تاثیر هارمونیک بر ترانسفورماتور توزیع برق چیست؟

در قلمرو سیستم های قدرت الکتریکی، ترانسفورماتورهای توزیع قدرت نقشی محوری در تضمین تحویل کارآمد و مطمئن برق دارند. به عنوان یک تامین کننده باتجربه ترانسفورماتور توزیع برق، من از نزدیک شاهد چالش ها و فرصت های ارائه شده توسط پدیده های مختلف الکتریکی بوده ام. یکی از این پدیده ها که تأثیر بسزایی بر ترانسفورماتورهای توزیع توان دارد، هارمونیک ها است. در این پست وبلاگ، من به بررسی تاثیر هارمونیک بر ترانسفورماتورهای توزیع برق می پردازم و علل، اثرات و استراتژی های کاهش آن را بررسی می کنم.

درک هارمونیک

هارمونیک ها ولتاژها یا جریان های سینوسی هستند که دارای فرکانس هایی هستند که مضربی صحیح از فرکانس اصلی هستند. در اکثر سیستم های قدرت، فرکانس اصلی بسته به منطقه، 50 هرتز یا 60 هرتز است. برای مثال هارمونیک دوم دارای فرکانس 100 هرتز یا 120 هرتز، هارمونیک سوم دارای فرکانس 150 هرتز یا 180 هرتز و غیره است.

هارمونیک ها توسط بارهای غیر خطی در سیستم الکتریکی تولید می شوند. بارهای غیر خطی وسایلی هستند که جریان را به صورت غیر سینوسی می گیرند. نمونه هایی از بارهای غیر خطی شامل دستگاه های الکترونیکی قدرت مانند درایوهای فرکانس متغیر (VFD)، منابع تغذیه اضطراری (UPS) و منابع تغذیه سوئیچینگ می باشد. این دستگاه ها از کلیدهای نیمه هادی برای کنترل جریان استفاده می کنند که منجر به تولید هارمونیک می شود.

علل هارمونیک در سیستم های قدرت

تکثیر بارهای غیر خطی در سیستم های قدرت مدرن علت اصلی هارمونیک ها است. با افزایش روزافزون دستگاه های الکترونیکی در کاربردهای صنعتی، تجاری و مسکونی، سطح هارمونیک ها در سیستم قدرت افزایش می یابد. برخی از منابع رایج هارمونیک ها در سیستم های قدرت عبارتند از:

دستگاه های الکترونیکی قدرت: همانطور که قبلا ذکر شد، دستگاه های الکترونیکی قدرت مانند VFD ها، UPS ها و منابع تغذیه سوئیچینگ منابع اصلی هارمونیک ها هستند. این دستگاه ها به طور گسترده در فرآیندهای صنعتی، مراکز داده و لوازم الکترونیکی مصرفی مورد استفاده قرار می گیرند.
سیستم های روشنایی: لامپ های فلورسنت و دیودهای ساطع نور (LED) نیز منابع هارمونیک هستند. این سیستم های روشنایی از بالاست ها یا درایورهای الکترونیکی استفاده می کنند که هارمونیک تولید می کنند.
کوره های قوس: از کوره های قوس الکتریکی در صنعت فولاد برای ذوب ضایعات فلزی استفاده می شود. این کوره ها مقدار زیادی جریان را به صورت غیر سینوسی می کشند که منجر به تولید هارمونیک می شود.

تاثیر هارمونیک بر ترانسفورماتورهای توزیع برق

هارمونیک ها می توانند تاثیر قابل توجهی بر ترانسفورماتورهای توزیع برق داشته باشند. وجود هارمونیک در سیستم قدرت می تواند مشکلات زیر را در ترانسفورماتورها ایجاد کند:

افزایش تلفات: هارمونیک باعث افزایش تلفات در ترانسفورماتور می شود. افزایش تلفات ناشی از گرمایش اضافی ناشی از جریان های هارمونیک است. گرمایش اضافی می تواند منجر به کاهش راندمان ترانسفورماتور و افزایش دمای کارکرد آن شود. با گذشت زمان، افزایش دمای کار می تواند باعث تخریب عایق ترانسفورماتور شود که می تواند منجر به خرابی زودرس ترانسفورماتور شود.
گرم شدن بیش از حد: هارمونیک ها می توانند باعث گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتور شوند. گرمای بیش از حد به دلیل افزایش تلفات و اثر پوستی و اثر مجاورتی ناشی از جریان های هارمونیک است. اثر پوستی و اثر مجاورتی باعث می شود جریان در نزدیکی سطح هادی جریان یابد که مقاومت هادی را افزایش می دهد و منجر به گرمایش اضافی می شود. گرمای بیش از حد می تواند منجر به کاهش طول عمر ترانسفورماتور و افزایش خطر آتش سوزی شود.
لرزش و نویز: هارمونیک ها می توانند باعث ارتعاش ترانسفورماتور و تولید نویز شوند. ارتعاش و نویز به دلیل نیروهای مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های هارمونیک است. لرزش و صدا می تواند برای افراد مجاور ترانسفورماتور آزاردهنده باشد و همچنین باعث آسیب به اجزای مکانیکی ترانسفورماتور شود.
ظرفیت کاهش یافته: هارمونیک ها می توانند ظرفیت ترانسفورماتور را کاهش دهند. کاهش ظرفیت به دلیل افزایش تلفات و گرمای بیش از حد ناشی از جریان های هارمونیک است. کاهش ظرفیت می تواند منجر به وضعیتی شود که در آن ترانسفورماتور قادر به برآورده کردن نیازهای بار نیست، که می تواند منجر به قطع برق شود.

استراتژی های کاهش

برای کاهش تأثیر هارمونیک بر ترانسفورماتورهای توزیع توان، می توان از چندین استراتژی استفاده کرد. این استراتژی ها عبارتند از:

200-2500kVA/10kV On-Load Tap-Changing Three-Phase Oil-Immersed Transformer 30-2500kVA/10kV Three Phase Duplex Winding Non-excited Tap-Changing Distribution Transformer

فیلترهای هارمونیک: فیلترهای هارمونیک وسایلی هستند که برای کاهش سطح هارمونیک در سیستم قدرت استفاده می شوند. فیلترهای هارمونیک با ایجاد یک مسیر امپدانس کم برای جریان های هارمونیک کار می کنند که جریان هارمونیک را از ترانسفورماتور منحرف می کند. دو نوع فیلتر هارمونیک وجود دارد: فیلترهای غیر فعال و فیلترهای فعال. فیلترهای غیرفعال از سلف ها، خازن ها و مقاومت ها تشکیل شده اند، در حالی که فیلترهای فعال از دستگاه های الکترونیکی قدرت برای تولید یک جریان جبران کننده استفاده می کنند که جریان های هارمونیک را خنثی می کند.
ترانسفورماتور K-Factor: ترانسفورماتورهای فاکتور K برای کنترل گرمای اضافی ناشی از جریان های هارمونیک طراحی شده اند. ترانسفورماتورهای فاکتور K ظرفیت حرارتی بالاتری نسبت به ترانسفورماتورهای استاندارد دارند که به آنها اجازه می دهد در دمای بالاتر بدون تخریب عایق کار کنند. ترانسفورماتورهای ضریب K بر اساس توانایی آنها در کنترل جریان های هارمونیک رتبه بندی می شوند. هر چه ضریب K بالاتر باشد، ترانسفورماتور توانایی بهتری برای کنترل جریان های هارمونیک دارد.
مدیریت بار: مدیریت بار همچنین می تواند برای کاهش تاثیر هارمونیک بر ترانسفورماتورهای توزیع برق مورد استفاده قرار گیرد. مدیریت بار شامل برنامه ریزی بارهای غیر خطی برای کاهش سطح هارمونیک ها در سیستم قدرت است. به عنوان مثال، بارهای غیر خطی را می توان برنامه ریزی کرد تا در ساعات کم باری که تقاضا برای برق کم است، کار کنند.

پیشنهادات محصول ما

به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور توزیع برق، ما طیف گسترده ای از ترانسفورماتورهای با کیفیت بالا را ارائه می دهیم که برای مقاومت در برابر چالش های ایجاد شده توسط هارمونیک ها طراحی شده اند. سبد محصولات ما شاملترانسفورماتور توزیع سیم‌پیچ دوبلکس سه فاز 30-2500kVA/10kV.،ترانسفورماتور قدرت باد YB، وترانسفورماتور سه فاز غوطه‌ور در روغن 200-2500kVA/10kV روی بار شیر. این ترانسفورماتورها با مواد و فناوری های پیشرفته ساخته شده اند تا از عملکرد قابل اعتماد در حضور هارمونیک ها اطمینان حاصل کنند.

نتیجه گیری

هارمونیک ها می توانند تاثیر قابل توجهی بر ترانسفورماتورهای توزیع برق داشته باشند. وجود هارمونیک در سیستم قدرت می تواند باعث افزایش تلفات، گرمای بیش از حد، لرزش و صدا و کاهش ظرفیت ترانسفورماتورها شود. برای کاهش تأثیر هارمونیک بر ترانسفورماتورهای توزیع توان، چندین استراتژی می‌توان به کار گرفت، از جمله استفاده از فیلترهای هارمونیک، ترانسفورماتورهای ضریب K و مدیریت بار. به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور توزیع برق، ما متعهد هستیم که ترانسفورماتورهای با کیفیتی را به مشتریان خود ارائه دهیم که برای مقاومت در برابر چالش های ایجاد شده توسط هارمونیک ها طراحی شده اند. اگر به دنبال ترانسفورماتور توزیع برق هستید، از شما دعوت می کنیم با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خاص خود صحبت کنید. تیم کارشناسان ما خوشحال خواهند شد که شما را در انتخاب ترانسفورماتور مناسب برای برنامه خود یاری کنند.

مراجع

IEEE Std 519-2014، اقدامات و الزامات توصیه شده IEEE برای کنترل هارمونیک در سیستم های قدرت الکتریکی.
بروشور فنی CIGRE 549، هارمونیک در سیستم های قدرت - راهنمای عملی.
Transformers: Principles, Applications, and Maintenance نوشته جان جی.