Harmonici, K-faktor i transformatori: kada ne-linearna opterećenja zahtijevaju smanjenje snage

Transformator snage 1 000 kVA je namijenjen za 1 000 kVA sinusoidne 50 Hz struje. Napunite ga istom RMS strujom na 50 Hz plus 5., 7. i 11. harmonikom i gubici u namotajima se primjetno povećavaju, jer gubici od vrtložnih struja rastu sa kvadratom frekvencije. To je razlog K-faktora i "harmonskog smanjenja snage" koje nalazite u specifikacijama podatkovnih centara i industrije.

Odakle dolaze harmonici

• Šestopulsni ispravljači i pogoni s promjenjivom brzinom: 5. i 7. harmonici, THDi 30–80 % bez filtara.
• UPS sustavi i napajanja servera: 3. (u neutralnom!), 5., 7.
• LED i fluorescentni rasvjetni driveri.
• PV i baterijski inverteri: moderni uređaji su daleko ispod 5 % THDi i obično nisu problem.

K-faktor

K-faktor (UL 1562 / IEEE C57.110) ponderira svaku harmonijsku struju kvadratom njenog reda:

K = Σ (Ih / I1)² · h² za h = 1, 2, 3, …

Čista sinusna valna forma ima K = 1. Opterećenje s 20 % 5. i 14 % 7. harmonika ima K ≈ 1 + 0.04·25 + 0.02·49 ≈ 3. Europska ekvivalentna vrijednost je "faktor K" u EN 50464-3 / IEC 61378, što dovodi do faktora smanjenja snage umjesto klase transformatora.

K-faktor	Tipično opterećenje	Standardni kapacitet transformatora
1	Motori, grijanje, žarulje sa žarnom niti	100 %
4	Uredi s IT opremom, mješoviti pogoni	≈ 85–90 %
13	Podatkovni centar, opterećenje dominirano UPS-om, zavarivanje	≈ 70–75 %
20	Postrojenja za ispravljanje, veliki pogonski sustavi	≈ 60 %

Tri načina za rješavanje problema

1. Smanjiti snagu standardne jedinice. Za opterećenje K-13 od 700 kVA, odaberite transformator od 1 000 kVA. Jednostavno, a veća jedinica također ima niže naponske izobličenja povezana s uk-om. Često najjeftinija opcija za PNACHO ocjene, budući da sljedeća veličina košta manje od posebnog dizajna.
2. Specifikacija dizajna s K-ocjenom. Transponirani ili folijski LV namotaji, veći neutralni vodič (za opterećenja 3. harmonika do 173 % fazne struje), ojačano hlađenje. Dulje vrijeme isporuke; opravdano za velike podatkovne centre.
3. Filtrirati na izvoru. Aktivni harmonijski filteri ili 12-pulsni pogoni smanjuju THDi ispod 5 %, a transformator vidi gotovo sinusoidalnu struju. Obično najekonomičnije rješenje iznad 1 MVA.

Za PNACHO transformatori

Obje serije obrađuju harmonijski sadržaj običnih komercijalnih i industrijskih opterećenja (K ≤ 4) na njihovoj oznaci. Za opterećenja dominirana UPS-om ili ispravljačima, pošaljite nam harmonijski spektar ili K-faktor iz studije opterećenja; odabiremo ocjenu s odgovarajućom marginom – na primjer, PNACHO-D jedan broj veći s AF ventilatorom, koji dodaje rezervu hlađenja točno tamo gdje se pojavljuju harmonijski gubici.