هارمونیک ها یکی از دغدغه های مهم در سیستم های قدرت الکتریکی هستند و تاثیر آن ها بر ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک موضوعی است که نیاز به توجه دارد. به عنوان تامین کنندهترانسفورماتور قدرت نوع خشک، من به طور مستقیم شاهد چالش ها و پیامدهایی بوده ام که هارمونیک ها می توانند برای این اجزای اساسی زیرساخت الکتریکی ایجاد کنند.
درک هارمونیک
هارمونیک ها ولتاژها یا جریان هایی سینوسی هستند که دارای فرکانس های مضرب صحیح فرکانس اصلی (معمولاً 50 یا 60 هرتز) هستند. در یک سیستم قدرت ایده آل، شکل موج ولتاژ و جریان، امواج سینوسی خالص در فرکانس اصلی هستند. با این حال، استفاده روزافزون از بارهای غیر خطی مانند درایوهای فرکانس متغیر، کامپیوترها و بالاست های الکترونیکی منجر به ورود هارمونیک ها به سیستم قدرت شده است.
بارهای غیر خطی جریان را در پالس های کوتاه به جای شکل موج سینوسی صاف می کشند. این شکل موج های جریان غیر سینوسی حاوی اجزای هارمونیک هستند. به عنوان مثال، جریان هارمونیک سوم دارای فرکانس سه برابر فرکانس اصلی، جریان هارمونیک پنجم دارای فرکانس پنج برابر فرکانس اصلی و غیره است.
تاثیر بر ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک
1. افزایش گرمایش
یکی از مهم ترین تاثیرات هارمونیک ها بر ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک افزایش گرمایش است. ترانسفورماتورها برای عملکرد با شکل موج سینوسی در فرکانس اصلی طراحی شده اند. هنگامی که هارمونیک وجود دارد، جریان های هارمونیک اضافی که از سیم پیچ های ترانسفورماتور عبور می کنند باعث تلفات اضافی می شوند.
تلفات در یک ترانسفورماتور را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: تلفات مس و تلفات هسته. تلفات مس با مجذور جریان عبوری از سیم پیچ ها متناسب است. از آنجایی که جریان های هارمونیک به کل جریان اضافه می شود، تلفات مس به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به عنوان مثال، اگر سومین جریان هارمونیک در سیستم وجود داشته باشد، جریان کل در سیم پیچ مجموع بردار جریان اصلی و سومین جریان هارمونیک است. افزایش جریان منجر به افزایش تلفات $I^{2}R$ میشود که در آن $I$ جریان و $R$ مقاومت سیمپیچ است.
تلفات هسته نیز به دلیل هارمونیک ها افزایش می یابد. تلفات هیسترزیس و جریان گردابی در هسته ترانسفورماتور وابسته به فرکانس است. هارمونیک های فرکانس بالاتر باعث تغییرات سریع تری در میدان مغناطیسی درون هسته می شوند و در نتیجه تلفات هیسترزیس افزایش می یابد. تلفات جریان گردابی متناسب با مجذور فرکانس است، بنابراین وجود هارمونیک های فرکانس بالا می تواند باعث افزایش قابل توجه تلفات جریان گردابی شود.
این افزایش گرمایش می تواند چندین پیامد منفی داشته باشد. می تواند طول عمر عایق ترانسفورماتور را کاهش دهد. مواد عایق در ترانسفورماتورهای نوع خشک مانند رزین اپوکسی درترانسفورماتور خشک رزین اپوکسیطراحی شده اند تا در محدوده دمایی خاصی کار کنند. گرمای بیش از حد می تواند باعث تخریب سریعتر عایق شده و منجر به خرابی عایق و خرابی احتمالی ترانسفورماتور شود.
2. درجه بندی ترانسفورماتورها
به دلیل افزایش گرمایش ناشی از هارمونیک ها، ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک ممکن است نیاز به کاهش وزن داشته باشند. کاهش به معنای کاهش ظرفیت نامی ترانسفورماتور است تا اطمینان حاصل شود که می تواند تحت شرایط غنی از هارمونیک کار کند.
مقدار درجه بندی مورد نیاز به بزرگی و فرکانس هارمونیک های موجود در سیستم بستگی دارد. برای مثال، اگر اعوجاج هارمونیک کل (THD) جریان نسبتاً کم باشد، مثلاً کمتر از 10٪، کاهش ممکن است حداقل باشد. با این حال، اگر THD بالا باشد، مانند 30٪ یا بیشتر، ترانسفورماتور ممکن است نیاز به کاهش قابل توجهی داشته باشد، شاید 20 تا 30٪ از ظرفیت نامی آن.
کاهش سطح ترانسفورماتور می تواند یک راه حل پرهزینه باشد. ممکن است نیاز به نصب یک ترانسفورماتور با ظرفیت بزرگتر از آنچه در یک محیط غیر هارمونیک لازم است باشد. این امر هزینه سرمایه گذاری اولیه را افزایش می دهد و همچنین فضای بیشتری را در تاسیسات الکتریکی اشغال می کند.
3. اعوجاج ولتاژ
هارمونیک ها همچنین می توانند باعث ایجاد اعوجاج ولتاژ در سیستم قدرت شوند. هنگامی که جریان های هارمونیک از طریق امپدانس ترانسفورماتور و شبکه الکتریکی مربوطه عبور می کنند، افت ولتاژ در فرکانس های هارمونیک ایجاد می کنند. این افت ولتاژ شکل موج ولتاژ را در پایانه های ترانسفورماتور مخدوش می کند.
اعوجاج ولتاژ می تواند تأثیر منفی بر عملکرد سایر تجهیزات الکتریکی متصل به همان سیستم داشته باشد. به عنوان مثال، تجهیزات الکترونیکی حساس ممکن است به دلیل ولتاژ تحریف شده، عملکرد نادرست داشته باشند یا قابلیت اطمینان آنها کاهش یابد. علاوه بر این، اعوجاج ولتاژ می تواند باعث تلفات اضافی در سایر وسایل الکتریکی شود که منجر به افزایش مصرف انرژی می شود.
4. نویز قابل شنیدن
وجود هارمونیک ها می تواند نویز شنیداری منتشر شده از ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک را افزایش دهد. نیروهای مغناطیسی درون هسته ترانسفورماتور با مربع چگالی شار مغناطیسی متناسب است. از آنجایی که هارمونیک ها باعث تغییر در میدان مغناطیسی می شوند، می توانند منجر به افزایش ارتعاشات مکانیکی در هسته و سیم پیچ ها شوند.
این ارتعاشات به محفظه ترانسفورماتور منتقل می شود و به صورت امواج صوتی تابش می شود. هارمونیک های فرکانس بالا می توانند صدای ناله یا وزوز با صدای بلند ایجاد کنند که می تواند در مناطق مسکونی یا تجاری که ترانسفورماتور در آن قرار دارد آزاردهنده باشد.
استراتژی های کاهش
1. فیلترهای هارمونیک
فیلترهای هارمونیک یکی از رایج ترین روش های کاهش تاثیر هارمونیک ها بر ترانسفورماتورهای قدرت نوع خشک می باشد. دو نوع اصلی فیلتر هارمونیک وجود دارد: فیلترهای غیر فعال و فیلترهای فعال.
فیلترهای غیرفعال شامل سلف ها، خازن ها و مقاومت هایی هستند که در یک پیکربندی خاص به هم متصل شده اند تا مسیری با امپدانس کم برای جریان های هارمونیک فراهم کنند. آنها نسبتا ساده و مقرون به صرفه هستند، اما برای فیلتر کردن فرکانس های هارمونیک خاص طراحی شده اند. به عنوان مثال، ممکن است یک فیلتر غیرفعال برای فیلتر کردن هارمونیک های پنجم و هفتم طراحی شود.
از طرف دیگر فیلترهای فعال پیچیده تر و گران تر هستند. آنها از الکترونیک قدرت برای تولید جریان جبران کننده ای استفاده می کنند که از نظر بزرگی برابر و در فاز مخالف جریان هارمونیک است. فیلترهای فعال می توانند با تغییرات در طیف هارمونیک سازگار شوند و راه حل جامع تری برای کاهش هارمونیک ارائه دهند.
2. انتخاب ترانسفورماتور مناسب
هنگام طراحی یک سیستم الکتریکی با هارمونیک، مهم است که ترانسفورماتور قدرت نوع خشک مناسب را انتخاب کنید. برخی از ترانسفورماتورها به طور خاص برای مدیریت محیط های غنی از هارمونیک طراحی شده اند. به عنوان مثال، ترانسفورماتورهای با درجه ضریب k بالاتر برای استفاده در سیستم هایی با هارمونیک قابل توجه مناسب تر هستند.
ضریب k معیاری از توانایی ترانسفورماتور برای تحمل بارهای غیر سینوسی است. یک ترانسفورماتور با ضریب k بالاتر می تواند گرمای اضافی تولید شده توسط هارمونیک ها را به طور موثرتری دفع کند. هنگام تعیین ترانسفورماتور برای کاربرد غنی از هارمونیک، توصیه می شود ترانسفورماتور با ضریب ak را انتخاب کنید که برای سطوح هارمونیک مورد انتظار در سیستم مناسب باشد.
نقش ما به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور برق نوع خشک
به عنوان تامین کنندهترانسفورماتور قدرت نوع خشک، ما چالش های ایجاد شده توسط هارمونیک ها را برای مشتریان خود درک می کنیم. ما طیف وسیعی از راه حل ها را برای کمک به مشتریان خود برای کاهش تأثیر هارمونیک ها بر ترانسفورماتور خود ارائه می دهیم.
ما میتوانیم ترانسفورماتورهایی با درجهبندیهای مختلف ضریب k برای محیطهای هارمونیک مختلف ارائه کنیم. ماترانسفورماتور برق نوع خشک ولتاژ بالا 10kvطراحی شده است تا الزامات برنامه های کاربردی ولتاژ بالا را حتی در حضور هارمونیک ها برآورده کند.
علاوه بر این، ما می توانیم پشتیبانی فنی را به مشتریان خود ارائه دهیم. تیم کارشناسان ما می توانند محتوای هارمونیک سیستم های قدرت خود را تجزیه و تحلیل کنند و مناسب ترین استراتژی های کاهش را توصیه کنند. خواه انتخاب ترانسفورماتور مناسب، نصب فیلترهای هارمونیک یا اجرای سایر اقدامات باشد، ما متعهد هستیم که به مشتریان خود کمک کنیم تا از عملکرد قابل اعتماد و کارآمد سیستم های الکتریکی خود اطمینان حاصل کنند.
اگر با چالش های مربوط به هارمونیک ها در سیستم الکتریکی خود مواجه هستید و نیاز به یک ترانسفورماتور برق نوع خشک قابل اعتماد دارید، توصیه می کنیم با ما تماس بگیرید. تیم فروش مجرب ما آماده است تا در مورد نیازهای خاص شما صحبت کند و راه حلی سفارشی را به شما ارائه دهد. ما میتوانیم به شما کمک کنیم تا ترانسفورماتور مناسب را انتخاب کنید و راهنماییهایی در مورد استراتژیهای کاهش هارمونیک برای اطمینان از عملکرد بلندمدت و قابلیت اطمینان تاسیسات الکتریکی شما ارائه دهیم.
مراجع
- استاندارد IEEE 519 - 2014، "اقدامات و الزامات توصیه شده IEEE برای کنترل هارمونیک در سیستم های قدرت الکتریکی".
- "مهندسی ترانسفورماتور: طراحی، فناوری و تشخیص" توسط JC Das.
- "کیفیت نیرو در سیستم های الکتریکی" توسط L. Gyugyi و ED Stacey.