Harmoniki, K-faktor in transformatorji: kdaj nelinearne obremenitve zahtevajo zmanjšanje moči

Transformator z močjo 1 000 kVA je ocenjen za 1 000 kVA sinusoidalnega 50 Hz toka. Napajajte ga z enakim RMS tokom pri 50 Hz plus 5., 7. in 11. harmoniko in izgube v navitju se opazno povečajo, ker izgube zaradi vrtinčnih tokov rastejo s kvadratom frekvence. To je razlog za K-faktor in "harmonično zmanjšanje moči", ki ga najdete v specifikacijah podatkovnih centrov in industrije.

Odkod prihajajo harmoniki

• Šest-pulsni usmerniki in pogoni z variabilno hitrostjo: 5. in 7. harmonika, THDi 30–80 % brez filtrov.
• UPS sistemi in napajalniki za strežnike: 3. (v nevtralnem!), 5., 7.
• LED in fluorescentni driverji za razsvetljavo.
• PV in baterijski inverterji: sodobne enote so dobro pod 5 % THDi in običajno niso problem.

K-faktor

K-faktor (UL 1562 / IEEE C57.110) tehta vsak harmonični tok s kvadratom njegovega reda:

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

Čista sinusna krivulja ima K = 1. Obremenitev s 20 % 5. in 14 % 7. harmoniko ima K ≈ 1 + 0.04·25 + 0.02·49 ≈ 3. Evropski ekvivalent je "faktor K" v EN 50464-3 / IEC 61378, ki vodi do faktorja zmanjšanja moči namesto razreda transformatorja.

K-faktor	Tipična obremenitev	Standardna kapaciteta transformatorja
1	Motorji, ogrevanje, žarnice z žarilno nitko	100 %
4	Pisarne z IT opremo, mešani pogoni	≈ 85–90 %
13	Podatkovni center, obremenitev, ki jo prevladuje UPS, varjenje	≈ 70–75 %
20	Usmerniške naprave, veliki pogonski sistemi	≈ 60 %

Tri možnosti za obvladovanje

1. Zmanjšajte moč standardne enote. Za obremenitev K-13 700 kVA izberite transformator 1 000 kVA. Preprosto, in večja enota ima tudi nižjo napetostno popačenje, povezano z uk. Pogosto najcenejša pot za PNACHO ocene, saj naslednja večja velikost stane manj kot posebna zasnova.
2. Specifikacija zasnove z K-oceno. Transponirana ali folijska LV navitja, večji nevtralni prevodnik (za obremenitve 3. harmonike do 173 % faznega toka), ojačano hlajenje. Daljši čas izvedbe; upravičeno za velike podatkovne centre.
3. Filtrirajte na viru. Aktivni harmonični filtri ali 12-pulsni pogoni zmanjšujejo THDi pod 5 %, transformator pa vidi skoraj sinusni tok. Običajno najbolj ekonomična rešitev nad 1 MVA.

Za PNACHO transformatorje

Obe seriji obravnavata harmonično vsebino običajnih komercialnih in industrijskih obremenitev (K ≤ 4) pri njihovi nazivni moči. Za obremenitve, ki jih prevladuje UPS ali usmerniki, nam pošljite harmonični spekter ali K-faktor iz študije obremenitve; izberemo oceno z ustreznim robom – na primer PNACHO-D eno velikost večjo z AF ventilatorskim kompletom, ki doda rezervo hlajenja točno tam, kjer se pojavijo harmonične izgube.