Standart Transformatörünüz Modern Bir Binada Neden Aşırı Isınır: Harmonikler ve K Faktörü

Giriş — nedir ve ne içindir?

Dağıtım transformatörünü su şebekesi olarak düşünün. Sağlıklı, doğrusal bir yük (bir motor veya ısıtıcı), akımı voltaj dalgasıyla eşleşen düzgün, sabit bir akış olarak çeker. Modern elektronik ise tam tersini yapıyor. Bilgisayarların içindeki anahtar modlu güç kaynakları, LED sürücüleri, değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler) ve UPS redresörleri, her voltaj zirvesinin yakınında kısa, keskin darbelerle akımı yutar. Transformatör için bu, şiddetli patlamalarla aynı ortalama su akışını zorlamak gibidir: ortalama verim ampermetrede normal görünür, ancak boru duvarları olması gerekenden çok daha sıcaktır.

Bu gizli ısınma, K faktörlü transformatörün hayatta kalmak için icat ettiği sorundur.

Prensip ve türleri

Bu darbeler tek bir frekans değil. Fourier analizine göre, bozulmuş bir akım, 60 Hz'lik temel artı tamsayı katlarında harmonik akımların bir yığınıdır - 3'üncüsü 180 Hz'de, 5'incisi 300 Hz'de, 7'incisi 420 Hz'de vb. Tehlike, ısının düzene göre nasıl ölçeklendiğidir. Sargı girdap akımı (kaçak) kayıpları kabaca harmonik sıranın karesi ile artar, bu nedenle 5'inci harmonik bileşen bakırı temeldeki aynı RMS akımından yaklaşık 25 kat daha fazla ısıtır ve 13'üncü harmonik yaklaşık 169 kat daha fazla ısıtır. Yalnızca isim plakası kVA'sına göre boyutlandırılan bir transformatör bu nedenle aşırı ısınabilir, izolasyonu eskiyebilir ve ölçülen RMS akımı hiçbir zaman değeri aşmasa bile erken arızalanabilir.

Ölçülen bir harmonik spektrumu satın alma numarasına dönüştürmek için IEEE C57.110 ve UL 1561, K faktörünü tanımlar:

K = Σ (I_h² · h²) / Σ (I_h²)

burada I_h, h harmonik düzeyindeki RMS akımıdır. Tamamen sinüzoidal bir yük K = 1'i verir. Harmoniklerin büyüklüğü ve sırası ne kadar yüksek olursa, K o kadar büyük olur. UL 1561 sabit sınıfları tanır - K-1, K-4, K-9, K-13, K-20, K-30, K-40, K-50 - ve siz hesaplanan değerin hemen üzerindeki sınıfı seçersiniz.

Uygulama örneği — doğru derecelendirmeyi seçme

Modern bir ofis katını veya okulu düşünün: 100 iş istasyonu %70-80 oranında doğrusal olmayan yük anlamına gelebilir. Standart (etkili olarak K-1) kuru tip bir transformatörün sıcaklık artışı dahilinde kalması için isim plakasının kabaca %70'ine düşürülmesi gerekebilir. Pratik temel kural ofisler, okullar ve hastaneler (yoğun karma elektronik) için K-13 ve veri merkezleri ve yoğun sunucu odaları için K-20'dir .

Bir tuzak daha: üçlü harmonikler (3'üncü, 9'uncu, 15'inci...) 4 telli bir Y sisteminin üç fazının tamamında aynı fazdadır, dolayısıyla iptal etmek yerine faz akımının yaklaşık %200'üne kadar taşıyabilen nötrü eklerler. Bu nedenle K dereceli kuru tip üniteler, tam yük akımının en az %200'ü için derecelendirilmiş bir nötr bara ile üretilmiştir.

Yaygın yanılgı ve eğlenceli gerçek

En yaygın yanılgı, K dereceli bir transformatörün harmonikleri "düzelttiği"dir. Değil . Ekstra ısıya dayanacak şekilde üretilmiş sağlamlaştırılmış bir transformatördür - daha ince çekirdek laminasyonları, çoklu transpoze/paralel iletkenler, daha düşük akı yoğunluğu, H Sınıfı (180 °C) veya R (220 °C) yalıtımı, elektrostatik bir kalkan ve büyük boyutlu nötr. Dalga biçimini temizlemez; Harmonikleri gerçekten azaltmak için filtrelere veya harmonik azaltıcı bir transformatöre ihtiyacınız vardır.

İşin eğlenceli ve düşündürücü kısmı: Yalıtım ömrü, kendi değerinin üzerindeki her 10 °C'de kabaca yarıya indiğinden, doğrusal olmayan yüklerle sert bir şekilde çalıştırılan standart bir ünite aylar veya birkaç yıl içinde arızalanabilirken, doğru şekilde belirlenmiş K dereceli bir transformatörün 20 yıldan fazla çalışması beklenir. Ampermetre "normal" diyor - sargılar aynı fikirde değil.