高調波は電力システムにおける重大な懸念事項であり、乾式電源変圧器に対する高調波の影響は注意が必要なトピックです。のサプライヤーとして乾式電源トランス, 私は、高調波が電力インフラのこれらの重要なコンポーネントにもたらす可能性のある課題と影響を直接目撃してきました。
高調波を理解する
高調波は、基本周波数 (通常は 50 または 60 Hz) の整数倍の周波数を持つ正弦波の電圧または電流です。理想的な電力システムでは、電圧と電流の波形は基本周波数で純粋な正弦波です。しかし、可変周波数ドライブ、コンピュータ、電子安定器などの非線形負荷の使用が増加することで、電力システムに高調波が導入されるようになりました。
非線形負荷では、滑らかな正弦波形ではなく、短いパルスで電流が流れます。これらの非正弦波電流波形には高調波成分が含まれています。たとえば、第 3 高調波電流は基本周波数の 3 倍の周波数を持ち、第 5 高調波電流は基本周波数の 5 倍の周波数を持ちます。
乾式電源変圧器への影響
1. 暖房の強化
乾式電源変圧器に対する高調波の最も重大な影響の 1 つは、発熱の増加です。変圧器は、基本周波数の正弦波形で動作するように設計されています。高調波が存在すると、トランス巻線を流れる追加の高調波電流によって余分な損失が発生します。
変圧器の損失は、銅損と鉄損の 2 つの主なタイプに分類できます。銅損は巻線を流れる電流の二乗に比例します。高調波電流が合計電流に追加されるため、銅損が大幅に増加します。たとえば、システムに 3 次高調波電流が存在する場合、巻線の合計電流は基本波電流と 3 次高調波電流のベクトル和になります。電流の増加は $I^{2}R$ 損失の増加につながります。ここで、$I$ は電流、$R$ は巻線の抵抗です。
高調波によって鉄損も増加します。変圧器コアのヒステリシスと渦電流損失は周波数に依存します。より高い周波数の高調波は、コア内の磁場の変化をより急速に引き起こし、その結果、ヒステリシス損失が増加します。渦電流損失は周波数の二乗に比例するため、高周波高調波が存在すると渦電流損失が大幅に増加する可能性があります。
この加熱の増加は、いくつかの悪影響をもたらす可能性があります。変圧器の絶縁寿命が短くなる可能性があります。乾式変圧器の絶縁材料には、エポキシ樹脂などがあります。エポキシ樹脂乾式変圧器、特定の温度範囲内で動作するように設計されています。過度の加熱は絶縁の劣化を早め、絶縁破壊や変圧器の故障につながる可能性があります。
2. 変圧器のディレーティング
高調波によって発熱が増加するため、乾式電源変圧器の定格を下げる必要がある場合があります。ディレーティングとは、高調波の多い条件下でも安全に動作できるように、変圧器の定格容量を下げることを意味します。
必要なディレーティングの量は、システム内に存在する高調波の大きさと周波数によって異なります。たとえば、電流の全高調波歪み (THD) が比較的低い、たとえば 10% 未満の場合、ディレーティングは最小限で済みます。ただし、THD が 30% 以上など高い場合は、変圧器の定格容量を大幅に (おそらく定格容量の 20 ～ 30%) 下げる必要がある場合があります。
変圧器の定格を下げると、コストがかかる解決策になる可能性があります。非高調波環境で必要となるよりも大容量の変圧器の設置が必要になる場合があります。これにより、初期投資コストが増加し、電気設備の占有スペースも増加します。
3. 電圧歪み
高調波は、電力システムに電圧歪みを引き起こす可能性もあります。高調波電流が変圧器および関連する電気ネットワークのインピーダンスを流れると、高調波周波数で電圧降下が発生します。これらの電圧降下により、変圧器の端子の電圧波形が歪みます。
電圧歪みは、同じシステムに接続されている他の電気機器の性能に悪影響を与える可能性があります。たとえば、敏感な電子機器は電圧の歪みにより誤動作したり、信頼性が低下したりする可能性があります。さらに、電圧歪みは他の電気機器に追加の損失を引き起こし、エネルギー消費の増加につながる可能性があります。
4. 可聴ノイズ
高調波が存在すると、乾式電源トランスから発せられる可聴ノイズが増加する可能性があります。トランスコア内の磁力は磁束密度の二乗に比例します。高調波は磁界に変化を引き起こすため、コアや巻線の機械的振動が増加する可能性があります。
この振動はトランスの筐体に伝わり、音波として放射されます。高周波高調波は、高音のヒューヒューというノイズやブーンというノイズを発生させる可能性があり、変圧器が設置されている住宅地や商業地域では迷惑となる可能性があります。
緩和戦略
1.高調波フィルター
高調波フィルタは、乾式電源変圧器に対する高調波の影響を軽減する最も一般的な方法の 1 つです。高調波フィルタには、パッシブ フィルタとアクティブ フィルタの 2 つの主なタイプがあります。
パッシブフィルタは、高調波電流に低インピーダンス経路を提供するために特定の構成で接続されたインダクタ、コンデンサ、および抵抗で構成されます。これらは比較的シンプルでコスト効率が高くなりますが、特定の高調波周波数をフィルタリングするように設計されています。たとえば、パッシブ フィルターは、5 番目と 7 番目の高調波をフィルターするように設計できます。
一方、アクティブフィルターはより複雑で高価です。パワーエレクトロニクスを使用して、高調波電流と大きさが等しく逆位相の補償電流を生成します。アクティブ フィルターは高調波スペクトルの変化に適応し、高調波を軽減するためのより包括的なソリューションを提供します。
2. 適切なトランスの選択
高調波を含む電気システムを設計する場合、適切な乾式電源変圧器を選択することが重要です。一部の変圧器は、高調波の多い環境に対応するように特別に設計されています。たとえば、より高い k 係数定格を持つ変圧器は、高調波が多いシステムでの使用により適しています。
k 係数は、非正弦波負荷を処理する変圧器の能力の尺度です。 K 係数が高いトランスは、高調波によって発生する追加の熱をより効果的に放散できます。高調波の多いアプリケーション用に変圧器を指定する場合は、システムで予想される高調波レベルに適した k 係数を持つ変圧器を選択することをお勧めします。
乾式電源変圧器メーカーとしての私たちの役割
のサプライヤーとして乾式電源トランス、私たちは高調波がお客様にもたらす課題を理解しています。当社は、お客様が変圧器に及ぼす高調波の影響を軽減できるよう、さまざまなソリューションを提供しています。
当社は、さまざまな高調波環境に合わせて、さまざまな k 係数定格の変圧器を提供できます。私たちの10kv高電圧乾式電力変圧器高調波が存在する場合でも、高電圧アプリケーションの要件を満たすように設計されています。
さらに、お客様に技術サポートを提供することもできます。当社の専門家チームは、電力システムの高調波成分を分析し、最も適切な緩和戦略を推奨します。適切な変圧器の選択、高調波フィルターの設置、その他の対策の実施など、当社はお客様が電気システムの信頼性と効率性を確保できるよう支援することに全力で取り組んでいます。
電気システムの高調波に関する課題に直面しており、信頼性の高い乾式電源変圧器が必要な場合は、ぜひ当社にお問い合わせください。当社の経験豊富な営業チームがお客様の具体的な要件について話し合い、カスタマイズされたソリューションを提供する準備ができています。当社は、適切な変圧器の選択を支援し、電気設備の長期的な性能と信頼性を確保するための高調波緩和戦略に関するガイダンスを提供します。
参考文献
- IEEE 規格 519 - 2014、「電力システムにおける高調波制御に関する IEEE 推奨実践と要件」。
- 「変圧器エンジニアリング: 設計、技術、および診断」JC Das 著。
- 「電気システムの電力品質」L. Gyugyi および ED Stacey 著。