Transformatora harmoniskā rezonanse: kad jaudas koeficienta korekcija darbojas pret transformatoru

Rūpnīcas inženieris Ohaio štatā pagājušā gada novembrī mums nosūtīja termisko skenēšanu. 1500 kVA sausā tipa iekārta, kas darbojas ar aptuveni divām trešdaļām no tās datu plāksnītes slodzes, ar tinumu karsto punktu, kas atrodas apmēram 22 grādus virs slodzes līknes. Transformators bija izturējis kārtējās pārbaudes trīs gadus iepriekš, un nekas tā dokumentācijā nepaskaidroja karstumu. Iemesls bija 600 kvar kondensatora banka, kas atrodas divu līču attālumā, veicot tieši to darbu, kam tas tika iegādāts.

Transformatora harmoniskā rezonansegandrīz nekad neparādās kļūmes ziņojumā. Tas izskatās kā karsts transformators, kondensatora drošinātājs, kas pūš bez kļūmes ieraksta, mainījusies neitrāla josla un apkopes komanda, kas nemitīgi nomaina tās pašas detaļas. Tālāk ir norādīts mehānisms — aritmētika, kas norāda, vai jūsu vietne ir atklāta un kas jāmaina specifikācijā, pirms tiek pasūtīta nākamā vienība.

Kas patiesībā ir transformatora harmoniskā rezonanse

Katram transformatoram ir avota pretestība. Katrujaudas koeficienta korekcijabankai ir kapacitāte. Ievietojiet abus vienā kopnē, un jūs esat izveidojis paralēlu rezonanses ķēdi, parasti bez nodoma.

Rezonanses frekvencē šai ķēdei ir ļoti augsta pretestība harmoniskajām strāvām, kas izplūst no nelineārām slodzēm. Šīs strāvas nevar plūst atpakaļ uz avotu, tāpēc tās cirkulē starp kondensatora banku un transformatora tinumu. Sprieguma kropļojumi palielinās, kondensatora strāva palielinās, un transformators absorbē harmoniskos zudumus, kuriem tas nekad nebija paredzēts. Rezonanses secība ir divu rindu aprēķins:

h=√(Ssc / Qc), kur Ssc ir transformatora īssavienojuma jauda, ​​izteikta kVA (data plāksnīte kVA dalīta ar pretestības vienību) un Qc ir kondensatora bankas nomināls kvar.

Formula ir apzināti aptuvena, un šī tuvināšana ir galvenais. Kondensatoru kārbas ir izgatavotas ar aptuveni ±10% kapacitātes pielaidi, un transformatora pretestībai ir sava ražošanas pielaide. Tādējādi jūsu aprēķinātā rezonanses secība ir josla, nevis līnija. Banka, kas izklājlapā izskatās droša, var atrasties tieši uz 5. vai 7. harmonikas, tiklīdz tai iekārtā tiek pieslēgta sprieguma.

Skaitļi: kad kondensatora banka noregulē jūsu transformatoru

Paņemiet parastu Ziemeļamerikas rūpniecisko vienību: 1500 kVA, 480 V, 5,75% pretestība. Īssavienojuma jauda ir 1500 / 0,0575 jeb aptuveni 26,1 MVA. Tagad pievienojiet korekcijas kondensatorus soļos, ko iekārta faktiski uzstāda, un skatieties, kur nolaižas rezonanses punkts.

600 kvar banka noregulē šo transformatoru uz aptuveni 6,6 harmoniku, un 7. harmonika, ko rada jebkura sešu impulsu piedziņa autobusā, nokrīt dažu procentu robežās no maksimuma. Šī ģeometrija ir mācību grāmatatransformatora harmoniskā rezonanselietu. Vietnēs ar to mēs regulāri redzam kondensatora strāvu 1,5 līdz 2,5 reizes lielāku par datu plāksnīti, kondensatora korpusa temperatūru krietni virs apkārtējās vides un spriegumu THD, kas šķērso 5% robežu kopējā savienojuma punktā.

Šī ir daļa, ko lielākā daļa pircēju palaiž garām. Transformators parasti ir pēdējā vainojamā un pirmā bojātā sastāvdaļa. Karstās vietas temperatūra paaugstinās klusi, izolācija noveco ātrāk, nekā paredzēts projektētajā kalpošanas laikā, un iekārta sabojājas vairākus gadus agrāk — ar rūpnīcas testa ziņojumu, kurā teikts, ka katrs parametrs nosūtīšanas dienā bija pielaides robežās.

Kāpēc kopš 2020. gada pievienotās slodzes palielina rezonanses iespējamību

Lielākā daļa iekārtu, kurām ir šāds risks, bija paredzētas lineārai slodzei: motori, pretestības apkure, vecāks apgaismojums. Korekcijas kondensatori tika pievienoti, jo par tiem tika prasīts komunālo pakalpojumu rēķins, atbilstoši motora slodzei un pārslēgti dažos soļos. Tad zem dizaina slodze mainījās.

Mainīgas frekvences piedziņas sūkņiem un ventilatoriem. Sešu impulsu taisngrieži EV lādētājos ir pieskrūvēti pakalpojumam, kas tiem nekad nav bijis paredzēts. LED draiveri, serveru barošanas avoti, indukcijas apkure. Iekārta, kas 2005. gadā bija varbūt 10% nelineāra, šodien var būt 60% nelineāra, joprojām darbinot to pašu transformatoru un to pašu kondensatoru banku.

Robežas nekustējās līdzi slodzei. IEEE 519-2022 joprojām pieprasa 5% spriegumu THD kopējā savienojuma vietā sistēmās no 1 kV līdz 69 kV un 8% sistēmām, kuru spriegums ir 1 kV vai mazāks, ar strāvas kropļojumu robežām, kas mērogotas pēc īssavienojuma strāvas un slodzes strāvas attiecības. Pilnas limitu tabulas ir publicētasIEEE 519-2022 standarta lapa.

Kā transformators maksā rēķinu

Harmoniskā strāva trijās vietās skar transformatoru. Virpuļstrāvas zudumi tinumos palielinās aptuveni ar harmonikas secības kvadrātu. Izkliedētie zudumi serdes skavās, tvertnes sienās un konstrukcijas tēraudā pieaug vēl straujāk. Un četru vadu sistēmā neitrāls nes trīskāršas harmonikas, kas papildina, nevis atceļ, tāpēc neitrālie pārkarst slodzēm, kurās neviens nav gaidījis neitrālu problēmu.

Tas ir iemesls, kāpēc pastāv IEEE C57.110: tas nosaka, kā samazināt transformatora jaudu, ja slodzes strāva nav sinusoidāla. 1500 kVA iekārta ar vienkāršu K-1 vērtējumu nav 1500 kVA iekārta autobusā ar 40% strāvas kropļojumu. UL 1561 tuvojas šai pašai problēmai no produkta puses ar K koeficienta vērtējumiem — K-4, K-13 un K-20 — katrs apraksta, cik daudz harmoniskās apkures konkrētais dizains var absorbēt, nepārsniedzot izolācijas temperatūras ierobežojumus. Šī ir vieta, kurtransformatora harmoniskā rezonansepārvēršas par rindas pozīciju uzturēšanas budžetā.

Simptomi mūs sasniedz diezgan paredzamā secībā:

• Kondensatora drošinātāji pūš, nekur nav reģistrēta neviena kļūda
• Transformatora skaņas līmenis paaugstinās un kļūst rupjāks vairāku mēnešu laikā
• Nokrāsoti nulles un zemējuma vadi galos
• Temperatūras trauksmes signāli dienās, kas faktiski nav karstas
• Brauc, paklūpot autobusā, kas izturējis nodošanu ekspluatācijā bez sūdzībām

Četri veidi, kā noteikt rezonansi

Nav viena labojuma. Pareizā atbilde ir atkarīga no tā, vai veidojat jaunu vai labojat esošu iekārtu, un no tā, ko patiesībā parāda mērījums, nevis no tā, ko nozīmē vienas līnijas diagramma. Korekcijas iekārtas parasti uzstāda darbuzņēmējs, kurš nekad neredz transformatora pretestību, un tieši tājaudas koeficienta korekcijakļūst par trigeri.

Nenoskaņoti reaktori.7% virknes reaktors pirms bankas pārvieto virknes rezonansi līdz aptuveni 3,8 harmonikai, zem jebkuras raksturīgās harmonikas rada sešu impulsu slodze. Pēc tam banka absorbē 5. un 7. harmonisko strāvu, nevis to pastiprina. Kompromiss ir reāls: kārbām ir jābūt augstākam spriegumam, parasti 525 V kondensatoriem 480 V sistēmā, un reaktors palielina zudumus un siltumu korpusā.

K kategorijas transformators.Tinums K-4, K-13 vai K-20 ar dubultizmēra neitrālu nenovērš rezonansi, bet neļauj transformatoram kļūt par komponentu, kas vispirms sabojājas. Norādiet to, kad paredzams, ka nelineārā daļa saglabāsies augsta.

Sadaliet vai pakāpieties bankā.Divas neatkarīgi pārslēgtas 300 kvar pakāpes notur jebkuru atsevišķu rezonanses punktu prom no raksturīgās harmonikas un katrā solī samazina cirkulācijas strāvu. Tas ir lētākais modernizācija, kad banka jau ir pārāk liela.

Noregulēts vai aktīvs filtrs.Kad izmērītais THD pārsniedz 519 ierobežojumus, pasīvie zari, kas noregulēti 5. un 7. punktā, vai aktīvais filtrs ir vienīgās iespējas, kas nodrošina vietnes atbilstību. Adetūnēts reaktorsaizsargā aprīkojumu; tas nelabo vietni, kas jau ir ārpus ierobežojumiem.

Jautājumi, kurus uzdodam, pirms citējam pretestību

Impedance ir mainīgais lielums, ko transformatora ražotājs faktiski kontrolē, tāpēc specifikācija ir jāiestata, ņemot vērā pārējo sistēmu. Ja pircējs nevar atbildēt uz tālāk norādītajiem jautājumiem, datu lapā norādītā pretestības vērtība ir minējums.

• Kāds ir kondensatora bankas reitings, un vai tas tiek pārslēgts pa soļiem?
• Kāda daļa no pievienotās slodzes ir nelineāra - piedziņas, taisngrieži, lādētāji, UPS?
• Vai ir elektroenerģijas kvalitātes mērījums, vai tikai komunālo pakalpojumu rēķins?
• Vai neitrāls ir ielādēts, un kāds trīskāršais saturs ir gaidāms?
• Vai specifikācijā ir nepieciešams K koeficients vai vērtības samazināšanas aprēķins atbilstoši IEEE C57.110?

Pēc tam tiek iestatīta pretestība, K koeficients un neitrāls izmērs. Divas ierīces var izskatīties identiski uz datu plāksnītes — vienāda kVA, vienāda sprieguma attiecība — un uz kopnes, kurā ir liela piedziņa, nav līdzīgas. Procentuālās pretestības pārvietošana pārvieto arī rezonanses secību, tāpēc mēs to nekoriģējam bez bankas grafika.

Kur Raiens Elektrisks iederas

Mēs būvējam sausā tipa un eļļas iegremdējamos transformatorus 120 000 m² plašā rūpnīcā Dzjansu ar 180+ ražošanas iekārtu komplektiem un 37 patentiem, un mēs piegādājam atbilstoši UL, CSA vai IEC shēmām atkarībā no galamērķa. Kopš 2023. gada mēs esam darbojušies kā Eaton kopuzņēmuma partneris, kas nozīmē, ka mūsu dizaina pārskati atbilst tiem pašiem termiskajiem un harmonikas kritērijiem, ko piemēro mūsu partnera inženieri.

Praktiskais ieradums ir vienkāršs. Ja projektā ir iekļauta kondensatora banka, pirms tinuma konstrukcijas izlaišanas mēs lūdzam bankas grafiku un slodzes profilu. Tas maksā vienu e-pastu, un tas ir ieguvis vairāk nekā vienu specifikāciju, kas būtu novietojis rezonanses punktu tieši uz 7. harmoniku. Nosūtiet mums vienas līnijas diagrammu, bankas reitingu un slodzes profiluryan-transformers.com. Mēs atgriezīsimies ar ieteikumu par pretestību, reaktora pozīciju, ja tāds būs nepieciešams, un testa plānu — un mēs jums pateiksim, kad godīga atbilde ir harmonikas filtrs, nevis lielāks transformators.

Par autoru:Šo rakstu ir izstrādājusi inženieru komanda Ryan Electric, Eaton kopuzņēmuma partneris un UL/CSA sertificētais transformatoru ražotājs Dzjansu, Ķīnā, kas piegādā sausā tipa, eļļā iegremdētus un uz pamatnes montētus transformatorus datu centru, rūpniecības un komunālo pakalpojumu projektiem visā Ziemeļamerikā, Tuvajos Austrumos un Dienvidaustrumāzijā.