульсними пристроями. Пристроями незрозумілої якості та походження. Пристроями, де незрозуміло як, реалізована система фільтрів. Через війну крок у розвитку вперед обертається двома кроками тому.Тому необхідне розуміння нових проблем, що з новими високотехнологічними навантаженнями; та розуміння того, як вони можуть вплинути на експлуатацію трансформатора.
Оцінка основних несправностей та дослідження гармонік дає практичний досвід, що дозволяє зрозуміти, чому гармоніки руйнують трансформатори. Нові технології виробництва та експлуатації трансформаторів включають розуміння нових проблем, пов'язаних з новими видами навантажень; та розуміння того, як ці види навантажень можуть впливати на життя трансформатора.
Приклади нових навантажень, які дуже широко використовуються останнім часом: приводи з регульованою швидкістю та/або електронні баласти; складання обладнання для обробки даних в офісах, промислових об'єктах та установах. При розрахунку та монтажі цього обладнання повинні враховуватися перешкоди, паразитні струми та гармоніки, які вони «відправляють» у мережу.
Було проведено значні дослідження та видано багато публікацій щодо впливу гармонік на трансформатори. Хоча гармоніки можуть бути пов'язані з перевантаженням нейтральних провідників і викликати неправдиві спрацьовування автоматичних вимикачів, тут ми зосередимося на вплив гармонік на трансформатори. 
Гармоніки
Деякі навантаження викликають непропорційну зміну струму залежно від напруги протягом кожного напівперіоду. Ці навантаження класифікуються як нелінійні навантаження, а струм і напруга мають несинусоїдальну форму хвилі, що містить спотворення. В результаті форма сигналу при частоті 50 Гц має безліч додаткових частот, які на неї накладаються, створюючи безліч частот у межах синусоїдальної хвилі частотою 50 Гц. Декілька частот є гармоніками основної частоти.
Прикладами нелінійних навантажень є джерела безперебійного живлення (ДБЖ), приводи з регульованою швидкістю, зарядні пристрої для акумуляторів, електронні баласти, перетворювачі частоти та джерела живлення з режимами, що перемикаються (зазвичай використовуються в комп'ютерах та іншому обладнанні для обробки даних).
Коли нелінійні струми протікають через електричну систему об'єкта та розподільні лінії передачі, виникають додаткові спотворення напруги через повний опір, пов'язаний з електричною мережею. Таким чином, коли електроенергія генерується, розподіляється та використовується, виникають спотворення форми напруги та струму.
Обладнання, призначене для роботи на основній частоті, яка становить 50 Гц, схильне до незадовільної роботи і іноді виходить з ладу при впливі напруг і струмів, які містять істотні гармонічні частотні елементи. Дуже часто робота електрообладнання може здатися нормальною, але за певної комбінації умов – вплив гармонік посилюється, що призводить до плачевних результатів.
Як обговорювалося раніше, зміни в системі, які призведуть до потенційної відмови через гармоніки, можуть включати установку перетворювачів частоти (тиристорних і на силових транзисторах IGBT), електронних баластів, конденсаторів покращення коефіцієнта потужності, дугових печей, потужних електродвигунів.
Вихрові струми
Застосування несинусоїдної напруги збудження до трансформаторів збільшує втрати в залозі в магнітопроводі трансформатора практично так само, як і в двигуні. Більше серйозний вплив гармонійних навантажень на трансформатори пов'язані з збільшенням втрат на вихрові струми в обмотках.
Вихрові струми - це циркулюючі струми у провідниках, викликані коливальною дією магнітного поля розсіювання на провідники. Концентрація вихрових струмів вища на кінцях обмоток трансформатора через ефект витіснення магнітних полів витоку на кінцях котушки. Втрати на вихрові струми збільшуються як квадрат струму у провіднику та квадрат його частоти. Збільшення втрат на вихрові струми трансформатора через гармоніки істотно впливає на робочу температуру трансформатора. Трансформатори, що використовуються для живлення нелінійних навантажень, повинні бути розраховані на основі відсоткового вмісту гармонійних складових струму навантаження і номінальних втрат на вихрові струми обмоток.
Результуюче збільшення вихрових струмів збільшує робочу температуру сталевого осердя, що, у свою чергу, погіршує параметри ізоляції між шарами осердя. Це призводить до значного збільшення втрат I²R вище за проектні межі трансформатора і перегріву ізоляції обмоток. Результат цього всього – замикання обмоток на залізо сердечника.
Як зазначалося вище, втрати на вихрові струми збільшуються як квадрат струму у провіднику та квадрат його частоти; отже, з вищими і вищими гармоніками це нагрівання ще більше збільшується.
Коли ми розглядаємо трансформатор, ми враховуємо, що обмотка високої та низької напруги намотана навколо твердого залізного сердечника; але якщо ми придивимося уважніше, ми побачимо, що «тверде» залізне ядро складається з пакета тонких сталевих пластин, зазвичай із кремнієвої сталі, і ці тонкі пластини ізольовані одна від одної ізолюючим покриттям, яке наноситься на обидві сторони. Метою ізоляції пластин (шихти) є обмеження їх нагріву вихровими струмами за нормальної роботи.
Навіть не зважаючи на посилений нагрівання на більш високих частотах гармонік, втрати на нагрівання, що відбуваються в залозі сердечника, через погіршення ізоляції призводять до передчасного виходу трансформатора з ладу.
Наприклад, маємо значення вихрових струмів 10 А . Ізоляційний шар, в результаті неправильної роботи трансформатора, між ламелями сердечника пошкоджений і пошкоджений настільки, що всі секції сердечника знаходяться в контакті один з одним. У результаті сумарний ефект нагрівання збільшується з 5 Вт до 50 Вт, або 900% - збільшення нагріву.
Цей посилений нагрівання, який не включає додатковий ефект підвищеної частоти, пов'язаної з гармоніками, призведе до перегріву ізоляції первинної та/або вторинної обмоток, що призведе до виходу з ладу внутрішньої обмотки трансформатора.
Підсумки
Багато кінцеві користувачі знайомі із захистом від стрибків напруги, тому вони застосовують захисні пристрої від стрибків напруги та/або розрядники, але багато хто не повною мірою враховує струми високих гармонік нових або доданих навантажень.
Першим кроком при проектуванні або зміні існуючої системи розподілу електроенергії для підключення нових навантажень є моделювання електричної системи під гармонікою цих навантажень. Також рекомендується виміряти фактичні гармоніки струму, які існують, і після підключення нових навантажень знову виміряти фактичні гармоніки струму.
Якщо вносяться зміни до існуючої системи розподілу електроенергії, ви можете обережно додати нові навантаження, а потім одразу виміряти гармоніки, отримані в результаті цих нових навантажень. Ми сподіваємося, що трансформатор, який живить ці нові навантаження, не вийде з ладу через кілька днів після підключення цих навантажень.
Як тільки рівень гармонік визначено, ви повинні від'єднати їх від трансформатора та визначити наступні кроки. Рішення може бути різним. Наприклад встановити фільтрацію гармонік або з'єднати трансформатори таким чином, щоб було придушення гармонік, або замінити трансформатор під гармоніки.
Іншим варіантом підтримки довгострокової діагностики є встановлення постійного вимірювача гармонік. Якщо у вас відмова трансформатора, і ви не змінили типи нових навантажень, про які говорилося вище, то аналіз гармонік повинен бути частиною аналізу першопричини. Як приклад, стандарт IEEE 519-1992 стверджує, що загальне гармонічне спотворення форми хвилі напруги, яка надається якимсь електричним або електронним пристроєм, не може перевищувати 3% ідеальної синусоїдальної хвилі. Щоб гарантувати, що гармоніки не генеруються цим пристроєм, необхідно виміряти на місці. Це місце може бути, наприклад, точка де зустрічаються електропроводка комунального підприємства-постачальника та об'єкта (зазвичай на лічильнику). Якщо спотворення напруги перевищує 3%, комунальне підприємство має забезпечити деяку форму пом'якшення гармонік для вирішення проблеми.
Всього коментарів: 0