Care este impactul armonicelor asupra unui transformator de putere imersat în ulei?

Armonicele au devenit o preocupare semnificativă în funcționarea sistemelor de alimentare electrică, mai ales când vine vorba de echipamente precum transformatoarele de putere cu scufundare în ulei. În calitate de furnizor principal deTransformator de putere cu scufundare în ulei, am asistat direct la impactul pe care armonicile îl pot avea asupra acestor componente critice. În această postare pe blog, voi aprofunda diferitele efecte ale armonicilor asupra transformatoarelor de putere cu scufundare în ulei, voi explora cauzele armonicilor și voi discuta strategii pentru a le atenua impactul.

Înțelegerea armonicilor

Armonicele sunt tensiuni sau curenți sinusoidale cu frecvențe care sunt multipli întregi ai frecvenței fundamentale (de obicei 50 sau 60 Hz). Într-un sistem de alimentare ideal, formele de undă de tensiune și curent sunt sinusoide pure la frecvența fundamentală. Cu toate acestea, utilizarea tot mai mare a sarcinilor neliniare, cum ar fi variatoarele de viteză, electronica de putere și iluminatul fluorescent a introdus armonici în sistemul de alimentare. Aceste sarcini neliniare atrag curent într-o manieră nesinusoidală, ceea ce distorsionează formele de undă de tensiune și curent.

Impactul armonicilor asupra transformatoarelor de putere immerse în ulei

1. Pierderi de bază crescute

Unul dintre cele mai semnificative efecte ale armonicilor asupra transformatoarelor de putere cu scufundare în ulei este creșterea pierderilor de miez. Pierderile de miez într-un transformator constau din pierderi de histerezis și pierderi de curenți turbionari. Pierderile de histerezis apar din cauza inversării magnetizării în materialul miezului, în timp ce pierderile curenților turbionari sunt cauzate de curenții circulatori induși în miez.

Armonicele cresc pierderile de miez deoarece fac ca fluxul magnetic din miez să varieze mai rapid. Armonicile de frecvență mai înaltă au ca rezultat un număr mai mare de inversări de magnetizare, ceea ce duce la o creștere a pierderilor de histerezis. În plus, pierderile curenților turbionari sunt proporționale cu pătratul frecvenței. Deoarece frecvența armonicilor este mai mare decât frecvența fundamentală, pierderile curenților turbionari cresc semnificativ. Această creștere a pierderilor de miez duce la temperaturi de funcționare mai ridicate în transformator, ceea ce poate reduce durata de viață a izolației și a altor componente.

2. Pierderi crescute de cupru

Pierderile de cupru într-un transformator se datorează rezistenței înfășurărilor. Când sunt prezente armonici în curent, rezistența efectivă a înfășurărilor crește. Acest lucru se datorează faptului că efectul pielii și efectul de proximitate devin mai pronunțate la frecvențe mai mari. Efectul pielii face ca curentul să curgă lângă suprafața conductorului, crescând rezistența efectivă. Efectul de proximitate, pe de altă parte, este interacțiunea dintre conductoarele adiacente, care crește și rezistența.

Ca urmare a rezistenței crescute, pierderile de cupru în înfășurările transformatorului cresc. Acest lucru nu numai că duce la un consum mai mare de energie, dar generează și mai multă căldură, ceea ce poate degrada și mai mult izolația și alte componente ale transformatorului.

3. Distorsiunea de tensiune

Armonicele pot provoca distorsiuni de tensiune în sistemul de alimentare. Când forma de undă a tensiunii este distorsionată, aceasta poate afecta performanța altor echipamente electrice conectate la același sistem. În cazul transformatoarelor de putere cu scufundare în ulei, deformarea tensiunii poate duce la distribuția neuniformă a fluxului magnetic în miez. Acest lucru poate cauza supraîncălzirea locală a miezului și înfășurărilor, ceea ce poate deteriora izolația și poate reduce eficiența transformatorului.

4. Rezonanta

Armonicele pot provoca, de asemenea, rezonanță în sistemul de alimentare. Rezonanța apare atunci când frecvența naturală a unui circuit se potrivește cu frecvența armonicilor. Într-un transformator de putere cu scufundare în ulei, rezonanța poate duce la curenți și tensiuni excesive, care pot deteriora transformatorul și alte echipamente din sistem. Rezonanța poate provoca, de asemenea, vibrații mecanice în transformator, care pot duce la defectarea prematură a transformatorului.

5. Capacitate redusă a transformatorului

Datorită pierderilor crescute și potențialul de supraîncălzire cauzat de armonici, capacitatea efectivă a unui transformator de putere cu scufundare în ulei este redusă. Un transformator care este proiectat să funcționeze la o anumită sarcină în condiții normale este posibil să nu poată face față aceleiași sarcini atunci când sunt prezente armonici. Aceasta înseamnă că pot fi necesare transformatoare suplimentare pentru a satisface cererea de putere, ceea ce crește costul sistemului de alimentare.

Cauzele armonicilor în sistemul de alimentare

După cum am menționat mai devreme, sarcinile neliniare sunt cauza principală a armonicilor în sistemul de alimentare. Unele sarcini neliniare comune includ:

• Unități cu viteză variabilă (VSD): VSD-urile sunt utilizate pe scară largă în aplicații industriale pentru a controla viteza motoarelor. Ei folosesc electronica de putere pentru a converti puterea AC în DC și apoi înapoi la AC la o frecvență variabilă. Acest proces introduce armonici în sistemul de alimentare.
• Electronică de putere: Dispozitivele precum redresoarele, invertoarele și sursele de alimentare cu comutare sunt toate sarcini neliniare. Ele atrag curent într-o manieră nesinusoidală, ceea ce generează armonici.
• Iluminat fluorescent: Lămpile fluorescente folosesc balasturi electronice, care sunt sarcini neliniare. Ele contribuie, de asemenea, la generarea de armonici în sistemul de alimentare.

Strategii de atenuare

Pentru a atenua impactul armonicilor asupra transformatoarelor de putere immerse în ulei, pot fi folosite mai multe strategii:

1. Filtrare

Filtrele de armonice pot fi folosite pentru a reduce nivelul armonicilor din sistemul de alimentare. Există două tipuri principale de filtre armonice: filtre pasive și filtre active. Filtrele pasive constau din condensatori, inductori și rezistențe și sunt proiectate pentru a oferi o cale de impedanță scăzută pentru armonici. Filtrele active, pe de altă parte, folosesc electronica de putere pentru a injecta curenți egali și opuși curenților armonici, anulându-i astfel.

2. Proiectarea transformatorului

Transformatoarele pot fi proiectate pentru a fi mai rezistente la armonici. De exemplu, utilizarea unei dimensiuni mai mari a miezului poate ajuta la reducerea pierderilor de miez cauzate de armonici. În plus, utilizarea conductorilor cu o suprafață de secțiune transversală mai mare poate reduce pierderile de cupru din cauza efectului de piele și a efectului de proximitate.

3. Managementul încărcăturii

Prin gestionarea sarcinilor neliniare din sistemul de alimentare, nivelul armonicilor poate fi redus. Acest lucru se poate face prin utilizarea dispozitivelor de corecție a factorului de putere, limitând utilizarea sarcinilor neliniare în perioadele de vârf și asigurându-se că sarcinile neliniare sunt dimensionate și instalate corespunzător.

Concluzie

Armonicele au un impact semnificativ asupra transformatoarelor de putere cu scufundare în ulei, inclusiv pierderi crescute de miez și cupru, distorsiuni de tensiune, rezonanță și capacitatea redusă a transformatorului. Ca furnizor deTransformator de putere cu scufundare în ulei, înțelegem importanța abordării problemei armonicelor pentru a asigura funcționarea fiabilă și eficientă a transformatoarelor noastre.

Dacă sunteți în piață pentru aTransformator de ulei trifazatsau aTransformator de service al stației, suntem aici pentru a vă oferi produse și soluții de înaltă calitate. Echipa noastră de experți vă poate ajuta să selectați transformatorul potrivit pentru aplicația dvs. și să vă ofere îndrumări cu privire la modul de atenuare a impactului armonicilor. Contactați-ne astăzi pentru a începe o discuție despre nevoile dvs. de transformator și pentru a explora cele mai bune soluții pentru sistemul dvs. de alimentare.

Referințe

• J. Arrillaga, NR Watson și PS Bodger, Power System Harmonics, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, „Armonice în sistemele de alimentare: cauze, efecte și atenuare”, IEEE Power Engineering Review, vol. 20, nr. 10, p. 27 - 31, 2000.
• Standardul IEEE 519 - 2014, Practici și cerințe IEEE recomandate pentru controlul armonicilor în sistemele electrice de alimentare.