Yağlı tip güç transformatörlerinde harmoniklerin etkisi nedir?

Harmonikler, özellikle yağa batırılmış güç transformatörleri gibi ekipmanlar söz konusu olduğunda, elektrik güç sistemlerinin çalışmasında önemli bir endişe kaynağı haline gelmiştir. lider tedarikçisi olarakYağlı Güç TrafosuHarmoniklerin bu kritik bileşenler üzerindeki etkisine ilk elden tanık oldum. Bu blog yazısında, harmoniklerin yağlı güç transformatörleri üzerindeki çeşitli etkilerini inceleyeceğim, harmoniklerin nedenlerini araştıracağım ve etkilerini hafifletmeye yönelik stratejileri tartışacağım.

Harmonikleri Anlamak

Harmonikler, temel frekansın (genellikle 50 veya 60 Hz) tam katları olan frekanslara sahip sinüzoidal gerilimler veya akımlardır. İdeal bir güç sisteminde gerilim ve akım dalga biçimleri temel frekansta saf sinüzoidlerdir. Ancak değişken hızlı sürücüler, güç elektroniği ve floresan aydınlatma gibi doğrusal olmayan yüklerin artan kullanımı, güç sistemine harmonikler getirmiştir. Bu doğrusal olmayan yükler, akımı sinüzoidal olmayan bir şekilde çeker, bu da voltajı ve akım dalga biçimlerini bozar.

Harmoniklerin Yağlı Güç Transformatörleri Üzerindeki Etkisi

1. Artan Çekirdek Kayıpları

Harmoniklerin yağlı güç transformatörleri üzerindeki en önemli etkilerinden biri çekirdek kayıplarındaki artıştır. Bir transformatördeki çekirdek kayıpları histerezis kayıpları ve girdap akımı kayıplarından oluşur. Histerezis kayıpları çekirdek malzemesindeki mıknatıslanmanın tersine dönmesi nedeniyle meydana gelirken, girdap akımı kayıpları çekirdekte indüklenen dolaşım akımlarından kaynaklanır.

Harmonikler çekirdekteki manyetik akının daha hızlı değişmesine neden olduğundan çekirdek kayıplarını artırır. Daha yüksek frekanslı harmonikler, daha fazla sayıda mıknatıslanma tersine dönmesine neden olur ve bu da histerezis kayıplarında bir artışa yol açar. Ek olarak girdap akımı kayıpları frekansın karesiyle orantılıdır. Harmoniklerin frekansı temel frekanstan yüksek olduğu için girdap akımı kayıpları önemli ölçüde artar. Çekirdek kayıplarındaki bu artış, transformatörde daha yüksek çalışma sıcaklıklarına yol açarak yalıtımın ve diğer bileşenlerin ömrünü kısaltabilir.

2. Artan Bakır Kayıpları

Transformatördeki bakır kayıpları sargıların direncinden kaynaklanmaktadır. Akımda harmonikler mevcut olduğunda sargıların etkin direnci artar. Bunun nedeni, cilt etkisinin ve yakınlık etkisinin yüksek frekanslarda daha belirgin hale gelmesidir. Cilt etkisi, akımın iletkenin yüzeyine yakın akmasına neden olarak etkin direnci arttırır. Yakınlık etkisi ise komşu iletkenler arasındaki etkileşimdir ve bu da direnci arttırır.

Direncin artması sonucu trafo sargılarındaki bakır kayıpları artar. Bu sadece daha yüksek güç tüketimine yol açmakla kalmaz, aynı zamanda daha fazla ısı üretir, bu da izolasyonu ve transformatörün diğer bileşenlerini daha da bozabilir.

3. Gerilim Bozulması

Harmonikler güç sisteminde voltaj bozulmasına neden olabilir. Gerilim dalga biçimi bozulduğunda, aynı sisteme bağlı diğer elektrikli ekipmanların performansı etkilenebilir. Yağa batırılmış güç transformatörleri durumunda, voltaj bozulması, manyetik akının çekirdekte eşit olmayan dağılımına yol açabilir. Bu, çekirdekte ve sargılarda yerel aşırı ısınmaya neden olabilir, bu da izolasyona zarar verebilir ve transformatörün verimliliğini azaltabilir.

4. Rezonans

Harmonikler ayrıca güç sisteminde rezonansa da neden olabilir. Rezonans, bir devrenin doğal frekansı harmoniklerin frekansıyla eşleştiğinde ortaya çıkar. Yağa batırılmış bir güç transformatöründe rezonans, transformatöre ve sistemdeki diğer ekipmanlara zarar verebilecek aşırı akım ve gerilimlere yol açabilir. Rezonans ayrıca transformatörde mekanik titreşimlere de neden olabilir ve bu da transformatörün erken arızalanmasına neden olabilir.

5. Azaltılmış Trafo Kapasitesi

Artan kayıplar ve harmoniklerin neden olduğu aşırı ısınma potansiyeli nedeniyle, yağlı güç transformatörünün etkin kapasitesi azalır. Normal şartlarda belirli bir yükte çalışacak şekilde tasarlanmış bir transformatör, harmoniklerin mevcut olduğu durumlarda aynı yükü kaldıramayabilir. Bu, güç talebini karşılamak için ilave transformatörlerin gerekebileceği anlamına gelir ve bu da güç sisteminin maliyetini artırır.

Güç Sistemindeki Harmoniklerin Nedenleri

Daha önce de belirtildiği gibi, güç sistemindeki harmoniklerin ana nedeni doğrusal olmayan yüklerdir. Bazı yaygın doğrusal olmayan yükler şunları içerir:

• Değişken hızlı Sürücüler (VSD'ler): VSD'ler endüstriyel uygulamalarda motorların hızını kontrol etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. AC gücünü DC'ye ve ardından değişken frekansta tekrar AC'ye dönüştürmek için güç elektroniği kullanırlar. Bu süreç güç sistemine harmonikler katar.
• Güç Elektroniği: Doğrultucular, invertörler ve anahtarlamalı güç kaynakları gibi cihazların tümü doğrusal olmayan yüklerdir. Akımı sinüzoidal olmayan bir şekilde çekerler ve bu da harmonikler üretir.
• Floresan Aydınlatma: Floresan lambalar doğrusal olmayan yükler olan elektronik balastları kullanır. Ayrıca güç sisteminde harmoniklerin oluşmasına da katkıda bulunurlar.

Azaltma Stratejileri

Harmoniklerin yağlı güç transformatörleri üzerindeki etkisini azaltmak için çeşitli stratejiler kullanılabilir:

1. Filtreleme

Harmonik filtreler güç sistemindeki harmoniklerin seviyesini azaltmak için kullanılabilir. İki ana harmonik filtre türü vardır: pasif filtreler ve aktif filtreler. Pasif filtreler kapasitörler, indüktörler ve dirençlerden oluşur ve harmonikler için düşük empedanslı bir yol sağlamak üzere tasarlanmıştır. Aktif filtreler ise harmonik akımlara eşit ve zıt akımları enjekte etmek ve böylece onları iptal etmek için güç elektroniğini kullanır.

2. Trafo Tasarımı

Transformatörler harmoniklere daha dayanıklı olacak şekilde tasarlanabilir. Örneğin, daha büyük bir çekirdek boyutunun kullanılması, harmoniklerin neden olduğu çekirdek kayıplarının azaltılmasına yardımcı olabilir. Ayrıca daha büyük kesit alanına sahip iletkenlerin kullanılması, yüzey etkisi ve yakınlık etkisinden kaynaklanan bakır kayıplarını azaltabilir.

3. Yük Yönetimi

Güç sistemindeki doğrusal olmayan yüklerin yönetilmesiyle harmoniklerin düzeyi azaltılabilir. Bu, güç faktörü düzeltme cihazları kullanılarak, yoğun talep dönemlerinde doğrusal olmayan yüklerin kullanımının sınırlandırılmasıyla ve doğrusal olmayan yüklerin uygun şekilde boyutlandırılıp kurulmasının sağlanmasıyla yapılabilir.

Çözüm

Harmoniklerin, artan çekirdek ve bakır kayıpları, voltaj bozulması, rezonans ve azalan trafo kapasitesi dahil olmak üzere, yağa batırılmış güç transformatörleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Tedarikçisi olarakYağlı Güç TrafosuTransformatörlerimizin güvenilir ve verimli çalışmasını sağlamak için harmonik konusunu ele almanın önemini anlıyoruz.

Eğer bir süredir piyasadaysanızÜç Fazlı Yağlı Transformatörveya birİstasyon Servis TrafosuSizlere kaliteli ürün ve çözümler sunmak için buradayız. Uzman ekibimiz, uygulamanız için doğru transformatörü seçmenize yardımcı olabilir ve harmoniklerin etkisini nasıl azaltacağınız konusunda rehberlik sağlayabilir. Transformatör ihtiyaçlarınız hakkında bir tartışma başlatmak ve güç sisteminiz için en iyi çözümleri keşfetmek için bugün bizimle iletişime geçin.

Referanslar

• J. Arrillaga, NR Watson ve PS Bodger, Güç Sistemi Harmonikleri, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, "Güç sistemlerindeki harmonikler: nedenleri, etkileri ve hafifletilmesi", IEEE Power Engineering Review, cilt. 20, hayır. 10, s. 27 - 31, 2000.
• IEEE Standardı 519 - 2014, Elektrik Güç Sistemlerinde Harmonik Kontrol için IEEE Tavsiye Edilen Uygulamalar ve Gereksinimler.