Leitfaden zu Transformatorenharmoniken und K-Faktor

Was bedeuten Harmonische im Stromnetz?

Harmonische im Stromversorgungssystem können recht komplex sein. Wenn man jedoch genau hinschaut, sind Harmonische einfach die Wellenformabweichungen, die im Strom oder in der Spannung im Verhältnis zur Grundfrequenz beobachtet werden.

In short, Verzerrung. Diese Verzerrungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie höhere Frequenzen als 50 Hz/60 Hz aufweisen, die den 2., 3., 4., 5. oder höhere Ordnungen erreichen können.

Wie werden diese harmonischen Ordnung übersetzt?

Die Ordnungszahl dient als Multiplikator. Um die harmonische Frequenz zu erhalten, multiplizieren Sie die Ordnungszahl mit der Grundfrequenz.

Zum Beispiel, wenn Ihr Transformator dafür ausgelegt ist, mit 60 Hz zu arbeiten, verdoppelt die 2. Harmonische den Wert der Grundfrequenz und sollte bei 120 Hz erscheinen. Ebenso verdreifacht sich die 3. Harmonische bei 180 Hz, die 4. Harmonische vervierfacht sich bei 240 Hz usw.

Sie könnten genießen: MV Skid Compact, die erste Wahl für solar- und speichertechnische Lösungen in Versorgungsunternehmen

Woher kommen die Harmonischen?

Harmonische kommen von bestimmten Arten von Lasten, die entweder nichtlineare Lasten oder andere Lasten sein können, die eine Übererregung verursachen können.

Diese Lasten können von modernen Geräten wie Elektrofahrzeug-Ladesäulen, Computern, Fernsehern, Druckern und Beleuchtung kommen. Harmonische können auch von großen Geräten wie Pumpen, Kältemaschinen, rotierenden Maschinen und elektrischen Lichtbogenöfen stammen.

Typischerweise sind dies Lasten mit variabler Impedanz, die in unregelmäßiger Weise Strom ziehen. Dies erzeugt Stromverzerrungen, die dann zu Spannungsverzerrungen führen.

Wie wirken sich Harmonische auf ein Stromsystem aus?

Generell werden Harmonische als Unreinheit im Stromversorgungssystem betrachtet und können wie alle anderen Unreinheiten mehrere negative Auswirkungen auf die Stromqualität haben und kritische Geräte wie Transformatoren erheblich schädigen.

Stromqualitätsprobleme

Harmonische können zu schlechte Leistung und erhöhter Stromverbrauch was zu höheren Elektrizitätskosten führt.

Die Verzerrungen in der Spannung oder im Strom können außerdem falsche Signale an Sicherungen und Kondensatoren senden, die dazu führen, dass sie häufiger als nötig auslösen, was zu Ausfallzeiten und einer Verringerung der Gesamtproduktivität führt.

Der plötzliche Anstieg des Stroms oder der Spannung kann ebenfalls zu Überlastungen führen, da die Last über das hinausgehen kann, wofür das System ausgelegt ist.

Auswirkungen auf Transformatoren

Oberwellen von nichtlinearen Lasten und Übererregung lassen den Transformator mehr arbeiten, als erforderlich oder als seine nennkapazität.

Wenn dies geschieht, kann die Temperatur des Transformators drastisch ansteigen und schließlich Überhitzung verursachen. Hier entstehen die meisten Probleme.

Übermäßige Wärme kann die Teile des Transformators, insbesondere seine Isolierung, beschädigen. Im Laufe der Zeit degradiert es langsam das Kühlsystem, was zu Ausfällen und verkürzter Lebensdauer führen kann.

Nicht nur das, sondern es beeinträchtigt auch die wichtigen Teile des Transformators, den Kern und seine Wicklungen, was zu erhöhten Eisen- und Kupferverlusten führt.

HWie geht man mit der Präsenz von Oberwellen im Stromnetz um?

Oberwellen können durchaus verheerend sein, aber die gute Nachricht ist, dass sie sehr gut verwaltet werden können. Je nach Art der Anwendung oder des Stromsystem-Setups, das Sie haben, sind Oberwellen mit guter Technik fast immer vorhersehbar.

Zum Beispiel sollte ein IT-Hub oder eine Einrichtung, die Wechselrichter, LED-Beleuchtung und viele Schaltgeregelte Netzteile wie Computer wartet, Maßnahmen zur Minderung von Stromoberwellen beinhalten, da diese Einheiten unter nichtlineare Lasten fallen und Strom auf eine hektische Weise ziehen.

Mehr Ressourcen: Wie verwaltet man den Anlaufstrom von Transformatoren?

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Auswirkungen von Oberwellen im Stromsystem effektiv zu steuern, wie die Verwendung von Oberwellenfiltern, Transformatorabstufung und K-rated Transformatoren.

Die Wahl eines Transformators, der für die Handhabung von harmonisch erzeugenden Lasten ausgelegt ist, ist jedoch eine der sichersten Optionen.

Mehr Ressourcen: Leitfaden zu EV (Elektrofahrzeug) Ladestationen Transformatoren

Was meinen Sie mit der Herabstufung von Transformatoren?

Die Abstufung erfolgt, wenn ein Transformator mit einer Rate unterhalb seiner nennkapazität geladen wird. Ähnlich wie bei der Überdimensionierung eines Transformators wird dies getan, um den Transformator vor potenziellen Schäden durch die Last und andere Umgebungsbedingungen zu schützen.

Die Abstufung wird nicht nur verwendet, um die Auswirkungen von harmonischen Lasten vorherzusehen, sondern diese Option wird auch in Betracht gezogen, wenn Transformatoren in höheren Lagen installiert werden und wann immer unkonventionelle Montagen erforderlich sind.

Bei der Wahl der Abstufung eines Transformators sollte der Abstufungsfaktor berücksichtigt werden. Dieser kann auch durch die Werte des K-Faktors oder THD (Total Harmonic Distortion) des Systems abgeleitet werden.

Darüber hinaus garantiert die Abstufung eines Transformators keinen langfristigen Schutz vor Oberwellen, und K-rated Transformatoren sind weiterhin eine viablere Lösung.

Was macht K-rated Transformatoren von Standardtransformatoren unterschiedlich?

K-rated Transformatoren sind mit robusterer Isolierung, ausreichenden Luftkanälen und verstärkten Neutralleitern gebaut.

Der Kern und die Wicklungen sind mit höheren Spezifikationen und erstklassigem Material gefertigt, das ihnen hilft, die zusätzliche Wärme und den Stress, die durch die Last mit reichen Harmonischen verursacht werden, zu widerstehen.

Zur weiteren Absicherung der Wicklungsmaterialien vor der Wärme durch erhöhte Wirbelströme wird auch eine elektrostatische Abschirmung zwischen den Wicklungen verwendet.

Um all diese Verbesserungen im Design und in der Konstruktion unterzubringen, sind K-Faktor bewertete Transformatoren deutlich größer und teurer als Standardtransformatoren.

Wie findet man den am besten geeigneten K-rated Transformator?

Die K-Faktor-Bewertung bestimmt die thermische Kapazität des Transformators in Bezug auf die Harmonischen, die durch die Last erzeugt werden.

Dies zeigt, wie gut der Transformator die optimale Leistung aufrechterhalten und hohe Harmonischen ohne Überhitzung oder Ausfall standhalten kann.

Er wird durch einen numerischen Wert von 1 bis 50 dargestellt, wobei K-Faktor 1-bewertete Transformatoren Standardtransformatoren sind, deren thermische Kapazität nur linearen Lasten gerecht werden kann.

Während K-Faktor 50-bewertete Transformatoren die höchste thermische Kapazität haben, die eine enorme Menge an überschüssiger Wärme aus höheren Harmonischen bewältigen kann. Diese Art ist kostspielig und wird nur in einem übermäßig anspruchsvollen Umfeld eingesetzt.

Weitere Informationen: Warum verwenden PV-Systeme doppelt gespaltene Hochspannungstransformatoren?

Um die am besten geeignete K-Faktor-Bewertung zu finden, sollte der Prozentsatz der Geräte oder Lasten, die Harmonische erzeugen, bestimmt oder die totale harmonische Verzerrung berücksichtigt werden.

K-1 bewerteter Transformator

• Obwohl sie mit einer K-1-Bewertung dargestellt wird, bedeutet diese Art von Transformatoren, dass es sich um einen Transformator handelt, der nicht K-bewertet ist.
• Es kann nur einen durchschnittlichen Temperaturanstieg durch Wirbelströme aufrechterhalten und ist nicht in der Lage, nicht-lineare Lasten zu bewältigen.
• Wird hauptsächlich für lineare Lasten wie Standard-Glühbirnen, Kondensatoren, Heizgeräte und Motoren verwendet. Im Falle von nicht-linearen Geräten sollte es nicht mehr als 15% der Last betragen.

K-4 bewerteter Transformator

• Dies ist geeignet für Stromversorgungssysteme mit relativ niedrigen bis mittleren Harmonischen. Es kann Systeme mit harmonischerzeugenden Geräten von etwa 35% oder darunter verarbeiten.
• Seine Fähigkeit, Temperaturerhöhungen durch Harmonische standzuhalten, ist viermal größer als die eines standardmäßigen oder nicht- K-bewerteten Transformators..
• Ein Anwendungsbeispiel umfasst Leuchtstoffbeleuchtung, AC-Antriebe, SPS, siliziumgesteuerte Gleichrichter und Induktionsheizungen.

K-13 bewerteter Transformator

• Der am häufigsten verwendete Transformator für Stromversorgungssysteme mit mittleren bis hohen harmonischen Ebenen. Er kann bis zu 75% harmonischerzeugenden Geräten verarbeiten.
• In Bezug auf die Wärmebeständigkeit kann dieser Transformator das Zwei- bis Dreifache der Kapazität eines K-4 bewerteten Transformators bewältigen.
• Seine Hauptanwendungen umfassen Fertigungsstraßen, Telekommunikation, unterbrechungsfreie Stromversorgung, Bildungseinrichtungen und medizinische Einrichtungen.

K-20 bewerteter Transformator und höher

• Diese Art hat eine überlegene thermische Kapazität für nicht-lineare Lasten. Sie hat die Fähigkeit, bis zu 100% der Last zu halten, die aus harmonischerzeugenden Geräten besteht.
• Transformatoren mit dieser K-Faktor-Bewertung und höher sind typischerweise für spezialisierte Anwendungen wie Datenverarbeitungsanlagen, Verwaltungsgebäude, Solarfarmen, variablen Drehzahlantriebe und andere gewerbliche sowie industrielle Anwendungen vorgesehen.

Was sind die Vorteile der Verwendung eines K-rated Transformators?

Der Hauptvorteil der Verwendung von K-bewerteten Transformatoren gegenüber Standardtransformatoren besteht darin, dass sie mit höherer Toleranz gegenüber Harmonischen gefertigt werden.

Dies senkt die Wahrscheinlichkeit von Überhitzung, was zu zusätzlichen Vorteilen wie weniger Ausfallzeiten aufgrund von Wartung und Stromunterbrechung führt.

Erfahren Sie mehr: Leitfaden zur Transformatorwartung

K-bewertete Transformatoren sind auch robuster und zuverlässiger. All diese Eigenschaften tragen dazu bei, die Effizienz des Systems zu verbessern.

Was sind die Nachteile der Verwendung eines K-rated Transformators?

Der Hauptnachteil von K-bewerteten Transformatoren ist, dass sie nicht billig sind. Der Preis steigt in der Regel mit höheren K-Bewertungen.

Beachten Sie auch, dass K-bewertete Transformatoren Harmonische im Stromsystem nicht eliminieren, sondern lediglich als Gegenmaßnahme dienen.

Wie berechnet man den K-Faktor?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Berechnung des K-Faktors. Dies könnte je nach Normen und anderen Grundlagen variieren. Unten ist die K-Faktor-Formel gemäß den UL1561-Normen.

Wo,

h = harmonische Ordnung

Ih (pu) = RMS-Strom gemäß harmonischem Strom pro Einheit RMS-Belastung

Der Wert des K-Faktors dient als Grundlage für die Herstellung von K-bewerteten Transformatoren. Der Wert des K-Faktors ist direkt proportional zur Menge an Wärme, die aufgrund von Harmonischen erzeugt wird.

Wie berechnet man die totale harmonische Verzerrung?

Die gesamte harmonische Verzerrung oder THD Berechnungen können mit Hilfe eines Instruments namens THD-Spektrumanalysator oder eines Power Quality Analysators automatisiert werden. Darüber hinaus kann es auch theoretisch mit der untenstehenden Formel berechnet werden.

Wo,

I1 = Fundamentale

I2 = 2. harmonische Stromordnung

I3 = 3. harmonische Stromordnung

I4 = 4. harmonische Stromordnung

I5 = 5. harmonische Stromordnung

Die Berechnung und Überwachung der THD ist eine Möglichkeit, einen tatsächlichen Überblick über die Verzerrungen innerhalb eines Systems zu erhalten. Dies sind wichtige Informationen, die benötigt werden, um Probleme im Zusammenhang mit Harmonischen zu studieren und zu lösen.

Die Daelim Transformator Ansatz zur Harmonik

Die rasante Modernisierung hat ein unbestreitbares Wachstum im Bereich der Technologie- und Elektronikindustrie mit sich gebracht. Die steigende Nachfrage nach Computern und anderen elektronischen Geräten unterstreicht die Bedeutung der Akzeptanz von Harmonik, anstatt sie als Ungemach zu betrachten.

Als Transformatorenhersteller ist es höchste Zeit, dass wir Harmonik als einen notwendigen Faktor betrachten, an den wir uns alle anpassen müssen.

Daelim Transformator ist ein hochkompetenter Transformatorenhersteller, der maßgeschneiderte Transformator-Designs herstellen kann, die darauf abzielen, Probleme im Stromversorgungssystem wie Harmonik anzugehen.

Hier bei Daelim Transformator, bekämpfen wir Harmonik direkt mit unserer umfangreichen Transformatoranpassung, die K-Faktor-Betrachtungen und andere Modifikationen umfasst.

Darüber hinaus ist Daelim auch stolz darauf, verschiedene Lösungen für ein effektives Energiemanagement und eine effektive Verteilung anzubieten. Wir bedienen verschiedene Hochtechnologie-Sektoren wie Rechenzentren, Solarfarmen und Industrien.

Projekte von Daelim Transformer

Wenn Sie auf der Suche nach einem Transformatorenhersteller sind, der Ihnen bei Harmonik helfen kann, Kontaktieren Sie uns jetzt. Entdecken Sie die verschiedenen Transformatorenoptionen und entdecken Sie wunderbare Möglichkeiten mit Daelim. Transformator