تأثیر هارمونیک‌ها بر ترانسفورماتور قدرت غوطه‌ور در روغن چیست؟

هارمونیک ها به یک نگرانی قابل توجه در عملکرد سیستم های قدرت الکتریکی تبدیل شده اند، به ویژه هنگامی که صحبت از تجهیزاتی مانند ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن می شود. به عنوان تامین کننده پیشروترانسفورماتور قدرت غوطه ور در روغن، من از نزدیک شاهد تأثیری که هارمونیک ها می توانند بر این اجزای حیاتی داشته باشند، بوده ام. در این پست وبلاگ، من به بررسی اثرات مختلف هارمونیک ها بر ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن می پردازم، علل هارمونیک ها را بررسی می کنم و در مورد استراتژی هایی برای کاهش تاثیر آنها بحث می کنم.

درک هارمونیک

هارمونیک ها ولتاژها یا جریان های سینوسی با فرکانس هایی هستند که مضربی صحیح از فرکانس اصلی (معمولاً 50 یا 60 هرتز) هستند. در یک سیستم قدرت ایده آل، شکل موج ولتاژ و جریان سینوسی خالص در فرکانس اصلی هستند. با این حال، افزایش استفاده از بارهای غیر خطی مانند درایوهای با سرعت متغیر، الکترونیک قدرت و روشنایی فلورسنت هارمونیک ها را وارد سیستم قدرت کرده است. این بارهای غیر خطی جریان را به صورت غیر سینوسی می کشند که شکل موج ولتاژ و جریان را مخدوش می کند.

تاثیر هارمونیک ها بر ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن

1. افزایش تلفات هسته

یکی از مهم‌ترین تأثیرات هارمونیک‌ها بر ترانسفورماتورهای قدرت غوطه‌ور در روغن، افزایش تلفات هسته است. تلفات هسته در یک ترانسفورماتور شامل تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است. تلفات هیسترزیس به دلیل معکوس شدن مغناطش در مواد هسته رخ می دهد، در حالی که تلفات جریان گردابی توسط جریان های گردشی القا شده در هسته ایجاد می شود.

هارمونیک ها تلفات هسته را افزایش می دهند زیرا باعث می شوند شار مغناطیسی در هسته با سرعت بیشتری تغییر کند. هارمونیک های فرکانس بالاتر منجر به تعداد معکوس های مغناطیسی بیشتر می شود که منجر به افزایش تلفات هیسترزیس می شود. علاوه بر این، تلفات جریان گردابی متناسب با مجذور فرکانس است. از آنجایی که فرکانس هارمونیک ها بیشتر از فرکانس اصلی است، تلفات جریان گردابی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این افزایش تلفات هسته منجر به دمای عملیاتی بالاتر در ترانسفورماتور می شود که می تواند طول عمر عایق و سایر اجزا را کاهش دهد.

2. افزایش تلفات مس

تلفات مس در ترانسفورماتور به دلیل مقاومت سیم پیچ ها است. هنگامی که هارمونیک ها در جریان وجود دارند، مقاومت موثر سیم پیچ ها افزایش می یابد. این به این دلیل است که اثر پوستی و اثر مجاورتی در فرکانس‌های بالاتر بارزتر می‌شود. اثر پوستی باعث می شود که جریان در نزدیکی سطح هادی جریان یابد و مقاومت موثر را افزایش دهد. از طرف دیگر اثر مجاورت برهمکنش بین هادی های مجاور است که باعث افزایش مقاومت نیز می شود.

در نتیجه افزایش مقاومت، تلفات مس در سیم پیچ ترانسفورماتور افزایش می یابد. این نه تنها منجر به مصرف انرژی بیشتر می شود، بلکه گرمای بیشتری تولید می کند که می تواند باعث تخریب بیشتر عایق و سایر اجزای ترانسفورماتور شود.

3. اعوجاج ولتاژ

هارمونیک ها می توانند باعث ایجاد اعوجاج ولتاژ در سیستم قدرت شوند. هنگامی که شکل موج ولتاژ تحریف می شود، می تواند عملکرد سایر تجهیزات الکتریکی متصل به همان سیستم را تحت تأثیر قرار دهد. در مورد ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن، اعوجاج ولتاژ می تواند منجر به توزیع نابرابر شار مغناطیسی در هسته شود. این می تواند باعث گرمای بیش از حد موضعی در هسته و سیم پیچ ها شود که می تواند به عایق آسیب برساند و کارایی ترانسفورماتور را کاهش دهد.

4. طنین

هارمونیک ها همچنین می توانند باعث ایجاد رزونانس در سیستم قدرت شوند. رزونانس زمانی اتفاق می افتد که فرکانس طبیعی یک مدار با فرکانس هارمونیک ها مطابقت داشته باشد. در یک ترانسفورماتور قدرت غوطه‌ور در روغن، رزونانس می‌تواند منجر به جریان‌ها و ولتاژهای بیش از حد شود که می‌تواند به ترانسفورماتور و سایر تجهیزات موجود در سیستم آسیب برساند. رزونانس همچنین می تواند باعث ایجاد ارتعاشات مکانیکی در ترانسفورماتور شود که می تواند منجر به خرابی زودرس ترانسفورماتور شود.

5. کاهش ظرفیت ترانسفورماتور

با توجه به افزایش تلفات و پتانسیل گرمای بیش از حد ناشی از هارمونیک ها، ظرفیت موثر ترانسفورماتور قدرت غوطه ور در روغن کاهش می یابد. ترانسفورماتوری که برای کار در یک بار مشخص در شرایط عادی طراحی شده است ممکن است قادر به تحمل همان بار در صورت وجود هارمونیک نباشد. این بدان معناست که ممکن است به ترانسفورماتورهای اضافی برای پاسخگویی به نیاز برق نیاز باشد که هزینه سیستم قدرت را افزایش می دهد.

علل هارمونیک در سیستم قدرت

همانطور که قبلا ذکر شد، بارهای غیر خطی عامل اصلی ایجاد هارمونیک در سیستم قدرت هستند. برخی از بارهای غیر خطی رایج عبارتند از:

• درایوهای با سرعت متغیر (VSD): VSD ها به طور گسترده در کاربردهای صنعتی برای کنترل سرعت موتورها استفاده می شوند. آنها از الکترونیک قدرت برای تبدیل برق AC به DC و سپس بازگشت به AC با فرکانس متغیر استفاده می کنند. این فرآیند هارمونیک ها را وارد سیستم قدرت می کند.
• الکترونیک قدرت: دستگاه هایی مانند یکسو کننده ها، اینورترها و منابع تغذیه حالت سوئیچ همگی بارهای غیر خطی هستند. آنها جریان را به صورت غیر سینوسی می کشند که هارمونیک ایجاد می کند.
• نور فلورسنت: لامپ های فلورسنت از بالاست های الکترونیکی استفاده می کنند که بارهای غیر خطی هستند. آنها همچنین به تولید هارمونیک در سیستم قدرت کمک می کنند.

استراتژی های کاهش

برای کاهش تاثیر هارمونیک ها بر ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن، می توان از چندین استراتژی استفاده کرد:

1. فیلتر کردن

برای کاهش سطح هارمونیک در سیستم قدرت می توان از فیلترهای هارمونیک استفاده کرد. دو نوع اصلی فیلتر هارمونیک وجود دارد: فیلترهای غیر فعال و فیلترهای فعال. فیلترهای غیر فعال از خازن ها، سلف ها و مقاومت ها تشکیل شده اند و به گونه ای طراحی شده اند که مسیری با امپدانس کم برای هارمونیک ها فراهم کنند. از سوی دیگر، فیلترهای فعال، از الکترونیک قدرت برای تزریق جریان‌هایی که برابر و مخالف جریان‌های هارمونیک هستند، استفاده می‌کنند و در نتیجه آن‌ها را خنثی می‌کنند.

2. طراحی ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها را می توان به گونه ای طراحی کرد که در برابر هارمونیک ها مقاوم تر باشند. به عنوان مثال، استفاده از یک هسته بزرگتر می تواند به کاهش تلفات هسته ناشی از هارمونیک ها کمک کند. علاوه بر این، استفاده از هادی هایی با سطح مقطع بزرگتر می تواند تلفات مس را به دلیل اثر پوستی و اثر مجاورت کاهش دهد.

3. مدیریت بار

با مدیریت بارهای غیر خطی در سیستم قدرت می توان سطح هارمونیک ها را کاهش داد. این را می توان با استفاده از دستگاه های اصلاح کننده ضریب توان، محدود کردن استفاده از بارهای غیر خطی در دوره های اوج تقاضا و اطمینان از اندازه و نصب مناسب بارهای غیر خطی انجام داد.

نتیجه گیری

هارمونیک ها تأثیر قابل توجهی بر ترانسفورماتورهای قدرت غوطه ور در روغن دارند، از جمله افزایش تلفات هسته و مس، اعوجاج ولتاژ، رزونانس و کاهش ظرفیت ترانسفورماتور. به عنوان تامین کنندهترانسفورماتور قدرت غوطه ور در روغن، ما اهمیت پرداختن به موضوع هارمونیک ها را برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد و کارآمد ترانسفورماتورها درک می کنیم.

اگر شما در بازار برای یکترانسفورماتور روغنی سه فازیا الفترانسفورماتور سرویس ایستگاه، ما اینجا هستیم تا محصولات و راه حل های باکیفیت را به شما ارائه دهیم. تیم کارشناسان ما می توانند به شما در انتخاب ترانسفورماتور مناسب برای کاربردتان کمک کنند و راهنمایی هایی در مورد نحوه کاهش تاثیر هارمونیک ها ارائه دهند. امروز با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای ترانسفورماتور خود بحثی را شروع کنیم و بهترین راه حل ها را برای سیستم قدرت خود کشف کنیم.

مراجع

• J. Arrillaga، NR Watson و PS Bodger، Power System Harmonics، John Wiley & Sons، 1985.
• CL Sullivan، "هارمونیک در سیستم های قدرت: علل، اثرات، و کاهش"، IEEE Power Engineering Review، جلد. 20، نه 10، ص 27 - 31، 2000.
• استاندارد IEEE 519 - 2014، اقدامات و الزامات توصیه شده IEEE برای کنترل هارمونیک در سیستم های قدرت الکتریکی.