Hallo! Als Lieferant von Umspannwerkstransformatoren habe ich aus erster Hand erfahren, wie wichtig es ist, die harmonischen Auswirkungen auf diese wichtigen Geräteteile zu verstehen. In diesem Blog werde ich näher darauf eingehen, was Oberwellen sind, wie sie sich auf Transformatoren in Umspannwerken auswirken und was Sie tun können, um diese Auswirkungen zu mildern.
Was sind Harmonische?
Beginnen wir mit den Grundlagen. In einem idealen elektrischen System sind die Spannungs- und Stromwellenformen reine Sinuswellen. Aber in der realen Welt sind die Dinge nicht so einfach. Nichtlineare Lasten wie Antriebe mit variabler Drehzahl, Computer und LED-Leuchten verzerren die Sinuswelle. Diese verzerrten Wellenformen enthalten Frequenzen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz sind (normalerweise 50 Hz oder 60 Hz). Diese Vielfachen werden Harmonische genannt.
Wenn die Grundfrequenz beispielsweise 60 Hz beträgt, beträgt die 2. Harmonische 120 Hz, die 3. Harmonische 180 Hz und so weiter. Diese Oberschwingungen können in elektrischen Systemen, insbesondere in Umspannwerkstransformatoren, eine ganze Reihe von Problemen verursachen.
Harmonische Auswirkungen auf Umspanntransformatoren
1. Erhöhte Erwärmung
Eine der größten Auswirkungen von Oberschwingungen auf Transformatoren in Umspannwerken ist die erhöhte Erwärmung. Transformatoren sind für den Betrieb mit einer reinen Sinuswelle ausgelegt. Wenn Oberwellen vorhanden sind, verursachen die zusätzlichen Frequenzen zusätzliche Verluste im Kern und in den Wicklungen des Transformators.
Die Kernverluste sind hauptsächlich auf Hysterese und Wirbelströme zurückzuführen. Harmonische erhöhen die Wirbelstromverluste, da die Wirbelströme proportional zum Quadrat der Frequenz sind. Außerdem erleiden die Wicklungen zusätzliche Widerstandsverluste, da der Skin-Effekt bei höheren Frequenzen stärker ausgeprägt ist. Diese erhöhte Erwärmung kann die Lebensdauer des Transformators verkürzen und das Risiko eines Isolationsversagens erhöhen.
2. Überladung
Auch Oberschwingungen können zu einer Überlastung des Transformators führen. Der Effektivwert (RMS) des Stroms steigt, wenn Oberschwingungen vorhanden sind, selbst wenn der Grundstrom innerhalb der Nennkapazität bleibt. Dies bedeutet, dass der Transformator mit einer höheren Scheinleistung betrieben werden kann, als er ausgelegt ist, auch wenn der tatsächliche Leistungsbedarf normal sein könnte.
Eine Überlastung kann zu einer übermäßigen Belastung der Transformatorkomponenten führen und zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Es kann auch die Schutzvorrichtungen auslösen, was zu Stromausfällen führen kann.
3. Lärm und Vibration
Eine weitere spürbare Auswirkung von Oberschwingungen sind erhöhte Geräusche und Vibrationen im Transformator. Die magnetischen Kräfte zwischen den Wicklungen und dem Kern werden durch die harmonischen Ströme beeinflusst. Diese Kräfte können dazu führen, dass der Transformator stärker als normal vibriert, was zu einem lauteren Brummgeräusch führt.
Übermäßige Vibrationen können die mechanischen Komponenten des Transformators beschädigen, beispielsweise die Buchsen und die Montagestruktur. Es kann auch ein Zeichen für potenzielle Probleme sein. Daher ist es wichtig, sich mit dem Problem der Oberwellen zu befassen, um den Geräusch- und Vibrationspegel zu reduzieren.
4. Reduzierte Effizienz
Oberwellen verringern den Wirkungsgrad des Transformators. Wie bereits erwähnt führen die zusätzlichen Verluste durch Oberschwingungen dazu, dass mehr Energie als Wärme verschwendet wird. Dies erhöht nicht nur die Betriebskosten, sondern hat auch Auswirkungen auf die Umwelt.
Ein weniger effizienter Transformator benötigt mehr Eingangsleistung, um die gleiche Ausgangsleistung zu liefern. Das bedeutet, dass im Kraftwerk mehr Brennstoff verbrannt wird, um den zusätzlichen Strom zu erzeugen, was zu höheren CO2-Emissionen führt.
Harmonische Auswirkungen abmildern
1. Filtern
Eine der gebräuchlichsten Methoden zur Minderung der harmonischen Auswirkungen ist der Einsatz von Filtern. Es gibt zwei Haupttypen von Filtern: passive und aktive.
Passive Filter sind relativ einfach und kostengünstig. Sie bestehen aus Kondensatoren und Induktivitäten, die auf bestimmte harmonische Frequenzen abgestimmt sind. Diese Filter bieten einen Pfad mit niedriger Impedanz für die Oberschwingungsströme und leiten sie vom Transformator weg.
Aktive Filter hingegen sind aufwendiger und teurer. Mithilfe der Leistungselektronik erzeugen sie einen Ausgleichsstrom, der die Oberschwingungsströme aufhebt. Aktive Filter können bei der Bewältigung eines breiten Spektrums harmonischer Frequenzen effektiver sein und sich an wechselnde Lastbedingungen anpassen.
2. Richtige Größe
Bei der Auswahl eines Umspannwerkstransformators ist es wichtig, den Oberschwingungsgehalt der Last zu berücksichtigen. Transformatoren können überdimensioniert werden, um die durch Oberschwingungen verursachte zusätzliche Erwärmung und Überlastung zu bewältigen. Dieser Ansatz kann jedoch kostspielig sein und ist möglicherweise nicht die effizienteste Lösung.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Transformatoren zu verwenden, die speziell für Umgebungen mit vielen Oberwellen ausgelegt sind. Diese Transformatoren verfügen über Merkmale wie größere Leiter, bessere Isolierung und verbesserte Kühlsysteme, um die zusätzliche Belastung durch Oberschwingungen zu bewältigen.
3. Lastmanagement
Die Bewältigung der nichtlinearen Lasten kann auch dazu beitragen, die harmonischen Auswirkungen zu reduzieren. Beispielsweise können Sie den Betrieb nichtlinearer Lasten zeitlich gestaffelt gestalten, um zu vermeiden, dass zu viele von ihnen gleichzeitig arbeiten. Sie können auch alte, ineffiziente nichtlineare Lasten durch neuere, harmonischere Modelle ersetzen.
Unsere Umspannwerkstransformatoren und harmonische Überlegungen
In unserem Unternehmen wissen wir, wie wichtig der Umgang mit Oberschwingungen in Umspannwerkstransformatoren ist. Deshalb bieten wir ein Sortiment von hoher Qualität anUmspanntransformatorendie für harmonische Umgebungen konzipiert sind.
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Abschluss
Oberschwingungen können erhebliche Auswirkungen auf Transformatoren in Umspannwerken haben, von erhöhter Erwärmung und Überlastung bis hin zu verringertem Wirkungsgrad und erhöhtem Lärm. Mit den richtigen Minderungsstrategien wie Filterung, richtige Dimensionierung und Lastmanagement können diese Auswirkungen jedoch minimiert werden.
Wenn Sie auf dem Markt für Umspannwerkstransformatoren sind und sicherstellen möchten, dass Ihre Ausrüstung den harmonischen Herausforderungen gewachsen ist, sind wir hier, um Ihnen zu helfen. Unser Expertenteam kann mit Ihnen zusammenarbeiten, um Ihre spezifischen Bedürfnisse zu verstehen und die besten Lösungen zu empfehlen. Zögern Sie nicht, uns für eine Beratung zu kontaktieren und lassen Sie uns ein Gespräch über Ihre Transformatoranforderungen beginnen.
Referenzen
- „Power System Harmonics: Problems and Solutions“ von Bhim Singh und anderen.
- „Transformer Engineering: Design, Technologie und Diagnose“ von John J. McPartland.