Hallo! Als Lieferant von 3-Phasen-Trockentransformatoren habe ich aus erster Hand gesehen, wie Oberwellen alles durcheinander bringen können. Oberwellen sind unerwünschte Frequenzen, die in einem Transformator alle möglichen Probleme verursachen können. In diesem Blog werde ich einige Tipps geben, wie man die harmonischen Auswirkungen auf einen 3-Phasen-Trockentransformator abmildern kann.
Harmonische verstehen
Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, was Harmonische sind. In einem idealen elektrischen System sind die Spannungs- und Stromwellenformen reine Sinuswellen. Aber in der realen Welt verzerren nichtlineare Lasten wie Computer, Frequenzumrichter (VFDs) und LED-Leuchten diese Wellenformen. Diese verzerrten Wellenformen enthalten Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind (normalerweise 50 Hz oder 60 Hz). Diese Vielfachen werden Harmonische genannt.
Beispielsweise hat die 3. Harmonische eine Frequenz von 150 Hz (wenn die Grundwelle 50 Hz beträgt) und die 5. Harmonische hat eine Frequenz von 250 Hz. Diese Oberwellen können bei einem 3-Phasen-Trockentransformator zu Überhitzung, erhöhten Verlusten und verringerter Effizienz führen.
Der Einfluss von Oberschwingungen auf 3-Phasen-Trockentransformatoren
Wenn im elektrischen System Oberschwingungen vorhanden sind, können diese mehrere negative Auswirkungen auf einen 3-Phasen-Trockentransformator haben.
Überhitzung: Oberwellen erhöhen den effektiven Strom, der durch die Transformatorwicklungen fließt. Dieser zusätzliche Strom führt dazu, dass zusätzliche Wärme erzeugt wird. Da Trockentransformatoren zur Kühlung auf Luft angewiesen sind, kann übermäßige Hitze die Isolierung beschädigen und die Lebensdauer des Transformators verkürzen.
Erhöhte Verluste: Es gibt zwei Hauptarten von Verlusten in einem Transformator: Kupferverluste und Kernverluste. Oberschwingungen erhöhen beide Verluste. Kupferverluste sind proportional zum Quadrat des Stroms, sodass ein Anstieg des Oberschwingungsstroms zu einem deutlichen Anstieg der Kupferverluste führt. Aufgrund der höheren Frequenzen der Oberschwingungen nehmen auch die Kernverluste zu.
Reduzierte Effizienz: Mit zunehmenden Verlusten sinkt der Wirkungsgrad des Transformators. Das bedeutet, dass mehr Energie als Wärme verschwendet wird und der Transformator mehr arbeiten muss, um die gleiche Strommenge zu liefern.
Vibration und Lärm: Die nichtsinusförmige Natur der Oberschwingungsströme kann dazu führen, dass der Transformator vibriert und übermäßige Geräusche erzeugt. Dies kann im privaten oder gewerblichen Bereich störend sein.
Minderungsstrategien
1. Auswahl des richtigen Transformators
Bei der Auswahl eines 3-Phasen-Trockentransformators für ein System mit Oberschwingungen ist es wichtig, einen Transformator auszuwählen, der für den Umgang mit Oberschwingungen ausgelegt ist. Suchen Sie nach Transformatoren mit einem hohen K-Faktor. Der K-Faktor ist ein Maß für die Fähigkeit eines Transformators, nicht-sinusförmige Lasten zu bewältigen. Ein höherer K-Faktor bedeutet, dass der Transformator mehr Oberwellen verarbeiten kann, ohne zu überhitzen.
Wenn Sie es beispielsweise mit einem System zu tun haben, das viele nichtlineare Lasten aufweist, könnten Sie Folgendes in Betracht ziehen:200-kVA-Trockentransformatoroder ein350 KVA Trockentransformatormit hohem K-Faktor.
2. Verwendung harmonischer Filter
Oberschwingungsfilter sind Geräte, die in das elektrische System eingebaut werden können, um den Pegel der Oberschwingungen zu reduzieren. Es gibt zwei Haupttypen von Oberschwingungsfiltern: passive Filter und aktive Filter.
Passive Filter: Diese bestehen aus Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen. Sie funktionieren, indem sie einen Pfad mit niedriger Impedanz für die Oberschwingungsströme bereitstellen und diese vom Transformator ableiten. Passive Filter sind relativ kostengünstig und einfach zu installieren, aber sie sind darauf ausgelegt, bestimmte Oberwellen zu filtern und sind möglicherweise für einen weiten Bereich harmonischer Frequenzen nicht wirksam.
Aktive Filter: Diese sind fortgeschrittener und können sich an verschiedene harmonische Frequenzen anpassen. Mithilfe der Leistungselektronik erzeugen sie einen Ausgleichsstrom, der die Oberschwingungsströme im System aufhebt. Aktive Filter sind teurer als passive Filter, bieten aber eine bessere Leistung und Flexibilität.
3. Richtige Dimensionierung des Transformators
Es ist wichtig, den 3-Phasen-Trockentransformator richtig für die Last zu dimensionieren. Wenn Oberwellen vorhanden sind, kann die Scheinleistung (kVA) der Last aufgrund der nicht sinusförmigen Natur des Stroms höher sein als die Wirkleistung (kW). Stellen Sie sicher, dass Sie die gesamte harmonische Verzerrung (THD) der Last berechnen und diese Informationen verwenden, um den Transformator entsprechend zu dimensionieren.
Ein größerer Transformator kann mehr Oberschwingungsströme ohne Überhitzung verarbeiten. Allerdings kann eine Überdimensionierung des Transformators auch verschwenderisch sein und ist daher ein Balanceakt.
4. Verwendung von Epoxidharz-gegossenen Transformatoren
Epoxidharz-Gusstransformatorsind eine großartige Option für Systeme mit Oberschwingungen. Das Epoxidharz bietet eine hervorragende Isolierung und Schutz vor den Auswirkungen von Oberschwingungen. Es hält höheren Temperaturen stand und ist widerstandsfähiger gegen die mechanischen Belastungen durch harmonische Schwingungen.
Überwachung und Wartung
Sobald Sie diese Schadensbegrenzungsstrategien umgesetzt haben, ist es wichtig, das elektrische System regelmäßig zu überwachen. Verwenden Sie Netzqualitätsanalysatoren, um den Grad der Oberschwingungen im System zu messen. Dies hilft Ihnen, etwaige Veränderungen der Oberschwingungspegel zu erkennen und bei Bedarf Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.
Eine regelmäßige Wartung des 3-Phasen-Trockentransformators ist ebenfalls unerlässlich. Überprüfen Sie regelmäßig den Isolationswiderstand, die Wicklungstemperaturen und das Kühlsystem. Ersetzen Sie beschädigte oder abgenutzte Komponenten umgehend, um sicherzustellen, dass der Transformator weiterhin effizient arbeitet.
Abschluss
Oberschwingungen können erhebliche Auswirkungen auf die Leistung und Lebensdauer eines 3-Phasen-Trockentransformators haben. Wenn Sie jedoch das Problem verstehen und die richtigen Abhilfestrategien umsetzen, können Sie diese Auswirkungen minimieren. Ob es um die Auswahl des richtigen Transformators, den Einsatz von Oberschwingungsfiltern oder die richtige Dimensionierung geht, es gibt mehrere Möglichkeiten, Ihren Transformator vor den schädlichen Auswirkungen von Oberschwingungen zu schützen.
Wenn Sie auf der Suche nach einem 3-Phasen-Trockentransformator sind oder weitere Ratschläge zur Minderung von Oberschwingungen benötigen, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir sind hier, um Ihnen zu helfen, die beste Lösung für Ihr elektrisches System zu finden.
Referenzen
- Mark F. McGranahan, Heilige des Heiligen Geistes.
- „Transformer Engineering: Design, Technologie und Diagnose“ von JC Das.
