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Mit der zunehmenden Einführung energieeffizienter Technologien ist die Elektronik zu einem integralen Bestandteil moderner Energiesysteme geworden. Schaltnetzteile (SMPS) in Bürogeräten und LED-Beleuchtung, Antriebe mit variabler Frequenz/Drehzahl (VF/SDs) für Induktionsmotoren und Wechselrichter, die Gleichstrom von Photovoltaikzellen in Wechselstrom mit Netzfrequenz umwandeln, sind Paradebeispiele dafür, wie diese Systeme die Leistung steigern Nutzungseffizienz. Ein wesentlicher Nachteil dieser elektronischen Geräte ist jedoch ihr nichtlinearer Betrieb, der zur Erzeugung von Oberwellen führt – verzerrten Wellenformen, die den gesamten Oberwellengehalt von Spannung und Strom erhöhen. Wenn diese Oberschwingungen nicht richtig gehandhabt werden, können sie sich stromaufwärts über Versorgungsleitungen ausbreiten und Transformatoren beeinträchtigen, indem sie übermäßige Erwärmung und beschleunigte Alterung verursachen. Im Extremfall kann dies zu schweren Geräteschäden oder -ausfällen führen.
In diesem Artikel werden drei Schlüsselmetriken zur Bewertung der Auswirkung der Stromoberwellenerwärmung auf Transformatoren vorgestellt: Oberwellenverlustfaktor, K-Faktor und Faktor K. Diese Metriken helfen bei der Beurteilung, wie Oberwellen zur Transformatorerwärmung beitragen, und ermöglichen fundiertere Entscheidungen bei der Verwaltung des Zustands und der Langlebigkeit von Transformatoren .
Stellen Sie sich einen Transformator mit einer Nennleistung von 200 A vor, der an einen Frequenzumrichter (Variable Speed Drive, VSD) angeschlossen ist, dessen Eingangsstromspektrum dem eines Sechspuls-Gleichrichters nachempfunden ist und auf 104,1 A RMS normiert ist. In diesem Szenario werden der Nennwirbelstromverlust (PEC-R) sowie andere Koeffizienten wie e und q auf 10 %, 0,1 bzw. 1,7 festgelegt. Die Oberwellen-Derating-Metriken des Transformators – Harmonischer Verlustfaktor (FHL), K-Faktor, Faktor K und andere – werden mithilfe vordefinierter Gleichungen berechnet, um zu bewerten, wie sich Oberwellen auf die Leistung des Transformators auswirken.
Gemäß IEEE-Standard C57.110-1998 ist die maximale Harmonische Zahl auf 25 begrenzt, da der Skin-Effekt bei höheren Frequenzen immer stärker ins Gewicht fällt, was zu konservativen Werten für Wirbelstromverlustvorhersagen führt, insbesondere oberhalb der 19. Harmonischen. Wie in Abbildung 1 dargestellt, nehmen die harmonischen Derating-Metriken zu, wenn die harmonische Zahl steigt. Beispielsweise betragen bei der 25. Harmonischen die Werte für FHL, K-Faktor, FHL-STR und Faktor K 8,35, 2,26, 1,34 bzw. 1,15.
Der kumulative Einfluss von Oberschwingungen auf Transformatoren lässt sich an den Derating-Faktoren erkennen. Abbildung 2 zeigt, dass bei Trockentransformatoren ein Leistungsreduzierungsfaktor von 77,4 % zu verzeichnen ist, während ölgefüllte Transformatoren mit einem Leistungsreduzierungsfaktor von 87,2 % etwas besser abschneiden. Diese Reduzierungsfaktoren führen zu äquivalenten Betriebsströmen von 155 A für Trockentransformatoren und 174 A für ölgefüllte Transformatoren. Dies zeigt, dass ölgefüllte Transformatoren besser für den Umgang mit Oberschwingungen geeignet sind, obwohl bei beiden Typen aufgrund der Oberschwingungen immer noch die Kapazität abnimmt.
Um die schädlichen Auswirkungen von Oberschwingungen auf Transformatoren zu mildern und deren Betriebslebensdauer zu verlängern, bietet YT Electric eine hochmoderne Lösung in Form von Aktiven Harmonischen Filtern (AHF) an. Diese Geräte überwachen und filtern aktiv schädliche Oberwellen, bevor sie sich auf Transformatoren und andere empfindliche Geräte ausbreiten können. Durch die Installation des AHF von YT Electric können Einrichtungen die harmonische Verzerrung in ihren Stromversorgungssystemen erheblich reduzieren, die Energieeffizienz verbessern und eine Überhitzung des Transformators verhindern, wodurch die Notwendigkeit einer kostspieligen Leistungsreduzierung minimiert und das Risiko eines Geräteausfalls verringert wird. Diese Lösung ist ideal für Branchen, die stark auf VSDs, SMPS und andere nichtlineare Lasten angewiesen sind, und sorgt selbst in komplexen Systemen für eine reibungslose und zuverlässige Stromverteilung.
Der Einbau der aktiven Oberschwingungsfilter von YT Electric bewahrt nicht nur die Gesundheit von Transformatoren, sondern verbessert auch die allgemeine Stromqualität Ihrer elektrischen Infrastruktur.
IPv6-Netzwerk unterstützt
