電力システム内の高調波は、電力主変圧器の性能と寿命に重大な課題を引き起こす可能性があります。のリーディングサプライヤーとして電源主変圧器、当社は、変圧器の信頼性の高い動作を保証するために、これらの高調波の影響を軽減することの重要性を理解しています。このブログ投稿では、電源主変圧器の高調波問題に対処するためのさまざまな戦略とテクニックを検討します。
電力システムの高調波を理解する
高調波は、基本周波数 (通常は 50 Hz 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。これらは、可変周波数ドライブ、整流器、電子安定器などの非線形負荷によって生成されます。これらの高調波が電力システムに入ると、主変圧器の過熱、損失の増加、効率の低下など、さまざまな問題が発生する可能性があります。
電力システム内の高調波の存在は、全高調波歪み (THD) 係数を使用して定量化できます。 THD は、すべての高調波成分の二乗平均平方根 (RMS) 値と基本波成分の RMS 値の比として定義されます。 THD が高いということは、システム内に高調波がかなり存在していることを示しており、電源主変圧器に悪影響を与える可能性があります。
電源主変圧器に対する高調波の影響
過熱
高調波により、変圧器の巻線とコアがさらに加熱されます。表皮効果と近接効果は、高周波でより顕著になり、巻線の実効抵抗が増加します。その結果、巻線の I²R 損失は、純粋な正弦波システムよりも高くなります。コアでは、高調波による渦電流損失の増加も過熱の原因となります。過熱により変圧器の絶縁寿命が短くなり、早期故障につながる可能性があります。
損失の増加
巻線の I²R 損失の増加に加えて、高調波によって変圧器コアのヒステリシス損失も増加します。ヒステリシス損失は磁場の周波数に比例するため、より高い周波数の高調波が存在すると、これらの損失が増加します。より多くの電力が負荷に伝達されずに熱として放散されるため、変圧器の全体的な効率は低下します。
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があります。この電圧歪みは、同じシステムに接続されている他の機器に問題を引き起こす可能性があります。電力主変圧器では、電圧歪みにより絶縁へのストレスが増大し、時間の経過とともに絶縁破壊につながる可能性があります。
緩和戦略
フィルタリング
高調波の影響を軽減する最も効果的な方法の 1 つは、フィルターを使用することです。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。
パッシブフィルター
パッシブフィルターは、インダクター、コンデンサー、抵抗器で構成されます。これらは、特定の高調波周波数に対して低インピーダンスの経路を提供するように設計されており、それによって高調波電流が電源主変圧器からそらされます。パッシブ フィルターは比較的シンプルでコスト効果が高くなりますが、特定の高調波周波数に対してのみ効果があり、システム条件に合わせて調整する必要がある場合があります。
たとえば、単同調パッシブ フィルターは、5 次や 7 次の高調波などの特定の高調波をターゲットにするように設計できます。複数の単同調フィルターを組み合わせて使用すると、複数の高調波周波数に対処できます。
アクティブフィルター
一方、アクティブ フィルターはより柔軟で、変化するシステム条件に適応できます。これらは、システムに等しい逆の高調波電流を注入して、既存の高調波を打ち消すことによって機能します。アクティブ フィルターはパワー エレクトロニクスを使用して補償電流を生成し、広範囲の高調波周波数を対象とするようにプログラムできます。ただし、アクティブ フィルターはパッシブ フィルターよりも高価で、より複雑な制御システムが必要です。
負荷管理
高調波の影響を軽減するためのもう 1 つの戦略は、負荷管理です。電力システム内の非線形負荷を慎重に選択して分散することにより、電力主変圧器に対する高調波の影響を軽減できます。
負荷のスケジューリング
負荷スケジューリングには、同時に変圧器に流入する過剰な高調波電流を避けるために、非線形負荷の動作をずらすことが含まれます。たとえば、施設内に複数の可変周波数ドライブがある場合、ピーク高調波電流を削減するために、異なる時間に開始および停止するようにプログラムできます。
ロードバランシング
負荷分散により、非線形負荷が電力システムの各相にわたって均等に分散されます。アンバランスな非線形負荷は、さらなる高調波電流と電圧の不均衡を引き起こす可能性があり、電源主変圧器にさらにストレスを与える可能性があります。負荷のバランスをとることにより、システム全体の高調波歪みを最小限に抑えることができます。
変圧器の設計に関する考慮事項
高調波を含むシステムの電源主変圧器を設計する場合、いくつかの要素を考慮する必要があります。
評価の増加
オプションの 1 つは、高調波による追加の発熱と損失に対処するために変圧器の定格を上げることです。 kVA 定格が高い変圧器は、高調波条件下での温度上昇を低く抑えて動作できるため、絶縁寿命を延ばすことができます。たとえば、システムの THD が高い場合、通常の負荷要件より 20 ～ 30% 高い kVA 定格の変圧器が指定されることがあります。
特殊なコアと巻線材料
特殊なコアと巻線の材料を使用することも、高調波の影響を軽減するのに役立ちます。コアにはヒステリシスや渦電流損失が低い材料を選択できます。巻線では、表皮効果と近接効果が低い導体を使用して、高周波での抵抗の増加を減らすことができます。
当社の製品とソリューション
のサプライヤーとして電源主変圧器、高調波が豊富な環境に対応するように設計されたさまざまな製品を提供しています。私たちの50kv 63kv および 69kv 電力変圧器高調波が存在する場合でも信頼性の高い動作を保証するために、高品質の素材と高度な設計技術を使用して構築されています。
また、油入変圧器熱を効果的に放散するように設計されており、これは高調波を多く含むシステムでは非常に重要です。当社の変圧器は、電力システムの特定のニーズを満たすために、フィルターやその他の緩和デバイスを使用してカスタマイズできます。
結論
電力システムの高調波は、電力主変圧器の性能と信頼性に大きな影響を与える可能性があります。ただし、フィルタリング、負荷管理、適切な変圧器設計など、このブログ投稿で説明した戦略を実装することで、高調波の影響を効果的に軽減できます。
電力システムで高調波の問題に直面している場合、または新しい設置を計画している場合は、特定の要件について話し合うために当社までお問い合わせください。当社の専門家チームは、電源主変圧器の最適なパフォーマンスを確保するためのカスタマイズされたソリューションを提供できます。
参考文献
- 『電力システムの品質』 (Roger C. Dugan、Mark F. McGranaghan、Surya Santoso、H. Wayne Beaty 著)。
- 電力システム高調波: 基礎、解析、フィルター設計、数学 HJ Bollen 著。
- 変圧器エンジニアリング: 設計、技術、および診断、GS Mudaliar 著。