هارمونیک های شبکه برق به یک مسئله جدی در سیستم های قدرت مدرن تبدیل شده است. به عنوان یک تامین کننده معتبر ترانسفورماتور 35kv، من از نزدیک شاهد چالش هایی هستم که هارمونیک ها برای این قطعات حیاتی از تجهیزات ایجاد می کنند. در این پست وبلاگ، من به تاثیر هارمونیک های شبکه برق بر روی ترانسفورماتورهای 35 کیلو ولت می پردازم و جنبه های فنی و مفاهیم عملی را روشن می کنم.
درک هارمونیک شبکه برق
قبل از بررسی تاثیر روی ترانسفورماتورهای 35kv، اجازه دهید به طور خلاصه بفهمیم که هارمونیک های شبکه قدرت چیست. در یک سیستم قدرت ایده آل، شکل موج ولتاژ و جریان سینوسی خالص با یک فرکانس، معمولاً 50 هرتز یا 60 هرتز هستند. با این حال، در واقعیت، بارهای غیر خطی مانند دستگاه های الکترونیکی قدرت، درایوهای با سرعت متغیر و کوره های قوس الکتریکی این شکل موج ها را مخدوش می کنند. این شکل موج های تحریف شده را می توان به یک جزء فرکانس اساسی و یک سری از اجزای فرکانس بالاتر به نام هارمونیک تجزیه کرد. فرکانس های این هارمونیک ها مضرب صحیح فرکانس اصلی هستند. به عنوان مثال، هارمونیک سوم دارای فرکانس 150 هرتز است (اگر فاندامنتال 50 هرتز باشد).
تاثیر بر تلفات ترانسفورماتور 35kv
یکی از مهم ترین تاثیرات هارمونیک های شبکه برق روی ترانسفورماتورهای 35 کیلوولت افزایش تلفات است. دو نوع اصلی تلفات در ترانسفورماتورها وجود دارد: تلفات مس و تلفات آهن.
تلفات مس
تلفات مس در سیم پیچ های ترانسفورماتور به دلیل مقاومت هادی ها رخ می دهد. تلفات توان در یک هادی با (P = I^{2}R) داده میشود، که در آن (I) جریان عبوری از هادی و (R) مقاومت آن است. هنگامی که هارمونیک ها در شبکه برق وجود دارند، جریان کل که از سیم پیچ های ترانسفورماتور عبور می کند افزایش می یابد. این به این دلیل است که جریان های هارمونیک به جریان اصلی اضافه می شوند. از آنجایی که تلفات مس متناسب با مجذور جریان است، حتی افزایش اندک در جریان هارمونیک می تواند منجر به افزایش قابل توجه تلفات مس شود. به عنوان مثال، اگر جریان هارمونیک 10٪ جریان اصلی باشد، جریان کل افزایش می یابد و تلفات مس به دلیل رابطه مربع - قانون بیش از 10٪ افزایش می یابد.
تلفات آهن
تلفات آهن، همچنین به عنوان تلفات هسته شناخته می شود، شامل تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است. تلفات هیسترزیس به دلیل مغناطش و مغناطیس زدایی مکرر هسته ترانسفورماتور رخ می دهد. تلفات جریان گردابی ناشی از جریان های گردشی القا شده در هسته به دلیل تغییر میدان مغناطیسی است. هارمونیک ها سرعت تغییر میدان مغناطیسی را در هسته ترانسفورماتور افزایش می دهند. این منجر به افزایش تلفات هیسترزیس و جریان گردابی می شود. هارمونیک های فرکانس بالاتر، به ویژه، تأثیر بارزتری بر تلفات جریان گردابی دارند، زیرا تلفات جریان گردابی با مجذور فرکانس متناسب است. در نتیجه، تلفات کلی آهن در ترانسفورماتور 35 کیلوولت می تواند در حضور هارمونیک ها به طور قابل توجهی افزایش یابد.
تاثیر بر گرمایش ترانسفورماتور
افزایش تلفات در ترانسفورماتور 35 کیلوولت به دلیل هارمونیک ها منجر به تولید گرمای بیشتر می شود. ترانسفورماتورها طوری طراحی شده اند که در محدوده دمایی معینی کار کنند. گرمای بیش از حد می تواند چندین عواقب منفی داشته باشد.
تخریب عایق
مواد عایق مورد استفاده در ترانسفورماتورها مانند کاغذ و روغن به دما حساس هستند. دمای بالا می تواند روند پیری عایق را تسریع کند. هنگامی که عایق تخریب می شود، قدرت دی الکتریک آن کاهش می یابد و خطر خرابی الکتریکی افزایش می یابد. این می تواند منجر به اتصال کوتاه در ترانسفورماتور شود که می تواند باعث آسیب و خرابی پرهزینه شود. برای یک ترانسفورماتور 35 کیلوولت، که یک جزء حیاتی در شبکه توزیع برق است، هر گونه خرابی عایق می تواند عواقب بسیار گسترده ای داشته باشد.
کاهش طول عمر
طول عمر یک ترانسفورماتور ارتباط نزدیکی با دمای کارکرد آن دارد. ترانسفورماتورهایی که به دلیل هارمونیک ها در دمای بالاتر کار می کنند، در مقایسه با ترانسفورماتورهایی که در شرایط عادی کار می کنند، طول عمر کمتری خواهند داشت. از معادله آرنیوس می توان برای تخمین اثر دما بر سرعت پیری عایق استفاده کرد. به طور کلی، به ازای هر 6 تا 8 درجه سانتی گراد افزایش دما، سرعت پیری عایق دو برابر می شود. بنابراین وجود هارمونیک ها می تواند عمر مفید ترانسفورماتور 35 کیلوولت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
تاثیر بر رتبه ترانسفورماتور
وجود هارمونیک های شبکه برق نیز می تواند بر رتبه ظاهری یک ترانسفورماتور 35 کیلوولت تأثیر بگذارد. ترانسفورماتورها بر اساس توانایی آنها در تحمل مقدار معینی بار در شرایط عملیاتی معمولی رتبه بندی می شوند. با این حال، هنگامی که هارمونیک وجود دارد، ترانسفورماتور ممکن است قادر به تحمل بار مشابه در یک محیط بدون هارمونیک نباشد.
کاهش
برای اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد ترانسفورماتور در حضور هارمونیک، ممکن است لازم باشد که ترانسفورماتور را کاهش دهید. درجه بندی به معنای کاهش حداکثر باری است که ترانسفورماتور می تواند تحمل کند. به عنوان مثال، اگر یک ترانسفورماتور 35 کیلوولت برای 10MVA در شرایط عادی رتبه بندی شود، در سیستمی با هارمونیک بالا، ممکن است نیاز به کاهش به 8MVA یا حتی کمتر باشد. این می تواند یک مسئله مهم برای اپراتورهای سیستم قدرت باشد، زیرا ممکن است آنها را ملزم به نصب ترانسفورماتورهای اضافی برای پاسخگویی به تقاضای بار کند.
تاثیر بر نویز ترانسفورماتور
هارمونیک ها همچنین می توانند باعث افزایش نویز ترانسفورماتور شوند. نیروهای مغناطیسی وارد بر هسته ترانسفورماتور و سیم پیچ ها با مربع میدان مغناطیسی متناسب است. هنگامی که هارمونیک وجود دارد، میدان مغناطیسی در ترانسفورماتور پیچیده تر می شود و نیروهای مغناطیسی افزایش می یابد. این می تواند باعث شود که هسته ترانسفورماتور و سیم پیچ ها با شدت بیشتری ارتعاش کنند و در نتیجه سطح نویز افزایش یابد. صدای بیش از حد از یک ترانسفورماتور 35 کیلوولت می تواند در مناطق مسکونی یا تجاری مزاحم باشد و همچنین ممکن است نشان دهنده مشکلات مکانیکی بالقوه در ترانسفورماتور باشد.
استراتژی های کاهش
به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور 35kv، من اهمیت کاهش تاثیر هارمونیک های شبکه برق را درک می کنم. چندین استراتژی وجود دارد که می توان از آنها استفاده کرد:
فیلتر کردن
فیلترهای هارمونیک را می توان در سیستم قدرت نصب کرد تا محتوای هارمونیک در شکل موج ولتاژ و جریان را کاهش دهد. فیلترهای غیر فعال، مانند فیلترهای LC، معمولا برای جذب فرکانس های هارمونیک خاص استفاده می شوند. از طرف دیگر، فیلترهای فعال می توانند عملکرد خود را به صورت پویا تنظیم کنند تا طیف وسیعی از هارمونیک ها را جبران کنند.
اصلاحات طراحی ترانسفورماتور
ترانسفورماتورها را می توان به گونه ای طراحی کرد که در برابر هارمونیک ها مقاوم تر باشند. به عنوان مثال، استفاده از هادی های سطح مقطع بزرگتر می تواند تلفات مس را کاهش دهد و از مواد هسته ویژه می توان برای کاهش تلفات آهن استفاده کرد.
نتیجه گیری
در نتیجه، هارمونیک های شبکه قدرت تاثیر قابل توجهی بر ترانسفورماتورهای 35 کیلوولت دارند. آنها تلفات را افزایش می دهند، باعث گرم شدن بیش از حد، کاهش رتبه ترانسفورماتور و افزایش سطح نویز می شوند. به عنوان یک تامین کننده ترانسفورماتور 35kv، من متعهد به ارائه ترانسفورماتورهای با کیفیت بالا هستم که می توانند در برابر چالش های ایجاد شده توسط هارمونیک ها مقاومت کنند. اگر شما در بازار برای یک قابل اعتماد هستیدترانسفورماتور 35 کیلو ولت،ترانسفورماتور 33 کیلو ولت، یاترانسفورماتور 33 0.415 Kv، لطفاً برای گفتگوی دقیق در مورد نیازهای خود و اینکه چگونه می توانیم به شما در کاهش تأثیر هارمونیک ها کمک کنیم، با ما تماس بگیرید.
مراجع
- Arrillaga، J.، و واتسون، NR (2001). هارمونیک سیستم قدرت جان وایلی و پسران
- گراس، جی، و گرینگر، جی جی (2006). تجزیه و تحلیل سیستم قدرت مک گراو - هیل.
- استاندارد IEEE 519 - 2014، اقدامات و الزامات توصیه شده IEEE برای کنترل هارمونیک در سیستم های قدرت الکتریکی.