ฮาร์โมนิกส์มีผลกระทบต่อหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันอย่างไร?

ฮาร์โมนิคกลายเป็นข้อกังวลที่สำคัญในการทำงานของระบบไฟฟ้ากำลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงอุปกรณ์ เช่น หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมัน ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมันฉันได้เห็นโดยตรงถึงผลกระทบที่ฮาร์โมนิคมีต่อส่วนประกอบที่สำคัญเหล่านี้ ในบล็อกโพสต์นี้ ผมจะเจาะลึกผลกระทบต่างๆ ของฮาร์โมนิคต่อหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่แช่น้ำมัน สำรวจสาเหตุของฮาร์โมนิค และหารือเกี่ยวกับกลยุทธ์ในการบรรเทาผลกระทบ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับฮาร์โมนิค

ฮาร์มอนิกคือแรงดันหรือกระแสไซน์ซอยด์ที่มีความถี่เป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความถี่พื้นฐาน (ปกติคือ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์) ในระบบไฟฟ้าในอุดมคติ รูปคลื่นของแรงดันและกระแสคือไซนูซอยด์บริสุทธิ์ที่ความถี่พื้นฐาน อย่างไรก็ตาม การใช้โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นเพิ่มมากขึ้น เช่น ไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ ได้นำฮาร์โมนิคเข้าสู่ระบบไฟฟ้า โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นเหล่านี้ดึงกระแสในลักษณะไม่ไซน์ซอยด์ ซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าและรูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าผิดเพี้ยนไป

ผลกระทบของฮาร์มอนิกต่อหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมัน

1. การสูญเสียแกนหลักเพิ่มขึ้น

หนึ่งในผลกระทบที่สำคัญที่สุดของฮาร์โมนิคต่อหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่แช่น้ำมันคือการสูญเสียแกนหลักที่เพิ่มขึ้น การสูญเสียหลักในหม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยการสูญเสียฮิสเทรีซิสและการสูญเสียกระแสไหลวน การสูญเสียฮิสเทรีซิสเกิดขึ้นเนื่องจากการกลับตัวของสนามแม่เหล็กในวัสดุแกนกลาง ในขณะที่การสูญเสียกระแสไหลวนเกิดจากกระแสหมุนเวียนที่เกิดขึ้นในแกนกลาง

ฮาร์มอนิกจะเพิ่มการสูญเสียแกนกลางเนื่องจากจะทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนแปรผันเร็วขึ้น ฮาร์โมนิคความถี่สูงส่งผลให้มีการกลับตัวของสนามแม่เหล็กมากขึ้น ส่งผลให้สูญเสียฮิสเทรีซิสเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ การสูญเสียกระแสไหลวนยังเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่ เนื่องจากความถี่ของฮาร์โมนิคสูงกว่าความถี่พื้นฐาน การสูญเสียกระแสไหลวนจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก การสูญเสียแกนที่เพิ่มขึ้นนี้นำไปสู่อุณหภูมิในการทำงานที่สูงขึ้นในหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งสามารถลดอายุการใช้งานของฉนวนและส่วนประกอบอื่นๆ ได้

2. เพิ่มการสูญเสียทองแดง

การสูญเสียทองแดงในหม้อแปลงไฟฟ้าเกิดจากความต้านทานของขดลวด เมื่อมีกระแสฮาร์โมนิค ความต้านทานที่มีประสิทธิผลของขดลวดจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเอฟเฟกต์ผิวหนังและเอฟเฟกต์ระยะใกล้จะเด่นชัดมากขึ้นที่ความถี่ที่สูงขึ้น ผลกระทบของผิวหนังทำให้กระแสไหลใกล้พื้นผิวของตัวนำ ส่งผลให้ความต้านทานมีประสิทธิผลเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เอฟเฟกต์ความใกล้ชิดคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวนำที่อยู่ติดกัน ซึ่งเพิ่มความต้านทานด้วย

ผลจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้น การสูญเสียทองแดงในขดลวดหม้อแปลงจึงเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ไม่เพียงนำไปสู่การใช้พลังงานที่สูงขึ้น แต่ยังสร้างความร้อนมากขึ้น ซึ่งอาจทำให้ฉนวนและส่วนประกอบอื่น ๆ ของหม้อแปลงเสื่อมคุณภาพลงไปอีก

3. การบิดเบือนแรงดันไฟฟ้า

ฮาร์โมนิคสามารถทำให้เกิดความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าในระบบไฟฟ้าได้ เมื่อรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าผิดเพี้ยน อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ที่เชื่อมต่อกับระบบเดียวกันได้ ในกรณีของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมัน แรงดันไฟฟ้าผิดเพี้ยนอาจทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกระจายไม่สม่ำเสมอ สิ่งนี้อาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปในแกนกลางและขดลวด ซึ่งอาจทำให้ฉนวนเสียหายและลดประสิทธิภาพของหม้อแปลงได้

4. เสียงสะท้อน

ฮาร์มอนิกยังสามารถทำให้เกิดการสั่นพ้องในระบบไฟฟ้าได้ เสียงสะท้อนเกิดขึ้นเมื่อความถี่ธรรมชาติของวงจรตรงกับความถี่ของฮาร์โมนิค ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมัน เสียงสะท้อนอาจทำให้เกิดกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไป ซึ่งอาจทำให้หม้อแปลงและอุปกรณ์อื่นๆ ในระบบเสียหายได้ เสียงสะท้อนยังสามารถทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางกลในหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของหม้อแปลงก่อนเวลาอันควร

5. ลดความจุของหม้อแปลงไฟฟ้า

เนื่องจากการสูญเสียที่เพิ่มขึ้นและความเป็นไปได้ที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปที่เกิดจากฮาร์โมนิก ความจุที่มีประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่แช่น้ำมันจึงลดลง หม้อแปลงไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่โหลดบางอย่างภายใต้สภาวะปกติอาจไม่สามารถรองรับโหลดเดียวกันได้เมื่อมีฮาร์โมนิคอยู่ ซึ่งหมายความว่าอาจจำเป็นต้องมีหม้อแปลงเพิ่มเติมเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงาน ซึ่งจะทำให้ต้นทุนของระบบไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

สาเหตุของฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นเป็นสาเหตุหลักของฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้า โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นทั่วไปบางส่วนได้แก่:

• ไดรฟ์แบบแปรผัน - ความเร็ว (VSD): VSD ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมเพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ พวกเขาใช้อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อแปลงไฟ AC เป็น DC แล้วกลับเป็น AC ด้วยความถี่ที่แปรผัน กระบวนการนี้จะแนะนำฮาร์โมนิคเข้าสู่ระบบไฟฟ้า
• เพาเวอร์อิเล็กทรอนิกส์: อุปกรณ์ต่างๆ เช่น วงจรเรียงกระแส อินเวอร์เตอร์ และแหล่งจ่ายไฟแบบโหมดสวิตช์ล้วนเป็นโหลดแบบไม่เชิงเส้น พวกเขาดึงกระแสในลักษณะที่ไม่ใช่ไซน์ซอยด์ซึ่งสร้างฮาร์โมนิค
• แสงฟลูออเรสเซนต์: หลอดฟลูออเรสเซนต์ใช้บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งไม่มีโหลดเชิงเส้น และยังมีส่วนช่วยในการสร้างฮาร์โมนิคในระบบไฟฟ้าอีกด้วย

กลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบ

เพื่อลดผลกระทบของฮาร์โมนิคต่อหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมัน สามารถใช้กลยุทธ์ได้หลายประการ:

1. การกรอง

สามารถใช้ตัวกรองฮาร์มอนิกเพื่อลดระดับฮาร์โมนิคในระบบไฟฟ้าได้ ตัวกรองฮาร์มอนิกมีสองประเภทหลัก: ตัวกรองแบบพาสซีฟและตัวกรองแบบแอคทีฟ ตัวกรองแบบพาสซีฟประกอบด้วยตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และตัวต้านทาน และได้รับการออกแบบเพื่อให้มีเส้นทางความต้านทานต่ำสำหรับฮาร์โมนิค ในทางกลับกัน ตัวกรองแบบแอกทีฟจะใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อฉีดกระแสที่เท่ากันและตรงข้ามกับกระแสฮาร์มอนิก ดังนั้นจึงตัดกระแสเหล่านั้นออก

2. การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงสามารถออกแบบให้ทนทานต่อฮาร์โมนิคได้มากขึ้น ตัวอย่างเช่น การใช้ขนาดคอร์ที่ใหญ่ขึ้นสามารถช่วยลดการสูญเสียคอร์ที่เกิดจากฮาร์โมนิคได้ นอกจากนี้ การใช้ตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่กว่าสามารถลดการสูญเสียทองแดงอันเนื่องมาจากผลกระทบของผิวหนังและความใกล้ชิด

3. การจัดการโหลด

ด้วยการจัดการโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นในระบบไฟฟ้า ระดับฮาร์โมนิคจึงสามารถลดลงได้ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์แก้ไขตัวประกอบกำลัง จำกัดการใช้โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นในระหว่างช่วงที่มีความต้องการสูงสุด และตรวจสอบให้แน่ใจว่าโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นมีขนาดและติดตั้งอย่างเหมาะสม

บทสรุป

ฮาร์มอนิกมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่แช่น้ำมัน รวมถึงการสูญเสียแกนกลางและทองแดงที่เพิ่มขึ้น การบิดเบือนแรงดันไฟฟ้า เสียงสะท้อน และความจุของหม้อแปลงลดลง ในฐานะซัพพลายเออร์ของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแช่น้ำมันเราเข้าใจถึงความสำคัญของการแก้ไขปัญหาฮาร์โมนิคเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพของหม้อแปลงของเรา

หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับหม้อแปลงน้ำมันสามเฟสหรือกหม้อแปลงบริการสถานีเราอยู่ที่นี่เพื่อมอบผลิตภัณฑ์และโซลูชั่นคุณภาพสูงให้กับคุณ ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถช่วยคุณเลือกหม้อแปลงที่เหมาะกับการใช้งานของคุณ และให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการลดผลกระทบของฮาร์โมนิค ติดต่อเราวันนี้เพื่อเริ่มการสนทนาเกี่ยวกับความต้องการหม้อแปลงไฟฟ้าของคุณ และเพื่อสำรวจโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับระบบไฟฟ้าของคุณ

อ้างอิง

• J. Arrillaga, NR Watson และ PS Bodger, Power System Harmonics, John Wiley & Sons, 1985
• ซีแอล ซัลลิแวน “ฮาร์โมนิกส์ในระบบไฟฟ้า: สาเหตุ ผลกระทบ และการบรรเทาผลกระทบ” การทบทวนวิศวกรรมพลังงานของ IEEE ฉบับที่ 1 20 ไม่ 10 หน้า 27 - 31, 2000.
• มาตรฐาน IEEE 519 - 2014, แนวทางปฏิบัติและข้อกำหนดที่แนะนำของ IEEE สำหรับการควบคุมฮาร์มอนิกในระบบกำลังไฟฟ้า