Transformator, który nagrzewa się mimo niewielkiego obciążenia lub pozornego braku obciążenia, powinien zwrócić uwagę służb utrzymania ruchu. Sam wzrost temperatury nie musi oznaczać awarii transformatora. Źródło problemu może znajdować się również po stronie instalacji elektrycznej i jakości energii.
W zakładach przemysłowych coraz większa liczba odbiorników nieliniowych – m.in. falowników, prostowników, zasilaczy impulsowych czy układów energoelektronicznych – powoduje powstawanie wyższych harmonicznych oraz innych zaburzeń parametrów sieci. W określonych warunkach może to prowadzić do dodatkowych strat i wzrostu temperatury elementów instalacji, w tym transformatorów. Przegrzewanie przewodów i transformatorów to jeden z możliwych objawów występowania wysokiego poziomu wyższych harmonicznych w instalacjach przemysłowych.
Dlaczego transformator może się grzać mimo niewielkiego obciążenia?
Pierwszym krokiem powinna być weryfikacja, czy transformator rzeczywiście pracuje przy małym obciążeniu. Sam odczyt mocy czynnej nie zawsze daje pełny obraz warunków jego pracy.
Na wzrost temperatury mogą wpływać między innymi:
- rzeczywiste przeciążenie transformatora,
- problemy z chłodzeniem lub wentylacją,
- podwyższona temperatura otoczenia,
- asymetria obciążenia faz,
- przepływ mocy biernej,
- odkształcenie przebiegu prądu przez wyższe harmoniczne,
- nieprawidłowości po stronie samego transformatora lub jego połączeń.
Dlatego przed podjęciem decyzji o wymianie lub przewymiarowaniu transformatora warto sprawdzić nie tylko wartość pobieranej mocy, lecz również parametry jakości energii elektrycznej.
Wyższe harmoniczne a nagrzewanie transformatora
W idealnych warunkach przebieg prądu w sieci powinien mieć kształt zbliżony do sinusoidy. Współczesne instalacje przemysłowe zawierają jednak wiele odbiorników nieliniowych, które odkształcają przebieg prądu.
Do typowych źródeł takich zakłóceń należą m.in.:
- przemienniki częstotliwości,
- prostowniki,
- zasilacze impulsowe,
- urządzenia energoelektroniczne,
- systemy oświetleniowe,
- instalacje fotowoltaiczne.
Tego typu odbiorniki mogą wprowadzać do sieci wyższe harmoniczne.
W praktyce oznacza to, że transformator może być obciążony prądami, których wpływu nie widać jednoznacznie na podstawie samego wskazania mocy czynnej. Dodatkowe składniki prądu mogą zwiększać straty i temperaturę pracy urządzenia.
Dlatego sytuacja, w której transformator nagrzewa się bardziej, niż wynikałoby to z pozornego poziomu wykorzystania instalacji, może być sygnałem do przeprowadzenia analizy jakości energii.
Czy problemem może być asymetria obciążenia faz?
Tak. Kolejnym parametrem wartym sprawdzenia jest rozkład obciążenia pomiędzy poszczególnymi fazami.
Jeżeli jedna faza jest wyraźnie bardziej obciążona od pozostałych, średnia wartość obciążenia transformatora może wyglądać prawidłowo, mimo że warunki jego pracy nie są optymalne.
Asymetria może występować szczególnie w instalacjach, w których:
- pracuje wiele odbiorników jednofazowych,
- obciążenia są często załączane i wyłączane,
- poszczególne sekcje produkcji pracują w różnych cyklach,
- konfiguracja instalacji zmieniała się wraz z rozbudową zakładu.
Filtry aktywne APF-100 i APF-300 Elsta Elektronika mogą, obok filtracji harmonicznych i kompensacji mocy biernej, realizować również symetryzację prądów fazowych.
Moc bierna również ma znaczenie
W analizie obciążenia transformatora nie należy ograniczać się do mocy czynnej.
W instalacji może jednocześnie występować przepływ mocy biernej. Oznacza to dodatkowe obciążenie infrastruktury elektrycznej, mimo że energia ta nie wykonuje bezpośrednio użytecznej pracy.
W praktyce warto więc sprawdzić:
- moc czynną,
- moc bierną,
- moc pozorną,
- współczynnik mocy,
- wartości prądów fazowych,
- THDi,
- poziom harmonicznych napięcia oraz prądu.
Filtry aktywne APF-100 i APF-300 produkcji Elsta Elektronika umożliwiają monitorowanie m.in. napięcia, prądu, mocy czynnej, biernej i pozornej, współczynnika mocy oraz THDi.
Co sprawdzić, gdy transformator nadmiernie się nagrzewa?
Sama temperatura nie pozwala jeszcze wskazać źródła problemu. Potrzebna jest diagnostyka.
W pierwszej kolejności warto zweryfikować:
1. Rzeczywiste obciążenie transformatora
Należy sprawdzić wartości prądów dla każdej fazy oraz ich zmienność w czasie. Pojedynczy pomiar wykonany podczas niewielkiego obciążenia produkcji może nie pokazać rzeczywistych warunków pracy.
2. Asymetrię prądów
Duża różnica pomiędzy prądami poszczególnych faz może wskazywać na nierównomierne wykorzystanie transformatora.
3. Współczynnik THDi i widmo harmonicznych
Podwyższone THDi powinno skłonić do dokładniejszej analizy źródeł harmonicznych w instalacji.
4. Moc bierną i współczynnik mocy
Wysoki przepływ mocy biernej może dodatkowo obciążać instalację.
5. Temperaturę w różnych warunkach produkcji
Warto porównać temperaturę transformatora przy różnych konfiguracjach pracujących maszyn. Pozwala to ustalić, czy problem pojawia się np. po uruchomieniu określonej grupy falowników lub linii technologicznej.
6. Zmiany, które zaszły w instalacji
Jeżeli problem pojawił się niedawno, warto przeanalizować, czy wcześniej:
- dołożono nowe falowniki,
- uruchomiono nową linię,
- zwiększono liczbę urządzeń energoelektronicznych,
- zmieniono sposób kompensacji mocy biernej,
- przebudowano rozdzielnicę lub sposób zasilania.
Takie informacje mogą znacząco przyspieszyć diagnostykę.
Kiedy warto wykonać analizę jakości energii?
Analiza jakości energii jest szczególnie uzasadniona, jeżeli nagrzewaniu transformatora towarzyszą także inne nietypowe zjawiska w zakładzie, np.:
- przegrzewanie przewodów,
- problemy z falownikami,
- częste błędy urządzeń energoelektronicznych,
- nierównomierne obciążenie faz,
- podwyższone THDi,
- zwiększona awaryjność elektroniki,
- dodatkowe opłaty za energię bierną.
Takie objawy mogą mieć wspólne źródło w parametrach zasilania.
Wysoki poziom wyższych harmonicznych może przyczyniać się do przegrzewania przewodów i transformatorów oraz zwiększonej awaryjności urządzeń i instalacji.
Czy filtr aktywny może pomóc?
Jeżeli pomiary potwierdzą, że przyczyną problemów są wyższe harmoniczne, asymetria prądów lub moc bierna, jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie filtra aktywnego.
Filtry aktywne APF-100 i APF-300 Elsta Elektronika są przeznaczone do pracy w sieciach 4-przewodowych niskiego napięcia i mogą jednocześnie realizować:
- filtrację wyższych harmonicznych prądu,
- kompensację mocy biernej,
- symetryzację prądów fazowych,
- redukcję prądu przewodu neutralnego.
Urządzenia dynamicznie dostosowują swoją pracę do aktualnego obciążenia instalacji.
Nie oznacza to jednak, że filtr aktywny jest rozwiązaniem każdego przypadku przegrzewania transformatora. Decyzję o jego zastosowaniu powinny poprzedzać pomiary i określenie rzeczywistego źródła problemu.
Zanim wymienisz transformator, sprawdź jakość energii
Nadmierne nagrzewanie transformatora nie zawsze oznacza, że urządzenie ma zbyt małą moc lub wymaga wymiany.
W zakładach z dużą liczbą falowników i innych odbiorników nieliniowych warto sprawdzić także harmoniczne, asymetrię faz, moc bierną oraz rzeczywisty przebieg obciążenia.
Dopiero taki obraz pozwala odpowiedzieć na pytanie, czy problem leży po stronie transformatora, instalacji, odbiorników czy parametrów jakości energii.
Elsta Elektronika projektuje i produkuje rozwiązania Power Quality przeznaczone do poprawy parametrów energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych. Jeżeli w Twoim zakładzie występuje nadmierne nagrzewanie transformatora, przegrzewanie przewodów lub inne trudne do wyjaśnienia problemy z zasilaniem, warto rozpocząć od pomiarów i analizy parametrów sieci.
