Гармонические напряжения
Нелинейные нагрузки, такие как силовые электронные устройства, такие как приводы с переменной скоростью на двигательных системах, компьютеры, системы ИБП, телевизоры и компактные люминесцентные лампы, вызывают гармонические токи в сети.
Трансформаторные дополнительные потери из-за гармоник (на фото PECO fin подстанция 2)
Гармонические напряжения генерируются в импедансе сети токами гармонической нагрузки.
Гармоники увеличивают как потери нагрузки, так и потери нагрузки при увеличении скин-эффекта, вихревые токи, малые и гистерезисные потери. Наиболее важным из этих потерь является то, что из-за потерь вихревых токов в обмотке; он может быть очень большим, и, следовательно, большинство расчетных моделей игнорируют другие вызванные гармоникой потери. Точное воздействие гармонического тока на потерю нагрузки зависит от частоты гармоник и способа трансформации.
В общем случае потери вихревых токов увеличиваются на квадрат частоты и квадрата тока нагрузки. Таким образом, если ток нагрузки содержал 20% пятой гармоники, потери на вихревые токи из-за гармонической составляющей тока составляли бы 5 x 5 x 0, 2 x 0, 2, умноженные на потери на вихревые токи на основной частоте - это означало, что потери в вихревом токе в два раза.
В трансформаторе, который сильно нагружен гармоническими токами, избыточные потери могут привести к высокой температуре в некоторых местах обмотки. Это может серьезно сократить срок службы трансформатора и даже вызвать немедленный урон, а иногда и огонь. Уменьшение максимальной видимой мощности, передаваемой трансформатором, часто называемой де-рейтингом.
Чтобы оценить требуемую де-оценку трансформатора, можно рассчитать коэффициент дефлектора нагрузки.
Этот метод, обычно используемый в Европе, заключается в оценке того, насколько стандартный трансформатор должен быть дезактивирован, чтобы суммарные потери на гармоническую нагрузку не превышали фундаментальных потерь конструкции. Этот параметр де-оценки известен как « фактор K ».
Коэффициент K определяется следующим образом:
где:
e - потери на вихревые токи на основной частоте, деленные на потери из-за постоянного тока, равного среднеквадратическому значению синусоидального тока, как при контрольной температуре.
n - гармонический порядок
I - среднеквадратичное значение синусоидального тока, включающее все гармоники, заданные формулой
In - величина n-й гармоники
I1 - величина основного тока
q - экспоненциальная константа, зависящая от типа обмотки и частоты.
Типичные значения - 1, 7 для трансформаторов с круглыми прямоугольными поперечными проводниками в обеих обмотках и 1, 5 для тех, у которых есть обмотки низкого напряжения с фольгой.
Разработка специальных конструкций трансформаторов, рассчитанных на несинусоидальные токи нагрузки. Этот процесс требует анализа и минимизации вихревых потерь в обмотках, расчета повышения температуры горячей точки, индивидуальной изоляции слоев и / или увеличения размера сердечника или обмоток. Каждый производитель будет использовать любые или все эти методы в соответствии с трудовыми ставками, объемом производства и возможностями своих установок и оборудования. Эти продукты продаются как трансформаторы «K rated».
Во время процесса выбора трансформатора проектировщик должен оценить коэффициент K нагрузки и выбрать трансформатор с тем же или более высоким коэффициентом K.
Коэффициент K определяется как:
В качестве примера МЭК 61378-1 касается спецификации, проектирования и испытаний силовых трансформаторов и реакторов, которые предназначены для интеграции в полупроводниковые преобразовательные установки; он не предназначен для промышленного или общественного распределения электроэнергии переменного тока в целом.
Объем этого стандарта ограничен приложениями силовых преобразователей любой номинальной мощности для местных
при умеренном номинальном напряжении преобразователя, как правило, для промышленного применения и, как правило, с самым высоким напряжением для оборудования, не превышающего 36 кВ. Трансформаторы преобразователя, покрытые этим стандартом, могут иметь масляную погруженную или сухую конструкцию.
Трансформаторы с масляным погружением должны соответствовать стандарту IEC 60076 и IEC 60726 для трансформаторов сухого типа.
Ресурс: выбор энергоэффективных распределительных трансформаторов компанией Intelligent Energy Europe