Harmonice, factor K și transformatoare: când sarcinile non-liniare necesită derating

Un transformator cu o capacitate de 1 000 kVA este evaluat pentru 1 000 kVA de curent sinusoidal la 50 Hz. Dacă îl alimentezi cu același curent RMS la 50 Hz plus armonicele de 5, 7 și 11, pierderile în înfășurări cresc vizibil, deoarece pierderile prin curent de turbiditate cresc cu pătratul frecvenței. Aceasta este rațiunea din spatele factorului K și a "deratingului armonic" pe care îl găsești în specificațiile centrelor de date și industriale.

De unde provin armonicele

• Redresoare cu șase impulsuri și drivere cu viteză variabilă: armonicele de 5 și 7, THDi 30–80 % fără filtre.
• Sisteme UPS și surse de alimentare pentru servere: 3-a (în neutru!), 5-a, 7-a.
• Drivere pentru iluminat LED și fluorescent.
• Invertoare PV și de baterie: unitățile moderne sunt bine sub 5 % THDi și de obicei nu reprezintă o problemă.

Factorul K

Factorul K (UL 1562 / IEEE C57.110) cântărește fiecare curent armonic prin pătratul ordinii sale:

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

Un val sinusoidal pur are K = 1. O sarcină cu 20 % armonică de 5 și 14 % armonică de 7 are K ≈ 1 + 0.04·25 + 0.02·49 ≈ 3. Echivalentul european este "factorul K" în EN 50464-3 / IEC 61378, care duce la un factor de derating mai degrabă decât la o clasă de transformator.

Factor K	Sarcină tipică	Capacitate standard a transformatorului
1	Motor, încălzire, iluminat incandescent	100 %
4	Birouri cu echipamente IT, drivere mixte	≈ 85–90 %
13	Centru de date, sarcină dominată de UPS, sudură	≈ 70–75 %
20	Instalații de redresare, sisteme mari de acționare	≈ 60 %

Trei modalități de a face față

1. Deratează o unitate standard. Pentru o sarcină K-13 de 700 kVA, alege un transformator de 1 000 kVA. Simplu, iar unitatea mai mare are, de asemenea, o distorsiune de tensiune legată de uk mai mică. Adesea, cea mai ieftină soluție pentru evaluările PNACHO, deoarece următoarea dimensiune costă mai puțin decât un design special.
2. Specificați un design cu factor K. Înfășurări LV translatate sau din folie, conductor neutru mai mare (pentru sarcini de armonică de 3 până la 173 % din curentul de fază), răcire întărită. Timp de livrare mai lung; justificat pentru centre de date mari.
3. Filtrați la sursă. Filtre active armonice sau drivere cu 12 impulsuri reduc THDi sub 5 %, iar transformatorul vede un curent aproape sinusoidal. De obicei, cea mai economică soluție peste 1 MVA.

Pentru transformatoarele PNACHO

Ambele serii gestionează conținutul armonic al sarcinilor comerciale și industriale obișnuite (K ≤ 4) la evaluarea lor de pe placa de identificare. Pentru sarcini dominate de UPS sau redresoare, trimite-ne spectrul armonic sau factorul K din studiul sarcinii; selectăm evaluarea cu marginea corespunzătoare – de exemplu, un PNACHO-D cu o dimensiune mai mare cu kitul de ventilator AF, care adaugă o rezervă de răcire exact acolo unde apar pierderile armonice.