高調波が油入式電力変圧器に及ぼす影響は何ですか？

高調波は、電力システムの運用、特に油浸変圧器などの機器の運用において重大な問題となっています。のリーディングサプライヤーとして油入変圧器, 私は高調波がこれらの重要なコンポーネントに与える影響を直接目撃しました。このブログ投稿では、油浸変圧器に対する高調波のさまざまな影響を詳しく調べ、高調波の原因を調査し、その影響を軽減する戦略について説明します。

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になります。しかし、可変速ドライブ、パワーエレクトロニクス、蛍光灯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ています。これらの非線形負荷は非正弦波状に電流を引き込み、電圧と電流の波形を歪めます。

油入変圧器に対する高調波の影響

1. 鉄損の増加

油浸変圧器に対する高調波の最も重大な影響の 1 つは、鉄損の増加です。変圧器のコア損失は、ヒステリシス損失と渦電流損失で構成されます。ヒステリシス損失はコア材料の磁化の反転によって発生しますが、渦電流損失はコア内に誘導される循環電流によって発生します。

高調波によってコア内の磁束がより急速に変化するため、コア損失が増加します。高周波高調波により磁化反転の回数が増加し、ヒステリシス損失の増加につながります。さらに、渦電流損失は周波数の二乗に比例します。高調波の周波数が基本周波数よりも高いため、渦電流損失が大幅に増加します。この鉄損の増加により、変圧器の動作温度が上昇し、絶縁体やその他の部品の寿命が短くなる可能性があります。

2. 銅損失の増加

変圧器の銅損は巻線の抵抗によって発生します。電流に高調波が存在すると、巻線の実効抵抗が増加します。これは、表皮効果と近接効果が周波数が高くなるほど顕著になるためです。表皮効果により、電流が導体の表面近くを流れ、実効抵抗が増加します。一方、近接効果は隣接する導体間の相互作用であり、これも抵抗を増加させます。

抵抗が増加した結果、変圧器巻線の銅損が増加します。これにより、消費電力が増加するだけでなく、より多くの熱が発生し、変圧器の絶縁やその他のコンポーネントがさらに劣化する可能性があります。

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があります。電圧波形が歪むと、同じシステムに接続されている他の電気機器の性能に影響を与える可能性があります。油浸電源変圧器の場合、電圧歪みによりコア内の磁束の分布が不均一になる可能性があります。これにより、コアと巻線に局所的な過熱が発生し、絶縁が損傷し、変圧器の効率が低下する可能性があります。

4.共鳴

高調波も電力システム内で共振を引き起こす可能性があります。共振は、回路の固有周波数が高調波の周波数と一致するときに発生します。油浸電源変圧器では、共振により過剰な電流と電圧が発生し、変圧器やシステム内の他の機器が損傷する可能性があります。共振は変圧器に機械的振動を引き起こす可能性があり、変圧器の早期故障につながる可能性があります。

5. 変圧器容量の低減

損失の増加と高調波による過熱の可能性により、油浸電源変圧器の実効容量は減少します。通常の条件下では特定の負荷で動作するように設計された変圧器は、高調波が存在すると同じ負荷を処理できない場合があります。これは、電力需要を満たすために追加の変圧器が必要になる可能性があり、電力システムのコストが増加することを意味します。

電力システムにおける高調波の原因

前述したように、非線形負荷は電力システムにおける高調波の主な原因です。一般的な非線形負荷には次のようなものがあります。

• 可変速度ドライブ (VSD): VSD は、モーターの速度を制御するために産業用途で広く使用されています。彼らはパワー エレクトロニクスを使用して、AC 電力を DC に変換し、可変周波数で AC に戻します。このプロセスにより、電力システムに高調波が導入されます。
• パワーエレクトロニクス: 整流器、インバータ、スイッチモード電源などのデバイスはすべて非線形負荷です。これらは非正弦波状に電流を引き込み、高調波を生成します。
• 蛍光灯: 蛍光灯は非線形負荷である電子安定器を使用しています。また、電力システム内の高調波の生成にも寄与します。

緩和戦略

油浸変圧器に対する高調波の影響を軽減するには、いくつかの戦略を採用できます。

1. フィルタリング

高調波フィルタを使用すると、電力システム内の高調波レベルを低減できます。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 フィルタはコンデンサ、インダクタ、抵抗で構成され、高調波に低インピーダンスのパスを提供するように設計されています。一方、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高調波電流と等しい逆向きの電流を注入し、高調波電流を打ち消します。

2. トランスの設計

変圧器は高調波に対する耐性が高まるように設計できます。たとえば、より大きなコア サイズを使用すると、高調波によって引き起こされるコア損失を低減できます。さらに、断面積の大きい導体を使用すると、表皮効果と近接効果による銅損を低減できます。

3. 負荷管理

電力システム内の非線形負荷を管理することにより、高調波のレベルを低減できます。これは、力率補正装置を使用し、ピーク需要期間中の非線形負荷の使用を制限し、非線形負荷のサイズと設置が適切に行われるようにすることで実現できます。

結論

高調波は、コア損失と銅損の増加、電圧歪み、共振、変圧器容量の減少など、油浸電源変圧器に重大な影響を与えます。のサプライヤーとして油入変圧器、当社は、変圧器の信頼性と効率的な動作を確保するために高調波の問題に対処することの重要性を理解しています。

あなたが市場にいるなら、三相油変圧器または駅用変圧器、私たちは高品質の製品とソリューションを提供するためにここにいます。当社の専門家チームは、アプリケーションに適したトランスの選択を支援し、高調波の影響を軽減する方法についてのガイダンスを提供します。変圧器のニーズについて話し合い、電力システムに最適なソリューションを検討するには、今すぐお問い合わせください。

参考文献

• J. Arrillaga、NR Watson、PS Bodger、Power System Harmonics、John Wiley & Sons、1985 年。
• CL Sullivan、「電力システムの高調波: 原因、影響、緩和」、IEEE Power Engineering Review、vol. 20、いいえ。 10、27〜31ページ、2000年。
• IEEE 規格 519 - 2014、電力システムの高調波制御に関する IEEE 推奨プラクティスと要件。